新杨煤矿薄煤层无煤柱开采实践

一、矿井煤层概况 新杨煤矿开采的D20煤层属稳定性较差的薄煤层.井田南起F10-5断层,北至F4断层,平均走向1000m,深部走向变长.-194m以上井田被F10-5(5)断层切割成南、北两块;-194m以下南部又被F10-5(8)断层切割成中、南两块,这些断层的断距均在40m以上.靠近这些断层,次生羽状小断裂较发育,并伴生小褶曲.井田南部煤层厚0.7～2m,全部可采,平均采厚1.4m;北部煤层厚0.1～1.6m,开采厚度0.7～1.6m,变薄带不采,平均采厚1.1m.D20煤层顶部有1层0.05～0.2m厚的燧石层,可随开采冒落,其上为厚3～6m的细砂岩直接顶,直接底为厚2～3m的中粒砂岩.该煤层胶结好、硬度大,经观察,巷道煤壁历经数年均未出现风化散落.     

浅部煤层开采对断层活化影响研究

为了研究浅部煤层回采对断层活化影响规律,评估断层活化对工作面回采安全的影响程度,以许厂矿3336综放工作面的F1断层为研究对象,随着采掘工作的推进,采用并行电法对其活化情况进行动态监测,根据视电阻率变化特征分析得出:断层随煤层采动而被重新激活,但该断层未与顶板砂岩含水层发生明显的连通,为不导水断层,因此活化断层基本不影响工作面回采安全。     

地堑状断层组影响下采动主应力偏转规律研究

为研究地堑状断层组影响下采动诱发应力场偏转规律,以淮南矿区刘庄煤矿地堑状F19断层组为研究对象,模拟分析了地堑状断层组附近采动主应力方向偏转情况,研究了主应力方向与断层面剪应力及剪应力增量的分布规律。研究表明工作面回采时采场围岩内的主应力方向发生偏转,偏转方向趋向垂直断层面;断层面内主应力与断层上盘、下盘主应力偏转相比,断层面内主应力方向偏转角度相对较大,最大偏转角度达到27°25′35″;当主应力方向与断层面交角在45°左右时,断层所受的剪应力增量最小,剪应力相对较大;地堑状F19断层组附近主应力偏转方向趋向垂直断层面,断层面所受剪应力和剪应力增量逐渐减少。     

矿井断层的工程力学特性与水文地质特征研究

断层的类型划分有三种方式,按照导水性能可将断层划分为导水断层和不导水断层;根据力学特征可将断层分为压剪断层和张性断层;依据断层上下盘的运动关系将断层分为正断层、逆断层和平推断层等。根据突水点与断层空间位置关系可以将采动断层突水类型划分为断层切穿煤层突水、断层接近煤层突水和断层隐伏较远突水三种类型。     

综放工作面过地堑构造采场围岩状态研究

为掌握综放工作面过地堑构造前后采场围岩状态变化,以34201综放工作面Fs27断层和Fs28为工程背景,采用FLAC3D数值模拟计算方法,计算分析了工作面推过地堑构造前后采场围岩的垂直应力、水平应力、最大主应力、剪应力,可以得出:断层的存在对工作面围岩应力状态影响较大,超前影响距离约为20m左右;断层附近的裂隙带发育高度较大,由拉应力和剪应力共同作用下的裂隙带高度最大可达80m左右,对上覆岩层导水影响较大。针对矿压显现规律与裂隙带发育规律提出过地堑构造的技术措施。     

潘西煤矿断裂构造突水机制探讨

分析了潘西煤矿历年断裂构造突水资料,把其断层突水类型分为两大类:一是导水断层引起的突水;二是采动引起的断层“活化”突水。导水断层突水主要是由于构造岩带与底板裂隙相互贯通而致。采动引起的断层突水主要是在采动、矿山压力、地温应力、水应力、构造应力等共同作用下,断层产生滑移、张开,断层派生解理与裂隙发生蠕变、扩展、扩径、生长、相互贯通形成导水通道。应用断裂力学理论推导出断层产生滑移、解理发生扩展的计算公式。     

破碎断层变形破坏过程的试验研究

范各庄矿F0断层是一条走向贯穿整个井田的破碎断层,极大地影响了该矿采区布置及矿井深部开拓,对矿井的安全生产具有重大威胁。为了研究F0断层在采动影响下的变形破坏过程,采用电镜、薄片及蠕变力学试验方法分别对断层物质的原样和3种含水量、5组样品的复制样进行了分析研究。试验表明:围压效应、结构效应、含水量效应均对断层物质的性质产生巨大影响;断层物质具有明显的流动变形特征;结构面的存在、承压水的作用以及围压的改变极大地影响着断层物质的性质。试验研究结果对于分析断裂滞后突水具有重要意义。     

青东矿10煤层水文地质特征及充水因素分析

为了评价10煤层开采可能产生的水害影响,根据矿井含、隔水层的水文地质特征,指出10煤层受采动破坏,顶底板砂岩裂隙水、太原组和奥陶系岩溶水沿采动裂隙和断层溃入矿井,对矿井开采形成威胁。根据对矿井充水因素的分析,得出矿井的充水强度不大,充水通道主要为隔水层薄弱地段采动裂隙和断层破碎带。     

