基于层间截流封堵技术的矿井滞后突水治理

结合临汾市某矿突水治理实例,在分析构造、底板扰动破坏、隐伏导水通道基础上,进一步研究了残余有效隔水层在底板水压、两侧煤柱以及采空区中部顶板垮落压实综合作用下二次破坏的形式,确定此次突水是在底板扰动破坏和底板隐伏导水构造基础上,残余有效隔水层受底板水压向上牵引应力和煤柱支撑影响发生二次破坏形成导水通道造成的。并据此提出层间截流封堵治理方案,以110 m水平进尺快速揭露导水通道,注浆15500 t,突水量降低94%,水位抬升14.725 m,成功堵水。可为类似矿井水害治理提供有益借鉴。

巷道围岩破坏及滞后突水机理研究

我国华北型煤矿开采受底板承压水威胁严重,巷道掘进之后承压水滞后突水是矿井常见的生产安全事故之一。为了减少巷道滞后突水事故,实现安全高效地开采受底板承压水威胁的煤层,采用力学分析理论通过建立数学分析模型和数值模拟模型,运用工程地质与水文地质学相关理论推导与分析。研究结果表明,巷道掘进完成后底角是破坏范围最大的地方;应力失衡是造成围岩破坏的主要原因;应力变化引起能量失衡是造成底板承压水导升的主要原因;水对岩石的软化作用是造成滞后突水的关键因素。提出了可以通过强化巷道支护和注浆改造遭受承压水破坏的隔水层底部结构的方法,防治巷道掘进过程中的滞后突水问题,为防治底板存在高承压含水层,并且具有滞后突水危险性的矿井指明了新方向。

断裂带煤矿井巷滞后突水机理数值模拟

应用FLAC3D软件,基于流-固耦合理论,对开滦赵各庄矿13水平东1石门一次小型滞后突水进行数值模拟.结果表明：受采矿产生的局部二次应力影响,奥陶系灰岩承压水和煤系地层承压水将沿断裂破碎带产生渗流扩散现象,并在岩石巷道附近产生4.0-5.0 MPa的孔隙水压升高带;当工作面推进55,110,165 m的时候,岩石巷道附近将分别产生最高1.53,4.38,0.05MPa的孔隙水压;升高的孔隙水压无法在短时间内消散,从而进一步作用于岩体,并最终突破岩体阻抗导致突水,突水的发生大约需要1-3月的滞后期.

深部开采巷道滞后突水防治技术

针对深部矿井巷道受承压水威胁在巷道服务期间易产生滞后突水问题.采用理论分析方法,研究了巷道滞后突水防治技术.分析结果表明:随着时间的延续,巷道围岩有效隔水层在矿压及水压长期作用下,围岩破坏范围逐渐扩大,裂隙进一步扩展,有效隔水层受到破坏,裂隙与高承压水连通,形成突水通道;分析了突水时间效应及防突水措施机理,提出了通过优化支护参数达到增强防突潜能的目的.基于悬吊理论和Ansys软件,对巷道支护参数及安装载荷进行了优化.结果表明:断层破碎带附近巷道顶底板最大位移量为132 mm,两帮移近量最大为123 mm,顶板离层量为8～15 mm,巷道围岩得到了有效控制,在服务期间,没有发生淋水等现象.该成果对预防巷道滞后突水有一定指导意义.

矿井断裂构造带滞后突水的流–固耦合模拟方法分析与滞后时间确定

矿井断裂构造带滞后突水是威胁煤矿深部开采的主要水害类型。基于流–固耦合理论,提出弹塑性应变–渗流耦合、流变–渗流耦合及变参数流变–渗流耦合3种模拟评价模型。将断层破碎带物质等效为连续介质模型,材料本构模型分别采用弹塑性模型和流变模型,应用FLAC3D软件,对上述3种评价模型进行数值模拟,结果表明弹塑性应变–渗流耦合模拟结果在某些情况下可以适用;流变–渗流耦合模拟结果最接近实际;渗透性可变的条件下变参数流变–渗流耦合对渗流参数变化机制的解释最好。以流变–渗流耦合模拟结果为例,最危险滞后突水可能发生时间得以确定,在模拟开采的不同阶段,岩石巷道附近(即模型8#点处)分别产生3.26,3.63,3.77 MPa的最高水压,对应滞后时间分别为15,131,546 d。

