照金煤矿泥砂溃涌灾害形成及防治

针对煤层顶板溃水溃砂灾害,其形成条件多为浅埋薄基岩煤层赋存,当冒落带波及到基岩上覆含水的第四系松散砂层含水层时,在高水压动力条件下水砂一起溃入井下开采空间。根据照金煤矿“4·25”事故发生条件与对普遍认识的“溃水溃砂”灾害完全不同,该事故发生在煤层深埋条件下,溃入井下的物质以泥岩类为主,总体涌水量有限。根据区域及矿井水文地质条件分析,煤层直接顶地层富水性极弱,天然状态下不存在发生该类型灾害性事故的水动力条件。综合现有研究成果,尚未有专门针对深埋煤层综放开采顶板泥砂溃涌灾害形成机理的研究。内蒙古、东北少数矿井曾发生深埋条件下的溃水溃砂事故,但其溃出物质仍以松散流砂为主,是由胶结不良地质体造成,与本次表象和机理均不相同,相应的防治措施则不同。     

厚覆基岩下煤层开采突水溃砂机理研究

为了揭示较厚上覆基岩煤层开采顶板突水溃砂灾害的形成机理,以照金煤矿突水溃砂事故为例,结合最新补勘地质资料,从导水通道、充水水源、物源、储水空间、动力源和地质构造等多方面对该类型灾害机制进行综合分析。研究结果表明:在采动条件影响下,富水性弱～中等的洛河组含水层也可能发生破坏极大的水害事故;较厚上覆基岩煤层开采顶板突水溃砂的发生并非单一因素造成,而是由多个因素相互作用最终造成水砂混合流运移和突溃的现象;照金矿202工作面综放开采产生的导水裂隙带导通洛河组含水层,水进入宜君组与直罗组之间的离层空腔,随着积水量增加,渗入煤系含水层和古河床相松散体中形成似泥石流体,并会沿工作面切落形成的集中通道瞬间溃入工作面,导致煤层顶板上覆较厚基岩发生突水溃砂。     

深埋煤层开采顶板泥砂溃涌灾害形成机理

深埋煤层开采采场顶板泥砂溃涌灾害是近年来侏罗系煤田发生的一种新型水害类型。以黄陇煤田照金煤矿ZF202工作面发生的泥砂溃涌灾害为背景,采用理论分析、现场探查、实验测试以及数值模拟等手段,分析黄陇煤田泥砂溃涌灾害发生的水源、物源和动力源基础,揭示侏罗系煤田深埋煤层泥砂溃涌灾害的形成机理。研究表明,照金煤矿深埋煤层采场泥砂溃涌灾害发生的主要原因在于煤层顶板侏罗系厚层胶结不良泥岩地层,在白垩系洛河组含水层充水影响下,泥岩地层迅速泥化崩解,从而造成工作面基本顶滑落失稳,发生压架切顶,崩解的松散泥岩层沿切顶通道集中溃入井下采掘空间造成灾害。研究成果为揭示深埋煤层的泥砂溃涌灾害具有重要意义,对后续区域内该类灾害危险评价与防治技术提供依据。     

浅埋煤层工作面顶板溃水机理及防控体系研究

浅埋煤层开采期间,覆岩导水裂缝带极易沟通煤层顶板上部全部含水层,引发工作面溃水灾害的发生。因此,在分析顶板溃水产生机理及形成条件的基础上,根据工作面开采顺序对首采工作面、次采工作面提出了相应的配套涌水量预计方法,可为工作面排水系统能力设计及设防能力确定提供理论依据;同时,针对浅埋煤层顶板发生溃水灾害的特点,提出了针对性的灾害防控体系。     

宁东矿区复杂难采煤层工作面初采阶段工程实践

复杂难采煤层工作面初采阶段煤岩体灾变过程是朝着不利于采场稳定性方向演化的过程,存在断层活化、煤壁片帮、顶板断裂和溃水溃沙等灾变现象.宁东矿区各矿井面临的开采环境日趋复杂,存在高温、埋深大、倾角大、地应力集中、软岩巷道支护困难、硬岩顶板破断不及时,极大地增加了开采难度.大倾角仰斜开采工作面,采场稳定性是决定安全开采的关键...     

