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。     

巨厚砂岩下厚煤层采动覆岩离层形成机理与探测

为了研究巨厚砂岩下厚煤层采动覆岩发育特征及形成位置,以大同某矿2301工作面厚煤层采动引发的覆岩运动为例,采用理论计算公式、超声成像和彩色钻孔电视系统分别对巨厚砂岩下厚煤层采动覆岩离层的发育位置进行理论计算和定量探测。结果表明:煤层上覆岩层中存在多层亚关键层,但主关键层只有1层,离层主要产生于各关键层下,其向上发育高度终止于主关键层;得到巨厚砂岩下离层发育深度为343、346.5、328.61 m;证实了巨厚砂岩下厚煤层采动会形成离层。     

坚硬覆岩下采动离层水涌突规律及防治技术

基于厚硬覆岩采动破断会引起离层水涌突这一特征,通过分析某煤矿首采区覆岩空间赋存、岩体结构、力学性质等地质工程条件,采用力学计算、数值模拟等方法,对采区首采面及后续工作面开采厚硬岩浆岩岩床破断引起的离层初次闭合及周期闭合的距离,进行了理论计算和数值模拟分析。结果显示,首采面开采离层初次闭合距约300 m,周期闭合约130 m;后续工作面开采时受邻近采空区影响,初次闭合距约260 m,周期闭合约120 m。针对离层闭合规律提出了相应的离层水害防治措施,确保了工作面的开采安全。     

特厚煤层开采覆岩离层水形成及涌突风险

在分析招贤煤矿首采区水文地质资料的基础上,采用理论分析、相似材料试验和数值模拟等研究方法,理论预判特厚煤层开采过程中覆岩离层层位及积水离层,分析竖向及横向裂隙动态发育特征,探讨特厚煤层多工作面依次开采离层发育状况。研究表明:距3煤顶板253.64 m处的巨厚砾岩层底部存在可积水离层空间;工作面推进过程中竖向裂隙高度的增长呈现出线性增长和台阶式增长2个阶段,横向裂隙自下而上交替呈现动态发育与闭合,横向裂隙发育高度与工作面推进距离间呈正相关关系;1307工作面开采导致宜君组下方出现开度为0.02 m的横向离层裂隙,随1305、1303工作面依次开采该离层裂隙开度进一步扩大,甚至陡增。引入底板突水系数法对招贤煤矿离层水涌突风险进行评估。     

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...     

侏罗纪巨厚基岩下采煤突水溃砂典型案例分析

国内学者对浅埋煤层开采引起的上部松散含水砂层溃入采场的研究十分深入,泥砂来源于第四系松散层已成为共识。近年来西北侏罗纪巨厚基岩下采煤引起的水-砂混合突涌事故日益增多,成为一种新的危害性较大的地质灾害,目前国内学者对此鲜有研究。为揭示基岩突水溃砂的孕灾机理,制定科学防范措施,以陕西黄陇煤田某矿采煤工作面突水溃砂事故为例,首先对前人做出的事故原因分析和认定提出技术商榷和探讨;依据补充勘探成果,结合突水溃砂过程,提出该起事故具有离层水害特征:离层空间汇集水源功能将砂岩裂隙水转化为"自由"水体,引起短时高强度突水,进而提出离层水害需要同时具备5个条件,即岩石力学条件、富水性(水源)条件、汇水时间条件、离层空间条件、导水通道条件等。其次,根据大量的岩石物理力学试验数据,判断4^-2煤层上覆岩层具备离层产生的物质基础;根据离层水害时间、空间条件,借用"经验公式"推断引起该起事故的离层空间应该位于4^-2煤顶板上30.54～77.10 m的地层内,并将这个高度范围内的地层作为富水性评价的目标层段;选取砂岩层厚度、脆塑性比值、构造分维等3种地学信息,采用新型复合...     

