覆岩导水裂隙带发育高度动态演化规律研究

为了研究覆岩导水裂隙带发育高度动态演化规律,以小保当矿区2^(-2)煤层为研究对象,通过理论分析、相似模拟实验及实例验证的方法,对导水裂隙带动态发育高度进行研究;借助概率积分法预计其上部岩层移动变形的理论公式,给出了1种基于覆岩曲率变形的导水裂隙带动态发育高度预计方法。研究表明:导水裂隙带上部岩层下沉系数是1个与挠度及下部自由空间高度相关的分段函数,上部岩层曲率变形大小是决定导水裂隙带发育高度的关键因素;导水裂隙带发育高度与工作面推进长度相关;理论预计小保当矿区2^(-2)煤层导水裂隙带发育高度为160.8 m,相似模拟实验发育高度为155 m,现场实测发育高度为152.01~175.57 m。

基于相似模拟试验的顶板导水裂隙带高度及发育形态研究

目的 为研究采动影响下顶板导水裂隙带高度及其发育形态,方法 以司马煤矿三采区1303工作面为研究对象,开展相似模拟试验,并以此为基础,对顶板的岩性组合加以改变,结合数字照相量测系统对不同岩性组合顶板导裂带高度和发育形态进行分析,并进行理论验证。结果 结果表明:(1)工作面推进长度为160 m时,硬岩岩性顶板模型、硬-软岩岩性组合顶板模型以及软岩岩性顶板模型的导水裂隙带最大发育高度分别为69.6,55.6,61.1 m;(2)3种模型的导水裂隙带发育形态分别为底角50°的正梯形、前底角62°后底角60°的近似正梯形、前底角50°后底角60°的梯形;(3)根据模型试验和数据统计结果,给出适用于长治二岗山断褶带以南井田导水裂隙带发育高度预测式;(4)运用材料力学方法分析垮落角形成规律,垮落角与导水裂隙带发育高度呈反正切函数关系,并计算得到3种模型导水裂隙带前底角发育角度,分别为49.24°,61.21°和51.12°。通过导高计算公式得到3种模型导水裂隙带发育高度分别为74.1,51.1,59 m,均与相似模拟试验结果吻合。结论 研究结果对各类岩性顶板煤矿导水裂隙带发育高度预测具有参考意义。

煤矿导水裂隙带影响因素敏感性及高度预测研究

研究导水裂隙带高度是含水层修复和地表生态保护的重要基础,明确其影响因素的敏感性排序,有利于抓住主要矛盾,安全高效地实现矿井水预防。本文采用现场实测、数值模拟和数学统计方法,分析了导水裂隙带高度与岩层硬度、工作面长度、采高和埋深的内在联系,得到了导水裂隙带高度计算公式,并在现场得到应用。通过研究可知:导水裂隙带高度在硬岩中传导更快,而软岩可以抑制导水裂隙带高度。软岩与硬岩组合(下软上硬)导水裂隙带高度大于硬岩与软岩组合(下硬上软)导水裂隙带高度。开采方法会影响导水裂隙带高度,综放开采导水裂隙带高度大于厚煤层分层开采、单一薄煤层开采、单一中厚煤层开采。各因素影响导水裂隙带高度的程度为:采高>硬岩岩性比例系数>采深>工作面长度。与“三下”规程经验公式相比,利用多因素拟合公式可以较好地实现乌兰木伦煤矿12403工作面导水裂隙带高度预测,误差仅为−2.54%,研究成果为地下水资源保护和水害治理提供指导依据。

多煤层开采顶板导水裂隙带发育高度模拟分析研究

针对由顶板覆岩破坏而导致的矿井水害问题,以A煤矿一、二水平工作面为工程背景,采用力学理论分析与数值模拟等方法,分析了该煤矿多煤层开采条件下导水裂隙带发育高度特征,探讨了9号煤层回采不同距离时覆岩运移特征。结果表明:在4+5号及8号煤层回采结束后的重复采动过程中,9号煤层导水裂隙带与8号煤层贯通;9号煤层斜长200 m,工作面割煤回采引起导水裂隙带发育高度约为144.95 m,对8号煤层导水裂隙带发育高度影响不明显,对4+5号煤层导水裂隙带发育高度造成一定影响。对复杂开采条件下顶板导水裂隙带发育高度的研究,对指导矿井安全生产,防治矿井水害有着重要的现实意义。