松散砂层下煤层开采顶板溃砂的水动力条件分析

基于潜水完整井非稳定流理论及砂土体渗透运移临界水力梯度作用机理,分析了松散含水砂层下浅埋煤层开采过程中顶板涌水水流动力场特征,并按砂体运移溃入工作面的启动、发展及终止三步探讨潜水水动力条件的作用机理。提出了浅埋煤层开采过程中上覆松散潜水含水砂层涌水溃砂形成的临界水头及其计算公式。并以神府矿区柠条塔煤矿S1103潜埋工作面为例,计算得出该工作面上覆松散潜水含水砂层形成溃砂的临界水头高度为1.92 m,为该工作面顶板溃砂防治提供理论依据。     

冲积层高水压含水体下工作面突水溃砂机理分析

冲积层砂砾含水层导致的工作面的突水溃砂事故，对人员安全和设备有重大威胁。赵固一矿大多数薄基岩工作面在留设防砂安全煤(岩)柱的条件下可实现安全开采，但在特殊水文地质条件下仍有工作面发生突水溃砂事故。在分析归纳多起突水溃砂事故的基础上，总结了防砂煤（岩）柱失稳的主要类型，认识了特殊水文地质条件下事故的形成原因，查明了突水溃砂的形成机理。研究结果表明：工作面出现压架事故，顶板岩层持续抽冒造成超限开采，导水裂缝带波及砂砾高水压“天窗区”是致灾的关键因素。建议采取加强顶板管理，论证支架支承力适用性，适当留设保护煤柱，加强冲积层探测，针对性调整采动影响等预防技术措施。研究结果对我国类似条件的工作面安全开采具有借鉴价值。     

任楼煤矿提高回采上限首采面突水溃砂原因分析

针对任楼煤矿首个提高回采上限工作面回采过程中发生的突水、溃砂事故,从覆岩结构、矿压显现、支架阻力等角度,对突水溃砂的原因进行了分析。结果表明,风巷顶板破坏并沿巷帮发生失稳导致顶板侧向支承结构消失,周期来压期间覆岩整体破断时支架阻力不足、支护不及时而导致覆岩砌体梁结构失稳、端面漏冒加剧,进而造成严重突水溃砂。在后期的复采过程中,提高支架阻力、修复变形严重的风巷、改变巷道支护形式、完善排水系统以及加强工作面支护管理是防范突水溃砂的主要手段。     

薄基岩区顶板高水压工作面安全开采技术应用研究

霍州煤电集团店坪煤矿5#煤层工作面的开采受到突水溃砂的严重威胁,为保证即将进入采掘阶段的5-211工作面的安全回采,通过理论分析、计算及数值模拟等方法,得知影响防砂安全煤(岩)柱稳定性的因素主要有采煤工作面上覆岩层破坏情况及顶板高压水的影响,设计采用探放孔对顶板高压水进行超前疏放,在基岩变薄区域采用限高开采技术(采高2.2m)进行开采,现场应用效果表明,该方法成功的防止了工作面顶板突水溃砂事故的发生,实现了工作面的安全高效回采。     

采场顶板离层水"静水压涌突水"机理及防治

分析了采场顶板离层水涌突水实例,在此基础上分析了离层水形成的基本条件,总结提出了离层水"静水压涌突水"的离层水涌突水类型,探讨了采场顶板离层水"静水压涌突水"的形成机理.采场顶板离层水"静水压涌突水"的主要诱导因素为离层水的静水压力,判别关键是确定采场顶板离层水的静水压力及其可突破的相对隔水层厚度.可通过破坏离层的"封...     

