覆岩导水裂隙带发育规律分析与高度探测

导水裂隙带发育高度探测是井下安全采煤的基础。为确定工作面顶板导水裂隙带的发育高度,本文针对某矿工作面的地质采矿条件,分析了覆岩采动变形破坏形态分布规律和导水裂隙带内分区特征,得出覆岩导水裂隙带发育规律;通过现场实测数据分析,确定该矿工作面覆岩导水裂隙带的发育高度为H=108.5m。     

顶板砂岩水下煤层开采覆岩导水裂隙带发育高度研究

导水裂隙带发育高度是顶板砂岩水下实施安全采煤的重要技术参数之一。以新集矿区某综采工作面为工程背景,针对工作面回采后采动裂隙导通上覆砂岩含水层易发生突水事故的问题,在分析覆岩岩性特征的基础上,采用经验公式估算、基于关键层位置覆岩导水裂隙带高度预测方法、数值模拟及井下仰孔分段注水法对覆岩导水裂隙带发育高度进行研究。结果表明,基于关键层理论导水裂隙带高度预测方法、FLAC3D数值模拟与井下仰孔分段注水试验结果基本一致,而经验公式预测导水裂隙带发育高度数值较小,存在一定的局限性。工作面回采后,导水裂隙带发育高度最大为57.6 m,裂采比为15.2,且发育形态呈“马鞍型”。 研究结果可为工作面顶板水害治理提供地质依据。     

覆岩破坏充分采动程度定义及判别方法

随着煤层开采深度的逐年增加,非充分采动工作面越来越多。导水裂缝带高度是实现保水开采的关键参数,但非充分采动工作面开采条件下导水裂缝带高度小于充分采动工作面。为进一步研究其原因,采用理论分析、相似模拟、数值模拟等方法研究了导水裂缝带高度影响因素的敏感性及其与工作面尺寸的关系,提出了覆岩破坏充分采动程度的定义及判别方法。结果表明:工作面尺寸对导水裂缝带高度的影响仅次于开采厚度。当工作面尺寸较小时,覆岩破坏不发育;当工作面尺寸增加到一定值时,覆岩破坏仅形成垮落带;当工作面尺寸继续增加时,覆岩破坏形成裂缝带且导水裂缝带高度随着工作面尺寸的增加而增加;当导水裂缝带高度发育至最大值后,导水裂缝带高度不再随工作面尺寸的增加而增加。覆岩破坏过程中仅形成垮落带的阶段定义为覆岩破坏的极不充分采动(即覆岩极不充分破坏);覆岩破坏过程中形成裂缝带且导水裂缝带高度随工作面尺寸增加而增加的阶段定义为覆岩破坏的非充分采动(即覆岩非充分破坏);导水裂缝带高度达到最大值且不再随工作面尺寸增加而增加的阶段定义为覆岩破坏的充分采动(即覆岩充分破坏)。导水裂缝带高度刚达到最大值时的工作面尺寸为工作面临界尺寸。当工作面尺寸小于工作面临界尺寸时,覆岩破坏为非充分采动;当工作面尺寸大于工作面临界尺寸时,覆岩破坏为充分采动。覆岩破坏充分采动程度的主要影响因素有工作面尺寸、开采厚度、开采深度、覆岩力学性质、覆岩结构特征和覆岩破断角。     

