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.     

承压水体上采煤底板断层突水规律的研究

为了分析底板含水层水压及采动矿压对底板隔水层岩体上部与下部的影响与破坏，应用了相似材料模拟试验以及断层附近底板突水的力学分析方法，对底板突水机理有了进一步的认识；同时，由断层附近底板突水的力学分析方法所得到的理论计算结果，也可以作为判别类似条件下遇断层时承压水体上采煤是否安全的依据。     

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。     

内蒙古某矿底板突水危险性评价研究

底板突水是矿井水害的主要类型之一,对其进行评价是煤层开采前的必要步骤。以内蒙古某矿为研究对象,考虑传统的评价体系,选取了含水层、隔水层、采动和构造等因素,建立适合内蒙古某矿底板突水评价体系,并结合层次分析法和变异系数法确定主-客观权重,利用特征值权重法兼顾主观经验与数据客观信息,进而建立了主-客观模型,用于对底板突水危险性进行评估。以内蒙某矿实际情况对底板评价模型进行了检验,并将其与单一评估模型进行对比。研究结果表明,构造、断层和脆塑性岩比是影响底板突水的主要因素,而单一因素评估模型存在失真问题。因此,建议采用主-客观权重模型来对该矿底板突水进行评估,该方法具有良好的应用性和可靠性,可以为类似煤矿底板突水评价提供新的思路和方法。     

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。     

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。     

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。     

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.     

"深部开采底板突水控制论"研究基本思路及方案(续)

以不致发生灾害性突水量为控制目标,在充分研究底板岩性、结构(断层与裂隙)和地质环境三要素综合作用基础上,通过建立和数值模拟多场(渗流场、应力场、温度场等) 耦合模型,实现底板渗(突)水量的合理预测,进而建立深部开采底板突水控制系统, 经反复反馈调节可避免发生灾害性突水事故.     

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。     

底板突水的突变理论预测

分析了矿层底板失稳破坏发生突水的机制，根据底板突水的尖点突变特征、采用力学平衡和能量平衡方法和应用突变理论建立了矿层底板突水的突变模型。根据这一模型，应用尖点突变原理分析了承压水底板关键层失稳突水的力学机制。当满足关键层失稳的充要力学条件时，承压水底板有可能发生失稳突水。通过工程实例，用数值模拟证明了该理论分析方法是切实可行的，为底板突水预测研究奠定了可靠的理论基础。     

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。     

煤矿水害预测软件开发

概述了当前煤矿底板突水预测预报存在的问题，提出了用突水概率指数法预测采场底板突水的新方法，即根据影响底板突水因素对突水所作的贡献，赋予不同的权重给影响采场底板突水的各因素。使得影响底板突水的各因素定量化，建立合理的数学模型，求出突水概率指数。利用Visual Basic实现该思想，开发出底板突水预测预报的应用软件。结合肥城煤田实例，介绍该预测预报软件的具体使用过程。     

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.     

采煤工作面底板突水的预测预报方法

采煤工作面底板突水预测、预报是在工作面采动过程中,通过监测煤层底板岩层内部一些参数值变化来分析、预测底板突水的可能性。本文着重介绍了该方法的基本原理和实际应用。     

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。     

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。     

安徽五沟煤矿1016面底板突水GMS模拟模型研究

由于水文地质条件的复杂性和开采技术的多样性,目前底板水的运移及突水量预测仍然较为困难。根据五沟煤矿现场工程地质、水文地质条件,通过概化水文地质条件,建立数学模型。采用GMS软件,建立1016面开采涌水模拟模型,通过对模型的检验分析,验证模型的准确性,为深入系统地研究五沟煤矿1016工作面底板岩层破坏机理和突水条件以及为煤矿防治水设计提供依据。     

章村矿下组煤开采底板奥灰突水影响因素分析

章村矿在向下延伸开采9#煤的过程中,隔水层厚度薄,奥灰承压水头高,面临来自奥灰含水层突水的危险。在分析井田水文地质条件的基础上,着重分析了构造、隔水层岩性组合与厚度变化、底板采动破坏三个因素对奥灰突水的影响,可知奥灰承压水水压的大小和隔水层的有效厚度及其阻水性能是决定底板能否突水最基本的因素,而断裂构造、含水层富水性和矿压则从不同角度起到了激化和促进作用。