基于井上下微震联合监测技术的矿井防治水应用研究

基于矿井的地质条件和开采条件，构建井上下一体化微震监测台网，提出了一种井上下微震联合监测技术，对井上下联合微震监测结果在垂直方向的空间分布特征和数量特征进行了分析，并对微震事件分布规律与导水裂隙带发育高度的关系进行了研究。研究结果表明：微震事件在平面位置主要集中在工作面两端，且工作面回风巷侧应力集中程度明显高于运输巷侧，垂直方向上微震事件主要集中在煤层上方0～80m范围内，微震事件数量在顶板以上80m后急剧减少，得出导水裂隙带的最大发育高度在煤层上方80m左右范围内|其中，工作面煤层上方0～20m为垮落带，20～80m为采动裂隙带，微震监测结果与理论计算基本相一致。     

导水裂隙带发育高度的微震监测研究

基于井-地联合微震监测工作面导水裂隙带发育高度的监测成果,分析了微震事件的空间分布特征和在垂直方向的数量特征,并对微震事件的数量和空间分布特征与导水裂隙带发育高度的关系进行了研究;采用FLAC3D数值模拟技术,对比研究了导水裂隙带发育高度。研究结果表明:井-地联合微震监测具有较高的定位精度;微震事件的平面位置主要集中在采空区和回采巷道附近,垂直方向上主要集中在煤层顶板以上110m范围内,微震事件数量在顶板以上110m后急剧减少;数值模拟结果与微震监测结果基本吻合;研究成果为导水裂隙带发育高度的监测提供了新的方法。     

基于微震监测技术的煤矿顶板水害预测

以亭南煤矿307工作面为工程背景，通过模拟分析导水断裂隙带高度来验证微震监测数据实时监测导水断裂带高度的可靠性，并利用数理统计方法分析了微震事件与顶板涌水量的关系。研究结果表明：307工作面在不同推进距离条件下，微震事件集中分布于覆岩破坏严重区，能够反映覆岩破坏情况及导水裂隙带发育高度；工作面回采数值模拟结果与微震监测事件变化规律基本一致，导水裂隙带高度发育特点为“前期增长快，中期增长慢，后期达到平衡”；307工作面微震监测数据事件数与同时间段内的涌水量相关性显著，涌水事件和微震事件的发生具有特定的滞后效应，采用合适的滞后微震数据做预测能更好地提高涌水量预测准确度。     

工作面采动影响下底板破坏深度微震规律

采用KJ959微震监测系统对朱庄煤矿Ⅲ633工作面回采期间煤岩活动和导水裂隙带发育情况进行监测,分析了微震活动能量、时间分布、发育高度以及空间分布规律,结果表明：微震事件数量和能量与开采活动密切相关;回采期间微震事件以顶板事件为主;底板最大破坏深度为25～30m,未波及到主要含水层,顶板裂隙发育高度为顶板上37m范围内,裂采比约为13.2。研究结果可为后续采煤和进一步制定矿井防治水方案提供参考。     

大埋深厚煤层开采导水裂隙带发育高度综合确定

导水裂隙带发育规律及其高度测定对矿井防治水和保水开采具有重要意义。以九龙矿2#煤层15249S工作面为研究对象，利用经验公式计算方法、FLAC3D数值模拟和微震监测相结合分析了煤层上覆岩层塑性区破坏变化规律及导水裂隙带发育高度计算，并结合现场钻孔漏液实测数据对上述3种方法得出的结果进行验证。研究结果表明：经验公式预计导水裂隙带高度为103.66 m，数值模拟试验预测导水裂隙带高度为134 m；微震监测结果与现场实测结果分别为130 m和126.84 m，最终综合确定了导水裂隙带高度。该成果可为九龙矿煤层安全开采方案选取提供技术支撑。     

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。     

张家峁煤矿N15203工作面浅埋煤层导水裂隙带发育特征

张家峁煤矿地处我国西北干旱地区,生态环境脆弱,煤层埋藏浅,煤矿开采过程中导水裂隙带导通上覆含水层,造成地下水位下降,加剧生态环境恶化,同时地下水涌入矿井,威胁矿井安全开采。为详细分析张家峁煤矿浅埋煤层导水裂隙带发育情况,以矿区北翼N15203工作面地质条件为背景,利用理论计算、数值模拟方法对导水裂隙带的发育高度进行了研究,并通过现场钻孔电视成像实测结果验证了理论计算与数值模拟结果的可靠性。研究表明:①数值模拟可展现覆岩破坏的动态变化规律,当工作面推进至60 m和110 m时,覆岩破坏速率明显加快,与关键层理论判断结果一致;②由于黄土层塑性变化较大,对导水裂隙带发育具有一定的抑制作用,导水裂隙带发育至基岩顶界附近,高度约108 m,裂采比约19.64;③通过与现场钻孔电视成像结果对比,数值模拟和关键层理论计算结果与实测数据基本保持一致,能够较准确地预测导水裂隙带高度发育情况。分析结果对于陕北浅埋煤层开采覆岩导水裂隙带后续研究具有一定的参考价值。     

