采动覆岩高位离层演化特征及涌(突)水前兆信息研究

采用理论分析、物理模拟和数值模拟相结合的方法,重点研究了招贤煤矿工作面的高位离层的时空演化,并将开采期间水位变化、微震监测数据作为高位离层涌(突)水前兆信息,揭示了特厚煤层综放开采覆岩主控裂隙(纵向主导水裂隙和横向离层裂隙)演化特征及离层水害机理。以永陇矿区招贤煤矿为研究对象,黄陇侏罗系煤田永陇矿区煤层覆岩具有弱胶结、泥质含量高和单层厚度大等特点,侏罗系覆岩之上为巨厚高水压白垩系含水层,厚及特厚煤层开采时易在侏罗-白垩系交界上下形成高位离层积水;当导水裂隙与高位离层积水沟通时,形成离层水害。离层水害具有瞬时性、大流量并伴随强烈矿山压力显现等特点。研究结果表明:当工作面达到充分开采时,采空区两帮离层裂隙较为发育,中部处于压实区,最大横向高位离层位于梯形破坏区顶部;工作面上覆亚关键层的周期性破断造成工作面周期性来压、高位离层空间周期性扩张、闭合,导致宜君组水位周期性异常下降;工作面经长时间停采,恢复开采后,重复扰动覆岩诱发覆岩岩体结构失稳,导水裂缝带沟通离层空间,造成离层涌(突)水;水位突降、水位下降速率突增、微震大能量事件可作为1304工作面突水前兆信息;关键层的破断会引起微震能量事件,伴随关键层的快速回转、下沉扩大离层空间,造成宜君组水位异常下降;工作面多次复采造成覆岩自稳能力逐渐劣化严重,加快离层涌(突)水通道形成,离层涌(突)水通道逐步增大;随着出水次数增加,水位提前下降时间减少,微震能量事件能量降低,涌水量增大;采动过程中离层涌(突)水的前兆信息-白垩系含水层的水位变化以及矿井微震监测数据验证了模拟结果是可信的。     

采动覆岩“突水离层带”岩体结构演化致灾机理及突水预报方法

离层水害是近年来我国东西部矿井较为常见且严重的水害类型，研究采动覆岩结构演化对揭示离层突水机理、灾害预测防治有着重要意义。为分析不同工程地质条件下离层突水演化机理，将可以产生采动覆岩离层涌水的离层水体及其上下位一定范围的岩层统称为“突水离层带”。建立“突水离层带”采动岩体结构力学模型，根据上位岩层和下位隔水层破断规律，分析5种突水类型(采动覆岩离层静水压突水、采动覆岩离层动力突水、多煤层叠加开采离层突水、传统顶板导水裂隙涌水和离层积水不突水)的形成机制和力学条件，研究回采期间导水裂隙带时空演化与离层突水的关系；基于工作面开采条件、覆岩条件、突水离层带发育位置和微震监测，分析了离层突水形成条件，揭示了离层突水演化机理，并对永陇矿区崔木煤矿和招贤煤矿工作面开展了实例分析，提出了工作面离层突水预报方法。研究得出：(1)随着工作面推进，充水离层上位岩层和下位隔水层破断规律的差异是导致出现5种突水类型的根本原因；(2)只有在采高M和充水离层与煤层间距H处于某种特定关系下，才会满足形成“突水离层带”的基本条件，发生离层突水；(3)陕西崔木煤矿21306工作面离层突水主要是由上位岩层破断导致，突水期...     

