构造复杂厚煤层断层煤柱综放开采配套技术研究

 系统分析矿井与断层区域构造水文地质条件,结合物探断层情况,开发了以厚煤层断层煤柱综放工作面的巷道布置方案、综放采煤工艺为主的断层煤柱综放开采技术,设计了采面防治水设备设施配置;分别对YF8断层下盘保护煤柱和YF20-3断层上盘保护煤柱进行了成功试采。     

综放回采巷道断层防水煤柱留设优化研究

针对综放回采巷道留设较大断层防水煤柱严重影响工作面生产系统布置,降低煤炭采出率的问题进行了断层防水煤柱留设优化研究。以义桥煤矿YF20-3断层防水煤柱留设优化为研究实例,采用钻探、巷探确定断层即不含水也不导水;通过理论计算,得到断层煤柱的最小留设宽度为47 m;采用灰色关联分析法和LMBP神经网络建立综合集成评价模型对断层煤柱的可靠性进行评价,当煤柱宽度不小于10 m时安全可靠;利用FLAC3D软件分析了断层煤柱在工作面推进过程中的应力及破坏规律,对评价模型的评价结果进行了验证。最终确定YF20-3断层煤柱的留设宽度优化为10 m。在13下04工作面开采过程中断层煤柱没有发生大规模破坏,顺槽运行良好。     

某工作面断层上盘防水煤柱留设数值模拟研究

由于地质钻孔数量有限,未能对断层含导水性进行有效分析,导致既不导水又不含水的断层留设了较大煤柱,严重影响工作面设计和生产系统布置,降低了煤炭采出率,不利于资源的充分开采利用。为此针对该矿YF20-3断层防水煤柱留设进行研究,以期能够采出呆滞煤炭储量,提高煤炭采出率,对于充分利用挖掘资源,稳定产量,延长矿井服务年限,实现可持续发展,具有重要的现实意义。     

深井综采工作面过断层及煤柱安全开采技术

针对平煤股份一矿采深830 m左右的戊10-31100工作面过8号断层同时过上覆戊8煤柱安全开采问题,通过UDEC数值模拟实验,对工作面及上覆戊8煤柱的应力分布进行了分析,根据应力分布特征制定了开采措施。结果表明:受戊8煤柱集中应力的影响,戊10-31100工作面在进出煤柱时均处于应力升高区,顶板压力大,断层带顶板破碎,维护困难。通过有效的安全开采措施,实现了戊10-31100工作面过8号断层及戊8煤柱的安全开采。     

承压水上工作面采动诱发断层活化及煤柱留设研究

为加强矿井水灾害防治,保障矿井安全开采,以五沟煤矿1026工作面实际地质条件为基础,针对工作面回采诱发断层活化突水问题,采用室内相似材料模拟试验与FLAC3D数值模拟相结合的方法,研究了工作面采动影响下断层的活化特征及煤柱留设情况。研究结果表明：运用相似材料试验分析可知,随着工作面不断推进,当DF68断层下盘防水煤柱小于20m时,DF68断层活化程度明显加剧,工作面突水威胁也将更大|采用数值模拟对工作面推进过程中的DF68断层活化特征、渗流特性及断层防水煤柱的留设进行了系统的分析,得到了DF68断层防水煤柱最小留设宽度|结合相似材料试验、数值模拟综合分析确定DF68断层下盘防水煤柱留设宽度为20m,该宽度在保证工作面回采安全的基础上可进一步提高资源回采率。     

