煤层底板突水模式及机理研究

为了阐明不同地质条件下煤层底板突水机理,划分了3种突水模式:正常岩层底板突水模式、断层裂隙带突水模式、陷落柱突水模式.针对不同模式分析了突水机理.正常岩层分为厚板微观压裂导升、薄板宏观整体破断导水2种突水模式;断层裂隙带包含4种突水模式.断裂直通式、断裂影响承压水导升带式、断裂影响底板破坏带式、断裂影响底板破坏带与裂隙导升带式;陷落柱突水模式分薄板理论子模式、剪切破坏理论子模式、厚壁筒突水子模式和压裂突水子模式等4种子模式.尽管模式不同,但都能统一归结为厚板微观压裂导升、薄板宏观整体破断导水2种最基本的突水机理.     

矿井突（涌）水预测及预警研究

为了阐明不同地质条件下煤层底板突水机理,划分了三种突水模式：正常岩层底板突水模式、断层裂隙带突水模式、陷落柱突水模式,尽管模式不同,但都能统一归结为厚板微观压裂导升、薄板宏观整体破断导水两种最基本的突水机理。在宏观预测的基础上,形成了构造及其导水性的预测探查规范程序。在流一固耦合实验研究的基础上,建立了广义三重介质流一固耦合模型,为突（涌）水量预测奠定了基础。把煤矿突水的主控要素转化为灾害发生的监测预警指标体系,应用突水预兆信息原位拾取、适时检测、远程监控和智能判别技术,建立矿井水灾预警的硬件系统和识别系统。     

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。     

含煤地层中断层突水机理探讨

含煤地层中断层的突水是矿井的主要水害问题之一.对断层的地质、水文地质特征进行了分析,研究了断层的详细结构,断层落差与断层宽度的关系,断层的导水性能及最大突水量与稳定水量的关系,结合国内已有的断层带试验资料,探讨了断层的突水机理.含水层的高压水克服岩层结构面的阻力,以突然方式涌入井巷的现象是含水层水压、矿山压力、隔水层和断层诸因素相互作用,破坏其平衡的结果,研究断层的突水机理是为了预测和预防突水灾害.突水机理用突水系数来表述,文中对断层的突水系数作了研究,提出取正常岩体强度的1/2,并在本矿区进行了应用,也可以为其他相似水文地质条件的矿井作为参考.对断层突水机理的研究还可以扩展应用到防水煤柱的留设及最大可能突水量预测等方面.     

基于裂纹扩展的含隐伏断层底板突水评价

 为研究承压水上开采时含隐伏断层底板的安全性,根据断裂力学理论建立导水断层活化扩展的理论模型。将煤层底板看做半平面无限体,把底板中含水层顶部以上的隐伏断层建模为有限宽度板条的倾斜边缘裂纹。根据采场底板的支承压力分布规律,将其简化为若干分段线性载荷加载至底板,纳入断层产状、断层在底板中埋深、工作面推进距离、含水层水压、断层面摩擦角等各种参数,推导得到底板内任意一点的应力公式。将其应用到隐伏断层面上各点,综合考虑各点法向应力、剪应力对裂纹活化的影响,计算得到采动条件下断层面上的有效切应力分布。该有效切应力剔除了裂纹面上摩擦效应对压剪裂纹扩展的影响,将其代入断裂力学相关公式,计算得到隐伏断层前缘的应力强度因子,最后通过定义突水安全指数建立了底板突水判据。以某矿带压开采工作面为例,根据相应水文和地质资料,计算得到在工作面推过隐伏断层的整个过程中断层活化突水危险性的变化规律,所得结论与工作面现场微震监测数据相符,即当工作面推进至采空区位于隐伏断层正上方区域时,断层面承受有效剪切最充分,剪切应力强度因子最大,突水安全指数达到峰值,这与现场微震监测结果中显示的在该推进阶段中,原有隐伏断层附近派生裂隙集中出现、突水危险性最高的结果相符合。     

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.     

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。     

底板断层突水危险性预测与煤柱留设

为了研究在回采工作面时,底板断层突水的危险性,对断层附近底板的力学性质进行了分析,并进行了理论计算。结果表明,突水极限压力小于实际水压时,在工作面回采至断层附近时,有可能发生突水事故;反之,则可安全回采。结合某矿水文地质条件,对大断层附近突水进行了具体分析。     

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。     

煤层顶板断裂的网络特征及分形几何分析

煤矿断层构造对开采条件、瓦斯突出、矿井突水等均有显著影响.根据勘探和开采资料,分析口孜东井田13-1#煤小断层的发育特征;依据分形几何理论和相似维求测原理,对13-1#煤层顶板构造进行分形研究.结果表明：该煤层顶板小断层多分布于大断层两侧;走向以NE向和近NS向为主,断层倾角较大,多为60° ～70°,且变化较小;依据分维值,煤层顸板断裂构造划分为复杂区、中等区、简单区三种类型,构造复杂区多位于大断层两侧附近,简单区多处于距大断层较远的区域.该研究对煤层开采具有一定的借鉴意义.     

