关键层位置对导水裂隙带高度的控制作用研究

针对不同关键层位置导水裂隙带发育高度不同的问题,为确定关键层位置是否对导水裂隙带发育高度有控制作用,在关键层理论模型框架内,考虑岩层的分层力学性质变化,建立了采场覆岩的力学模型,运用岩石破断过程分析软件RFPA2D进行数值模拟,分析了在不同关键层位置顶板导水裂隙带发育高度,得出当随着关键层位置在0-60m范围内由低到高...     

急倾斜煤层覆岩破断和裂隙演化的采厚效应

为了确保水体下急倾斜煤层的安全回采,基于龙湖煤矿南二采区急倾斜煤层的水文工程地质条件,采用相似材料物理模拟实验,分析了急倾斜煤层覆岩破断和裂隙演化的采厚效应.结果表明:急倾斜煤层开采顶板坚硬上覆岩层存在关键层时,顶板岩梁以层状破断为主,初次破断均形成“复合破断”;急倾斜煤层开采顶板岩梁初次破断后,覆岩裂隙向关键层及其上方岩层发育,不同采厚导水裂隙分布均呈“耳型”分布;随着急倾斜煤层采厚的增大,急倾斜煤层初次破断步距呈降低趋势,覆岩裂隙发育高度和初次破断厚度呈增大趋势.     

急倾斜煤层不同覆岩结构导水裂隙演化规律

基于龙湖煤矿南二采区急倾斜煤层的赋存和水文地质条件,采用离散元数值计算方法,分析了覆岩结构组合对急倾斜煤层开采导水裂隙演化规律的影响。结果表明:急倾斜煤层采场上覆岩层无关键层及覆岩结构组合为隔水-结构关键层时,导水裂隙分布呈"耳型"特征;采场上覆岩层存在结构关键层,直接顶为坚硬岩层和软弱的隔水关键层时,导水裂隙以平行于层面的离层裂隙为主;急倾斜煤层开采不同覆岩结构组合,导水裂隙发育高度均随煤层采厚的增加呈增大趋势,裂采比呈降低趋势。现场依据导水裂隙分布特征,设计了合理的防水煤柱尺寸和矸石充填注浆胶结顶板控制技术,确保了水体下急倾斜煤层的安全回采。     

倾斜煤层浅部开采裂隙带发育高度数值模拟研究

为保证倾斜煤层安全开采的需求,以许厂煤矿330采区3336工作面为研究地质单元,在以往的工作面实际情况和研究成果的基础上,以倾斜煤层围岩力学为研究角度,利用FLAC3D建立三维开采模型,通过数值模拟研究了开挖距离、采高对导水裂隙带发育高度的影响,结果表明:随开挖距离和采高的增加,覆岩导水裂隙带高度也增加,但开挖距离对覆岩导水裂隙带高度起主导作用。当开挖距离为200 m时,顶板破坏深度达到最大值43 m。     

某煤矿导水裂隙带发育高度计算

某煤矿北翼充填采区地层以奥陶系灰岩作为含煤地层基岩,其上覆岩层中第四系孔隙承压强含水层全区发育,研究充填开采后导水裂隙带发育高度对实现安全开采具有重要意义。本文以等效采高为基础,利用理论计算、数值模拟、相似材料模拟3种方法对某煤矿导水裂隙带发育高度进行预测,得出导水裂隙带高度分别为12.72,12.50,14.28 m。结果表明:3种预测方法相比较具有良好的吻合性,对某矿井的水体下安全开采实际工程实践提供了重要的理论依据。     

范各庄矿5煤层顶板采动变形破坏规律

针对范各庄煤矿5煤层顶板稳定性问题,以范各庄煤矿的大量钻孔资料为基础,结合煤矿顶板的岩性经验分类理论,将范各庄煤矿5煤层顶板合理的分为坚硬型顶板、中硬型顶板和软弱型顶板,并依据相应经验公式计算出5煤层采动后顶板冒落带高度和顶板导水裂隙带高度.研究结果表明:范各庄煤矿5煤层顶板按开采冒落带高度可分为高冒落带、中冒落带、低冒落带以及微冒落带;按开采导水裂隙带高度可分为强导水裂隙带、中导水裂隙带以及弱导水裂隙带。研究初步确定了矿区顶板稳定性特征,为范各庄煤矿5煤层的安全开采提供了数据支持.     

平顶山十矿上行开采导水裂隙带高度确定

为确定平顶山十矿近距离上行开采条件下覆岩垮落带及导水裂隙带高度.运用相似模拟、数值计算、理论分析以及现场钻孔窥视等诸多方法进行综合对比分析.结果表明:综合确定的导水裂隙带发育高度为28.8~32.7 m,与实测值误差为4.14%~8.28%,理论计算应选取大采深无渗流场计算公式;相似模拟—数值计算—大采深无渗流场公式计算的综合方法针对平顶山矿区预计导水裂隙带高度的准确性较好.建议在下一步深部开采中使用该方法估算导水裂隙带高度,研究结果对具有类似条件的矿井导水裂隙带预测具有一定借鉴意义.     

