浅埋薄基岩重复采动条件下“两带”高度发育规律实测研究

为了研究浅埋薄基岩重复采动条件下覆岩"两带"高度发育规律,以隆德煤矿实际地质采矿条件为工程背景,采用理论计算、现场实测的分析方法研究了隆德煤矿101工作面单一煤层开采及209工作面重复采动条件下的"两带"高度发育规律。研究结果表明:浅埋薄基岩煤层单一工作面开采的垮采比为5.34～5.64,裂采比16.31～16.66,与理论值相近,厚及巨厚坚硬岩层对导水裂缝隙带发育具有抑制作用;重复采动条件下,上部煤层的垮采比增大,下部煤层垮采比减小,现行采煤规范中重复采动条件下的"两带"高度计算公式忽略了两层煤的相互影响;隆德煤矿浅埋薄基岩条件下101、209工作面重复开采的导水裂缝隙带高度约为90.31～99.95 m,裂采比为22.58～24.99。     

鹿洼煤矿13上14工作面“两带”高度观测

根据鹿洼煤矿13上14工作面具体地质条件,在对采动覆岩破坏发育规律进行合理预测的础上,通过选择可靠的井下"两带"高度观测方法,得出了13上14工作面采动覆岩导水裂缝带发育高度为31-21m,裂采比为14.9,由此导出了鹿洼煤矿3煤层开采覆岩导水裂隙带高度预计公式为:H裂=14.9M(M为采高).     

榆神矿区中深埋厚煤层开采覆岩破坏规律研究

中深埋煤层覆岩破坏规律及裂隙发育特征与煤矿安全开采密切相关。为揭示陕北侏罗纪煤田中深埋工作面高强度开采下的覆岩破坏规律以及导水裂隙带发育规律,以榆神矿区小保当一号煤矿112201工作面为研究区域,采用数值模拟和现场实测相结合的方法开展了风沙滩地区中深埋煤层高强度开采下的煤层覆岩破坏规律研究。研究表明:112201工作面的初次来压步距约为100m,2-2煤充分采动后,导水裂隙带最终发育高度为169.2m,裂采比为29.27。根据高密度三维地震探查,导水裂隙带发育高度为178.42m,裂采比为30.87。研究成果可为中深埋煤层开采矿井水害防治和水资源保护提供指导。     

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。     

凌志达矿15~#煤层采动覆层导水裂隙带高度研究

山西凌志达15~#煤层平均采高为4 m,为研究该煤层上覆岩层导水裂隙带发育高度,以15101工作面为研究对象,通过现场钻孔窥视,对该工作面的3个钻孔进行观测,得出的裂采比分别为14.7、16.4、14.1;同时选取经验公式对导水裂隙带高度进行计算,得出的裂采比的范围在12.5～17.2;最后采用FlAC~(3D)数值模拟软件得到的结果与前2种方法进行对比分析,三者结果基本吻合。因此,确定该工作面导水裂隙带高度范围在50.84～68.64 m。该研究结果对该矿今后防治水工作具有指导意义。     

多煤层重复采动覆岩破坏高度发育规律研究

为了研究多煤层重复采动下覆岩破坏高度的发育规律,以公乌素煤矿三煤层开采为工程背景,通过现场实测、数值模拟研究方法,得到了单层开采和三层重复开采时16煤1604工作面覆岩导水裂缝带高度,采用3DEC数值模拟研究了单煤层开采及重复采动覆岩的破坏特征,理论分析了重复采动覆岩裂隙发育机理及裂缝带高度的计算方法。结果表明：钻孔冲洗液观测与钻孔窥视结合实测法更准确,公乌素16煤重复采动条件下,裂采比15.14,垮采比3.15|模拟显示采空区两侧裂隙发育明显且为离散裂隙,中部裂隙闭合,裂隙高度与实测较为接近|提出了3种不同程度的重复采动裂缝带发育高度的计算方法,为确定重复采动条件下覆岩裂隙发育高度提供理论依据。     

