基于应力-渗流耦合理论的突水力学模型

由于岩石渗透率的突跳现象与底板突水现象的力学机理相同,通过进行实验室三向应力下岩石渗流实验,从力学的角度对底板突水机理进行了合理的解释,并提出了底板突水的实用突水判据.结果表明:底板突水是由于底板应力场与承压水渗流场相互作用形成的,矿山压力导致底板隔水层中的裂隙扩展贯通是底板突水的必要条件,承压水在裂隙面的法向扩张力及切向剪切力大于裂隙面的内力是底板突水的充分条件.只有同时满足充分条件和必要条件时,底板突水事故才会发生,理论分析结果与现场突水规律一致.     

基于层状岩体渗流失稳条件的煤矿突水机理

利用分离变量法进行了层状岩体Forcheimer型非Darcy渗流系统的稳定性分析，从非线性动力学系统结构失稳的视角揭示了煤矿突水的机理．研究表明：矿井突水是由岩层的厚度、渗透特性、渗流液体的力学性质及边界压力共同决定的；当渗流系统的控制参量与边界压力满足一定的条件时，此系统失去稳定性，并引发突水灾害；当某岩层的渗透率比其他岩层低一个量级，而非Darcy流β因子比其他岩层高两个量级时，该岩层为渗流系统的关键层，其渗透特性对系统的稳定性起支配作用．     

冯营矿矿井突水机理分析

针对冯营矿矿井水文地质条件复杂、水害严重的现状,研究了矿井充水水源、充水通道等充水条件,认为石炭系L8灰岩水、顶板砂岩空隙裂隙水和L2灰岩水是主要充水水源,断裂构造是主要的导水通道．研究表明：煤层顶板砂岩含水性相对较弱,太灰和奥灰含水层属中等-强富水性;断裂构造是沟通煤层底板太原组L8,L2灰岩和奥陶系（O2）灰岩的主要通道,也是矿井突水且突水量较大的主要因素之一．井田断层发育且导水良好,形成矿井突水的潜在威胁;对煤层底板采动裂隙影响的计算表明其有效隔水层较薄,加之矿压对底板的破坏,可构成煤层底板导水通道．以上因素导致冯营矿水害频发．     

冯营矿矿井突水机理分析

针对冯营矿矿井水文地质条件复杂、水害严重的现状,研究了矿井充水水源、充水通道等充水条件,认为石炭系L8灰岩水、顶板砂岩空隙裂隙水和L2灰岩水是主要充水水源,断裂构造是主要的导水通道．研究表明：煤层顶板砂岩含水性相对较弱,太灰和奥灰含水层属中等-强富水性;断裂构造是沟通煤层底板太原组L8,L2灰岩和奥陶系（O2）灰岩的主要通道,也是矿井突水且突水量较大的主要因素之一．井田断层发育且导水良好,形成矿井突水的潜在威胁;对煤层底板采动裂隙影响的计算表明其有效隔水层较薄,加之矿压对底板的破坏,可构成煤层底板导水通道．以上因素导致冯营矿水害频发．     

基于GIS复合分析的煤矿顶板水害预测研究

在煤层项板水地质信息少且项板突水规律不明的情况下，结合实例分析了影响项板突水的主要因素．应用分维理论对影响顶板突水的褶曲、断层构造因素实施量化并用于复合分析．在ArcGIS软件中，首先将褶曲、断层的分维值和顶板冒裂带内砂质岩层的厚度栅格化；然后应用地理信息系统(GIS)的多元信息复合分析方法对实际突水点进行拟合；最后建立了顶板水害间接预测的数学模型来表达含水层在空间上的变化特点和规律，为项板水害预测提供了一种新的方法．结果表明，该方法比传统的定性分析方法更有效．     

基于隔水关键层突水系数法的海底隧道施工突水危险性分析

突水是海底隧道施工阶段最大的安全风险,而且突水事故多发生在不良地质段.为了更好地控制海底隧道不良地质体施工突水风险,本文对海底隧道的突水模式及其影响因素进行了分析,指出海底隧道突水事故多与隧道开挖引起的围岩变形破坏有关,而未破坏岩层的研究对于突水的控制至关重要.因而,重点对海底隧道不良地质体顶板突水机理进行分析,引入隔水关键层的概念及判别条件,将隔水层关键层突水系数作为海底隧道顶板突水判断标准,以厦门海底隧道左线F1风化槽为例,对隔水关键层突水系数的影响因素进行分析,并将突水系数法应用于F4风化槽突水预测,证实了突水系数法的可行性和适用性.     

