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。     

厚松散层超薄基岩煤层开采防砂煤岩柱留设研究

为了解放皖北百善煤矿浅部压煤,合理留设煤层安全保护煤岩柱,采用理论计算和相似材料模拟实验,对厚松散层超薄基岩浅部煤层开采引起覆岩破裂特征及规律进行分析,结果表明,覆岩活动与裂隙发育主要受基本顶关键层控制,采动裂隙呈"马鞍形"分布,垮落带高度保持在9m左右,防砂煤岩柱高度应不小于13.5m。现场通过窥视孔实测得到基本顶位于8.0~13.0m层位,冒落带高度大约为6.0~8.0m,防砂煤岩柱的高度应不小于14m。根据研究和实测,最终将40~60m的安全煤岩柱改设为15m的防砂煤岩柱,可解放9.5Mt左右压煤量,延长矿井的服务年限8~10a。     

水体下综放开采的安全煤岩柱留设方法研究

为了合理留设水体下特厚煤层综放开采的安全煤岩柱,根据实测资料回归得出了适用于综放开采工作面中硬、软弱覆岩条件下的＂两带＂高度的计算公式,提出了水体下综放开采安全煤岩柱保护层的＂有效隔水厚度法＂和＂最小安全厚度法＂的留设方法,分别提出防砂安全煤岩柱、中等富水性水体和强富水性水体防水安全煤岩柱保护层的留设值。在此基础上,完成了水体下综放开采条件下中硬、软弱覆岩的安全煤岩柱的留设方法。     

冲积层高水压含水体下工作面突水溃砂机理分析

冲积层砂砾含水层导致的工作面的突水溃砂事故，对人员安全和设备有重大威胁。赵固一矿大多数薄基岩工作面在留设防砂安全煤(岩)柱的条件下可实现安全开采，但在特殊水文地质条件下仍有工作面发生突水溃砂事故。在分析归纳多起突水溃砂事故的基础上，总结了防砂煤（岩）柱失稳的主要类型，认识了特殊水文地质条件下事故的形成原因，查明了突水溃砂的形成机理。研究结果表明：工作面出现压架事故，顶板岩层持续抽冒造成超限开采，导水裂缝带波及砂砾高水压“天窗区”是致灾的关键因素。建议采取加强顶板管理，论证支架支承力适用性，适当留设保护煤柱，加强冲积层探测，针对性调整采动影响等预防技术措施。研究结果对我国类似条件的工作面安全开采具有借鉴价值。     

半固结砂岩含水层下多煤层重复采动突水溃砂危险性分析

针对半固结砂岩含水层下的多煤层安全开采问题,分析了多重含水层分布特点、半固结砂岩力学参数,研究了多重煤层重复采动覆岩破坏高度,给出了相应安全煤岩柱的留设尺寸,分析了多煤层采动影响受多重含水层的充水溃砂影响。从导水通道、含水层水压力、工作面排水能力3个方面出发,提出“采前疏降、顶疏结合、疏采相辅”的控水采煤技术。研究发现半固结砂岩弱化了导水裂缝带发育程度,重复采动过程中导水裂缝逐渐波及Ⅱ_2a煤层采空区,即Ⅱ₃煤层顶板含水层水、Ⅱ_2a煤层采空区积水对工作面开采具有充水溃砂影响,一含与二含对工作面开采具有充水影响。     

某工作面安全煤柱类型确定及提高开采上限可行性分析

为了探究杨村煤矿厚松散层薄基岩下提高开采上限问题,以330工作面为研究对象,通过对研究区第四系主要含隔水层富水性、底黏厚度分布和主采3煤层上覆基岩特征进行系统分析,确定该工作面可按防砂安全煤岩柱类型进行留设。同时收集整理分析了相邻兴隆庄和鲍店2煤矿3煤浅部提高开采上限的成果资料,结合杨村煤矿积累的相关经验,采用类比法对330工作面提高开采上限的可行性问题进行系统分析,探讨了3种开采工艺下垮落带高度计算量值和对应的保护层厚度。研究结果为该工作面按防砂煤岩柱类型进行安全开采的可行性试采方案提供了重要参考依据。     

