新登煤矿综放开采导水裂隙带发育高度研究

煤层开采后导水裂隙带发育高度至顶板含水层和底板承压含水层,会使覆岩中的水通过导水裂隙带进入工作面,给煤矿安全生产带来重大隐患。为获得新登煤矿煤层开采后导水裂隙带的发育高度,在该矿31101工作面进行了实测研究。首先通过对井下施工的4个钻孔的钻孔漏失量,大致推导出工作面开采后的导水裂隙带高度;然后利用电视成像仪观测孔壁的裂隙,判断导水裂隙带高度;最后通过物理相似模拟实验,分析导水裂隙带发育规律。得出新登煤矿31101工作面的顶板导水裂隙带高度45.7~46.7 m;底板导水裂隙带高度5.6 m。     

陕北榆神矿区煤层开采顶板涌水规律分析

榆神矿区是我国陕北煤炭基地的重要组成部分,针对榆神矿区煤层开采顶板覆岩含水层涌水规律研究不足等问题,通过系统分析地质与水文地质结构特征,将矿区开采煤层覆岩划分为松散孔隙、基岩与风化裂隙、烧变岩孔洞裂隙4个含水层组,以及主、亚2个隔水保护层组;根据煤层采动导水裂隙与覆岩含(隔)水层组不同组合关系下的含水层涌水特征,提出了浅埋煤层侧向直接涌水、中深煤层侧向与垂向复合涌水,以及深埋煤层侧向涌水与垂向弱涌水3种含水层涌水模式;并采用数值分析方法,以榆神矿区典型矿井为研究对象,构建了采煤工作面尺度上煤层开采3种模式涌水分析模型,模拟结果显示,浅埋煤层侧向直接涌水型(凉水井井田),主采煤层为4^-2煤层,采动导水裂隙直接发育至松散含水层,工作面顶部含水层被疏干,总涌水量为47 m³/h,地下水流场受采动影响大;深埋煤层侧向涌水与垂向微涌水型(小壕兔1号井田),主采煤层为1^-2煤层,采动导水裂隙发育至基岩含水层,总涌水量为21.87 m³/h,以侧向涌水为主,由于主、亚隔水层复合保护,垂向涌水微弱;中深煤层侧向与垂向复合涌水型(曹家滩井田),主采煤层为2^-2煤层(均厚约为11 m),在分层开采条件下导水裂隙发育至基岩含水层内部,其侧向涌水量为23.17 m³/h,垂向涌水量为12.67 m³/h,地表松散含水层地下水流场变化较小,在一次采全高条件下导水裂隙突破亚隔水层,发育至风化基岩含水层底部,总涌水量增至131 m³/h,对松散含水层影响较大。此外,当导水裂隙带高度小于180 m、不能沟通风化基岩含水层时,随导水裂隙带高度增加涌水量增加幅度不大,当导水裂隙带高度大于180 m、导水裂隙揭露富水性较好的风化基岩含水层时,涌水量增加幅度较大,由此可见,抑制导水裂隙发育高度与覆岩强含水层的接触关系,是控制煤层覆岩涌水的一项重要措施。     

宁正矿区新庄煤矿首采区侏罗系延安组8号煤层顶板涌（突）水危险性评价

针对新庄矿井水文地质条件特别是矿井水的涌（突）水水源和机理认识不清,直接影响新庄煤矿的安全、高效、绿色开采这一问题,通过水质分析和计算导水裂隙带发育高度,判定新庄矿井8号煤层顶板涌（突）水水源;同时在含水层的厚度、单位涌水量、物探含水层富水异常区、钻孔消耗量、岩芯采取率、地层脆塑性比6个主控因素的含水层富水性分析和综放开采条件下冒裂安全性分析基础上,通过多结果叠合对首采区8号煤层顶板涌（突）水危险性进行评价。结果表明：矿井顶板涌（突）水水源为下白垩统志丹群洛河组砂岩孔隙-裂隙含水层和中侏罗统直罗组、延安组上、中部(煤8层顶板以上)砂岩复合承压含水层,其中下白垩统志丹群洛河组砂岩孔隙-裂隙含水层是主要致灾水源。首采区内8号煤层导水裂隙带发育高度均能沟通洛河组砂岩含水层,首采区全区域为冒裂危险区。8号煤层顶板涌（突）水危险区中Ⅰ区主要分布在首采区的北部及中西部,Ⅱ区主要分布在首采区的中部及中西部,Ⅲ区主要分布在首采区的中东部及南部,Ⅳ区主要分布在首采区的东部及南部。     

