承压水上膏体充填开采底板采动破坏特征

为研究承压水上膏体充填开采底板采动破坏特征,以岱庄煤矿11607工作面的采场条件为工程背景,基于FLAC~(3D)数值仿真软件,建立承压水上膏体充填开采流-固耦合数值模型,对充填工作面回采过程中煤层底板的破坏特征进行了研究分析。研究表明:充填开采采动底板的承压水导升高度不明显,煤层底板破坏深度在工作面推进至12.4 m后趋于平缓,且当工作面推进至100 m时达到底板最大破坏深度仅为6 m,理论计算了充填工作面采动底板的最大破坏深度范围为3.83~5.27 m,采用单孔恒定水压法对11607工作面底板进行现场实测,测得底板最大破坏深度为6.50 m,与理论计算、数值模拟所得结果基本吻合。     

承压水上充填开采底板破坏特征研究北大核心

为探索充填开采对底板破坏深度的影响及对突水灾害的控制效果,结合理论计算、数值分析和煤矿现场观测等方法对某矿A工作面承压水上充填开采底板破坏特征进行了综合研究;通过理论计算推导出了充填开采工作面底板最大破坏深度计算公式;通过数值模拟对充填开采和非充填开采时底板破坏情况进行了对比研究,通过现场实测分析了充填开采时底板岩层的实际变形破坏特征。结果表明:充填开采时,采场围岩的采动卸压范围、顶底板移近量明显减小,围岩应力集中程度降低,底板破坏深度并未随着推进距离的增加而持续纵向发展;由于充填体的应力传递和支撑作用,A工作面开采对底板的损坏影响得到减缓,破坏深度未连通下部含水层,可实现安全回采。     

承压水上膏体充填率与充填体强度对底板破坏深度的影响

为解决承压水上安全开采问题,提出利用膏体充填方法,抑制底板破坏深度,减少突水危险的方法;针对岱庄煤矿下组煤1160采区受承压水威胁的地质条件,利用FLAC~(3D)三维模型,基于不同膏体充填的充填率与充填体强度,模拟了不同推进作业空间宽度下,应力分布、塑性区分布以及位移分布规律。模拟结果表明:当充填率达到95%,充填体最终强度提高到4 MPa时,工作面围岩应力集中系数在2左右,顶底板移近量为200 mm左右,底板破坏深度约为4 m。     

似膏体充填开采防止高承压底板水突出研究

以曹庄煤矿81006工作面为试验研究对象,开展了以防止高承压底板水突出为目的的似膏体充填开采系统及工作面底板破坏深度探测研究。研制了以胶固料、矸石粉、粉煤灰为原料的充填材料,构建了地面及井下2部分充填系统,实现了物料的添加、搅拌、输送的自动控制。采用钻孔双端封堵测漏装置,对似膏体充填开采工作面(81006工作面)和顶板垮落法开采工作面(8812工作面)的底板破坏深度进行了现场实测。结果表明,在似膏体充填开采条件下,矿山压力对工作面底板破坏深度显著减小。基于"下四带"理论,分析了似膏体充填开采条件下矿山压力对底板破坏深度减少的机理,证明了似膏体充填开采是防止高承压底板水突出的有效措施。     

膏体充填开采底板破坏规律充填效应及实测研究

为了研究膏体充填底板破坏规律的充填效应,以岱庄矿2153膏体充填工作面为工程背景,分别采用Midas/GTS-FLAC3D耦合模拟技术、滑移面理论力学分析和钻孔注水法实测方法对该工作面底板破坏深度进行了研究。结果表明,充填工作面底板破坏深度的数值模拟解约为3m,底板岩层破坏模式为以拉为主的拉剪破坏,充填开采煤层底板最大应力为初始应力的0.5倍;采用滑移面理论得到底板破坏深度的力学解析解为2.5~3.0 m,与钻孔注水实测平均值3 m基本吻合,充填开采底板破坏深度是垮落法开采的0.2倍。     

粉煤灰高水短壁部分充填技术研究与实践

针对承压水上、建筑物下开采技术难题,在系统分析粉煤灰高水材料特性、充填工艺和禁止井工煤矿使用的设备及工艺目录(2008年第2批)"巷道式采煤"的基础上,通过理论分析、室内试验及现场实测等方法,对粉煤灰高水短壁部分充填工作面设计及围岩控制下效果进行了系统研究。主要结论包括:1对粉煤灰高水充填材料发泡机理、材料特性、充填工艺进行了分析;2提出了短壁部分充填工作面设计方法及采-充程序及工艺,数值模拟表明50 m充填联合支撑体与20 m采空区底板塑性区范围为6~8 m,顶板塑性区范围10~12 m;3充填体密实性、原位强度和安全系数表明,充填体与顶板接顶率大于95%,原位强度1.93 MPa,安全系数6.8,粉煤灰高水充填体联合支撑体系能够保持围岩稳定;4充填体和底板变形监测表明,短壁部分充填采场顶板最大下沉量80 mm,底板最大破坏深度8 m,底板隔水层厚度在安全范围之内。在埠村煤矿9111工作面进行了现场实施,相关研究成果可以对类似条件下的煤炭开采提供参考。     

