采动覆岩导水断裂带发育高度研究方法探讨

导水断裂带高度是留设防隔水煤（岩）柱和水体下采煤安全性评估的重要参数,对矿井安全生产、保水采煤和生态保护具有重要实用价值。对经验法、现场实测、物理模法和数值模拟法等导水断裂带确定方法进行了总结、对比和实例分析,总结了各种方法的实用条件、优缺点,建议采用2种及以上综合观测和探测方法,以相互验证。以现场钻孔漏失液观测和钻孔电视观测为主,物探探测方法为辅来确定导水断裂带高度,采用物理模拟或数值模拟方法作为辅助研究方法从面和立体角度进行覆岩破坏规律动态研究,形成以点到面再到空间的全方位综合探测与分析技术方法体系,为煤（岩）柱合理留设、水体下安全采煤提供了重要依据和技术支撑。     

近距离煤层开采覆岩导水断裂带高度研究

结合某矿的实际地质条件,采用经验公式和数值模拟两种方法,对煤层开采后导水断裂带的发育情况进行了分析研究,为水体下安全开采提供科学依据,并与实际的观测结果进行比较,对所得的结果进行了评价。同时,对数值模拟结果和经验公式的计算结果进行了比较、应用,为类似条件下经验公式中综合采厚的计算公式提供了一种选择依据,弥补了经验公式的不足。     

唐口煤矿2309工作面覆岩导水断裂带高度分析

为了确定唐口煤矿2309工作面合理开采上限和留设安全煤柱,减少煤炭资源的浪费,需要准确测定该工作面的导水断裂带高度。采用经验公式预计和数值模拟的方法,对2309工作面导水断裂带高度进行了分析计算,其结果分别为46.2、48.1 m。运用"双端堵水器"技术,采用井下仰上孔的方法,实测了导水断裂带高度,其值为50.9 m。实测结果与经验公式预计值和数值模拟值基本相符,实测结果可靠。     

海下采煤软弱覆岩导水断裂带发育高度研究

龙口矿区海域煤层开采后软弱覆岩导水断裂带的发育高度直接影响了海下安全开采。在分析龙口矿区海域软岩工程地质特征的基础上,运用有限差分法、相似材料模拟试验并结合现场实测资料,研究了海下采煤软弱覆岩变形破坏规律。结果表明：煤层顶板软岩剪切破坏后,裂隙连通性及导水性相对较弱,岩体仍具有一定阻水能力;海底煤层开采后,覆岩垂直剖面由上至下分为剪切破坏带、拉剪破坏带和拉伸破坏带;开采过程中,导水断裂带高度随工作面推进逐渐增加,并最终达到稳定;6 m厚煤层采全高时,导水断裂带发育高度为48.2~55.0 m。最后,经统计提出了海下采煤软弱覆岩中导水断裂带发育高度的计算公式。     

覆岩导水断裂带发育规律离散元模拟

采用"双端堵水器"技术对3上煤开采后导水断裂带发育高度进行实测,得到断裂带发育高度,利用此数值反演推算出上覆岩层力学参数。根据反演所得岩石力学参数,运用UDEC软件进行数值模拟,得到当开采3下煤时导水断裂带发育高度。本次研究数据为该矿提高工作面开采上限提供了依据,以保证水体下安全开采。     

分层开采覆岩导水断裂带高度的确定

根据某矿开采技术条件和岩石力学性能等参数,建立力学模型,运用数值模拟软件进行分层开采过程模拟,确定了覆岩导水断裂带高度;用经验公式对覆岩导水断裂带高度进行了计算;采用电视成像探测技术对覆岩导水断裂带高度进行了测定。结果表明,利用数值模拟所得到的覆岩导水断裂带高度与现场测定结果较为接近,而由经验公式得到的结果偏于保守。     

综采工作面覆岩导水裂隙带发育高度研究

为研究综采工作面覆岩导水裂隙带发育高度,以霄云煤矿1314工作面为研究背景,采用工程地质调查、理论分析、数值模拟、现场实测等手段进行了研究,研究结果表明：1314工作面上覆岩层为“中硬”岩层,理论分析、数值模拟、现场实测获得的导水裂隙带发育高度较一致,为保证较高安全系数,取实测最大值作为最终结果,即导水裂隙带发育高度为39.5 m,裂采比为11.29,以裂采比11.29作为基础参数指导地质概况类似的工作面导水裂隙带高度预测分析是较合适的。     

