采动条件下底板潜在导水通道形成的微震监测与数值模拟

以某矿综放工作面开采过程为背景,利用微震监测技术进行现场监测,并借助有限差分FLAC^3D进行数值分析,研究在采动应力场不断变化过程中底板岩体微震破裂事件的时空演化规律,揭示煤层采动条件下潜在导水通道的孕育、发展和贯通过程.微震监测结果表明:微震事件数一定程度上反映了开采扰动对底板岩体破坏程度的影响;采煤期间,回采工作面附近微震事件呈现密集分布,底板岩体采动破坏严重,底板破裂深度达15m.数值分析表明:由于煤层采动导致采场周围应力重分布,工作面前方应力增高,采空区下方应力降低,底板岩体随工作面回采经历了应力集中、释放并最终破坏;底板塑性破坏区深度达14m.     

高承压水体上开采底板岩层变形特征研究

在承压水体上开采时,煤层底板突水过程是一个复杂的非平衡、非线性的演化过程。结合朱庄煤矿3629工作面实例,利用理论分析、相似材料模拟研究方法探讨了高承压水体上开采底板变形规律,解析煤层底板隔水层在采动矿压及底板含水层水压的复合作用下的破坏深度、应力传播特征、底板突水极限压力,并将解析解应用于朱庄煤矿3629工作面底板突水预测的实际工程中,取得较好的实际应用效果。     

带压开采下组煤底板采动破坏深度现场实测及模拟

以团柏煤矿10#煤层10115综采工作面作为工程背景,研究带压开采下组煤10#煤层底板采动破坏深度。通过对开采前后煤层底面下不同深度岩石段开展压水试验,测取不同水压下的进(侵)水量,获得了大量的压水实测数据,同时采用F-RFPA2D分析系统模拟整个采场开挖对底板隔水岩层采动破坏规律及其深度,最后将现场实测数据与数值计算结果进行对比分析。研究表明,煤层开采所引起的底板直接破坏深度为9.5 m,底板采动最大破坏深度为12 m左右;运用F-RFPA2D模拟分析得出,老顶板初次来压步距为40 m,周期来压步距在12~16 m,当工作面推进至84 m时,底板破坏深度达到最大值12 m,该结果与现场测试结果基本吻合,同时验证了实测数据的可靠性和有效性。综合结果分析可知,团柏煤矿10#煤层底板采动破坏最大深度为12 m,该结论可为团柏煤矿带压开采下组煤水害防治提供参考依据和科学指导。     

采场底板"四带"划分理论在底板突水评价中的应用

基于断裂力学理论、矿山压力控制理论和开采煤层底板“四带”划分理论,推导了煤矿工作面底板破坏深度计算公式,应用突水系数法,评价了新汶矿业集团良庄煤矿51302工作面底板突水的可能性,结果表明该工作面开采13煤层产生底板突水的可能性很大。     

突水系数由来及其适用性分析

在阐明突水系数由来的基础上,指出突水系数是相对隔水层厚度的倒数,探讨了我国学者将0.06 MPa/m定为突水系数临界值的缘由,总结了突水系数的演变过程和各种突水系数计算公式的适用性。研究认为,当采深小于300m时,突水系数的计算可以不考虑矿山压力对底板的破坏深度,但在大采深条件下突水系数的计算应当考虑矿山压力对底板的破坏深度。     

陷落柱对W矿3#煤层底板破坏和隔水性能的影响

为了评估陷落柱对煤层底板的危害,运用数值模拟对所选取的W矿3#煤层进行了分析。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底板的破坏情况,估算了底板破坏深度。结果表明：随着回采工作面的推进,矿压和水压造成的顶板的破坏高度逐渐增加;工作面推进到150 m前,覆岩破坏没有发展到关键层1;随着回采工作面的推进,矿压和水压造成的底板的破坏深度也逐渐增大,工作面推进到135 m时,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16 m。工作面推进到150 m时,泥岩层尚未贯穿,成为隔水关键层,底板不受含水层的影响。另外,研究表明：贯穿煤层和达到煤层的陷落柱对底板破坏的影响比未达到煤层的陷落柱对底板破坏的影响大。     

倾斜煤层开采对底板突水影响的数值模拟

为了研究倾斜煤层开采条件下的突水规律,在考虑原岩应力、地质构造、地下水、采动影响等因素基础上,从应力场和渗流场共同作用的角度出发,研究含底板岩体在内的采场岩体系统的变形与破坏。研究结果表明,随着工作面的推进,底板岩层的破坏深度和范围加速增加。研究结论将数值模拟结果与工程实际进行比较分析,为寻求安全、经济的开采方法提供了理论依据。     

开采矿压对底板的损伤破坏及其对突水的诱发作用

在介绍采场前后方支承压力分布规律的基础上，对采动矿压对煤层底板岩体的损伤破坏作用和破坏深度进行了详细分析，提出了开采矿压诱发突水的4种条件和诱发突水的－空规律与特征。     

基于尖点突变模型的煤层底板突水 危险性评价

煤矿突水事故是制约煤炭开采的重要因素之一,准确预测煤矿突水对指导煤矿安全开采具有重要意义.煤层在开采后,当底板承受的水压超过自身强度时,会发生不连续突变,即煤层底板岩层失稳破坏形成底板突水,其破坏模式为一种突变现象,符合突变理论中的尖点突变理论的描述,利用突变模型对煤层底板突水进行预测具有可行性.本文结合典型工程案例,选取单位水压岩层底板厚度和底板导水因子作为控制变量,通过求解状态变量实现了煤层底板突水危险性评价,在此基础上,将基于突变模型的煤层底板突水危险性评价结果和传统突水系数法的评价结果进行了对比,证明了突变模型评价过程更加符合突水发生机理且评价结果更加准确.     