承压水上工作面采动诱发断层活化及煤柱留设研究

为加强矿井水灾害防治,保障矿井安全开采,以五沟煤矿1026工作面实际地质条件为基础,针对工作面回采诱发断层活化突水问题,采用室内相似材料模拟试验与FLAC3D数值模拟相结合的方法,研究了工作面采动影响下断层的活化特征及煤柱留设情况。研究结果表明：运用相似材料试验分析可知,随着工作面不断推进,当DF68断层下盘防水煤柱小于20m时,DF68断层活化程度明显加剧,工作面突水威胁也将更大|采用数值模拟对工作面推进过程中的DF68断层活化特征、渗流特性及断层防水煤柱的留设进行了系统的分析,得到了DF68断层防水煤柱最小留设宽度|结合相似材料试验、数值模拟综合分析确定DF68断层下盘防水煤柱留设宽度为20m,该宽度在保证工作面回采安全的基础上可进一步提高资源回采率。     

逆断层下盘开采断层煤柱应力演化及断层活化规律研究

以逆断层为研究对象,通过FLAC~(3D)数值模拟软件建立由下盘向逆断层开采模型,研究了逆断层下盘开采时不同尺寸断层煤柱内支承应力演化和断层活化规律。结果表明:逆断层对采动应力的阻隔效应显著,随断层煤柱尺寸减小,断层煤柱内易形成高应力集中,导致煤柱塑性失稳,易诱发动力灾害;断层面剪切应力与法向应力比值能较好的反应断层受开采扰动程度,比值最大时断层活化危险性最大;受开采扰动,断层由高位向低位逐步活化,两盘相对位移量增大,易诱发矿井灾害。     

断层落差影响下的采动应力演化规律数值模拟

为研究断层落差影响下的采动应力演化情况，构建了断层力学模型，以逆断层为例分析断层附近支承压力分布状态，研究断层面应力状态；利用FLAC^3D数值软件模拟了2 m、5 m、7 m、10 m断层落差条件下的采动应力情况，并且每种断层落差下设置10 m、20 m、30 m、40 m、50 m煤柱。研究发现：断层落差对应力集中具有明显作用，另外，煤柱尺寸对于应力集中程度也具有不可忽视的影响。     

采高对断层煤柱支承应力及断层活化规律影响研究

采用FLAC~(3D)数值软件,建立下盘向正断层开采数值模型,研究了不同采高条件下,断层煤柱内的支承应力演化特征和断层活化失稳规律。研究表明,采高对断层煤柱内的支承应力及断层面上的剪切应力和法向应力比值影响显著,随采高增大,断层保护煤柱发生塑性失稳时的煤柱尺寸明显增大,且断层活化失稳的时间越早。相同条件,采高增大时,为防止煤柱失稳和断层活化而留设的保护煤柱尺寸需相应增加,断层附近开采时工作面和回采巷道需加强支护强度。     

工作面回风巷探放断层防水方案设计

2304工作面回风巷靠近断层YF20,为尽快探明断层YF20断层上盘石盒子组砂岩富水情况,消除工作面采动诱发的顶板涌水,超前探放断层YF20断层上盘石盒子组砂岩水。实践表明,提前分析并疏放2304工作面顶板砂岩水,降低工作面在回采期间的顶板出水量和出水强度,为工作面回采提供可靠的水文地质资料,确保工作面回采安全,是一种有效、实用的顶板水治理技术。     

构造复杂工作面提高采出率途径与措施

介绍了孙村煤矿高档普采工作面在构造复杂、断层多的情况下提高资源回收率的途径与措施。44172工作面共揭露断层19条,通过采用掘探巷、合理确定过断层的方法减小断层煤柱损失,使工作面采出率达到89 1%。     

下伏煤层开采导水断层防水煤柱留设宽度研究

基于长春兴煤矿601工作面上覆采空区与导水断层的地质条件,利用经验公式和理论分析确定了导水裂隙带发育最大高度和保护煤柱宽度范围。采用CDEM模拟软件建立下伏采煤工作面与断层相耦合的数值模型,模拟不同宽度保护煤柱工况下煤层开采对断层和上覆采空区岩层裂隙发育的影响规律。模拟结果表明,40 m保护煤柱条件下,601工作面煤层开采会显著影响断层和上覆采空区的导水裂隙发育;50 m保护煤柱条件下,601工作面煤层开采对上覆采空区裂隙发育产生影响,对断层无影响;60 m保护煤柱条件下,601工作面煤层开采对上覆采空区和断层区域的导水裂隙带发育均无影响。     

