基于孔间直流电透视的煤层底板采动破坏电阻率时移变化规律与机理

煤层采动过程中,底板应力状态的改变会产生变形与破坏,而不同煤层采动过程中底板破坏具有一定的规律。目前基于直流电阻率法的煤层底板水害监测主要集中于底板变形与破坏的电阻率响应特征上。为了研究工作面回采过程中煤层底板的电性时移变化特征,采用孔间直流电透视观测系统和时移电阻率反射系数法,通过数值模拟和现场试验揭示了煤层底板采动破坏电阻率时移规律。首先,针对典型地电模型,对比单独反演和时移电阻率变化率的结果,验证了孔间直流电透视时移方法的可靠性。然后,针对煤层底板采动破坏,分析了采动过程中底板承压水导升与底板破坏带的电性响应规律与特征,并讨论了时移电阻率反射系数确定煤层底板破坏深度的可行性,为野外施工提供理论依据。最后,通过现场监测试验,获得工作面回采过程中煤层底板的电性变化特征,并采用时移电阻率反射系数R确定了工作面底板岩层的破坏深度为15 m。结果表明:利用孔间直流电透视法获得的煤层底板采动破坏电阻率时移特征可在一定程度上消除了监测数据中的地层因素和随机噪声影响,且时移电阻率反射系数可用来确定煤层底板破坏深度。该方法将探测目标从单一的研究地质异常转换到对煤层采动过程中工作面底板破坏的全生命周期动态监测,进而实现了工作面底板结构破坏的精细刻画。

大采深高承压水条件下煤层底板突水问题及解决对策

在当前煤矿普遍面临大采深、底板高承压水、高地应力等采掘条件下,正确评价煤层底板承压水突水危险是做好防治水工作的基础。以河南省受底板灰岩承压水突水威胁的大水矿井为例,就底板破坏深度计算、突水系数计算及临界值、脆弱性指数法、不同水文地质单元的“双层水位”效应等问题进行了剖析。分析表明:在大采深和高地应力开采条件下,底板破坏深度较现有用经验公式计算得到的值偏大,一些矿井突水系数虽小于全国临界值,但回采过程中却发生了突水,脆弱性指数法有待于规范化。此外,井田范围内水文地质条件存在着时空变化,甚至会出现“双层水位”等现象。鉴于此,提出了建立大采深和高地应力开采条件下的底板破坏深度计算模型、确定矿区或矿井范围的临界突水系数值、规范脆弱性指数评价方法、查明水文地质条件的时空变化和不同单元的水动力参数、制定同各单元水文地质条件相适应的防治水措施等各项对策。

矿井煤层底板承压水危险性评价及治理方案分析

煤矿地下突水问题不仅会干扰正常的采矿作业和采矿效率,还会增加煤矿安全工程的投入,甚至会导致严重的煤矿透水事故,严重威胁煤矿开采人员的人身安全。文章以我国某煤矿为例,对该矿开采面的突水危险性进行分析和评价,并利用综合探测、疏水降压和注浆加固技术对该煤矿煤层底板承压水问题进行治理,取得了较好的防治效果。

基于ZOA CNN GRU模型的煤层底板突水等级预测

针对传统循环神经网络煤层底板突水等级预测模型存在预测精度低、模型参数过多造成模型训练速率下降和出现过拟合现象等问题,引入斑马优化算法对卷积神经网络和门控循环单元神经网络的组合模型进行优化,建立ZOA CNN GRU神经网络煤层底板突水等级预测模型。为验证模型的可行性,采用九龙矿区煤层底板突水数据对模型进行训练,并将所建模型和CNN GRU神经网络以及GRU神经网络进行对比分析。研究结果表明:与CNN GRU神经网络和GRU神经网络模型相比,ZOA CNN GRU神经网络模型预测准确率最高,达到98%,且ZOA CNN GRU神经网络模型稳定性、泛化能力均优于对比模型。

综合物探法在煤层底板灰岩含水性的应用研究

以某煤矿第四采区底抽巷为例,根据底抽巷底板岩性特征,合理选取地质雷达法、高密度电法、瞬变电磁法相结合的综合物探法作为煤层底板灰岩含水性测定方法。合理选取综合物探技术设备,提前对综合物探法进行试验分析,确认地质雷达法、高密度电法相结合的综合物探法可满足探测要求,以此实施真实数据采集和处理。根据采集数据实施综合物探数据解释分析,以此获取某煤矿第四采区底抽巷底板灰岩含水性特征。

