范各庄矿12煤底板突水过程模拟分析

以范各庄煤矿水文地质条件为基础,建立了承压水上采煤的岩体水力学模型,应用岩石破裂过程渗流-应力耦合分析系统(RFPA2D-Flow)模拟分析了范各庄矿12煤层底板开采扰动下,裂隙形成、扩展到突水通道最终贯通形成突水的全过程。通过对损伤区分布、应力场和渗流场的演化分析,揭示了开采扰动及水压驱动下完整泥岩底板由隔水岩层到突水通道的演化过程,对突水通道进行了模拟定位,并对不同水压条件下含水砂岩层对底板突水的影响进行了分析。结果表明:12煤底板突水问题取决于含水砂岩中的水压力,在假设隔水层厚度不变时,水压力与突水系数呈正相关关系,随着水压的增大突水越易发生。该研究为12煤底板突水预测与防治提供了理论依据。

基于GIS-BN技术的范各庄矿煤12底板突水态势评价

为了评价陷落柱型煤矿突水危险性,设计实施了基于GIS-BN技术的煤矿陷落柱型突水危险性评价方法,并在范各庄矿实际应用。在深入分析范各庄矿突水因素的基础上,应用K-Means算法确定并离散化了突水因素的数据,应用ARCGIS和BN结合的方法建立了针对12煤层底板突水危险性评价模型,通过BN参数学习和BN突水推理,对突水危险区域进行了区划,并对模型的模拟效果进行了分析。结果表明:突水危险区域位于矿区的西北部和东南部。西北部的高危区域属于典型的陷落柱突水区,高危区域基本上和西北部的陷落柱异常发育地带吻合;西北部广泛分布的塌陷坑在一定程度上加重了该区潜在突水的可能性;东南部危险地带,属于典型的断层突水地带,集中在F5-F8和F4-F10-F11-F12两大断层带周边地区。以上区域的突水可能性非常大,在开采时需要采取适当措施防止突水发生。评价结果的拟合率高达80%,说明GIS-BN方法对煤矿陷落柱型突水危险性评价是可行和准确的。

范各庄矿5煤顶板破坏及突水模拟研究

根据范各庄5煤顶板的水文地质条件,应用岩石破裂过程渗流-应力耦合分析系统(RF-PA2D-Flow)模拟采动条件下顶板损伤、破断的演化形成全过程。通过对损伤区和应力场分布及顶板水流量变化曲线进行分析,揭示了开采扰动及水压驱动下完整泥岩顶板由隔水岩层到突水通道的演化机理.同时,讨论了隔水泥岩层厚度与顶板突水的关系.结果表明:顶板存在大范围的拉应力区域,含水砂岩和顶板泥岩交界应力集中是造成顶板突水的关键;顶板隔水泥岩层的强度不足以起到关键层的保护作用,对采场保护不够,应对顶板泥岩层进行加固或留设防水煤柱.

开滦范各庄井田突水特征及煤层底板突水地质条件分析

煤层顶底板突水危险性预测与评价是煤矿突水灾害防治的基础和依据,以开滦范各庄井田为依托,从促发与阻抗突水2方面系统分析矿井突水特征和12～14煤层间砂岩裂隙含水层厚度及其特征、突水介质条件(岩性、层间距)和突水构造条件,建立煤层底板突水与地质条件之间的相关关系和模型,并探讨控制机制。研究结果表明,本区发生突水的水源以12～14煤层间砂岩裂隙承压含水层为主,其砂岩裂隙含水层的厚度由井田的浅部向深部增厚;含水层水压随其埋藏深度的增加而增高,呈线性相关关系,且富水性增强。煤层底板隔水性能取决于隔水层厚度及其泥岩百分比含量,底板泥岩极限厚度与水压之间呈正相关关系,随着底板泥岩厚度的增加,泥岩层抵抗水压的能力增强,隔水性能变好,且完整底板泥岩层的抗水能力明显大于含裂隙的底板泥岩层。突水与构造密切相关,突水点最大涌水量与断层密度呈正相关关系。断层突水是由于断层对煤岩层的破坏作用导致在断层附近煤岩层裂隙和孔隙增加,力学强度大幅度降低的结果,且受控于区域构造和现代构造应力环境。这些成果为井田12煤层底板突水危险性评价与预测和井下突水防治提供理论依据。

开滦范各庄井田岩溶陷落柱发育特征及其主控因素研究

为了预防岩溶陷落柱引发矿井水害的发生,以开滦矿区范各庄矿发育的岩溶陷落柱为研究对象,基于野外勘测、采掘生产资料和钻孔资料数据,分析了研究区岩溶陷落柱的发育特征及分布规律,提出了岩溶陷落柱的井下预测方法,讨论了陷落柱发育的地质主控因素。研究表明:该区陷落柱发育形态多样,剖面上呈大小不一的圆柱状或圆锥状。研究区岩溶陷落柱主要分布于构造复杂的褶曲地带,明显受控于构造特征,分布规律与断层和节理发育密切相关。奥陶纪灰岩顶部长期风化剥蚀为陷落柱的形成提供了物质基础,研究区地下水动力条件对陷落柱发育规模与分布控制作用明显。

