盐矿水溶开采地表塌陷发生机理及防治措施

水溶开采诱发地表塌陷是盐矿开采中常见的地质灾害现象,具有突发性强、破坏程度大、持续时间长等特点。系统分析了近几十年来盐矿地表塌陷的典型实例,指出溶腔不稳定造成的垮塌、卤水及地下水侵蚀诱发断层活化以及上覆岩土体侵蚀破坏后承载力降低是水溶开采诱发采区地表塌陷主要的三种模式,并揭示了塌陷发展过程中各个因素的相互作用和影响。为防止盐矿塌陷的发生,分别从理论与试验研究、地质勘查、矿井设计以及生产管理等方面提出了相关的建议和措施。     

浅谈煤矿开采塌陷区地表与建筑物的变形分析

本文主要研究了煤矿企业,在采矿时对矿藏采空区上部地层岩体的结构破坏情况,分析其主要的破坏特征,地表移动变化,及对上层建筑物的影响。依照具体的实际情况,针对其煤矿开采塌陷区的地表不均与沉降问题、以及建筑物的结构变形情况,提出具体的解决措施。对煤矿采空塌陷区内的建筑物和基础协同工作进行相应的表述,同时,针对其上层建筑整体构造提出一些建议和想法。     

完全充填开采下地表变形特征分析及现状评价EI北大核心CSCD

地下金属矿山充填开采往往被认为是控制覆岩移动和保护地表的有效方法之一。为了对桃花嘴金矿10线以西-270^-570 m多中段8 a来完全胶结充填开采下上覆地表变形特征及现状做出合理的分析评价,建立采场安全现状AHP-Fuzzy评价模型和"采场→覆岩及地表"安全分析模式,按照8 a的历史回采顺序模拟分析区域采–充全过程,并将理论分析结果与矿山近2 a的地表沉降观测数据进行对比分析。结果表明:(1)完全胶结充填开采的25个采场中有22个安全现状属II级较好,11个评价因子中矿体赋存条件、采矿方法以及距离主副井位置对采场及区域安全现状影响相对最为显著;(2)充填开采岩移区域可分为"相对明显扰动区域"和"微扰动区域",覆岩中相对明显扰动区域会形成一定高度的"自然岩移拱",其三维空间形态为近似椭球体,当充填开采达到一定深度时该椭球体对上覆地表影响是微弱的,而微扰动区域则会形成"微沉降盆地",开采区域上覆地表由2014年前的未扰动状态逐渐转变为0.5~1 mm微扰动状态,充填开采时间效应对地表安全影响微小;(3)上覆地表布置的3个闭合环线中的各观测点沉降量整体分别沿着0,-3,-6 mm水平线上下稳定波动,观测过程中沉降量均未超过允许变形值。理论分析与实际观测结果基本一致,地表安全现状总体良好。分析成果对矿山安全生产具有指导意义,同时可为类似充填矿山岩移分析提供借鉴。     

厚松散层下煤层开采地表沉陷模拟研究

以国内某大型煤矿为原型,采用FLAC3D有限差分软件对厚松散层下,内部煤矿开采过程中地表沉陷进行数值模拟,并对模拟结果进行了分析和探讨.研究表明:随着煤炭资源的采出,地表沉陷不断增大,并且相比于一般条件,厚松散层下煤炭开采所产生的地表沉陷影响范围变大.     

深部开采地表沉陷规律研究分析

结合实例,通过对煤矿深部开采地表下沉与采动程度关系的分析,揭示了开采深部单一工作面下地表变形特征和深部开采较大采区的地表变形特征,最后得到了深部开采较大的地表变形规律。     

淮南潘谢矿区水体下安全开采分析

本文着重对淮南潘谢矿区水体下安全开采进行分析阐述,通过分析矿区水文地质条件,并借鉴淮河及其堤下采煤的成功经验,从解决水患、突然下沉及裂缝等三个问题入手对水体下安全开采进行了论述,掌握堤体(地表)的沉陷及裂缝发育规律,通过留设防水煤岩柱及地面维护加固等措施,解决了水体下采煤的关键技术问题,形成了符合淮南潘谢矿区实际和具有自己特色的"三下"采煤技术。     

