缓倾斜煤层坚硬顶板断层活化微震时空演化规律及诱冲机制

以宽沟缓倾斜煤层I010203工作面为研究背景,结合理论分析、数值模拟等手段对工作面过断层的位移场、应力场变化规律进行了研究,并根据现场监测数据,得到以下结论:(1)根据超前支承压力理论计算与现场实测,将采煤工作面过断层分为3个开采区域,正常开采区域、超前影响区域与断层影响区域,工作面推进过程中微震能量变化由“低频次、高能量”→“低频次、低能量”→“高频次、高能量”;(2)受I010203工作面倾斜角度的影响,工作面运输巷微震能量事件多于工作面回风巷,同时根据采煤工作面微震能量事件分析,在采掘扰动作用下工作面极易发生两种冲击类型事故,断层活化型冲击和断层煤柱型冲击;(3)当采煤工作面距断层较远时,构造应力在采掘扰动作用下释放,微震总能量相对活跃,应力表现为应力显现阶段,随着工作面逐渐推进至断层,微震总能量由稳定阶段转变为活跃阶段,同时断层活化显现由蓄能阶段转变为断层活化阶段;(4)分析宽沟I010203采煤工作面数值模拟结果得到,工作面逐渐向断层推进过程中,其断层接触面由初始活化阶段转变为活化稳定阶段,最终接近断层时表现为活化加剧阶段,其与采煤工作面期间微震大能量事件变化规律基本吻合。

倾斜工作面面向断层开采煤柱失稳机制及稳定性控制

以某矿面向断层开采的5302工作面为工程背景,模拟了工作面回采过程中断层及断层周围煤岩体垂直应力、塑性区及断层滑移演化规律,提出了断层煤柱的合理尺寸,并制定了卸压方案。研究结果表明:工作面回采期间断层及断层周围煤岩体受构造应力与采动应力叠加作用下应力高度集中,容易诱发冲击地压;微震、应力在线监测结果对比分析表明,制定的爆破断顶、钻孔卸压技术方案能够有效降低应力集中程度,避免工作面面向断层开采时诱发冲击危险。

杨柳煤矿小陈家断层活化及煤柱留设研究

含有断层的工作面开采极易引发断层活化,已经成为煤矿突水防治研究的热点问题之一。根据矿井及采区地质与水文地质条件,借助FLAC^(3D)数值模拟软件,建立三维地质模型。模拟分析了断层带内塑性区、应力以及滑移量随煤柱宽度的变化特征,留设了合理防水煤柱。结果表明:随着煤柱宽度的减小,断层带滑移量不断增加,采空区顶底板破坏区不断扩大,当工作面推进距离断层带30 m时,顶板破坏带与断层带导通,断层带发生活化,易引起突水事故。综合数值模拟和理论公式结果得出断层煤柱合理留设宽度不小于30 m。该研究成果为矿井安全生产及合理留设煤柱提供了参考依据。

断层影响下煤层开采突水风险流固耦合数值模拟研究

断层引起的底板采动突水是煤矿防治水中的重要问题,研究因采动引起断层活化,以及对底板渗透性变化全程进行演化是解决此类问题的关键。在前人成果的基础上总结了采动过程中围岩渗透性变化规律及渗透系数-体积应变耦合方程,将其嵌入FLAC3D流固耦合模型中。并以济宁二矿103下03工作面八里铺断层为背景,模拟不同煤柱尺寸情况下底板断层突水演化规律。结果表明:八里铺断层对于103下03工作面安全开采具有重要影响。防水煤柱尺寸为90 m时,奥灰水会沿导水通道进入采空区,引发突水事故;当其为100 m时,采动过程是安全的,且有效隔水层厚度约5 m。最终确定济宁二矿103下03工作面八里铺断层防水煤柱留设宽度取100 m。

