对拉工作面奥灰底板岩层破坏突水机理研究

矿井底板突水防治一直是新汶矿区煤炭生产中的重大技术理论课题。近年来煤矿经济效益持续下降,为节约开采成本,对拉工作面以其明显优势成为煤矿的合适选择。在综合考虑底板奥灰含水层的富水性、隔水层岩性组合与水压的情况下,对奥灰含水层上部对拉工作面采煤突水规律进行数学分析与FLAC3D数值模拟,分析单一因素对突水的影响关系以及与突水临界煤柱的关系,以期从应力场和渗流场不同角度对矿井的安全生产提供参考。     

深部煤层底板突水因素分析及其防治技术研究

针对王庄煤矿深部煤炭开采过程中出现水压大、构造多、裂隙发育、含水层多以致煤层底板突水系数高,严重影响煤矿高产高效生产的实际问题,结合该矿水文地质条件分析了工作面底板突水的主要影响因素并采用塑性力学理论计算了1201工作面的底板破坏深度;利用FALC3D对工作面布置在断层上盘和下盘两种情况进行了数值计算分析,得出了两种情况下围岩破坏场、渗流场、应力场及位移场分布规律;并在此基础上提出且实施了预加固断层防治突水的治理措施,取得良好效果。     

义安矿底板突水及矿井涌水量预测

该文首先从水源、通道及影响因素三个方面对本次研究对象义安煤矿进行了矿井充水条件分析,发现随着矿井开采水平的降低,矿井主采煤层二1煤层底板隔水层所承受的下伏奥陶系灰岩岩溶承压水的水压将越来越大,到矿井设计开采下限-600m水平时可达8MPa以上。而隔水层厚度有限。井田深部还存在着一条规模较大的断层,该断层切至奥陶系地层,如果为导水断层,将沟通二1煤层与下部的承压含水层。因此,分析认为该矿井在深部开采二1煤时,有底板突水的危险。     

霍尔辛赫煤矿3~#煤底板水文地质特征及带压开采

随着霍尔辛赫煤矿采掘活动向深部延伸,煤层底板承受的含水层水压增大,威胁煤矿安全生产。通过地质钻探、岩芯精细描述、钻孔抽水试验、水化学分析及水文地球物理测井等工程技术手段,综合分析3~#煤层底板岩溶含水层水文地质特征,并对带压开采条件进行了分析与评价,利用突水系数法对带压区进行了底板突水危险性分区。结果表明:太原组含水层富水性弱,突水系数为0.035～0.043 MPa/m;奥陶系灰岩含水层富水性弱-中等,井田北部富水性强于南部,东部富水性强于西部,突水系数为0.019～0.039 MPa/m。     

综放开采工作面两带高度发育规律数值模拟研究

针对某煤矿1301综放工作面开采受顶板砂岩、第四系松散含水层顶板水威胁的问题,为得到深部大采高综放工作面两带高度发育规律,采用FLAC3D数值模拟方法,研究覆岩在走向、倾向方向破坏演化规律。结果表明:覆岩导水断裂带高度达到106 m,冒落带高度达到49 m,导水断裂带已经波及到顶板砂岩含水层,开采3号煤层受顶板"三砂"水影响较严重,需要采前疏放顶板砂岩含水层。     

新安煤田矿井充水条件时空变化规律研究

为了科学制定防治水对策,以区域水文地质条件时空差异为基础,并利用采矿对围岩的破坏规律,研究了新安煤田矿井充水条件的时空差异与变化规律。结果表明:水库蓄水后,49. 5km2煤田和库区内小煤矿直接被淹;奥灰水压最多可提高0. 2～0. 5MPa,奥灰突水风险有所增加。顶板砂岩水与底板太灰水在首采工作面充水作用较强,随后逐渐被疏干;奥灰含水层随着开采区域形成降落漏斗而突水风险降低。煤田东部小窑水受水库水补给,没有可疏性;而西部不受补给,具有可疏性。煤田浅部与小煤矿采空区相邻地段,小窑水威胁采掘与矿井安全;向深部,底板隔水层承受的奥灰水压增加,突水危险性增大。奥灰含水层的折向汇流区富水性强、径流集中,突水风险高、治理难度大,是奥灰水防治的重点区域。     

