晋城成庄井田煤层气直井开发后煤层底板突水危险性评价

以晋城矿区成庄井田为依托,分析煤层气开发后煤层底板岩石破裂压力、地应力、煤层底板含水层水压和隔水层有效厚度等条件,建立了煤层气开发后煤层底板突水危险性评价理论与方法,揭示煤层气直井开发对煤炭开采底板突水影响机制。研究结果表明:煤层气井煤层底板完井深度和采动矿压与承压水的水压使煤层底板隔水层形成贯通的破裂,如果隔水层中的最小水平主应力大于承压水的水压,从应力方面,就不会发生突水,如果相反,就会发生突水;煤层气井煤层底板完井深度和采动矿压与承压水的水压未能使底板隔水层形成贯通的破裂,开采煤层承受的水压与煤层到主要含水层间有效隔水层厚度之比,决定了煤层底板突水危险性。根据煤层底板隔水层岩石破裂压力、水压和水压与隔水层厚度比值等关键参数,将煤层底板突水危险性划分为安全(Ⅰ)、中等安全(II)、安全性差或有危险(III)和安全性极差或极有危险(Ⅳ)4类。成庄井田太原组15号煤层距奥灰含水层间距小,且变化大,煤层气垂直井开发后煤炭开采受奥灰水威胁。如果9号煤层气完井深度与煤炭开采底板破坏深度15 m相同计算,煤层底板突水危险性主要为中等安全,仅在深部存在突水危险性;煤层气开发后3号煤层开采过程中不会发生底板突水。     

庞庞塔煤矿9~#煤层带压开采安全性及治理措施

庞庞塔煤矿9~#煤层工作面为带压开采,以9-101首采工作面为背景,采用极限水压理论及突水系数法探究底板突水的危险性,模拟分析了工作面回采期间底板塑性破坏的深度及底板隔水层注浆加固效果。结果表明,正常条件下底板塑性破坏深度为27 m,底板存在较大的突水危险,注浆后底板破坏深度减小为10 m,奥灰含水层突水的危险性解除。可见,通过底板注浆改造,能够保障庞庞塔矿9-101工作面的安全回采。     

带压开采底板突水预测研究

为了有效预测工作面在带压开采下底板突水,以上孔煤业15#煤层为研究背景,通过塑性理论和经验公式分别计算底板的破坏深度|考虑采动与赋存因素影响,基于修正的突水系数法,提出极限突水系数公式,确定合理的工作面尺寸,提高突水预测精度。现场施工水文钻孔探查底板涌水情况,并根据岩芯测得底板隔水层物理力学性质,与理论推算结果对比,对15#煤层底板突水可能性进行有效预测。研究结果表明：底板主要隔水层属于中等坚硬岩石类,具有较好的隔水性能,底板含水层含水性弱,不具备底板突水的条件。极限突水系数计算结果显示,15#煤层在底板完整区段无突水危险,受构造破坏的区段具有底板突水的危险,建议减小工作面尺寸,查明底板地质特征,并加强在构造等薄弱区域的探放水以预防突水危险发生。     

带压开采底板突水有效阻水系数法评价在西峪煤矿的应用研究

煤矿开采存在底板带压条件下,能否安全开采,最常用的评价方法是突水系数法。但由于煤层底板突水影响的因素多,在水文地质复杂的情况下,突水系数法还存在一定的局限性。综合考虑水压、隔水层底板厚度、岩性组合及特征、导升高度、煤岩层产状、构造等自然条件,以及工作面的采长、开采后的底板破坏深度等人为因素对煤层底板隔水能力的影响,采用有效阻水系数法评价了太原西峪煤矿9号煤开采的间接底板奥陶系峰峰组岩溶水突水危险性,其评价结果与实际情况对比分析表明,有效阻水系数法评价更加合理,是复杂水文地质条件煤层底板突水安全性评价的有效方法。     

断层影响下底板突水通道研究

基于岩体极限平衡理论,综合考虑断层本身性质和矿山压力中应力降低区的作用,解得底板隔水层的极限水压解析式,推导出底板突水力学判据,结合华泰煤矿7502工作面,解得底板隔水层的极限水压大于实际承压水水压,底板隔水层中没有形成突水通道;基于FLAC3D流固耦合理论,建立了断层影响下煤层开采的数值模型,得出断层带中的承压水导升高度(8m)较正常岩层(6m)高,断层影响下底板岩体应力呈非对称分布,断层附近的底板采动破坏深度(24m)大于未受断层影响的底板破坏深度(20m),底板破坏区与断层导通,承压水通过断层进入破坏区,形成突水通道,发生底板突水。结果表明:断层影响下的底板突水,往往不是底板隔水层破坏导致,而是承压水通过断层进入采动破坏区所致。     

阳煤二矿15#煤层带压开采安全性评价

阳煤二矿15#煤层存在带压开采的问题,为确定其带压开采的安全性和可行性,采用水文钻孔勘查、理论分析计算等方法研究表明,奥陶系灰岩含水层水头压力为1.6MPa,15#煤层和奥灰水间隔水层厚度为35.0m,隔水性能良好,工作面回采期间底板塑性破坏深度为11.6m,突水系数为0.085MPa/m,突水系数小于0.1MPa/m,极限水压为5.6MPa,远大于实际水压,在完整底板条件下工作面能够安全的进行回采。     