基于FLAC^(3D)的断裂滞后突水数值仿真技术

针对中国华北型煤田煤系地层底板下伏奥陶系巨厚层灰岩含水层水压高,动、静贮量丰富,是构成矿井深部开采主要充水水源的实际现状,选择具有较好的过水能力、可能形成底板奥灰水突出通道的开滦矿业集团范各庄矿F0断层为研究对象,采用蠕变力学试验方法,取得了用于数值仿真计算的F0断层物质力学参数,运用FLAC3D数值仿真软件,对受断裂影响的采矿活动进行了流—固耦合模拟和渗流蠕变计算.研究结果表明:煤层顶板岩层受采动影响的影响带范围在断层两侧发育明显,上盘岩层的位移量偏小,下盘岩层的位移量偏大;底板岩层垂直位移量上盘岩层的位移量偏大,下盘岩层的位移量偏小,顶底板岩层垂直位移量在断层附近最大.断裂构造的切割作用使得底板在承受较大构造应力的情况下存在大范围的剪应力区,断裂破碎带的应力集中有是造成底板破坏、发生底板突水的关键.该研究成果对于有效预防断裂滞后突水具有一定指导意义.

漳村煤矿1312工作面顶板突水原因分析

漳村煤矿1312工作面在回采过程中发生间断性涌水,但依据经验公式计算顶板断裂带高度并未发育到含水层。通过分析顶板水文地质条件,运用RFPA数值模拟与现场实际探测研究顶板导水裂隙带发育规律。结果表明:①经验公式计算得到的顶板导水断裂带最大高度为45～58 m,与RFPA数值模拟得到的95 m相差较大,顶板亚关键层薄以及距3煤顶板距离小于58 m是使得裂隙带发育偏高的主要原因;②现场探测测得顶板裂隙带发育高度约为96 m,与RFPA模拟相符合;③关键层与含水层空间位置及岩层分布规律决定了工作面回采顶板会发生间断性涌水以及滞后涌水。

煤层顶板次生离层水体透水机理及防治技术

为了研究以煤层顶板弱富水含水层为直接充水水源的顶板透水机理,并探索防治方法,以宁夏宁东煤田红柳煤矿1121工作面开采期间发生的4次大规模透水为切入点,通过理论分析、数值模拟并结合井下钻探等工程技术手段,得出该工作面透水是由煤层开采后顶板岩移形成的次生离层水体引发,提出了煤层顶板覆岩中隔水关键层是造成次生离层水体透水的必要条件;研究了隔水关键层位置、尺寸及其水理性质对次生离层水体周期性透水的控制作用;确定了临界隔水关键层厚度为18 m,并提出了次生离层水体致灾前疏放的最佳时机为次生离层水体形成且周期垮落前,最佳位置垂向上为煤层A主隔水关键层顶板,平面上位于下顺槽距煤帮1/6~1/3工作面斜长范围。

利用极化率参数监测煤矿滞后突水的可行性

煤矿工作面底板下方隐伏断层、陷落柱等小尺度地质构造不仅难以识别,而且在采动影响下,还将进一步发育,形成潜在的隐伏导水通道,容易发生滞后突水.本文提出通过实时监测极化率参数的变化实现对由小规模地质构造引起的煤矿滞后突水预警.采用三维激发极化法装置形式,利用理论分析、数值模拟和物理模型实验相结合的方法,发现采空区底板下陷落柱构造突水过程中极化率参数变化规律.随着水位上升,异常区极化率逐渐增大,异常位置更加明显,可根据极化率参数的极大值点的位置,通过交汇作图方法确定构造异常体中心的平面位置,可根据极化率参数值大小变化监测其水位变化.结果表明通过对极化率参数的监测,对隐伏构造突水过程进行及时预警具有可行性.

