河流下综放工作面覆岩破坏特征和陷落柱防水煤柱留设研究

目的长平矿Ⅲ2317工作面在开切巷处揭露陷落柱,地表丹河流向与工作面推进方向一致,受采动影响,陷落柱内部水体及河水可能通过开采裂隙导入回采空间,从而造成工作面突水。针对以上问题,方法本文采用理论分析、数值模拟和现场观测等方法,对回采工作面覆岩“两带”高度、覆岩破坏特征和陷落柱煤柱留设宽度进行研究。结果结果表明:工作面顶板垮落带与导水裂隙带最大发育高度分别为18.38,93.85 m,河水对工作面不构成突水威胁;无煤柱开采时,陷落柱一侧顶板裂隙沿陷落柱胶结面向上高度发育;结合理论计算和数值模拟分析,确定煤柱宽度为35 m。工作面在留设35 m煤柱条件下安全完成回采,地表变形特征符合预期,最大下沉量达到4000 mm,回采过程中工作面未发生突水事故。结论研究结果可为类似条件下的煤层安全开采提供理论和经验支撑。

基于极限平衡理论的陷落柱防水煤柱留设研究

为有效治理含水陷落柱的导水致灾现象,以平朔井工一矿4108工作面为背景,根据井下实际地质生产条件计算防水煤柱极限平衡宽度,从理论层面初步确定防水煤柱留设宽度,同时利用UDEC软件对不同宽度的煤柱塑性破坏进行数值模拟分析。模拟结果表明:当煤柱宽度达到40 m时,煤柱内的屈服区和周边裂隙带基本保持稳定,根据煤柱稳定性对弹性区宽度应大于14 m的要求,防水煤柱宽度应留设40 m;在煤柱宽度与弹性区宽度关系上,煤柱内弹性区的宽度随着煤柱宽度的增加而增加,当煤柱宽度大于40 m时,煤柱内屈服区与塑性区的宽度已基本稳定。4108工作面采用设计的绕过陷落柱方案,优化了绕过陷落柱工序,有效降低了煤炭资源的损失。

防水煤柱在断层影响下的合理化留设研究

以长春兴煤矿22601工作面、五家沟煤矿5214工作面采空积水区及WF_(19)大断层为研究对象,结合研究区地质、水文地质资料,对相邻工作面间防水煤柱留设尺寸的安全进行了研究。首先分析22601工作面与WF_(19)正断层、5214工作面采空区之间的联系,研究断层的充水水源及导水通道。通过理论计算和数值模拟方法对断层保护煤柱留设宽度进行计算,对比2种方法理论计算结果,并结合实际情况,初步确定工作面保护煤柱留设宽度。基于矿井安全开采的原则,结合工作面实际保护煤柱宽度、工作面初采及初次来压、断层富水区域等因素对22601工作面断层保护煤柱宽度进行安全评价,并针对断层水害防治提出建议。

采动和强承压水作用下大倾角断层防水煤柱宽度分析

本项目以断裂上盘煤层为对象,以大倾角正断层不透水煤柱为研究对象,通过数值模拟与现场测试相结合的手段,考虑煤层走向与煤层底板走向的组合效应,构建煤柱开采影响区、弹性核区与断裂破裂区煤柱宽度的计算模型,并在煤层走向与底板走向相结合的条件下,深入剖析煤柱在煤层走向与底板抗水失稳破坏的受力机理,进而揭示不透水煤柱的适宜透水煤柱宽度的影响机理。结果表明,在确定断层不透水煤柱的宽度时,应同时考虑采动压力与断裂的共同作用;在此基础上,结合煤层底板是否能够承受承压水的冲击,提出大倾角正断层不透水煤(岩)柱的合理宽度计算方法。经实际应用证明,该方案具有较好的留设宽度,也有有较好的经济效益。

