水压作用下防砂安全煤岩柱失稳机理及留设方法

针对厚松散含水层、薄基岩等特殊地质条件下楔形区工作面防砂安全煤岩柱失稳溃砂的问题,以赵固一矿11071工作面突水溃砂灾害为例,结合地质钻孔资料,建立了楔形保水压采动溃砂地质模型。通过黏土液塑限试验,风化带岩石干燥饱和吸水率和崩解试验,得出了底黏及风化带泥类岩具有良好的隔水性能,可形成楔形保水压结构。并在此基础上,通过水压作用下风化带泥类岩采动裂隙扩展试验研究了受采动损伤的煤岩柱保护层在水压作用下失稳的内在致灾机理。结果表明:在高水压的作用下,风化带泥类岩采动裂隙扩展为管道,防砂煤岩柱保护层的阻砂性能失效;考虑煤岩柱保护层的损伤厚度,提出了水压作用下防砂安全煤岩柱的留设方法,并在11191工作面进行了工程应用,取得了预期效果。研究成果补充完善了我国防砂安全煤岩柱的留设方法,可减少煤矿溃砂事故。

浅埋煤层采动导水裂隙动态演化规律模拟分析

针对单一关键层浅埋煤层,采用实验室物理模拟揭示了采动导水裂隙动态发育规律。模拟结果表明,采动导水裂隙的演化分为发展期、贯通期和压实闭合期3个阶段;导水裂隙的动态发育受基本顶关键层控制;通过分析得出了防止工作面涌水溃沙的基本原理,能解决西部矿区保水防溃采煤的安全问题。

富水砂层巷道溃水溃沙因素分析及防治对策

富水砂层巷道掘进,由于砂层胶结力差、强度低,开挖后迎头易发生大跨度变形、失稳破坏。针对2煤回风巷掘进至F26断层时发生联锁性突水动力灾害,采用工程调查、理论分析和现场实践等综合方法,提出了注浆封堵加固、定向疏放水工艺。结果表明:施工钻场对突水区域进行注浆封堵加固,能有效固化该区域岩(煤)体,改善岩(煤)体结构及其力学性能,提高整体稳定性,1号、2号封堵体堵水效果较好;同时为防止泥沙充填裂隙通道,造成二次突水,在带式输送机巷布设钻场(5个定向钻孔、孔径Φ113mm、孔深45m),对漏顶区域及上部含水层进行可控疏放,水位变化曲线观测得出钻孔水位与巷道出水量稳定、突水点处泄水通道畅通,疏放水效果较好。

韩家湾煤矿浅埋煤层富水区下溃砂突水性预测

针对韩家湾煤矿三盘区富水性中等有突水危险的问题,为了安全有效地开采2^(-2)煤层,以地下水动力学为基本原理,建立了以渗透破坏的临界水力坡度为条件的预防突水溃砂发生的临界条件和预计公式,计算得出了该矿预防突水溃砂发生的临界水压的高度,为韩家湾煤矿制定矿井防治水工程方案提供理论依据。

基于结构水文地质学的采掘诱发高势能突水溃砂主动防控

在谷德振先生"水文地质结构"学术思想指引下,本文提出建立结构水文地质学的设想,论述了其基础理论框架。从方法论角度将矿山水害防控分为被动防控和主动防控两种方法。以结构水文地质学指导煤矿高势能突水溃砂防控,分析了被动防控可能产生突水溃砂灾害的机理;提出了主动地质工程防控的原理,包括地质材料性质改造、结构隔水性能重构、赋存水动力环境改造、减轻采掘诱发覆岩破坏等具体方法。抛砖引玉,以期催生符合中国矿山防治水实践需要的创新理论和方法。

垮落带下金属网和双抗网防溃砂机理试验研究

为探究垮落带下金属网和双抗网防溃砂的力学与水动力学机理,文章将模型试验与渗透试验结合,设计50cm×50cm×20cm的模型,支撑金属网和双抗网进行受压试验;对四种粒径砂颗粒进行渗透对比试验。结果发现:金属网和双抗网都能承受较大荷载而不破坏;铺设双抗网对于阻止砂颗粒潜蚀效果明显,阻隔了砂溃入井下的通道;铺设双抗网后,渗透系数降低,小颗粒砂降低更明显,底部比中部铺设渗透系数降低值及降低率大;中部和底部同时铺渗透系数降低值及渗透系数降低比更大。颗粒越小,降低率越大;双抗网和金属网的铺设能使垮落带形成相对稳定的顶板结构,顶板完整性得到增强。

