同层位老空积水区防隔水煤(岩)柱的计算方法

煤矿井下采掘作业生产期间,为了避免老空水在高水压作用下破坏原始煤(岩)层(探水线)稳定性而发生井下透水事故,本文通过对采掘破坏影响以及老空透水机理进行分析,提出了“同一煤层,老空区导水裂缝带范围与开采煤层导水裂缝带范围不连通为基础,并保证足够的挡水岩柱”的防治措施,充分考虑老空积水区水头值高低、煤(岩)层厚度、强度、岩层移动规律、采煤后形成的导水裂缝带等相关因素,确定了合理的计算方法,从而对老空区防隔水煤(岩)柱尺寸进行计算。该方法思路正确,可达到安全警示与矿井保安的目的。

高承压水条件下近断层开采突水模式及煤柱设置

防止断层水破坏最有效的方法是设置防水煤柱。以往煤柱宽度的计算主要采用经验公式,计算结果与实际相差较大。综合考虑矿压和承压水压力建立了“双压”控制下近断层煤层顶底板突水的水力模型,在考虑断层性质、矿压和承压水压力的基础上,提出了1种计算大型正断层采煤防水煤柱宽度的新方法。将研究成果应用于红旗煤矿五指岭支断层防水煤柱宽度计算,并利用FLAC3D软件进行数值模拟,对开采影响下煤柱宽度的计算进行校核。

露天矿烧变岩高边坡卸荷机理与稳定性研究

烧变岩裂隙发育、富水性强,严重威胁露天矿山采剥安全生产及其边坡稳定。为确定露天矿烧变岩高边坡隔水煤岩柱宽度,以新疆昌吉某露天矿北帮烧变岩高边坡为研究对象,通过构建坡体开挖卸荷的驼峰分布力学模型,将坡体卸荷松弛区域划分为拉裂区和压剪区两部分,分析了边坡后缘拉裂区裂隙的最大扩展深度;以卸荷松弛带宽度表征塑性剪切滑动面位置,推导了弹塑性条件下边坡浅表部破碎带与卸荷松弛带宽度的理论计算公式,进而确定了塑性滑动面位置及形态。结果表明:边坡后缘裂隙临界扩展深度随边坡倾角的增大而增大;卸荷松弛带宽度随岩石强度参数的增大而减小,随岩层埋深的增大而增大;北帮边坡后缘裂隙临界扩展深度为9.42 m,火烧区水位线处卸荷松弛带宽度为6.94 m;坡体潜在滑面安全系数均大于设计评价标准值;确定了北帮烧变岩高边坡的隔水煤岩柱留设安全宽度为36 m,为该矿的安全高效生产提供了技术保障。

海下综放开采防水安全煤岩柱厚度的确定

针对龙口海域下开采的实际情况,分析了海域扩大区水文地质条件,收集整理国内13个矿区综放开采导水裂缝带高度实测数据,选取采厚、基岩柱厚度、倾角、顶板单轴抗压强度、泥岩比例和覆岩结构6种因素作为导水裂缝带发育高度预测模型的影响因子,建立导水裂缝带高度预测模型,并对不同采厚条件下导水裂缝带高度进行了预测;应用FLAC软件进行了断层条件下覆岩破坏规律的模拟,计算了不同落差、不同倾角的正断层对导水裂缝带发育高度的影响,得出在软弱覆岩类型综采工作面（采厚4.4 m）有正断层（倾角45-65°）、落差小于6.0 m的情况下,导水裂缝带发育高度较之正常地质条件下增大14.4%-22.2%.提出了综合考虑断层和正常条件的防水安全煤岩柱设计,确定在海域放顶煤开采正常覆岩条件下防水安全煤岩柱厚度为55.5 m;受断层影响条件下,防水煤岩柱厚度为62.5 m.

断层防水煤(岩)柱安全宽度的计算与评价

针对如何确定导水断层附近的防水煤(岩)柱宽度是困扰煤炭开采的问题,以开滦集团荆各庄矿3092工作面为例,综合运用经验公式、数值模拟和原位探测来确定其断层防水煤(岩)柱的安全宽度,最终得出了符合实际的且小于原留设宽度的断层防水煤(岩)柱安全宽度,为该矿节约了可采储量,延长了矿井服务年限,具有显著的社会和经济效益;同时该法为本矿及相似矿井以后处理类似问题提供了参考,具有较高理论和现实意义。