赵家寨矿新近系含水层下综放开采安全煤岩柱留设研究

为解决赵家寨矿新近系砂砾石层含水层下安全煤岩柱合理留设问题,对该矿12采区松散层地质和水文条件进行评价,根据评价结果,12采区工作面需要留设防水煤岩柱。结合UDEC软件数值模拟煤层开采时裂缝带发育高度,择优选取综放开采公式预计导水裂缝带高度,采用"最小有效隔水厚度法"选取保护层厚度;最终计算出防水煤岩柱留设高度。研究结果表明:12205工作面需要留设95.42m高防水煤岩柱,12211工作面需要留设112.93m高防水煤岩柱,12201工作面需要留设86.56m高防水煤岩柱。2015年5月12211工作面试采成功,验证了防水煤岩柱留设的安全性。     

榆神矿区浅埋煤层多重水体下大采高综采水害影响评价

榆神矿区3煤顶板多重水体并存,对区内浅埋深厚煤层开采构成了水害威胁。以榆神矿区某矿为例,煤层顶板赋存有3类共6重水体,通过分析覆岩水体的赋存条件,确定了不同水体的富水性特征。基于3煤覆岩结构和类似条件矿井开采实践,预计了薄基岩厚土层条件下3煤7m大采高综采的覆岩破坏高度,计算了不同类型安全煤岩柱的尺寸。根据覆岩水体的富水性特征和空间分布,分析了不同水体对3煤大采高综采的水害影响程度,得出基岩风化带含水层、顶板基岩含水层和烧变岩含水层对3煤开采构成直接充水影响;黄土孔隙裂隙含水层对3煤开采构成溃砂影响;萨拉乌苏组含水层、地表十八墩河对3煤开采不构成直接充水影响。为确保安全,在3煤开采前须对基岩风化带含水层局部富水性较好的区域提前疏放,对烧变岩含水层留设20m的侧向防隔水煤岩柱。     

松散砂砾含水层下特厚煤层分层综放开采可行性研究

突水溃砂灾害对工作面的安全回采影响恶劣,矿井生产过程中应采取安全有效的防治措施。水体下采煤合理留设安全煤岩柱,需要考虑覆岩裂隙发育特征、岩石物理力学性质等,含水砂层水文特征、渗溃性及黏土的阻隔水特性等的研究同样关键。以多伦煤矿为例,通过岩石物理力学性质测试、砂土渗溃性试验及水文补勘,得出松散层底部砂砾含水层富水性弱,砂土的渗溃直径大于6.5mm,渗溃性较差;松散层底部黏土样的塑性指数基本都大于17,液性指数都小于0,为坚硬半固结状态,具有良好的隔水性和比较差的流动性; 7号煤层顶板岩石力学强度低,泥类岩占50%以上,属于软弱类型。采用地面钻孔冲洗液漏失量和水位观测方法对覆岩破坏垮落带和导水裂缝带高度进行观测,其中软弱地层特厚煤层单层综放开采最大垮采比为5.62,分层综放开采最大垮采比为4.71,为防隔水安全煤(岩)柱的留设提供了依据。根据研究成果,底砾区、底黏区分别具备留设防砂和防塌安全煤(岩)柱开采的条件,并对井田北部工作面进行开采优化设计,部分基岩较薄区域实现了分层综放安全回采,提高了生产效率。经多个工作面试采后,工作面涌水量较小且未发生突水溃砂事故,表明该水文地质条件下煤层开采所选取的方法及措施合理,对松散含水层下特厚煤层开采突水溃砂的防治具有指导意义。     