液固互动作用下突水模拟分析

以开采过程中的煤矿突水为例，应用液固互动理论，采用有限元分析软件ADINA针对二种突水模式分别建立几何模型，进行数值模拟。在利用软件进行三维有限元建模时，分为结构模型和流体模型两种。针对不同的突水模式，探讨在流固耦合作用下的煤矿渗透突水过程中，地层与场地的变形特征。结果表明：对于断层突水模式中，接近45°的断层倾角对地层和场地的影响较大，因此在煤层开采中应该特别注意倾向于开采工作面的小倾角断层；在裂隙突水模式中，较大的渗透系数对突水速度和突水量影响显著，可以通过选择合适的开采区域尽量避免突水事故的发生。     

龙泉煤矿4号煤层带压开采安全评价及防治水措施

通过对龙泉煤矿4号煤层充水水源、充水通道、底板岩层组合及阻水性能进行分析,对4号煤层底板太灰水和奥灰水突水系数进行了计算。结果表明,4号煤层奥灰水突水系数部分大于0.06 MPa/m,因此并将井田划分为两个块段,Ⅰ区为相对安全区,但也存在发生突水的可能;Ⅱ区为相对危险区,存在突水危险,必须制定专门地带压开采方案。     

大远煤业煤层底板奥灰突水危险性评价

煤层底板奥灰岩溶裂隙水是山西大远煤业有限公司主要水害类型之一,本文以大远煤业现主采煤层2#为例,结合井田钻孔资料分析了2#煤底板奥灰水压、奥灰水位、奥灰顶部相对隔水层厚度等因素。计算了突水系数,绘制底板承受的奥灰水压等值线图、隔水层厚度等值线图、奥灰含水层突水系数等值线图。用突水系数方法评价矿井突水危险性,并划分了井田带压开采安全区、相对安全区、相对危险区和危险区危险性分区。根据分区、突水危险性等具体条件,提出防治水建议。     

顶峰山矿区水文地质特征与防治水措施

 顶峰山矿井地下水系统包括第四系孔隙含水岩组、煤系基岩裂隙含水岩组、栖霞灰岩裂隙-岩溶含水岩组和老空水;矿井充水水源有大气降水、含水岩组、断裂构造带和老窑积水,其中对矿井有突水危险的主要是导水性断层和老窑积水;由于矿井内发育的导水性断层为岩溶水进入煤系提供了通道,防治水的重点工作是探查导水性断层和老窑积水区,导水性断层的探查主要采用高分辨率三维地震勘探和瞬变电磁法相结合的探测方法;防治方法可根据实际情况采用留设防隔水煤（岩）柱、截流堵水、疏水降压和注浆加固等措施;老窑积水主要分布在F5断层以北地区,采取钻探与物探相结合的方法进行探查,主要防治方法为留设防水煤岩柱和探放水。     

炉峪口煤矿奥灰岩溶水对矿井充水的影响评价

分析了炉峪口煤矿8号、9号煤层的带压开采现象,根据煤层底板突水系数,对带压开采煤层安全区和危险区进行了划分,为煤矿安全生产提供可靠的地质资料。     

新集二矿1煤底板灰岩突水机理研究及对策

本文在对新集二矿l煤层首采面开采断层突水机理及底板破坏突水机理进行分析的基础上，采用断层最大突水量预计模型和建立底板呆动破坏力学数值模型进行模拟，对工作面开采涌水量进行预计，并提出防治水对策。     

急倾斜煤层深部开采对浅部断层活化影响的数值模拟研究

淮南矿区某矿采区属倒转地层,灰岩含水层位于煤层顶板,断层的活化极易导通上部含水层,引发突水事故.面对急倾斜煤层开采深度不断增加的现状,采用FLAC3D数值模拟的方法,对急倾斜煤层深部开采对顶板浅部断层活化影响的规律进行了研究,总结了急倾斜煤层开采深度与断层活化之间的时空关系,验证了通过控制采高和隔离煤柱大小,可以有效降低急倾斜煤层开采对断层的扰动作用,对急倾斜煤层后期深部开采断层突水预测与防治具有重要的理论指导意义和工程应用价值.     

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.     

底板隐伏导水断层安全性评价

构造地质断层存在着向工作面底板隐伏延伸的可能性,并成为沟通含水层的导水通道,对工作面的安全性造成影响。为了对底板隐伏导水断层的安全性进行评价,以鲁西南某矿三采区31336工作面为例,通过底板钻探,利用钻孔水压和水温异常定位了隐伏导水通道位置。运用递进导升突水的评价法,认为在回采过程中,隐伏导水断层不会和底板破坏区接通,不需要对导水通道治理也不会发生突水。工作面的安全回采证实了结论的正确性,研究成果对条件类似的工作面具有借鉴作用。     

采面底板应力计算及应用

本文利用弹性理论推导了煤层底板任意点的应力计算公式。提出了通过计算岩石的强度指数来预计煤层底板的破坏深度。依据底板破坏深度与承压水的“原始导高”的关系预测煤层底板突水的可能性,并以现场实测数据验证了这种计算方法的可靠性。图5,表2,参考文献2。