完整底板突水机理研究

为研究完整型底板突水机理,文章理论分析了突水事故发生的三大要素,即水源、水压、突水通道,分析了采动突水通道形成的发展规律及突水灾害实现的条件。对演马庄矿12121采煤工作面突水事故时空特点进行了分析,分析认为:12121采煤工作面突水事故在时间上,恰逢直接顶初次来压(工作面推进31 m)前夕;空间上,突水点位于煤壁附近,靠近回风巷位置。其原因是,直接顶来压前夕,支承压力峰值较大,对底板岩体的破坏作用较大,而靠近回风巷位置为应力叠加区域,支承压力峰值最高。在强大的矿山压力和水压作用下,底板破坏带和承压水导升带沟通,高水压通过底板裂隙涌入工作面,产生突水。     

断层影响下底板突水危险性预测

采动底板断层突水危险性预测与评价是煤矿底板突水灾害防治的基础和依据。针对断层诱发底板突水问题,基于岩体极限平衡理论,综合考虑断层本身性质和矿山压力中应力降低区的作用,得出底板隔水层的极限水压解析式,提出突水力学判据。结合工程背景,基于多物理场软件COMSOL Multiphysics建立数值模型,计算了隔水层中承受的实际水压。基于突水力学判据,该矿底板隔水层所承受的极限水压大于隔水层中承受的实际水压,底板隔水层完整,不发生突水。结果表明:底板断层突水危险性预测结果与实际开采过程中结果相吻合。     

断层突水预测控制理论研究

为研究断层突水机理及其预测控制方法,以“实用矿山压力控制”理论为指导,在考虑采动引起的岩层运动及矿山压力对岩溶水压及断层煤柱的影响的基础上,理论分析了底板岩溶水剧增的原因及传统防治水方法存在的问题,以此为基础,建立了跨断层开采的预测控制力学模型,制定了相关控制准则。结果表明：岩溶水压的增大与采动所引起的上覆岩层运动有重要关系,特别是对于封闭型溶洞其水压会在支承压力作用下剧增;留设断层煤柱的传统防治水方法是不合理的,应采用把开切眼布置在经相邻工作面推进,构造应力已经释放的“内应力场”中,以最短距离推过断层的方案;“工作面长度越大,突水可能性越大”的传统观点是不准确的,工作面长度必须大于基本顶第1次断裂步距才能有效抑制底板回弹,防治底板突水。     

晋城成庄井田煤层气直井开发后煤层底板突水危险性评价

以晋城矿区成庄井田为依托,分析煤层气开发后煤层底板岩石破裂压力、地应力、煤层底板含水层水压和隔水层有效厚度等条件,建立了煤层气开发后煤层底板突水危险性评价理论与方法,揭示煤层气直井开发对煤炭开采底板突水影响机制。研究结果表明:煤层气井煤层底板完井深度和采动矿压与承压水的水压使煤层底板隔水层形成贯通的破裂,如果隔水层中的最小水平主应力大于承压水的水压,从应力方面,就不会发生突水,如果相反,就会发生突水;煤层气井煤层底板完井深度和采动矿压与承压水的水压未能使底板隔水层形成贯通的破裂,开采煤层承受的水压与煤层到主要含水层间有效隔水层厚度之比,决定了煤层底板突水危险性。根据煤层底板隔水层岩石破裂压力、水压和水压与隔水层厚度比值等关键参数,将煤层底板突水危险性划分为安全(Ⅰ)、中等安全(II)、安全性差或有危险(III)和安全性极差或极有危险(Ⅳ)4类。成庄井田太原组15号煤层距奥灰含水层间距小,且变化大,煤层气垂直井开发后煤炭开采受奥灰水威胁。如果9号煤层气完井深度与煤炭开采底板破坏深度15 m相同计算,煤层底板突水危险性主要为中等安全,仅在深部存在突水危险性;煤层气开发后3号煤层开采过程中不会发生底板突水。     

断层影响下底板突水通道研究

基于岩体极限平衡理论,综合考虑断层本身性质和矿山压力中应力降低区的作用,解得底板隔水层的极限水压解析式,推导出底板突水力学判据,结合华泰煤矿7502工作面,解得底板隔水层的极限水压大于实际承压水水压,底板隔水层中没有形成突水通道;基于FLAC3D流固耦合理论,建立了断层影响下煤层开采的数值模型,得出断层带中的承压水导升高度(8m)较正常岩层(6m)高,断层影响下底板岩体应力呈非对称分布,断层附近的底板采动破坏深度(24m)大于未受断层影响的底板破坏深度(20m),底板破坏区与断层导通,承压水通过断层进入破坏区,形成突水通道,发生底板突水。结果表明:断层影响下的底板突水,往往不是底板隔水层破坏导致,而是承压水通过断层进入采动破坏区所致。     

