突水溃沙通道分区及发育高度研究

根据浅埋煤层不同基岩厚度所面临的突水溃沙灾害威胁程度差异,须对不同溃沙通道类型进行科学划分,并提出突水溃沙灾害配套的专有名词,为制定针对性的灾害防治措施提供可靠的理论依据。鉴于导水裂缝带是从顶板水害防治角度提出的概念,对于新时期条件下的水砂溃涌灾害问题已经无法适用,因此必须寻求一种基于水砂溃涌灾害防治要求的新概念,通过对其发育规律及高度的研究,为揭示顶板突水溃沙机理奠定基础。据此,通过相似模拟分析了浅埋煤层覆岩破坏特征,将浅埋煤层开采后的覆岩发育形态自上而下划分为网络性裂缝带和冒落性裂缝带,自外向内划分为贯通性裂缝区和方向性裂缝区,即竖"两带"、横"两区",并从防治突水溃沙灾害角度出发,提出了导水沙裂缝带的概念;同时依据物理模拟实验结果建立了"导水沙拱"力学模型,运用结构力学、岩体力学和散体力学对导水沙裂缝带高度进行了理论推导,在得出4个解后,将涉及到的各参数取值区间代入到4个解中,最终确定导水沙裂缝带高度计算公式并,该成果为突水溃沙灾害防治体系提供了一定的理论依据,有效指导该类灾害的防治工作。     

近松散含水层溃砂机理及判据研究

深厚松散层下煤碳滞压量巨大,提高开采上限是近松散层下安全采煤的重要研究课题。基于海孜煤矿西部井松散层下浅部采区压煤问题,通过相似材料模拟试验及理论分析,从覆岩裂隙破坏发展规律及松散层砂土颗粒性质入手,研究工作面溃砂机理,试验结果和理论分析基本吻合,同时提出工作面溃砂判据,研究结果对合理留设浅部工作面安全保护煤(岩)柱,最大限度提高开采上限具有现实指导意义。     

煤田突水地质灾害的成因及防治解析

在地下与煤层间隔或接触的岩层孔裂隙中大量水的存在给煤田安全生产制造了极大威胁,含水层的存在以及水力运移通道的存在以及生成给水的突出提供了通道。受到上覆岩层的压力,水在地下岩层中承受着巨大的压力,为其迅速、大量突出提供了可能。文中主要对其突水过程中通道的控制因素进行分析综合讨论突水问题的本质。     

浅埋煤层采动覆岩导水通道分布特征试验研究

为解决浅埋煤层的保水开采难题,采用物理模拟方法,研究了浅埋煤层大采高长壁工作面的采动覆岩导水通道的分布特征.结果表明:对于典型浅埋煤层,大采高工作面在初次来压至第一次周期来压期间,覆岩导水通道迅速发育至松散含水层底部,工作面后方约2个周期来压距离后,采空区覆岩垮落带以上的覆岩导水通道被逐渐压实闭合,但开切眼处的导水通道不易闭合;对于次浅埋煤层,主关键层初次来压后,导水通道迅速发育至最大高度,但伴随着主关键层约1～2个周期来压后,基本顶至主关键层之间断裂带内的覆岩导水通道可很快被压实闭合.该成果可对浅埋煤层保水防溃采煤研究和应用提供基础理论指导.     

松散层下开采次生小断层影响工作面突砂机制——以山东省横河煤矿1931W工作面突砂事故为例

为研究松散层下开采次生小断层对工作面涌砂的影响,以山东省横河煤矿1931W工作面突砂事故为例,采用ANSYS有限元数值模拟方法,分析次生小断层对采动裂隙带高度发育的影响,根据模拟结果及流砂突出事故,对顶板流砂突出的机制和条件进行研究,得出在煤层开采过程中导水裂隙带受断层影响的一般规律,认为工作面推进过程中存在断层情况下,导水裂隙带最大发育高度和破坏程度会受到影响,导致其发育高度增大,引发涌水突砂事故。     