近距离冲击地压煤层开采遗留煤柱与断层复合影响下冲击危险性研究

我国主要冲击地压矿井往往同时赋存多层可采煤层,多煤层协同安全开采是事关我国能源安全的重要课题。近距离冲击地压煤层开采时,上部煤层留设的煤柱承载了较高的上覆岩层载荷,给下部煤层开采带来了较大的风险。当遗留煤柱下发育断层时,该遗留煤柱导致的应力集中区与断层围岩附近的应力异常区产生的复合作用对工作面开采产生巨大影响。本文以陕西彬长大佛寺煤矿40201工作面为研究对象,理论分析了上煤层遗留煤柱和断层复合作用对下部冲击地压煤层开采时冲击危险性的影响,采用地震波层析成像技术和微震监测技术,分别探明了遗留煤柱和断层复合作用下工作面围岩静载荷、动载荷分布规律。研究结果表明:煤层中的断层破碎带在上覆遗留煤柱作用下产生的静载荷集中区域会向断层两盘远处转移,使得断层更易发生滑移失稳;在遗留煤柱和断层的复合作用下,工作面“见方”区域来压早于理论预测结果,且来压强度增大;工作面动载显现以遗留煤柱下区域为主,遗留煤柱的存在增大了工作面超前支承压力的影响范围。本文研究可对类似条件下的冲击地压煤层开采提供一些借鉴。

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。

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。

五沟煤矿F6断层缩小保护煤柱可行性研究

针对具体的地质条件,以五沟煤矿F6断层为研究对象,结合研究区域内断层及底板灰岩水的空间分布关系,采用数值模拟及理论分析相结合的方法,对留设不同宽度煤柱时断层的突水危险性进行分析;利用理论计算确定F6断层未处理之前合理的煤柱留设宽度,同时考虑F6断层的三维地震探查成果及井下实揭资料,理论分析了下部含水层的注浆加固范围;综合理论计算及数值模拟计算结果对F6断层煤柱缩小的可行性进行研究,研究结果对于提高五沟煤矿煤炭资源采出率有着重要的意义。

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。

浅埋煤层地质构造带动压巷道支护技术

为解决五虎山煤矿011205回风巷道局部片帮和非对称变形等一系列问题,通过现场实测、理论分析和数值模拟等手段对近断层巷道围岩变形破坏特征、围岩应力分布演化规律等进行了研究,确定了断层保护煤柱的合理宽度和支护参数,提出了巷道断层帮斜拉锚索注浆加固技术。结果表明,采用非对称斜拉锚索支护可以有效地控制巷道围岩的稳定性。

断层落差影响下的采动应力演化规律数值模拟

为研究断层落差影响下的采动应力演化情况,构建了断层力学模型,以逆断层为例分析断层附近支承压力分布状态,研究断层面应力状态;利用FLAC^(3D)数值软件模拟了2 m、5 m、7 m、10 m断层落差条件下的采动应力情况,并且每种断层落差下设置10 m、20 m、30 m、40 m、50 m煤柱。研究发现:断层落差对应力集中具有明显作用,另外,煤柱尺寸对于应力集中程度也具有不可忽视的影响。

FX24断层防隔水煤(岩)柱安全评价及工程实践

通过含水或导水断层防隔水煤(岩)柱的经验公式、“下四带”理论的分析计算,确定了FX24断层防隔水煤岩柱的尺寸,同时通过物探和钻探手段对5302工作面水文地质环境进行验证分析。5302工作面的安全顺利回采证明,该论证方法科学合理,具有很强的指导意义。

五沟煤矿1026回采工作面煤柱合理宽度留设分析

断层的稳定是煤层安全开采需要重点关注的因素,煤柱的留设宽度与断层的稳定息息相关。以五沟煤矿1026工作面为背景,采用论分析及实测工程类比明确了断层的特性,并通过FLAC 3D数值模拟,为断层煤柱合理留设宽度的设定提供了理论依据。通过理论及实测资料综合对比,设计留设的安全煤柱高度为39.61 m,而1026工作面实际最小新生界松散层第4含水层(“四含”)防砂煤柱高度为63.2 m,煤柱高度满足要求;钻场内的物探及钻探资料显示DF68断层为不含水、不导水断层;再结合留设不同宽度煤柱时的顶底板垂直应力、剪切应力及竖向位移模拟结果,发现该工作面在断层条件下可进行无煤柱开采。