济宁二号煤矿覆岩离层积水诱发异常涌水分析

该文针对济宁二号煤矿11305、11306综放工作面采空区覆岩离层积水异常涌水事件,分析了异常涌水特征与水文地质背景,模拟计算了开采覆岩离层形成特征,初步确定了离层异常涌水原因,并针对涌突水特点,提出了顶板离层积水防治措施,对类似条件下水害防治具有借鉴和指导意义。     

济宁煤田巨厚覆岩离层突水机理初探

华北煤田开采通常受煤层底板水害的严重威胁,顶板砂岩水危害不大,随开采技术的不断发展,水文地质条件发生较大变化,水害成因复杂,顶板水害事故不断发生。鲁西南地区济宁煤田首次发生工作面巨厚覆岩突水事件,分析了济宁二号煤矿11305综放工作面采空区滞后突水因素与机理,总结了巨厚覆岩离层发育特征,对水文地质条件类似矿井防治水工作具有借鉴意义。     

华亭大柳煤矿综放工作面顶板离层水层位分析

以华亭大柳煤矿4煤综放开采涌(突)水为例,通过覆岩关键层位置研究导水裂隙带发育高度。结合离层水形成条件,分析区域离层水形成层位,并通过水质化验验证,确定了工作面涌(突)水水源,为华亭矿区乃至鄂尔多斯盆地较薄厚煤层开采防治水设计及措施制定提供了重要参考价值。     

泄水钻孔防治离层突水技术在煤矿的应用

针对近年来黄陇侏罗纪煤田综采放顶煤工作面上覆岩层离层水突出这一新的煤矿突水类型,通过分析采后覆岩离层水的形成及突水机理,得出离层水形成的垂向位置主要处于白垩系宜君组砾岩(硬岩)与侏罗系安定组泥岩、砂质泥岩(软岩)之间的离层空间,以及巨厚安定组内泥岩与砂泥地层之间的离层空间;离层水补给来源主要有侏罗系含水层的侧向径流补给和白垩系洛河组含水层的垂向越流补给,充水通道主要是煤层顶板导水裂隙。提出了预先在工作面可能出现离层涌水位置施工地面泄水钻孔防治离层水的技术,并优化了钻孔关键技术参数,实现了2个工作面的安全生产,为防治离层水积累了有效的措施和经验。     

崔木煤矿顶板离层水防治技术

为解决崔木煤矿煤层顶板高位离层水体突水灾害问题,通过分析涌突水规律,采用数值计算对煤层顶板涌突水与水位联动机制、离层发育位置和覆岩导水裂隙带发育高度进行了研究,并提出了防治离层水水害的方法。研究结果表明:洛河组水位变化与井下涌突水有较强的关联性;顶板离层发育位置和导水裂隙带高度揭示了在洛河组底部将发育有离层空间并充水;在以往研究结果基础上,采取井下探放水钻孔对离层水进行疏放是防治离层水水害的有效措施,该措施使该矿21303工作面回采期间最大涌水量控制在30 m3/h以下,同时为我国西部侏罗系煤炭资源开发时综放开采顶板离层水防治水设计提供对策。     

沙吉海煤矿离层水形成机理与防治技术研究

针对沙吉海煤矿B12煤层在综放开采条件下的顶板离层水水害问题,阐述了煤层采动后覆岩产生离层的基本理论,分析了沙吉海煤矿离层水形成的客观条件,研究了本区产生离层空间并充水的基本机理。重点介绍沙吉海煤矿针对离层水问题的探测防治措施,通过井下施工采空区后方离层积水探放钻孔,有效解决了本区离层水害问题,并根据探测钻孔的出水规律,总结了本区离层积水的空间位置及其补给水源。     

软岩矿区顶板弱含水层高强度携沙突水机理研究

近年来西北侏罗纪煤田由弱含水层引起的顶板高强度携沙突水案例多发,为查明弱含水层出大水的机制和沙源,以便于制定防治措施,从分析软岩特点入手,提出了采后覆岩移动力学结构模型"新四带"观点及实践依据,指出了形成离层水害的4个条件,明确了离层汇水作用强化了弱含水层的突水强度、泥沙自封堵作用决定了间歇式突水模式。通过案例分析,证明了上述观点的正确性,为此类事故防治提供了理论根据。     