充填开采覆岩导水裂隙带高度预测

为了更加准确地预测某矿充填开采覆岩导水裂隙带的发育高度,以某矿实际地质开采条件为依据,通过公式计算、实地测量、相似材料模拟及数值模拟类比分析对其导水裂隙带进行预测。得出结果:本矿区顶分层垮落法管理顶板,底分层充填开采,可以用等效采高法按软弱岩层计算预测导水裂隙带发育高度。     

河下分层采煤导水断裂带发育规律研究

兖州矿区某煤矿部分煤炭资源位于河流下方,采用分层开采。为提高其开采上限,以该矿5304-1工作面开采实际为背景,根据现场地面钻孔成像观测结果分析,确定其导水断裂带高度为51.7 m;以工作面实际地层资料为基础,通过对煤层顶底板岩层组合和结构特征的分析,运用FLAC3D数值模拟方法,通过反复试算和修正,以及对煤层顶板导水断裂带的发育特征进行分析,得出厚煤层分层开采后导水断裂带的空间发育特征及发育高度;采用现场钻孔观测和数值模拟相结合的方法,确定出厚煤层分层开采顶板导水断裂带发育高度为52 m,为河下开采提高开采上限和防水煤柱的留设提供重要的参考依据。     

厚煤层分层开采导水断裂带发育高度的确定

针对兖州矿区某矿提高开采上限的问题,运用现场钻孔原位窥视镜成像方法,对该矿5301-1工作面第一分层开采完毕后导水断裂带的空间发育特征及发育高度进行观测,并结合经验公式计算结果进行了对比分析。在对该工作面的煤层顶底板岩层组合及结构性质特点进行分析的基础上,建立工程地质模型,运用FLAC3D数值模拟方法对其进行验证。3种方法研究得到的导水断裂带高度基本一致:实测结果为24.2 m,经验公式计算结果为26.7 m,数值模拟结果为25.0 m。研究结果可为该工作面提高开采上限煤柱的合理留设提供重要的参考依据。     

中硬偏硬覆岩高强度综采覆岩裂缝带发育规律研究

 为了研究中硬偏硬覆岩高强度综采条件下覆岩裂缝带发育规律,根据潞安矿区王庄煤矿6206工作面开采地质条件,利用现场实测、数值仿真、相似材料模拟等手段综合研究确定了中硬偏硬覆岩综放一次采全厚导水裂缝带的发育高度。结合潞安五阳煤矿分层综采裂缝带高度观测资料,分析表明中硬偏硬覆岩高强度综采条件（分层综采和综采放顶煤）覆岩裂缝带高度与 成正比更符合现场实际情况,裂高采厚比达到20.2倍,所得经验公式可以用来类似条件下开采覆岩破坏高度预计,获得的裂高可以作为潞安矿区水体下采煤留设保护煤柱及保水采煤方案制定的参考依据。     

厚煤层一次采全高导水裂缝带发育高度研究

为了顶板水的防治、采掘工程布置以及防水煤柱留设,需要确定煤层顶板导水裂缝带高度。以斜沟煤矿8#煤层为例,应用数值模拟的方法对厚煤层综采一次采全高顶板导水裂缝带发育高度进行了研究。结果表明,数值模拟结果与现场钻探压水试验实测得到的导水裂缝带发育高度基本一致。综合确定导水裂隙带高度74.8 m,其中冒落带高度为32 m,裂隙带发育高度42.8 m.由此可见,《煤矿防治水规定》中关于导水裂缝带计算的经验公式不适用于斜沟矿,基于实测、模拟结果以及参考全国其他类似矿井实测结果,运用回归分析原理,建立了斜沟煤矿厚煤层综采一次采全高工作面顶板导水裂缝带发育高度计算公式。     

坚硬顶板煤层群开采导水断裂带发育高度模拟研究

采用FLAC~(3D)数值模拟软件建立了大同矿区煤层群开采的数值模型,模拟研究了煤层群开采时覆岩导水断裂带的发育过程,分析了3-5~#煤层导水断裂带发育高度与煤厚、工作面长度的关系。模拟结果显示:坚硬顶板下近距离煤层群下行开采,随采动次数增加覆岩导水断裂带高度增加的幅度逐渐减小;随煤层厚度的增加,3-5~#煤导水断裂带高度增加,当煤厚13 m时,其增幅变大;随工作面长度的增加,3-5#煤导水断裂带高度增加,当工作面长度190 m时,导水断裂带增幅减小;煤厚为15 m时,将工作面长度缩短至180 m时可确保3-5~#煤的导水断裂不与15#煤采空区贯通。     

