断层采动活化对导水裂隙带高度影响的模拟实验研究

通过物理模拟研究了断层采动活化对导水裂隙带高度的影响,实验结果表明:断层断至层位在正常导水裂隙带范围内,断层活化对导水裂隙带高度没有影响;断层断至层位在正常导水裂隙带范围之外,受断层切割的关键层因断层活化而失去控制作用,导水裂隙带将发育到上一层关键层的底部;断层断至层位高度相同时,导水裂隙带发育高度相同,但此时工作面推进方向与断层面倾向的位置关系对导水裂隙发育速度有一定影响。     

综放开采过断层顶板破坏规律数值模拟

通过数值模拟断层影响下不同推进方向厚煤层综放开采引起的项板破坏情况,得出了综放开采过断层时顶板破坏规律.模拟结果表明,无断层时.导水裂隙带高度形态为"马鞍"型,在靠近停采线的位置导水裂隙带高度最大;断层存在时,导水裂隙带高度比无断层时明显增大.是无断层时的150%～175%;当工作面推进方向与断层倾向相同时,靠近断层面时导水裂隙带高度达到最大;当工作面推进方向与断层倾向相反时,过断层40 m处导水裂隙带高度达到最大.     

葛亭煤矿断层活化导水数值模拟研究

针对不导水断层在采动条件下发生活化导水的现象,根据裂隙介质水动力学和弹性力学理论进行分析,当断层原始导升带附近水压大于裂隙法向应力时,原本闭合的裂隙张开,或者被充填物充填的裂隙张开度变大,从而使充填物被水冲走,断层导水性增强,直至突水。应用离散元软件UDEC建立了3种断层活化模型,结合现场注水试验和工作面实际开采情况进行研究,结果表明:断层原始导升带附近水压大于裂隙(主要指与围岩最小主应力方向垂直的裂隙)法向应力是断层活化导水的必要非充分条件。     

煤层采动围岩破坏及断层活化特征分析

通过收集整理东滩煤矿一采区断层水文地质资料,采用FLAC~(3D)数值模拟软件对一采区F_2断层围岩采动破坏进行模拟研究,并对断层活化特征及导水裂隙带发育规律进行分析。结果表明,煤层开采时断层影响围岩破坏,且对顶板的破坏程度大于底板;不同的开挖步距影响断层活化,开挖步距为10和20 m时出现断层活化位置相同,开挖步距为20和40 m时断层活化加剧的位置相同;开采工作面距断层带越近,导水裂隙带发育高度越大,开采至断层带时达到最大值140 m,过断层后出现回落;由于3煤上覆隔水层厚度远大于导水裂隙带高度最大值,故无需专门留设防水安全煤柱。     

采场小断层对导水裂隙高度的影响

采用相似模拟实验对采场小断层（落差小于5 m）区域覆岩破断规律和断层构造裂隙的演化过程进行了研究,得出了采场小断层对导水裂隙高度的影响规律.工作面由下盘向上盘推进至正断层面附近时,下盘岩块回转导致煤壁前上方的断层面挤压闭合,煤壁后上方的断层面则处于张开状态;随工作面推进断层面经历张开-闭合-张开-闭合的过程,断层面导水裂隙高度比上、下盘竖向采动导水裂隙高度分别增大40%和61%.工作面由上盘向下盘过逆断层时,主要控制上盘岩层对支架的压力和推力;工作面进入下盘后顶板周期破断距变小,来压频繁;上盘主要表现为沿断层面的滑移;断层面导水裂隙高度与两盘岩层导水裂隙高度基本相等.     