白垩系巨厚砂岩下覆岩离层水涌突机理研究

针对石拉乌素矿南翼首采221_上106A综放开采工作面推进距离550 m时采空区覆岩离层积水异常涌突事件,通过现场实测和理论分析,对此次异常突水事件的机理进行深入研究。研究表明:工作面采动期间距开采煤层310 m的白垩系巨厚砂岩下形成的封闭离层积水是此次异常突水的水源;按照距106A工作面3.0 km的覆岩变形破坏光纤监测孔所确定的裂采比为24.56,计算得导水断裂带发育高度不会沟通白垩系巨厚砂岩下形成的封闭离层。但由于离层积水具有荷载传递作用,导致下部导水断裂带与离层之间的岩层发生破坏,形成下行裂隙,使得导水断裂带沟通积水离层,形成离层突水。     

特厚煤层综放开采覆岩离层水突水机理分析及防治

为了解决特厚煤层综放开采条件下离层水防治技术难题,以郭家河煤矿特厚煤层综放开采工作面开采过程中多次发生离层突水事故为例,采用工作面矿山压力显现观测、覆岩破坏导水裂隙带高度观测、水质化验分析、工作面地质条件分析、覆岩力学模型分析、数值模拟分析等多种手段对离层水突水影响因素及突水机理进行了研究,并提出了离层水防治技术有效措施。研究结果表明:特厚煤层综放开采离层突水为周期来压、向斜构造等多因素综合作用导致,并提出覆岩破坏"两带"高度观测、顶板富水性探测、富水区及离层水疏放3大离层水防治步骤,对褶曲等构造带预先疏放褶曲构造带富水、破坏离层空间密闭性、疏放离层空间积水的等防治措施,形成离层水探测、防治一体化技术体系。     

煤矿离层水害的成因与防治

中岭煤矿在连续的暴雨之后发生了突水淹面灾害,使得防治水方针无法确定。分析否定了原来的侧方老空水成因,认为3~#煤层顶板以底部为黏土岩,上部厚层为细砂岩的结构在开采导水裂隙带高度小于煤层顶板黏土岩厚度的情况下,顶板上方形成了完整离层空间,强烈的大气降水补给进入离层空间。认为离层带内的积水因底板突然破坏是造成顶板突水淹没工作面根源。为再现离层水害的过程进行相似材料模拟实验,证实分析正确。后采用预疏干技术有效地解决了此类水害的再次发生。     

巴拉素煤矿先期开采地段顶板涌(突)水危险性评价及防治措施

陕北侏罗纪煤田内各矿井多年来受煤层顶板水害影响严重。为有效遏制该类水害威胁打好基础,以巴拉素煤矿先期开采地段为例,结合充水含水层厚度、岩心采取率、渗透系数、单位涌水量和物探工程成果等多元地学信息,采用"三图-双预测法",通过叠加分析,最终得到煤层顶板涌(突)水条件综合分区图。研究表明:直罗组含水层水将为研究区全区未来开采的主要充水水源,其相对富水的中西部及东部区域,即为研究区顶板涌(突)水的威胁地段。针对矿井未来面临的水害问题,提出相应合理有效的防治措施。     

济二矿覆岩离层水涌水机理与防治技术研究

以济宁二号矿113下05工作面采空区异常涌水为例,在分析其发生背景条件基础上,应用数值模拟研究了煤层开采顶板及覆岩中离层的分布位置,并利用井下钻孔实际监测验证了离层的存在及动态变化特征,提出了覆岩离层水形成的3个基本条件以及覆岩离层水涌水机理的静水压理论模式,最后提出了离层水防治的关键技术措施,并成功用于生产实践.     

采场覆岩层离层积水对开采的影响及防治

焦坪矿区巨厚砾岩和软岩在煤层开采初期岩层沉降不一致,易形成离层空间并蓄水,随开采推进岩移活动加剧,造成短时间的泄水,从而发生突水事故.本文通过对玉华煤矿的采后岩层移动规律和几次突水事故原因及特点进行分析,阐明了突水原因并提出了顶板覆岩离层积水的有效控制和预防措施.     