煤层底板突水影响因素的分析与研究

本文详细分析了影响煤层底板突水的因素,提出地质构造、矿山压力、水压力、隔水层厚度及工作面采宽等是制约煤层底板突水的主要因素。     

含隐伏断层的煤层底板破坏深度的数值模拟

针对含隐伏断层煤层底板采动破坏过程及导水通道的形成过程,根据岩-水关系法理论并利用COMSOL Multiphysics软件进行数值模拟,分析了不同水压力下底板破坏深度,研究了在高承压水影响下,随着工作面的推进,底板破坏区域沟通断层导致突水的过程,研究得出随着含水层水压的逐渐增大,底板下方岩层裂隙中水压也呈现逐渐增加的趋势,而岩层中水压的增大会导致工作面与采空区涌水量增加以及底板破坏深度的增加,同时会影响到突水原因的变化,使得突水更具有隐蔽性,更不容易被探测和规避。     

采场底板陷落柱渗流突水数值模拟

为研究采动压力和渗透水压对陷落柱渗流突水的作用,建立了采场底板陷落柱突水的物理模型,并利用FLAC3D 软件模拟分析了采场推进过程中应力场和渗流场的变化特征。结果表明,工作面宽度的增加会增加底板的扰动,导致原生裂隙继续往深部发育,进而增大导通下部陷落柱的风险,采用回填方式开采的工作面底板扰动较小,底板岩层破坏的程度较小,为遇陷落柱构造防治突水事故提供指导。     

岩体破坏突水失稳的水压致裂机理及工程应用分析

首先从渗流-损伤耦合角度深入研究水压致裂破坏机理,探讨水压致裂过程的渗流-损伤耦合效应,提出了研究水压致裂的难点是破坏模式及失稳压力的确定.针对矿山采动岩体破坏突水问题,系统解释了渗透系数、有效应力系数在突水机理研究中的工程意义.其次,通过对煤层开采过程中底板突水实例模拟,分析了渗流-损伤耦合作用,从稳态和瞬态两个方面探讨了不同有效应力系数条件下煤矿底板突水过程的渗流-损伤耦合效应.研究结果表明:岩层破坏突水不仅和岩层的应力状态和力学强度密切相关,而且还受控于岩层的渗流力学指标;煤层底板有效应力系数越大,突水失稳临界水压越小;渗透系数越大,突水失稳临界水压越小,这对深刻理解岩体破坏突水的渗流力学本质和突水系数的内涵,具有重要的理论和实用价值.     

底板隐伏断层采动活化突水的断裂力学分析

为研究含隐伏断层煤矿底板采动突水发生的力学机理,根据底板隐伏断层赋存的实际特征,建立力学模型。利用断裂力学理论分析方法,研究了工作面推进过程中,在采动应力和承压水压力联合作用下底板突水通道形成的过程。获得了隐伏断层活化突水的力学判据,并分析了影响突水的主要因素。结果表明:临界水压力q是底板突水的必要条件,主要受到隐伏断层长度a、倾角β、支撑压力Q、底板厚度h等因素的影响,而当分支裂纹扩展长度达到一定值,使得有效隔水层厚度不足以抵抗采动应力和承压水压力的作用时,能够满足底板突水的充分条件。根据实际工作面工程地质条件,采用数值模拟方法对底板破坏过程中的底板应力变化和渗流情况进行了分析,使理论分析得到验证。     

五阳煤矿3煤层底板突水危险性评价

为了对五阳煤矿3煤层底板进行突水危险性评价,保障五阳煤矿在承压水威胁条件下进行安全开采,在详细分析五阳煤矿水文地质条件和矿井揭露特征的基础上,从主要含水层、隔水层、水压、地质构造及采掘活动等方面对五阳煤矿3煤层底板突水危险性进行评价,通过在突水系数中考虑隔水层岩性—结构特征和开采活动的影响,建立了3 煤层底板突水危险性评价体系。研究表明,五阳煤矿3煤层底板奥陶纪灰岩岩溶水突水危险性极大,随着开采深度的增加,底板受采动影响破裂越严重,发生突水的危险性进一步增加。     

基于AHP_TFN的底板突水危险性预测

针对下组煤开采的底板突水问题,以龙固井田为研究对象,在综合分析后,确定出断裂构造、奥灰水压、有效隔水层厚度的3个主控因素,并利用Surfer得出3个主控因素的专题图。使用层次分析法（AHP）和梯形模糊数法（TFN）分别计算一级因子及其子类的权重,建立了基于AHP_TFN的预测模型。对煤层底板突水危险性进行了分区,为以后开采过程中的底板水防治提供了科学依据。     

