用钻孔放注水法探测煤层采动后底板的破坏深度

在奥陶系灰岩岩溶承压水体上带压开采时,采用放注水法在井陉一矿、三矿观测了三个采面,测得了大量的第一手资料。通过对资料的综合分析研究,得到了各采面煤层采动以后底板的破坏深度及底板遭受采动破坏一般由上往下分为三带,即上部破坏带、中部未破坏带、下部导高发育带。是否突水决定于三个带的存在和发育状况。     

底板采动破坏带分段观测系统与应用

针对工作面开采后底板采动破坏带探测难题,为掌握开采引起的底板岩层破坏规律,确保承压水上安全开采,自主研发底板采动破坏带分段观测系统。该系统主要包括测漏-封堵一体化子系统、供给-测定子系统和推进子系统等,采用的测试探头最大外径为78 mm,每次推进最大有效测量长度为4 500 mm,设计封堵工作压力为2.5~2.6 MPa,测漏工作压力为0.1 MPa。该系统具有如下特点:1)测漏系统和封堵系统融合,可利用同一外界水源进行封堵和观测工作,实现封堵测漏一体化,减少钻孔内管道数量为1根,解决了钻杆绕线问题;2)设计压力转换端子,实现封堵高压水源向观测低压水源转换,保证封堵过程和观测过程在各自压力下工作;3)采用多探测单元观测,实现一次封堵多段测量,与双端封堵测漏装置相比,可减少2/3工作量。用华丰煤矿41501工作面底板采动破坏带现场实测对该系统的准确性和可靠性进行验证,并与理论预计和数值模拟结果相对比。研究结果表明:理论预计值为16.89~20.65 m,数值模拟结果为15 m,而现场实测深度为15.49 m,系统测量结果是准确的,且测试过程未发生钻杆绕线现象。底板采动破坏带分段观测系统的研制和应用,丰富了底板岩层采动破坏范围现场观测手段,对于承压水上安全开采,预防底板突水具有重要的实用价值。     

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.     

基于声波法和FLAC3D的矿井底板采动破坏特征研究

利用声波法对华北地区某典型岩溶水害矿井的4707工作面煤层底板不同深度、不同位置的声波波速进行探测,获得了随工作面推进时的波速变化曲线。结果表明:垂深3.9～12.1m之间的声速曲线出现较大的波动,在钻孔距工作面距离15～5m时声波波速迅速升高,在6～5m处达到最大值,工作面推过钻孔后,波速不断降低。垂深13m以上,声波曲线趋于稳定,说明已不在破坏范围内。声速法判断底板最大破坏深度为12.1m。结合FLAC3D软件,利用4707工作面的实际地质资料数值模拟煤层底板采动破坏过程,得出了煤层底板采动破坏特征:底板破坏区沿采空区四周和底板向下扩散呈现出喇叭形,随工作面的不断推进,破坏区也不断前移。     

用钻孔超声成象法在煤矿井下拍摄底板破坏裂隙图相

钻孔超声成象法在煤矿井下斜孔中应用时,由于探管偏心带来许多技术难点,致使测试效果不佳。通过现场试验对以上问题进行了分析研究,制做了适于斜孔的探管扶正器,充实了探管声窗内的耦合油剂,适当调整了声波换能器的旋转速度,使用推杆和手摇绞车下放、提升探管,终于在井下斜孔中测得了采后底板破坏裂隙图象。这为防治煤矿底板突水的研究增添了一项新的手段。     

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。     

矿井工作面开采底板破坏规律钻孔电法测试分析

煤层开采过程中工作面底板岩层变形与破坏特征可利用物探方法进行综合测试与判断。淮南潘北矿3煤层距底板灰岩层较近,现场利用底板巷道布置钻孔电法测试系统,根据煤层开采进度进行实时监测,获得了煤层开采过程中底板岩层电阻率值变化过程参数,结合背景值对比分析获得了岩层破坏特征规律认识。结果表明,该工作面3煤层顶分层开采破坏深度为14.5 m左右,其结果动态、可靠。     

煤层底板破坏深度的综合测试方法

在奥陶系灰岩岩溶承压水上带压开采时,用综合方法进行了观测,在室内做了相似材料模拟试验,得到了不同情况下的放(注)水规律;底板岩层水平及垂直方向受力情况;附加最大剪应力值;主压力方向;应力分布曲线;底板位移曲线及底板裂隙发育状况等,从而确定了底板破坏深度。     

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。     

承压水上采煤底板破坏深度的探讨

针对我国承压水上采煤底板突水灾害随工作面斜长不断增大而逐年增多的趋势,在总结全国典型煤矿底板破坏深度实测资料的基础上,通过Excel中的拟合函数功能,建立了多元线性回归公式。通过与经验公式,实测数据对比发现,该公式具有较好的预测效果。研究发现,工作面斜长对底板破坏深度起着至关重要的作用,且随着工作面斜长的增加,底板破坏深度也随着增加。     