基于FLAC3D的断裂滞后突水数值仿真技术

针对中国华北型煤田煤系地层底板下伏奥陶系巨厚层灰岩含水层水压高,动、静贮量丰富,是构成矿井深部开采主要充水水源的实际现状,选择具有较好的过水能力、可能形成底板奥灰水突出通道的开滦矿业集团范各庄矿F0断层为研究对象,采用蠕变力学试验方法,取得了用于数值仿真计算的F0断层物质力学参数,运用FLAC3D数值仿真软件,对受断裂影响的采矿活动进行了流—固耦合模拟和渗流蠕变计算.研究结果表明:煤层顶板岩层受采动影响的影响带范围在断层两侧发育明显,上盘岩层的位移量偏小,下盘岩层的位移量偏大;底板岩层垂直位移量上盘岩层的位移量偏大,下盘岩层的位移量偏小,顶底板岩层垂直位移量在断层附近最大.断裂构造的切割作用使得底板在承受较大构造应力的情况下存在大范围的剪应力区,断裂破碎带的应力集中有是造成底板破坏、发生底板突水的关键.该研究成果对于有效预防断裂滞后突水具有一定指导意义.     

连续开挖诱导断层活化顶板突水机制的模拟分析

以中关铁矿采动断层突水为例,对连续开挖过程断层活化顶板突水进行有限元模拟,从力学角度研究断层带应力和损伤区迁移过程,分析断层活化机制.研究表明:连续开挖是造成断层损伤区产生、累积扩展到贯通的主要诱因;随着开挖推进断层带内剪应力集中区域沿断层从上到下逐渐向顶板转移,断层损伤区状态由压剪变为拉剪,并不断扩展;损伤区在断层揭露时完全贯通,形成导水通道并诱发突水灾害.因此,对于工作面前方的非导水断层,采用水平超前钻孔未必能查明断层活化导水情况,为确保安全,需补充斜向上钻孔,探查更高位置断层的导水性.     

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。     

断层影响下覆岩破坏规律研究

应用ANSYS有限元分析软件和相似材料模拟实验,分析在采动和断层影响下覆岩变形破坏和矿压分布规律。结果表明：在采动影响下断层“活化”,断层带及其影响范围内的岩体破碎,表现为周期断裂步距小,冒落带高,尤其是断层下盘,顶板稳定性差。通过断层后,顶板岩体中支撑力减小,比无断层存在的情况低。但断层时于上覆岩层导水裂隙带的高度和范围的影响不明显。     

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.     

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。     

穿越富水F4断层铁路隧道变形监测与分析

针对山岭隧道穿越断层破碎带围岩大变形问题,以某穿越富水F4断层铁路隧道工程为研究对象,采用现场监测手段,对隧道穿越F4断层时变形规律进行了详细分析。研究工作主要包括:(1)V级和Ⅳ级围岩段隧道开挖影响距离分析;(2)贯通施工对断层破碎带内隧道工期及后期变形的影响分析。研究结果表明:现场监测结果验证了隧道穿越F4断层施工控制措施是可行的,围岩及隧道变形得到了较好地控制;贯通施工对断层破碎带内隧道施工变形和后期变形均有较大影响,且距离贯通断面越近,影响越大;依托工程条件下V级和Ⅳ级围岩的开挖影响距离分别为47m和47.6m。研究结论可为类似工程地质条件下隧道设计与施工提供借鉴与参考。     

带压开采煤层底板断层活化突水机理试验研究

为了研究含断层的底板隔水层在采动影响下的破坏动态过程,以焦作煤田赵固二矿11011工作面为研究背景,采用相似模拟试验的研究方法,对断层在整个开采过程中的活化动态进行观测,记录模型各个测点的位移变化并进行整体分析。通过"下三带"理论,计算赵固二矿工作面底板岩层的最大破坏深度和承压水导升高度,验证试验结果的准确性。研究结果表明:在采动影响下,底板断层的活化过程可分为稳定期、初始期和活化活跃期。初始期断层带附近衍生裂隙与工作面底板塑性破坏区形成沟通,是断层完全活化的前兆信息;活跃期断层滑落失稳,断层面处于张开状态,此时导水通道形成造成突水事故发生。     

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。     

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.     

煤层底板隐伏断层突水的物理实验研究

利用相似材料模拟实验研究底板隐伏断层在不同发育高度、组合形式下,受到采动破坏和水压共同作用时裂隙扩展形式以及破坏规律。证明了在承压水的作用下,断层破坏带产生递进导升扩展。实验表明影响断层递进导升破坏的主要因素是断层初始发育高度,而组合方式对其影响较低。同时发育高度越大的断层,其递进导升破坏越强烈,也更加容易沟通煤层底板发生突水。为解决华北型矿井底板突水问题,丰富底板突水机理研究提供了现实意义。     

陕北神木北部矿区构造发育规律

根据陕北神木北部矿区的172个钻孔资料,采用趋势分析方法,对矿区主采煤层5-2煤层底板标高进行趋势分析.在此基础上,揭示了矿区内整体构造特征,并对构造发育规律及其成因作了初步分析.矿区内总体构造为一向西倾伏的宽缓向斜,倾角为1～3°;大型次级褶皱共有5条,均为宽缓褶皱,轴向在NWW桸W,平面上呈平行式分布;大中型断层11条,其中查明的有7条,均为张性正断层,走向近NW桽E向,延伸小于16 km,断距10～80 m,倾角55～80°,推测断层有4条,均为张性正断层,平面上呈雁列式分布.这些构造样式是由三期构造运动形成的.