基于微震信号突变分析的底板断层突水预测

为了探索承压水上底板采动断层活化破坏特征,预防底板断层活化突水,利用微震监测技术对工作面底板采动断层进行了连续动态监测。结果表明：当工作面推进距断层约60 m时,断层就出现活化迹象,且随着工作面的推进,断层活化程度及破坏范围增大;底板断层活化破坏深度达到30.4 m,接近无断层底板破坏深度的2倍,活化破碎的断层带更容易形成导水通道诱发工作面底板突水。基于承压水上采动断层活化破坏特征信号,利用Origin数据处理软件对微震监测的底板断层活化破坏深度数据进行了4次多项式拟合,应用基于突变理论推导的底板采动岩体失稳突水判据对其进行了突变分析。依据分析预测结果,并结合放水孔水量、水温等信息,及时注浆加固了底板断层活化破坏区域,使工作面顺利推过断层区域,实现承压水上断层区域工作面的安全带压开采。     

带压开采首采工作面底板破坏深度研究

为得到离柳矿区柳家庄煤矿8号煤层首采工作面底板破坏发育特征,采用数值模拟及现场实测相结合的方法,研究了80101首采工作面底板破坏裂隙的发育形态及深度、不同工作面宽度条件下的底板破坏深度发育特征;根据压水判别依据,确定了5组底板破坏探测孔裂隙发育深度的实测数据。数值模拟结果表明:未受相邻采场采动应力影响下的首采工作面底板破坏深度发育较小,底板破坏在工作面走向上呈倒马鞍形,即工作面端部两侧底板破坏深度最大,最大破坏带向外侧倾斜为剪切破坏为主;工作面中部底板破坏深度小,以拉张破坏为主;底板破坏深度受工作面宽度影响较大,底板采动破坏深度与工作面宽度呈线性变化。现场实测结果表明,柳家庄煤矿80101首采工作面底板破坏深度为16.32~16.92 m,验证了数值模拟的有效性,同时为离柳矿区下组煤带压开采提供了基础资料。     

采动对含断层煤层底板破坏特征的影响分析

根据济宁梁宝寺煤矿3201下工作面WF62断层地质及水文地质条件,基于FLAC3D数值仿真软件对工作面底板采动破坏进行流固耦合数值模拟,进一步探究先开采上盘煤层后开采下盘煤层时,工作面推进方向对底板采动破坏的影响规律。结果表明:逆着断层倾向推进工作面时,断层带附近岩体的垂直应力集中更为明显,煤层底板采动对底板塑性区的破坏性更大,底板破坏深度较顺着断层倾向推进工作面时大5 m。因此,为了安全开采,先开采上盘煤层后开采下盘煤层时,应当顺着断层倾向推进工作面。     

含断层底板采动效应数值分析——断层倾角对采动效应的影响

根据煤层底板地质特征,建立了含断层底板岩体工程地质力学模型,并运用连续介质快速拉格朗日元法对底板采动效应进行了数值模拟。结果表明:在相同的地质和采矿条件下,断层倾角对底板采动效应有较大影响,当工作面推进至断层时,断层倾角越小,底板采动破坏深度越大,且底板卸荷范围较大;当工作面推过断层,底板卸荷深度随断层倾角增大而增加,底板变形破坏深度也加大;断层存在活化现象。揭示了采场底板断层突水的机制。     

深部奥灰水对L矿7~#煤层顶底板破坏的研究

为了评估逆断层条件下煤矿深部奥陶系高压岩溶水对煤层的危害,运用数值模拟对所选取的L矿13-9号钻孔进行了分析。根据柱状图,建立了一种计算模型,采用RFPA2D模拟了采场推进时煤层顶板和底板的破坏情况,估算了顶板的破坏高度和底板破坏深度。结果表明:开采7#煤层时,随着回采工作面的推进,矿压造成的覆岩破坏没有发展到关键层;顶板的破坏高度逐渐增加,当工作面推进到200 m时,破坏高度大约85 m,小于导水断裂带高度,奥陶系高压岩溶水未能沿F16逆断层面渗流突变溃入采场;随着回采工作面的推进,底板的破坏深度逐渐增大,但没有穿越隔水关键层;当工作面推进到100 m以后,底板的破坏深度不再发生明显的变化,此时底板破坏深度大约14 m。     

