基于改进灰关联分析和熵权法的开采区域划定

为划定厚松散含水层薄基岩下煤层安全开采区域,降低煤层开采的安全风险,通过分析国内外大量薄基岩厚松散含水层下煤层开采的工程案例,选取导水断裂带高度、厚松散层底部含水层单位涌水量、采高、厚松散层底部黏土层厚度、以及覆岩厚度5个指标作为煤层安全开采区域划定的基础指标,并以导水断裂带高度与采高平方根之比、底部含水层单位涌水量、底部黏土层层厚与采高之比以及覆岩厚度与采高平方根之比作为评价因子,将厚松散含水层薄基岩下采煤的综合安全性划分为5个等级。通过将熵权理论引入改进的灰关联分析法中,建立综合评价模型,对某矿厚松散含水层薄基岩下煤层安全开采区域进行了划定。结果表明,应用该模型划定的煤层安全开采等级与实际等级完全吻合。     

可拓评判方法在厚松散层薄基岩下煤层安全开采分类中的应用

应用可拓评判方法与钻孔实测资料相结合,在物元理论、可拓集合论和关联函数运算的基础上,建立了厚松散含水层薄基岩下煤层安全开采等级评价的物元模型。选取松散层底部含水层单位涌水量、底部黏土层厚度、覆岩厚度、导水断裂带高度为评价模型的关键因素,对某矿六采区南部松散含水层薄基岩下煤层安全开采区域应用可拓理论分类界定了安全开采区域。实际开采证实了该采区水体下开采安全等级划分的可靠性。     

厚松散含水层薄基岩下综放工作面安全评价

在厚松散含水层薄基岩下综放开采时,工作面上覆岩层通常不形成"三带"特征,而仅出现"两带",基本顶易全层切落,出现台阶下沉现象,造成采场矿压显现异常剧烈,导致工作面突水溃沙等灾害发生。为此结合某矿87采区的实际条件,建立安全评价模型,通过定性、定量的评价方法对其进行安全评价。研究得出:在厚松散含水层薄基岩下综放开采,当留设防塌煤柱高度为16.9 m,工作阻力为8 000 k N的液压支架时,安全评价等级较好,可以安全回采。     

邻近松散承压含水层开采工作面压架机理与防治

采用实测和实验模拟方法,就松散承压含水层下薄基岩采场压架事故的机理与防治进行了深入研究.结果表明:直接赋存在基岩顶界面上的松散承压含水层的水位在采场压架时迅速下降,证明松散承压含水层下部的基岩是整体破断下沉的.由于松散承压含水层的载荷传递作用,导致薄基岩条件覆岩关键层易产生复合破断,引起基岩的整体破断和砌体梁结构的滑落失稳.这是造成华东矿区部分矿井在邻近松散承压含水层开采时工作面发生压架事故的根本原因.最后提出了松散承压含水层下薄基岩采场压架防治对策.     

复合水体薄基岩下综放安全开采研究

为研究三元煤矿3301工作面在复合水体(地表水和第四系松散含水层)薄基岩下厚煤层综放开采安全性,采用地质钻探方式确定了第四系底部粘土隔水层的覆存状态,采用数值模拟和现场实测方法研究了薄基岩条件下近第四系松散层底部综放开采顶板覆岩破坏和采动裂缝发育规律。探测结果表明,三采区第四系底部有一层稳定的粘土隔水层,能有效阻隔复合水体下渗和抑制导水裂缝带的上行扩展。数值模拟和实测结果表明导水裂缝带高度发育至第四系底部粘土层底界面。采用顶板水预先探放和留设防塌煤岩柱技术方案在薄基岩条件下实现了地表水体和第四系松散含水层复合水体下综放安全开采。     

承压防砂煤(岩)柱下溃水溃砂工作面压架机理及支架阻力确定

新近系、第四系厚松散地层弱富水性含水层下留设防砂煤柱时,由于薄基岩界面倾斜和起伏变化等特殊地质条件,易形成松散含水层保压结构,含水层水压高,导致防砂煤(岩)柱承受高水压冲击,造成突水溃砂事故以及工作面矿压明显增大并压架.运用理论分析的方法,解释了防砂煤(岩)柱承压加大的概念与形成原因,研究了水砂降低摩擦因数和"高水压核...     

