煤层倾角对断层防水煤柱稳定性影响分析

煤层倾角是影响断层防水煤柱留设的重要因素,为了分析煤层倾角对断层防水煤柱及周围岩体的应力分布、塑性破坏及变形特征的影响,用理论推导和数值分析两种手段对其进行研究。研究表明,随煤层倾角的增大,煤柱及周围岩体的塑性破坏区增大,易造成断层带破坏区绕过煤柱与顶底板破坏带连通,同时因破坏区加大,在煤柱两侧边缘的应力集中现象减弱,为不同煤层倾角下断层防水煤柱的留设提供了依据。     

断层影响下底板隔水层的破坏机理研究

为了研究断层对底板隔水层稳定性的影响,根据岩石剪切破坏的极限平衡条件推导出隔水层破坏的临界水压力公式,并提出突水判据.基于临界水压力公式分析了断层倾角、内聚力和断层煤柱宽度对底板隔水层破坏的影响规律.结果表明,断层倾角越小,底板隔水层能够承受的临界水压越小,底板就越容易发生突水;若断层带内聚力越小,即断层带强度越软弱,底板临界水压力也随之减小,此时底板发生突水的可能性越大;断层煤柱留设宽度越大,底板越不容易发生突水.工程应用表明预设的煤柱宽度偏小,有发生底板突水的可能,为保证安全开采,根据所推出的临界水压力公式计算得出合理的断层煤柱宽度应为34.3 m.     

采动和强承压水作用下大倾角断层防水煤柱宽度研究

针对煤层位于断层上盘的大倾角正断层防水煤柱的合理宽度留设,采用数力学理论分析和现场实测的综合研究方法,同时考虑沿煤层方向和沿煤层底板方向的复合作用,在沿煤层方向分别建立了煤柱采动影响区、弹性核区和断层裂隙带煤柱宽度的数学模型,在沿煤层底板方向深入分析了煤层底板抵抗水压破坏的力学机理,揭示了断层防水煤柱合理宽度影响因素的作用机制。研究表明,断层防水煤柱宽度的计算必须考虑采动矿压和断层裂隙带的双重影响;当断层下盘为特厚含水层时,防水煤(岩)柱合理宽度的计算还要考虑煤层底板能否抵抗承压水的破坏;最后形成了特大落差正断层防水煤(岩)柱合理宽度的计算方法。工程实践表明,所留设的煤柱宽度合理,经济效益显著。     

受小倾角断层影响的地表移动特征研究

为了研究受小倾角断层影响条件下铁路保护煤柱的留设方案,利用UDEC软件模拟了采煤工作面处于出露地表的小倾角断层下方不同位置时对地表移动特征的影响。结果表明:断层露头处地表会发生不连续变形,且当断层露头处于按正常地质条件下移动角划定的开采范围外时,工作面与断层露头的水平距离越近,该变形越明显,断层越易活化;工作面与断层露头的水平距离大于某一临界值时,断层露头处的移动变形小于建筑物Ⅰ级破坏的临界变形值。在榆树坡煤矿1504工作面,该临界值可取446.6m,据此提出了铁路保护煤柱的留设方案。     

断层倾角对断层活化与底板突水影响的数值模拟研究

为了研究断层附近矿井突水事故的发生机理,利用有限差分数值模拟软件FLAC3D模拟分析不同倾角的断层在采掘扰动影响下的地应力场和塑性区情况。结果表明:断层倾角越大,断层面上的剪应力和法向应力越大;采掘处以深断层活化范围大于采掘处以浅断层活化范围;小倾角正断层更容易产生贯通作业面底板与含水层的裂隙。利用该软件,在临近断层开采区内对断层附近地应力场和塑性区的模拟,有助于确定断层防水煤柱的留设宽度和预防矿井突水事故的发生。     