曹家滩煤矿导水裂隙带高度确定及水害防治

导水裂隙带发育高度是确定煤体回采后是否与上覆含水层及采空积水沟通的关键参数。特厚煤层回采导致上覆岩体破坏高度较大,导水裂隙带发育沟通采空积水区,将导致采空水经由新生裂缝涌入工作面,影响地下水赋存条件,进而影响矿山安全生产。为确定曹家滩煤矿122108工作面导水裂隙带发育高度,采用理论计算、数值模拟相结合的方法对覆岩层导水裂隙带的发育特征进行分析,并提出相应的水灾预防及应急措施。分析结果表明,随着煤层走向开采距离的增大,导水裂隙带高度逐渐增大,煤层充分采动后导水裂隙带高度趋于稳定,约为207～233 m,裂采比为20.7～23.3,为矿井的水害防治及矿区生态保护提供了科学的决策依据和技术支持。     

深部厚冲积层下综放开采导水裂隙带高度实测

为确定厚冲积层下深部厚煤层综放开采导水裂隙带发育高度,以新巨龙煤矿1302N工作面为工程背景,采用井下仰孔双端封堵分段注水测漏观测方法,对深部厚冲积层下厚煤层综放工作面导水裂隙带高度进行了现场实测。观测结果表明:采前孔受采动影响小裂隙发育较弱,钻孔漏损量变化不明显;采后孔受采动影响裂隙发育显著,钻孔漏损量变化呈现稳定—突然增大—稳定—突然减小—稳定的过程;钻孔漏损量结果表明,导水裂隙带发育呈现"马鞍形"状态,最大发育高度94.65m,裂采比为10∶1。     

特厚承压含水砂砾岩下综放开采安全采高确定

以伊犁伊宁矿区富水特厚砂砾岩下煤层综放开采为工程背景,利用现场实测得出煤层回采后覆岩裂采比为7.5,并以此预测了2601工作面在不同采高条件下导水断裂高度,认为安全采高为5.0 m。采用固液耦合相似模拟验证结果表明:在采高8.5 m条件下工作面推进90 m工作面发生突水,突水前含水层水压呈现缓慢下降、上升、震荡、急剧下降的变化趋势;在采高5.0 m条件下,工作面没有出现涌水,覆岩裂隙高度仅为37 m,与裂采比7.5的预测结果相近,2601工作面综放高度5.0 m是可行的。     

胡家河煤矿导水裂隙带发育高度研究

导水裂隙带高度是煤层顶板水害防治中需要考虑的关键因素。胡家河煤矿采用综采放顶煤工艺开采4#煤层,在采放高度达到13 m时,应用"三下规范"中两个公式计算出的导水裂隙带发育高度分别为58. 88 m和82. 11 m,通过RFPA数值模拟表明计算值与实际值相差较大。当工作面推进到140 m时,导水裂隙带发育高度达到最大值204 m,其后不再随工作面的推进而向上发育。钻孔冲洗液漏失量观测结果表明,导水裂隙带发育高度为225 m。综合确定胡家河煤矿导水裂隙带发育高度为225 m,裂采比为17. 3。     

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。     

并行高密度电法监测技术在榆树田煤矿工作面导高实测中的应用

为保证榆树田煤矿防治水工作的顺利开展，以110501工作面实际工程条件为背景，现场应用并行高密度电法技术，得出顶板覆岩电场的变化规律，进一步反映采动影响下顶板覆岩的变化规律，掌握顶板覆岩破坏规律。研究表明，垮落带高度为30.7 m,位于下4煤与下3煤之间的中砂岩层位；导水裂隙带高度为73.7 m,位于下1煤顶板上细砂岩和粗砂岩分界面附近。垮高/采厚比为3.1,裂高/采厚比为7.5,下5煤层采动应力超前影响距最大为65 m。研究为矿井防治水工作的顺利开展提供了保障。     

曹家滩煤矿首采面导水裂隙带高度研究

煤层开采后,上覆岩层导水裂隙带高度的确定对于顶板水害防治与保水采煤均具有重要的技术指导意义。根据曹家滩煤矿首采工作面开采技术条件与岩石力学参数,采用物理相似模拟试验、经验公式计算和现场实测相结合的方法对导水裂隙带高度进行了研究确定。结果表明:物理模拟试验预测导水裂隙带高度145 m,裂采比24. 2;经验公式预计导水裂隙带高度89. 6 m,裂采比14. 9,与物理模拟试验相差较大;钻孔冲洗液漏失量观测预测导水裂隙带高度分别为136. 10 m和139. 15 m,裂采比22. 68和23. 19。通过综合分析得到,物理相似模拟试验结果与现场实测数据较为接近,现有经验公式已不适用于曹家滩煤矿条件下的导水裂隙带高度确定。     