基于HHO-ELM模型的导水裂隙带高度预测方法

为了精确预测滨湖煤矿16煤开采导水裂隙带发育高度,收集华北煤田31个下组煤开采工作面实测数据,选取采高、采深、煤层倾角、倾向长度、硬岩比例系数5个因素进行综合分析。运用哈里斯鹰算法(HHO)优化ELM神经网络,构建了HHO-ELM导水裂隙带高度预测模型,将其应用于滨湖煤矿导水裂隙带高度预计,并将预测结果与规范公式计算结果和实测结果进行对比。结果表明:HHO-ELM模型预测滨湖煤矿21603工作面导水裂隙带发育高度为24.17 m,规范公式计算结果为18.58~29.78 m,实测结果为21.45~22.98 m。可见,采用HHO-ELM模型预计导水裂隙带高度,计算简单,针对性强,预测精度可靠,为滨湖煤矿及相似地质条件下的华北型煤田下组煤开采顶板水害治理决策提供了依据。

垮落带和导水裂隙带发育高度实测

在考虑顶板条件进行理论计算的基础上,使用新设备——双端堵水器进行现场实测,利用井下仰上孔分段注水测漏技术方法,更加精确地研究了A煤矿9+10#煤垮落带和导水裂隙带高度发育规律,均达到了较好的效果,为工作面布置与防治水工作提供了重要的参考依据,保证了矿井安全高效生产。

矿井煤层综放开采导水裂隙带发育高度研究

针对马道头煤业存在煤层开采导水裂隙带与地下含水层连通,突水事故风险高的问题,该矿进行了导水裂隙带发育高度预测研究。分别采用经验公式计算法、关键层理论分析法、数值模拟法预测3号煤层8404采区的导水裂隙带高度为183~200 m。为验证理论预测的准确性,进行现场两个钻孔冲洗液漏失量、岩芯完整性实测,确定导水裂隙带发育高度为196~216 m,证明了理论分析法的准确性和实用性。

小庄煤矿4煤开采导水裂隙带高度探测研究

彬长小庄矿业有限公司充分收集并分析小庄煤矿勘查时期、建矿阶段和生产过程中的地质资料,作为本次导水裂隙带发育高度探查工作的地质背景,利用现代勘查手段,探查煤层开采后上覆岩层的破坏状况,分析4煤采动垮落带、裂隙带发育高度规律;查明4煤开采后40204工作面采空区垮落带、裂隙带发育高度和40309工作面采空区垮落带高度,为矿井防治水工作及矿井采掘布置提供依据。

综采工作条件下覆岩导水裂隙带高度预测模型优化

准确预测导水裂隙带高度是煤炭防治水中的重要问题,也是保障煤矿安全生产的前提。目前,导水裂隙带高度预测模型存在预测准确性差等问题。在广泛收集各地不同煤矿区综采导水裂隙带发育高度实测数据的基础上,总结前人研究成果,选取采厚、工作面斜长、倾角、采深和硬岩比例系数5个因素建立导水裂隙带高度预测模型。同时,采用因素分析法分析了影响因素的权重,确定主控因素,并建立多元线性回归模型、多元非线性回归模型及BP神经网络预测模型,并对预测模型计算导水裂隙带高度进行准确性检验。以西山矿区实测导水裂隙带高度为例,选出最优模型,对最优预测模型BP神经网络模型进行检验分析,并与“三下”规范经验公式、多元线性回归模型和多元非线性回归模型计算结果进行对比。结果表明,“三下”规范经验公式与实际数据存在失真,已不能指导综采条件下导水裂隙带高度预测,而BP神经网络预测模型误差在10%以内,且绝对误差和相对误差较为稳定,同时该模型降低了因素之间的相关性,提高了预测准确性。因此,BP神经网络预测模型在预测导水裂隙带高度方面具有较好的准确性和应用性。研究成果可为指导矿井现场防治水害的工作提供参考建议。

基于关键层理论的导水裂隙带预测

导水裂隙带高度是矿井水害防治的关键,为预测厚煤层开采条件下导水裂隙带高度,基于关键层理论计算了某工作面导水裂隙带的高度。结果表明,该工作面关键层主要由砂质泥岩和细粒砂岩构成,关键层的厚度为23.42~24.21 m,是所有岩层中厚度相对较大的岩层;黄土和红土等软岩层对导水裂隙带的发展起到了一定的抑制作用;基于关键层理论确定的最大导水裂隙带高度为136.9 m,与实测导水裂隙带高度十分接近,误差仅为6.08%。该成果可有助于准确判别矿井充水来源。

