矿井突水模型试验顶板离层破断数值模拟研究

针对矿井突水模型试验中的顶板离层破坏,用有限差分程序(FLAC)中的interface单元模拟层理面,开展流-固耦合模拟研究.实现了对矿井突水模型试验中顶板离层破坏和突水全过程的模拟,模拟结果较好地刻画出煤层开采后顶板岩层从沉降、离层直至垮塌突水的整个过程,能有效反应出矿井突水前顶板围岩位移急剧增大,渗压先增大后迅速降低的过程.同时将计算结果与试验监测数据进行了对比,二者吻合较好,表明所用的方法能够正确模拟矿井突水和顶板破断过程,该方法可以为矿井顶板离层破断突水等问题提供数值基础和相关前兆参数.     

关键层破断前后覆岩离层裂隙当量面积计算

基于相似材料模拟实验，得出综放开采中覆岩离层裂隙变化形态，给出了关键层初次破断前后离层裂隙当量面积和当量流径的理论解。     

重复采动影响下采场坚硬覆岩离层水涌水致灾机制研究进展

 采场覆岩离层水水害是一种新型水害类型,迄今为止对其认识不是十分清楚。为了更好地对其进行研究,对该领域已有的研究成果进行梳理分析。首先,对9个典型的离层水水害事例进行整理、总结,得出5个方面的共同特征,分别是坚硬覆岩、多煤层或单煤层分层开采所引起的重复采动、离层区具有充沛的补给来源、积水离层带与采场之间存在隔水层形成封闭水体、具有冲击地压等诱发因素。其次,根据前人对离层水突水机制的阐述过程,总结出5种揭示离层水突水的观点,并基于物理场的角度把这5种观点归纳成3类:渗流场的单独作用、应力场的单独作用、渗流场和应力场的耦合作用。最后,指明了离层水害领域中5个研究重点,并展望了其发展方向。     

厚层坚硬顶板离层发育特征与水害成因机理

针对部分区域矿井离层水害严重的问题,结合淮北杨庄矿水文工程地质条件和开采条件,采用离散元数值模拟方法,研究厚层坚硬覆岩下离层发育特征及其动力突水机理。结果表明:离层在发育过程中受岩浆岩的支撑作用和应力重分布的影响呈现移动拱形特征;火成岩的冲击性破断和充足的离层水源是发生突水事故的关键因素。该研究为同类地质条件矿井的离层水害防治提供了有益参考。     

海孜煤矿顶板次生离层水的形成与防治

通过水文地质和工程地质条件分析、相似材料模拟和数值模拟认为淮北海孜煤矿的顶板水害为次生离层水包破裂所致,钻探和光学成像证实了分析和实验结果。针对灾害原因,采取了采动疏干的防治水方法,取得了满意的效果,确保了类似条件工作面开采的安全。     

工作面顶板离层水积水量预测及探放方案

顶板离层水水量的预测及水源位置的确定是解决工作面离层水涌水的技术关键.在实测红柳煤矿1121首采工作面顶板涌水量及理论分析顶板涌水的机理之上,提出了该工作面集中涌水的水源为工作面顶板离层水,并总结分析了顶板离层水的形成机理和制定了相应的防治水措施.根据工作面周期涌水量和实际离层水疏放情况预测了离层水积水量,据此提出了红柳煤矿1121工作面顶板离层水探放方案,并在现场进行了成功应用.     

浅谈矿井突水原因及其防治

矿井突水现象在我国煤矿生产部门是普遍存在的,特别是在华北、东北、华南尤为严重。因此我们不断分析研究各种突水现象的原因、机理,总结矿井突水规律,进行突水预测,这对下一步煤矿安全生产具有重要的意义。     

平煤宁庄井防治水研究

本文详细分析了宁庄井的水文地质条件,依据水文地质理论总结出矿井的突水规律,采取有效的防治水措施,为矿井防治水工作提供辅助决策。     

浅谈隧道突水突泥处理方案与技术

文章分析了贵广铁路某隧道突水突泥发生的原因,重点对处理方案和施工工艺等措施进行了介绍,供类似工程借鉴。     

煤层底板突水因素分析

针对煤层底板水害的特点,对底板水害的形成原因作了分析。以两类典型的煤层底板水害为研究重点,探讨了突水的防治方法。为解决煤层底板突水问题,应建立信息化系统以提高决策效率与决策水平。     

煤层下伏岩层采动变形规律及承压水突水机理研究

煤层底板突水是华北区域煤矿事故的最主要原因.基于肥城矿区地质条件,应用FLAC3D软件和岩石力学电液伺服系统分别对开采煤层下伏岩层移动变形规律、岩体的渗透特性、岩体在渗流场作用下的变形破坏特征等方面进行了深入研究,分析了水体上煤层开采突水机理,为确定高突危险水体上煤层的安全开采技术与工艺奠定了理论基础,具有十分重要和深远的意义.     

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.     

象山煤矿奥陶系石灰岩突水特征

通过对象山煤矿水文地质条件的分析,认为奥陶系石灰岩引起的矿井突水主要集中在上马家沟组2段和3段,突水时水量由小变大,突水点分布于井田边浅部地层倾角由陡变缓的转折带上,突水与断裂构造有密切关系,引发突水的断层及裂隙走向多为NNE,倾向SEE.     