开采沉陷中不同断层活化模式研究

当工作面上覆岩层中含有断层时,地表下沉规律与不含断层时具有显著差别。为了研究开采沉陷中断层活化机理,通过理论推导将开采沉陷中断层活化分为"断层面产生离层空间"、"煤柱压缩"两种断层活化模式并分别利用数值模拟和现场实例进行了验证。研究结果表明:①采动将造成断层面产生离层空间,离层空间以下沉系数等于1传递给松散层造成断层露头处地表产生台阶下沉,影响断层离层空间的主要因素有工作面推进长度、基岩厚度、保护煤柱宽度、煤层厚度、断层倾角、断层是否含水、断层带岩体内摩擦角及黏聚力等;②断层面离层空间随着工作面推进长度的增加而增加,当工作面推进一定长度时不再变化;断层面离层空间随着基岩厚度的增加而线性增加;断层面离层空间随着保护煤柱宽度增加而减小;断层面离层空间随煤层厚度增加而线性增加;断层面离层空间随断层倾角增大而增加;断层带岩体原生水的存在对断层面离层空间产生具有促进作用;断层面离层空间随断层带岩体黏聚力和内摩擦角的增加而减小;③工作面主要影响角和断层倾角的大小关系控制"断层面产生离层空间"模式断层活化,当断层倾角大于主要影响角并与主要影响角在基岩内相交时,断层将活化;④当断层倾角小于主要影响角时,工作面超前支承压力影响范围控制"煤柱压缩"模式断层活化,当工作面超前支承压力接触断层时,断层将活化。     

煤层采掘活动引起断层活化的力学机制 及其诱冲机理

通过调研总结煤层采掘活动与断层赋存状态之间的概念模型,提出了采动应力主导和矿震动载主导两种断层活化类型的力学机制及其动静载叠加诱冲机理,并结合数值模拟、相似材料模型实验以及微震监测给予了验证,同时针对性探讨了断层冲击矿压的监测与防治方法及策略。结果表明,断层冲击矿压的发生机理是由断层与顶板结构双重作用形成的断层煤柱高静载与采动应力主导型或矿震动载主导型断层活化动载叠加诱发;其中,断层活化主要与断层面黏结力、断层摩擦角、断层倾角、最小主应力、孔隙压力有关,且开采扰动引起的水平采空侧卸载和竖直方向加载,即侧压系数降低,是采动应力主导型断层活化的力学本质;动载扰动作用产生的断层超低摩擦效应是矿震动载主导型断层活化的力学本质。研究结果对断层冲击矿压的监测与防治具有重要指导意义。     

楔形区段煤柱工作面冲击地压分区预测与防治实践

为有效防治冲击地压,以东滩煤矿3305工作面为研究背景,划分3305工作面冲击危险性。结果表明:3305工作面轨顺49号收尺点至掘进通道位置共计480m具有强冲击危险性;轨顺其他区域和运顺与断层之间煤柱小于30m的区域,运顺切眼Ⅰ至225m收尺点位置具有中等冲击危险;运顺侧收尺点225~517m位置具有弱冲击危险。对不同冲击危险程度的区域采取不同程度的解危措施,同时采用应力在线监测对巷道应力进行实时监测。最后对3305工作面监测结果及解危措施进行了效果检测,确保了安全生产。     