PCA-WNN模型在导水裂隙带高度预测中的应用研究

导水裂隙带是煤层顶板水害的主要通道,准确预计导水裂隙带高度是预测和防治煤层顶板水害的首要任务。基于导水裂隙带发育的复杂性及其影响因素之间的相关性,结合煤矿生产实际和工程地质理论,选取采高、工作面斜长、硬岩岩性比例系数、采深和煤层倾角作为主控因素,利用线性回归拟合及灰色关联分析法分析各主控因素与导水裂隙带发育高度的相关性。将主成分分析(principal component analysis,PCA)与小波神经网络(wavelet neural network,WNN)相结合,通过PCA消除各主控因素间的相关性及冗余信息,构造无相关性的主成分作为WNN的输入因素,建立导水裂隙带高度预测的PCA-WNN模型。结果表明:PCA-WNN模型能有效消除因素间的相关性,预测相对误差为-6.66%~6.13%,平均4.46%,较单纯的WNN模型预测精度高且稳定。将该模型应用于山东新巨龙煤矿1302N工作面,得到了较为准确的预测结果,为导水裂隙带高度预测提供了新方法。

黄陇侏罗纪煤田导水裂隙带高度预测研究

为获得适用于黄陇煤田厚及特厚煤层开采条件下的导水裂隙带高度预测模型,以黄陇侏罗纪煤田为研究区域,以38组导水裂隙带高度实测数据为依据,综合考虑开采厚度、工作面斜长、煤层埋深、覆岩类型、开采方法5个因素对导水裂隙带高度的影响,基于数据驱动构建了适用于黄陇煤田导水裂隙带高度预测的多元非线性回归模型和遗传算法(GA)优化的BP神经网络(GA-BP)模型,并将2种模型应用于孟村矿401101工作面导水裂隙带高度预测。研究结果表明:导水裂隙带高度受多种因素影响,回归模型拟合系数从仅考虑开采厚度的0.52,提高到考虑综合多因素的0.82,模型预测精度随着考虑影响因素数量增多而提高;从数据驱动角度得出黄陇煤田导水裂隙带高度影响因素权重值排序为:开采厚度>工作面斜长>覆岩类型>煤层埋深>开采方法,开采厚度和工作面斜长是其主控影响因素,在开采过程中需加以控制,从而达到煤层顶板水害防治的目的。模型应用结果表明,多元非线性回归模型的最大相对误差为−3.67%,而GA-BP神经网络模型最大相对误差仅为−1.95%,2种预测模型的相对误差均小于5%,其精度能够满足工程实践要求,对于预测精度要求较高时,可选择GA-BP神经网络预测模型。研究成果可为黄陇煤田厚及特厚煤层条件下导水裂隙带高度研究提供一定依据和参考。

神东矿区多煤层开采覆岩破坏及导水裂隙带高度特征研究

掌握煤层开采覆岩破坏规律及导水裂隙带演化特征,是对其进行源头减损设计及采后分区差异化地表生态修复的前提。以神东石圪台矿典型工作面为工程背景,采用自主研发的模拟试验平台开展多煤层开采覆岩破坏及其自修复特征研究,并揭示了导水裂隙带高度与工作面宽深比、深厚比的关系,得到了导水裂隙带高度的预测公式。研究结果表明:上层2-2煤开采时,覆岩破坏特征与单一煤层开采时相似;下层3-1煤开采时,由于煤层相对较厚,两煤层间的岩层破坏严重,裂隙发育,且引起2-2煤覆岩发生二次扰动破坏,裂隙进一步发育;两煤层间以及采区边界的岩层裂隙自修复程度较低,自修复难度较大。导水裂隙带高度随宽深比的增大总体呈降低趋势,随深厚比的增大总体呈上升趋势,并与实测数据进行对比验证。