某煤矿导水裂隙带发育高度计算

 某煤矿北翼充填采区地层以奥陶系灰岩作为含煤地层基岩,其上覆岩层中第四系孔隙承压强含水层全区发育,研究充填开采后导水裂隙带发育高度对实现安全开采具有重要意义。本文以等效采高为基础,利用理论计算、数值模拟、相似材料模拟3种方法对某煤矿导水裂隙带发育高度进行预测,得出导水裂隙带高度分别为12.72,12.50,14.28 m。结果表明：3 种预测方法相比较具有良好的吻合性,对某矿井的水体下安全开采实际工程实践提供了重要的理论依据。     

采高对浅埋煤层老顶岩层破断距的影响

煤层的开采高度对关键层的破坏有重要影响,为了研究采高对组合关键层破坏的影响,运用数值分析方法分析组合关键层有关参数的基础上,研究了采高变化对组合关键破断的影响,即对采场来压步距的影响,进而修正了浅埋煤层开采采场初次来压步距的计算公式.结果表明,以该修正的组合关键层破断距公式计算的大柳塔1203工作面的初次来压步距与实测非常接近.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.     

厚煤层一次采全高三带划分的新方法及应用

基于厚煤层一次采全高导水断裂带高度的确定.综合现有研究成果及相似模拟实验发现:工作面的开采范围影响上覆关键层的稳定性,而关键层的运动决定导水断裂带的高度,在关键层达到极限悬露步距之前,垮落带或者裂隙带的高度固定不变;当达到极限悬露步距后发生断裂,如果形成铰接结构,则关键层及其随动层属于裂隙带;反之,关键层及其随动层属于垮落带.在此基础上,提出以关键层理论划分采场导水断裂带的新方法,并给出适用条件.以补连塔31401工作面、潞安6202工作面以及柴沟1502工作面实际地质及回采条件为工程背景进行验证,发现一次采出煤层越厚,地质资料数据的精确性越高,新方法得到的数据越接近实测值,并且比《规程》计算结果更客观.     

马兰矿深埋中厚煤层覆岩移动变形规律相似模拟研究

为了研究深埋中厚煤层在开采过程中的覆岩移动变形规律,预测顶板裂隙发育高度,以马兰矿地质资料为背景,利用室内相似模拟试验法,观测10702工作面采动覆岩破坏规律,应用计算机数值模拟软件对相似模拟中导水裂隙带发育高度加以验证。研究表明:由相似模拟试验可知,10702工作面的初次来压步距约为40 m,周期来压步距约为15 m;顶板垮落带发育高度为17.6 m,导水裂隙带发育高度为44.3 m。由计算机数值模拟可知,导水裂隙带发育高度约为45.5 m,与相似模拟试验结果基本吻合。裂隙发育位置的确定,不仅为综采放顶煤的生产安全提供理论依据,同时也为顶板冒落事故及透水事故的防治提供理论支持。     

FLAC3D模拟采动岩体渗流规律

为从根本上研究煤层开采工程中因顶板冒落、放顶垮落造成的顶板突水通道的变化规律,首次运用FLAC3D数值软件的应力-渗流耦合系统,结合工程实践,系统分析了采动岩体的渗流矢量、渗流速度、孔隙压力及导水边界线动态发展的普遍规律和分布特征,进行了顶板突水危险区域的识别,得出了一些对防治采场顶板突水有益的结论,可为煤矿顶板突水防治提供理论依据.数值模拟结果表明采动岩体渗流通道的发展明显受煤层开采的影响,且当主关键层破断时,采场最易发生顶板突水事故.在此基础上,将采场的渗流动态变化特征与采动岩体的破断、运动规律结合分析,给出了采场顶板破断及破断岩块再组合压实过程中渗流裂隙的扩展、闭合普遍演化过程.如果水源有限且现有设备能及时排除水患,当煤层采完后,采动岩体能重新压实闭合失去导水性能,地下水位能逐步恢复,即保护第四系及地表水的采煤技术可以实现.同时证明FLAC3D的应力-渗流耦合系统能预测并预算采动岩体裂隙产生、发展、闭合及相关危害性的可靠的数值定量分析软件,可作为一个新方法在顶板突水防治和保水采煤技术中应用.图5,表1,参11.     