矿山压力对煤层底板破坏深度的数值分析

随着煤炭资源开采深度加大,带压开采已经成为我国深部矿井普遍应用的一种采煤方法,这样面临的煤层底板突水问题变得更加集中。突水系数理论作为评价带压开采煤层底板突水危险性的主要依据,因矿山压力导致煤层底板破坏深度的确定对得出可靠的突水系数值显得尤为重要。本文根据城郊煤矿的开采实践,利用F-RFPA2D软件对煤层底板破坏深度进行数值模拟分析,动态再现煤层底板破坏过程,并得出在不同矿山压力过程中对煤层底板的破坏深度。     

缓倾斜煤层底板采动破坏深度与回采参数关系的研究

本文根据四个不同回采参数试采面的钻孔注(放)水试验资料,研究了每个采面底板采动破坏深度和强度,分析了采面斜长、采高与底板采动破坏深度的关系,查明厚煤层分层开采时,底板破坏程度主要取决于第一分层,为改革采煤方法安全带压开采提供了依据。     

辛置煤矿10409工作面底板破坏特征

根据辛置煤矿底板下三带的现场测试成果,分析了开采煤层底板破坏带厚度、阻水性变化以及破坏带时空特征,提出了评价带压开采的最小临界突水系数,为辛置煤矿带压开采评价提供了符合实际的评价依据,成果可为其它矿井借鉴采用。     

基于断裂力学倾斜煤层底板采动破坏深度研究

为掌握倾斜煤层开采后采空区底板破坏情况,基于断裂力学理论,构建倾斜煤层采后空间底板应力求解力学模型,结合应力场与双剪强度理论,推导底板采动破坏深度求解公式,并应用实例进行验证.依据求解公式分析了底板破坏形态及影响因素,结果表明：倾斜煤层底板采动破坏区域分布具有非对称性特征;破坏范围及深度主要受工作面赋存状态和底板岩性影响,其中破坏深度与工作面斜长、采深和底板内摩擦角正相关,与底板黏聚力呈反比;随着倾角的增大破坏深度呈现先升后降趋势,而随着测压系数的增大破坏深度呈现先降后升趋势.该文研究成果可为倾斜煤层承压水防治、邻近煤层开采提供一定的理论指导.     

上覆不明采空区积水危险性判定技术研究

为确定胜利煤矿10#煤层上部采空区积水范围,保证煤层开采过程中避免受到水害威胁,运用板壳理论和关键层理论,建立胜利矿开采10#煤层采空区覆岩变形破坏的力学分析模型,结合经验公式法和数值模拟方法得出10#煤层各分区的最大导高和底板破裂的最大深度,通过上部采空区积水危险性判定准则,得出开采10#煤时将被上部6#煤层采空区积水影响,而不会受到2#煤层采空区积水的影响,为该矿防治水方案的提出和安全开采具有理论指导意义和实际应用价值.     

含瓦斯厚煤层顶分层开采解放作用分析

通过相似材料模拟实验，分析了含瓦斯厚煤层顶分层开采时支承压力对煤层底板的破坏作用，并根据压力分布和破坏程度对煤层底板裂隙沿度方向进行定性定量分带，计算出底板最大破坏深度及其位置，探讨了各分带瓦斯运移特征，进而阐述了顶分层开采对下分层的解放作用，为安全、合理开采含瓦斯厚煤层且有效抽排煤层瓦斯提供了理论依据。     

煤层底板采动影响的研究

本文应用相似材料模似方法,研究了煤层底板采动影响。对模型底板岩体进行了综合观测,得到了底板岩体位移及应力的变化规律;並且观测了底板岩体声速变化,用以评价岩体的完整性,指出了底板不同部位裂隙发展变化状况。     

煤层覆岩圆拱结构下底板破坏深度的解析估算

在考虑煤层覆岩圆形拱结构内跨落岩层自重作用的基础上,将底板岩体视为半无限均匀完整介质,并对底板上的支承应力分布进行了简化,结合叠加原理,建立了煤层覆岩圆形拱结构下底板最大采动破坏深度的解析估算公式,为类似底板条件与构造弱面结构底板奈件下的最大采动破坏深度的准确预计以及底板水害预测预报提供了科学依据。     

复杂条件下煤层底板突水防治对策探讨

根据我国华北岩溶矿区大采深、高水压、高应力的复杂条件现状,从降低奥灰水压、提高煤层底板阻水能力和减小煤层底板破坏度三个层面探讨了防止煤层底板突水的对策,并对各种对策在实际运用时的适宜性进行了分析,提出了以奥灰局部降压、底板注浆加固、充填开采、奥灰顶部局部注浆加固相结合的综合防治水对策,对我国复杂条件下实现深部煤层开采具有重大现实意义。