万利一矿煤层群开采覆岩导水裂隙带高度研究

为了获得万利一矿浅埋煤层群大采高开采条件下的覆岩导水裂隙发育高度,采用理论预计与工程探测相结合的方法开展研究。基于关键层理论研究形成了适用于煤层群开采条件的导水裂隙带高度预计方法,并判断得出,上部3-1煤开采后覆岩导水裂隙将发育至基岩顶界面,后续再次开采下部4-2煤,导水裂隙带顶界高度不再增加;理论预计结果得到了现场钻孔工程探测的验证。钻孔冲洗液漏失、孔内水位变化以及钻孔电视观测结果表明,两煤层重复开采引起的导水裂隙已发育至地表,对应导水裂隙带高度为170m;上下煤层开采的垮落带高度分别为21m和18m,对应垮采比分别为4.2和3.8。研究结果可为类似开采条件下的保水采煤实践提供依据。     

富水特厚砂砾岩下采煤覆岩破断特征及采高确定

为确定干沟煤矿2601工作面受富水特厚砂砾岩影响下的安全采高,综合运用现场实测、理论分析、数值模拟及相似模拟实验的方法,对工作面导水裂隙带高度进行了研究。研究结果表明,干沟煤矿工作面覆岩裂采比实测值为7.5,以裂采比7.5计算了2601工作面在不同采高条件下覆岩的导水裂隙高度,确定了工作面安全采高上限为5.0 m;在设定采高5.0 m条件下,采用数值模拟及相似模拟实验进一步验证得出覆岩破坏高度分别为40.0、37.0 m,与利用裂采比7.5预计的结果相近,说明2601工作面采煤高度确定为5.0 m是可行的。     

综放工作面导水裂隙带高度分布式光纤监测技术

为了确定荫营煤矿150313综放工作面导水裂隙带发育高度,本文采用数值模拟和现场实测方法对覆岩变形特征进行研究。数值模拟结果表明,150313工作面垮落带高度为26 m,垮采比为3.59;裂隙带发育高度为85.8 m,裂采比11.87。工作面导水裂隙带高度井下观测试验共布置3个分布式光纤监测钻孔,采用BOTDR技术对工作面回采过程中覆岩变形特征进行测试。监测结果表明：分布式光纤监测技术可准确监测覆岩变形与移动特征,测试覆岩“两带”的高度。传感光缆光损耗较大的点或者断点所处的层位对应于工作面垮落带高度,起裂临界应变位置对应于工作面裂隙带高度。根据现场测试结果可知,150313综放工作面覆岩垮落带高度为28.51 m,垮采比为3.94;导水裂隙带的高度为75.44 m,裂采比10.43。研究成果可为类似条件矿井顶板水害防治和水资源保护提供参考。     