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。     

巨厚岩层下煤层顶板水突水机理及防治技术

为了寻求海孜煤矿745工作面"5·21"重大突水事故的根源,从根本上消除工作面水患威胁,实现安全回采.根据矿区的地质和水文地质条件及查治工程成果,全面深入分析了其突水背景、原因、通道、水源等,得出是由于多煤层采动,整体块状巨厚岩浆岩下煤岩层不均匀沉降,产生了离层水体,在巨厚岩浆岩的动力冲击下,引发突水.针对突水的动力特点,提出了在工作面影响以外的下山方向布置钻孔的探放导水治理技术.实践证明,该治理技术有效地阻止了离层水源的产生,保证了工作面安全生产,且对类似条件下水害防治具有借鉴和指导意义.     

关键层突变破断的冲击能诱发离层突水机理研究

覆岩的离层突水水害逐渐成为了一种主要水害,使得离层突水机理研究成为了亟需解决的难题,为了弄清离层突水过程,研究离层突水机理这一关键问题,以突变理论、结构力学及材料力学等理论为基础,通过覆岩离层中的关键层的受力分析,建立了离层关键层的力学模型;以能量分析为出发点,求得了离层关键层的总势能函数表达式;以力学平衡为前提,构建了用能量来表达的离层关键层发生破断的尖点突变模型,并计算了离层关键层破断后释放的冲击能;从能量守恒及离层下伏软岩隔水层的力学性质分析出发,提出了软弱隔水层吸收关键层破断释放的冲击能后,发生"压裂"和"劈裂"2种离层水突涌模式,并预测了工作面发生离层突水的位置。最后,以郭家河煤矿特厚煤层3煤的离层突水为例,在充分分析地质条件及水文地质条件的基础上,凭借现场实测、室内试验、理论分析等多种手段,对文中提出的离层突水机理进行了应用。研究结果表明:离层关键层的突然破断是一种能量跃迁方式,可用尖点突变模型来解释;提出的导水裂隙带范围内"压裂"和"劈裂"2种突水模式能预测离层突水位置;离层突水预测位置与实际发生的离层突水位置基本一致。     

巨厚白垩系砂岩含水层下综放开采覆岩及地表移动实测分析

覆岩及地表移动规律研究是合理留设保护煤柱,进行压煤开采合理设计的重要依据。通过地表钻孔冲洗液漏失量实测及设置地表移动观测站,研究了下沟煤矿巨厚白垩系砂岩含水层下综放开采的导水裂缝带发育高度及地表移动特点。研究结果表明:下沟煤矿导水裂缝带高度介于111.8～125.8m;同时由于洛河砂岩、宜君砾岩的存在,对地表岩层移动变形起到了一定的控制作用,而且开采充分度的影响使得地表移动变形值呈现较小的特点。     

寺河矿厚层综采工作面覆岩冒裂带发育高度实测研究

厚煤层综采工艺引起的覆岩顶板导水裂缝带发育规模直接影响防治水安全评价结果。以晋城寺河矿为例,采用冲洗液消耗量法、钻孔彩色电视观测法和RFPA数值模拟法对3#煤顶板导水裂缝带进行了深入研究,研究成果对晋城矿区类似条件的矿井具有借鉴意义。     

巨厚砂岩层组综采工作面强矿压显现机理研究

以纳林河二号井31102工作面回风巷强矿压显现为背景,采用理论分析、现场实测等方法,对巨厚砂岩层组综采工作面强矿压显现机理进行研究。研究表明:31102工作面进入双工作面见方阶段时,采场覆岩结构为标准的载荷"三带"结构;基于31102工作面双见方阶段覆岩结构,建立了走向支承压力估算力学模型,得出双见方阶段31102工作面超前42.69～215.67 m范围达到发生冲击地压的应力条件;中等冲击危险范围为57.47～137.02 m,该范围"DLZ"传递的高应力为双见方阶段31102沿空巷强矿压显现的主要原因。31102回风巷强矿压控制机理为:确定合理的卸压参数,通过大直径钻孔释放煤体积聚能量,同时尽量减少对围岩结构的破坏,确保巷道围岩处于"低应力-低扰动"状态。     