浅埋近距煤层采空区覆岩移动规律相似模拟

浅埋近距煤层采空区坚硬顶板覆岩与煤柱破坏易导致动力灾害,同时会影响顶板涌水溃沙和地表沉降,为确保此类矿井的安全高效开采,结合冯家塔煤矿1402综采工作面实际,对该煤矿进行了煤柱破坏与覆岩移动规律的物理相似材料实验模拟研究,试验是以1-1采区的开采为模拟对象,模拟在工作面长度为270 m的单一走向长壁开采后,上覆岩层的移动和变形规律。研究结果表明:随着浅埋近距煤层采空区的增大与时间的推移,开采时大面积来压是由于保护煤柱逐渐被压垮引起覆岩大面积冒落,致使近距煤层之间采空区导通,垮落从直接顶开始,逐步扩散至地表,上覆岩层的运移以垂直为主,水平运移并不明显,形成梯形状下沉,上部煤层开采后其覆岩关键层破断块体结构的稳定性是影响下部煤层开采时工作面矿压显现强烈程度的重要因素。     

形变——电阻率法在矿山岩体探测中的应用

目前我国许多煤矿面临水体下开采和含承压水岩层上开采的问题。前者如江河、湖泊及含水层下的采煤,要防止上部水体溃入井下;后者如华北地区奥陶系灰岩上的采煤,由于奥灰岩溶发育,煤层底板承受较大的水压,要防止底板突水,确保安全生产。防治顶板溃水和底板突水的关键问题是查明不同地质开采条件下采后上覆岩层和下伏岩层的破坏状况,也就是采动破坏裂隙的高度及深度,以便确定合理的开采方案或通过改革采煤方法控制它的发展,使     

浅埋煤层开采覆岩移动规律数值分析

利用RFPA岩石破断过程分析系统软件，对神府东胜矿区活鸡兔煤矿厚松散层浅埋煤层首采工作面上覆岩层在采动后的活动规律进行了动态数值模拟。并根据模拟结果，分析了随着工作面采动和推进，上覆岩层的破断过程、特征与来压特点。模拟结果表明，卸荷变形是引起浅埋煤层直接顶初始离层的主要因素之一，浅埋煤层老顶岩层破坏的主要顺序仍为“离层－断裂－垮落”，厚松散层浅埋煤层开采时，当关键承载层完全垮落后，覆岩会发生直达地表的整体切落现象。     

舒兰矿业集团公司二矿第三系矿床砂层水井上下联合疏干技术

舒兰矿区水文地质条件较特殊，矿井虽然涌水量不大，但水砂不易分离，突水溃砂，水砂混流，常淹没水仓和井巷，在矿井水文地质分类的划分中，属水文地质条件极复杂的矿井。砂岩层水严重制约着煤层生产能力的发挥，并危及安全生产。尤其是集团公司二矿自九五年以来，一直在开采浅部劣质煤层，深部十五、十九层优质煤因顶板砂层水制约始终没有得到开采。     

浅埋煤层覆岩三轴渗透试验及渗流-应力耦合方程

研究浅埋煤层覆岩,尤其是风化岩石在采动条件下的渗透性与应力变化的关系,对揭示松散含水层下开采顶板突水机理具有重要意义。运用采自潘三煤矿西风井浅部煤层覆岩样进行三轴全应力-应变渗透试验,分析了风化和未风化岩石在变形破坏中的渗透率变化规律,并拟合出渗流-应力耦合方程。研究结果表明:无论风化与否,岩石一般皆在峰值后的应变软化阶段渗透性能才达到最大,峰值前的应力-渗透率的关系呈负指数函数关系,而峰值后二者呈现正指数关系;风化岩石或软弱岩石在屈服后,渗透率的增长倍数远远不如硬质岩石,表明顶板软弱覆岩即使受采动破坏的影响,其渗透率也变化不大,这对松散含水层下采煤缩小防水煤柱开采是有利的。     