郭屯煤矿3303工作面断层防水煤柱留设研究

针对郭屯煤矿采动影响造成断层活化导通新近系含水层的问题,以3303工作面为研究背景,通过导水断层留煤柱理论计算得出煤柱留设宽度为47.66 m,在此基础上使用FLAC3D模拟软件进行了数值模拟,深入研究了留设40 m、50 m、60 m煤柱情况下防水煤柱应力及塑性变化,分析了向阳断层防水煤柱受采动影响的破坏机理,得出了断层下盘在采动影响下的应力及塑性变化规律。根据现场实际情况,采取了留设50 m防水煤柱,使用导高观测仪实测工作面“两带”高度,断裂带最大高度发育至距离3煤层65.49 m处,小于工作面最薄基岩处,断层也未发生旋转下沉等大规模破坏现象。工作面回采完毕后,涌水量也未发生较大变化。实践证明,向阳断层防水煤柱留设的合理性,对同类型工作面具有一定的参考价值。

压力水作用下防水煤柱蠕变特征及模型研究

基于东部矿区开采时间长地质情况复杂,矿区进入开采末期后煤柱及巷道长期受到承压水以及地应力的作用发生流变现象。在Burgers模型基础上进行改进,构建新的六元件线性黏弹塑性流变模型,得到压力水作用下防水煤柱的本构方程和蠕变方程;通过等围压三轴压缩实验,使试件在2 MPa与3 MPa水压以及轴向载荷下开展蠕变实验,将实验数据与拟合数据进行对比,显示所建线性模型能够较好地描述受压力水作用防水煤柱蠕变的前2个阶段,可用来对承压水作用下防水煤柱和巷道的设计提供理论依据。

钱营孜矿F_(22)高角度正断层防水煤柱留设宽度研究

高地应力作用下煤层采动诱发断层活化引起的承压水突涌,是深部开采矿井水害的主要形式之一,而预留断层防水煤柱依然是防止断层活化导水最主要的方法。以钱营孜煤矿F_(22)高角度正断层为典型实例,依据已有的钻探、物探和巷探资料,基于煤矿具体的水文地质和工程地质条件,以现场及室内试验数据为基础,采用有限差分数值分析方法对钱营孜矿F_(22)断层下盘靠近断层带的W3221工作面开采后防水煤柱的留设宽度进行了研究;同时根据理论公式对F_(22)断层防水煤柱的宽度进行了计算验证。结果表明:当煤柱宽度小于40 m时,断层带顶、底界面应力变化幅度及位移差会显著增加,煤层顶、底板的位移变化幅度也明显增大,断层带顶部出现塑性破坏区并且范围逐渐扩大;综合得出宽度为40 m的防水煤柱可有效防止断层活化突水。

矿井防治水中防水煤柱的应用研究

煤炭开采过程中的安全问题一直都是煤炭领域的关注重点。当前煤炭资源高效开采下隐藏着矿井通风安全问题、井下人工挖掘安全问题、井下水灾防范问题等。煤炭机电一体化技术与通风技术的研究,大大提升了井下挖掘方面与井下通风方面的安全性。如何提升矿井防治水水平,确保矿井内部安全作业,促进煤矿产业健康发展,成为煤矿开采行业新的关注点。以矿井防治水中防水煤柱的应用为研究对象,从防水煤柱在矿井防治水中的应用的必要性入手,分析防水煤柱的种类与留设原则,讨论防水煤柱在矿井防治水中的应用要点,探究防水煤柱在矿井防治水中的应用效果与改进措施。以期促进矿井防治水技术取得进步,为煤矿开采行业的健康可持续发展建言献策。

断层防水煤柱留设计算研究综述

【目的】留设科学合理的断层防水煤柱可以在提高资源利用率的前提下,有效防止断层煤层开采过程中突水事故发生,因此对断层防水煤柱宽度的计算方法进行分类综述具有理论意义。【方法】通过对断层防水煤柱宽度计算方法进行横向对比和纵向总结,分析了各类计算方法的特点,并对其发展方向提出了展望。【结果】断层防水煤柱宽度计算方法主要有理论计算、数值模拟、相似材料模拟等,应针对具体情况选择合适的计算方法。【结论】在实际运用中,影响断层防水煤柱宽度的因素复杂且多样,必要时可采取综合的计算方法。