覆岩破坏充分采动程度定义及判别

随着煤层开采深度的逐年增加,非充分采动工作面越来越多。导水裂缝带高度是实现保水开采的关键参数,但非充分采动工作面开采条件下导水裂缝带高度小于充分采动工作面。为进一步研究其原因,采用理论分析、相似模拟、数值模拟等方法研究了导水裂缝带高度影响因素的敏感性及其与工作面尺寸的关系,提出了覆岩破坏充分采动程度的定义及判别方法。结果表明:工作面尺寸对导水裂缝带高度的影响仅次于开采厚度。当工作面尺寸较小时,覆岩破坏不发育;当工作面尺寸增加到一定值时,覆岩破坏仅形成垮落带;当工作面尺寸继续增加时,覆岩破坏形成裂缝带且导水裂缝带高度随着工作面尺寸的增加而增加;当导水裂缝带高度发育至最大值后,导水裂缝带高度不再随工作面尺寸的增加而增加。覆岩破坏过程中仅形成垮落带的阶段定义为覆岩破坏的极不充分采动(即覆岩极不充分破坏);覆岩破坏过程中形成裂缝带且导水裂缝带高度随工作面尺寸增加而增加的阶段定义为覆岩破坏的非充分采动(即覆岩非充分破坏);导水裂缝带高度达到最大值且不再随工作面尺寸增加而增加的阶段定义为覆岩破坏的充分采动(即覆岩充分破坏)。导水裂缝带高度刚达到最大值时的工作面尺寸为工作面临界尺寸。当工作面尺寸小于工作面临界尺寸时,覆岩破坏为非充分采动;当工作面尺寸大于工作面临界尺寸时,覆岩破坏为充分采动。覆岩破坏充分采动程度的主要影响因素有工作面尺寸、开采厚度、开采深度、覆岩力学性质、覆岩结构特征和覆岩破断角。     

覆岩导水裂缝带发育高度的岩层层位判据分析

 工作面上覆岩层呈现非均质的分层结构,而导水裂缝带是随着各分层岩层的弯曲沉降逐渐向上发育的,其发育高度是各岩层分层厚度的叠加。因此,为了精确确定导高值,提出了导水裂缝带发育高度的岩层层位判据。以某矿工作面为工程实例,通过现场观测结果,结合上覆各岩层层向拉伸率的分析计算,确定了工作面上方第二层灰岩为导水裂缝带发育的最上位岩层,其层位高度36.86m,层向拉伸率为0.42,为覆岩各层岩层层向拉伸率变化趋势的拐点,因此确定工作面覆岩导水裂缝带的高度为36.86m。     

金宝屯煤矿N211综采工作面“两带”高度研究

根据金宝屯煤矿综采工作面地质条件与开采条件,采用理论计算与数值模拟确定了工作面覆岩垮落带和裂隙带的发育高度。理论计算确定工作面垮落带发育高度为5.6~10.6 m,导水裂隙带高度为27.3~38.5 m。利用离散元UDEC模拟确定垮落带发育高度为11~12 m,导水裂隙带高度26~33 m。两种确定方法具有良好的一致性。     

山区内浅埋煤层导水裂隙带高度发育研究

本文以高原低山丘陵地貌的11607浅埋深工作面工程背景,进行了工作面开采过程中上覆岩层导水裂隙带高度发育研究,通过现场实测、相似模拟结合数值模拟的方法,研究了采动影响下,覆岩破坏变形规律,导水裂隙带发育高度等特征,三种方法所测得结果相互得到了验证,该项研究对山区内覆岩导水裂隙带发育规律研究起到一定参考借鉴意义。     

青龙寺煤矿高强度综采覆岩破坏特征实测研究

为探索青龙寺煤矿地质采矿条件下的垮落带和导水裂缝带发育高度，采用现场地面钻探、钻孔漏失量观测法、彩色钻孔电视成像技术、经验公式、类比分析综合研究方法，对5-20101与5-20105工作面覆岩垮落带、导水裂缝带高度进行实测及特殊性分析。结果表明：青龙寺煤矿地质采矿条件下垮落带最大高度为9.7～17.0 m,垮采比为4.1～7.4;导水裂缝带发育最大高度为41.47～46.87 m,裂采比为17.4～20.4;工作面推进速度可影响上覆岩层的回转角度及稳定结构的形成，高强度快速推进综采工作面地质采矿条件下的“两带”发育高度具有垮落带、导水裂缝带发育高度大的特点。     

