补连塔煤矿四盘区顶板突水机理及防治

采用理论分析与工程测试相结合的方法,对神东矿区补连塔煤矿四盘区31401工作面异常突水机理进行了深入研究.结果表明:31401工作面突水的水源来自基岩(厚120～190 m)上部的砂砾含水层.按传统估算方法确定的顶板导水断裂带最大高度为55 m,达不到砂砾含水层,不应发生周期性的顶板突水.但2个钻孔实测的顶板导水断裂带高度达140.5～154.0 m,达到砂砾含水层,从而引发了工作面顶板突水.覆岩主关键层位置距离开采煤层较近,是导致顶板导水裂隙高度偏高和顶板异常突水的根本原因.根据四盘区所有钻孔柱状覆岩主关键层位置的判别结果,对四盘区后续工作面顶板突水危险区域作出了预测,31401工作面区域的预测结果已得到了生产实践的验证.

底板岩体结构稳定性与底板突水关系的研究

将煤层底板至含水层之间承载能力最大的一层岩层看作底板关键层，从而将采场底板突水的研究转化为对底板关键层破断机制的研究，将关键层看作受水压等均布载荷作用的弹性薄板，得出了它的极限破断跨距公式，并提出了利用已知突水事故资料反演预测岩体强度的方法，提高了理论计算精度。最后，分析了底板关键层破断后的块体平衡条件，解释了突水点的分布特点与突水时产生的底鼓现象。

矿井边界断层水文地质特征及水害防治对策

对于两侧均为受岩溶水威胁的大水矿井,边界断层的水文地质特征对其两侧煤层开采、水害防治及水资源保护均有重要的影响。采用水文地质钻探、抽水试验及水化学分析等方法,获得断层两盘地层岩性、富水性、水化学及流场等数据,对下团柏边界断层的水文地质特征进行了深入分析。该断层延伸长,落差大,上下盘不同时代地层对接,上盘奥灰岩富水性、导水性均比下盘要弱;垂向上,导水性浅部差、深部好,呈"上阻水下导水"的水文地质特征,北面岩溶水可能通过深部岩溶导水通道穿越边界断层发生水力联系。根据上述特征,分析对比了南北两侧矿井面临的水害形势,提出了针对性的水害防治对策。

采动过程中底板隐伏陷落柱突水数值模拟

为弄清采动在工作面底板岩溶陷落柱围岩破坏及突水中所起到的作用,以葛亭煤矿底板隐伏岩溶陷落柱为研究对象,采用FLAC3D数值模拟软件对采动过程中的垂直方向应力场、塑性破坏区和垂直方向位移变化进行分析研究,分析了不同推进距离下隐伏底板岩溶陷落柱的突水过程。研究结果表明,随着推进距离的不断增加,岩溶陷落柱的塑性破坏范围不断增加,底板垂直方向的位移不断增大,当煤层底板的塑性破坏区和岩溶陷落柱的塑性破坏区发生连接时,容易发生底板岩溶陷落柱突水事故。

评价矿井突水危险性的关键层方法

将煤层底板至含水层间承载能力最大的一层岩层看作起阻水作用的关键岩层（简称关键层），并把它简化为薄板，利用板的理论解确定该岩层的破断跨距，用以评价底板突水的危险性．实例分析表明，这种预测突水危险性的方法是简明有效的．

多参数岩性反演在灰岩解释中的应用

对于煤田岩性地震勘探来说,利用密度和声速测井曲线约束的波阻抗反演是主要的方法之一。由于灰岩与围岩的波阻抗差异较小,常规波阻抗反演所获得的波阻抗信息很难识别出灰岩层位。通过对姚桥煤矿西六采区灰岩多测井曲线特征的分析,发现与围岩相比,煤层的密度较低、电阻率较高;而灰岩的视电阻率特别高。因此,在灰岩解释过程中,通过对密度曲线和视电阻率曲线进行融合,获得1条拟密度曲线,同时突出了煤层密度与灰岩的视电阻率异常。利用多参数岩性反演方法获得拟波阻抗数据体,确定出灰岩的空间分布和厚度变化,为煤矿的防治水工作提供了重要依据。

底板裂隙型突水机理三维数值模拟研究

永夏矿区矿井生产受到太原组灰岩水的严重威胁,特别是底板裂隙引起的灰岩突水更是严重影响矿井安全生产和经济效益。根据裂隙切割底板隔水层引发突水的情况,把底板裂隙突水分为导通式裂隙突水和递进导升式裂隙突水两种类型,并利用FLAC3D软件对这两种类型的突水机理进行了模拟研究,为底板裂隙突水的防治提供了一定的理论依据。

跃进煤矿顶板裂隙水赋水规律研究

依据义马跃进矿区地质及水文地质资料,分别根据勘探钻孔冲洗液消耗量、顶板砂砾岩含水层厚度、矿区构造展布状况,分析了煤矿顶板砂砾岩裂隙水的赋水规律,圈定了两个富水区域,为顶板水害的防治提供了科学依据。

模糊综合评判方法及其在判别水源中的应用

采用模糊综合评判方法对矿井突水水源进行了研究,结果表明运用该方法对矿井突水水源评判效果极佳,并编写了简单的应用程序,简化了计算量,提高了判别速度。

上京矿区后洋井田+500m水平大巷突水事故的原因分析

后洋井田+500 m水平大巷突水后,对突水的水源,水量特征和突水通道进行了全面的分析。认为该突水事故的水源主要是来自栖霞灰岩的裂隙———岩溶承压水,通道是ZK3(旧)钻孔和F8-1断层的共同作用。