数值模拟断层对导水裂隙带发育特征影响研究

采用数值模拟方法建立了二维模型分别对有无断层和不同倾角断层对导水裂隙带高度发育的影响进行模拟分析,同时结合岩体力学和弹塑性力学知识,对导水裂隙带的发育规律和特征进行了理论分析,得出了在无断层的条件下,煤层开采后的导水裂隙带分布呈对称的两头高中间低的"马鞍型",有断层条件下对导水裂隙带高度的发育影响,不论倾角大小,均是使裂隙带高度增加,断层为小倾角逆断层时,导水裂隙带形态较无断层时有较大差别的主要结论。     

浅埋厚煤层工作面导水裂隙带发育高度研究

为了确定浅埋厚煤层工作面导水裂隙带的发育规律及高度,以寸草塔二矿31204工作面为工程背景,运用相似模拟试验对导水裂隙带的发育规律和高度进行了预测,运用井下分段注水和钻孔电视相结合的监测方法对导水裂隙带的发育高度进行综合确定。研究结果表明:导水裂隙带的发育随工作面开采呈动态发展,随工作面开采导水裂隙带高度增加,相似模拟试验确定导水裂隙带高度为49.7m,井下分段注水法与钻孔电视法现场监测得到的结果分别为53.0m和48.8m,最终确定导水裂隙带高度在48.8～53.0m之间。     

回采面导水裂隙带发育高度与富水性探测分析

为保障3203工作面在回采过程中不出现突水现象,根据工作面地质条件,采用理论分析与数值模拟相结合的方式,进行工作面区域导水裂隙带高度的分析,另外采用瞬变电磁的探测方法进行顶板导水裂隙富水性的探测分析作业。结果表明:3203工作面在正常区域回采时,导水裂隙带的发育高度约在52.6～60 m的范围内,在通过F_1断层区域时,导水裂隙带的最大发育高度为95 m;工作面顶板0～30 m范围,富水性较弱,顶板40～70 m的范围内,裂隙较为发育,该区域富水性较强。     

下伏煤层开采导水断层防水煤柱留设宽度研究

基于长春兴煤矿601工作面上覆采空区与导水断层的地质条件,利用经验公式和理论分析确定了导水裂隙带发育最大高度和保护煤柱宽度范围。采用CDEM模拟软件建立下伏采煤工作面与断层相耦合的数值模型,模拟不同宽度保护煤柱工况下煤层开采对断层和上覆采空区岩层裂隙发育的影响规律。模拟结果表明,40 m保护煤柱条件下,601工作面煤层开采会显著影响断层和上覆采空区的导水裂隙发育;50 m保护煤柱条件下,601工作面煤层开采对上覆采空区裂隙发育产生影响,对断层无影响;60 m保护煤柱条件下,601工作面煤层开采对上覆采空区和断层区域的导水裂隙带发育均无影响。     

彬长矿区煤层开采导水裂隙带高度探测及计算

针对彬长矿区煤层开采顶板导水裂隙带发育规律复杂,导致矿井水害影响评价难度大的问题,通过分析典型工作面的涌水情况,对比不同开采参数下工作面涌水差异特征,初步得出不同工作面长度对导水裂隙带的差异性影响;以现场实践为指导,提出“采前背景条件探查、采中水位动态监测、采后综合测试”的煤层开采全过程导水裂隙带高度综合实测方法;基于矿区内大量导水裂隙带高度实测结果,分析得出彬长矿区导水裂隙带发育规律呈现明显的工作面长度控制效应,采长175～240 m时导水裂隙带发育高度较大,采长80～151 m时导水裂隙带高度相对较小,在同一工作面长度控制下,导水裂隙带高度随采高呈非线性增长的规律;根据导水裂隙带高度变化规律,采用非线性回归分析方法,分别拟合出2种开采参数下导水裂隙带高度计算经验公式,并分析了公式的适用范围;采用推导的经验公式对区域内新开采工作面影响白垩系洛河组含水层程度进行分析,结果表明所得经验公式可以较好地评价工作面受洛河组含水层充水的影响程度,与《煤矿防治水手册》推荐的经验公式相比其计算精度明显增加。研究成果可对彬长矿区和周边相似条件矿井导水裂隙带高度的确定提供较好的参考,同时丰富了我国西部侏...     