曹家滩煤矿导水裂隙带发育规律影响因素数值模拟

煤层采后覆岩导水裂隙带发育高度是影响矿井涌(突)水的主要因素之一。以曹家滩煤矿综采条件为背景,运用FLAC 3D软件,模拟分析了固定采高情况下采宽、采深、推进速度对导水裂隙带发育高度的影响,揭示了曹家滩煤矿导水裂隙带发育规律。研究表明,曹家滩煤矿2-2煤层在采高6 m的条件下,煤层顶板导水裂隙带发育高度与工作面采宽、采深成较好的正相关关系,与工作面推进速度呈负相关关系,最终确定曹家滩煤矿2-2煤层的裂采比为27. 8倍。研究成果对矿井防治水工程设计及采煤保水有重要指导意义。     

林西矿12~#煤顶板“两带”发育高度研究

研究12~#煤上覆岩层顶板裂隙发育情况是林西矿防治水重要基础工作。以1021-2工作面为研究对象,依据已有的规程中计算导水裂隙带的公式对回采工作面煤层顶板导水裂隙带的高度进行预计,利用FLAC3D数值模拟软件进行模拟来获得的导水裂隙带发育高度,结合井下仰孔压水试验法对1021-2回采工作面导水裂隙带发育高度现场实测。通过3种方法的综合应用,确定1021-2工作面的垮落带高度约为11. 8 m,导水裂隙带的发育高度为38. 6 m,对防治水工程实践具有重要指导意义。     

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。     

屯兰矿28120回采工作面导水裂隙带发育高度研究

为研究8~#煤上覆岩层顶板裂隙发育情况,以屯兰矿28120工作面为研究对象,根据已有规程中计算导水裂隙带发育高度的经验公式,对回采工作面煤层顶板导水裂隙带发育高度进行预计,利用计算机FLAC~(3D)数值模拟软件进行模拟来获得导水裂隙带的发育高度,应用井下仰孔压水试验法实测回采工作面导水裂隙带的发育高度。通过三种方法的综合分析,确定屯兰矿28120工作面导水裂隙带最大发育高度为54.50m,对该矿防治水工作有重要指导意义。     

大平煤矿采放高度对导水裂缝带高度的影响

为解决进行水下开采时,采空区上覆岩层导水裂缝带的发育高度直接影响煤矿安全生产问题。针对大平煤矿覆岩类型和开采条件,参照N1S1单一开采试采工作面煤层的赋存条件和导水裂缝带高度的观测结果,应用岩石破裂过程分析RFPA2D系统,数值模拟得出了采放高度对导水裂缝带高度的影响程度,为大平煤矿单一综放开采预计导水裂缝带高度以及提高开采上限,提供重要的参考依据。     

导水裂缝带发育规律动态监测研究

煤层采出后,上覆岩层要发生破坏和位移,并具有明显的分带性,通常呈现垮落带、裂缝带以及弯曲下沉带。确定煤层顶板导水裂缝带高度可为顶板防治水、采掘工程布置、防水煤柱留设以及瓦斯抽采设计提供依据。由于开采技术的不断更新以及地质条件的差异,导致导水裂缝实际发育高度在不同矿区有较大变化,有些矿区的导水裂缝发育高度与规程中的预测公式的计算结果并不完全相符,因此需要对其进行现场实测确定实际发育高度。本文通过对荆各庄矿1196F回采工作面工作面布置导水裂缝带监测系统,浏览导水裂缝带发育过程、形态特征及导水裂缝带高度,现场监测显示其导水裂缝带最终发育高度为28~32m。     

多煤层开采导水裂隙带发育与 覆岩破坏高度规律

为了进一步揭示多煤层开采过程中,采动裂隙带发育规律的影响因素与采空区水的变化特性,以公乌素煤矿为研究对象,分别研究了该矿区煤层的覆岩类型及其对覆岩破裂的影响,从理论和数值模拟的角度研究了多煤层开采对覆岩破坏高度的影响.研究结果表明:(1)煤层覆岩越坚硬,覆岩破裂带发育的高度较大,导水裂隙发育就越高,反之,则容易下沉,但不易产生开裂,最终表现为覆岩破坏高度降低;(2)煤层采动过程中,开采厚度、开采方法、工作面跨度、开采深度与导水裂隙带的高度变化呈正相关关系;(3)公乌素煤矿倾斜煤层回采的导水裂隙带的分布沿工作面的倾斜方向整体呈不对称“马鞍形”破坏特征,多煤层下行开采过程中,下部煤层开采可以有效地减小上覆岩层采动引起的应力集中现象,且采空区的卸压范围及高度也随之增加.相关研究成果可为同类型矿井安全开采提供参考依据.     

煤矿综放开采裂高采厚比范围的确定

为计算某井田位于含水层下3号煤层采用综放开采的采后顶板裂隙带高度,采用类比法、数值模拟和试采工作面实测的方法分别确定。通过计算得出:采用类比法确定裂采比为18,裂隙带高度为163.08 m,;采用数值模拟确定裂采比为14.57,裂隙带高度为132 m;工作面实测的裂采比为13.47,裂隙带高度为122 m。通过综合分析可得:综放开采的裂采比小于综采分层开采的裂采比;当顶板岩性为坚硬岩层,采用综放开采时其裂采比的范围在12.71至18之间,该井田的裂采比应取值为14.57。研究确定了3号煤层综放开采的裂采比,为防止工作面与含水层导通提供了理论依据。