基于微震监测的顶板导水裂隙带发育高度研究

煤层顶板导水裂隙带发育高度作为矿井的基础参数，对矿井灾害防治具有重要意义，以古汉山矿1604放顶煤工作面为研究背景，分别采用微震监测和数值模拟等手段对顶板导水裂隙带的发育高度进行研究，通过对微震系统台网布置方式进行误差分析，围绕工作面构建了三巷空间布置的微震台网，对监测结果分析表明：工作面直接顶、老顶的破坏程度远大于其上覆岩层，顶板的连续破坏区域整体呈“钝三角形”，导水裂隙带的发育高度约为75m。通过数值模拟计算得出1604工作面顶板导水裂隙带发育高度约为71m，与基于微震监测分析的结果基本吻合，为类似工作面的导水裂隙带探测提供借鉴和参考。     

直流电法技术在导高探测中的应用

在煤矿防治水工作中,目前常利用经验公式计算导水裂隙带高度,其结果存在一定的误差且无法直观获得覆岩破坏带(导水裂隙带、垮落带)的发育形态。而利用直流电法技术实时监测受采动影响下的覆岩电场,获取其时空变化特征,可准确掌握覆岩破坏带的动态发育过程,并为影响煤层安全开采的覆岩破坏实际高度提供地球物理场依据。试验在某矿131303工作面顶板施工导高观测钻孔,对地电场数据进行长期监测,通过数据反演,对比不同采动阶段覆岩视电阻率分布特征的变化情况,掌握了此工作面覆岩破坏带动态发育过程,并得出垮落带发育高度为13 m,导水裂隙带发育高度为41 m的结论,对此工作面的防治水工作产生了指导作用。     

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。     

我国厚及特厚煤层高强度开采导水裂缝带发育高度区域分布规律

收集了国内厚及特厚煤层综放和大采高综采条件下导水裂缝带高度实测数据，共计179组，其中坚硬覆岩51组，中硬覆岩100组，软弱覆岩28组。在此基础上按照我国14大煤炭基地分布分别列出了不同覆岩类型条件下的导水裂缝带高度和裂采比的范围，绘制了我国煤矿导水裂缝带高度分布图，以此数据为基础回归了导水裂缝带高度(简称“裂高”)预计公式，并重点分析了3个典型矿区导水裂缝带高度分布特征和主要影响因素，以及实测导水裂缝带高度数据之间存在较大差异性的原因，取得以下研究成果：从全国区域来看，实测平均裂采比随着岩性由软弱、中硬到坚硬依次递增，坚硬覆岩的平均裂高分别是中硬覆岩和软弱覆岩的1.52倍和2.29倍，中硬覆岩平均裂高是软弱覆岩的1.5倍；不同覆岩岩性的导水裂缝带高度都随着采厚的增加而增加，且坚硬覆岩条件下增加的速率明显要高于中硬和软弱覆岩；裂采比则随着采厚的增加而降低，且减小速率随着采厚达到一定厚度有趋于稳定的趋势。黄陇基地永陇-彬长矿区属于中硬覆岩类型，导水裂缝带高度和裂采比明显高于我国东部矿区，工作面长度大于170 m时导水裂缝带发育高度受工作面长度影响较大，其高度及裂采比随着工作面长度增加，呈...     

覆岩破坏机理和导水裂隙带发育高度研究

依据淮南矿业集团顾桥煤矿工作面回采地质条件,采用二维数值模拟软件FLAC2D5.0,分析了工作面顶板的塑性区、应力分布等特征,并分析了工作面回采中导水裂隙带的发育高度。研究表明,采厚3.5m的工作面回采后,上覆岩层导水裂隙带发育高度为66m～72m。     

