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。     

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。     

陕蒙矿区深部开采导水裂隙带发育特征与高度预测方法

导水裂隙带发育高度是矿井防治水及安全开采的重要依据。由于陕蒙矿区地层沉积环境和沉积过程的特殊性,使得该区域导水裂隙发育高度与传统认识差别较大。考虑到目前围绕陕蒙矿区导水裂隙带发育高度计算方法缺失问题,以鄂尔多斯市营盘壕煤矿2217工作面为工程背景,采用UDEC模拟研究了不同开采进度下导水裂隙带发育规律及演化特征,分析了大能量事件与导水裂隙带发育的关联关系,进而基于GA-SVR算法,建立了区域导水裂隙带发育高度精准预测方法。结果表明:直罗组砂岩巨厚的特性使得其在覆岩运动中表现出坚硬岩层的特点,裂隙带在其下充分发育,稳定后也形成“马鞍形”;微震监测数据能精准反映区域导水裂隙带发育高度,预测相对误差仅为3.90%;建立的导水裂隙带高度预测模型的决定系数R2为0.81,相对平均误差r为14.55%,预测精度显著优于经验公式(R2<0,r=59.57%)。研究成果对于陕蒙矿区保水开采与安全生产设计及矿井水防治具有重要的实践意义。     

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。     

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。     

煤层群分组上行开采相似材料模拟和数值模拟研究

通过理论分析计算,得出上下两组煤开采后的导水裂隙带发育高度以及理论破坏形态预计。通过计算机数值模拟、实验室相似材料模拟研究分析上下两组煤开采后覆岩破坏规律及顶底板应力分布规律、覆岩沉降规律,得出导水裂隙带最大值。数值模拟下煤层开采后的覆岩破坏高度,得到模拟的导水裂隙带高度,并与理论值,模拟得出的结果对比,综合分析分组上行开采覆岩破坏与运动规律。     

煤层群分组上行开采相似材料模拟和数值模拟

通过理论分析计算,得出上下2组煤开采后的导水裂隙带发育高度以及理论破坏形态预计。通过计算机数值模拟、实验室相似材料模拟,研究分析了上下2组煤开采后覆岩破坏规律及顶底板应力分布规律、覆岩沉降规律,得出导水裂隙带最大值。数值模拟下煤层开采后的覆岩破坏高度,得到模拟的导水裂隙带高度,并与理论值、模拟计算结果对比,综合分析了分组上行开采覆岩破坏与运动规律。     

浅部矿体开采覆岩运移及导水裂隙带发育高度分析北大核心

为研究浅部矿体开采覆岩运移及导水裂隙带发育特征,以红柳矿I020308工作面为研究对象,采用理论试验、数值模拟、理论研究与现场实测方法,分析采动覆岩运移规律以及导水裂隙带发育高度。结果表明:1)覆岩裂隙呈“采场上方裂隙扩张-采空区上方裂隙闭合”趋势,岩块破断呈“下位岩体垮落-上位岩体咬合-叠层同步下沉”趋势,覆岩下沉量峰值达3.268 m。2)导水裂隙带高度发育过程为极缓慢-逐步扩展-迅速发育-增速递减发育;伴随采动影响,含水层水量间歇性释放,采空区涌水量交替增-减且整体呈下降趋势,直至工作面充分采动后稳定,实测导水裂隙带高度为58 m。3)基于矿物成分及微观结构分析,覆岩内富含亲水性黏土矿物且广泛分布粗颗粒,水-岩反应下将加剧裂隙发育,造成理论与实测导水裂隙高度形成误差。     

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。     

条带充填法隔水层稳定性数值模拟分析

以运河煤矿7311工作面为工程背景,运用FLAC~(3D)数值模拟软件分别模拟条带置换充填开采及条带法开采下的覆岩破坏规律。结果表明:导水裂隙带发育高度与开采宽度呈线性关系;条带置换充填开采与条带法开采都能有效控制导水裂隙带的发育高度,抑制覆岩破坏;基于安全生产和合理开发资源的目的,条带置换充填开采方式更适用于实际工程。     

基于支持向量机的导水裂隙带发育高度预测

在大量实测数据的基础上探究了经验公式法的局限性并基于理论层面分析了BP神经网格法局限性。探究了支持向量机计算导水裂隙带发育高度的优势,根据43个收集到的顶板裂隙带发育高度实测数据,依照参数获取简便,与导水裂隙带发育高度相关性相对较高的原则,以采高、顶板覆岩强度以及开采方式作为特征因子,建立导水裂隙带发育高度回归模型。利用模型预测了谢桥1121工作面及白庄7507工作面导水裂隙带发育高度。结果表明:运用SVM回归模型预测导水裂隙带发育高度具有较好的可行性。     

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。     

含水松散层下煤层开采覆岩破坏规律的数值模拟研究

以五沟煤矿1011工作面煤层开采为例,应用ANSYS有限元软件,对煤矿开采引起的煤层顶板覆岩运移规律进行了数值模拟,分析研究了含水松散层下煤层开采覆岩破坏移动规律,确定了导水裂隙带和覆岩冒落带发育高度,利用经验公式和简易水文观测法对模拟计算结果进行了验证,得出了1011工作面覆岩破坏移动规律和"两带"发育高度,为进一步合理留设防水煤柱提供了有效的技术参数。     