带压开采工作面底板突水规律相似模拟试验

为研究带压开采工作面底板破坏规律和突水形成机制,以焦作矿区赵固一矿首采工作面底板为研究对象,使用自主设计的底板突水机理物理模拟试验系统进行相似模拟试验。通过对回采过程中底板突水过程以及突水前后岩层的视电阻率进行模拟和观测,研究了承压含水层威胁下底板破坏和发生突水的一般规律,揭示了矿山压力引发的破裂构造是导致底板突水的重要因素,并得出底板破坏深度。研究结果可为评价赵固一矿带压开采提供理论基础,为揭示带压开采底板突水的力学机制提供参考。     

断层透水性工程地质评价

断层涌水常给工程带来危害。文中在基层裂隙透水性基本特征分析的基础上，从被断岩石性质、断层力学特征、断导伴生构造等5个方面讨论其影响因素。这对工程勘察工作中突水预报具有实际意义。     

水下开采顶板突水相似物理模型试验研究

针对山东三山岛海下金矿复杂的地质条件,根据相似理论建立其地质力学模型,采用固体石蜡和液体石蜡混合物作胶凝剂配置相似材料,基于开发的深部开采承压突水机制相似物理模型试验系统对其水下开采过程进行相似模拟.应用PCI-2声发射仪对实验过程进行声发射监测,对全过程模型开挖裂隙发展进行定位分析.结果表明:开挖至隔离层厚度为100mm时形成突水,并且在试验过程中,运用体式显微镜可以监测到顶板细观裂缝图,采用细观测量分析软件可测得裂缝平均裂缝宽度为0.08mm,上部裂缝水平倾角为32.26°.通过对水下矿山开采扰动过程中的位移变形进行统计分析、对微裂隙发展进行观测,可以较全面的掌握水下开采过程中采场顶板裂隙渗流诱发突水的机理.     

肥城煤田地质构造特征及其对底板突水影响

在系统搜集肥城矿区勘探、生产资料的基础上,分析了肥城煤田的地质构造形态特征和分布规律,褶皱和断层的关系。结合肥城各矿的突水实例,分析了各种地质构造与底板突水的关系,发现构造条件影响甚至控制了矿区的开采地质条件,构造预测对矿井安全高效的生产具有重要意义。     

底板最大突水量预测

以断层或陷落柱为通道的底板突水 ,在最大突水量时 ,突水通道内壁具有达到最光滑程度的特征 ,据此建立了最大突水量计算的圆形光滑管道模型 .根据流体力学理论 ,推导出采场底板最大突水量预测的非线性公式 ,揭示矿山压力对最大突水量的非线性影响 ,并用实例了说明该公式的可应用性 .     

Fluid–solid coupling analysis of rock pillar stability for concealed karst cave ahead of a roadway based on catastrophic theory

In order to study the mechanism of water inrush from a concealed, confined karst cave, we established a fluid–solid coupling model of water inrush from a concealed karst cave ahead of a roadway and a strength reduction method in a rock pillar for preventing water inrush based on catastrophic theory. Fluid–solid coupling effects and safety margins in a rock pillar were studied. Analysis shows that rock pillar instability, exerted by disturbance stress and seepage stress, is the process of rock pillar catastrophic destabilization induced by nonlinear extension of plastic zones in the rock pillar. Seepage flow emerges in the rock pillar for preventing water inrush, accompanied by mechanical instability of the rock pillar. Taking the accident of a confined karst cave water-inrush of Qiyi Mine as an example, by studying the safety factor of the rock pillar and the relationship between karst cave water pressure and thickness of the rock pillar, it is proposed that rock pillar thickness with a safety factor equal to 1.5 is regarded as the calculated safety thickness of the rock pillar, which should be equal to the sum of the blasthole depth, blasting disturbance depth and the calculated safety thickness of the rock pillar. The cause of the karst water inrush at Qiyi Mine is that the rock pillar was so small that it did not possess a safety margin. Combining fluid–solid coupling theory, catastrophic theory and strength reduction method to study the nonlinear mechanical response of complicated rock engineering, new avenues for quantitative analysis of rock engineering stability evaluation should be forthcoming.     