孟村煤矿采空区覆岩“两带”高度观测及计算

煤层采后覆岩导水裂隙带发育高度不同,会引起煤层上覆不同含水层的水体涌入井下,准确探查煤层开采后“两带”发育高度对煤矿防治水工作具有重要的指导意义。采用钻孔冲洗液漏失量观测法结合彩色电视窥视法,对孟村煤矿401101工作面进行了“两带”高度的探查,综合确定裂采比为18.6,冒采比为4.3。同时,通过对1411孔洛河组水位的跟踪观测,总结出了随着工作面的推进,导水裂隙带发育的规律,即随着工作面采后距离的增大,覆岩破坏形成的导水裂隙带最高点也继续向上移动。期间可能存在短暂的裂缝弥合,随着工作面的继续向前推采约97 m(1个月),导水裂隙带发育完成。实践表明,冲洗液消耗量观测和彩色电视窥视2种方法相结合,可以对“两带”发育高度观测结果进行对比和印证,是有效确定“两带”发育高度的技术手段。     

覆岩导水裂隙带发育高度分析

为准确测定太平煤矿某工作面开采的导水裂隙带高度、确定工作面合理开采上限,运用“双端堵水器”技术, 采用井下打仰上孔的方法, 实测了覆岩导水裂隙带的发育高度。观测结果表明, 该工作面导水裂缝带发育高度为23.85 m, 裂采比为13.2。实测结果与理论预计值和数值模拟值基本吻合,相互得到验证。     

基于GA-SVR的采动覆岩导水裂隙带高度预测

为准确预测采动覆岩导水裂隙带高度,选择采厚、硬岩岩性比例系数、工作面斜长、采深作为采动覆岩导水裂隙带发育高度的主要影响因素,结合48组实测数据,应用支持向量机回归(SVR)和遗传算法(GA)参数寻优,建立了基于GA-SVR的采动覆岩导水裂隙带高度预测模型。采用该模型对钱家营矿辅271工作面和谢桥矿1121(2)工作面采动覆岩导水裂隙带高度进行预测,并将预测值与实测值进行了对比分析,其绝对误差分别为2.23 m和1.21 m。综合研究表明,应用该模型预测的覆岩裂隙带发育高度值准确、可靠,其精度能够满足工程实际要求。     

河下综放开采覆岩破坏特征研究

为了研究河流下综放工作面开采的覆岩破坏特征,防止突水溃沙,以山西某矿综采工作面的相关地质条件为背景,应用FLAC3D建立数值模拟模型,对工作面覆岩应力分布和塑性屈服区发育特征进行分析,得出了该工作面两侧煤柱附近出现应力集中,中部覆岩出现卸压区,覆岩导水裂隙带发育最大高度62 m。     

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。     

充填开采覆岩导水裂缝带高度发育规律研究

我国东部地区的煤矿对于建筑物下压煤广泛采用井下充填开采。针对充填开采覆岩导水裂缝带发育高度问题,采用井下打仰上孔双端堵水观测技术,对唐口煤矿9301充填开采工作面进行了覆岩破坏探测,通过分析基准孔、采后钻孔分段注水观测数据,确定了充填开采导水裂缝带高度值及裂采比。通过采用数值模拟软件UDEC,模拟得到了充填开采工作面不同推进长度下覆岩导水裂缝带发育高度值与覆岩裂缝动态变化规律。基于英国数学家提出的麦克斯韦体（Maxwell体）及鲍依丁-汤姆逊（Poyting-Thomson）岩石蠕变模型,建立了充填体压缩变形量计算公式,提出了通过增加充填抗压强度来降低覆岩导水裂缝带发育高度的方案,为煤矿井下充填开采技术推广应用,实现建筑物下安全开采提供了技术依据。     

祁东煤矿3224工作面导水裂带高度数值模拟

在分析祁东井田地质条件基础上,利用FLAC有限差分软件对煤层开采引起煤层上覆岩层的变化进行了模拟.分析了覆岩破坏规律,确定了3224 工作面的导水裂缝带发育高度,并利用钻孔冲洗液观测方法得到的导水裂隙带发育高度对模拟计算结果进行了验证.