高家堡井田二盘区导水裂隙带高度实测研究

为了查明煤层顶板导水裂隙发育规律,采用地面钻孔分段注水测试和钻孔窥视方法实测了高家堡井田204工作面和205工作面煤层顶板导水裂隙带发育高度。研究结果表明：（1）205工作面DT1钻孔位置煤层顶板导水裂隙带发育高度为327.75 m,裂采比25.81。（2）204工作面DT2钻孔位置煤层顶板导水裂隙带发育高度为197.85 m,裂采比35.33。（3）高家堡井田二盘区导水裂隙带实测结果丰富了黄陇煤田综放采煤覆岩破坏规律。     

榆横矿区十六台勘查区保水采煤分析

为了分析十六台勘查区的保水采煤条件,通过对其含水层富水特征分析,研究了煤层与覆岩的含(隔)水层空间特征,并计算了导水裂隙带的发育高度。研究表明,研究区生态环境脆弱,萨拉乌苏组潜水含水层是主要的含水层和供水水源,也是保水采煤的目标含水层;主要隔水层第四系离石组黏土结构致密,渗水条件差,发育连续稳定,是萨拉乌苏组潜水赋存储集的重要条件;煤层与覆岩的空间组合具有较好的保水条件,煤层开采时冒落带和导水裂隙带发育高度不会波及到萨拉乌苏组潜水含水层,煤炭开采时采取适当措施可实现保水采煤。     

千米埋深特厚煤层综放开采顶板导水裂缝带探测技术研究

高家堡煤矿101工作面放煤期间可能出现局部放煤超高,导致导水裂缝带发育高度增加,可能波及到白垩系洛河组上段强含水层。由于洛河组上段富水性强,为避免引起防治水事故。采用微震监测技术,实现实时监测工作面回采期间的顶板覆岩破坏变化规律,从而确定工作面回采后的顶板导水裂缝带发育高度。     

特厚煤层导水裂隙带发育高度的模拟实验

采用相似材料物理模拟实验的方法,对东北某矿特厚煤层顶板导水裂隙带的发育高度进行了探讨。结果表明:该矿特厚煤层顶板导水裂隙带发育高度为508 m,证明煤层在回采过程中,导水裂隙带将会波及到上覆第四系主要含水层,极易导致上覆第四系主要含水层中的水分从裂隙通道进入井下,从而给矿井带来水害威胁。     

基于相关性分析的导水裂隙带发育高度预测

以榆神矿区小保当煤矿为研究对象,采用地质比拟方法对 2^-2煤层开采导水裂隙带发育高度进行预测分析。 根据榆神矿区煤层覆岩典型组合结构,确定 2^-2煤层覆岩类型为软岩类、较软岩类和较坚硬岩,并将其划分为硬-软-硬和硬-硬-软组合结构;筛选了覆岩采动裂隙发育的影响因素,以榆神矿区导水裂隙带发育高度实测为例,分析了煤层覆岩结构类型、采高、埋深、工作面跨度与导水裂隙带发育高度的相关性,采用回归分析方法拟合确定了不同主控因素条件下的导水裂隙带发育高度预测公式。 研究成果对小保当煤矿保水采煤、顶板水害防治提供了一定的理论依据。     

孟巴矿特厚煤层分层开采覆岩导水裂隙带高度测定

针对孟加拉国巴拉普库利亚煤矿地表松散富含水层水体下安全开采问题,采用井下仰孔注水测漏法对Ⅵ煤首分层综采采场导水裂隙带发育高度进行了现场探测,实测覆岩最大导水裂隙带高度为61.46 m;应用FLAC3D数值模拟方法,模拟计算了首分层和二分层开采覆岩最大导水裂隙带高度分别为65 m和88 m;通过与经验公式计算结果进行对比分析,综合确定首分层开采覆岩最大导水裂隙带高度为65 m,裂采比为21.67,并给出了中硬顶板条件下分层综采导水裂隙带发育高度计算公式。     

水库下采煤导水裂隙带高度预测

本文采用人工神经网络技术,对新安煤矿小浪底水库下采煤导水裂隙带发育高度进行预测研究,选取了顶板岩性、顶板抗压强度、覆岩类型、倾角、覆岩厚度、泥岩比、煤层采厚等因素作为导水裂隙带预测模型的影响因子,建立了导水裂隙带高度的预测模型,准确判断了煤层开采后导水裂隙带的发育高度。本文的研究成果为新安煤矿合理设计小浪底水库下采煤的开采方式方法,提供了重要的参数依据和技术支撑。     

