承压水上开采底板破坏机理研究

为研究承压水上开采底板破坏机理,将开采底板简化为矩形薄板、四边固定且上部承受均布载荷作用的力学分析模型。运用弹性力学薄板理论,分析底板的变形、受力特点,推导出了计算底鼓的表达式,得到最大底鼓量以及最大应力位置,最大底鼓量与底板岩体的弹性模量、底板的厚度、底板岩体的泊松比、底板长度、底板宽度以及底板岩体的密度相关。根据底板岩层的极限应力强度,从而可以判断底板是否破坏,得到薄板将在长边中点处开始发生破坏,同时根据弹性力学薄板理论得到主弯矩的大小和方向,从而为底板破坏的治理措施提供理论依据。应用数学分析软件MATLAB绘制底板变形量、水平应力以及剪应力三维立体分布图,并得到底板破坏区域及形式。     

承压水上带压开采底板突水相似模拟试验研究

采用自制改进的二维相似模拟试验台,研究带压开采时煤层底板的突水机理从而确定底板的突水位置。运用水袋铺设在煤层底板下代表承压水层,通过液压千斤顶在水袋上作用一个力使水袋均布受压,从而模拟带压开采时的底板突水,通过相似模拟试验研究,首先论证了在底板承压水和采动影响的共同作用下导致底板突水;其次还发现突水位置一般位于采空区中部的薄弱处。     

承压水上开采底板突水机理研究

根据Hoek-Brown经验准则修正公式,估算出底板不同深度岩体扰动系数D和地质强度指数GSI的值,判断底板的破坏程度。结合孙疃矿1028工作面现场观测资料,对距煤层5 m处底板垂直应力分量进行算例分析,理论计算得出底板的应力分布。为进一步验证算例分析的可行性,运用FLAC3D软件对孙疃矿1028工作面进行数值模拟,在同等条件下,两者底板应力分布相吻合。并模拟不同开挖步距对底板应力及位移的影响,进一步分析研究承压水上开采底板运移破坏机理及突水规律。     

承压水上含隐伏构造底板突水机理研究

以昌恒煤矿9102工作面实际地质资料为基础,借助数值模拟与现场测试等手段,从底板应力分布特征与塑性区发育特征两方面分析了该工作面下隐伏构造对工作面推采的影响。研究结果表明：陷落柱等地质构造的存在,使得工作面回采时在地质构造前出现应力集中现象|工作面回采引发的底板岩体破坏形式主要以剪切破坏为主,且塑性区与陷落柱顶部靠近工作面一侧边界塑性区首先连通形成突水通道,进而引起底板突水|利用底板应变计监测工作面回采引发的煤层底板破坏情况,最终得出工作面回采引发的含隐伏构造底板的破坏深度与经验及理论公式的计算结果能保持一致,验证了现场测试方法的可行性及科学性,为承压水上底板含隐伏构造煤层的安全生产提供借鉴。     

承压水上开采工作面底板突水预测

根据地质条件对下组煤的底板破坏深度进行了理论计算并在此基础上运用突水系数法对底板突水情况进行了分析;应用离散元数值软件UDEC模拟了在薄煤层群采动应力和水压联合作用下底板的破坏规律和裂隙演化规律,得出底板破坏深度将达到41 m,底板突水可能性较大,应加强底板防治水工作。     

完整底板突水机理研究

为研究完整型底板突水机理,文章理论分析了突水事故发生的三大要素,即水源、水压、突水通道,分析了采动突水通道形成的发展规律及突水灾害实现的条件。对演马庄矿12121采煤工作面突水事故时空特点进行了分析,分析认为:12121采煤工作面突水事故在时间上,恰逢直接顶初次来压(工作面推进31 m)前夕;空间上,突水点位于煤壁附近,靠近回风巷位置。其原因是,直接顶来压前夕,支承压力峰值较大,对底板岩体的破坏作用较大,而靠近回风巷位置为应力叠加区域,支承压力峰值最高。在强大的矿山压力和水压作用下,底板破坏带和承压水导升带沟通,高水压通过底板裂隙涌入工作面,产生突水。     

杨村煤矿底板突水预测

1 煤层底板水文地质条件 1.1含水层特征 煤层下伏含水层十四灰、奥灰是底板突水主要水源.十四灰厚0.43～16.97m平均6.5m,单位涌水量0.000316～0.180L/s.m,水头压力为1.2～3.0MPa,含水性弱到中等,一般不会造成大的突水事故.奥灰井田外最大厚度750m,距顶界面50m以下的半晶质石灰岩含水性较强,井田内单位涌水量0.0096～1.213L/s.m,水头压力为1.8～3.80MPa,属裂隙溶洞承压水,水量丰富,是主要突水水源.     

