济二矿覆岩离层水涌水机理与防治技术研究

以济宁二号矿113下05工作面采空区异常涌水为例,在分析其发生背景条件基础上,应用数值模拟研究了煤层开采顶板及覆岩中离层的分布位置,并利用井下钻孔实际监测验证了离层的存在及动态变化特征,提出了覆岩离层水形成的3个基本条件以及覆岩离层水涌水机理的静水压理论模式,最后提出了离层水防治的关键技术措施,并成功用于生产实践.     

白垩系巨厚砂岩下覆岩离层水涌突机理研究

针对石拉乌素矿南翼首采221_上106A综放开采工作面推进距离550 m时采空区覆岩离层积水异常涌突事件,通过现场实测和理论分析,对此次异常突水事件的机理进行深入研究。研究表明:工作面采动期间距开采煤层310 m的白垩系巨厚砂岩下形成的封闭离层积水是此次异常突水的水源;按照距106A工作面3.0 km的覆岩变形破坏光纤监测孔所确定的裂采比为24.56,计算得导水断裂带发育高度不会沟通白垩系巨厚砂岩下形成的封闭离层。但由于离层积水具有荷载传递作用,导致下部导水断裂带与离层之间的岩层发生破坏,形成下行裂隙,使得导水断裂带沟通积水离层,形成离层突水。     

采动覆岩“突水离层带”岩体结构演化致灾机理及突水预报方法

离层水害是近年来我国东西部矿井较为常见且严重的水害类型，研究采动覆岩结构演化对揭示离层突水机理、灾害预测防治有着重要意义。为分析不同工程地质条件下离层突水演化机理，将可以产生采动覆岩离层涌水的离层水体及其上下位一定范围的岩层统称为“突水离层带”。建立“突水离层带”采动岩体结构力学模型，根据上位岩层和下位隔水层破断规律，分析5种突水类型(采动覆岩离层静水压突水、采动覆岩离层动力突水、多煤层叠加开采离层突水、传统顶板导水裂隙涌水和离层积水不突水)的形成机制和力学条件，研究回采期间导水裂隙带时空演化与离层突水的关系；基于工作面开采条件、覆岩条件、突水离层带发育位置和微震监测，分析了离层突水形成条件，揭示了离层突水演化机理，并对永陇矿区崔木煤矿和招贤煤矿工作面开展了实例分析，提出了工作面离层突水预报方法。研究得出：(1)随着工作面推进，充水离层上位岩层和下位隔水层破断规律的差异是导致出现5种突水类型的根本原因；(2)只有在采高M和充水离层与煤层间距H处于某种特定关系下，才会满足形成“突水离层带”的基本条件，发生离层突水；(3)陕西崔木煤矿21306工作面离层突水主要是由上位岩层破断导致，突水期...     

顶板覆岩离层水体分布规律勘查研究

为研究顶板覆岩中离层水体的分布规律,运用注水井中测流、钻孔电视录像技术手段进行探查。通过对淮北某矿现场实测资料进行分析,受单层采动影响,顶煤层未采区段覆岩中形成真空离层带;受重复采动叠加影响,在顶煤层覆岩中产生离层带,并形成积水离层带,其分布面积是有限的。离层水体在垂向和水平方向上是不连轩的,是相对封闭的有限水体。对离层带的分布规律及其水文地质特征取得了基本的认识。     

采动覆岩高位离层演化特征及涌(突)水前兆信息研究

采用理论分析、物理模拟和数值模拟相结合的方法,重点研究了招贤煤矿工作面的高位离层的时空演化,并将开采期间水位变化、微震监测数据作为高位离层涌(突)水前兆信息,揭示了特厚煤层综放开采覆岩主控裂隙(纵向主导水裂隙和横向离层裂隙)演化特征及离层水害机理。以永陇矿区招贤煤矿为研究对象,黄陇侏罗系煤田永陇矿区煤层覆岩具有弱胶结、泥质含量高和单层厚度大等特点,侏罗系覆岩之上为巨厚高水压白垩系含水层,厚及特厚煤层开采时易在侏罗-白垩系交界上下形成高位离层积水;当导水裂隙与高位离层积水沟通时,形成离层水害。离层水害具有瞬时性、大流量并伴随强烈矿山压力显现等特点。研究结果表明:当工作面达到充分开采时,采空区两帮离层裂隙较为发育,中部处于压实区,最大横向高位离层位于梯形破坏区顶部;工作面上覆亚关键层的周期性破断造成工作面周期性来压、高位离层空间周期性扩张、闭合,导致宜君组水位周期性异常下降;工作面经长时间停采,恢复开采后,重复扰动覆岩诱发覆岩岩体结构失稳,导水裂缝带沟通离层空间,造成离层涌(突)水;水位突降、水位下降速率突增、微震大能量事件可作为1304工作面突水前兆信息;关键层的破断会引起微震能量事件,伴随关键层的快速回转、下沉扩大离层空间,造成宜君组水位异常下降;工作面多次复采造成覆岩自稳能力逐渐劣化严重,加快离层涌(突)水通道形成,离层涌(突)水通道逐步增大;随着出水次数增加,水位提前下降时间减少,微震能量事件能量降低,涌水量增大;采动过程中离层涌(突)水的前兆信息-白垩系含水层的水位变化以及矿井微震监测数据验证了模拟结果是可信的。     