雅店煤矿4号煤层开采导水裂隙带高度研究

为研究雅店煤矿4号煤层开采导水裂隙带发育高度,首先采用UDEC数值模拟方法分析了煤层开采后覆岩破坏规律、应力分布规律和导水裂隙带发育高度;其次采用理论计算方法和工程类比法确定4号煤层47个钻孔的导水裂隙带高度,并根据现场钻孔实测数据,对比得出导水裂隙带突破煤层上方洛河组含水层(K1l)的范围及深度;最后综合考虑数值模拟、理论计算、工程类比和现场实测结果,得出4号煤层导水裂隙带平均高度为205~214 m,最大裂采比为20。研究结果表明：4号煤层开采覆岩导水裂隙带大部分已突破洛河组含水层底界,矿井正常生产时应采取有效措施确保安全开采。     

基于并行电阻率法的导水裂隙带适时探测技术研究

煤层开采后上覆岩层破坏的最大导水裂隙带高度是合理留设防水煤柱、确保煤矿企业安全生产的重要参数。目前,常用的探测方法主要有冲洗液法、注水实验法、电阻率法、地震勘探法等。但是,上述方法由于数据采集速度和数据采集数量的限制,往往难以探测到导水裂隙带高度的最大值。将基于二极电阻率法的并行网络电法监测系统应用于导水裂隙带高度探测中,可以适时探测到导水裂隙带的发展过程,较准确地探测到其发展的最大高度。目前,该技术已广泛应用于矿井回采工作面导水裂隙带高度探测的工程实践中。     

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。     

覆岩破坏充分采动程度定义及判别

随着煤层开采深度的逐年增加,非充分采动工作面越来越多。导水裂缝带高度是实现保水开采的关键参数,但非充分采动工作面开采条件下导水裂缝带高度小于充分采动工作面。为进一步研究其原因,采用理论分析、相似模拟、数值模拟等方法研究了导水裂缝带高度影响因素的敏感性及其与工作面尺寸的关系,提出了覆岩破坏充分采动程度的定义及判别方法。结果表明:工作面尺寸对导水裂缝带高度的影响仅次于开采厚度。当工作面尺寸较小时,覆岩破坏不发育;当工作面尺寸增加到一定值时,覆岩破坏仅形成垮落带;当工作面尺寸继续增加时,覆岩破坏形成裂缝带且导水裂缝带高度随着工作面尺寸的增加而增加;当导水裂缝带高度发育至最大值后,导水裂缝带高度不再随工作面尺寸的增加而增加。覆岩破坏过程中仅形成垮落带的阶段定义为覆岩破坏的极不充分采动(即覆岩极不充分破坏);覆岩破坏过程中形成裂缝带且导水裂缝带高度随工作面尺寸增加而增加的阶段定义为覆岩破坏的非充分采动(即覆岩非充分破坏);导水裂缝带高度达到最大值且不再随工作面尺寸增加而增加的阶段定义为覆岩破坏的充分采动(即覆岩充分破坏)。导水裂缝带高度刚达到最大值时的工作面尺寸为工作面临界尺寸。当工作面尺寸小于工作面临界尺寸时,覆岩破坏为非充分采动;当工作面尺寸大于工作面临界尺寸时,覆岩破坏为充分采动。覆岩破坏充分采动程度的主要影响因素有工作面尺寸、开采厚度、开采深度、覆岩力学性质、覆岩结构特征和覆岩破断角。     

半胶结中低强度围岩导水裂缝带发育特征研究

为获得半胶结中低强度围岩条件下巨厚浅埋煤层开采导水裂缝带高度及发育特征,以榆神矿区金鸡滩煤矿101工作面与转龙湾煤矿23103工作面为例,分别采用地面钻孔探测(岩芯工程地质编录、冲洗液漏失量观测及钻孔电视系统)与井下探测(钻孔双端封堵测漏法)对采空区上覆岩层导水裂缝带高度及形态进行了现场探查,采用相似材料模拟和数值模拟对不同开采煤层厚度的导水裂缝带演化规律及发育高度进行了研究。根据现场实测和模拟结果,结合其他相似条件的矿井实测数据,对导水裂缝带发育高度与煤层采厚的关系进行了拟合分析。研究表明：大跨度工作面导水裂缝带发育高度与煤层采厚为二项式关系,随采厚增加,导水裂缝带高度增大,但增大趋势变缓;导水裂缝带发育形态为平顶拱形,在工作面推进距离与工作面斜长近于相等时,“裂隙拱”在垂向上不再扩展,此时导水裂缝带高度达到最大。     