范各庄矿12^#煤层导水断层防水煤柱留设

以开滦矿区范各庄矿12#煤层导水断层导通奥灰水层为例,采用《矿井水文地质规程》和F-RFPA2D软件分别计算了断层防水煤柱留设。结果表明,《规程》和F-RFPA2D计算结果有一定的差异性,《规程》计算结果偏大,为138.56 m,计算方法简单易掌握。F-RFPA2D计算防水煤柱的结果更容易结合煤层开采的地质实际开展,先开采断层上盘防水煤柱预留为80 m,开采断层下盘防水煤柱预留为100 m。

范各庄矿隐蔽致灾因素普查及防治对策

以开滦范各庄矿为例,通过收集勘探及生产期间的各种地质资料,对矿井隐蔽致灾因素进行了深入普查和研究分析,最终查明并确定井田范围内影响矿井安全生产的隐蔽致灾因素主要有陷落柱、断层、裂隙、瓦斯、采空区、煤层自燃、封闭不良钻孔和导水裂缝带等,这些致灾因素的存在对煤矿安全生产造成极大的威胁。针对这些致灾因素,制定了相应的治理工作计划,并在实际生产中采取有针对性的综合安全技术措施,消除事故隐患,防止发生灾害事故,确保安全生产。

范各庄矿矿井水文地质类型分析及防治水工作建议

矿井水害是煤矿常见的主要灾害之一,其具有破坏性大,突发性强,抢救难度大等特点。而水害的大小取决于矿井水文地质类型的复杂程度,因此煤矿水文地质类型划分工作具有重要意义。以范各庄矿为例,根据新颁布的《煤矿防治水细则》,从六大指标综合分析,以实际资料为依据,依据就高不就低的原则,确定范各庄矿水文地质类型为复杂型,为矿井防治水工作提供依据。

范各庄煤矿快速掘进影响因素及对策

随着采煤技术的不断发展以及机械设备的不断升级改造,回采工作面的快速掘进效率也在不断提高,围绕开滦集团范各庄煤矿快速掘进实施过程中出现的问题,开展了制约效率提升的关键因素分析和对比。基于人-机-环理念,在引进掘-支-运配套装备、提高掘进工作面各中序平行作业效率、持续深入推进技术创新3个方面,提出了改进优化方案并经过现场实施。在范各庄煤矿的应用中实现了18 m2以上大断面岩石巷道的快速成巷掘进,解决了掘进快速施工的瓶颈问题,提升了快速掘进的效率,也为类似巷道提升掘进效率提供了范例和借鉴。

隐伏导水岩溶陷落柱的多源信息探查研究

开 滦 范各 庄 矿 是 一座 大 水 矿 井,主 要水 害 威 胁 来自 于 孤 立 发育 的 隐 伏 导水 岩 溶 陷 落柱 ,为 此,范 各庄 矿 使 用了 物探 、钻 探 、放水 试 验等 多种 勘 探方 法,取得 了 丰富 的地 质 资源 信息 。综合 利用 这 些多 源信 息 ,发 现范 各庄 矿 3-2皮带 巷原 设 计区 域存 在 着 13隐伏 导 水岩 溶陷 落 柱,具 有 强富 水 性及 导 水 性 。据 此 ,修改 3-2皮带 巷 设 计 ,避 免 再 次透 #水 灾害 的 发生 。

利用地质成果优化3010皮带上山设计

3010皮带上 山 建成 后将 担 负着 范各 庄 矿三 水平 、四 水平 的 煤炭 运输 任 务,服务 年 限要 求 至 少 30a。 此 皮 带上山 位于 岩 溶陷 落柱 较 发育 的井 口 区域 ,范 各庄 矿 发现 的 12个 陷落 柱 全部 位于 此 区域 。由 于 陷落 柱直 接 导通 下部 奥 灰水 ,一 旦揭 露 将有 淹没 整 个矿 井的 危 险。为 保 证矿 井安 全 ,在 工程 施工 前 ,利用 地 质手 段对 设 计区 域进 行 了探 查,发现皮 带上 山 的中 上部 发 育有 岩溶 陷 落柱 ,两 次对 设 计进 行了 修 改,为 施 工提 供了 安 全保 障。

开滦范各庄井田12煤层底板突水危险性的地质评价

根据隔水层的岩性和结构特征,提出了评价隔水层隔水性能的岩性-结构评价方法;并在突水系数中考虑隔水层的岩性-结构特征,提出了煤层底板突水危险性评价分类.针对开滦范各庄井田12煤层底板突水地质条件实际,系统分析了12煤层底板砂岩裂隙含水层厚度及其特征、隔水层的岩性及其分布和断裂构造条件,对开滦范各庄井田12煤层底板突水危险性进行了评价.研究表明,煤层底板隔水性能取决于隔水层岩性和断裂构造,随着底板泥岩百分比含量和厚度的增加,隔水层抵抗水压的能力增强,隔水性能变好;随着断裂发育程度的增加,底板隔水层由完整结构、块裂结构到碎裂结构和松散结构,底板隔水性能降低,且完整底板泥岩层的抗水能力明显大于含裂隙的底板泥岩层.开滦范各庄井田12煤层底板发生突水的水源以12～14煤层间砂岩裂隙承压含水层为主,其砂岩裂隙含水层的厚度由井田的浅部向深部增厚;含水层水压随其埋藏深度的增加而增高,呈线性关系,且富水性增强;12煤层底板隔水性能随着煤层埋藏深度的增加而减弱,且突水危险性增强.