钱营孜煤矿W3_(2)11工作面断层防水煤柱合理宽度留设分析

针对钱营孜煤矿F15逆断层下盘W3_(2)11工作面采动时留设断层防水煤柱合理宽度,通过现场钻探成果分析了断层及覆岩含导水性,并按照规范对留设煤岩柱高度进行验算,以及构建FLAC 3D数值模型的综合方法,确定了W3_(2)11工作面防水煤柱合理留设宽度。结果表明:F15断层及覆岩层富含导水性较弱;安全防砂煤岩柱最大高度33.15 m、防水煤岩柱高度98.16 m,均小于实际留设煤岩柱326 m;W3_(2)11工作面需留设断层防水煤柱宽度由原60 m缩至10 m是安全可行的。W3_(2)11工作面根据设计留设防水煤柱宽度已安全顺利开采,说明设计方法是可行的,可为相似工作面提供参考。

如何利用防水煤柱进行矿井水害防治

矿井水灾是煤矿常见的灾害之一,一旦发生矿井水灾,将严重影响矿井正常生产,甚至威胁到井下工人的生命安全。基于此,主要对矿井开采可采取的防治水措施和留设安全煤岩柱防治水措施进行了探讨研究。针对矿井水灾,煤矿企业应根据井下实际情况,合理选用不同种类的防水安全煤柱进行综合防治,确保煤矿生产安全。

石港煤业F14断层15号煤层防水煤柱留设宽度研究

为保障石港煤业F14断层影响下15号煤层的安全生产,以15212综采工作面为背景,进行防水煤柱留设宽度的研究,综合运用资料调研、井下钻探、数值模拟等手段,分析表明,F14断层属于弱富水性和弱导水性断层,建议F14断层防水煤柱留设宽度为30 m,相较于原设计100 m宽防水煤柱,在保障了工作面的安全生产的同时,可增加煤炭储量45.4万t,具有良好的经济、社会效益。

水岩作用下防水煤柱合理宽度研究

以某矿防水煤柱留设为工程背景,分析防水煤柱保持稳定的基本条件,利用煤柱防水侧塑性区宽度的计算公式,确定防水煤柱合理的理论宽度,根据防治水要求,探讨考虑水压作用的防水煤柱宽度,通过综合分析,确定煤柱宽度为30m,现场应用结果表明,煤柱可以有效承载顶板压力,锚杆(索)受力稳定,煤柱侧巷道围岩变形小,保障了工作面的安全开采。

采场底板断层防水煤柱留设研究

采场断层防水煤柱的合理留设关系到煤矿安全较大,其留设不仅要考虑断层本身的性质,还应考虑矿山压力这个因素。采场附近煤体划分为弹性区和非弹性区,但非弹性区不具有隔水性能。根据采场支承压力的分布特征,推导出非弹性区范围的计算公式;根据推进方向上采场底板应力分布特征,应用计算机模拟矿山压力高峰应力在底板中传播的方向,建立采场底板突水的力学模型,得出底板水通道是由断层和被矿山压力破坏的底板岩层联合组成的结论。其突出的条件为:煤层开采造成的底板破坏深度不小于底板高峰应力线与断层交点的深度。在此基础上推导出采场断层防水煤柱留设计算公式,并用实例验证该公式的合理性。