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。     

基于人工蜂群算法优化支持向量机的 采场底板破坏深度预测

为确定合理的底板防水煤岩柱尺寸,减少底板突水安全事故的发生,利用支持向量机(SVM)与人工蜂群算法(ABCA)综合研究底板破坏深度问题。由于SVM训练参数惩罚因子C和核函数宽度g的选择对预测精度的影响显著,采用ABCA优化该训练参数的选择过程,建立基于SVM的底板破坏深度预测模型。选取采深、煤层倾角、采厚、工作面斜长、底板抗破坏能力和是否有切穿断层或破碎带作为影响底板破坏深度的主要影响指标,利用现场实测的30组数据作为样本对该模型进行训练和预测。结果表明:该预测模型的平均相对误差为12.5%,平均绝对误差为0.986m,均方误差为0.005,平方相关系数为0.980,较其他预测模型具有更强的泛化能力和更高的预测精度。     

瓦斯抽采钻孔破坏过程数值分析

从瓦斯抽采过程中钻孔的塌孔卡钻现象出发,结合RFPA2D-Flow模拟结果,分析说明了由于应力集中现象的出现,对钻孔周边煤体中瓦斯渗透率的影响,并根据钻孔周边应力沿孔壁的变化规律得出了瓦斯沿抽放钻孔周边涌出的发展规律.最后,通过对钻孔周边应力沿孔壁的变化规律和瓦斯涌出时导致的卸压作用的分析,得出了瓦斯抽放钻孔周边煤岩体的破坏是由上下两侧孔壁首先被拉裂然后导致破坏向左右两侧孔壁逐渐延伸的发展过程.     

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。     

采场底板岩层破坏规律光纤测试方法与效果

煤层开采后底板破坏深度的确定及其精细特征的探查一直是矿井生产建设中的重难点问题。文章结合淮南某矿6煤层开采条件,利用钻孔植入方法安装分布式光纤,构建应变场测试空间系统,依据回采进度进行实时监测与分析,与岩层应变观测数据进行对比,获得工作面回采过程中底板岩层变形与破坏深度(14m)及其特征,所得结果与孔间电阻率层析(computerized tomography,CT)成像结果基本一致。结果表明,分布式光纤测试技术具有较高的分辨及监测效果,对井下底板岩层破坏特征判断准确,具有良好的推广应用前景。     

杨柳煤矿10煤层底板的采动破坏特征

煤层底板在煤层采动后会发生变形与破坏,煤层底板破坏特征是判断底板突水与否的重要依据。以杨柳煤矿10煤层底板为研究对象,采用理论计算与数值模拟相结合的方式,分析煤层底板岩层在采动条件下的应力变化特征与岩体破坏特征。结果表明:10煤层底板平均厚度59.16 m,在开采条件下最大破坏深度为13.6 m,底板受下部灰岩水影响的可能性很小。该研究可以为分析煤层底板突水机理与底板水害防治提供理论依据。     

基于流固耦合数值模拟煤层底板破坏深度研究

随开采深度的加大,华北煤矿区下组煤开采面临煤层底板奥灰岩溶含水层的突水威胁越来越大。晋煤集团赵庄矿15#煤底板距离奥灰平均23.18 m,且井田范围内突水系数普遍大于0.1 MPa/m,加之岩溶陷落柱和小型高角度断层发育,开采15#煤面临奥灰水威胁较大。在考虑赵庄矿的地质构造,矿山压力、奥灰水压及15#煤层开采等综合因素的基础上,建立起15#煤层底板含水层均布水压流固耦合模型,运用FLAC3D软件模拟分析了开采对底板的破坏情况,结果表明:流固耦合条件下底板的最大破坏深度为23 m,承压水最大导升高度为7 m,模拟成果可为15#煤安全开采提供参考。     

某矿煤层底板采动破坏规律数值模拟研究

为揭示煤层采动破坏规律,在分析工程地质、水文地质及开采条件的基础上。采用Flac有限差分软件对工作面推进过程中底板采动破坏规律进行了模拟研究,得出了工作面推进过程中底板应力场、位移场及塑性区的基本发展变化规律,为煤矿安全生产和矿井水害防治提供参考依据。     

许厂煤矿下组煤开采底板破坏深度综合分析法

以许厂煤矿下组煤首采工作面11603为研究对象,综合应用统计学、弹塑性力学、断裂力学、数值模拟以及电法实测等综合分析方法,确定了底板开采底板破坏深度。结果表明:弹塑性力学和断裂力学方法预测分别为13.0和12.9 m;而运用FLAC3D进行底板变形破数值模拟得出的底板下塑性区破坏深度为12.0 m,与高密度电法实测底板破坏深度13.0 m结果差别不大。