导水裂隙带的影响因素研究与高度预计

分析导水裂隙带发育高度的影响因素,并提出新的参数即硬岩岩性比例系数,代替顶板岩层单轴抗压强度,避免了现行规范中坚硬、中硬、软弱、极软弱顶板类型划分时单轴抗压强度统计不确定问题,及未反映顶板软硬岩层组合结构问题。以导水裂隙带实测数据为基础,利用回归分析方法分析导水裂隙带高度与各影响因素间的相关关系,通过多元回归分析得到导高与多因素之间的统计关系式,并用于兖矿巨野赵楼矿首采面的导水裂隙带高度预计,为顶板水害预测和防治提供了科学依据。     

峰峰矿区九龙矿水库下采煤安全性分析

以九龙矿南五采区地质采矿条件为例,根据岩层移动理论,计算确定了该矿断层条件下煤层群(2,3,4号)开采覆岩导水裂缝带高度为62.4 m,防水安全煤岩柱高度为70.0 m;分析了陷落柱和库区钻孔的封堵状况对导水性的影响。采用概率积分法和Kriging插值法,预测确定了东武仕水库下采煤地表淹没线分布,分析了淹没线变化对附近村庄的影响和安全性。参照该矿-600 m以浅水体下采煤实践,综合确认九龙矿东武仕水库下采煤具有可行性,通过水文观测和适当的防范措施,可以实现该矿水库下安全开采。     

综采导水裂隙带多因素影响指标研究与高度预计

在分析了导水裂隙带发育高度受多种因素影响的前提下,提出了新的参数指标即硬岩岩性比例系数,代替顶板岩层单轴抗压强度,避免了现行规范中坚硬、中硬、软弱、极软弱顶板类型划分时单轴抗压强度统计不确定问题,以及未反映顶板软硬岩层组合结构问题。以39例综采导水裂隙带实测数据为基础,采用多元回归分析,得到综采导水裂隙带高度与煤层采高、硬岩岩性系数、工作面斜长、采深、开采推进速度多因素之间的非线性统计关系式,并用于淮南谢桥矿首采面的导水裂隙带高度预计。     

深埋特厚煤层综放开采覆岩导水裂缝带发育特征

以大佛寺煤矿为试验矿井,采用钻孔电视系统和钻孔简易水文观测法,探测深埋特厚煤层综放开采顶板导水裂缝带发育高度,并对导水裂缝带演化特征进行相似模拟和数值模拟试验研究。研究分析表明:大佛寺煤矿深埋特厚煤层综放开采顶板导水裂缝带发育高度为170.80~192.12 m;裂缝带区域内,裂隙数量自上而下逐渐增多,近煤层区域裂隙异常发育;钻孔砂岩区域,受拉伸作用,形成了纵横交错的裂隙,裂隙尺寸、角度较大;工作面回采距离与顶板导水缝隙带发育高度曲线呈"台阶"型。     

微震监测结果在矿图上的定位合成及应用

基于微地震监测工程,研究了将监测结果在矿图上合成的方法,并以监测实例为基础,介绍了微地震定位结果在矿图上的合成和应用方法,做出了微地震事件在工作面推进方向上的投影和在沿倾向、走向剖面上的投影图.在此基础上,研究了采场覆岩空间结构、断层活化、超前支承压力分布规律、工作面导水裂隙带发育高度与微地震事件分布的关系.结果表明：合成图简洁直观地展示了监测结果,可以在采矿工程中广泛应用.