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。

大采深复杂水文地质条件下导水断层探查治理技术研究

邢东矿隶属冀中能源股份有限公司,矿井采深大于800 m,水文地质条件复杂,开采过程中主要受煤层下伏奥灰岩溶水威胁。因井田范围内存在数条大型导水断层,落差均在50m以上,为保障安全生产,按规定留设有防水煤柱。为延长矿井生产服务年限,最大限度回收资源,如何对导水断层进行探查治理,以解放防水煤柱逐渐成为研究重点。本文基于邢东矿近些年导水断层探查治理经验,论述了不同技术手段的特点和实施效果,为相似条件下导水断层探查治理提供经验借鉴。

九鑫煤业水文条件复杂区域防隔水煤柱留设研究

防隔水煤柱是煤矿预防发生透水事故的一种重要设施。通过对九鑫煤业水文地质条件进行梳理,依据《煤矿安全规程》和《煤矿防治水细则》,对该矿2号开采煤层水文条件复杂区域防隔水煤柱留设进行研究和设计,详细计算了断层、裂隙带,陷落柱,老空积水区防隔水煤柱留设尺寸,并对两个积水量较大的采空区进行瞬变电磁探测,减少和杜绝恶性突水事故的发生,确保煤矿的安全回采。

中厚煤层小煤柱护巷切顶卸压技术研究

为避免开采断层上盘煤层对采区煤仓造成采动影响,降低采动压对采区准备巷道的影响,对保护煤柱尺寸进行计算、分析,确定了煤仓保护煤柱尺寸,采取切顶卸压技术对采区煤仓及采区巷道进行保护,为类似地质条件下采区煤仓煤柱尺寸留设提供了宝贵经验。

侧向高位积水矿井边界断层煤柱水害预防技术体系研究

孙村煤矿通过宽线二维地震勘探、跨孔电磁波CT,精细化探查了边界煤柱存在的薄弱区域,进行精准注浆,并通过跨孔电磁波CT、钻孔取芯手段对注浆效果进行了评价,形成了集矿界断层煤柱薄弱区探测、注浆加固过程控制与注浆效果检测于一体的侧向高位积水复杂矿井煤柱水害预防技术体系,对保障相邻生产矿井安全生产,防止突水灾害发生具有重要意义。

孤岛工作面近断层开采应力分布及煤柱留设研究

针对孤岛工作面近断层开采应力复杂的问题,采用FLAC^(3D)建立数值模型,研究了近断层开采时采动应力分布规律。结果表明:断层的存在使煤柱有效宽度大幅度减小,积聚大量弹性变形能,易诱发冲击地压灾害;孤岛工作面高应力集中于断层上盘煤柱近工作面处,45 m的煤柱宽度为应力出现突增的阈值。现场实测结果表明该煤柱宽度保证了工作面的安全回采。

断层影响下区段煤柱合理宽度研究

为避免高应力区段煤柱对工作面开采带来的不利影响,本文以受断层影响的山东新河煤矿区段煤柱为例,采用理论计算、工程类比和数值分析相结合的综合研究方法,对断层构造影响下深部高应力区段煤柱的合理宽度展开研究。基于极限平衡理论和工程类比综合确定合理区段煤柱宽度约为90 m;数值分析结果表明该宽度区段煤柱能够保持稳定;提出了高位岩层断顶卸压的煤柱稳定性控制方案。研究成果可为类似地质及生产技术条件下区段煤柱宽度的确定、工作面布置及安全开采提供指导。