基于博弈论组合赋权-TOPSIS法的煤层底板突水危险性评价

为合理定量化评价煤层底板突水危险性,探索可行的煤层底板突水评价方法进行安全预警,减少突水事故造成人员伤亡及设备损害。以回归煤矿21201工作面为例,分析影响煤层底板突水风险因素,在此基础上选取17项煤层底板突水影响因素构建危险性评价指标体系,建立煤层底板突水危险性预测组合赋权-TOPSIS评价模型,通过博弈论将层次分析法确定的各评价指标主观权重与熵权法确定的客观权重进行优化组合得到综合权重,将综合权重与TOPSIS法结合分析突水危险性等级;运用数值模拟分析工作面开采后底板卸压及塑性破坏区发育情况,并通过工程实测验证突水危险性。结果表明:博弈论组合赋权-TOPSIS评价模型评价结果为“较安全”,数值模拟得出底板卸压效果良好,底板塑性破坏区最大深度为20.6 m,结果与现场实测底板最大破坏深度22.8 m基本吻合,研究区无突水危险性。

基于三维地震勘探技术对煤层底板高承压水突水危险性的研究

矿井因缺少深部钻孔地质资料而无法准确地对煤层底板突水危险性进行评价,以梁北矿32采区三维地震勘探资料所揭示的深部地质信息为主要研究对象,通过地震界面与钻孔数据标定反演煤层底板隔水层厚度,采用突水系数法和脆弱性指数法将评价结果相互印证。结果表明,基于三维地震勘探资料对煤层底板高承压水突水危险性评价结果具有较高的可靠性,其突水危险区与研究区域内含水层的高承压区、大断层的发育区以及薄隔水层的分布区表现出较高的契合性。

煤层底板双承压含水层下隐伏断层活化导水特征试验研究

【目的】现有的关于煤层采动揭露底板隐伏断层突水试验研究成果,仅考虑了煤层下伏单一承压含水层条件,需研究煤层底板多承压含水层条件下隐伏断层活化导水特征。【方法】通过室内相似物理模拟方式,对煤层底板双层承压含水层条件下,采动过程隐伏充水通道在不同深度上的应力和孔隙水压力演变规律进行了分析。【结果】结果表明:利用自主设计的煤层底板隐伏断层突水试验系统,可以相对合理地模拟两层承压含水层条件下不同深度上的断层活化导水规律;浅部比深部断层带的应力增量、孔隙水压力增量变化程度相对更高,孔隙水压力变化时间均滞后于应力变化时间;临近开采结束阶段,浅部和深部断层带孔隙水压力增量的上升趋势,表明断层带向采空区卸荷促进了渗流导升,断层带存在滞后突水的可能性,浅部较深部断层带的滞后突水风险相对更高。应力扰动程度整体上随深度增加而衰减,浅部相对深部断层带更易活化,持续不断的扰动将使浅部和深部含水层发生水力联系,深部承压水可通过隐伏断层补给浅部承压水,承压水通过断层带导升过程存在着显著的水头压力损耗。【结论】试验结果可为底板多承压含水层条件下隐伏断层活化导水模式分析提供理论和工程实际参考。

基于组合赋权的TOPSIS-RSR法的煤层底板注浆效果评价体系

区域地面超前注浆是预防底板水害的有效手段,如何利用钻探及注浆施工过程的数据对注浆效果进行客观评价,是目前迫切需要解决的问题。以山东省邱集煤矿1111采区D3,D10,D11和D12地面孔组注浆工程为背景,结合已有研究与现场经验,选取钻井液漏失量、注浆终压、渗透系数以及单位注浆量作为评价指标,建立了注浆效果综合评价体系,提出一种综合改进后的层次分析法与CRITIC客观赋权法的赋权方式,利用算术平均法、几何平均法、特征值法等改进AHP,该方法提高了指标赋权的客观性和科学性;基于组合赋权方式更新了TOPSIS,RSR排序分档的注浆效果综合评价模型,利用相对距离优化了TOPSIS相对贴近度的缺陷,改进了数据处理结果;将评价结果转换为可视化分区图,与注浆后井下钻探揭露涌水量结果进行对比,结果显示该评价方法合理,与工程实际结果较为吻合。

基于Visual Lisp和VBA对地形线及煤层底板等高线剖面绘制方法的研究

针对煤矿设计中煤层剖面线绘制机械重复且效率低的问题,使用Visual Lisp和VBA工具,开发出能利用AutoCAD实现地形线与煤层底板等高线剖面图快速绘制的程序。通过Visual Lisp程序对已有的地形线及煤层底板等高线高程值赋值,再利用VBA开发的可视化程序根据选择的剖切线快速生成剖面图。用该方法绘制剖面图准确性高,且大大提高了煤矿设计中的制图效率。

