含隐伏断层煤层底板损伤演化及滞后突水机理分析

基于对采动岩体流固耦合作用的力学响应以及底板岩体强度退化机制的认识,针对承压水体上采煤的岩体水力学模型,对底板隔水岩体的长期强度特征进行了分析,并用数值方法再现了含隐伏小断层底板在采动应力扰动和高承压水共同作用下采动裂隙形成、小断层活化、扩张、突水通道最终贯通形成的全过程。通过对损伤演化、应力场和渗流场的解读,揭示了开采扰动及水压驱动下完整底板由隔水岩层到突水通道的演化机理,对突水通道进行时空基准标定,并着重就小断层发育高度、承压水水压力大小对隔水底板的损伤演化模式及突水滞后时间的影响关系进行了分析探讨,从岩体强度退化及损伤演化机制的角度,为承压水体上采煤底板滞后突水的机理分析提供了一些新的认识。     

平推式滑坡承压水模型研究

传统的平推式滑坡渗流模型无法计算透水层中的渗透流量和潜水渗出高度,而常假设两者并不随后缘裂隙水头而改变,这影响到承压水范围求解的准确性。为此构建新的承压水模型,基于地下河槽一维渗透理论,给出透水层中承压水作用范围、渗透流量和潜水渗出高度的计算方法;基于新昌县下山滑坡水文地质资料,采用极限平衡法计算边坡稳定安全系数,并对比分析新、旧模型计算结果的差异;最后分析相关参数的内在关系,讨论地质参数、尺寸参数以及初始水力条件参数对透水层流量、承压水范围及渗出面高度的影响。结果表明:(1)后缘裂隙水头对承压水作用范围、渗透流量和潜水渗出高度的影响较大,不能忽视这一影响;(2)新模型下的平推式滑坡稳定安全系数更为合理可靠;(3)地质参数、尺寸参数和初始条件参数中任意参数改变,承压水作用范围、透水层渗透流量及渗出面高度均可能受到影响。     

受承压水影响深基坑工程的若干技术措施探讨

随着基坑开挖深度的增加,上海地区深基坑工程的承压水问题日益突出。本文结合上海地区承压含水层的分布特点以及受承压含水层影响的深基坑工程的实践经验,总结并提出了上海地区基坑工程承压水的主要处理方法以及承压水降压施工过程中的相关技术对策,为正确认识和解决基坑工程中的承压水问题提供了有益的参考。     

某深基坑工程中的承压水防治措施

随着基坑开挖深度的不断增加,深基坑工程受到承压水的影响问题已受到工程技术人员的广泛关注。在此,对某深基坑工程中承压水的影响问题进行了计算分析,根据计算结果采取了相应的治理方案。实践表明,此措施能有效地控制承压水对深基坑坑底稳定性的影响,可为解决类似基坑工程中的承压水问题提供参考。     

软土地区浅层承压水危害及治理

在上海基坑工程开挖过程中时常遇到与浅层承压水有关的基坑岩土工程问题,随着基坑开挖深度的增加,浅层承压水对基坑工程的危害日益严重。结合上海轨道交通某基坑工程由于浅层承压水问题造成的险情实例,对浅层承压水的工程特性进行分析,并就其危害和治理提出了一些看法,以期为工程建设者们提供有益的借鉴。     

上海第九层承压水减压控制措施

承压水减压控制技术一直是基坑工程的重点和难点问题,随着基坑工程的发展,一些上海市的超深基坑工程甚至面临第九层承压水的减压控制问题,结合上海市轨道交通中间风井基坑工程的施工案例,着重介绍上海第九层承压水的减压控制措施和相应的设计方法,希望能为相关工程提供参考。     

地铁砂卵石地深基坑承压水处理方案比选研究

本文通过杭州地铁富春路站工程深基坑施工面临承压水突涌的问题,结合承压水现状及周边条件,对三种承压水处理方案进行了工期、安全、技术、经济比选。     

超深基坑中承压水减压降水应用

随着城市地下空间的发展,深基坑工程越来越多,深基坑工程施工开挖过程中不可避免地要遇到承压水问题。在深基础施工中出现承压水问题后,通过打设降压深井等进行减压,可以有效地消除承压水对基坑的危害,工程实例说明预防在先更可事半功倍。结合具体工程介绍在杭州钱江新城区域深基坑施工中承压水减压降水的成功应用技术,可供同行参考。     

承压水上厚煤层底板变形破坏特征实验研究

采场底板稳定性影响因素很多,其中高承压水作用是底板隔水层裂隙发生、发育、扩展及造成底板变形失稳的关键因素之一。我国华北型矿区均受石炭二叠纪煤系底部的太灰、奥灰含水层影响,为此,分析承压水作用下采场底板矿压显现规律意义重大。通过相似材料模拟,分析承压水作用下底板岩层变形及裂隙发育规律。结果表明:沿工作面推进方向,按煤层底板变形特征可划分为5个区,依次为稳定区、压缩区、压缩-膨胀过渡区、离层膨胀区及压实稳定区;按底板破坏特征,自上而下依次为竖向张裂隙带、斜向穿层裂隙带、顺层裂隙带。研究结果可为承压水上开采底板失稳机理研究提供参考。     

