“下三带”理论在煤层底板危险性评价中的应用研究——以山西曹村井田为例

“下三带”理论经过多年的理论研究和生产实践已发展的日益完善,该理论在承压水上安全开采评价及矿井底板危险性评价中起了重要作用。本文对“下三带”理论的概念作了较系统的论述,并着重以笔者参与的实例,结合压水试验和有效隔水层突水系数法,来对其在煤层底板突水危险性评价的应用加以说明。本文旨在促进对该理论的深入理解,更好的推广应用,为矿井安全生产服务。     

2310工作面底板突水机理研究

本文通过对2310工作面地质条件的分析及对下三带理论的数值分析,判定该工作面在开采的过程中存在突水的可能性,“下三带”理论的应用有效的控制了底板突水事故的发生,保证了煤矿的安全开采,取得了可观的经济效益。通过本文提出的理论对相关的地层进行有效的数据监测,为含水层下煤层开采突水防治提供借鉴。     

底板突水机理研究综述

针对我国煤炭进入深部开采导致底板突水日益严重的现象,系统地介绍了国内外底板突水机理研究历史与现状,阐明了底板突水机理理论研究经过了相对隔水层、突水系数、“下三带”理论、原位张裂与零位破坏理论、板模型理论、强渗通道说、岩水应力关系说、关键层理论、“下四带”理论等发展历程。在阐述各种理论的基本概念基础上,总结和评述了其实际应用价值和理论研究不足之处,指出我国在矿井底板水防治理论研究方面正经历着是一个从实践到理论,再从理论到实践不断发展的过程,同时强调了底板突水机理是一个需要不断深入研究的难题,将非线性理论应用到该领域将是今后发展方向。     

断层条件下深部开采底板破坏深度发育规律研究

矿井深部开采存在严重的“三高一扰动”的复杂地质环境,井下防治水的问题长期威胁矿井的安全生产,而传统的底板突水危险性评价方法和防治措施不适应深部开采的特殊地质环境。本文以林西矿深部开采2023-2工作面为例,采用统计分析方法,总结了矿井深部构造发育规律。统计发现林西矿以小断层发育为主,具有落差小、延展深度小、正断层占比高、高角度发育等特征,小断层发育特征对控制矿井突水相对有利。采用数值计算方法,总结了断层条件下底板破坏加深的规律,揭示了深部开采扰动下断层易活化并与底板破坏带联通的突水模式。研究成果为指导矿井深部开采防治水工作提供了理论和技术支撑。     

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。     

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。     

下组煤开采导水裂缝带高度的确定

简要介绍了矿井地质概况,对下组煤覆岩岩性进行了定性和定量的分析评价,在运用经验公式法计算导水裂缝带高度的基础上,采用钻探方法实测确定了导水裂缝带最大高度,得出了下组煤可以顶水安全开采的结论。     

峰峰集团羊渠河矿8634工作面底板突水安全性的模糊综合评价

矿井底板突水是影响安全生产的重大问题，运用煤矿安全数学理论，采用模糊综合评价的方法，对8634工作面带压回采底板出水的安全性，进行了具体的分析与评价，为工作面安全回采提供了重要的决策依据。     

近年来煤矿采动覆岩导水裂隙带的发育高度的研究进展

20世纪以来,中国对覆岩导水裂隙带已经有了一个较为全面的认识.导水裂隙带发育高度在矿井安全生产、煤矿防治水、矿井保水采煤、采空区与回风巷上隅角瓦斯治理、煤与瓦斯共采、水体下采煤等方面有着重要的研究意义,对前人的研究进行了回顾分类,重点论述了导水裂隙带高度的各种预测、模拟以及实测方法,介绍了当前对导水裂隙带高度实测的新方...     

采动覆岩导水裂隙带发育高度研究进展

导水裂隙带发育高度的确定在矿井防治水工作、矿井优化设计、解放水体下资源、采空区瓦斯抽放、煤层气资源开发利用、建筑地基稳定性评价以及水资源破坏评价与保护研究等方面具有重要的研究意义。对近年来导水裂隙带高度范围、各影响因素及其主要预测方法的研究成果进行了总结。对比分析了计算法、模拟法与实际探测法的特点,力图较为全面地认识当前导水裂隙带高度的研究进展;并提出导水裂隙带发育高度研究的发展趋势。     

底板破坏型采煤工作面突水机理及治理技术

为了研究底板破坏型采煤工作面突水机理和快速治理超化煤矿22081工作面底板突水,采用理论分析和现场实证的方法,参考"下三带"理论和流固耦合原理,提出了采煤工作面底板"下四带"理论,揭示了底板突水导水通道的发育规律.辅以物探手段和经验公式的计算,准确圈定了突水导水通道的分布区域,利用先进的堵水工艺,成功地治理了水患.研究结论是对传统"下三带"理论的发展.堵水的成功经验可为治理日益严重的煤矿底板突水提供借鉴.     