官庄河矿区覆岩导水裂隙带发育高度研究

官庄河矿区3煤层采空区存有大量积水,采用钻孔冲洗液漏失量和导高观测仪注水漏失量观测法对11煤层开采形成的覆岩导水裂隙带发育高度进行了实测,实测结果表明导水裂隙带发育高度为44.1 m,是采高的16.3倍,并通过数值模拟计算方法对该结果进行了对比和验证。11煤层开采形成的导水裂隙带未发育至3煤层采空区,可进行保水开采。     

煤层覆岩导水裂缝带高度观测方法研究及应用

为解决井下仰孔双端封堵测漏法在水体下煤层覆岩导水裂缝带高度观测过程中的弊端,通过改进以往传统观测设备,设计了一种新型钻孔双端堵水器,该堵水器通过使用可调单向压力控制阀改变了以往仪器使用的双回路注水方式,节省了1条回路,使结构变得简单,操作更加便利。详细介绍了新型钻孔双端堵水器的工作原理、组成结构和室内参数测定过程,并进行了现场样机试验,结果表明:与传统观测仪器对比,观测数据可靠性高,操作方法简便高效。     

厚、薄覆岩两带高度发育特征数值模拟研究

显式拉格朗日差分是80年代出现的一种新的数值分析方法,已成功地运用于边坡工程、挡土墙设计及围岩支护等方面。尝试将其应用于综采放顶煤条件下两带高度即冒落带和裂隙带高度的预测,并基于龙东矿7125综放工作面的模拟,对比分析了覆岩厚、薄对两带高度的影响。结果表明覆岩越薄,两带高度越小,对提高开采上限具有积极的意义。     

煤层开采后覆岩导水裂隙带高度的模拟研究

某矿为安全开采煤炭资源,采用经验公式预计和计算机数值模拟方法,按规划设计开采煤层厚度分别研究了单独开采16#煤、17#煤后覆岩导水裂隙带高度,采用经验公式计算为36.1m和29.7 m;采用计算机模拟方法计算为37.1 m、26.9m。研究了按规划设计开采煤层厚度将16#煤、17#煤全采后覆岩导水裂隙带高度为41.7 m。     

近距煤层开采覆岩导水裂隙带高度观测研究

为了提高崔庄煤矿近第四系松散层条件下33上01,33下01工作面的开采上限,在确保安全生产的前提下,采用井下打仰上孔测漏水量方法、经验公式预计和数值模拟方法,开展了单独开采3上煤与3上,3下两层煤全采后上覆岩层导水裂隙带高度的研究工作.实测单独开采3上煤与3上,3下两层煤全采后上覆岩层导水裂隙带高度为59.59 m和66.0 m;经验公式预计两值为47.1 m和50.8 m;数值模拟计算两值为53.21 m和62.3 m.将实测数据与经验公式预计及数值模拟结果进行了对比分析,仅采3上煤与3上,3下煤全采,上覆岩层冒落带高变化不大,导水裂隙带高增加不超过10 m,研究表明本次实测的结果可靠.     

新登煤矿综放开采导水裂隙带发育高度研究

煤层开采后导水裂隙带发育高度至顶板含水层和底板承压含水层,会使覆岩中的水通过导水裂隙带进入工作面,给煤矿安全生产带来重大隐患。为获得新登煤矿煤层开采后导水裂隙带的发育高度,在该矿31101工作面进行了实测研究。首先通过对井下施工的4个钻孔的钻孔漏失量,大致推导出工作面开采后的导水裂隙带高度;然后利用电视成像仪观测孔壁的裂隙,判断导水裂隙带高度;最后通过物理相似模拟实验,分析导水裂隙带发育规律。得出新登煤矿31101工作面的顶板导水裂隙带高度45.7~46.7 m;底板导水裂隙带高度5.6 m。     

大采高开采条件下导水裂隙带发育高度预测研究

为了提高大采高开采条件下导水裂隙带高度预测准确度,结合BP神经网络模型,通过进行导水裂隙带高度影响因素的主成分分析,建立了以采高和岩性为主要影响因素的BP网络导水裂隙带高度预测模型,并通过实例对模型效果进行了验证。