中等含水层下留设防砂煤柱开采的试验与研究

百善煤矿主采煤层上方直接覆盖有 2 2～ 2 7m的砂砾石含水层 ,严重威胁矿井的安全生产 .为了安全合理地开采 ,进行了矿区水文地质和上覆岩层岩石力学、水理性质以及“两带”高度试验 .结果表明 :含水层内含黏量较高 ,垂直渗透能力较弱 ;所留煤柱属软弱或极软弱类型 ;风化带内黏土矿物含量较大 ;吸水后体积膨胀 ,再生隔水能力强 ;受采动影响后 ,具阻水和抑制导水裂隙带继续发展的双重作用 ;根据以上研究结果 ,取得了将垂高 5 0m的防水煤柱缩小到 12～ 2 0m防砂、防塌煤柱的技术突破 ,安全地多采煤 6 0 0多万t。

谢桥矿区红层的研究

对煤系上覆晚第三系"红层"进行了水文地质补勘,并对谢桥矿区的水文地质进行了较为深入的研究。结果表明采煤层露头上方新生界中部隔水层隔水性能良好,在留设防水煤岩柱时,应把中隔与"红层"组成的复合隔水层(组)一并作为防水岩柱利用。

相邻工作面防水煤岩柱优化研究

相邻工作面防水煤岩柱的宽度采用常规留设方法会导致煤柱尺寸留设过大,浪费勘探程度极高的煤炭资源.为解决这个问题,研究了相邻工作面防水煤岩柱常规留设方法,指出了导致防水煤柱留设过大的原因,在此基础上,将煤柱屈服区宽度计算公式引用到防水煤岩柱留设中,提出了煤柱和岩柱先分开计算、再整体考虑的方法,纠正了将岩移影响带宽度代替屈服区宽度的设计方法,缩减了所需留设煤柱的宽度,优化了整个防水煤岩柱设计.

辽宁三台子水库下特厚煤层综放开采覆岩破坏特征

为确保水库下特厚煤层综放开采安全,合理留设防水安全煤岩柱,大平煤矿采用钻孔冲洗液耗失量法对覆岩破坏进行了观测研究。经对7个工作面测站12个覆岩破坏观测钻孔实测资料分析研究得出:煤层采出厚度7.54～15.17m,工作面推过36～40d,滞后工作面距离110～120m时覆岩破坏发育最充分。实测导水裂缝带高度为采高的15.31～19.97倍,明显大于类似软弱覆岩地层条件普通长壁全陷法开采覆岩破坏导水裂缝带发育高度。导水裂缝带上方,明显有集中发育的离层破碎带存在,实测离层破碎带高度为181.58～390.75m,是采高的24.22～36.00倍。

薄基岩风氧化带附近防水煤岩柱的合理留设

为了合理确定鲁西煤矿的开采上限,依据已有的钻孔资料以及水文地质补充勘探资料,对第四系下部隔水层情况、基岩厚度、基岩岩石力学参数、基岩风氧化带等条件进行综合分析,然后对比鲁西煤矿实测资料、"三下"规程经验公式以及兴隆庄矿薄基岩条件下的经验公式分别得出的导水裂缝带发育高度,确定应用"三下"规程中的经验公式预计3111II工作面开采后覆岩裂缝带发育高度,选取覆岩岩性为"中硬",取中误差为0。结果表明:利用该方法确定3煤分叉区只开采下分层,留设防水安全煤岩柱高度为38 m,3煤合并区按照2个分层开采,留设的防水安全煤岩柱高度为49 m。

新兴煤矿采空积水区下采煤的防水煤岩柱设计

在采空积水区下采煤的防水煤岩柱设计关系到矿井的安全生产和资源开发的合理性,需要在一定的理论指导下完成。文章以新兴煤矿的延深设计为例,通过分析覆岩破坏规律,分别计算冒落带、裂隙带的最大高度和保护层高度,最终确定以+150^+180 m水平之间煤岩柱作为防水煤岩柱,并采取必要的开采技术措施,为±0m水平的安全开采提供了可靠的科学依据。

下保护层开采数值模拟与突水危险性评价

为了确定断层附近防隔水煤(岩)柱的合理宽度,解决煤炭安全生产问题,以山西省某矿下保护层开采为工程研究对象,用FLAC3D数值模拟软件进行了数值仿真计算,充分考虑了断层的产状和落差,再现了回采工作面在推进过程中的顶底板采动裂隙的发展情况,并结合经验公式法确定了隔水煤(岩)柱的合理宽度。同时还利用数值计算结果,对该矿六采区下保护层开采作了突水危险性评价。研究结果表明:断层不但是影响保护层开采底板扰动破坏程度的重要因素,也是确定防隔水煤(岩)柱宽度的关键所在。在对矿井突水危险性评价中,应该考虑采动对底板扰动破坏的影响。