浅埋煤层高强度开采覆岩(土)破坏演化及溃沙控制技术

随着我国煤炭资源的大规模和高效开采,薄基岩浅埋深的矿区常发生切冒、抽冒、台阶下沉,造成水资源和环境破坏严重。但是,赋存于萨拉乌苏组含水层下伏的连续黏土层的存在,使得基岩及其黏土隔水层组合结构下采动破坏规律不同于传统的基岩岩层,这将为防治矿井突水和实现保水采煤提供了条件。论文采用数值模拟和理论分析的方法,模拟了“黏土隔水层-基岩风化带-基岩”结构特征下不同黏土层与基岩厚度条件下覆岩(土)裂隙发育、顶板破断运动的基本特征,获得了浅埋深条件下采动覆岩(土)的破坏变异规律与发育高度,分析了溃沙的致灾因素和预测判据,并据此提出防治突水溃砂的技术手段。研究结果表明：浅埋煤层“沙土基型”覆岩(土)结构条件下,由于不同基岩与土层厚度的控制作用,使得覆岩(土)破坏发育高度和特征产生变异;水砂源、通道、动力源和空间是近松散含水层溃砂的主要致灾因素,并提出了预测溃沙发生的判据;可通过防止顶板切冒、含水砂层水头压力疏降、局部注浆固沙和合理留设防砂(塌)煤岩柱等技术控制浅埋煤层溃砂灾害发生。     

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。     

煤矿突水行为研究系列试验装置研发及应用

随着煤矿开采深度和强度的不断提高,矿井面临底板突水、顶板突水和构造突水等多方面的挑战,针对不同类型突水机理及灾变模式利用现场监测等手段难以进行研究,因此采用实验室物理模拟试验手段成为解决研究此类复杂问题的关键。针对该问题,山东科技大学自主研发了采动煤层底板突水相似模拟试验系统、采动顶板涌水溃砂模拟试验系统、岩石应力渗流耦合真三轴试验系统等一系列试验设备,建立了突水行为研究实验室,利用物理试验实现了对矿井突水问题的探讨。系统实现了模拟高水压和高应力作用下的底板岩体破裂演化过程,获得了底板突水致灾演化规律和内在机制;实现了对水岩耦合作用下采动顶板突水溃砂灾变特征分析,透过试验机清晰地展现了煤层开挖后上覆岩层空间形成的结构形态和水砂突涌通道的分布形态;为模拟提供了深部高应力、高水压的加载环境以及独立伺服控制的三维应力,实现了全数字化的数据采集过程,获得了岩体裂隙扩展演化规律和破裂过程的声发射行为。     

鄂尔多斯盆地北部典型顶板水害特征及其防治技术

为了查明鄂尔多斯盆地北部典型顶板水害的形成机理,并提出有针对性的防治措施,在系统分析区域含水层厚度、赋存特征、分布规律、水文地质参数等矿井水文地质条件的基础上,结合鄂尔多斯盆地北部诸多矿井顶板水害发生的特征,得出鄂尔多斯盆地西缘、东缘和北缘具有不同的顶板水害形成条件和特点,最具典型的水害类型分别为离层水害、薄基岩突水溃沙灾害和巨厚砂砾岩含水层顶板水害。研究了含水层沉积特征和水文地质结构,结合不同类型水害的形成要素和水害发生特征,初步查明了典型顶板水害的形成机理,“束状钻孔,靶向探放”是防治离层水害的有效方法,井上下疏放水和注浆改造是防治薄基岩突水溃沙的有效途径,顶板水超前疏放和加强排水系统是巨厚砂砾岩含水层顶板水害防治的主要方法。大量的工程实践资料验证了对水害条件认识的正确性和水害防治方法的有效性。     

煤矿深部开采煤岩动力灾害多尺度分源防控理论与技术架构

煤矿进入深部开采后,煤岩体物性、应力、瓦斯等因素发生显著改变,开采覆岩扰动范围及动静载荷显著增大,矿井群联动致灾效应与大型地质体控制效应显现,冲击地压、煤与瓦斯突出灾害并存甚至相互转化,煤矿深部开采煤岩动力灾害防控已成为当前亟待解决的问题。针对我国煤矿深部煤岩动力灾害孕灾条件复杂且尚不清楚,相互转化机制不清,快速探测手段、科学有效的防控技术与装备缺乏的现状,凝练了深部开采煤岩动力灾害防控的关键科学技术问题,提出了多尺度分源防控深部煤岩动力灾害的思想,确定了深部开采煤岩动力灾害防控技术的攻关方向,构建了煤矿深部开采煤岩动力灾害多尺度分源防控理论与技术架构,最终将形成我国煤矿深部开采煤岩动力灾害多尺度分源防控理论与技术体系,为我国煤矿深部开采冲击地压、煤与瓦斯突出和复合煤岩动力灾害有效防控提供理论支撑和技术途径。     