煤炭回采过程中上覆岩离层积水赋存变化规律探讨

应用岩层吸水性的差别理论和岩层移动理论指导井下探放顶部岩层离层积水工作,通过地表岩移观测和井下打钻注水比较,分析了瑞龙矿150106工作面上覆岩离层垂直位置和水平移动规律的判别过程,得出覆岩离层的大概位置与变化趋势,为井下优化探放水布孔设计提供了理论依据,弥补顶板探放水工程的不足。     

我国煤矿（区）离层水害特征分析

为了全面掌握中国离层水害事故特征及相关因素，详细统计并分析了我国离层水害事故时空分布、地域分布、时间分布及等级分布规律，总结了离层水害的赋存条件、充水水源、导水通道、涌水形式和开采条件。结果表明：白垩系砂岩含水层下近水平厚煤层开采诱发的离层水害分布范围最广、突水次数最多，且事故等级和死亡人数最多；节后复产和气候更迭时期是人为因素造成离层水害事故的高发期；巨厚硬岩含水层和含—隔水层组合岩层是积水离层的赋存形式；（特）厚煤层或缓倾斜（近水平）煤层开采是引发离层水害的主要开采条件。     

东滩矿区离层发育的ADINA接触算法分析

覆岩采动离层空间的发育是实施离层注浆充填减沉技术的关键所在。依据覆岩离层产生的机理,利用ADINA有限元软件中有摩擦的接触分析和重启动分析技术,模拟分析了东滩煤层覆岩随工作面推进上方岩层的应力、位移规律及离层的产生、发展规律,采用离散单元节点拟和方法获得了覆岩离层量并与实际工程进行了对比。结果表明:ADINA接触单元能有效地模拟离层发育特征,各岩层的抗弯刚度的差异是引起覆岩离层的主要原因。     

坚硬覆岩下采动离层水涌突规律及防治技术

基于厚硬覆岩采动破断会引起离层水涌突这一特征,通过分析某煤矿首采区覆岩空间赋存、岩体结构、力学性质等地质工程条件,采用力学计算、数值模拟等方法,对采区首采面及后续工作面开采厚硬岩浆岩岩床破断引起的离层初次闭合及周期闭合的距离,进行了理论计算和数值模拟分析。结果显示,首采面开采离层初次闭合距约300 m,周期闭合约130 m;后续工作面开采时受邻近采空区影响,初次闭合距约260 m,周期闭合约120 m。针对离层闭合规律提出了相应的离层水害防治措施,确保了工作面的开采安全。     

软岩地层采场顶板离层涌水机理初探

在分析"三软"地层工作面涌水规律的基础上,结合顶板岩性结构、含水层动态监测及水化学资料,确定了离层积水水体的存在,对其形成机理进行了初步研究,同时提出了离层水防治措施并应用于生产实践,取得了较好的效果。     

回采工作面上覆软岩离层水防治技术研究

针对工作面上覆软岩离层水害问题,运用离散元软件UDEC对工作面上覆软岩离层水空间发育规律进行了数值模拟分析,通过对比矿井工作面不同采高(一次采全高4.36 m和降低采高3 m)以及提高开采速度(开采步距10、20 m)时顶板离层空间发育规律的变化,结果发现,降低采高和提高开采速度都能有效的减小离层空间,其中降低采高对顶板岩层中离层空间的减少效果更加明显,是离层水防治的最有效方法。     