红石岩煤矿水文地质特征及矿井充水因素分析

红石岩煤矿随着开采面不断扩大和开采程度不断加深,矿井水文条件对煤矿正常生产影响越来越大。结合矿井含水层和隔水层分布规律,分析了大气降水、井田水、地表水对矿井充水的影响,通过对导水裂隙带发育高度计算,对矿井充水通道进行分析,结果表明矿井在未来开采过程当中,随着煤炭产量的加大,采空区面积和导水裂隙带高度的增大,矿井涌水量会进一步增加,矿井充水强度也必然会增大。     

承压水上含断层煤层开采底板突水规律研究北大核心

在深部煤层开采的过程中,承压水水压以及复杂的构造环境是威胁矿井安全生产的重要因素。为研究承压水上受断层影响下底板的突水规律,基于基本力学原理,建立了承压水上受煤层采动影响的围岩受力力学模型,求解断层突水的临界水压力值;同时,基于控制变量法和流-固耦合理论,运用FLAC3D数值模拟软件,从应力场、位移场、渗流场以及破坏区共同耦合作用的角度出发,分析在断层形态以及承压水压力不同的条件下煤层底板突水规律。结果表明:当工作面回采至断层区域附近时,断层倾角对围岩所受垂直应力的影响较大,倾角由30°变换至60°时,所受垂直应力的平均变化率约为-29%;断层宽度主要影响靠近工作面底部断层处的破坏程度,断层宽度越宽,破坏程度越小;含水层水压对断层中所受的孔隙水压力起主导作用;断层的倾角越大、宽度越小,含水层中承压水水压越高,底板发生突水的危险性越强。     

深部矿井水害特征、评价方法与治水勘探方向

煤矿区深部含水层具有大埋深、高水压等特点,是深部煤层开采水害防范的主要对象。在分析深部矿井水害特征基础上,探讨了深部矿井地应力对裂隙水介质的力学作用机制,阐述了深部矿井裂隙水介质呈现"高承压、弱富水"的力学原因;基于古岩溶成因演化理论,结合水文地质勘探和野外调查,分析探讨了华北型煤田奥陶纪石灰岩顶部"古风化壳"的岩溶充填结构特征,并将奥陶纪石灰岩顶部"古风化壳"划分为"隔水充填带、弱隔(透)水充填带、富(透)水带"3种岩溶充填结构类型,给出了各类型确定的关键指标和阈值,明确了奥陶纪灰岩顶部存在隔水层的理论依据。将深部矿井煤层开采底板突水划分为"完整底板突水模式"和"集中破碎带底板突水模式",分析了深部煤层开采底板含水层高水压作用下沿用传统的突水系数法(T_s法)评价底板突水危险性的局限性,引入隔水层厚度(M)和含水层钻孔单位涌水量(q)2个指标,结合突水实例分析,提出了"修正的突水系数法"(T_s-M-q法,适用于完整底板突水模式);在实验和实例分析基础上,提出"渗-流转换"突水评价法(适用于集中破碎带底板突水模式)。最后,基于深部矿井水害特征及突水模式,结合深部含水介质赋存、构造发育特征和地应力场方向,阐述了深部矿井水害精准查治一体化勘探关键技术。     

赵家寨煤矿二_1煤层底板承压水水源补给规律研究

为了消除煤层底板承压水的威胁,结合新密煤田赵家寨煤矿底板含水层和隔水层情况、水文地质动态观测网台账以及区域构造发育规律,分析了二1煤层底板各含水层水位及水压的变化规律,找出了底板承压水的补给来源和导水通道,确定了区域水源的补给规律,最终得出了赵家寨煤矿底板承压水水源补给呈现以构造补给为主、灰岩隐伏露头补给为辅、多种补给方式并存的规律。     

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。     

薛湖煤矿矿井充水主控因素与矿井涌水量预测研究

河南薛湖煤矿在开采过程中受到了水害的影响,为了确保煤矿安全、高效生产,分析了矿井水文地质条件,研究了矿井冲水的主控因素,并对矿井涌水量进行预测计算。研究结果表明,薛湖煤矿矿区发育六大含水层（组）和三大隔水层（组）,煤系地层的二叠系砂岩裂隙含水层是危害矿井生产的主要含水层,随着生产的进行,顶板砂岩水多被疏干,对生产的安全不会造成很大的影响。二2主采煤层的直接充水水源为二叠系二2煤层顶板砂岩裂隙承压水,间接充水水源为二2煤层底板和奥陶系灰岩岩溶裂隙承压水,矿井的自身采空区积水是薛湖矿的充水水源之一。二2煤的导水途径主要有裂隙、断层和封闭不良钻孔3种,高角度正断层可能成为导水通道。越往深部开采水压将会越大,构造和裂隙的发育增加了底板水涌入矿井的危险。选取比拟法和稳定流解析法对采区矿井涌水量进行计算,比拟法计算的全矿井正常涌水量656 m 3/h、最大涌水量787 m 3/h比较符合近年来矿井充水的实际情况,可以作为下一步矿井开采的依据。但随着开采水平的不断延深,太灰岩溶水向矿井突水的概率也将大大提高,若出现短期内多点突水情况,将会超过比拟法预算的最大涌水量。     