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。     

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。     

采动覆岩高位离层演化特征及涌(突)水前兆信息研究

采用理论分析、物理模拟和数值模拟相结合的方法,重点研究了招贤煤矿工作面的高位离层的时空演化,并将开采期间水位变化、微震监测数据作为高位离层涌(突)水前兆信息,揭示了特厚煤层综放开采覆岩主控裂隙(纵向主导水裂隙和横向离层裂隙)演化特征及离层水害机理。以永陇矿区招贤煤矿为研究对象,黄陇侏罗系煤田永陇矿区煤层覆岩具有弱胶结、泥质含量高和单层厚度大等特点,侏罗系覆岩之上为巨厚高水压白垩系含水层,厚及特厚煤层开采时易在侏罗-白垩系交界上下形成高位离层积水;当导水裂隙与高位离层积水沟通时,形成离层水害。离层水害具有瞬时性、大流量并伴随强烈矿山压力显现等特点。研究结果表明:当工作面达到充分开采时,采空区两帮离层裂隙较为发育,中部处于压实区,最大横向高位离层位于梯形破坏区顶部;工作面上覆亚关键层的周期性破断造成工作面周期性来压、高位离层空间周期性扩张、闭合,导致宜君组水位周期性异常下降;工作面经长时间停采,恢复开采后,重复扰动覆岩诱发覆岩岩体结构失稳,导水裂缝带沟通离层空间,造成离层涌(突)水;水位突降、水位下降速率突增、微震大能量事件可作为1304工作面突水前兆信息;关键层的破断会引起微震能量事件,伴随关键层的快速回转、下沉扩大离层空间,造成宜君组水位异常下降;工作面多次复采造成覆岩自稳能力逐渐劣化严重,加快离层涌(突)水通道形成,离层涌(突)水通道逐步增大;随着出水次数增加,水位提前下降时间减少,微震能量事件能量降低,涌水量增大;采动过程中离层涌(突)水的前兆信息-白垩系含水层的水位变化以及矿井微震监测数据验证了模拟结果是可信的。     

焦坪矿区某井田综采覆岩导水裂隙带高度研究

为了研究在综放开采条件下覆岩导水裂隙带高度的发展规律,以焦坪矿一盘区1418工作面为地质原型,应用经验公式计算并结合现场实测数据、计算机数值模拟(FLAC3D有限差分软件和UDEC离散元软件)和物理相似材料模拟实验方法,对工作面4-2号煤层采动后造成的覆岩变形破坏情况进行分析,并对导水裂隙带发育高度进行预测。研究表明:该矿1418工作面综放开采巨厚煤层覆岩导水裂隙带高度为采厚的近26倍。     

榆神矿区中深埋厚煤层开采覆岩破坏规律研究

中深埋煤层覆岩破坏规律及裂隙发育特征与煤矿安全开采密切相关。为揭示陕北侏罗纪煤田中深埋工作面高强度开采下的覆岩破坏规律以及导水裂隙带发育规律,以榆神矿区小保当一号煤矿112201工作面为研究区域,采用数值模拟和现场实测相结合的方法开展了风沙滩地区中深埋煤层高强度开采下的煤层覆岩破坏规律研究。研究表明:112201工作面的初次来压步距约为100m,2-2煤充分采动后,导水裂隙带最终发育高度为169.2m,裂采比为29.27。根据高密度三维地震探查,导水裂隙带发育高度为178.42m,裂采比为30.87。研究成果可为中深埋煤层开采矿井水害防治和水资源保护提供指导。     

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...     

巨厚古近系含水层下工作面导水裂隙带高度探查

为了确定巨厚古近系含水层下工作面的开采上限、预测涌水量及制定防治水方案,需要针对工作面的导水裂隙带进行现场实测。以红四煤矿HI0503工作面为研究对象,采用经验公式初步确定导水裂隙带发育高度,设计井下探查钻孔的参数。分别用0.5、1.0和1.5 MPa的水压进行压水试验,同时采用钻孔窥视对工作面覆岩中的裂隙发育程度进行观测,最后利用数值模拟对现场实测的结果进行验证。结果表明,压水试验得到HI0503工作面导水裂隙带高度为65.6～67.4 m,采用钻孔窥视法确定导水裂隙带高度为66.5～68.1 m,导水裂隙带高度数值模拟结果为65.29 m,利用3种方法综合确定HI0503工作面导水裂隙带高度为65.29～68.1 m,大于经验公式计算值59.79 m。5-2煤与巨厚古近系含水层的平均距离为95 m,工作面开采后的导水裂隙带不会波及至古近系含水层。通过现场验证,利用井下压水试验、钻孔窥视和数值模拟,综合确定的导水裂隙带高度与实际情况较为吻合,可以作为防治水工作的依据。