厚煤层一次采全高导水裂缝带发育高度研究

为了顶板水的防治、采掘工程布置以及防水煤柱留设,需要确定煤层顶板导水裂缝带高度。以斜沟煤矿8#煤层为例,应用数值模拟的方法对厚煤层综采一次采全高顶板导水裂缝带发育高度进行了研究。结果表明,数值模拟结果与现场钻探压水试验实测得到的导水裂缝带发育高度基本一致。综合确定导水裂隙带高度74.8 m,其中冒落带高度为32 m,裂隙带发育高度42.8 m.由此可见,《煤矿防治水规定》中关于导水裂缝带计算的经验公式不适用于斜沟矿,基于实测、模拟结果以及参考全国其他类似矿井实测结果,运用回归分析原理,建立了斜沟煤矿厚煤层综采一次采全高工作面顶板导水裂缝带发育高度计算公式。     

工作面不同采宽与导水裂隙带高度关系研究

为了研究水帘洞矿综放开采条件下,工作面不同采宽与导水裂隙带发育高度之间的关系,并确定工作面临界采宽,以便为矿井顶板水防治提供依据。根据该矿开采技术条件和岩石力学性质等参数,运用FLAC3D软件,模拟分析了工作面采宽从80～300m累计23个数值模型,进而确定出在不同采宽条件下导水裂隙带发育高度,并通过对水帘洞相邻矿井多个工作面实测和分析资料评价了数值模拟结果可靠性。研究结果表明当工作面宽度介于80～170m时,导水裂隙带发育高度随着工作面采宽的加大而呈分段线性增加;在工作面宽度为180m时,导水裂隙带发育至最大,此后导水裂隙带高度不再受采宽的影响。模拟得出现有地质条件下工作面的临界采宽为180m,导采比为19.2。从而为研究不同水文地质条件下采宽与导采比之间的关系提供了一种新的、有效的方法。     

强含水层下特厚煤层综放开采导水裂隙带发育高度

导水裂隙带高度是顶板水害防治的关键参数之一,为研究强含水层下特厚煤层综放开采条件下导水裂隙带发育高度,以彬长矿区雅店煤矿ZF1405工作面为背景,采用多元非线性回归建立了导水裂隙带高度预测模型,并采用数值模拟和钻孔实测相结合的方法,对该条件下导水裂隙带高度进行了全面探测。结果表明:考虑的影响因素越多,建立的导水裂隙带高度预测模型越合理,模型预测结果为257.4m,相较于经验公式更精确;数值模拟得到的导水裂隙带最大发育高度为244.2 m,发育规律可分为缓增阶段(工作面推进0～200 m)、突增阶段(工作面推进200～280m)和稳定阶段(工作面推进280m后),其中突增阶段最易发生顶板涌水事故,现场开采时,工作面由开切眼推进至200m后需提前做好预防措施;钻孔钻液消耗量和钻孔窥视探测的导水裂隙带高度分别为247.4,238.4m;数值模拟和钻孔实测结果共同验证了预测模型的可靠性,为安全起见,取4种研究方法的最大值257.4m作为最终结果。研究结果可为类似条件的矿井导水裂隙带高度预测提供参考。     

厚松散层薄基岩坚硬顶板工作面覆岩破坏电法监测

掌握导水裂缝带发育高度对于厚松散层薄基岩煤矿工作面安全开采具有重要的意义。在煤层采动影响前,在工作面巷道向煤层工作面顶板施工1个仰孔,布置孔中电极电缆,形成钻孔电法监测系统。在巷道中连接并行电法仪器和钻孔电缆,数据采集方式称为AM法。随采煤工作面位置逐渐接近并进入钻孔控制范围,监测电极电流值和视电阻率值发生变化。结果表明:对潘北煤矿厚松散层薄基岩坚硬顶板工作面电法监测显示,弯曲下沉带电极电流值和视电阻率值较为稳定,受采动影响程度较小;导水裂缝带内,电极电流值明显下降,视电阻率值明显升高;顶板高度0~40 m采动超前影响范围可达410 m左右;工作面坚硬顶板砂岩地层为控制覆岩破坏的关键层,采空区上方坚硬顶板岩层垮落滞后工作面9~16 m;工作面导水裂缝带高度为37 m,导水裂缝带未发育到基岩面,风化砂质泥岩裂隙在采动应力作用下存在闭合现象。     