断层活化对建(构)筑物保护煤柱留设的影响分析

现场开采实践表明,合理留设断层影响下的建(构)筑物保护煤柱是煤矿初步设计中需要考虑的重要问题之一。在分析采动断层活化的力学机理的基础上,结合各种产状的断层对采动地表移动变形的影响,给出了受断层影响下的建(构)筑物保护煤柱留设方法。研究表明,采动断层活化与断层面的应力状态、断层倾角、断层面岩石的黏聚力和内摩擦角,以及断层面上的流体压力等因素有关,断层对地表移动变形的影响与断层面的倾向和倾角有关。在进行断层影响下的建(构)筑物保护煤柱留设时,应当考虑到工作面开采参数、断层面的物理力学参数和开采方法等影响因素,综合采用数值模拟和相似模拟等手段确定保护煤柱的宽度。     

含断层构造采动底板岩体突水过程数值模拟

为确保承压水上煤层安全开采,从"下三带"理论入手,以实际工程为背景,基于FLAC3D数值软件,构建断层构造承压水上煤层开采模型,分析断层影响下底板破坏规律及突水路径,结果表明:随着工作面推进,在距断层一定范围内,煤层底板最大破坏深度为10 m,靠近断层时,受断层影响,煤壁前下方破坏深度增大至16m,并与断层破坏带导通形成突水通道;受采动影响,孔隙水压力沿着底板隔水层和断层均发生明显导升,其高度约6~8m不等,且流水矢量方向与底板突水通道路径一致;含30°、45°和60°断层工作面开采突水通道形成时,对应剩余临界水平煤柱长度分别为67m、37m和18 m,说明断层倾角越小,需要留设的保护煤柱越长,即在相同推进距离下,断层倾角越大越不易发生底板突水现象。该研究结果为矿井煤柱留设提供了科学依据,具有重要的实用价值。     

淮北矿区底板断层防治水研究与实践

为了有效地治理淮北矿区底板断层突水,针对不同断层情况采取了不同的措施。在煤柱留设方面,充分考虑了断层倾角和断层对煤体渗透性的影响;在注浆、疏放水方面,考虑各个含水层之间的水力联系。研究和实践表明：与传统的按规程和经验留设煤柱相比,在考虑到断层倾角和断层对煤体的影响基础上进行煤柱留设更加科学合理。桃园矿F2断层倾角为60°,处于临界角;为安全考虑,在留设煤柱后还应加强底板监控,防治断层引发的底板突水。注浆前先进行放水试验可以更好地了解含水层之间的水力联系,对注浆工作有指导作用。朱庄矿和杨庄矿的工程实践也说明了注浆对于阻止小断层构造引发的突水效果显著。     

城郊煤矿某工作面大型断层防水煤柱留设研究

为了探究城郊煤矿深部某工作面对于大型断层防水煤柱留设的合理性和可行性,在参考相关文献的基础上,建立了该工作面与断层之间的关系工程地质模型。结合相关规范,分析计算了不考虑断层破碎带和考虑采动破坏带范围2种情况下的该大型断层防水煤柱宽度具体留设值,2种计算结果的最大值均大于永煤公司2006年规定的宽度,最大相差约227.5 m。最后与实际留设的煤柱宽度进行了对比,发现考虑断层带宽度和采动底板破坏带范围的计算结果更接近矿井实际条件。     

断层影响下防水煤柱留设合理宽度研究

为了确定回采过断层时防水煤柱的宽度,从矿压作用、构造作用以及水力劈裂作用角度,分别推导出工作面采动对岩层的破坏深度公式。从煤壁突水以及底板突水2种突水通道分析断层影响下防水煤柱的留设宽度,最后推导出采场断层防水煤柱留设的计算公式,并通过算例验证其准确性。     

不同倾角断层对煤层底板突水影响的数值模拟研究

运用FLAC3D数值模拟软件,通过模拟不同倾角的正断层在采动影响下对煤层底板突水的影响过程,揭示了煤层开采过程中由于断层构造引起的底板突水通道的形成过程,以及倾角对断层活化和底板突水的影响规律。模拟结果表明:小倾角的正断层比大倾角正断层更容易引起突水危险,在实际安全设计时需要留设较宽的防水煤柱。研究结果对指导煤矿的安全生产提供了重要的参考依据。     