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。     

团柏煤矿底板奥灰水赋存特征研究

团柏煤矿受到顶板K2含水层和底板O2奥灰岩溶水的影响,对矿井安全生产具有一定的威胁。论文分析了底板奥灰水赋存规律,建立了底板含水层突水涌水量预测模型,并利用该模型对团柏煤矿底板奥灰水突水量进行了预测。研究结果对矿井开采设计与矿井防治水工作具有重要的指导意义。     

大倾角俯采综放面防止煤炭自燃技术应用

结合葛亭煤矿的实际情况，分析了矿井综放面采空区煤炭自燃“三带”确定的主要指标及这些指标在“三带”内的浓度范围，确定了“三带”的具体范围，给出了建筑阻燃墙后“三带”范围的变化，指出了“三带”确定的影响因素，为及时掌握采空区煤炭自燃的发展情况、采取相应的措施提供了依据。对大倾角、高瓦斯、俯采综放面的自然发火防治措施进行了研究，通过研究总结完善了矿井的防灭火理论和措施，使之更贴近现场，符合矿井需要。     

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。     

王洼煤矿水库坝体下工作面安全开采高度研究

为解决水库坝体下开采安全性,提高煤炭资源回收率,以王洼煤矿水库坝体下110505工作面为研究背景,通过物理仿真模拟、数值模拟及理论分析等方法对覆岩裂隙发育规律及导水裂隙带高度展开研究。为避免矿井开采对地表水坝与水体破坏,针对导水裂隙带高度分析结果,提出了110505工作面限高开采方案。结果表明：工作面开采后地表形成“凹”型盆地,并产生拉伸裂隙,致使地表水位下降78%;现场实测导水裂隙高度为170.76 m,物理仿真模拟试验、数值计算、传统经验公式得出三者的导水裂隙带高度分别为162,164 m和120.57 m;方差修正系数对经验公式做出修正后,反推出限高开采的安全开采高度为2.6 m。研究揭示了工作面覆岩导水裂隙带高度发育规律及水库水体受采动影响的规律,为王洼煤矿后续此类条件下安全措施的制定提供了依据。     

应力应变法在底板破坏深度测试中的应用

文中针对轩岗矿区刘家梁煤矿受底板下伏奥陶系灰岩岩溶裂隙水威胁的情况,指出当前底板突水防治成为矿井防治水的主要工作任务,需要探查回采工作对底板的破坏程度。通过采用应力应变法进行底板破坏深度测试,利用混凝土的破坏时产生的极限应变作为判断底板岩层破坏深度的依据,得到综放开采条件下采场底板破坏深度为13 m,为合理评价带压开采条件下8416工作面底板突水提供了可靠的数据支撑。     

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。     

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。     

地表水体下厚煤层综放工作面安全开采技术

为了保证地表水体下综放工作面安全回采.以山西某矿为试验矿井,采用钻孔电视和分段注水试验对矿井导水裂缝带发育高度进行探测,对地表沉降进行了监测分析,并对水体下工作面开采进行了涌水量监测,实现了水体下工作面的安全回采.研究结果表明:厚煤层综放工作面导水裂缝带发育高度为119.7～127.2 m,裂采比为19.9～21.1;工作面回采前裂隙数量为1～2条,宽度以4 mm为主.当工作面回采后,在132～148 m范围内,裂隙数量最多增加到7条,裂隙宽度可达8 mm.在148～160 m范围内,裂隙数量和宽度与工作面回采前持平;工作面回采后,地表最终产生拉裂缝,最大深度为6.5 m,不会造成地表河水的突然下泻;地表水体下工作面回采过程中无留设保护煤柱,最大涌水量与非水体下工作面开采持平,工作面回采过程中地表水未进入到工作面,实现了安全回采,为类似矿井提供了借鉴.