基于耦合评价的安山煤矿顶板突水预测模型研究

为预防西部浅埋煤层开采面临的顶板突水灾害,需要构建准确的突水预测模型来为煤炭安全生产提供有效保障。选取安山煤矿2001工作面为工程背景,以层次分析法与灰色关联法为理论依据,在顶板突水因素选择级分析的基础上,分别对地表汇水特征、含水层的富水性、隔水土层的隔水性、覆岩组合特征、开采扰动特征5个方面计算各影响因素的权重,并对其关联度进行计算,建立了定性与定量指标为一体的浅埋煤层顶板突水预测模型,然后结合实际工程参数进行顶板突水点及突水危险性预测。结果表明:安山煤矿2001工作面顶板突水危险性综合等级很低,但是该工作面地表汇水特征及覆岩组合特征对应突水危险级别相对较高,达到指标阀值时易造成突水事故。为避免相关灾害发生,工作面在实际回采过程中,矿方参考预测结果在雨季过沟谷地形段时加强了地表水和地下水的水量监控,并采取沟谷水提前抽放及封堵措施预防工作面顶板突水。     

浅埋开采工作面水沙溃涌灾害预测及防治对策

将水沙溃涌作为渗透破坏的一种形式,将被导水裂缝贯穿的潜水含水层转换成圆形截面,运用完整井理论建立了覆岩破坏涌水裂隙通道的水力坡度表达式,并由Kusaki公式计算得出了影响半径,利用Zamarin式求解求得水力坡度的临界值,同时结合覆岩顶板实际破断情况,将"悬臂"岩梁分为不回转(θ=0°)和回转(θ≠0°)2种情况分别给出了是否发生水沙溃涌的判别式,进而为导水裂隙带(网络性)影响范围内的含水砂岩层疏干降排提供了科学的参考依据和理论基础;另外,针对冒落性裂缝带、网络性裂缝带所引发的水沙溃涌灾害的特征和类型,提出了相应的配套防治对策,确保了开采工作面不发生灾难性水沙溃涌威胁。     

薄基岩浅埋煤层保水开采技术研究

薄基岩浅埋煤层开采过程中顶板基岩易全厚切落,破断直接波及地表,存在顶板突水的安全隐患.在分析顶板导水通道特征基础上,针对浅埋煤层采用传统技术实现保水开采的难点,从开采方法本身采取措施,提出了一套较为系统的薄基岩浅埋煤层保水开采新技术.此项技术的关键有三:一是长壁工作面快速推进;二是支架合理支护阻力的计算确定;三是局部降低采高或局部充填.补连塔煤矿32201工作面的三维固-液耦合数值模拟计算和现场实践结果证明,该套技术的应用是成功而有效的,可在薄基岩浅埋煤层保水防溃开采中推广应用.图4,表1,参12.     

浅埋薄基岩综采面涌水机理及水灾防治技术研究

锦界煤矿3-1煤层覆岩为富潜水层浅埋薄基岩,采动导水裂隙发育至地表,易导致突水灾害。针对该矿二盘区首采工作面地质条件,分析顶板导水通道及其涌水机理,在难以实现保水开采的基础上,建立了包含提前钻孔疏放水、两顺槽施工环形水仓、设置抽排水系统、加快工作面推进速度、辅助切眼施工施工尾排水仓、将工作面调整为倾斜长壁仰采工作面等多项技术措施的综合防治水技术体系,成功解决了综采工作面突水及涌水过大的难题,实现了浅埋薄基岩综采面安全开采。     

浅埋煤层开采中的溃沙灾害研究

分析了浅埋煤层开采的水文条件和工程地质条件，得出了浅埋煤层发生渍沙灾害必须具备的4个条件；根据浅埋煤层中组合关键层的一些参数分析了老顶破断岩块的运动规律，判断了浅埋煤层开采中岩块是否发生回转失稳，探讨了岩块回转触矸后发生滑落失稳的可能性，计算了断裂岩块端角接触面高度，得出了满足裂隙滤沙的合理端角接触面高度；大柳塔1203工作面开采只发生了涌水而未溃沙，这和理论计算的结论基本一致．参8．     