霍宝干河矿含隔水层特性及对下组煤开采的影响分析

为了研究霍宝干河矿高承压含水层对煤层开采的影响,基于现场实测资料,确定了井田范围内的主要含隔水层特征及其空间分布关系,得出了底板承压含水层为中等富水含水层.针对高承压含水层对下组煤开采可能造成的底板突水,采用FLAC~(3D)数值模拟手段,得出了工作面开采宽度与煤层底板破坏深度的关系及渗流发育的规律.当工作面的开采宽度大于160 m时,煤层底板的破坏深度不再随开采宽度的变换而变化,而是稳定在25 m,加上阻水带厚度13 m,小于底板46 m的隔水层厚度;在应力一渗流耦合的过程中,开切眼处单元孔隙水压力最高上升到2.4 MPa,且变化过程中孔隙水压力始终小于承压含水层的水压,不会发生煤层底板突水事故.     

小纪汗煤矿11203工作面开采底板岩体破坏深度研究

煤层底板为砂岩裂隙含水层,在矿井高强度开采过程中,煤层下的承压水冲破底板隔水层涌入工作面,极易造成突水事故。以陕北榆横矿区小纪汗煤矿2号煤11203工作面为研究对象,从力学角度研究计算底板采动破坏深度,建立符合实际的数值模拟模型,分析工作面随着推进距离的变化,煤层底板变形特征和塑性区分布特征,运用应力应变法从物探角度进行现场探测,最终确定底板采动破坏深度。     

煤层底板突水影响因素的分析与研究

本文详细分析了影响煤层底板突水的因素,提出地质构造、矿山压力、水压力、隔水层厚度及工作面采宽等是制约煤层底板突水的主要因素。     

基于因子分析法的焦作矿区底板突水模型研究

为研究焦作矿区工作面底板突水的主要影响因素和防治措施,选取地质构造 λ1、 煤层厚度λ2,煤层倾角λ3、工作面宽度λ4、开采深度λ5、含水层水头压力λ6、隔水层平均强度λ7、隔水层平均厚度λ8作为研究变量,建立了焦作矿区工作面底板突水的因子分析模型.研究结果表明:焦作矿区底板突水的8个变量可归纳为采矿赋存因子、采矿设计...     

深部开采底板破坏及高承压突水模式、前兆与防治

以深部开采底板承压超过5 MPa的特殊条件为研究对象,围绕复杂结构底板隔水层采动破坏及其诱发高承压突水这一核心问题,以大量突水资料为背景,分析了底板突水的形成及影响因素、水岩相互作用、时空分布及规律,总结了底板突水的两类基本模式,即完整型底板突水模式和断裂构造型底板突水模式。采用现场实测、数值模拟及物理模拟等手段,揭示了深部开采条件下底板隔水层的采动破坏规律,即在底板承压超过5 MPa条件下,工作面底板隔水层受超前应力破坏明显,深度一般在25 m左右;在相同底板隔水层结构和开采条件下,随着水压的升高,底板破坏深度及范围不断增大;工作面底板不同位置的破坏范围具有差异性,从工作面正下方往采空区方向由倒马鞍形逐步过渡到倒梯形。利用高承压矿井突水模拟试验系统,设计并完成了单一结构、多层组合结构以及断裂结构底板隔水层条件的底板高承压突水模拟试验,揭示了不同底板结构模型突水的压力及孔隙水压力变化特征,试验结果表明:采动引起的底板压力及孔隙水压力呈周期性波动,与工作面推进距离有关。突水通道形成过程中,各参数均表现为较大幅度升高并剧烈波动;通道一旦形成并发生突水时,压力和孔隙水压力均急剧下降,并稳定在某一范围,试验结果表明,...     

煤层底板采动变形破坏规律的数值模拟研究

以贵州河边煤矿12煤开采为例,利用FLAC3D软件模拟煤层开采后底板采动变形破坏规律,得到了12煤层底板采动破坏深度。模拟结果表明:12煤层底板采动破坏深度为8m左右,大于底板隔水层厚度,因此认为开采12煤层极有可能引起下部茅口灰岩含水层突水。     

底板采动导水破坏带深度求取方法研究

准确预测底板采动导水破坏带深度是合理设计底板防水安全煤岩柱,解决煤矿底板突水问题的关键。综合分析了开采深度、煤层倾角、煤层开采厚度、工作面斜长等地质采矿条件对底板采动导水破坏带深度的影响。以27个典型工作面实测数据作为训练和测试样本,通过合理选择SVM中核函数、不敏感损失系数、惩罚因子等参数,建立了底板导水破坏深度与各影响因素之间的SVM回归模型。最后进行了测试分析,测试结果表明,采用SVM所建立的关系模型可以较好地根据各影响因素求取底板采动导水破坏带深度,获得的底板导水破坏带深度精度可靠、能够满足设计需要。研究成果表明:采用SVM的方法计算底板采动导水破坏带深度是可行的,该方法可以综合考虑对底板采动导水破坏带深度影响的多种因素,为今后快速准确地计算底板采动导水破坏带深度提供了一种新的方法。     

