分层开采底板岩体渗透性变化的试验研究

华北煤田石炭二叠纪煤系地层底部存在着含水丰富的奥陶纪石灰岩 .开采实践表明 ,一旦煤层与奥灰之间的隔水层内存在地质构造或煤层开采引起底板岩体破坏 ,可能会在煤层和含水层之间形成导水带 ,从而诱发突水 .介绍了分层开采对底板岩石渗透性影响的试验成果 ,并进行了详尽的分析 ,获得了分层开采对煤层底板岩体渗透性的影响规律 .

水压致裂技术测试底板岩体张开型临界应力强度因子

利用断裂力学进行突水判别 ,必须求出临界应力强度因子。由于岩体结构复杂 ,很难获取符合临界应力强度因子测试的岩样。文中对水压致裂技术进行了断裂力学解释 ,建立了断裂力学模型 ,应用叠加原理推导了临界应力强度因子的计算公式。并应用这一结果 ,对葛店煤矿水压致裂测试底板原位地应力资料进行了分析 。

采场松软底板岩体侵入破坏规律

通过现场实测、实验室相似材料模拟实验和理论分析，着重分析了压模尺寸变化引起的底板岩体破坏，获得了底板岩体极限比压与压模尺寸的关系式［ｑ］＝ａΦｂ及有关结论。建立的“二次破坏”和“等深度比压”等新概念有助于深入认识底板岩体侵入破坏规律。

深部矿井底板岩体阻水性高压注水试验

针对深部矿井底板岩体阻水性问题,以永城某矿二2煤层底板三个层位岩体为研究对象,进行分段高压重复注水试验。研究结果表明,该矿二2煤层底板三个测试段岩体均具有较强的阻水能力,在起始渗流和稳态渗流条件下,抗渗阻力为2.5~3.83MPa/m。渗透系数计算结果表明,初次注水和重复注水时,细砂岩和粉砂岩段渗透性变化不明显,均为微—极微渗透性,高压水扰动并未显著改变该层位岩体渗透性;而砂质泥岩段在重复注水时渗透性有一定程度的增强,但在10MPa以上的高压注水条件下,岩体仍具有一定的阻水性。

近距离煤层协调开采底板岩体移动规律观测研究

为了找到矿井承压水上带压开采的有效方法,对峰峰矿务局四矿4804(4904)、4806(4906)两个近距离煤层协调开采工作面的底板岩体移动规律进行观测研究,研究表明:近距离煤层采用上下工作面协调开采的方法,并加快工作面推进速度,能有效地控制矿山压力、减轻工作面的采动影响程度,从而最大限度地减小了煤层底板破坏深度,也就相对增加了底板隔水层的厚度,减少了煤层底板突水的几率,从而达到安全开采的目的。因而近距离煤层协调开采是承压水上带压开采防止煤层底板突水的有效采煤方法。

上煤层开采后煤柱稳定性及底板岩体破坏范围分析

针对开采近距离煤层的下部煤层时,回采巷道受上层煤开采时残留区段煤柱在底板岩层内形成集中应力影响严重的问题,在理论分析上煤层回采后留设煤柱稳定性的基础上,进一步计算分析了工作面开采后底板岩体破坏深度和煤柱下围岩的应力分布规律,研究结果对下煤层巷道的合理布置位置有一定的参考价值。

基于岩体阻水能力测试的煤层底板突水评价方法

以金牛能源股份有限公司邢台矿9号煤开采为例,对底板岩体质量及阻水性能进行了评价。首先分析了开采煤层的底板岩体地质结构,获取了岩石力学参数;进行了地应力测试,掌握了该区域地应力性质;进行了矿山压力显现规律研究,获取了工作面的初次垮落步距、周期来压步距和来压强度;在综放和综采工作面进行了底板破坏深度测试,得到了不同开采条件下煤层底板破坏深度;采用三维非线性固—液耦合岩石水力学计算方法,以非线性数值模拟软件ANSYS为手段,建立了三维数值仿真模型,根据矿井水文地质、工程地质特征和开采技术条件,分4种工况,对不同开采阶段、不同深度煤层底板应力分布、破坏状态的影响进行了分析研究。数值模拟结果表明,从突水的必要条件(底板破裂带贯通)和充分条件(水平应力小于承压水压力)来考察,在本次计算采用的工作面开采条件和正常的地质条件下,突水的可能性由大到小依此为:工况Ⅳ>工况Ⅲ>工况Ⅱ>工况Ⅰ,由此为该矿首个9号煤工作面开采选择提供了依据。