厚松散层软弱覆岩下综放开采导水裂隙带发育高度

导水裂隙带高度是实施保水采煤技术措施的一个重要参数,为获取厚松散层软弱覆岩下综放开采工作面导水裂隙带高度,以某矿11915工作面为例,综合运 用井下钻孔注水漏失量观测、钻孔电视和数值模拟3种技术手段,对采空区上覆岩层导水裂隙带高度进行了探测。通过对井下施工的3个钻孔进行注水漏失量观测确定了开采前后的 钻孔漏失量变化规律,结合钻孔电视观测的孔壁裂隙特征最终确定了导水裂隙带高度,并采用数值模拟分析了导水裂隙带发育规律。结果表明:厚煤层(6.65 m),软弱覆岩、厚松散层(102 m)条件下综放开采的导水裂隙带高度为45.7~46.7 m,垮落带高度为16.1 m;裂采比为6.87~7.02,垮采比为2.42;数值模拟得到的导水裂隙带发育高度与现场实测结果一致,导水裂隙带发育经历发育、缓增、突增及稳定4个阶段,覆岩裂隙带以离层的形式向上发育,以铰接形式存在。钻孔电视能直接清晰的获取覆岩裂隙发育特征,是钻孔法探测导水裂隙带高度的最佳方法;井下钻孔漏失量法用于导水裂隙带高度观测是可靠的,但需要观测设备需要满足一定的封孔压力,封孔胶囊具有足够长度,并且需要改善胶囊与孔壁之间的接触状态。总体来讲,钻孔法观测导水裂隙带高度是目前最可靠的方法,但施工量大,成本较高;目前物探法应提高对覆岩完整性变化的探测敏感度,并多配合钻孔法的使用进行结果对照分析,获得物探结果最佳解释方法后再进行推广应用,降低导水裂隙带高度的探测成本。导水裂隙带高度是实施保水采煤技术措施的一个重要参数,为获取厚松散层软弱覆岩下综放开采工作面导水裂隙带高度,以某矿11915工作面为例,综合运用井下钻孔注水漏失量观测、钻孔电视和数值模拟3种技术手段,对采空区上覆岩层导水裂隙带高度进行了探测。通过对井下施工的3个钻孔进行注水漏失量观测确定了开采前后的钻孔漏失量变化规律,结合钻孔电视观测的孔壁裂隙特征最终确定了导水裂隙带高度,并采用数值模拟分析了导水裂隙带发育规律。结果表明:厚煤层(6.65 m),软弱覆岩、厚松散层(102 m)条件下综放开采的导水裂隙带高度为45.7~46.7 m,垮落带高度为16.1 m;裂采比为6.87~7.02,垮采比为2.42;数值模拟得到的导水裂隙带发育高度与现场实测结果一致,导水裂隙带发育经历发育、缓增、突增及稳定4个阶段,覆岩裂隙带以离层的形式向上发育,以铰接形式存在。钻孔电视能直接清晰的获取覆岩裂隙发育特征,是钻孔法探测导水裂隙带高度的最佳方法;井下钻孔漏失量法用于导水裂隙带高度观测是可靠的,但需要观测设备需要满足一定的封孔压力,封孔胶囊具有足够长度,并且需要改善胶囊与孔壁之间的接触状态。总体来讲,钻孔法观测导水裂隙带高度是目前最可靠的方法,但施工量大,成本较高;目前物探法应提高对覆岩完整性变化的探测敏感度,并多配合钻孔法的使用进行结果对照分析,获得物探结果最佳解释方法后再进行推广应用,降低导水裂隙带高度的探测成本。     

雅店煤矿4号煤层开采导水裂隙带高度研究

为研究雅店煤矿4号煤层开采导水裂隙带发育高度,首先采用UDEC数值模拟方法分析了煤层开采后覆岩破坏规律、应力分布规律和导水裂隙带发育高度;其次采用理论计算方法和工程类比法确定4号煤层47个钻孔的导水裂隙带高度,并根据现场钻孔实测数据,对比得出导水裂隙带突破煤层上方洛河组含水层(K1l)的范围及深度;最后综合考虑数值模拟、理论计算、工程类比和现场实测结果,得出4号煤层导水裂隙带平均高度为205~214 m,最大裂采比为20。研究结果表明：4号煤层开采覆岩导水裂隙带大部分已突破洛河组含水层底界,矿井正常生产时应采取有效措施确保安全开采。     

深部采场采动应力、覆岩运移以及裂隙场分布的时空耦合规律

为了研究薄基岩厚松散层条件下煤层覆岩导水断裂带高度发育情况,在山西三元煤矿3301工作面进行了工程试验,依据经验公式法对三元煤矿3301工作面3^#煤层覆岩条件下的导水断裂带高度进行了理论预测,采用数值模拟的方法分析了3^#煤层覆岩分布条件下采动导水断裂带高度的动态变化过程,并利用煤矿井下分段注水观测方法对3301工作面导水断裂带高度进行了现场试验观测。结果表明：采用上述3种方法得出的三元煤矿3301工作面导水断裂带高度分别为62.9、64.0、61.1 m,所得结果十分接近。为了确保安全,导水断裂带高度应取现场观测最大值64.4 m。

     

近距离煤层下行开采工作面复合导水裂隙带高度研究

为研究近距离煤层下行开采工作面复合导水裂隙带发育高度,以某矿下行开采工作面为研究背景,采用工程地质调查、理论计算、数值模拟等手段进行了研究,研究结果表明：上工作面开采后形成的导水裂隙带高度为27.9 m;当层间距小于下工作面垮落带高度时,下工作面开采过程中,上工作面开采所形成的导水裂隙带会二次发育,两工作面复合导水裂隙带高度为48.4 m,大于两工作面间岩层厚度+上工作面采高+上工作面导水裂隙带高度,下行开采两工作面复合裂采比值为12.1。