曹家滩煤矿顶板富水性分析及防治措施研究

为了避免西部高强度开采矿区发生工作面顶板溃水溃沙灾害，以地表生态脆弱的榆神矿区曹家滩矿井的首采工作面为研究背景，分析了首采工作面煤层的地质概况，确定了影响工作面发生水害事故的充水因素，将物理探测和“三图”法相结合对首采工作面煤层顶板富水性特征及分区进行了综合论证分析。结果表明：大气降水和地表水是矿井的间接充水水源，煤层顶板导水裂隙带波及范围内的延安组、直罗组和基岩风化带含水层的水为直接充水水源|导水裂缝带是矿井发生水害事故的主要充水通道|矿井风化基岩含水层富水性较强，延安组为弱含水层。通过FLAC 3D研究了覆岩裂隙运动破坏规律，工作面推进至180m后，导水裂隙带发育速度增加，推进至240m后达到最大值约159m，覆岩的裂采比为26.5。结合上述分析，提出了以完善矿井水害监测系统和建设防排水系统、合理确定回采参数和培训防治水专业人员相结合的防治水技术改进措施。     

基于主成分回归分析法的导水裂缝带高度预测

为减小经验公式法在导水裂缝带高度预测方面存在的误差,探索较高预测精度的导水裂缝带预测方法,本文基于山东滕州矿区积累的实测数据,对采深、煤层厚度、工作面倾向长度、岩性参数、顶板厚度及倾角等六个因素进行了综合分析,借助MATLAB数据分析软件,运用主成分分析的方法,结合回归模型检验分析,建立了适用于滕州矿区的顶板导水裂缝带高度预测回归模型,并与经验公式法所得结果进行了对比分析。结果表明:基于山东滕州矿区12个煤矿的实测数据建立的主成分回归模型,对蒋庄煤矿两验证工作面导水裂缝带高度预测结果分别为56.239 1m、49.102 1m,预测相对误差分别为3.00%、2.83%;运用经验公式法对两工作面导水裂缝带高度预测结果均定为60.00m,预测相对误差分别为-9.89%、-25.65%。由此可见,采用主成分回归分析模型方法预测煤层顶板导水裂缝带发育高度具有较高的准确性,该模型可以更好地预测导水裂缝带发育高度,服务煤层顶板水害防治。     

煤层覆岩导水裂隙带发育高度综合分析技术研究

为探明综采工作面导水裂隙带高度发育规律,通过传统经验公式计算、软件数值模拟、钻孔窥视技术等方法,研究了盖州煤矿9105综采工作面导水裂隙带发育高度,并进行了相互验证。结果表明:钻孔窥视技术确定的导水裂隙带发育高度准确度更高,但受采后覆岩塑性破坏马鞍形位置最高部位和观测时间影响较大;采用钻孔轨迹分析进行高度校正是提高利用钻孔窥视技术确定导水裂隙带发育高度准确性的关键;钻孔倾角和方位越接近设计参数,导水裂隙带发育高度预测越准确。钻孔窥视技术结合传统经验公式和数值模拟技术综合确定导水裂隙带发育高度,能有效提高导水裂隙带发育高度预测精度。     

含水层下综放开采膏体充填技术与应用

针对含水层下厚煤层开采时易发生突水灾害的问题,以陕西某矿为工程背景,提出了1种综放开采过渡支架后方膏体充填技术,阐述了该技术的原理和工艺流程,利用数值模拟、现场观测的方法,分析了架后充填开采导水断裂带发育特征及工作面涌水量变化规律。数值模拟结果表明,采用架后充填技术后,工作面导水断裂带发育为矩形,最大发育高度为67.2 m。现场观测结果表明,采用架后充填技术后,架后充实率可达90%,工作面涌水量由220 m^3/h显著下降到90 m^3/h,工作面推进200 m后导水断裂带最大发育高度为76.8 m。研究结论表明,该技术有效地降低了覆岩导水断裂发育高度,可实现含水层下厚煤层安全开采。     

高瓦斯煤层覆岩空间破裂微震探测及应用

为了解决主焦煤矿2308工作面开采过程中瓦斯隐患,利用理论计算方法对采动过程中冒落带及裂隙带高度等进行计算,并结合微震监测技术手段对采面回采过程中覆岩微震事件进行监测记录,以此分析采动裂隙带的空间位置,进而得到上覆岩层瓦斯富集区的空间位置,研究发现微震监测手段得到的采动裂隙带高度与理论计算的结果相近,即采动裂隙带高度在...     

陕北某矿3号煤层开采导水裂缝带高度测定

导水裂缝带的发育规律及其高度测定对矿井绿色安全开采具有重要意义.为掌握工作面开采过程中的覆岩垮落规律与裂隙发育规律,以陕北某矿3号煤层1309工作面为研究对象,采用物理模拟和工程类比方法进行实验测定.结果表明,工作面充分采动后的导水裂缝带高度为101.7 m,裂采比33.9;覆岩中第二关键层可以有效地抑制竖向裂隙的发育...     

综放工作面“两带”高度钻探实测分析

为了准确测得大平煤业综放工作面“两带”高度,为水下采煤提供参考,以3108工作面为背景,采用钻探实测法,通过对两个探测钻孔的多个水文数据进行综合分析,得到3108工作面导水裂缝带发育高度为煤层顶板以上105.53~111.62 m,垮落带高度为顶板以上23.8~32 m,裂采比为19.18~19.42,冒采比为4.33~5.52。