鄂尔多斯深部矿区冲击地压防治思考

根据国家能源西进战略,鄂尔多斯矿区近年来新建了部分深部矿井,由于缺乏深部开采经验,其在矿井建设阶段未充分考虑冲击地压因素,导致矿井在开采过程中面临冲击地压灾害.通过对鄂尔多斯深部矿区冲击地压显现现场调研,分析了其冲击地压影响因素,提出了鄂尔多斯深部矿区冲击地压研究方向.鄂尔多斯深部矿区受开采深度、煤岩冲击倾向性、顶板特...     

工作面顶板灾害类型、监测与防治技术体系

长期以来顶板灾害在我国煤矿灾害事故中发生起数和死亡人数始终占据首位,是困扰煤矿安全生产的主要难题。笔者开展了顶板岩性、矿压显现特征和顶板灾害案例统计分析,结果表明:我国回采工作面顶板灾害主要表现为片帮冒顶、顶板大面积突然垮落和大面积切顶压架3种类型。系统分析了各类型顶板灾害的发生特点及致灾原因:片帮冒顶多发生于松软煤岩体,采煤方法不合理及管理不当的工作面;顶板大面积突然垮落一般为坚硬顶板大面积悬顶、瞬时垮落所致;大面积切顶压架主要发生在薄基岩浅埋深工作面或顶板累积下沉量大引起顶板在煤壁处断裂的工作面。针对我国顶板灾害监测与防治,建立了工作面顶板灾害全景监测预警技术架构,即采用微震监测系统监测远场顶板活动,采用矿压监测系统监测近场顶板运动,采用三维激光扫描技术监测煤壁片帮时空演化,通过监测数据系统分析,动态掌握采场围岩的活动规律和支架工况,实现顶板灾害监测预警。提出了工作面开采全过程的顶板灾害综合防治技术体系,在工作面开采前确定合理采煤方法,合理工作面布置方式,科学开采参数及优化设备选型配套,这是防治顶板灾害的核心技术;在开采过程中保持支架良好的工况辅以顶板弱化技术,进而实现工作面顶板灾害防治。     

弱胶结砂砾岩含水层下安全开采水害防治技术研究

为了解决煤层开采顶板弱胶结砂砾岩含水层带来的水害威胁问题，提出了“综合探查、提前疏放、采前评价”的综合防治技术体系，并对新疆某矿21105工作面进行了综合防治研究。研究结果表明，21105工作面疏放水效果明显，但仍存在溃水溃砂风险区，且排水系统薄弱，从防治水角度暂不具备回采条件。     

水压作用下防砂安全煤岩柱失稳机理及留设方法

针对厚松散含水层、薄基岩等特殊地质条件下楔形区工作面防砂安全煤岩柱失稳溃砂的问题,以赵固一矿11071工作面突水溃砂灾害为例,结合地质钻孔资料,建立了楔形保水压采动溃砂地质模型。通过黏土液塑限试验,风化带岩石干燥饱和吸水率和崩解试验,得出了底黏及风化带泥类岩具有良好的隔水性能,可形成楔形保水压结构。并在此基础上,通过水压作用下风化带泥类岩采动裂隙扩展试验研究了受采动损伤的煤岩柱保护层在水压作用下失稳的内在致灾机理。结果表明：在高水压的作用下,风化带泥类岩采动裂隙扩展为管道,防砂煤岩柱保护层的阻砂性能失效;考虑煤岩柱保护层的损伤厚度,提出了水压作用下防砂安全煤岩柱的留设方法,并在11191工作面进行了工程应用,取得了预期效果。研究成果补充完善了我国防砂安全煤岩柱的留设方法,可减少煤矿溃砂事故。