隧洞施工过程中渗水及突发涌水的防治

根据辽宁大伙房水库输水工程施工中所存在的浅埋隧洞突水、突砂,深埋隧洞涌水量大、水头压力高、补给丰富等问题,介绍了施工中采取的准确预测,适时有效的处理措施,可供类似工程参考。

浅埋深薄基岩厚煤层综放开采防充水溃砂技术研究

以新疆伊犁四矿为研究对象,对21103工作面21-1煤厚煤层在浅埋深薄基岩条件下综放开采的防溃砂技术进行了研究,通过对煤层顶板含水层赋存规律进行总结分析,根据含水层的赋存特征对工作面进行块段式划分,提出了以控制覆岩破坏发育高度为主要原则的限厚开采方案,实现了矿井的安全开采。

西部煤炭高强度开采下地质灾害防治理论与方法研究进展

基于国家重点基础研究发展计划(973)项目:西部煤炭高强度开采下地质灾害防治理论与环境保护基础研究,从地质环境条件、地质灾害形成机理、预测评价方法和灾害防治理论等4个方面,开展了西部煤炭高强度开采下地质灾害防治的总体研究思路和相关研究。通过西部富煤区域侏罗-白垩系构造地质及水文地质的研究,揭示了富煤区域地层结构及水沙动力学特征;基于采动岩体力学行为研究,揭示了大面积顶板切落、突水溃沙等地质灾害的发生机理,形成了防治重大地质灾害与环境损伤的采煤理论和方法。该研究将地质灾害防治和生态环境保护进行有机的结合,从源头解决制约我国西部煤炭开采的关键问题,可为我国西部煤炭资源长期大规模安全高效绿色开采奠定理论基础。

浅埋中厚煤层土层缺失区突水溃沙防控技术

为探究浅埋中厚煤层富水区突水溃沙机理,制定合理的防范措施,现以锦界煤矿31215综采工作面运输巷33~36联巷土层缺失区为研究对象,该区域受风化基岩和松散沙层双层含水层威胁,采用理论分析、现场实践、数值模拟等方法对预防突水溃沙相应的可行性措施进行研究与验证。研究发现:(1)为防止泥沙涌入工作面,必须将顶板水位降至松散沙层标高以下,当工作面推进至距疏放水钻孔80 m时,受采动影响,覆岩中部分孔裂隙闭合,探测到的孔隙水压有上升趋势,因此,在进行安全性评价时以受采动影响前的水压水位进行判别;(2)工作面推进速度越慢,周期来压步距越短,越容易使顶板缓慢下沉破坏,拉开裂隙,让含水层水通过裂隙逐渐释放,让水沙分离;(3)结合现场地质条件和设备参数,适当降低采高可降低垮落带和裂隙带发育高度,并可有效控制架前漏矸,防止周期来压时水沙从架前涌入工作面;(4)过“天窗”区域时,工作面按照2倍最大涌水量设防的基础上,需增加两端头和工作面低洼区域排沙能力,另外,两巷及时进行架前退锚和使用自制的端头架旁破顶装置破坏顶煤和直接顶完整性,防止大面积悬顶突然垮落造成水沙大量涌入工作面,若发现有泥沙涌入时,必须封堵工作面水沙溃涌通道。此次实践可为相似浅埋工作面过“天窗”区域提供技术借鉴。

剪张裂缝和古岩溶发育隧道施工技术

文章介绍了隧道施工中遇到的剪张裂缝和古岩溶特殊地质现象,阐述其成因、施工影响以及富水环境下防治涌水突砂的施工技术措施,提出带水作业三个条件及配套处理措施,以期能为今后类似工程安全施工提供借鉴参考。

工作面开采前防治水安全性研究

为预防水害事故影响工作面的安全生产,以某煤矿1033工作面为例在分析其水文地质条件的基础上,对该工作面的突水溃砂、底板突水以及断层突水危险性进行分析,并根据开采条件评估结果综合提出防治水措施。

高水头粉细砂层锚索施工技术研究

北京地铁6号线新华大街站施工时基坑主体围护结构采用钻孔灌注桩,孔桩中部采用外拉锚索的支护形式,基坑标准段打设4道锚索。第3道锚索穿越高水头粉细砂层地质,部分锚索施做时出现涌水、涌砂,导致锚索不能施做。本项目经技术创新,采取套管与钻杆同步钻进、设计防涌砂装置、设置孔口吸水快速膨胀材料封堵等技术措施,有效防止了涌水涌砂问题,确保了锚索施工质量及工期。