采动与隐伏断层双重作用下底板破坏特征

针对工作面底板含隐伏断层条件下底板水害多发的问题,综合数值计算与现场实测2种方法探究底板岩体采动破坏特征。模拟结果得出:底板塑性区范围随工作面推进距离增加而扩大,距底板隐伏断层远场的完整型底板岩体最大破坏深度约为18 m,靠近底板隐伏断层的岩体最大破坏深度约为28 m,隐伏断层活化是促进底板破坏深度增加的积极因子;受隐伏断层存在的影响,底板岩体采动破坏范围呈现出以过隐伏断层顶部竖轴为对称轴的正"八"型破坏形态;钻孔窥视实测得到采动破坏影响范围内呈现出裂缝贯通型"环形"破坏圈的特征,底板采动破坏深度最大值约为29 m。结果表明:受隐伏断层和采动应力影响,底板破坏深度明显增大,且扩展路径沿着隐伏断层顶部斜向下发展,数值模拟与实测结果误差约为3.4%。     

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。     

埠村矿条带开采底板破坏规律分析

针对埠村煤矿911采区首采条带工作面初采阶段发生底板突水的问题,采用数值模拟与现场实测等方法,就工作面宽度对底板破坏深度的影响进行了研究。结果表明:条带采宽为15～20 m时,对应的底板破坏深度均为5～7 m;多个工作面叠加影响后底板破坏最大深度为10m。将采区条带工作面宽度由15 m增至20 m,提高了资源回收率,在保证安全回采的前提下取得了显著的经济效益。     

刘桥一矿663工作面底板破坏深度分析及监测

为了研究刘桥一矿663工作面底板破坏深度,采用了理论计算和钻孔压水试验法.理论公式计算获得工作面底板破坏深度为16.27m,最大破坏深度距工作面端部的水平距离为10.57m,采空区内底板破坏区沿水平方向的最大长度为86.54m;通过钻孔压水试验的三个钻孔测试获得底板破坏深度在16m左右,结合经验公式计算最终确定底板破坏深度为18.88m.该研究成果为其他的工作面底板破坏深度提供了重要的参数依据.     

葛泉矿带压开采下组煤底板破坏深度探测研究

针对葛泉矿底板加固条件下带压开采下组煤的情况,依据采场底板不同深度应变监测值随工作面推进发生的变化情况,分析了葛泉矿首采工作面煤层底板岩体受采动破坏的情况,确定底板破坏深度为12.5 m。     

应变法监测采场底板破坏深度的应用

矿井工作面距突水地点较近给正常生产带来安全隐患,在开采前需获得采场底板破坏深度资料。针对这一问题,采用应变法对煤层底板的破坏深度进行监测,将监测工程布置在开采及地质条件相似的工作面巷道中,新掘倾向于工作面的钻孔,在钻孔中安装应变传感器,根据岩石的极限应变量判别采场底板的破坏深度情况,利用观测结果分析得出采场底板最大破坏深度,评价出10112工作面不存在突水危险。实践表明,评价结论正确,为开采前工作面底板突水评价提供了数据分析依据,也为矿井制定防治水措施提供了重要的技术支撑和参数依据。     

新集二矿1煤层底板破坏深度模拟研究

通过分析新集二矿1煤层水文地质条件,在获取力学参数的基础上,采用数值模拟软件FLAC3D对1煤层底板的破坏深度进行了模拟,结果表明:1煤层底板最大破坏深度为19.17 m;底板最大破坏深度出现在工作面推进30～40 m位置,此处最容易发生突水事故。研究结果对于实现新集二矿1煤层的安全开采,为后期工作面的防治水方案设计以及防治水措施制订提供了科学依据。     