带压开采工作面底板破坏深度研究及突水危险性预测

为有效防治采动影响导致的底板突水事故,采用塑性理论及经验公式分析计算了带压开采工作面底板破坏深度,并进行了突水危险性预测。根据平煤股份十矿24130工作面己18煤层的埋藏特征,通过大量的现场实测和理论分析,绘制出了工作面底板破坏带的分布形态图,计算出了采动引起的底板最大破坏深度为11.7 m,底板有效隔水层厚度为44.3m,正常地质条件下不会对工作面回采造成影响,但不排除在断裂构造和寒武系灰岩水高水头压力的共同作用下,底板灰岩水可能通过构造破碎带或隔水层相对较薄的地方融入采煤工作面,造成突水事故的发生。提出了区域治理采用疏水降压、局部治理采用物探结合钻探、断裂构造附近采用注浆加固以及回采前完善工作面防排水系统、回采过程中加强水文地质巡查工作等一系列具体的防治水措施,保证了己18煤层的的安全开采。     

深部煤层底板突水危险性预测的PSO＿SVM模型

为了更好地预测深部煤层底板突水危险性,将深部煤层底板破坏深度多元非线性数学模型给出的预测值,与底板含水层水压力、隔水层厚度、工作面斜长、埋深4个因素相结合,共同作为深部煤层底板突水危险性预测的输入向量;运用PSO获取SVM的最优惩罚因子和核函数参数,建立了深部煤层底板突水危险性预测模型,并与突水系数法、马氏距离判别法、贝叶斯判别法的预测精度进行对比。结果表明:深部煤层底板破坏深度数学模型预测的准确度较高;考虑煤层底板采动破坏影响的深部煤层底板突水危险性预测模型,较好地预测了煤层底板突水危险性,其准确度相比于突水系数法、马氏距离判别法和贝叶斯判别法均较高。     

煤层底板采动导水破坏带深度主控因素探究

在长壁式采煤方法和全部垮落处理顶板条件下,定性分析了开采深度、煤层倾角、开采厚度、工作面斜长、底板抗破坏能力和构造对煤层底板采动导水破坏带的影响。对全国31个实测数据样本,利用灰色关联分析方法进行了定量分析,指出了煤层底板采动导水破坏带深度的主控因素为工作面倾斜长度和煤层倾角。     

底板岩层在采动过程中破坏演变规律的数值模拟研究

本文对采场采动过程中工作面底板隔水层的运移变形和稳定性演变特征进行数值模拟研究,选择的数值模拟软件为FLAC3D,同时考虑数值模拟计算的难度和计算机的运行负荷对模型做出合理假设。认为采空区围岩塑性屈服方式主要为拉剪复合破坏,其中底板岩层在围岩综合应力的作用下发生拉剪混合破坏。设定峰峰组不具有隔水性,厚度为18m时,隔水层底板未出现原位张裂区域,开采完成后峰峰组含水层与底板相互贯通,工作面底板突水形成;当工作面底板隔水层厚度较大时,施加水压对底板破坏深度的影响效果不明显。     

马堡矿15^#煤带压开采数值模拟研究

针对马堡矿地质构造复杂,主要岩溶含水层富水性强,下组煤距下伏奥灰很近,煤层开采面临着奥灰突水严重威胁的情况,运用数值模拟的方法,研究了工作面斜长对底板破坏规律与突水机理的影响,并对15号煤带压开采进行了安全性评价。研究结果表明:工作面斜长分别取160 m与110 m时开采15号煤产生的采动破坏带均会与承压水导升带贯通,隔水层丧失阻隔水性能进而导致底板突水,而工作面斜长为60 m时则不会发生底板突水。因此,可通过采取控制工作面斜长的方法提高带压开采的安全性。     

基于GIS的斯列萨列夫公式底板突水危险性分析与评价

为了研究煤层底板突水危险,以刘桥二矿带压开采为例,根据矿区地质及水文地质资料,在分析煤层底板破坏深度及承压水导高带高度的基础上,计算出底板有效隔水层厚度,采用考虑矿压影响的斯列萨列夫公式计算出工作面底板安全厚度,并建立工作面底板突水预测模型,利用底板突水阈值和GIS技术对矿区底板突水危险性进行预测分区,为煤矿的安全合理开采提供科学依据。     

天安煤矿5404工作面带压开采安全性综合评价研究

山西阳煤集团天安煤矿5#煤层开采受到底板奥灰水的威胁,为准确掌握5404工作面带压开采的安全性,通过现场勘察、数值模拟及理论分析计算等方法,研究分析回采动压和底板承压水压力联合作用下煤层底板岩层的塑性破坏深度,得知工作面回采期间底板破坏深度为15m,通过井下水文孔探查得知底板隔水层的厚度及岩性,分析计算结果表明底板隔水性能较好,采用突水系数法计算结果表明,天安煤矿5#煤层5404工作面能够进行安全带压开采。