埠村矿承压水上充填复采条带煤柱试验研究

针对埠村煤矿911采区条带开采资源回收率低、承压水上安全开采的问题,在9111工作面进行了高水材料充填置换开采条带煤柱试验。现场实践与工程实测结果表明:原条带采空区一次充填率可达到98.7%,确保了后续条带煤柱的安全回收,煤柱采出总量约2.45万t;充填置换开采后的底板破坏深度未增大,仍为原条带开采时期的0~10m;该面采后地面最大下沉量仅为11mm,高水材料充填吨煤成本仅增加了98元/t,实现了煤矿安全绿色开采。     

膏体充填条带开采技术

为了解决煤矿采空区全部充填开采成本相对偏高的问题,同时有效地控制煤矿开采地表沉陷和保证承压水上采煤的安全性,提出了煤矿膏体充填的条带开采技术,该技术以煤层顶板(关键层)、受承压水影响的底板极限垮落步距和条带煤柱留设的理论为原则,设计了膏体条带充填的充填宽度和留设宽度,并对影响条带充填体稳定的充填体尺寸、物料的配比、充填体空间的围岩岩性、地质构造和充填体侧向应力等因素进行分析。理论分析证明该技术构成的"煤层底板—充填条带—上覆岩层—主关键层"的结构体系能够有效控制地表下沉和减少底板破坏深度,达到承压水上建(构)筑下安全采煤的需求并最大程度地减少充填开采成本。     

邯邢矿区承压水上充填采煤底板渗流规律研究

为了掌握开采参数和充填参数对承压水上采煤工作面底板渗透破坏的影响机制，针对邯邢矿区承压水上安全采煤问题开展研究，基于典型矿井煤层地质赋存特征，建立了承压水上开采水岩耦合概化地质模型，分析了承压水上采场底板力学行为。根据半无限板集中荷载和均布条形荷载传播的求解方法及弹性力学叠加原理，获得了采动与水压共同作用下底板应力分布表达式。进而借助MATLAB计算程序，以邯邢矿区开采条件及实测数据为例，得到了有无水压条件下底板应力分布规律，采动应力等值线与奥灰水压力等值线相互交织、互相影响，加剧了对底板变形破坏的影响。进一步计算出了水岩共同作用下底板应力分布和主应力差分布，揭示了承压水上采场底板破坏与充填控制机理。通过散体矸石固体改性试验，得出了掺入自主研发的胶结料后改性充填材料力学性质，其弹性模量范围为30～50 MPa。岩石破裂数值模拟结果显示，当充填体弹性模量增加至50 MPa时声发射事件和累积释放能量明显减少，且采煤工作面底板仅出现少量裂隙并最终被控制在局部范围，不会出现失稳性扩展，充填体的抑制作用与承压水的破坏作用达到平衡状态。研究结果为邯邢矿区准备开展的30 m以内隔水层间距煤层开采提供...     

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。     

大采深厚煤层底板采动破坏深度

针对我国承压水上开采底板突水灾害随开采深度不断增大而逐年增多的趋势,以某矿综放工作面的深部开采实际为背景,根据现场煤层底板钻孔内不同深度传感器应变测试值随工作面的变化规律,确定出煤层底板岩体破坏深度介于18~20 m;以研究区实际地层资料为基础建立工程地质模型,通过反复试算、逐步修正模型边界条件,对煤层底板破坏特征进行分析,弥补了现场实测结果不能反映出煤层回采过程中底板应力场的不足;采用现场应变实测和数值模拟相互结合的方法,确定了大采深厚煤层底板破坏深度为20 m,揭示了矿山压力在采动煤层底板中的传播规律。     

承压水体上开采底板突水灾害机理的研究

以淮北杨庄煤矿Ⅱ617综采工作面特大突水事故为研究背景，通过对其突水地段地质与水文地质情况、突水水源与导水通道、底板防隔水性能、不同应力场相互作用的研究，认为淮北杨庄矿Ⅱ617综采工作面特大底板突水灾害的发生，是其岩性场、应力场与渗流场耦合作用的结果.最后，提出了杨庄矿在回采过程中应采取的防治水安全技术保障措施.     