开采覆岩破坏工程地质预测的理论与实践

煤层开采造成的覆岩破坏范围和高度是水体下采煤留设防水煤岩柱和老采空区基岩稳定性评价的重要依据，本文以岩体工程地质力学为理论依据，对覆岩破坏机理和判据等进行了研究，详细分析了覆岩工程地质类型及其组合、岩体结构特征、地层倾角、地质构造、地应力、地下水及开采条件对覆岩破坏高度及发育规律的影响。文中提出了覆岩破坏预测的工程地质学方法，并给出了应用实例。

预注浆防突水技术研究

当巷道开掘接近或通过有水力联系的松软破碎带、断层裂隙带或直接揭露含水层时,常造成掘前或掘进滞后突水。所以,研究围岩突水的力学机制,采取耦合控制对策,是预防围岩突水的关键技术。根据有效应力原理,分析了动水压力和岩体接触压力间的本构关系,提出了巷道掘进中围岩预注浆防突水控制方案对策,对止水岩柱厚度、布孔、注浆参数、工艺等进行了理论分析和工业性试验,经堵水率、围岩力学参数等对比分析,认为围岩预注浆控制方案有经济、安全可靠等特点,具有重要工程意义。

组合硬岩层顶板破断规律及导水裂隙带电法探测

为分析组合厚硬岩层顶板导水裂隙带发育高度,合理设计区段防水煤柱尺寸参数,文章利用并行电法测试技术探测了两关键层临近赋存顶板破坏特征及其破断规律,结果表明:两关键硬岩层呈现非同步破断特征,当下部关键层出现一个以上破断周期后,引起上部关键层破断;1622(3)工作面组合厚硬岩层顶板导水裂隙带发育高度50 m,为平均采高的12.8倍。研究结果为同类地质条件下采场围岩控制及防水煤柱尺寸设计提供指导依据。

富煤一矿水体下采煤可行性分析

根据我国现阶段水体下采煤理论及开采经验,系统地分析和研究了富煤一矿水体下采煤的技术及条件,通过对煤层覆岩条件及其防水特征研究后,认为本矿井的煤层覆岩条件和留设的防水安全煤岩柱特征均有利于水体下开采全部煤层,但地表破坏和覆岩破坏的沟通强度、采深采厚比值的研究结果显示,开采M_(15)号煤层以上的煤层是安全的,开采M_(15)号以下的煤层则需要在开采上部煤层时进行监控监测,以便采取适合本矿井的综合措施后确定能否开采。

祁东煤矿6161工作面四含充水性分析

通过对祁东煤矿南部采区钻孔资料的收集统计,分析了南部采区松散层底部四含水的富水性特征,并分别考虑当四含水作为间接充水和直接充水含水层时,对南部采区61煤层6161工作面的四含充水性影响进行了分析,为工作面的防水煤(岩)柱设计提供了参考。

基于RS-ANN的某矿山井下开采防水安全岩柱厚度的确定

水下矿床是难采矿体的一个重要方面,针对某矿山的实际情况,深入分析了该矿的地质资料后,在查阅相关文献的基础上,建立了该矿导水裂隙带高度的粗糙集—神经网络预测模型.在比较了粗糙集—神经网络预测结果、地质详查报告提供的结果及采用经验公式计算的结果后,认为神经网络预测的结果较准确,其结论在该矿水下开采设计中可以采用.在预测的导水裂隙带高度基础上,参考采矿设计手册中的经验公式,并类比其它矿山水下开采的情况,计算出了防水安全岩柱的厚度.此项研究为该矿重新编制开采设计方案和安全专篇提供了依据,同时为矿山安全管理提供了参考.

综采条件下软弱覆岩破坏规律探测研究

为探求水体下采煤提高回采上限的可能性和安全性,利用地面探测钻孔进行覆岩破坏探测试验,试验表明了倾斜长壁综采条件下软弱覆岩的破坏发展高度较低,仅为常规数值的50%左右,为条件类似矿井缩小防水煤柱、提高采煤上限提供重要的参考。

采动岩体应变-渗流耦合效应与致灾机理分析

为了研究承压开采背景下顶板岩层破断和渗流规律的时空关系特征,在理论分析的基础上建立了基于有限元数值分析的等效连续介质流固耦合数学模型,嵌入了应变—渗透系数的耦合本构关系,应用于工程实践。得出采场围岩渗透性演化规律、含水层中孔隙压力演化规律及采动破坏区发育范围与渗透性增大区对比关系。研究结果表明:将岩体渗透性演化规律与岩体采动破坏区发展规律共同作为计算和设计防水煤柱的判据,更加符合现场实际;研究成果对厚松散层高承压含水层下安全高效开采具有指导意义。