受承压水威胁的煤层底板“下三带”理论及其应用

一、前言 为了研究受奥灰承压水威胁的煤层底板突水的机理,近几年来我们在峰峰、井陉、邯郸、开滦等地进行了现场实测,取得了大量的资料。在实测中,发现煤层底板在采动作用下,受到矿压及水压的联合作用,自上而下可分为三个带即由矿压产生的底板导水破坏带、具有阻隔水能力的隔水层带和由矿压和水压联合作用而产生的承压水导井带。此三带即被称为受承压水威胁的煤层底板“下三带”。这三带厚度之和,即为煤层底面至承压含水层顶面之距离。现就各带形成的原因、特征及“下三带”的应用简述如下。 二、煤层底板“下三带”理论 1.底板导水破坏带 煤层在开采时,其底板岩层在矿山压力的作用下,经历着一个压缩、膨胀、再压缩的过程。且在采空区周边的内侧,始终作用着较大的剪切应力。底板岩体在这些力的反复作用     

煤层底板采动破坏特征及突水危险性分析

以山西某矿9#煤底板带压开采为研究目标,结合研究矿区水文地质工程地质条件,运用数值模拟的方法探究了采动条件下底板应力分布特征、塑性区发育特征,分析得到了底板破坏深度为18 m;同时运用突水系数法公式,计算了该矿4个水文地质钻孔9#煤底板的突水系数分别为0.039、0.064、0.110、0.087,对煤层底板带压开采安全性分析及突水危险性分区有一定的参考意义。     

底板隔水层岩性组合特征对隔水性能的影响

带压开采是解决受底板突水威胁煤层的有效方法之一;而底板隔水层阻隔水能力是影响带压开采安全性的重要因素.运用理论分析、物理试验和数值模拟手段,就底板隔水层的不同岩层岩性特征对其阻隔水性能的影响进行研究,得到了工作面推进过程中底板隔水岩层的变形、应力及破坏特征和渗流分布特征,讨论了3种组合情况下底板隔水层的结构稳定性和渗流稳定性,比较分析了软、硬岩层的不同组成方式对底板隔水性能的影响.     

超化煤矿三软煤层采煤工作面底板承压水的防治

在带水压开采条件下,为了消除采煤工作面底板承压水的威胁,结合郑州矿区超化煤矿煤层底板含、隔水层情况,采用突水系数法划分底板突水威胁区域,通过物探、钻探查明底板富水区的分布情况,对煤层底板薄层含水层进行注浆以将含水层变为隔水层,在工作面生产过程中保持均衡推进以减少前方移动支承压力对底板隔水层的破坏.实践表明:采取物探、钻探、注浆和均衡推进等综合防治水的方法能有效减少工作面底板的涌水量,降低底板承压水的突水概率;对三软煤层底板主要强含水层以上地层进行加固改造,可以提高底板岩层的隔水厚度和隔水性能,有效防治底板承压水.     

团柏煤矿下组煤开采底板突水防治技术与对策

针对团柏煤矿下组煤开采时水文地质条件的复杂性,运用突水系数理论计算和采用底板破坏过程有限元RFPA2D数值模拟分析方法,对该矿下组11号煤层开采时的4底板突水危险性做出了综合评价。研究表明:陷落柱较为发育的11号煤底板突水系数0.05 MPa/m,接近底板受构造破坏块段临界突水系数;由数值模拟结果看,该煤层开采时底板岩层的破坏深度约15 m,破坏带底部距下伏奥灰含水层仅约10 m。基于上述水文地质综合分析结论提出了该煤层开采时底板突水隐患的预防和治理对策。     

承压水上开采煤层底板破坏深度数值模拟及实测研究

根据某矿综采工作面煤层顶、底板岩层组合及结构性质特点,建立了反映完整底板岩层组合的工程地质模型,通过FLAC3D软件数值模拟分析了煤层开采过程中底板应力及破坏特征,结果表明:煤层底板下0～4 m内岩体破坏较为严重,不具有阻水能力;煤层底板下4～10 m内岩体虽然发生了局部破坏,但其破坏程度相对较弱,具备一定的阻水能力。结合现场煤层底板钻孔内不同深度传感器应变测试值随工作面推进的变化情况,确定出煤层底板破坏深度为8～10 m。综合对比分析得出煤层底板破坏深度为10 m。     

刘桥一矿底板突水风险性评价

高承压水上煤层开采的前提是评价和预防底板突水。以刘桥一矿某工作面底板突水风险性评价为例,运用斯列萨列夫公式、"下三带"理论、突水系数法、开采经验法等方法进行综合评价;提出适合该矿的评价方法,并制订了预防底板突水的具体措施,为工作面的安全开采提供技术保障。     

泊里矿煤层底板突水危险性分析与防治措施研究

泊里矿煤层受到底部灰岩岩溶高承压水的突水威胁日趋严重,采用传统的突水系数法评价煤层底板奥灰突水危险性已不能作为矿井安全生产的依据。本文对煤层底板奥灰含水层带压情况进行了分析,通过对煤层底板突水机理及突水危险性分析研究,提出了煤层底板奥灰突水的防治措施及建议,为泊里矿煤层的安全开采提供了技术支持和科学依据。     

巨厚坚硬顶板工作面的底板破坏规律

针对郭庄矿开采9#煤时受巨厚坚硬顶板和底板奥灰水双重威胁的情况,利用现场钻孔注水试验手段与数值模拟的方法对9#煤底板进行破坏深度探测及破坏规律的研究.现场钻孔注水试验结果表明,工作面煤层底板监测钻孔控制深度内的底板岩层均发生了不同程度的破坏,最大破坏深度介于18.80~21.00 m,9#煤与下伏奥灰层间距不足20 m;数值模拟结果表明,坚硬顶板条件下,强制放顶比充填开采对煤层底板产生的破坏程度大.     