煤层底板承压含水层上安全开采技术研究

基于我国华北煤电煤层底板太灰含水层富水性具有明显的差异性,在特定条件下可作为隔水层,为了准确确定底板隔水层厚度,预测底板突水危险性,结合新义煤矿首采区二1煤底板实际情况,运用物探、钻探等手段对其灰岩富水性进行探查分析。结果表明:该矿首采区底板灰岩可作为隔水层,从而将底板隔水层平均厚度增加至54 m左右,运用突水系数法评价得出首采区大部分区域的突水系数均小于正常块段临界突水系数0.1 MPa/m,在前期底板注浆加固基础上可以实现安全带压开采。     

承压水上采煤底板突水危险性预测分析

基于渗流-应力耦合理论,建立流-固耦合数学模型;通过多物理场全耦合分析软件Comsol Multiphysics对某矿3302工作面进行了数值模拟,研究煤层底板应力和底板所承受水压力情况,从而确定底板突水危险性。     

深部煤层底板突水机理及防治技术研究

针对协庄煤矿十三煤层开采易受底板承压水威胁的问题,首先根据矿井的水文地质条件,从理论上分析了煤层底板突水的机理;然后由现场观测、经验公式法计算的方法得到十三煤层底板岩体的破坏深度为19.76 m。使用FIAC软件,在有无承压水的情况下分别对长度为40~200 m的工作面进行模拟,取得破坏的深度和范围。最后在此基础上提出了以工作面斜长40 m的条带开采为主,辅以必要的帷幕注浆的防治水技术,使十三煤层的突水系数控制在0.057~0.104 MPa/m,表明该方案有效防止了底板突水。     

Mechanism of water-inrush from fault induced by mining near the working face

Adopted the fractal tree-like failure model, and established the renormalization group transform function of fractured fault, and investigated the mechanism of water-inrush from fault, and found out the critical probability of water-inrush from fault caused by fault fracture. The results indicate： when the failure rate P is less than the critical failure rate Pc=0.206 3, the failure of the system is just partial. When P is more than the critical failure rate Pc=0.206 3, the random distributed crannies concentrate to certain domain of attraction （such as the maximum shear stress face in the fault） gradually. The process will continue until the crannies run-through, forming conductivity channel, and cause water-inrush from fault.     

深部煤巷围岩强化控制在谢桥矿的应用

 摘要：随着煤矿进入深部开采,煤层巷道围岩稳定性控制越来越受到重视。本文提出了深部煤巷围岩的强化控制思路,其核心是 “三高”锚杆支护体系。结合“三高”锚杆并应用FLAC数值模拟成功解决了谢桥矿12418顺槽深部高地压煤层巷道的支护问题。该深部围岩强化控制思路具有极大的推广意义。     

膏体充填综采底板破坏规律与实测研究

针对承压水上煤炭资源安全开采的难题,以河南焦煤集团朱村煤矿承压水上膏体充填开采为工程背景,采用理论计算、数值模拟分析和现场实测的方法,研究了膏体充填开采底板破坏规律及演化特征,并对膏体充填开采底板破坏范围和突水性进行了预测研究,揭示了膏体充填开采控制底板破坏的力学机理。研究表明:煤矿底板破坏深度随采高的增加而逐渐增大,但当增加到一定高度(1.8 m)后,底板破坏深度趋于某一相对稳定值;膏体充填综采可使得底板破坏深度由垮落法开采的12.0 m左右,减小到2.0 m左右,突水系数由0.19~0.56减小到0.08~0.20;实测表明:膏体充填综采完整区域底板最大破坏深度约4 m,断层影响处底板最大破坏深度范围为10.0~12.0 m,膏体充填综采过程中未出现突水灾害。膏体充填综采相当于降低了煤层采高,相对增加了底板隔水层厚度,有效提高矿井开采的安全保障度。     