基于云理论与加权马尔可夫模型的矿井涌水量预测

针对矿井涌水量预测问题,提出一种新的既考虑模糊性又考虑随机性的云加权马尔可夫预测模型。其过程为:首先,利用云理论对矿井涌水量状态概念进行云划分,通过X条件云发生器确定训练样本各年份涌水量所属状态;由于云模型具有模糊和随机特性,同一样本属性值通过X条件云发生器时,输出不同的状态,从而形成不同情形下的马尔可夫状态空间,为此,根据各种情形出现的频数,确定各自的权重。然后,应用加权马尔可夫预测法,计算各种情形下预测样本所属状态的概率矩阵,加权求和得到最终的预测概率矩阵,并根据最大隶属度原则,确定预测样本所属状态。最后,以河南鹤壁四矿1982—1999年的矿井涌水量时间序列作为训练样本,采用所建立的云加权马尔可夫预测模型,对2000—2001年的矿井涌水量所属状态进行预测,研究结果表明:2000年和2001年的涌水量预测状态同为状态5,属涌水量较少年份,与其实际状态相一致。     

采动影响下煤层底板突水预测

为了解决传统经验公式的不足,通过FLAC3D软件建立三维数值模拟模型,并利用软件中的固流耦合功能,进行了煤层底板在采动影响下的突水预测分析。分析结果:表明在采动及承压水水压影响下,当工作面推进至64 m时,采空区底板会发生突水。导水裂隙、水流速度及方向等的动态发展受工作面采动影响明显,与岩体的破断及破断岩块再组合压实过程关系紧密。通过对比分析说明了经验公式的局限性。     

矿井突水地质构造富水性的探查技术

岩溶陷落柱、断裂、老窑采空区是引起矿井突水的主要地质构造。在对比研究了各种物探方法应用条件的基础上,采用三维地震查明地质构造的类型、大小及分布范围,利用瞬变电磁法和SYT电磁测深技术探查构造的富水性。研究表明,地层的富水性与其视电阻率大小具有一定的相关性,富水的地层视电阻率值较低,反之视电阻率较高。根据横向和纵向电阻率等值线图分析地质构造的富水性,为矿井突水危险评价提供地质依据。淮南矿区突水地质构造探测结果显示:在探测区内发育两个陷落柱,西北部的陷落柱无水,东部陷落柱富水程度高。实际巷道揭露资料与探测结果基本吻合,该物探方法组合不失为探查地质构造富水性的一种有效手段。     

承压水地层管廊基坑开挖变形特征及抗突涌稳定性分析

管廊穿越富水软弱地层时,对其安全建设产生了不容忽视的影响。为了研究富水地层管廊基坑开挖变形的稳定性,依托济南新东站开源路富水地层管廊基坑工程,分析影响基坑开挖变形的关键因素,提出基坑周边土体变形破坏影响因素的敏感性评价指标,建立基坑底板抗突涌稳定性系数及隔水层临界厚度公式。结果表明:随开挖深度和承压水头增加,水平位移具有分层现象,深层呈“月牙形”,最大变形位于基坑底部两侧下部,呈现向桩后和基坑中心靠拢趋势;地表沉降呈凹槽形,从基坑边向两侧呈先增大后减小趋势,而隆起变形越靠近基坑中心越大,施工中应注意基坑底部两侧向中间过度时出现的较大隆起值。基坑周围土体变形破坏影响因素指标敏感性大小依次为开挖深度、加固厚度和承压水头,施工时要适当采取降水措施,预留足够的隔水层厚度,加固坑底以增强其稳定性,更要适当控制基坑开挖深度;与传统法相比,考虑土体抗剪强度所计算的基坑抗突涌稳定性系数较大,隔水层临界厚度较小,与现场情况更加吻合。     

基于矩张量反演的矿山突水孕育过程

为实现矿山突水孕育过程中岩石破裂事件的有效分析,利用河北矾山磷矿所监测的异常微震事件,引入基于数字地震学的矩张量反演方法。矿井尺度的震动位移场可表示为矩张量与格林函数的时间褶积。通过提取微震事件位移场资料,并计算格林函数(震源至传感器之间传播介质的脉冲响应),线性反演了微震事件的矩张量,并利用微震事件的破裂方位判别了其破裂类型。随后建立微震监测三维效果图,拟合出岩石破裂面发展趋势,并初步确定了突水危险区域范围。研究表明,矩张量反演方法能够计算出微震事件震源机制解,可有效反映矿山突水孕育过程中岩石破裂的形成过程及发展趋势。     

矿井突水水源判别的改进ESN神经网络模型

针对水化学特征相似的水源类型,采用传统的预测模型难以准确判别。运用水化学成分分析法和FCM聚类分析法对26个典型的水源样本进行相似度分析,并提取了4个相似度较高的水源样本作为待测样本,将其载入一种基于阻尼最小二乘正则化方法的GA_ESN判别模型,并与改进的GA_BP和标准GA_ESN模型的判别结果进行对比。结果表明:改进的GA_BP判别模型效果最差,预测准确率只有50%;标准GA_ESN模型的回判准确率和预测准确率均达到100%,但其判别精度对模型的复杂程度要求较高,且易出现过拟合问题;而改进的GA_ESN判别模型能够弥补上述模型的不足,不仅简化模型训练过程,还能提高水源的判别精度。因此,该模型可作为一种快速有效判别矿井突水来源的新方法。