赵各庄矿极复杂区域保护煤柱留设数值模拟研究

针对赵各庄急倾斜、大断层和采空区下极复杂区域煤层开采中煤柱留设宽度问题,理论分析了极复杂区域煤柱留设条件:一是作为断层保护煤柱,二是作为9煤老空区保护煤柱。将断层煤柱划分为采空区一侧煤体塑性区、有效隔水煤柱的弹性区和断层处煤体裂隙带三个区域,分别计算煤柱宽度。在理论分析和数值模拟基础上,建立了极复杂区域老空区下急倾斜煤层开采保护煤柱数值模型,模拟分析了工作面无煤柱、煤柱距离32m和64m三种不同情况开采时工作面围岩应力变化、围岩位移变化和塑性破坏区等情况,直观分析解释煤柱留设的依据。结合现场地质条件,计算赵各庄3839区域煤层开采煤柱留设宽度为66.2m。     

龙东煤矿F_孙断层煤柱留设的数值模拟研究

为了研究断层带对煤层开采的影响,以龙东煤矿东二采区F_孙断层岩体地层为原型,根据采区地质特征,运用FLAC~(3D)建立数值模型,模拟煤层开挖。根据数值模拟结果,判断不同断层煤柱条件下采空区塑性变化及煤层顶板应力变化情况,从而合理设置断层煤柱。研究结果表明:随着采煤工作面的不断推进,采空区顶底板破坏越来越严重,当工作面推进95 m时,采空区顶底板破坏严重且与断层邻近的地层受到破坏,从而导致断层破坏,成为导水断层,引发煤层突水事故。同时,对煤层推进95 m时,煤层顶板的应力特征进行分析,得出断层煤柱合理留设宽度为55 m。     

煤峪口矿断层防水煤柱留设研究

针对同煤集团煤峪口矿410盘区矿井开采中出现的断层突水现象,对开采工作面的断层特性以及断层的导水性进行分析,确定断层含有弱导水性,并提出采用简支梁模型和底板突水模型,对断层防水煤柱的留设宽度进行计算,结合81022工作面的地质条件,在底板突水模型下,认为断层煤柱的合理留设宽度为13.33 m,通过现场数据表明:所设计的断层煤柱留设宽度能够有效地控制巷道围岩的变形,对煤峪口矿后续安全开采有很重要的指导意义。     

赵庄二号井3~#煤层断层防水煤柱留设分析

运用FLAC~(3D)软件对赵庄二号井的DF5断层的防水煤柱进行了数值模拟研究。通过留设不同宽度的保护煤柱,分析煤系煤层周围及断层附近塑性区及最小主应力变化情况,得出了断层煤柱的合理留设宽度,3~#煤层临近断层开采时,留设60 m的防水煤柱是可靠的。     

短壁开采合理煤柱宽度的确定

为了确保“三下”开采的安全性，本文建立相应力学模型对在短壁开采中留设煤柱的合理宽度进行理论计算；再运用RFPA2D对在短壁式开采中留设不同宽度煤柱的开采过程进行数值模拟，分析比较了留设不同宽度的煤柱对底板和上覆岩层的影响，再现了采动岩体的破坏机理和移动规律。通过理论和数值模拟的综合比较，得出合理的煤柱宽度。为实现井巷保护、资源合理利用和经济的可持续发展提供基础性的依据。     

基于层次分析的深部矿井断层合理保护煤柱宽度

为解决深部矿井断层保护煤柱合理留设的问题,针对传统经验公式的不足和缺陷,利用层次分析法筛选出影响其稳定性的主要因素。采用FLAC3D软件,通过对不同条件下的保护煤柱数值模拟,得出断层活化临界状态下的保护煤柱宽度,其结果证明经验公式对深部矿井适应性不强。MATLAB回归分析表明:保护煤柱宽度与各因素的计算公式拟合效果良好,相关性较高。     

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。     

任楼煤矿F_3和F_4断层防水煤柱留设研究

研究断层区防水煤柱的留设具有重要的现实意义。文中通过对任楼煤矿F3和F4断层导水性分析,认为其为不导水断层,通过数值模拟和理论计算断层区煤层在开采影响下底板的破坏深度,考虑断层的性质,对断层进行了分段留设,为尽量开采煤炭资源提供了理论支持。     

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。