断层影响下煤层开采突水风险流固耦合数值模拟研究

断层引起的底板采动突水是煤矿防治水中的重要问题，研究因采动引起断层活化，以及对底板渗透性变化全程进行演化是解决此类问题的关键。在前人成果的基础上总结了采动过程中围岩渗透性变化规律及渗透系数-体积应变耦合方程，将其嵌入FLAC^3D流固耦合模型中。并以济宁二矿103_下03工作面八里铺断层为背景，模拟不同煤柱尺寸情况下底板断层突水演化规律。结果表明：八里铺断层对于103_下03工作面安全开采具有重要影响。防水煤柱尺寸为90 m时，奥灰水会沿导水通道进入采空区，引发突水事故；当其为100 m时，采动过程是安全的，且有效隔水层厚度约5 m。最终确定济宁二矿103_下03工作面八里铺断层防水煤柱留设宽度取100 m。     

临断层孤岛面冲击危险与断层滑移数值反演——以朝阳煤矿3108工作面为例

复杂地质构造、开采布局等与冲击地压密切相关,尤其是当孤岛工作面沿平行于断层走向回采时,受断层煤柱与孤岛工作面影响叠加后形成的采场煤岩应力状态及覆岩结构将更为复杂,严重威胁冲击地压矿井的安全高效开采。为探究临近断层处孤岛工作面开采时断层滑移失稳致灾机理,利用FLAC^3D中的Fish语言进行2次开发,系统地提出一种孤岛工作面推进过程中采动诱发断层滑移失稳的数值模拟方法。以朝阳煤矿3108工作面为工程背景,建立断层赋存条件下的孤岛工作面开采的数值模型,分析了开采扰动下断层面应力场、位移场和速度场的动态演化特征,确定了断层滑移失稳的判定准则,总结了断层滑移失稳与冲击危险之间的关系,所得结果与现场实际强矿震分布具有较好的一致性。研究结果表明:当工作面远离断层时,断层面不产生滑移失稳,此时采动动载主要源于顶板破断;当工作面向断层推进时,认为当断层面出现剪应力降且剪切位移量大于0.05 m时断层产生滑移。断层滑移型动载可由地震矩、能量和滑移速率等物理参数表示,当动力计算时间为0.03 s时,断层面发生滑移,其地震矩和释放的能量达到峰值。一般当滑移速率峰值达到0.99 m/s以上...     

近距离薄煤层开采断层防水煤柱留设分析

煤矿生产实践中断层防水煤柱的留设往往根据经验确定,由于矿井地质条件及岩石力学条件的差异性,防水煤柱设计不够科学,增加了采场突水的可能性,而数值模拟计算则可以弥补传统方法的不足。在理论分析地质构造、断层特征及充水因素的基础上,采用理论计算及数值模拟相结合的方法,合理留设断层防水煤柱,对类似情况下断层防水煤柱的留设具有一定的参考意义。     

断层倾角对逆断层活化规律影响的模拟分析北大核心

以杨村煤矿10605工作面F5逆断层为研究对象,采用三维有限差分数值软件FLAC^(3D)模拟研究了断层倾角对逆断层活化的影响,揭示了断层倾角对逆断层活化影响的规律。结果表明,当开采逆断层下盘煤层时,断层倾角越小,断层带上的应力就越大;断层倾角越小,断层带两盘相对滑移量越大;断层带受采动影响显现出的孔隙压力范围及破坏程度随断层倾角的增大而减小。小倾角逆断层容易活化,诱发断层突水危险性大,所需留设的防水煤柱的宽度越大。     

断层倾角对逆断层活化规律影响的模拟分析

以杨村煤矿10605工作面F5逆断层为研究对象,采用三维有限差分数值软件FLAC~(3D)模拟研究了断层倾角对逆断层活化的影响,揭示了断层倾角对逆断层活化影响的规律。结果表明,当开采逆断层下盘煤层时,断层倾角越小,断层带上的应力就越大;断层倾角越小,断层带两盘相对滑移量越大;断层带受采动影响显现出的孔隙压力范围及破坏程度随断层倾角的增大而减小。小倾角逆断层容易活化,诱发断层突水危险性大,所需留设的防水煤柱的宽度越大。