厚松散层薄基岩煤层开采突水溃砂风险评价

通过对43下20工作面水文地质资料及钻探结果的分析,揭示了第四系厚松散层含、隔水层特征、底部黏土厚度及隔水性以及上覆薄基岩结构特征,建立了厚松散层、薄基岩工作面回采数值模型,计算得出冒落带发育高度为14m,导水裂缝带发育高度33m;确定工作面开采安全煤岩柱类型为"顶板防砂安全煤岩柱",并计算得到防砂安全煤岩柱高度为24.3m。结果表明:导水裂缝带及理论计算煤岩柱高度均小于最薄基岩厚33m,工作面开采厚度为2.5m时不具有突水溃砂风险。     

Water and Sand Inrush During Mining Under Thick Unconsolidated Layers and Thin Bedrock in the Zhaogu No. 1 Coal Mine,China

Raising the upper boundary of coal mining under thick Cenozoic unconsolidated layers has brought new challenges to the prediction and prevention of water and sand inrush from overlying sand and gravel aquifers in north China. The mechanism of water and sand inrush was studied based on an incident that occurred at working face 11071 in the Zhaogu No. 1 coal mine, in Henan Province. Geological and hydrogeological investigations in overlying strata indicated that intersections of horizontal confined aquifers and inclined bedrock surfaces, defined as skylight areas, allow water and sand from the aquifers to enter the workings. Geotechnical and physical simulation tests on overlying strata showed that mining-induced fractures in weathered bedrock were gradually enhanced by water and sand flowing under high pressure, leading to inrush incidents at the working faces. The empirical formula for estimating the requisite size of coal and rock pillars were modified by incorporating a term for protective thickness under skylight areas. The modified formula was successfully applied to the extraction of neighboring faces, proving its applicability in coal mines with similar geological and hydrogeological conditions.     

深部开采底板突水灾变模式及试验应用

深部采场高地应力、高岩溶水压和强开采扰动条件使得底板突水相比浅部采场形成特定构造、水-岩-应力及采掘工程相互作用影响下的复杂岩体水力学问题。基于不同地质构造受采动影响特征及其诱发煤层底板突水机理,将深部开采底板突水灾变模式划分为完整底板裂隙扩展型、原生通道导通型和隐伏构造滑剪型3种类型,并分析了对应的突水判据。研究认为完整底板裂隙扩展型归结于承压水影响下裂隙扩张造成彼此贯通引发承压水导升高度大于有效隔水层厚度,原生通道导通型归结于构造活化引发局部位移扩展与保护煤柱底板压缩区连通裂隙发生沟通,隐伏构造滑剪型归结于构造上方断面岩层失稳发生剪切破坏造成承压水以最短距离涌入采空区。利用深部采动高水压底板突水相似模拟试验系统探寻了3种突水灾变模式下突水通道的时空演变过程,验证了突水判据的准确性。     

浅埋煤层高强度开采覆岩(土)破坏演化及溃沙控制技术

随着我国煤炭资源的大规模和高效开采,薄基岩浅埋深的矿区常发生切冒、抽冒、台阶下沉,造成水资源和环境破坏严重。但是,赋存于萨拉乌苏组含水层下伏的连续黏土层的存在,使得基岩及其黏土隔水层组合结构下采动破坏规律不同于传统的基岩岩层,这将为防治矿井突水和实现保水采煤提供了条件。论文采用数值模拟和理论分析的方法,模拟了“黏土隔水层-基岩风化带-基岩”结构特征下不同黏土层与基岩厚度条件下覆岩(土)裂隙发育、顶板破断运动的基本特征,获得了浅埋深条件下采动覆岩(土)的破坏变异规律与发育高度,分析了溃沙的致灾因素和预测判据,并据此提出防治突水溃砂的技术手段。研究结果表明：浅埋煤层“沙土基型”覆岩(土)结构条件下,由于不同基岩与土层厚度的控制作用,使得覆岩(土)破坏发育高度和特征产生变异;水砂源、通道、动力源和空间是近松散含水层溃砂的主要致灾因素,并提出了预测溃沙发生的判据;可通过防止顶板切冒、含水砂层水头压力疏降、局部注浆固沙和合理留设防砂(塌)煤岩柱等技术控制浅埋煤层溃砂灾害发生。     

