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。

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。

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。

隧道穿越富水断层破碎带帷幕注浆形式研究

为解决隧道穿越富水断层破碎带时围岩失稳、突涌水难题,依托黑白面将军山隧道穿越F2断层工程施工,通过数值模拟,研究了无注浆、超前半断面帷幕注浆、超前全断面帷幕注浆等3种注浆形式对隧道围岩变形和支护结构受力的影响规律。研究结果表明:1)相比于无注浆,超前全断面帷幕注浆能减少38.7%的拱顶沉降和41.3%的拱底隆起,拱顶最大拉应力和最大压应力分别减小了65.1%、50.9%,衬砌背后水压力分布较为均匀,最大水压力为1.94 MPa;2)超前半断面帷幕注浆能减少23.9%的拱顶沉降和13.8%的拱底隆起,也能减小最大拉应力和最大压应力,但拱脚处拉应力增大到10.34 MPa时,下半断面水压力较大,最大水压力为2.20 MPa;3)超前半断面帷幕注浆形式在开挖断面上方围岩稳定性较差、下方围岩稳定性较好的情况下,也可以采用。

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。

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。

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。

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。

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.

断层防水煤(岩)柱安全宽度的计算与评价

针对如何确定导水断层附近的防水煤(岩)柱宽度是困扰煤炭开采的问题,以开滦集团荆各庄矿3092工作面为例,综合运用经验公式、数值模拟和原位探测来确定其断层防水煤(岩)柱的安全宽度,最终得出了符合实际的且小于原留设宽度的断层防水煤(岩)柱安全宽度,为该矿节约了可采储量,延长了矿井服务年限,具有显著的社会和经济效益;同时该法为本矿及相似矿井以后处理类似问题提供了参考,具有较高理论和现实意义。

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.

断层上盘防水煤柱合理宽度研究

当前采用的断层防水煤柱设计方法,是将断层上盘防水煤柱沿宽度方向看作是均匀连续和各向同性的弹性体,没有考虑到矿山压力、构造应力和水压力对煤柱的破坏和影响作用,导致煤柱留设宽度缺乏科学性,增加了工作面突水威胁。为了合理设计断层煤柱宽度,本文分析了煤柱在不同作用力下的物性状态,在此基础上将煤柱从隔水功能上划分为矿压影响区、有效隔水区和断层影响区,并分别推导和确定这3个区域的宽度计算公式,修正了断层防水煤柱设计方法,为上盘断层防水煤柱设计提供了科学的参考依据。

断层影响下底板突水通道研究

基于岩体极限平衡理论,综合考虑断层本身性质和矿山压力中应力降低区的作用,解得底板隔水层的极限水压解析式,推导出底板突水力学判据,结合华泰煤矿7502工作面,解得底板隔水层的极限水压大于实际承压水水压,底板隔水层中没有形成突水通道;基于FLAC3D流固耦合理论,建立了断层影响下煤层开采的数值模型,得出断层带中的承压水导升高度(8m)较正常岩层(6m)高,断层影响下底板岩体应力呈非对称分布,断层附近的底板采动破坏深度(24m)大于未受断层影响的底板破坏深度(20m),底板破坏区与断层导通,承压水通过断层进入破坏区,形成突水通道,发生底板突水。结果表明:断层影响下的底板突水,往往不是底板隔水层破坏导致,而是承压水通过断层进入采动破坏区所致。

断层防水煤柱设计的可靠度方法

将极限设计思想的可靠度方法引入到断层防水煤柱的可靠度设计中 ,提出了断层防水煤柱临界值的概念和确定原则 ,并结合实例提出了断层防水煤柱设计的可靠度方法的思路和步骤。

下保护层开采数值模拟与突水危险性评价

为了确定断层附近防隔水煤(岩)柱的合理宽度,解决煤炭安全生产问题,以山西省某矿下保护层开采为工程研究对象,用FLAC3D数值模拟软件进行了数值仿真计算,充分考虑了断层的产状和落差,再现了回采工作面在推进过程中的顶底板采动裂隙的发展情况,并结合经验公式法确定了隔水煤(岩)柱的合理宽度。同时还利用数值计算结果,对该矿六采区下保护层开采作了突水危险性评价。研究结果表明:断层不但是影响保护层开采底板扰动破坏程度的重要因素,也是确定防隔水煤(岩)柱宽度的关键所在。在对矿井突水危险性评价中,应该考虑采动对底板扰动破坏的影响。

任楼煤矿F_3和F_4断层防水煤柱留设研究

研究断层区防水煤柱的留设具有重要的现实意义。文中通过对任楼煤矿F3和F4断层导水性分析,认为其为不导水断层,通过数值模拟和理论计算断层区煤层在开采影响下底板的破坏深度,考虑断层的性质,对断层进行了分段留设,为尽量开采煤炭资源提供了理论支持。

导水断层防水煤柱合理留设的应力分析计算法

根据导水断层的地质及水文地质条件,在全面考虑影响导水断层防水煤柱尺寸诸因素的前提下,建立了不同的岩石力学模型。应用岩石力学有限元理论(弹塑性)反复解算不同煤柱尺寸情况下的围岩应力及其变化,进而采用“无拉应力分析原理”分析研究在变化的应力状态下煤岩层的稳定性(计算中所用到的参数都进行了合理的修正)。在此基础上,确定出最佳的导水断层防水煤柱尺寸[H_(cb)=F^e(σ^-)|σ^-=R_(trm)]。通过某矿区的实例分析,收到了良好的效果。

赵庄二号井3~#煤层断层防水煤柱留设分析

运用FLAC^(3D)软件对赵庄二号井的DF5断层的防水煤柱进行了数值模拟研究。通过留设不同宽度的保护煤柱,分析煤系煤层周围及断层附近塑性区及最小主应力变化情况,得出了断层煤柱的合理留设宽度,3~#煤层临近断层开采时,留设60 m的防水煤柱是可靠的。

受断层影响的水库下采煤可行性分析

针对我国煤炭资源储量逐年减少,矿井生产接续紧张的现状.以某矿拟采工作面为例,通过综合分析工作面的地质、水文地质条件,利用突水系数法排除了工作面底板奥灰突水的可能性,确定位于水库下方的F3断层威胁矿井2#煤的安全开采.经计算和分析研究,当采用分层充填开采和预留断层防隔水煤柱宽度为60 m时,可以最大限度地降低矿井开采受水库的威胁,为实现水库下2#煤的安全开采提供理论依据,可以有效缓解矿井生产接续紧张的现状.