薄基岩工作面上覆风氧化带地面预注浆改性技术工程实践

针对顾北矿南二采区1512(3)工作面厚松散含水层下薄基岩开采难题,采用相似材料物理模拟、数值计算及理论分析等方法研究了松散含水层载荷传递作用下不同结构覆岩的运动规律,提出并结合现场实施了风氧化带整体注浆改性技术方案,提高了风化岩层的抗拉能力及内聚力,将风氧化带由载荷层变为具有承载作用的高位关键层,通过对工作面回采期间顶板岩层稳定性及矿压显现特点的分析,证明薄基岩工作面上覆风氧化带地面预注浆改性技术很好地保证了工作面的安全生产。     

厚冲积松散含水层下隐蔽致灾因素防治关键技术研究与应用

为了查明影响厚冲积松散含水层下安全开采的隐蔽致灾地质因素,以柴里煤矿为例,对一水平六采区北部薄基岩区进行井上下地质及水文地质补充勘探,根据基岩赋存分布情况,实行分区域限厚开采方案。由于限厚开采工作面的上部资源不能全部采出,导致采空区遗煤。通过详细分析复杂地质条件下基岩变薄区厚煤层开采溃水(砂)、自然发火、顶板等灾害风险特点,阐述了隐蔽致灾因素防治的关键技术和具体应用,开采实践验证了这些治理技术的安全保障作用。     

浅埋薄基岩强补给含水层水害防治技术

锦界煤矿属于典型的浅埋薄基岩条件下顶板强补给含水层直接充水水害危险矿井,同时伴随溃沙灾害,以31215工作面为研究对象,通过以往地质勘查钻孔、钻孔抽水试验资料和井下顶板探查工程以及顶板水害疏放工程,综合查明工作面上覆岩层的结构和含水层富水性以及松散层的分布特征;编制工作面上覆基岩厚度分布图,圈定基岩较薄区域和红土层缺失或变薄区,并结合井下顶板探查钻孔进一步精细的探查薄基岩段分布区;采用理论和实测相结合的方法确定工作面开采的“两带”高度,依据导水裂缝带最大高度圈定工作面内导通直接充水含水层直罗组风化基岩和松散溃水溃沙的范围,评价溃水、溃沙危险性;采用井下音频电透圈定顶板富水异常区,并针对富水区实施工作面探放水工程,根据结果评价物探、探放水效果,采用比拟法预测了该工作面的矿井涌水量,评估了工作面的排水设防能力;最后,总结成功的实践构建适应于锦界煤矿浅埋薄基岩条件下顶板强补给含水层溃水溃沙的灾害评价与防治技术体系,保障矿井安全、高效开采。     

厚松散层薄基岩下采动裂隙发育规律及应用

为研究厚松散含水层薄基岩下厚煤层综放开采的安全性,从黏土采动隔水性和近第四系底部导水裂缝带发育特征两个方面进行了讨论。以潞安矿区三元煤矿为例,通过对开采区域第四系松散层的不同深度进行取样和实验室试验分析,得到了特定地质条件下黏土的物理力学特性和水理特性。通过选取合理的黏土隔水层采动失稳判据,评价分析了第四系底部厚黏土隔水层综放高强度开采后隔水性能的变化状态。采用数值模拟和现场实测方法研究了厚松散层薄基岩条件下近第四系底部覆岩破坏和采动裂缝发育规律。研究表明:①三采区第四系松散层黏土随着埋深增大,其力学性能呈增大趋势,埋深超过130 m时,黏土的液性指数甚至降至0以下,深埋黏土具有良好的原生隔水性能;②黏土采动隔水性评价结果表明,区内第四系底部黏土采动后仍然具有良好的隔水能力,能很好地抑制导水裂缝带上行扩展;③近第四系底部开采导水裂缝带高度仅发育至第四系底部黏土。实例分析表明:三元煤矿3301工作面在顶板基岩厚度仅为36～55 m、煤层厚度7 m的情况下,实现了地表水体和第四系松散含水层水体下的综放安全开采,为类似水体下采煤实践提供了有益参考。     

近厚松散含水层下综放覆岩破坏特征及安全开采分析

为研究距厚松散含水层较近的煤层综放开采覆岩的破坏特征,分析综放工作面开采的安全性,先对区域上覆地层的工程地质及水文地质特征进行了分析,并采用UDEC4.0数值模拟软件,分析了不同基岩厚度条件下综放开采覆岩变形破坏特征。研究结果表明,底部松散含水层富水性弱,补给条件差,可留设防砂煤柱;综放开采时,基岩厚度变化对工作面开采覆岩的移动变形破坏影响显著,垮采比为3.55,当其厚度小于40.4 m时,易引发压架及突水溃砂事故。     

薄基岩浅埋煤层保水开采地质条件研究

通过对百善煤矿64采区浅部区域的"三含"、"三隔"、基岩的水文地质特征分析研究,着重论述了该采区浅部区域中等含水层下薄基岩浅埋煤层保水开采的地质条件,提出切实可行的保水、防止溃砂的关键技术和措施。     

浅埋近松散含水层下综放开采覆岩破坏特征

为实现浅埋近松散含水层下厚煤层综放安全开采,综合采用数值模拟、钻孔冲洗液漏失量观测和钻孔电视观测方法,对伊犁四矿覆岩破坏特征进行研究。研究结果表明:21-1煤层覆岩破坏最大高度可按照垮采比3.3进行预计,垮落带顶点距离古近系含水层22.72～25.35m,由于煤层埋深浅且基岩柱薄,导水裂缝带高度将穿过基岩柱,发育至第四系松散层底部,研究结论可为伊犁四矿后续水体下安全开采提供数据支撑。     