巨厚松散层下防水煤柱合理留设及其数值模拟

防水煤柱合理留设是巨厚松散层下煤炭开采设计的基本参数。通过对东欢坨矿第四系巨厚松散层地质特征分析,揭示了本区第四系巨厚松散层中的含、隔水层厚度及其结构分布特征和对煤炭开采充水的影响,建立了巨厚松散含水层下防水安全煤柱计算模型和理论,提出了在巨厚松散层下的防水煤柱留设的非线性计算方法,计算东欢坨矿8煤层防水煤岩柱的高度为65.62 m。根据流-固耦合理论,应用FLAC3D数值模拟计算软件,模拟了东欢坨矿8煤层开采过程中上覆岩层变形破坏规律,揭示了煤层顶板岩体冒落带、导水裂隙带和弯曲下沉带的分布规律,获得了防水煤柱高度及相关工程技术参数,验证了巨厚松散层下防水煤柱留设的非线性设计方法和计算模型的可靠性,为巨厚松散层下防水煤柱合理留设探索了可行途径。

急倾斜工作面防水煤柱留设方法及其稳定性分析

采用相似模拟实验及地质雷达探测相结合的方法，研究了四川省煤炭产业集团有限责任公司铁山南煤矿急倾斜采煤工作面采动断裂带的分布范围．结果表明，上下采空区采动裂隙没有贯通．应用3D—σ有限元程序，计算了防水煤柱宽度分别为60，70，75和80m时各特征点的应力大小，在此基础上分析了防水煤柱的稳定性．计算结果表明，当防水煤柱宽度为75m时，各特征点的强度大于应力，但稳定性系数较小；当防水煤柱宽度为80m时，其稳定性系数为1．2～1．9．根据试验及模拟结果并结合工程实际，确定防水煤柱宽度为80m．应用综合方法确定的防水煤柱宽度比经验方法减少30m．

断裂带岩体工程地质力学特征及其对断层防水煤柱留设的影响

对F3,F4断层带水文地质、工程地质特征进行了系统测试研究,并结合钻探、物探资料,对F3,F4断层进行了导水和含水性分析,得出了F3,F4断层为不导水、不含水断层.分别利用相似材料模拟和数值模拟技术对F3,F4断层间块段不同水平留设断层防水煤柱开采进行了模拟,得出了不同地质条件下煤层顶、底板的采动效应;根据F3,F4断层带水文地质、工程地质特征及模拟结果,对F3,F4断层防水煤柱进行了重新留设,减小煤柱压煤量23万t.

潘谢矿区缩小防水煤柱开采实践

通过总结潘谢矿区 10a来缩小防水煤柱工作面成功的开采实践 ,系统地阐述了潘谢矿区水文地质特征、覆岩破坏规律。

厚松散层及超薄覆岩厚煤层防水煤柱开采试验研究

通过对厚松散层及超薄覆岩的含、隔水层及基岩风氧化带工程岩组性质的分析,采用相似模拟试验与数值模拟等手段研究不同采放比条件下覆岩最大冒高和有效导水高度。研究结果表明:基岩风氧化带内粘土矿物含量高、渗透能力差、再生隔水能力强,具有阻止和抑制导水裂高发展的双重作用,采动后覆岩呈整体弯曲缓慢下沉运动,有效导水裂隙带的发育高度与冒落带高度基本一致。研究结果应用于芦岭矿810#采区,在防水煤柱内进行放顶煤开采,经过两个工作面的成功试采,已安全采出煤炭约40×104t,采出率达86.7%,取得了显著的经济效益。

不同断层倾角条件下防水煤柱合理宽度的研究

为了研究不同断层倾角条件下的防水煤柱合理宽度,本文运用摩尔库伦准则求取了突水类型的断层倾角临界值.在综合考虑了煤柱本身受矿压及水压作用后的稳定程度;以及考虑煤柱一侧开采后形成的底板导水裂隙带位置与断层以及含水层的关系的情况下,运用弹塑性极限平衡理论、流体力学、土力学理论求得了断层倾角较大和较小时的防水煤柱宽度的计算公式.在推导出的理论公式基础上,利用MATLAB工具箱编程计算出托山煤矿防水煤柱宽度应为16 m.相对于以前设计的防水煤柱宽度来说,可减少4 m宽,既保证了煤矿的安全生产,又提高了采煤回收率,对节约能源起到了重要作用.