厚硬砂岩直覆顶板卸压技术研究

直覆厚硬顶板进行预裂切顶成功与否是工作面安全开采的关键,以顾北矿13121上工作面为研究背景,结合理论分析直覆厚硬顶板初次破断及周期破断步距,提出顶板预裂切顶方案,利用FLAC3D软件对厚硬顶板切顶效果进行验证,对比切顶前后厚硬顶板位移规律及工作面超前支承应力的变化特征。结果显示：预裂切顶可以有效改善硬厚顶板直覆工作面工作环境,切顶后,工作面超前支承应力峰值降低28.39%,超前影响范围缩减了37%,顶板垮落压实步距缩短了43.53%,超前支承应力峰值位置向深部转移,预裂切顶对厚硬顶板直覆工作面矿压控制起到了积极作用,对工作面超前支护设计具有借鉴意义。     

深井厚冲积层综放面覆岩运动规律模拟研究

深井厚冲积层工作面的顶板运移规律的研究有利于对其冲击性进行判断,可为开采工艺的设计及顶板管理起到指导作用。本文以某矿2301综放工作面为研究对象,采用FLAC3D模拟软件模拟了在冲积层厚度为600 m,工作面不同推进距离下的顶板水平及垂直运移量。模拟结果显示,该工作面具有弱冲击倾向性,预测该工作面在回采过程中可能面临潜在的冲击地压等动力灾害威胁,在工作面回采过程中要注重加强对顶板的控制。     

特厚煤层相邻工作面开采覆岩运移规律研究

为了掌握相邻工作面煤层开采后覆岩运移规律,采用FLAC有限元软件模拟某矿相邻工作面先后开采后覆岩应力、位移和塑性破坏特征。结果表明:相邻采空区残余支承压力在中间区段煤柱叠加,煤柱覆岩在极大应力的作用下产生较大的垂直位移和剪切破坏,使得两侧采空区高位覆岩向下同步运动;采空区覆岩随工作面回采呈现"增大-稳定"的拱形破坏,沿倾向形成双拱破坏,其与中间煤柱覆岩较大的剪切耦合形成1个横跨两采空区的破坏拱。最后通过现场钻孔窥视证实覆岩运移破坏特征,并结合经验公式得到相邻工作面开采覆岩"两带"破坏高度取估算上限值更为合理。     

印度某矿采场上覆厚岩层破断行为实验研究

依据印度东部煤田有限公司(ECL)Jhanjra煤田R-Ⅵ煤层2号钻孔地质资料和开采工艺参数等数据,运用相似材料模拟试验对含厚顶板的上覆岩层在工作面推进过程中的矿压规律进行分析。研究表明:厚顶初次来压步距长,破断时动压现象非常明显;厚顶的破断对上覆岩层的破断起到控制作用,破断后,上覆岩层与厚顶保持同步协调运动。随着工作面向前推进,在工作面前方煤壁形成支承压应力增高区;在采场上方靠近煤层的顶板中,形成拉应力增高区,导致顶板产生拉伸破坏;工作面前后方剪应力呈中心对称分布,并在前后方煤壁上端形成压剪破坏。     

高水压松散含水层原生纵向裂隙发育覆岩的异常突水及其防治

介绍了高水压松散含水层及原生纵向裂隙发育覆岩的基本特征,分析阐述了在该类特殊地质采矿条件下采煤时所发生的异常突水乃至淹没矿井等异常灾害及其原因,探讨了防治该类灾害的技术途径。     

含水松散层下厚煤层采掘溃砂危险性分析

针对含水松散层下厚煤层采掘溃砂工程难点,对含水松散层的岩性、厚度和富水性等水文地质条件进行研究,探讨了厚煤层分层开采留设安全煤岩柱合理尺寸,并确定了相应的开采方法;预计了(垮落带和导水裂隙带)"两带"高度,基于GIS的强大数据处理功能,对多因素引起的采动溃砂危险性进行了量化评价,分析得出了分层开采条件下顶板溃砂危险性分区图。     

厚松散层薄基岩上分层开采覆岩移动规律

结合赵固一矿11011工作面的具体地质条件,综合运用数值模拟和地表钻孔冲洗液漏失量观测方法,对采空区上覆岩层冒落带和裂隙带的高度进行了分析。工业性实验表明通过数值模拟确定的两带高度是合理的,进而确定了上分层开采防水安全煤岩柱尺寸及合理安全开采厚度。