煤层底板灰岩水害复杂程度网格化定量分析方法

为实现对工作面或采区范围的煤层底板灰岩承压水害复杂程度进行量化分析,以陈四楼煤矿2901和2903工作面为研究对象,采用地面多分支水平孔顺层探查岩溶裂隙及导水构造发育情况,选取断层迹线长度、钻孔漏失量、压水试验透水率3个关键工程地质参数,运用平面网格化和模糊数学方法,提出水害复杂程度评分计算方法,定量揭示了研究区内底板灰岩岩溶发育及含导水性分布规律,评分越高表明该区域突水危险性越大。研究成果可指导底板水害治理效果评价与验证,实现底板水害安全精准高效治理。

刘庄煤矿11-2煤层底板砂岩富水规律及水化学特征研究

采用水化学测试、统计分析、水文地球化学分析等方法,对刘庄煤矿11-2煤层底板砂岩富水性规律及水化学特征进行系统研究。研究结果表明:井田范围内112煤底板砂岩类型、沉积厚度、裂隙发育、富水性以F25断层为界分区性明显,水质类型为Cl·HCO_(3)—Na或HCO_(3)·Cl—Na型,以采区边界断层为界,主要离子含量存在较大差异性,并分析了水样中阳离子Na^(+)、Ca^(2+)、Mg^(2+)主要来源。研究成果可为查清砂岩裂隙含水层分布规律、富水性和水化学特征提供指导,为制订矿井防治水方案提供重要依据。

综合物探法在煤层底板灰岩含水性探查中的应用——以山西晋煤太钢能源有限责任公司三交一号矿井为例

为防治矿井水害、保障井巷工程的安全掘进,应用综合物探法对山西晋煤太钢能源有限责任公司三交一号矿井煤层底板灰岩含水性进行勘查,通过地面物理勘查、水文地质钻孔、水文地质和工程地质试验,勘查井田内太灰、奥灰含水层的水文地质参数,以及F_(10)断层破坏带的发育位置、产状、含水和导水性质。在此基础上,提出水害防治方案,为三交一号矿井的水害防治提供了坚实的安全保障。

地面定向钻孔对煤层底板加固注浆改造技术

为解决井下作业环境对工作面底板含水层治理施工的空间限制与安全影响,保证工作面采掘安全,以吕梁山矿3-303工作面为例,分析研究其地质及水文地质条件,提出采用地面施工定向钻孔的方法改造煤层底板隔水层的厚度和隔水性能;设定采区和工作面的治理范围,选取合适的钻孔终孔设计层位,并下设多级套管避免塌孔堵孔后钻孔报废,通过注浆加固,改造隔水层的厚度和隔水性能;改造后的工作面煤层底板隔水层音频电透的视电导率分布较为均匀,底板改造效果良好。

煤层底板突水与危险性评价研究现状及展望

煤层底板突水作为一种严重的煤矿灾害,其隐蔽性强、破坏性大,对煤矿安全生产构成重大威胁。文章首先回顾了煤层底板突水机理的研究历程,包括国内外学者对突水系数、“下三带”理论、“四带”理论、岩体结构控制论等的提出和发展,这些理论为理解突水机理提供了重要基础。煤层开挖扰动这一动态变化过程,可反映在多个方面,因此,可以借助各种监测设备实现“参量”的动态演化来反应采动效应,在底板突水事故研究中,通过底板突水机理明确危险源及触发条件,对危险源进行分析并对底板突水危险性进行静态及动态评价,在底板水害防治工作中有重要的研究意义。在上述基础上,总体阐明了煤层底板突水危险性评价体系各环节的研究展望。As a serious coal mine disaster, water inrush from coal seam floor has strong concealment and great destructiveness, which poses a major threat to coal mine safety production. Firstly, this paper reviews the research process of water inrush mechanism of coal seam floor, including the proposal and development of water inrush coefficient, “lower three zones” theory, “four zones” theory and rock mass structure control theory by domestic and foreign scholars. These theories provide an important basis for understanding the mechanism of water inrush. The dynamic change process of coal seam excavation disturbance can be reflected in many aspects. Therefore, the dynamic evolution of “parameters” can be realized by means of various monitoring equipment to reflect the mining effect. In the study of floor water inrush accident, the hazard source and trigger conditions are defined through the mechanism of floor water inrush, the hazard source is analyzed, and the static and dynamic evaluation of floor water inrush risk is carried out. It has important research significance in the prevention and control of floor water disaster. On the basis of the above, the research prospect of each link of the risk evaluation system of water inrush from coal seam floor is expounded.