覆岩离层产生机理及离层充填控制地表沉陷技术的工程实施

简要介绍了覆岩离层充填方法的技术原理 ,探讨了覆岩离层产生机理、离层分布规律及其影响因素 ,分析了离层充填控制地表沉陷技术的工程实施要点 ,所得结论对该技术的设计、施工与应用具有参考和指导意义     

薄层单元在覆岩离层模拟中的应用

开采区覆岩离层注浆减沉技术需要掌握覆岩的离层规律，本文利用薄层接触元模拟覆岩内部岩层接触面，用粘弹性三单元模型建立本构关系，用有限单元方法模拟离层的动态发育规律，得到了离层产生，发展的动态过程，对覆岩离层带高压注浆减沉工程设计具有指导意义。     

大南湖一矿工作面顶板异常涌水机理与控制对策

针对大南湖一矿工作面回采过程中存在的异常涌水问题,以大南湖一矿1303工作面为研究对象,通过相似模拟试验对工作面回采过程中顶板覆岩破坏演化过程进行研究,揭示纵向主干涌水裂隙的演化特征及工作面异常涌水规律,得出覆岩纵向主干涌水裂隙的恶性扩张是发生异常涌水的主要原因,根据研究成果提出相应的控制对策,为大南湖一矿1303工作面异常涌水防治提供保障。     

实施安全离层注浆的覆岩离层位置初探

通过对文献资料的分析,初步掌握了采动覆岩“三带”的破坏特征,离层产生的位置及条件。掌握了可用于注浆充填的覆岩离层,提出了在弯曲带接近于断裂带的离层中也不能实施注浆的观点。     

TEM精细探查煤矿覆岩离层水技术

为实现煤矿开采中对覆岩离层水的有效探测,分析研究开采中覆岩离层水形成的机理和其与围岩介质电性特征,提出采用对低阻水体敏感的瞬变电磁法进行探测,通过模型约束反演技术提高勘探的电性分层能力及分辨率。在反演断面成果中先确定覆岩离层水的电性层位,识别、圈定电阻率等值线发生明显扭曲、变形等低阻富水异常,以此精细化解释开采覆岩离层水,经钻探放水工作,验证该技术的可靠性。     

三软岩煤层开采顶板离层涌水机理分析

文中在分析“三软”地层工作面涌水规律的基础上,结合顶板岩性结构、含水层动态监测及水化学资料,确定了离层积水水体的存在,对其形成机理进行了初步研究,同时提出了离层水防治措施并应用于生产实践,取得了较好的效果.     

厚硬火成岩下采动离层发育规律与判别方法

针对在厚硬火成岩顶板下的采煤工程实例,理论分析了离层空间形成的机理与条件,并对研究区首采面"空腔型"离层空间位置进行判别;采用数值方法和光纤监测技术对厚硬火成岩下离层空间的演化与覆岩变形特征进行了过程模拟和动态监测分析。研究表明:首采面顶板覆岩共发育5处"空腔型"离层;上覆硬岩运移过程可分为下部支撑、底部离层扩展、失稳运移、离层闭合4个阶段;光纤监测结果在离层位置拉应力值逐渐增大,当离层上覆岩层受自重应力而失稳时,离层由下位岩层逐渐向上位岩层发展,直至发育到上位火成岩为止,这与数值模拟、理论判别结果相一致。     

覆岩离层充填减缓地表沉降实验模拟研究

以岩石力学，流体力学为基础，采用相似材料模拟手段，对覆岩离层充填减缓地表沉降机理进行了系统的实验室研究，揭示了覆岩内部离层产生和发展的时间与空间规律。探讨了浆液在离层空间的流动规律和存在状态，阐明了充填材料脱水与注冰压力的关系及其对减沉效果的影响作用；提出了浆液以钻孔为中心呈二向点源式流动特征，为解决实际工程问题提供了科学依据。     

离层注浆技术在冲击地压防治中的应用

针对华丰煤矿巨厚砾岩覆岩运动引起的冲击地压灾害现状,分析了离层注浆控制覆岩运动的作用机理,并结合矿井离层注浆工程实例,探讨了离层注浆技术在冲击危险矿井中防灾减沉的作用效果.覆岩离层通过注浆充填,可使地表减沉率达50％以上,能有效地控制离层上覆岩层的垮落运动,大大减轻了因巨厚砾岩断裂引起的冲击地压危险.作为一种积极主动治理矿井灾害的方法,离层注浆技术实现了煤矿安全绿色开采,取得了明显的经济效益和社会效益.