深部开采砌体梁失稳扰动底板破坏力学行为及分区特征

深部开采的强扰动附加属性导致底板煤岩破坏加剧,易沟通底板承压水导升带而诱发突水灾害,故研究砌体梁失稳扰动底板破坏的力学行为可为实现矿山岩层控制提供重要的理论基础。根据弹塑性力学理论分析了深部开采砌体梁失稳扰动底板破坏的动载源特征,基于压力拱及损伤力学理论研究了砌体梁失稳扰动底板压剪破坏和卸荷破坏的力学行为,应用离散元软件计算分析了不同采深下砌体梁失稳扰动底板的应力变化及变形破坏行为,结合采动力学全过程应力-应变曲线获得了深部开采底板强扰动破坏的分区特征,并应用深部开采微震监测数据进行了验证。结果表明:砌体梁失稳后,梁端煤壁端部及触矸区域底板应力增高并形成了塑性屈服区和触矸破坏区,两者之间则形成了压力拱形式的卸荷破坏区;随采深增加,底板塑性屈服区和触矸破坏区的压应力增量及卸荷破坏区的卸荷反弹力不断增大,并使得底板岩体最大变形量在采深700m以浅时近似线性增加,而采深700m以深的深部开采却表现为非线性突变增长;深部开采高围压造成底板压应力峰值及卸荷反弹力非线性增加,促使了扰动岩体由浅部脆性向深部延性的转变,并导致其强扰动破坏的分区范围扩大,变形破坏深度增加,深部开采底板的非线性强扰动破坏行为在底板浅部最突出。

预测回采作业的巷道底板的动力破裂

在顿巴斯矿区第一次出现巷道底板的动力破裂和涌出甲烷是在1933年。对相同矿山地质条件取得的试验资料和其分析可得到下列结论。关于在地质破坏影响带以外底板岩体可能破裂与回采作业进展程度的周期性关系的假说得到了理论上和试验上的证实。回采巷道底板破裂的瓦斯动力现象一在其他相同条件下的这种偶然过程是根据邻边破裂之间最小距离确定的。根据煤炭和岩石性质的发生的一些现象的诸多因素，矿压是造成巷道底板破裂的主要因素。在地质构造带中和裂隙中游离瓦斯的压力可确定出这种矿压。实际证明，如果利用岩体还原和变形能量变化理论，能够有很高或然率预测回采巷道中底板的瓦斯动力破裂。应力状态可能促成破裂，知识对直接位于开采煤层上部顶板岩体的某些部分。

煤层底板采动变形规律的研究

本文以新义井田地质采矿条件为研究背景,对采动过程中底板承压含水层水压力的动态变化规律进行了探索。在分析地质采矿条件基础上,抽象出的地质模型为:地层水平,煤层埋深750m,平均开采厚度4.4m;二1煤底板至L7灰岩间隔水段平均厚度10m,L7灰岩至奥灰间平均厚度40m,L7灰岩含水层平均厚度4m,L7灰岩含水层水压5MPa。根据以上条件,通过有限元数值模拟,研究归纳了底板采动的应力状态变化规律。

在工作面影响地带中由于流变过程增大冲击地压危险性的因素

冲击地压是弹性能量的突然释放。冲击地压发生地点可能是各种地点，但大多数是发生在工作面支承压力影响地带中。文章分下列段落进行了叙述：工作面推进时揭开顶板和底板岩体蠕动性的影响；关于工作面推进速度和岩体变形过渡过程的影响；根据工作面推进程度，支承压力的累进增大；弹性副作用潜能剩余的影响。