大柳塔煤矿薄基岩浅埋煤层工作面矿压规律研究

为了研究薄基岩浅埋煤层矿压规律,防止薄基岩浅埋煤层工作面发生切顶事故,造成溃砂溃水事故,通过对大柳塔煤矿22614工作面现场矿压观测,得出了薄基岩浅埋煤层工作面矿压显现规律,结果表明：工作面上覆基岩厚度大于10 m的区域,工作面顶板来压比较明显,支架动载系数相对比较大,工作面上覆基岩厚度小于10 m的区域,工作面顶板来压不明显,实测工作面支架工作阻力大部分为5 400～7 200 kN,现有支架能满足生产需求。     

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。     

矿井突水灾害分析与防治研究

矿井水是煤矿开采中主要影响地质因素之一,同时,矿井突水灾害也是煤矿主要灾害之一。本文从矿井突水的因素分析入手,阐述了矿井突水对煤矿生产的影响,提出了积极的矿井防治水措施,对煤矿地质灾害治理工作具有一定的参考意义。     

大埋深高水压裂隙岩体巷道底臌突水试验研究

随着煤炭开采向深部发展,高地压和高水压矿井破碎岩体巷道发生底臌突水灾害越来越多。为进一步研究该类巷道底臌突水机理与特点,笔者运用相似模拟试验和现场巷道底板增压注水试验不同手段综合研究深部巷道底臌突水的临界突变规律。运用相似试验模拟了承压水作用下,巷道底板发生破坏的特征;通过现场注水试验分析巷道底臌量和底板物性变化规律,发现了深部巷道底臌突水的突变性规律。     

环工作面电磁法底板突水监测技术

为了监测煤层底板在工作面回采过程中导含水构造裂隙的实时动态发育情况,避免底板突水事故的发生,提出了利用环工作面电磁法对煤层底板突水进行监测的方法技术。通过数值模拟,研究总结了全空间条件下采煤工作面底板不同空间位置异常体在环工作面电磁法观测方式下的响应特征。设计了环工作面电磁法底板突水监测观测系统,并提出了电磁法突水系数的概念。根据底板下导含水裂隙与工作面底板之间距离的大小将电磁法突水系数划分3个等级：突水提醒阈值Cr、突水警告阈值Cw和突水报警阈值Ca。     

煤矿深部采区岩层富水性短偏移距瞬变电磁法探测

为了解决矿井深部岩层水文地质条件的探测,论文探讨了接地线源短偏移距瞬变电磁法的理论及应用。论文介绍了基于感应涡流场电性源短偏移距瞬变电磁法的基本原理和工作方法,结合某煤矿深部采区岩层富水性探测,分析了测区地层的地球物理特征,在视电阻率和深度精细计算处理的基础上,详细分析了瞬变电磁法采用接地线源短偏移距装置进行大采深岩层富水性探测中的地质效果和可靠性,实现了采用1000m的短偏移距达到1500m的探测深度。研究表明,电性源短偏移距瞬变电磁法在探测深部采区岩层富水性方面具有探测深度大和地质效果好的特点。     

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。     

深部下组煤首采面带压试采奥灰突水危险性分区评价

为了探究华北型煤田深部下组煤底板带压开采安全可行性,以济北矿区某煤矿高承压水体下组煤首采面采掘为工程背景,结合在该面施工的9个奥灰钻孔和1个奥灰水文观测孔资料,运用突水系数法和底板岩层综合阻水强度法对正常块段奥灰突水的危险性进行预测评价与分区。分析表明奥灰突水值大于0.1 MPa/m的区域存在2处;而根据底板岩层综合阻水强度法计算,各个钻孔的综合阻水强度值均大于相应的实际水压值,并把实际水压值与其相应的综合阻水强度值作比值进行分析。2种方法对比分析表明,奥灰突水系数偏大的险区和实际水压与其相应的综合阻水强度的比值大的分布区域基本重合,比较符合实际情况。这为济北矿区及地质条件相似矿井煤炭资源向深部带压开采所引起的底板水防治提供了新的评价方法。