浅埋煤层近距采空区危险性评价

在浅埋煤层含煤地系中有大部分煤层相距较近,上覆煤层开采完成后,存在大量上覆煤层开采后遗留的采空区,当下部煤层开采时,面临浅埋-近距-上覆采空区多重扰动影响,在开采过程中工作面顶板来压剧烈,且存在明显的动载现象,采动裂隙可直接沟通地表,易引起煤层自燃、地下水流失与地表植物死亡等安全与环境灾害,并对地面建筑、地面工程结构物的稳定造成严重危害.为保障矿井安全开采,对冯家塔煤矿进行了工程地质调查、地质雷达探测与采空区危险性评价,得出了上覆采空区结构形态及其对下覆煤层开采的影响,揭示了浅埋近距采空区影响下矿压显现规律和围岩破坏规律,建立基于浅埋-近距采空区影响下工作面稳定性评价方法和危险源识别系统,实现安全高效开采.     

厚土层浅埋煤层保水开采模拟

在分析以榆树湾煤矿为代表的厚土层浅埋煤层的地质资料的基础上,采用岩石破裂过程的分析软件RFPA进行数值模拟.得出了冒落带高度为31m,裂隙带带高度为90m,弯曲下沉带为35m左右,研究结果表明:该矿的上覆岩层的采动变化与常规矿相似,并没有出现浅埋煤层的上覆岩层"三带合一"的现象;通过经验公式计算的导水裂隙带高度为70～100m,裂隙带并未沟通含水层,研究结论厚土层浅埋煤层可以达到保水采煤的目的.     

沟谷区浅埋煤层覆岩破坏特征及地面裂缝发育规律

沟谷区浅埋煤层开采覆岩损害特征不仅受覆岩结构影响,同时受地形地貌特征影响。为进一步研究浅埋煤层过沟开采时覆岩运动及损害机理,以陕北浅埋煤层区某矿14210工作面为研究对象,通过建立物理相似材料模型,利用人工测量、变形监测、数据分析等方法,研究沟谷区浅埋煤层开采覆岩破坏规律及地表裂缝形成机理。结果表明:煤层覆岩沉降值曲线在垂向上具有向下继承性,顶板周期性垮落后沉降曲线呈"U"型,沉降值变化速率大的"U"型两侧区域纵向裂隙发育,周期性垮落体边界与自然平衡拱结构基本吻合,并周期性向前发展;地表裂缝可根据坡向与煤层采动方向的关系分为顺向坡推挤裂缝、逆向坡拉张裂缝和沟底隆起3种类型,不同类型裂缝具有不同的动态发育规律。研究成果为沟谷区浅埋煤层开采覆岩及地表损害预测提供了理论基础,对浅埋煤层过沟开采可能因覆岩及地表损害引起的矿井水害防治具有重要意义。     

煤炭开采对地下水含水层的影响与预测分析

介绍了煤矿开采对地下水含水层的影响,根据煤矿开采导水裂隙带高度预测以及影响半径的计算,分析了煤层开采与含水层的关系以及煤矿开采对上覆含水层、煤系含水层以及奥灰水的影响。     

采场覆岩的流固耦合损伤分析

在分析浅埋煤层中潜水渗流场与工程开挖应力场相互影响的基础上,建立了厚松散层富含潜水浅埋煤层组合关键层的岩体水力学模型;提出了流固耦合损伤因子,分析了采动覆岩中组合关键层在流固耦合损伤作用下的破坏规律。对浅埋煤层采场来压步距的计算公式进行了修正。以修正公式计算的大柳塔1203工作面的初次来压步距与实测非常接近。这证明该公式对于地表厚松散层浅埋煤层中的组合关键层的破断距计算具有一定的适应性。