岩溶发育区地铁穿越断裂带基坑承压水突涌应急处理技术

岩溶发育区地铁穿越断裂破碎带时,基坑开挖施工中坑底极易发生突涌风险,严重影响地铁线路施工的安全及进度。以某穿越断裂破碎带的地铁车站深基坑开挖工程为例,详细分析总结了断裂破碎带引发承压水突涌风险的原因,并针对性地提出了坑内蓄水临时抢险措施及设置隔水层、综合注浆处理的整治方案。基坑抽水试验表明基坑内因断裂破碎带裂隙产生的过水通道得到了有效封堵。采用基坑外侧注浆切断断裂破碎带引起的涌水通道,并结合基坑内垂直分层注浆封堵坑内涌水点的综合注浆法,可有效解决岩溶发育区穿越断裂破碎带基坑的承压水突涌问题,成果可为岩溶发育区基坑承压水突涌的应急处理提供技术参考。     

承压水上采煤突水监测预报理论的物理与数值模拟研究

采用三维相似模拟与数值模拟方法,研究承压水上采煤底板各含水层水压分布随采动的变化规律,即在多数情况下,距煤层底板20 m以上的小含水层在无构造带存在情况下,开采对其影响不大,但在构造带存在的情况下,可能引起构造带活化,与底部高承压含水层沟通,发生突水事故,其安全的开采区视具体情况而定.同时采用2种方法验证基于多含水层水力联系的奥灰突水监测预报理论的正确性,说明在多数情况下奥灰突水总是通过渗透通道流入与之最近的含水层,其次向高处发展,即一般经本溪组含水层到达太原组含水层,最后产生突水.研究结果表明,突水监测预报系统可以在现场推广使用.     

华北型煤矿承压泵井安全评价技术研究——以峰峰矿区薛村煤矿为例

 以峰峰矿区薛村煤矿为例,在水文地质条件分析的基础上,采用压力隧道法、关键层理论法、渗透系数–应变关系法和数值模拟法对潜水泵井的安全性进行评价,各种方法得出同样的结论,即地应力对泵井底板的破坏深度或由于应变造成底板隔水层渗透系数变化带远没有达到奥陶系灰岩含水层,泵井在开凿过程中是安全的。研究结果认为,有关规程定义的突水系数对于泵井的水文地质条件评价不适用,井底对于奥陶系含水层的突水系数虽然超出有关规程定义的值,但不会造成突水。所给出的评价方法对华北型煤矿高承压泵井的水文地质条件评价具有很好的借鉴作用。     

Coal mining above a confined aquifer

Mining above a confined aquifer involves the risk of a water in-rush to the mining face through broken floor strata. Thus, safe mining should take into account the important factors which influence the fracture behavior in rock strata. From the geological point of view, these factors, on the one hand, include geological structures, mechanical properties and permeability of floor strata, the thickness of waterproof strata separating the coal seam from the confined aquifer, in situ stress state and hydraulic pressure of the confined aquifer. On the other hand, mining parameters factors include length and rate of the mining advance, the length of the mining face in the longwall mining system, and the face interval between the double mining panels if any. Focused on fracture behavior and extent in floor strata with reference to the double face mining above the confined aquifer in Yangzhuang colliery, People's Republic of China, this work includes a systematic and comprehensive study which covers the in situ survey of the geological structure and hydraulic process, laboratory experiments on the mechanical and permeating properties of rocks, and in situ measurement of stress and fluid flow in the floor strata and the pressure distribution in the mining gateways. To gain a better understanding and insight into fracture initiation and development in the floor strata during the mining process, both physical and numerical models were employed.The final fracture depth in the floor strata primarily depends on the geological and hydraulic conditions, while mining parameters are of secondary importance. From a comprehensive analysis of fracture behavior in the floor strata, the importance of an effective in situ survey for geological structures has been emphasized. The adoption of room and pillar or strip and pillar mining system is recommended to avoid a water in-rush catastrophe.     

松散承压含水层的载荷传递作用对关键层复合破断的影响

采用专门设计的物理模拟试验装置及数值模拟试验方法,就松散承压含水层的载荷传递机制及对覆岩关键层复合破断的影响进行深入研究。研究结果表明：松散承压含水层条件下,由于承压水的流动性和补给作用,上覆表土层的载荷通过松散承压含水层均匀地作用于下部基岩上,开挖过程中基岩顶界面上的载荷基本保持恒定,松散承压含水层起到均匀传递载荷的作用;无松散承压含水层时,作用在基岩顶界面上的表土层载荷随煤层开挖而显著降低。在松散承压含水层的载荷传递作用下,作用在基岩顶界面的载荷较大,当基岩厚度较薄时,采场覆岩关键层易产生复合破断。基于松散承压含水层对薄基岩采场关键层复合破断影响机制,很好地解释华东矿区部分矿井在松散承压含水层与薄基岩的特殊条件下采场发生压架事故的原因。     

丘陵区采矿排水对周边地下水流动系统影响分析

丘陵地区地下水资源相对紧缺,然而为保证矿区安全开采,地下开采工程要求排出大量的地下水,尤其是承压水的流失对上覆渗水性强的含水层水位下降可能存在不可忽视的影响,甚至影响到周边居民的饮水安全。为此,本文以皖西丘陵地区霍邱铁矿群开采为例,在建立地下水水流数值模型基础上,分析采矿排水对上覆第四系孔隙水的影响程度,结果表明：矿床...     