厚松散含水层下重复采动覆岩破坏规律分析

在厚松散含水层下采煤时,由于含水层可传递上覆表土层的载荷,导致工作面容易产生溃砂、突水事故.为了避免在回采过程中发生溃砂、突水事故,结合朱仙庄煤矿864工作面的实际条件,建立复合隔水关键层的力学模型,采用数值模拟对厚松散含水层下特厚煤层分别在上分层2.5,3.0,3.5,4.O m综采、下分层6.5,6.O,5.5,5.0 m综放和一次性全厚放顶煤进行开采,确定安全开采的方案.研究结果表明:在上分层为3 m下分层6综放时,裂缝带发育的高度最低、覆岩破坏的最终形态最缓和,在工作面回采过程中最为安全.     

含水层下综放开采膏体充填技术与应用

针对含水层下厚煤层开采时易发生突水灾害的问题,以陕西某矿为工程背景,提出了1种综放开采过渡支架后方膏体充填技术,阐述了该技术的原理和工艺流程,利用数值模拟、现场观测的方法,分析了架后充填开采导水断裂带发育特征及工作面涌水量变化规律。数值模拟结果表明,采用架后充填技术后,工作面导水断裂带发育为矩形,最大发育高度为67.2 m。现场观测结果表明,采用架后充填技术后,架后充实率可达90%,工作面涌水量由220 m^3/h显著下降到90 m^3/h,工作面推进200 m后导水断裂带最大发育高度为76.8 m。研究结论表明,该技术有效地降低了覆岩导水断裂发育高度,可实现含水层下厚煤层安全开采。     

村庄下膏体充填开采技术应用研究

朱村矿进入后期生产后,可采储量少,村庄建筑物下呆滞储量多,为进一步挖掘储量,延长矿井服务年限,采用膏体充填开采技术。理论分析了朱村矿充填开采后隔水层厚度和底板最大破坏深度,根据朱村矿的地质条件,选择了合适的充填材料及充填工艺,并在54采区进行工业性试验。实践表明:工作面采用膏体充填后,巷道顶底板变形量小,工作面直接底破坏深度小于5 m,能够有效防止底板L₂灰岩强含水层突水,随着充填技术的成熟,地表沉陷量逐渐减小,地表建筑物的破坏控制在Ⅰ级范围内,充填效果良好。     

高承压水体上开采煤层底板潜在突水区动态演化数值模拟

以底板受石炭系太原组灰岩高承压含水层威胁的淮北芦岭煤矿10煤为研究示范,利用有限元软件Plaxis 8.2建立能模拟承压水压力的10煤动态开采的数值模型,并考虑冒落矸石密度、变形参数与强度参数随时间的变化,分析底板采动破坏带与潜在突水区域的时空分布及其影响因素.研究结果表明:正常开采条件下,底板破坏深度随工作面推进距离的加大而增加,推进到一定距离后将达到极大值;随着煤层倾角的增大,由于冒落岩体的充填效应,开采冒落区导水裂隙提前闭合,潜在突水区域变小,并逐步集中于新近采空区;承压水压力越大,底板裂隙扩展并最终相互沟通的可能性越大,当承压水压力处于高值时,突水随时可能发生.     

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。     

深部开采底板突水灾变模式及试验应用

深部采场高地应力、高岩溶水压和强开采扰动条件使得底板突水相比浅部采场形成特定构造、水-岩-应力及采掘工程相互作用影响下的复杂岩体水力学问题。基于不同地质构造受采动影响特征及其诱发煤层底板突水机理,将深部开采底板突水灾变模式划分为完整底板裂隙扩展型、原生通道导通型和隐伏构造滑剪型3种类型,并分析了对应的突水判据。研究认为完整底板裂隙扩展型归结于承压水影响下裂隙扩张造成彼此贯通引发承压水导升高度大于有效隔水层厚度,原生通道导通型归结于构造活化引发局部位移扩展与保护煤柱底板压缩区连通裂隙发生沟通,隐伏构造滑剪型归结于构造上方断面岩层失稳发生剪切破坏造成承压水以最短距离涌入采空区。利用深部采动高水压底板突水相似模拟试验系统探寻了3种突水灾变模式下突水通道的时空演变过程,验证了突水判据的准确性。     

平沟煤矿16~#煤带压开采安全评价及数值模拟研究

通过对平沟煤矿16#煤充水水源、充水通道、底板岩层组合及阻水性能进行分析,采用"突水系数法"及"强渗通道说",对16#煤带压开采突水危险性进行了评价,采用FLAC3D软件对16#煤开采时断层及承压水耦合作用下的底板破坏效应进行了数值模拟,提出了带压开采危险区域防治底板突水的措施。