采空区下煤层开采覆岩破坏规律数值模拟

基于古书院矿煤层的实际地质资料,利用RFPA2D分析软件对采空区下15#煤层开采覆岩破坏进行了模拟,观察开采后15#煤层坚硬顶板的裂隙发育状况,研究采动覆岩中三带的发育高度,并对结果从采场上覆岩层移动破坏规律、15#煤层顶板位移及应力变化特征方面进行了分析。通过对15#煤层三带分布研究,编制矿井冒落带和导水裂隙带高度的等值线图,确定15#煤层的导水裂隙带最大发育高度,预测在15#煤层回采过程中,9#煤层采空区积水下渗的可能性。根据裂隙发育情况,结合顶板岩性,为15#煤建立抽放系统、治理瓦斯的论证提供依据。     

综放开采工作面两带高度发育规律数值模拟研究

针对某煤矿1301综放工作面开采受顶板砂岩、第四系松散含水层顶板水威胁的问题,为得到深部大采高综放工作面两带高度发育规律,采用FLAC3D数值模拟方法,研究覆岩在走向、倾向方向破坏演化规律。结果表明:覆岩导水断裂带高度达到106 m,冒落带高度达到49 m,导水断裂带已经波及到顶板砂岩含水层,开采3号煤层受顶板"三砂"水影响较严重,需要采前疏放顶板砂岩含水层。     

彬长矿区煤层开采导水裂隙带高度探测及计算

针对彬长矿区煤层开采顶板导水裂隙带发育规律复杂,导致矿井水害影响评价难度大的问题,通过分析典型工作面的涌水情况,对比不同开采参数下工作面涌水差异特征,初步得出不同工作面长度对导水裂隙带的差异性影响;以现场实践为指导,提出“采前背景条件探查、采中水位动态监测、采后综合测试”的煤层开采全过程导水裂隙带高度综合实测方法;基于矿区内大量导水裂隙带高度实测结果,分析得出彬长矿区导水裂隙带发育规律呈现明显的工作面长度控制效应,采长175～240 m时导水裂隙带发育高度较大,采长80～151 m时导水裂隙带高度相对较小,在同一工作面长度控制下,导水裂隙带高度随采高呈非线性增长的规律;根据导水裂隙带高度变化规律,采用非线性回归分析方法,分别拟合出2种开采参数下导水裂隙带高度计算经验公式,并分析了公式的适用范围;采用推导的经验公式对区域内新开采工作面影响白垩系洛河组含水层程度进行分析,结果表明所得经验公式可以较好地评价工作面受洛河组含水层充水的影响程度,与《煤矿防治水手册》推荐的经验公式相比其计算精度明显增加。研究成果可对彬长矿区和周边相似条件矿井导水裂隙带高度的确定提供较好的参考,同时丰富了我国西部侏...     

洛河组含水层下厚煤层开采导水裂隙带高度探测与分析

以亭南煤矿二盘区巨厚洛河组下开采条件为背景,采用理论和工程探测方法,对不同工作面采厚情况下采动覆岩导水裂隙的发育特征进行了探测和分析。研究结果表明,在204面采高6m条件下,实探导水裂隙带高度为144.0m|206工作面采放总厚度7.5m情况下,实探导水裂隙带高度为140.2m|206工作面采放总厚度9m情况下,实探导高为148.3m,导水裂隙带高度并没有因采高的变化而明显变化,均至宜君组底界附近,同时受控于覆岩中关键层的位置。实测结果也验证了基于关键位置的导高判别方法的正确性及其在亭南煤矿巨厚洛河组覆岩条件下的适用性。研究成果可为亭南煤矿后续盘区合理采放高度设计和顶板水防治提供参考和借鉴。     

厚煤层放顶煤工作面防治水研究

放顶煤开采时其导水裂隙带发育高度大于煤层顶板到白垩系宜君组含水层底部距离,在工作面薄弱处可能波及至洛河组含水层,工作面面临顶板水害威胁。对此,利用"大井法"进行工作面涌水量计算,考虑回采安全,正常涌水量按400 m3/h、最大涌水量按800 m3/h进行工作面水仓及排水系统的设计。     

孟村煤矿采空区覆岩“两带”高度观测及计算

煤层采后覆岩导水裂隙带发育高度不同,会引起煤层上覆不同含水层的水体涌入井下,准确探查煤层开采后“两带”发育高度对煤矿防治水工作具有重要的指导意义。采用钻孔冲洗液漏失量观测法结合彩色电视窥视法,对孟村煤矿401101工作面进行了“两带”高度的探查,综合确定裂采比为18.6,冒采比为4.3。同时,通过对1411孔洛河组水位的跟踪观测,总结出了随着工作面的推进,导水裂隙带发育的规律,即随着工作面采后距离的增大,覆岩破坏形成的导水裂隙带最高点也继续向上移动。期间可能存在短暂的裂缝弥合,随着工作面的继续向前推采约97 m(1个月),导水裂隙带发育完成。实践表明,冲洗液消耗量观测和彩色电视窥视2种方法相结合,可以对“两带”发育高度观测结果进行对比和印证,是有效确定“两带”发育高度的技术手段。     