综采放顶煤工作面导水裂隙带发育高度研究

为研究综采放顶煤工作面导水裂隙带发育高度,以高河煤矿E2311综放工作面为研究背景,采用工程地质调查、理论计算、数值模拟、现场实测等手段进行了研究。结果表明:理论计算、数值模拟、现场实测得出的工作面开采后导水裂隙带高度基本一致,取最大值作为最终结果,即导水裂隙带发育高度为86.2 m,裂采比为13.26。

厚煤层顶板导水裂隙带发育高度研究

为对厚煤层坚硬顶板导水裂隙带发育高度进行研究,以铺龙湾煤矿5106工作面为研究背景,通过2种经验公式计算与钻孔冲洗液消耗量观测法现场实测,得出该工作面的导水裂隙带发育高度分别为48.58 m、54.26 m和64.9 m,裂高采厚比分别为12.46倍、13.91倍和17.93倍。通过3种方法研究得到的厚煤层中硬顶板条件下导水裂隙带发育高度能够有效对矿山生产、支护设计进行技术支撑,可为矿山安全生产提供指导。

工作面顶板导水裂隙带高度观测方法研究

为了保证15108工作面安全高效回采,准确计算上覆裂隙水导水裂隙带高度,避免15^(#)煤顶板砂岩及其灰岩水对回采影响。白羊岭煤矿通过技术研究,决定采用井下导高观测技术进行顶板导水裂隙带高度观测,通过数值模拟及现场观测结果确定15^(#)煤层上覆含水层导水裂隙带高度为27.5 m,为后期探放水施工提供依据。

巨野煤田大采深采煤工作面导水裂隙带发育高度探查研究

通过钻孔并行电法测试技术在巨野煤田大采深采煤工作面的应用,对郓城煤矿1302工作面进行了采动覆岩导水裂隙带现场勘探试验,从而得出巨野煤田大采深煤层顶板“两带”发育高度值,研究得出1302工作面岩层破坏从两端扩展到中间区域,呈“鞍形分布”破坏状态。1302工作面导水裂隙带高度为59 m。

综放开采导水裂隙带高度预测方法

显式拉格朗日差分是８０年代才开始出现的一种新的数值分析方法，已成功地运用于边坡工程、挡土墙设计及围岩支护等方面。本文尝试将其应用于综采放顶煤条件下导水裂隙带高度的预测，结合新集矿１３０３综放工作面进行了模拟分析，根据采后覆岩应力变化特点及破坏状况确定出导水裂隙带高度。实践证明该法在导高预测方面较其它数值方法具有较大的优越性。

综采导水裂隙带多因素影响指标研究与高度预计

在分析了导水裂隙带发育高度受多种因素影响的前提下,提出了新的参数指标即硬岩岩性比例系数,代替顶板岩层单轴抗压强度,避免了现行规范中坚硬、中硬、软弱、极软弱顶板类型划分时单轴抗压强度统计不确定问题,以及未反映顶板软硬岩层组合结构问题。以39例综采导水裂隙带实测数据为基础,采用多元回归分析,得到综采导水裂隙带高度与煤层采高、硬岩岩性系数、工作面斜长、采深、开采推进速度多因素之间的非线性统计关系式,并用于淮南谢桥矿首采面的导水裂隙带高度预计。

基于关键层位置的导水裂隙带高度预计方法

在深入研究覆岩关键层对导水裂隙发育高度影响规律的基础上,提出了通过覆岩关键层位置来预计导水裂隙带高度的新方法。工程实测和理论研究结果表明:覆岩关键层位置会影响导水裂隙发育高度,只有当关键层位置距开采煤层小于某一临界高度时,该关键层破断裂缝才会贯通成为导水裂隙,且受该关键层控制而同步破断的上覆岩层破断裂缝也会贯通成为导水裂隙。关键层破断裂缝贯通的临界高度可以粗略按(7～10)M(M为煤层采厚)估算。当覆岩主关键层位于临界高度(7～10)M以内时,导水裂隙将发育至基岩顶部,导水裂隙带高度等于或大于基岩厚度;当覆岩主关键层位于临界高度(7～10)M以外时,导水裂隙将发育至临界高度(7～10)M上方最近的关键层底部,导水裂隙带高度等于该关键层距开采煤层的高度。上述基于关键层位置的导水裂隙带高度预计方法能适应不同采厚条件下的导水裂隙带高度预计,同时可以对由于覆岩关键层结构变化引起的导水裂隙带高度异常发育情况作出判别,其可靠性得到了工程实测结果的验证。