厚覆盖层条件下地下采矿引起的地表陷落特征模型试验研究变形

以某金属矿山为原型，运用地质力学模型试验，深入分析了厚覆盖岩层条件下地表变形陷落随不同开采水平的变化规律、不同开采水平下地表变形陷落范围的变化规律以及地表变形陷落随时间的变化规律。试验采用数码相机数字化近景摄影测量方法来量测采矿过程中地表及上、下盘岩体中的位移。本试验模拟了复杂的地质条件和自然崩落法的采矿过程。地表最大下沉位移主要集中在断层F1，F4之间的区域。采场顶板围岩具有明显的流变特性，蠕变曲线具有较明显的减速蠕变阶段、稳定蠕变阶段以及变形稳定阶段。在目前开采条件下，蠕变曲线都呈变形收敛形态。相对最终稳定时的总位移量，开采完毕瞬时位移占10％～35％，减速蠕变阶段所产生的位移约占43％～72％，稳定蠕变阶段所产生的位移占15％～25％，不难发现，绝大部分地表下沉位移主要发生在减速蠕变阶段。减速蠕变阶段约为7～8d，最终变形稳定阶段约为46～50d。通过对试验结果的深入分析，从-270m水平起采明显优于从-200m水平起采。根据试验结果，所提出的最优起采深度已被矿方所采用。     

溢油对地表水体影响预测模型的搭建

以M原油管道在穿越澜沧江处发生溢油事故为例,探讨了溢油对地表水体的影响、以及预测该影响所使用的预测模型。通过对石油类物质与水动力条件的作用分析,分析了一维水动力模型、污染物对流扩散模型的原理,探讨了两种模型的搭建。使用MIKE11软件在河流水动力与污染物迁移两方面建立了预测模型,为后续模拟预测工作奠定了理论与模型基础。     

覆岩主关键层对地表下沉动态的影响研究

在对岩体内部移动与地表沉陷实测资料进行对比分析的基础上,采用物理和数值模拟方法,就覆岩主关键层对地表下沉动态过程的影响进行了研究。研究结果证明,覆岩主关键层对地表移动的动态过程起控制作用,覆岩主关键层的破断将引起地表下沉速度和地表下沉影响边界的明显增大和周期性变化。在此基础上,提出将控制覆岩主关键层不破断失稳作为建筑物下采煤设计原则的观点。     

小浪底水库下采煤导水裂隙发育监测与模拟研究

 新安矿有8.00×107 t煤炭资源处在小浪底水库水体之下,煤厚变化大(0.0～18.8 m),现有的导水裂隙高度计算方法不能满足水体下采煤安全评价的要求,水体下采煤存在突水隐患。为确定开采过程中覆岩破坏上限及其是否导通地表水体,研究区在5个地面钻孔中进行超声成像观测,在5个井下钻孔中进行并行网络电法CT观测,并通过物理模拟和数值模拟进一步研究各种不同开采条件下的覆岩破坏过程。观测及模拟结果表明,导水裂隙发育最大高度主要取决于煤层采厚,两者之间为非线性关系,在此基础上给出相应计算公式,为结合其他突水影响因素确定安全可采分区提供可靠依据,并得到3个位于安全可采区内的工作面工业性试采成功的验证。     

矿井不明水体突出过程的微震辨识技术

 以采动岩体微破裂产生的弹性波为信息源,应用弹性波与岩体破裂的相关理论与技术,探索地下采空区不明水体的蓄积和成灾过程。经研究发现,在突水灾害前存在确切的弹性波波速比VP/VS低值异常、振幅比VSH/VPH高值异常、震动主频低值异常、波形变异以及隔水岩墙主破裂发生前的微震频度异常。由此提出应用地面微震遥测技术,通过在线监测和分析采动岩体破裂被动震源或增设爆破主动震源所携带的信息,预测矿井不明水体突出灾害的技术思路,达到空间上控制全矿井范围的宏观监测、时间上在线连续监测和远离危险源的安全监测之目的。     