采场底板倾斜隔水关键层的失稳力学判据

针对承压水上倾斜煤层底板岩层所受载荷的非对称特征,在考虑沿煤层倾斜方向存在一定水压梯度的情况下,依据隔水关键层理论,建立了线性增加水压力作用下的底板倾斜隔水关键层模型。采用弹性薄板理论,分析了倾斜隔水关键层的力学特性,揭示了底板倾斜隔水关键层在其长边中点偏下的位置最容易出现拉伸屈服破坏。最后,采用Griffith和Mohr-Coulomb两种屈服准则,在判断出底板倾斜隔水关键层上最可能发生屈服破坏位置的基础上,推导了基于拉伸和剪切破坏机理的采场底板倾斜隔水关键层的失稳力学判据,并应用于现场倾斜煤层底板隔水关键层的稳定性分析。     

承压水上采煤突水的区域监控理论与方法

在大量现场观测承压水上煤系地层赋存特征及多含水层空间赋存特征分析的基础上 ,提出了承压水上采煤突水监控的区域预测理论与技术 ,编制了可供现场方便使用的菜单界面突水监控软件 ,并已应用于太原市东山煤矿一采区带压开采期间的突水监控     

Numerical simulation of the floor water-inrush in working face influenced by fault structure

Used numerical simulation method to study the floor water-inrush mechanism in working face which was influenced by fault structure, and set up many kinds of models and performs numerical calculation by fully using large finite element soft-ANSYS and element birth-death method. The results show that the more high the underground water pressure, the more big the floor displacement and possibility of water-inrush; the floor which has fault structure is more prone to water-inrush than the floor which not has fault structure, the floor which has multi-groups cracks is more prone to water-inrush than the floor which has single-group cracks. The numerical simulation result forecasts the water-inrush in working face preferably.     

赵家寨煤矿承压水开采底板破坏规律数值模拟研究

结合郑煤赵家寨煤矿＂三软＂薄煤层综采开采的实践,运用数值模拟的方法分析工作面采动对底板水的影响,根据用塑性区范围来表示采动破坏范围的应力和塑性区的判断来说明承压水上开采的规律。     

软岩底板突水机理分析及数值试验

结合煤矿地形特征和煤层赋存条件,通过数理方程确定底板发生破坏的条件,实现对突水通道的初步预测与定位;利用RFPA软件对煤矿软岩底板进行突水机理数值试验研究,进行煤层底板突水路径的应力场、渗流场和声发射演化过程分析,再现底板突水的形成过程,即底板在水压驱动下出现裂纹萌生、扩展以及水压跟踪传递,最后底板隔水层变成导水通道层。研究结果表明：董家河煤矿可通过调控煤层底板突水的条件使之不发生突水事故;该数值计算方法适用于具有类似地质条件的煤矿,可为煤层底板突水机理研究和防范矿井突水事故的发生奠定理论基础和方法指导。     

邻近松散承压含水层开采工作面压架机理与防治

采用实测和实验模拟方法,就松散承压含水层下薄基岩采场压架事故的机理与防治进行了深入研究.结果表明:直接赋存在基岩顶界面上的松散承压含水层的水位在采场压架时迅速下降,证明松散承压含水层下部的基岩是整体破断下沉的.由于松散承压含水层的载荷传递作用,导致薄基岩条件覆岩关键层易产生复合破断,引起基岩的整体破断和砌体梁结构的滑落失稳.这是造成华东矿区部分矿井在邻近松散承压含水层开采时工作面发生压架事故的根本原因.最后提出了松散承压含水层下薄基岩采场压架防治对策.     

覆岩结构对松散承压含水层下采煤压架突水的影响研究

针对松散承压含水层下采煤压架突水灾害问题,采用数值模拟和相似材料模拟手段,就松散承压含水层下采煤基岩厚度、硬岩层层位及硬岩层的不同组合特征等覆岩结构因素对压架突水灾害的影响进行了研究。结果表明:在松散承压含水层载荷传递作用较大的情况下,压架突水灾害的发生主要与覆岩结构有关,当基岩越薄、距离煤层10倍采高以内的顶板中存在巨厚硬岩层且距离煤层最近的硬岩层厚度越大时,覆岩越易发生整体破断,引发工作面压架突水灾害。上述影响规律得到了祁东煤矿7114和7112工作面开采实践的验证。根据压架突水灾害发生的覆岩结构条件,可以在采前对压架突水危险区域进行预测,从而为采场压架突水灾害的防治提供依据。