厚松散含水层下开采上限试验研究

合理留设安全煤岩柱对厚松散含水层下安全开采、解放浅部煤炭资源有着重要意义.基于袁店二矿地质采矿条件,采用数理分析、实验室试验、相似模拟和数值模拟的手段,对影响垮落带高度主要因素进行敏感性分析,建立了垮落带高度理论公式,并且验证了新建理论公式的准确性.研究结果表明:基岩风化带内黏土矿物含量高、渗透能力差、再生隔水能力强,...     

厚松散含水层下特厚煤层综放开采覆岩破坏特征研究

根据淮北某矿的地质条件,采用相似模拟、数值模拟、经验公式计算以及现场实测4种方法对厚松散含水层下特厚煤层综放开采时覆岩破坏特征进行了研究,分别得出了覆岩冒落带、裂隙带的发育高度。通过比较发现,相似模拟和数值模拟的结果与现场实测的结果比较接近,但经验公式计算得出的裂隙带高度较小。最终确定厚松散含水层下特厚煤层综放开采冒落带高度为13.5 m,裂隙带高度为68 m,为矿区防塌煤岩柱的留设提供了依据。     

薄基岩厚松散层条件覆岩破坏规律研究

为了实现薄基岩厚松散层地质条件下水体压覆煤层的安全开采，采用相似材料模拟实验、理论分析，探讨了薄基岩厚松散层的采动破坏发育规律，提出了覆岩自稳结构的判据。研究结果表明：厚松散层薄基岩很难在基岩内形成有效的自稳结构，工作面推进一定距离后，基岩将全厚度断裂，松散层将作为一个整体跟随基岩弯曲下沉|解析了厚松散层的采动隔水能力，认为松散层底部岩层岩性、厚度及所受采动变形将是决定导水裂缝带继续向上发育的关键|结合三元矿薄基岩厚松散层水体下采煤，通过地面钻探实测，论证了粘土层具有较好的隔水能力，薄基岩厚松散层导水裂缝带发育高度止于松散层底部。     

薄基岩综放采场支架-围岩关系研究

以潞安矿区司马煤矿薄基岩综放开采为背景,采用现场实测、数值模拟、理论分析相结合的方法,研究了薄基岩综放采场支架-围岩关系,得到了薄基岩条件下综放采场的支架工作阻力和顶板下沉量关系曲线,并给出了薄基岩综放开采支架工作阻力计算方法。研究结果表明:薄基岩综放开采的支承压力影响范围远小于厚基岩开采;支架工作阻力和顶板下沉量仍然满足类双曲线关系;顶煤在高围压作用下,"垫层"效应降低,呈现出"似刚性体"特征,基本顶"给定变形"压力能够有效地传递至支架,造成较高支架工作阻力。该研究成果合理解释了薄基岩综放采场来压显现强烈、支架工作阻力大于厚基岩的现象,为薄基岩综放开采支架合理选型提供了依据。     

巨厚松散层薄基岩下安全煤岩柱的留设方法实践

为了合理确定厚松散层薄基岩下开采上限和安全煤岩柱的高度,解放浅部安全煤柱资源,结合赵固一矿实际工程背景,对东一盘区巨厚松散层及薄基岩的含水层富水性和隔水性能进行分析,确定了防水煤柱改为防砂煤柱的可行性,再通过理论计算及数值模拟的方法计算垮落带高度为17 m、防砂煤柱高度为36 m,根据现场地面勘探钻孔确定东一盘区的开采上限标高。最后经工程应用,最大限度地回收了煤炭资源,取得了显著的经济效益,为同类型矿井提供了借鉴和指导。     

百善煤矿6125工作面提高上限开采的实践

分析了影响松散含水层下6125工作面开采上限确定的因素,并通过对采矿条件、地质及水文地质条件,水体采动等级,基岩控制程度,开采技术方法等的合理分析、计算,确定6125工作面安全煤岩柱留设高度由20m缩小为14m,并实现了安全试采。工作面试采取得的成功经验对相类似的资源紧缺矿井有较好的借鉴价值。     

薄基岩厚风积沙浅埋煤层覆岩变形破坏规律研究

为了研究薄基岩厚风积沙浅埋煤层开采时覆岩移动破坏规律,根据某矿工作面开采技术条件和岩石力学参数,采用数值模拟的方法,分析了采场上覆岩层破坏变形规律以及应力分布特征;基于关键层理论,推导了导水裂隙带的发展高度。研究成果为薄基岩厚风积沙浅埋煤层保水开采提供了理论依据。