多指标灰色模糊理论在煤层底板突水分区评价中的应用

由于煤层底板突水预测兼备模糊性和灰色性的特征,将灰色模糊理论应用到突水危险性评价中,将袁店煤矿101、102采区10煤层底板突水预测看作是一个灰色系统的研究对象,选取岩溶裂隙发育、断裂分维值、隔水底板厚度、隔水底板岩性组合、含水层厚度等因素作为评价指标,进行灰色模糊运算和确定灰岩富水性等级,最终进行底板突水危险性等级分区。预测结果得出,采区以突水相对安全区和突水威胁区为主,部分区域为突水危险区,在煤矿生产过程中应重点探查和治理。研究结果对矿井的安全开采提供重要参考依据。

金属体支护下煤层工作面瞬变电磁探测技术研究

依据物理模拟相似性准则,采用物理实验模拟和井下试验相结合的方法,研究了工作面侧帮工字钢和锚网两种金属支护体的瞬变电磁响应特征和规律。研究结果表明:工字钢支护产生的瞬变电磁电位响应最强,金属锚网支护产生的瞬变电磁电位响应次之,无金属体支护下的瞬变电磁电位响应幅值最小。根据不同金属支护体的瞬变电磁响应特征,从矿井瞬变电磁法视电阻率计算公式推导出煤层工作面金属支护体的影响校正数学模型,并提出了相应的数据处理技术。该技术有效地避开了金属支护体的干扰,减少了假低阻异常赋水体的出现。

陕北毛乌素沙漠区潜水含水层富水性及动态变化特征

针对沙漠区潜水含水层富水性评价问题,基于野外调查和理论研究,总结认为毛乌素沙漠区内潜水含水层富水性主要由3层次5个因素综合控制,结合层次分析法、模糊聚类,提出了该区内潜水含水层富水性评价模型,并分析了各影响因素在一个水文年内的变化特征,综合评价了区内萨拉乌苏组潜水含水层的富水性分区特征及其动态变化规律。结果表明:区内潜水含水层以富水性弱区分布最广,且明显大于其他区域,同时该区的面积、形态也最容易受到枯水期和丰水期变化的影响。而较弱富水区的面积对季节变化不敏感,但其分布的区域发生了较大变化。相比之下,较强和强富水含水区则受到的影响较小。

断层采动型突水自组织临界特性研究

利用重整化群方法研究了断层单元体破裂的随机性和关联性。在此基础上 ,对断层导水裂隙的扩展规律进行了分析。

关键层理论在采场底板突水危险性评价中的应用

基于岩层控制中的关键层理论,采用砌体梁理论对底板关键层破断块体的稳定性进行了分析,从而对采场底板突水危险性做出评价。结果表明,底板关键层破断岩块的高长比越小,其形成的砌体梁结构抗滑落失稳的能力越大;关键层破断后互相咬合中间上浮量达△时,就形成了岩块结构的变形失稳。所以根据底板关键层破断岩块的高长比及岩块间咬合中间上浮量,可以判断采场底板突水的危险性。

巨厚煤层综采工作面顶板离层水形成条件分析及危险性评价

基于海孜矿745工作面特大离层水突水事故勘查成果,从理论上分析论述了离层水的形成条件主要包括"空腔型"、"可积水"离层及补给水源。结合具体实例,依据离层水的形成条件对巨厚煤层综采工作面顶板离层水的危险性进行初步判别,判别结果与实际相符,可为离层水的勘查及防治提供依据。

含断层底板采动效应数值分析——断层倾角对采动效应的影响

根据煤层底板地质特征,建立了含断层底板岩体工程地质力学模型,并运用连续介质快速拉格朗日元法对底板采动效应进行了数值模拟。结果表明:在相同的地质和采矿条件下,断层倾角对底板采动效应有较大影响,当工作面推进至断层时,断层倾角越小,底板采动破坏深度越大,且底板卸荷范围较大;当工作面推过断层,底板卸荷深度随断层倾角增大而增加,底板变形破坏深度也加大;断层存在活化现象。揭示了采场底板断层突水的机制。

采空区裂隙岩体渗流特征及渗透性试验研究

为了探索采空区裂隙岩体内地下水的渗流特征,确定裂隙岩体的渗透系数值,为定量研究含水层受开采影响评价提供参考;采用相似材料模型试验与渗流试验方法,基于采空区的裂隙发育情况与分布特征,对裂隙岩体的渗流特征以及不同裂隙率采动岩体的渗透性能进行了研究。结果表明:采空区裂隙岩体内的地下水流呈非线性渗流特征,水流特征与渗透性能明显受岩体裂隙率影响;裂隙岩体的水平渗透系数与垂向渗透系数均与裂隙率呈正相关关系,渗透性能随裂隙率的增大分为缓增区与激增区2段;采空区裂隙岩体的垂向渗透系数介于0.067~0.649 cm/s之间,水平渗透系数介于0.744~6.847 cm/s之间,较煤层开采前扩大了2~4个数量级。

张家峁煤矿15204工作面导水裂隙带高度探测

张家峁井田含煤5层,研究采煤工作面导水裂隙带发育高度,不仅涉及矿井充水含水层分析和涌水量预测,而且对于含水层结构和常家沟水库水源地保护都具有重要价值。通过对开采5-2煤层的15204长壁综采工作面的探测,确定了导水裂隙带高度为65.10~69.17 m。其4-2煤层开采导水裂隙带局部地段已延伸至地表。5-2煤层开采导水裂隙带已延伸至4-2煤层底板以上,在接近沟谷上覆基岩厚度较薄地段已延伸至土层,局部地段延伸至地表。虽然各煤层间含水层含水性极弱,层层累加的采空区积水可能会对矿井造成较大危害。

用物探方法研究煤层底板突水的初步效果

以新的突水机理为前提，根据地质问题特点选择应用电测深、浅层反射地震等物探方法研究煤层底板突水，并用实例说明在煤矿防治水中的作用与效果。