杨村煤矿下组薄煤层底板采动效应特征研究

杨村煤矿下组煤的开采受到底板承压水的威胁,采动底板破坏深度的研究是底板岩层阻水能力评价的关键。以杨村煤矿4602工作面水文地质条件为基础,建立了下组薄煤层底板工程地质模型,通过数值模拟软件FLAC3D模拟研究煤层底板采动变形破坏规律,得出在正常采动情况下底板最大破坏深度约为12 m;并与该工作面底板实测结果进行了对比验证,二者结果基本一致。研究结果为杨村煤矿下组煤的合理开采、支护及底板岩层阻水性的评价提供了参考依据。     

基于Fisher判别的煤层底板突水量预测研究

针对煤层底板突水的主要影响因素,综合考虑水源、水压、隔水层、底板采动导水断裂带深度、断层等因素的影响,基于Fisher判别分析理论,利用国内一些采煤工作面底板突水资料作为训练样本,建立了煤层底板突水预测的距离判别分析模型。工程应用表明,该模型结果与实际情况吻合良好,说明该模型在煤层底板突水预测中具有良好的实用性和有效性。     

采场底板断层突水及其防治方法

阐述了采煤过程中底板岩层在矿压作用下的变形特征及其规律。在理论上提出了当倾向采场且平行其边缘的底板断层面同底板岩层中的最大膨胀线相吻合时，该类断层两盘的相对位移量最大，也最容易发生突水事故，并通过实例说明了底板断层的突水机理。最后，从水文地质和采煤方法两个方面，提出了防治突水的措施。     

似膏体充填开采防止高承压底板水突出研究

以曹庄煤矿81006工作面为试验研究对象,开展了以防止高承压底板水突出为目的的似膏体充填开采系统及工作面底板破坏深度探测研究。研制了以胶固料、矸石粉、粉煤灰为原料的充填材料,构建了地面及井下2部分充填系统,实现了物料的添加、搅拌、输送的自动控制。采用钻孔双端封堵测漏装置,对似膏体充填开采工作面(81006工作面)和顶板垮落法开采工作面(8812工作面)的底板破坏深度进行了现场实测。结果表明,在似膏体充填开采条件下,矿山压力对工作面底板破坏深度显著减小。基于"下四带"理论,分析了似膏体充填开采条件下矿山压力对底板破坏深度减少的机理,证明了似膏体充填开采是防止高承压底板水突出的有效措施。     

采场底板倾斜隔水关键层的失稳力学判据

针对承压水上倾斜煤层底板岩层所受载荷的非对称特征,在考虑沿煤层倾斜方向存在一定水压梯度的情况下,依据隔水关键层理论,建立了线性增加水压力作用下的底板倾斜隔水关键层模型。采用弹性薄板理论,分析了倾斜隔水关键层的力学特性,揭示了底板倾斜隔水关键层在其长边中点偏下的位置最容易出现拉伸屈服破坏。最后,采用Griffith和Mohr-Coulomb两种屈服准则,在判断出底板倾斜隔水关键层上最可能发生屈服破坏位置的基础上,推导了基于拉伸和剪切破坏机理的采场底板倾斜隔水关键层的失稳力学判据,并应用于现场倾斜煤层底板隔水关键层的稳定性分析。     

新集二矿1煤底板太原组灰岩充水防突研究

为了实现对新集二矿1煤层底板隔水岩段防突性能的有效评价,并制订出底板突水防治方案,以二矿1煤层为研究对象,在详细分析矿井地质条件、水文地质条件的基础上,确定了隔水岩段总厚度、等效厚度和脆、塑性岩厚度比作为煤层底板防突性能3个主控指标;利用GIS的信息处理和分析功能,对各指标量化,生成单指标专题图;并进行数据归一化处理,建立归一专题图,最终叠加生成煤层底板防突性能评价分区图.     

水库下采煤水情在线自动监测系统

为确保水库下特厚煤层综放开采安全,针对大平煤矿水文地质条件,结合矿井上下工业环网通讯平台,建立了由水库水位监测系统、白垩系含水层水位监测系统和井下矿井工作面涌水量监测系统组成的水库下采煤水情在线自动监测系统;在Windows98/2000/XP环境下,实现了从数据采集处理到水情信息发布的自动化。通过N1S2工作面回采期间运行应用,监测成果反映出白垩系含水层下部含水段底板隔水层破坏、导水,上部风化带含水段与工作面涌水间无水力联系,库下采煤安全可靠。     

保水开采隔水关键层的基本概念及力学分析

提出了在控制采场顶底板水运移中隔水关键层的概念，建立了复合隔水关键层的基本力学模型，进而对具有5层岩层组成的复合隔水关键层进行了相关的强度和刚度分析，给出了不同组合的阻隔水能力判定. 从岩层运动与水体运移的视角提出了保水开采的矿压控制思路，为开发水资源保护性的煤矿绿色开采技术提供了相关的技术途径.