基于熵权-模糊层次分析法的煤层底板突水危险性评价

以薛虎沟煤矿10号煤层为研究对象,在分析煤矿地质及水文地质条件基础上,确定了影响10号煤层底板突水的主控因素,运用熵权(EW)与模糊层次分析(FAHP)相结合的研究方法,计算了各主控因素的权重,建立了10号煤层底板突水的脆弱性指数模型,并对10号煤层底板突水危险性进行综合评价。研究表明,影响10号煤层底板突水的主控因素为奥灰水压、奥灰富水性、隔水层厚度、脆性岩厚度及煤层底板破坏深度;10号煤底板突水的脆弱性指数模型为VI=0.2112 f_(1)(x,y)+0.3086 f_(2)(x,y)+0.1494 f_(3)(x,y)+0.1909 f_(4)(x,y)+0.1399 f_(5)(x,y);10号煤层突水危险区和较危险区主要呈带状分布于煤矿西北部局部地区。

煤层底板突水评价的新型实用方法Ⅳ：基于GIS的AHP型脆弱性指数法应用

为解决煤层底板突水预测预报评价难题,在煤层底板突水主控指标体系和脆弱性指数法提出的基础上,以开滦东欢坨矿北部采区煤层底板突水为研究对象,应用新提出的基于GIS的ANN型脆弱性指数法,在详细分析矿区水文地质条件和底板突水规律基础上,确定了6个影响煤层底板突水的主控因素;应用GIS强大的数据管理和空间分析功能,建立了煤层底板突水6个主控因素的子专题图和复合叠加图;应用AHP方法确定了各主控因素在突水过程中的权重贡献,建立了基于GIS的AHP型煤层底板突水脆弱性评价模型.根据计算所得的突水脆弱性指数统计直方图,分析确定了底板突水脆弱性分区阈值,最终提出煤层底板突水脆弱性区划方案.

煤炭开采对煤层底板变形破坏及渗透性的影响

煤层底板变形破坏除受地质因素控制外,还受开采因素影响。通过试验和理论分析,系统研究了煤炭开采对回采工作面底板应力、应变和破坏及渗透性的影响。研究结果表明,不同岩性岩石的渗透性在全应力–应变过程中为应变的函数,在微裂隙闭合和弹性变形阶段,岩石的原生孔隙和裂隙容易被压密,岩石的渗透率随应力的增加由大变小明显,当应力增大至极限强度时岩石试件破坏形成贯穿裂隙,岩石的渗透率迅速增大至最大,不同岩性岩石存在一定差异性;随着回采工作面推进,煤层底板岩层在横向上划分为原岩应力区、超前压力压缩区、采动矿压直接破坏区和底板岩体应力恢复区4个区。煤层底板岩体的渗透性随着煤炭开采底板岩体变形破坏而呈规律性变化。

煤层底板突水评价的新型实用方法Ⅲ——基于GIS的ANN型脆弱性指数法应用

为解决我国煤矿区普遍面临的煤层底板突水评价难题,在煤层底板突水主控指标体系和脆弱性指数法提出的基础上,以邢台章村煤矿三井的9煤层开采为例,通过将新提出的基于GIS的ANN型脆弱性指数法与传统的突水系数法的评价结果进行详细对比和拟合分析,证明脆弱性指数法在煤层底板突水脆弱性评价的许多方面具有明显的优势,妥善地解决了脆弱性指数法在生产实际应用中的问题.

基于尖点突变模型的煤层底板突水预测研究

当煤层开采后,底板岩层承受的水压超过自身强度时,而发生的不连续的发散突变,即底板岩层失稳破坏形成底板突水的现象,属于突变理论研究的范畴,故煤层底板突水可以引用突变理论来研究。通过建立煤层底板突水的一个尖点(cusp)突变模型,对煤层底板失稳破坏发生突水的机理进行了分析。基于平衡曲面方程,可求得煤层底板水压应力比I_(p)。当I_p>1时,发生突水:当I_p<1时,不会发生突水。实例分析表明:尖点突变模型用于描述煤层底板水压应力比的发展规律是恰当的,用其进行煤层底板突水预测也是较准确的。