岩溶隧道涌突水灾害预警与防治技术

通过对岩溶隧道涌突水灾害发生现状和综合影响因素分析,提出隧道涌突水灾害的形成和发生必须具备4个基本条件:一是特殊的地质构造基础;二是足够的填充物质条件,三是丰富的地下水源影响,四是人为的开挖扰动激活.在此基础上对水压、水质、围岩位移、钢拱架应力等监控对象给出预警标准,提出了岩溶隧道涌突水灾害三级监控预警,开发了隧道涌突水灾害预警系统.通过武广铁路浏阳河隧道过河段及宜万铁路大支坪隧道现场试验表明,该系统能较好地适应隧道复杂环境,稳定性好,其推广应用对长大隧道安全施工具有一定的指导意义.最后建议岩溶隧道涌突水灾害整治的原则:防、截、堵、排综合治理,以堵为主,堵排结合,混水要堵,清水可排.     

矿井突水原因及其防治

根据现场工作的实际及有关理论分析,将突水原因归纳为矿压、断裂、隔水层、含水层４个方面,在分析突水因素的基础上,提出了针对不同的水文地质条件,采取不同的防治水措施,减少突水因素的影响,预防突水,保证矿井安全生产     

孙疃煤矿1028工作面底板突水特征与水源识别

在研究孙噎煤矿地质条件及水文地质特征的基础上,对1028工作面底板突水特征、水化学特征、含水层水位动态变化,得出1028工作面突水水源主要来源于10煤上下砂岩裂隙水,太原组灰岩上、中含水层段水是主要补给水源,与第四含水层和太原组灰岩下含水层段无关。     

高风险岩溶隧道突水突泥灾害前兆规律与应用研究

隧道突水突泥会对工程建设带来巨大的安全隐患和经济损失,逐渐成为高风险岩溶隧道施工急需解决的关键科学技术难题。在系统收集整理大量岩溶隧道突水突泥实例的基础上,总结出包括地下水、岩组、地质结构面、岩层产状、沉积期古剥蚀面、地形地貌和降雨等7大主要地质影响因素,研究了岩溶水体和不良地质体在地球物理场上表现出的响应特征,即在地震波、电磁场的传播过程中,遇到该类介质时某种特殊的前兆信号信息,解译岩溶水体和不良地质体在地球物信息场上的响应特征,辨识导致灾变的前兆信息,并在实际隧道工程施工中得到了成功的应用,对建立突水突泥预测预报方法具有非常重要的理论价值和工程指导意义。     

王河煤矿矿井突水特征与防治水对策

王河煤矿位于荥巩矿区中部,单一开采太原组一1煤层,属带压开采,为荥巩矿区矿井水害最为严重的矿井之一.该矿自投产以来累计发生突水事故达50余次,并造成淹井2次.本文通过对王河井田地质、水文地质条件、突水点分布规律和突水强度特征的分析研究,阐明了矿井突水事故频发的原因,论述了地质构造条件、一1煤层底板隔水层厚度、含水层富水性、矿山压力、水压与突水的关系.在此基础上,提出了矿井防治水害的方法和措施,为今后该矿的安全生产指明了方向.     

基于断层影响因子与断层分维特征的断层突水危险性定量化分析

断层是诱发矿井突水事故的重要影响因素,新汶煤田受奥灰岩溶突水威胁严重,针对断层诱发突水问题,在系统总结新汶煤田矿井断层构造分布特征基础上,建立了断层对奥灰岩溶突水影响定量化分析体系。引入断层影响因子概念,对底板突水危险性进行了定量分析;采用非线性理论对煤矿地质构造发育特征进行定量化研究,揭示了矿井断层分维特征,提出了断层分维特征及其对突水影响危险性分区的原则及方法。采用断层影响因子等值线和断层分维等值线相互融合技术,得到新汶煤田协庄煤矿奥灰岩溶裂隙分布规律。根据不同单元岩溶的富水性,圈定出煤层突水危险区,对煤炭开采防治突水灾害具有指导意义。     

五图-双系数法在煤矿突水评价中的应用

为安全开采受承压水威胁的一1煤层,分析了郑州矿区大平煤矿主要底板突水因素,并用单一突水系数公式对底板突水进行了预测分区.研究表明,用单一的突水系数公式来预测突水事故并不准确.在突水系数法的基础上,把含水层奥灰岩富水区、矿山压力、大中型断层、小断层密集带等主要突水因素考虑进去,对突水系数法进行修正,用五图-双系数法对大平矿底板突水进行预测分区,其预测结果可以指导煤矿安全开采.