深部煤层开采数值模拟与底板突水预测

为了研究深部煤层开采条件下围岩的变形破坏是否会引发矿井底板突水问题,以鹤煤六矿2115工作面为例,建立FLAC~(3D)煤层开采数值模型,运用突水系数法,借助ArcGIS软件对矿井底板突水问题进行分区预测。结果表明:鹤煤六矿煤层底板最大破坏深度为22.12 m,井田北部和东部为奥陶系灰岩水突水危险区,西部和中部的绝大部分地区为奥陶系灰岩水突水威胁区。     

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.     

陈四楼煤矿煤层底板导水破坏深度预测

煤层底板破坏深度的确定是煤层底板是否发生突水的重要决定因素,因此对煤矿深部煤炭开采中煤层底板破坏深度的预测对于煤层底板承压水突出危险性程度判别具有重要意义,基于人工神经网络,在考虑底板破坏各影响因素作用的同时,通过对大量样本数据的分析处理,预测了陈四楼煤矿21201工作面、21301工作面以及2408工作面的底板破坏深度分别为11.67、13.61、14.1 m。并得到了底板破坏深度和采深关系的预测公式。     

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。     

急倾斜煤层开挖岩移规律及对底板巷道布置的影响

针对急倾斜煤层底板巷道受采动影响破坏严重的现象,运用数值试验方法,对煤层开采引起的顶底板岩体的应力和位移分布规律进行了研究。结果表明,采动影响区域内的岩体可划分为垮落带、剪切屈服带、卸压带和整体滑移带,明显呈区域性分布;底板巷道应布置在受采动影响最小的相对稳定带中,且与煤层底板保持一定的安全距离。研究结果对于同类地质和开采条件的矿区具有重要参考价值。     

深部煤层底板寒灰水突水脆弱性评价

平顶山十一矿因靠近寒武系灰岩岩溶水补给区,水文地质条件复杂,受煤层底板的突水威胁严重。为了查明寒武系灰岩岩溶承压水对二1煤开采的威胁,对突水影响因素进行了综合分析,采用基于AHP的脆弱性指数法对平顶山十一矿深部煤层底板突水进行了突水危险性评价。结果表明:4个寒灰水突水点都分布在相对脆弱区、相对较脆弱区和过渡区,拟合点与评价分区基本吻合,拟合率接近100%。     

1026工作面底板突水实时监测技术应用

通过对1026工作面突水危险区底板应力、应变、水压及水温实时监测,进行突水可能性预测。该项技术的应用对安全回采受底板灰岩水威胁的10煤层起到了较好的安全预警作用,并可推广应用到矿井安全监控系统的远程可视化监测监控。     

煤层底板含水层注浆改造技术应用

为防止工作面回采过程中受底板灰岩承压水威胁,通过对底板改造钻探工程信息、突水事件进行分析,建立起二2煤底板三带结构模型、煤层底板垂直改造观等技术,发现二2煤底板存在三类异常带,分别是砂岩裂隙带、原始导高带、灰岩含水层富水带。发现矿区底板改造钻孔浆液运移以沿纵深裂隙作垂直运动为主,而不是顺层水平运动为主的规律,通过对2209工作面进行底板注浆改造减少近170 m~3/h的排水量,效果明显。     

徐庄矿区八煤底板突水预测

八煤是徐庄矿四层可开采煤层之一,开采八煤遇到的最主要的威胁是下伏太原组灰岩的四灰承压水突出。文章运用"下三带"理论、斯列萨列夫公式、突水系数法对徐庄矿八煤底板临界厚度加以计算,并将这3个理论结合该矿水文地质条件进行分析比较,为安全、高效开采八煤提供较合理的前期研究成果。     

一种新型煤矿底板破坏深度预测模型

为有效预防煤矿底板突水风险,在传统的粒子群优化算法中增加自适应权重,结合遗传算法的交叉、变异步骤改进传统的粒子群优化算法,并用其优化SVM模型,建立改进的GA-PSO-SVM煤矿底板破坏深度预测模型,选取采深、煤层倾角、采高、工作面长度、煤层底板承压水水压和煤层底板损伤变量作为影响底板破坏深度的主控因素,通过15组煤炭生产单位采集底板破坏带深度相关数据,测试改进的GA-PSO-SVM模型的性能,并与FOA-SVM模型、BP模型的预测结果进行对比,研究表明:改进的GA-PSO-SVM模型预测结果与实测结果的误差范围为0.36%~5.22%,FOA-SVM模型预测结果的误差范围为1.60%~12.49%,BP模型预测结果的误差范围为1.01%~20%,改进的GA-PSO-SVM模型预测结果的误差范围更小,更适合煤矿现场的应用要求。     

采动底板裂隙渗流演化规律数值分析

 基于桃园煤矿10煤层的赋存和水文地质条件,采用离散元数值计算,分析了采场底板应力分布、变形和塑性特征,研究了采场底板渗流压力场、流量场分布特征。结果表明：采动影响深度为45m,塑性区深度在工作面底板以下17m,当工作面接近底板奥灰岩含水层,岩体结构较容易破坏失稳,形成渗流通道。现场依据数值计算结果,设计了疏水降压和注浆加固底板控制技术,确保了赋水条件下煤层的安全回采。