煤层底板陷落柱突水模拟及机理分析

岩溶陷落柱是中国北方型石炭二迭系煤田的一种特殊塌陷，广泛分布于20个煤田45个煤矿区，其导致的突水具有隐蔽性、突发性且与岩溶水有天然联系等特点，对煤矿安全生产危害极大。为研究煤层底板陷落柱破坏特征及突水机理，采用FLAC^3D模拟分析了陷落柱影响下采面推进过程的不同阶段。数值模拟及实验显示，由于陷落柱的面积有限，矿压和水压力联合作用下使其发生弯曲并形成拉张破坏的可能性较小，一般产生剪切破坏，虽然升、降错动产生的剪应力、上凸弯曲产生的拉应力和压应力的三重作用导致煤层底板岩层失稳破坏，但以剪应力作用为主：同时，陷落柱的存在改变了煤层底板的地质环境和岩体结构，底板有效隔水层厚度减小，岩体强度降低，应力．应变分布不均，局部应力集中系数增大，使关键层的最小主应力进一步降低，一旦承压水压力大于关键层的最小主应力，承压水的渗水软化和压裂扩容即起作用，使底板岩层破坏裂隙沿最薄弱方向进一步扩展，导致裂隙贯通，最终形成管涌，发生突水。特别是，陷落柱的边壁、工作面底板压缩区与膨胀区的分界线重合在一条线上时，是底板岩层发生剪切破坏的最佳状态，最容易发生底臌突水。     

浅埋煤层保水开采隔水层稳定性的模拟研究

 隔水层稳定性是保水开采研究的关键。通过对黏土隔水层应力–应变全程曲线测定,建立以残余强度和应变为关键指标的模拟方法。采用变单因素分析法,考虑材料破坏的峰值强度、峰值应变及残余强度,获得黏土隔水层应力–应变全程相似的模拟材料和配比规律。以榆树湾煤矿条件为背景,开展保水开采岩层移动规律和隔水层稳定性的模拟,得出分层开采基岩关键层和隔水层的移动和垮落规律,揭示顶板淋水是基岩风化层裂隙水的机制,并得到实践验证。实验发现,基岩和隔水层在工作面后部存在主要下沉区,是最易形成导水裂隙带的区域。主要下沉区的下沉梯度Ts是隔水层稳定性控制的重要指标,合理增大下沉区间和减小下沉梯度是隔水层稳定性控制的有效途径。论证榆树湾煤矿保水开采的可行性,并为浅埋煤层保水开采控制提供借鉴。     

浅埋煤层覆岩隔水性与保水开采分类

 通过陕北浅埋煤层保水开采的模拟研究与采动损害实测,揭示采动覆岩裂隙主要由上行裂隙和下行裂隙构成,采动裂隙带的导通性决定着覆岩隔水层的隔水性。实验分析上行裂隙带发育高度的计算公式,模拟测定下行裂隙带的发育深度。基于采动裂隙发育程度与采高和隔水岩组的关系,提出以隔采比为指标的隔水性判据,由此将保水开采分为自然保水开采、可控保水开采和特殊保水开采3类,为浅埋煤层保水开采提供科学依据。     

结合孔隙结构分析注水对煤体瓦斯解吸的影响

 为了研究煤体瓦斯的解吸特性受高压注水影响的机制,结合压汞试验测定的煤的沟通孔隙率和孔径分布规律以及煤样注水后水残留在煤样中的质量,对不同煤种一定吸附瓦斯压力在注入不同压力水的条件下,煤体瓦斯解吸规律的差异进行分析。结果表明：(1) 不同煤种在同等吸附瓦斯压力条件下,沟通孔隙率越大,煤体瓦斯解吸能力越强;(2) 相同煤种煤体瓦斯的解吸能力与吸附瓦斯压力大小有关,吸附压力越大,解吸能力越强;(3) 根据煤的孔径分布规律和注水后煤中水的含量,计算出不同注水压力下水进入到煤体的临界孔隙尺度,该值直接影响煤体瓦斯的解吸能力,即临界孔隙尺度越小,解吸率越低;(4) 通过数据拟合得出煤体瓦斯的解吸率与水进入到煤体的临界孔隙尺度符合Langmuir型规律的函数关系式。     