煤层底板突水水量预测及注浆改造技术

 以基岩裂隙水运移的基本理论Chezy定律为基础,建立承压水正常涌水量的数学模型,提出利用Lagrangian法计算涌水量,应用Bernoulli能量方程计算矿井突水量的公式。计算结果表明,计算突水量与实际突水量的相对误差仅1.04%。针对焦作矿区大部分矿井煤层底板发生突水的实际情况,提出采用底板含水层注浆改造,防止底板突水事故。注浆孔位置主要决定于裂隙的发育程度、裂隙的走向,而注浆孔间距取决于浆液的扩散半径。最后,分析注浆压力和注浆量等注浆参数,并研制高压止水器,可解决注浆钻孔提前出水止水的难题。     

松散承压含水层水位变化与顶板来压的联动效应及其应用研究

 结合祁东煤矿松散承压含水层下采煤压架突水灾害防治问题,开展松散承压含水层水位变化与顶板来压联动效应的实测与实验研究。结果表明：松散承压含水层水位下降超前于工作面压架突水,且水位下降速度基本保持不变。水位下降幅度和下降速度与工作面来压强烈程度密切相关,水位下降幅度和下降速度越大,工作面来压越强烈,压架突水危险性越大。覆岩关键层的不同破断运动形态是导致水位变化与顶板来压存在上述联动效应的主要原因。当关键层逐层破断时,覆岩缓慢回转下沉,水位降幅和降速较小,不会发生压架突水灾害;而当关键层复合破断时,关键层结构易产生滑落失稳,短时间内大量采空体积传至基岩顶界面,水位出现大幅度快速下降,存在压架突水危险性。利用松散承压含水层水位变化与顶板来压的联动效应,提出将水位下降速度作为预警指标对压架突水灾害进行预警的方法,并基于地下水动力学原理导出工作面压架突水时的水位降速临界预警值计算公式,指导祁东煤矿6130工作面压架突水灾害防治实践。     

承压水上开采煤层底板隔水层裂隙演化 规律的试验研究

 奥陶系岩溶水是我国华北矿区煤矿安全生产的一大隐患,而带压开采是开采受底板突水威胁的煤层的有效方法之一。为深入分析承压水上煤层底板突水的危险性,自主设计煤层底板承压水水压加载系统,实现采用压力水袋对底板隔水层的承压水作用的物理模拟;分析底板隔水岩层的变形及破坏特征,得到底板隔水层的裂隙产生、发育直至导水通道形成规律。研究结果可为揭示承压水底板突水的力学机制提供参考。     

基于逐个修正法的含水层参数反演

含水层参数的确定,是进行地下水资源科学管理的基础和关键。针对含水层参数反演解往往不唯一的问题,提出采用最优化方法中的逐个修正法,将反问题转化为一系列的正问题进行求解;利用正问题的解是适定的这一性质,克服了反问题不适定问题;最后以无界承压含水层井流模型为例,讨论了逐个修正法在含水层参数反演中的应用,实例分析结果表明,此种方法有很好的稳定性,是一种值得在实际中推广应用的含水层参数反演方法。     

近松散层开采孔隙水压力变化 及其对水砂突涌的前兆意义

 开采沉陷离心模型试验表明,采空区和煤柱上方的黏土层中的孔隙水压力在煤层开采之后,出现积聚和消散现象,超静孔隙水压力增量最大可达垂直自重应力的15%～22%。采动孔隙水压力监测模型的试验表明,采动引起的承压含水层中孔隙水压力的变化特点同煤层开采进度以及顶板周期来压密切相关,煤柱上方含水层中孔隙水压力一般表现为先升高后降低,工作面上方含水层中孔隙水压力变化与开采位置有关,当工作面通过测点下方时,孔隙水压力出现明显的下降,当测点处于采空区中部时,孔隙水压力升高并会保持一段时间。采后顶板下沉期间各测点孔隙水压力均呈下降趋势。突砂模型试验表明,一旦抽冒或形成水砂突涌后,含水层内孔隙水压力表现为剧烈下降并形成瞬时负压,水压下降后随突涌过程发展保持在某稳定水平上,突砂口附近呈现相应的水力坡降。由以上试验结果可知,孔隙水压力可以作为近松散含水层开采溃砂灾害预警和监测的重要前兆信息源。