哈拉沟煤矿22402工作面初采期溃水溃沙机理及防治技术

结合哈拉沟煤矿22402工作面初采期煤层覆岩结构特征,对该工作面溃水溃沙事故的原因进行了分析,并提出了对应的防治措施。结果表明,22402工作面初采期煤层覆岩属单一关键层结构,关键层破断发生滑落失稳导致其上覆岩层整体断裂下沉,导水裂隙带导通了含水层与工作面,含水层水带动其上部沙粒溃入工作面而发生溃水溃沙事故。据此从开采前、开采期间和事故应急抢救3个方面,提出了工作面溃水溃沙事故的防治技术。     

广东大兴煤矿特大突水事故机理分析

通过实地调查、测量以及地质及地球物理勘探,分析认为大兴煤矿“8·7”突水事故的突水机理为：防水煤柱受断层破碎带的影响,在上部水压、采动矿压、煤层自重、地下水的联合动力作用下,破碎的岩体沿垂向固有构造裂隙面向上塌落形成椭圆形柱体,待形成自然平衡拱后塌陷垮落停止,上覆岩层得到暂时稳定;随着采煤工作面的不断扩大,自然平衡拱被再一次打破,椭圆形柱体内的垮落继续向上发展,直至最后的关键层破坏或破碎达到临界突水系数而发生突水.     

哈拉沟煤矿四盘区首采面矿压规律分析

通过对四盘区首采工作面矿压观测,揭示了工作面初次来压和周期来压的基本规律,分析了基岩破断、溃水溃沙与来压规律的关系。为工作面防止溃水溃沙、实现保水开采提供了经验。     

高承压水体上开采煤层底板潜在突水区动态演化数值模拟

以底板受石炭系太原组灰岩高承压含水层威胁的淮北芦岭煤矿10煤为研究示范,利用有限元软件Plaxis 8.2建立能模拟承压水压力的10煤动态开采的数值模型,并考虑冒落矸石密度、变形参数与强度参数随时间的变化,分析底板采动破坏带与潜在突水区域的时空分布及其影响因素.研究结果表明:正常开采条件下,底板破坏深度随工作面推进距离的加大而增加,推进到一定距离后将达到极大值;随着煤层倾角的增大,由于冒落岩体的充填效应,开采冒落区导水裂隙提前闭合,潜在突水区域变小,并逐步集中于新近采空区;承压水压力越大,底板裂隙扩展并最终相互沟通的可能性越大,当承压水压力处于高值时,突水随时可能发生.     

鄂尔多斯盆地巨厚白垩系下煤层开采突泥溃砂物源及成灾模式

鄂尔多斯盆地是我国煤炭储量最大、煤质优良的富煤区,盆地腹部为厚度达数百米至上千米的巨厚白垩系含水砂岩层覆盖.近年来,随着盆地周边煤炭开采逐渐向腹地延伸,巨厚白垩系覆盖区侏罗系煤炭开采的一些矿井,发生了严重的突泥溃砂事故,给煤炭安全开采造成严重威胁.通过地质理论分析和区域露头地质调查,认为白垩系底部与中侏罗系顶部接触带(...     

韩家湾煤矿三盘区开采突水溃砂可能性分析

 为了解放富水区下呆滞的煤炭资源,从矿井突水溃砂发生的四个必要条件分析,采用了物探、钻探和抽水试验等技术对三盘区进行了水文地质补勘,根据勘探结果得出工作面已不具备溃砂条件的结论,排除了工作面面临的溃砂威胁。同时,根据工作面涌水机理提出了“动静态水结合法”的水量预计方法,结合工作面具备的最大排水能力,确定了工作面临界突水水头高度,根据计算结果基岩风化带潜水含水层水头高度低于临界突水高度,解除了工作面面临的突水威胁。     

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。