复杂条件下上覆采空区积水综合防治技术

大同矿区赋存侏罗系和石炭二叠系2套含煤建造,上部侏罗系煤层开采年代久远,资源已近枯竭,在采空区低洼处汇集大量积水,严重威胁着下部石炭二叠系煤层开采。同忻煤矿根据覆岩破坏理论的经验公式,计算出了工作面开采"三带"高度,通过钻孔窥视和离层监测等技术手段对"三带"高度进行了验证和修正,结合矿井水文地质情况,分析评价了采空区突水危险性。提出并应用综合探测与立体防治技术,疏放采空区积水720万m3,保证了矿井安全开采。     

燕子山井田水文地质特征及突水安全性分析

为了分析燕子山井田石炭系主采煤层开采过程中水害条件的安全性,依据钻探和物探地质勘探手段,对井田范围内的石炭系开采煤层上覆的侏罗系采空区积水和下伏寒武系灰岩水水文地质条件进行研究。水文试验观察表明,矿区主要含水层中地下水矿化度较高,富水性差,水体径流缓慢。瞬变电磁法探测数据处理的结果表明太原组上覆侏罗系采空区有多个积水区。水文孔试验资料结果分析表明,寒武系岩溶水的水头标高均大于太原组可采煤层的底板标高,太原组5~#煤层和8~#煤层皆属于带压开采;突水系数法计算结果表明,在钻孔控制范围内5~#煤层底板突水系数整体小于0.06 MPa/m,而8~#煤突水系数整体大于0.06 MPa/m。在煤矿开采过程中,应重点防治上覆采空区积水和8~#煤底板承压水带来的矿井突水安全隐患。     

济宁三号煤矿采场顶板离层水对生产的影响

详细介绍了研究区地质与水文地质条件,对济宁三号煤矿3上煤顶板离层水形成条件及对生产的影响进行了研究;提出了采用导流孔和截流孔来防治离层水突水。结果表明:井田部分区域3上煤导水裂缝带上部岩组由厚层中细砂岩及泥岩交叉互层构成,3上煤顶板砂岩富水性较好,具备离层水形成条件,且以静水压涌突水为主。井田西区3上煤导水裂缝带顶板泥岩分布的大部分区域泥岩厚度小于安全临界厚度17.9m,开采受离层水影响,今后开采西区3煤时应注意离层水害的影响。     

榆树坡煤矿1201工作面覆岩离层水体治理技术研究

榆树坡煤矿1201工作面为该矿的首采工作面,工作面回采初期顶板发生数次周期性透水事故,严重影响工作面的生产安全。为解决顶板水害的威胁,通过数值模拟及理论计算,对工作面上覆岩层导水裂隙带发育高度、离层空间发育的位置、充水水源等进行系统的分析并判别致灾离层,结果表明:1201工作面顶板倾向导水裂隙带高度为52 m,周期性突水水源为直罗组底部粗粒砂岩含水层(第四层),致灾离层为第三与第四岩层之间的积水离层,据此设计采用离层充水水源疏放及致灾离层充水探放技术防治顶板水害,应用后回采期间工作面涌水量稳定在110～140 m~3/h,实现了工作面的安全开采。     

巴拉素煤矿不同阶段水害问题防治技术研究

在我国西部地区煤炭资源丰富、水害问题严重。为了矿井在建设、生产等不同阶段所面临水害问题可得以有效防治,以侏罗纪煤田榆横北区巴拉素煤矿为例,通过对矿井地质、水文地质条件进行分析,确定主要充水水源和充水通道,并对2号煤层水进行涌水量预测,结合矿井不同阶段的水害隐患,提出相应的防治措施。结果表明:矿井采掘2号煤层时,2号煤层水、其顶板侏罗系延安组第四段和直罗组砂岩含水层水为矿井主要充水水源,覆岩导水裂隙带为主要充水通道。通过涌水量预测,分析确定采用水平廊道法预测的2号煤层水涌水量为防治水工作依据。结合现场实际,提出采用地面、井下等不同地段进行探查,物探、钻探等方法共同使用的综合方法,对后期矿井采掘过程中的顶板水、煤层水、采空区水、离层水等水害,提出相应的防治措施和方案。