底板采动破坏深度的力学分析和数值仿真研究

针对煤层开采底板突水问题,确定底板采动破坏深度是评价底板突水的重要因素之一。根据某矿7501,7502工作面的采矿地质条件、煤层及顶底板岩层结构和力学性质,运用弹、塑性力学理论和数值模拟研究确定正常底板的采动破坏深度分别为10.28,12m;断层影响的底板采动破坏深度分别为19.73,22m。结果表明,断层影响的底板采动破坏深度约是正常底板的2倍。对比现场实测的底板破坏深度数据,证实所建立的力学解析式和数值计算模型是可行的。     

深部对拉工作面采动底板变形破坏特征模拟

为了探究深部对拉工作面采动煤层底板变形破坏特征,基于城郊煤矿二水平深部完整底板某典型对拉工作面地质和开采条件基础上,进行了地层岩组划分,建立了该工作面开采的工程地质模型。通过三维数值模拟详细分析了充分采动后该面底板不同深度最大竖直应力和塑性区的分布特征,发现了这2个重要参数在底板延深方向均具有较明显的分带性特征,在判断底板破坏深度方面具有较好的一致性,获得了该对拉工作面采动底板破坏深度在27 m左右。     

采动底板裂隙渗流演化规律数值分析

 基于桃园煤矿10煤层的赋存和水文地质条件,采用离散元数值计算,分析了采场底板应力分布、变形和塑性特征,研究了采场底板渗流压力场、流量场分布特征。结果表明：采动影响深度为45m,塑性区深度在工作面底板以下17m,当工作面接近底板奥灰岩含水层,岩体结构较容易破坏失稳,形成渗流通道。现场依据数值计算结果,设计了疏水降压和注浆加固底板控制技术,确保了赋水条件下煤层的安全回采。     

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。     

陈四楼煤矿21109综采工作面底板灰岩水治理技术研究

在水文地质条件相似的情况下,与21109综采工作面临近的21301综采工作面发生了底板灰岩突水事故。通过分析陈四楼煤矿21109综采工作面水文地质条件,实施工作面底板瞬变电磁法勘探探测底板富水异常区,采用底板扰动破坏深度数值模拟及基于BP神经网络的底板扰动破坏深度模型等方法预测了21109综采工作面底板扰动破坏深度,优化设计了底板注浆改造钻孔,杜绝21109综采工作面突水事故的发生,保证了工作面安全生产。     

断层倾角对底板突水影响的数值模拟

为了研究赵家寨煤矿综采工作面断层对底板突水的影响,根据工作面水文地质条件和岩石力学性能等参数,运用岩石破裂过程分析软件RFPA2D-Flow,模拟不同倾角的正断层在采动影响下工作面底板的裂隙变化规律。模拟结果在一定程度上揭示了断层倾角对底板突水的影响规律。模拟结果表明,断层倾角越小,断层越容易活化与突水。     

不同条件下带压开采煤层底板破坏深度研究

为了预防工作面底板突水,保证矿井的安全生产,以梁北煤矿11141工作面为工程背景,采用数值模拟研究了带压开采工作面推进距离、埋深、煤层厚度、断层及断层位置等不同条件对底板破坏深度的影响。研究结果表明,工作面推进距离越大底板破坏深度越大,但推进至60m后,底板破坏深度保持不变趋于稳定;埋深越大底板破坏深度越大,400m埋深增加到800m埋深,每增加200m埋深,增大速度由50%降至12.25%,增大速度逐渐减小;煤层厚度越大,底板的破坏范围越大,对底板的破坏深度无影响;存在断层则底板破坏深度越大,底板最大破坏深度增加18.2%,断层位于初次来压影响范围内比位于周期来压影响范围内对底板破坏深度的影响要剧烈。     

深部矿井底板破坏深度范围确定

针对单侯煤矿首采区一煤西翼工作面底板破坏情况,基于矿井地质条件,分析工作面底板支承压力作用下底板破坏规律,并建立底板最大深度表达式,确定底板最大破坏深度30.68 m,通过井下俯孔压水试验法进行现场验证,确定工作面底板实际破坏最大深度31.7 m,相关结论可为工作面底板围岩控制提供指导。