综放开采J型通风采空区渗流场数值分析

以潞安矿区王庄煤矿5201综放面通风和瓦斯抽放为背景，分析J型和U型通风时采空区破碎岩体内的渗流和瓦斯浓度分布规律。J型通风采空区渗流为“一源两汇”，并有明显取近道的趋势，J型通风比U型通风更有利于瓦斯排放。为建立破碎岩体渗流数值模型，还兼顾分析采空区上方的支承压力，得出该处支承压力的分区特征。     

厚煤层巷内预置充填带无煤柱开采技术

 为减少厚煤层开采的区段煤柱损失,提出巷内预置充填带无煤柱开采技术,即在上区段回采工作面前方的运输平巷内,紧靠下一区段的巷帮煤壁,预置一条矸石混凝土巷内充填带,下区段回风平巷掘进时,沿预置的充填带进行掘进,实现厚煤层工作面无煤柱开采,用预置充填带把上下2个区段间应留设的区段煤柱置换出来。若上区段运输平巷为普通断面,如要实施此项新技术,首先,对上区段运输平巷靠近下区段工作面侧的煤壁,实施扩帮和支护;然后,在工作面前方扩帮位置处紧靠煤壁实施充填,预置巷内充填带。此项技术的关键是巷内充填材料的选择与配比,在保证充填体和巷道围岩稳定性的前提下,要尽可能减小充填体的宽度。充填材料选用的是以矸石渣为主辅以少量水泥、河沙加水混合而成的胶结体,水泥、河沙、矸石渣按1∶1∶4.7质量比例进行配比。现场工业性试验表明,该项技术的应用是成功而有效的,可实现厚煤层无煤柱开采,提高煤炭资源采出率,该成果已取得明显的经济效益。     

煤矿底板突水评价突水系数–单位涌水量法

 在突水系数Ts基础上,引入反映充水含水层富水性的指标——单位涌水量q,并在大量突水实例统计分析基础上,对突水危险性与突水系数、充水含水层富水性之间的关系进行深入研究,得到一些规律性的认识;提出评价底板突水危险性的新方法：突水系数–单位涌水量法,作为突水系数法的补充,可为含水层富水性较弱而突水系数较大的深部开采底板突水安全评价提供参考依据。     

水分对煤体瓦斯吸附及径向渗流影响试验研究

 为了解水力化钻孔周围煤体瓦斯径向渗流特性,利用自行研制的径向瓦斯渗流试验系统,对青东煤矿突出煤层试样,进行干燥煤样、液态水润湿煤样、吸附瓦斯后高压注水煤样的等温解吸及径向稳态渗流试验。结果表明：(1) 相同平衡压力下,高压注水煤样等温吸附量高于干燥煤样,均显著高于液态水润湿煤样的吸附量。(2) 随含水率增加液态水润湿煤样等温吸附量逐渐降低,呈对数函数关系,得出各系数随吸附压力变化的拟合函数。(3) 相同覆压下,高压注水煤样瓦斯渗透率显著高于干燥煤样渗透率,液态水润湿煤样渗透率略低于干燥煤样渗透率;且液态水润湿煤渗透率随含水率增加而降低,在低瓦斯压力阶段尤为显著。根据试验结果分析水分对径向瓦斯渗流特性的影响机制,并指出水力化钻孔径向瓦斯流动经过原始解吸渗流区、压力水抑制解吸渗流区、液态水自然润湿解吸渗流区3个区域。