近距离煤层开采导水裂隙带发育高度数值模拟研究

为解决邵寨煤矿2号、5号煤层重复采动面临的覆岩破断及两带发育高度问题,以及研究此情形下导水裂隙带演化规律,运用数值模拟计算方法,采用3DEC数值模拟软件,通过对近距离煤层条件下工作面的回采进行模拟实验,获得导水裂隙带的演化趋势,以及工作面回采结束后的两带最终发育高度。模拟结果表明,导水裂隙带高度沿工作面倾向是从零开始逐渐增加的,最终当工作面回采360 m时,导水裂隙带高度增加至100 m,而走向导水裂隙带初始为煤2层采动造成的高度为78 m,随着煤5层的回采导水裂隙带高度保持不变,当工作面回采至220～260 m时向上延伸至100 m,随后继续保持稳定,导水裂隙带最终发育高度为100 m,贯穿了延安组岩层达到安定组岩层但并未到达洛河组含水层,可以保障井下的安全生产。     

榆神矿区中深煤层开采覆岩损伤变形与含水层失水模型构建

煤层开采覆岩变形损伤是含水层失水主要原因,针对榆神矿区中深煤层开采影响下含水层失水规律研究程度不高问题,根据矿区主采煤层覆岩的地质与水文地质结构特征,总结提出中深煤层开采覆岩损伤变形影响下含水层"侧向直接与垂向渗漏"复合失水模式,以COMSOL多物理场耦合数值分析软件为平台,提出了中深煤层开采覆岩变形损伤与含水层失水数值分析模型的构建方法:①利用岩石力学模块,通过建立煤层开采条件下覆岩采动应力、孔隙率与渗透率耦合关系,模拟输出弯曲带覆岩各剖分节点的位移变形量,计算采动渗透系数变化;利用Mohr-Coulomb塑性破坏准则识别出采掘扰动下导水裂隙带的发育范围;②利用COMSOL软件平台中大变形几何体自动重新剖分计算模块,重新进行网格剖分,形成采动变形二次剖分网格;③在达西渗流模块中,根据含水层与导水裂隙带间的地下水运动状态的转化特征,把采动导水裂隙范围数值处理成达西渗流边界,重新输入采动渗透系数参数,以建立含水层地下水失水分析模型。最后以榆神矿区曹家滩煤矿为分析案例,建立工作面尺度上煤层开采覆岩损伤变形与含水层失水分析模型,模拟得出工作面2~(-2)煤层分层开采(5 m采高)条件下导水裂隙最大高度为128 m,发育至直罗与延安组基岩含水层内部,含水层失水总量35.84 m~3/h,其中侧向直接与垂向渗漏失水量分别为23.17,12.67 m~3/h,煤层开采对近地表松散含水层影响小;一次采全高(10 m采高)条件下导水裂隙最大高度为202 m,发育至富水性好的风化基岩含水层内部,失水总量增加至130.31 m~3/h,其中侧向直接与垂向渗漏失水量分别为92.65,37.66 m~3/h,煤层开采对松散含水层影响较大。     

薄基岩浅埋煤层覆岩运移流固耦合模拟实验

以石圪台矿薄基岩浅埋煤层为研究对象,解决了模型的密封性,实现了水压和水体的灵活加载,找到了隔水层材料配比。通过实验再现覆岩裂隙萌生、扩展及贯通全过程,上覆岩层不存在普通煤层开采的"三带",只存在垮落带和裂隙带"两带",导水裂隙带高度为6-16.4倍采高;顶板含水层使覆岩首先产生张裂隙,最终在采空区两端形成突水通道,造成顶板突水溃砂灾害。     

网络并行电法在工作面"三带"观测中的应用

在松散含水层下采煤,按煤矿安全有关规定必须进行煤层开采顶板导水裂隙带高度的测定,获得可靠的"三带" (冒落带、裂隙带和整体弯曲带)高度,以进行最佳的采煤区段设计,合理留设安全防水煤柱,确保煤矿安全生产.该文介绍了在井下特定巷道布置钻孔,采用网络并行电法进行动态测试,分析探测煤层的覆岩破坏"三带"发育规律的方法.