带奥灰水超限开采4906工作面的研究与实践

不得通过对4906工作面采场地质、水文地质及煤层底板岩体移动规律的研究，采用协调开来及有效降低矿压作用程度的管理措施，带奥灰水压超限开采获得成功。

深部开采底板裂隙扩展演化规律试验研究

为进一步研究深部底板岩体的破裂失稳机制,基于自主研制的高水压底板突水相似模拟试验系统,建立深部承压水上含小断层底板采动裂隙演化及导水通道形成的模型,通过在底板不同深度布设应力传感器和位移监测点,研究底板和断层附近岩体随工作面开采的应力及位移变化规律,反演得到底板及断层采动裂隙的发育及扩展演化规律,为深部开采工作面突水机制的研究提供了一种新的思路。结果表明:工作面开采过程中,底板岩体的受力变化规律主要有2种:(1)开切眼左侧煤柱底板岩体的应力增量出现先增大后减小的变化趋势;(2)采场底板岩体的应力增量出现先增大后减小至零再反向增大的变化趋势。深部底板岩体的采动裂隙主要在开切眼、采空区中部和回采工作面3个部位产生,裂隙类型以竖向张裂隙、剪切裂隙和层向裂隙为主,且在主要裂隙附近衍生出一些细微的小裂隙。距煤层较近的断层上、下盘岩体受到的应力差较大,断层上盘在强剪应力差的作用下形成了一条与断层走向平行的剪切裂隙,加快了断裂面破碎岩体的相对滑动程度,促进了断层的活化。

采场底板破坏特征及稳定性理论分析与试验研究

为了研究承压水体上煤层开采后底板岩体的破断特征和突水危险性,基于弹性力学理论,分别构建周期来压时采场底板力学计算模型和隔水关键层稳定性分析模型,理论计算采后底板纵向破坏形态和横向突水危险区域;采用有限差分流–固耦合模拟方法验证承压水上开采底板损伤范围及渗流趋势;开展底板突水相似模拟试验揭示底板岩体破裂和渗流变化特征。研究表明:(1)理论计算采后底板沿着工作面走向和倾向分别呈"勺形"和"倒马鞍形"破坏形态,在采空区与煤体交界附近底板的破坏深度最大,与模拟得到的底板破坏范围大致相当。(2)底板隔水层的理论突水部位分别位于靠近工作面煤壁侧的区域A、煤壁后方采空区50m处的区域(B)及采空区倾向两边界区域(C),(D),但在靠近煤壁侧的区域(A)的中心位置的突水风险最高,这与试验观察到的"孔隙水主要经工作面煤壁斜下方底板渗透入采空区底部裂隙岩体"及模拟的"承压水沿采空区边界两侧的底板岩体涌入"等现象均较为吻合。(3)试验观察到在工作面和开切眼附近的浅部底板中剪切、竖向裂隙较发育,而采空区下方岩体出现层向裂隙,且最大损伤深度为12.8 m,略小于理论计算和数值模拟结果13和15.875 m。研究结果揭示了采场底板易发突水部位及突水风险,可为矿井底板突水治理提供一定的理论依据和参考价值。

承压水上开采沿工作面倾向底板力学破坏特征

为了研究承压水上开采沿工作面倾向底板应力分布规律和变形破坏特征,运用弹性力学理论,建立考虑沿工作面倾向支承压力分布和承压水共同作用的底板应力计算模型,结合初次和周期来压特点,理论推导计算底板应力分布和破坏形态,并利用FLAC3D数值模拟和原位测试技术进一步探讨开采后沿工作面倾向底板力学破坏特征和应力分布特点。研究表明:(1)理论计算采后底板呈"倒马鞍形"破坏形态,且剪切应力呈"反向对称螺旋状"分布,近似一对正负剪切力偶,易沿边界产生剪切滑移破坏,这与数值模拟得到的塑性区及应力分布特点相吻合;(2)应力集中程度最大值位于弹塑性交界附近,初次和周期来压支承压力系数之比与最大垂直应力集中系数比值近似相等;(3)模拟表明,开采后孔隙水沿底板递进导升,易从工作面端部斜下方涌入工作面,形成突水现象,与实际突水部位相吻合;(4)理论计算、数值模拟和现场实测底板最大破坏深度分别为12,12.875和13.75 m,三者结果大致相当。所构建力学模型计算结果与数值模拟所得有较好的一致性,更加符合现场实际破坏形态,其研究成果可为承压水上开采底板破坏机制提供一定的理论依据,对矿井防治水具有指导意义。

巷道底鼓

在松软岩层掘进工作面中,常遇上这种情况,前面放炮后的矸石刚出尽,后边巷道底板又鼓起来,凸得象只发酵馒头,越长越高。把轨道挤坏了,给行车造成困难;把支架挤坏了,严重威胁工人安全;把掘好的巷道堵死了,

深部采煤时的平巷保护

提出的掘进方法和巷道保护能消除支承压力的危害影响和保证支护的最好条件。其实质如下,在工作面随后≥20～25m处掘进运输平巷。平巷处于煤层底板岩体上,使梯形顶梁或锚栓的部段置于煤层底板水平上。从平巷到煤体顶板的距离按倾斜≥10～15m。平巷附近不砌筑石带,