基于损伤过程耦合的断层空间滞后突水分析

为了研究过断层破碎带空间上滞后突水问题,围岩变形破坏全过程应力渗透耦合模型被应用于涌水及稳定性分析。试验获得的岩石渗透率应变演化全过程曲线被进行三次样条插值平滑处理,得到不同岩性的流固耦合函数模型,并嵌入到COMSOL Multiphysics中进行计算。模拟结果表明:基于试验曲线的流固耦合模型计算得到的扰动范围更大,在断层外影响范围为25 m;巷道掘进过程中,工作面拱肩部位更易形成涌水;裂隙带对于巷道开挖过的影响范围为通过裂隙带前后40 m,过裂隙带后突水风险达到最大;滞后突水时间为1.2到2.5 d,并且与地层中应力场、渗流场分布有关。通过本文研究,利用试验曲线建立的渗流耦合模型获得了断层空间滞后突水机制,修正了滞后突水发生的可能位置和加固范围。

煤矿水害要素分析与超前探测

为了优化煤矿采区的水害超前探测效果,以水害要素分析为基础,结合瞬变电磁法和地震法探测优势,提出了一种精细、全面的水害超前探测技术。结果表明:采用此探测技术能提前查明巷道前方煤岩层的赋水性及构造发育情况,实现多种探测信息的多元互补,分析探查区域内水害要素关联性和发育变化,综合评估煤岩层采掘前后的水患威胁性,优化探测效果,确保煤矿安全生产。

李雅庄矿大断层注浆堵水技术应用研究

李雅庄矿区断裂构造较为发育,断层分布广、密度大,根据建井以来资料统计,共发生60 m3/h以上的涌水7次,其中6次(3次滞后突水)是因断层导水所致,本文通过对六采区轨道巷Fs-6断层进行注浆堵水技术研究,充分解决了施工中遇到的难点。

隐伏陷落柱滞后突水机理研究

针对15423N工作面发生的陷落柱突水事故,对导水陷落柱突水征兆进行了介绍,总结了导水裂隙带高度公式,通过相似模拟实验对工作面回采与水润线的关系进行分析研究,对陷落柱滞后突水现象进行了解释。

单家村煤矿八采区奥灰突水机理研究

本文以单家村煤矿八采区奥灰滞后突水实例为主,分析了大小组合断层共同作用形成地垒、造成奥灰上抬出露于巷道,引发滞后出水的突水原因;结合奥灰水文观测孔长期、动态观测数据,分析得出了八采区奥灰含水层特征,最终研究得出地质资料不准确导致采掘活动直接揭露奥灰引发突水、断层抬升奥灰含水层,导致3煤层与下部含水层之间隔水层厚度不足引发奥灰突水、采掘活动引起断层活化,改变其导水性引发奥灰滞后突水三条奥灰突水机理。研究成果填补了兖州煤田区域巷道掘进过程中断层导致奥灰滞后突水方面的空白,为八采区水害防治工作提供了技术依据,也为同类受水害威胁的矿井提供了重要借鉴。

黔张常客运专线卧云界隧道降雨-涌水相关性研究

作为黔张常客运专线6座Ⅰ级高风险隧道之一,卧云界隧道受到涌突水严重威胁。通过对卧云界隧道汛期涌水量和降雨量进行相关分析,发现降雨不仅与隧道涌水具有高度相关性且在岩溶含水层的调节作用下存在滞后性,在此基础上建立降雨-涌水回归方程。结果表明:采用回归方程预测隧道涌水量具有简单、快速和精度高的优点,可为隧道在未来不同降雨条件下涌水量预测提供依据。

断层滞后型突水渗-流转化机制及数值模拟研究

在系统研究王楼煤矿13301采煤工作面断层滞后突水特征的基础上,对断层滞后突水渗-流转化机制进行了深入分析,提出了"开采扰动-渗透弱化"双阶段理论模型,并进一步将断层渗透弱化阶段分解为非饱和渗流阶段、低速稳定饱渗流阶段以及快速饱和渗流阶段3个阶段;基于突水过程的流态变化的普遍特征,分别通过理查德方程、达西定律以及布里克曼方程建立了各阶段的数学物理模型;建立了煤层工作面回采有限元模型,实现了对断层组内部地下水由非饱和到饱和、由低速流动到快速流动、断层组渗透性由弱到强的过程的完整描述,其涌水量计算结果与实际基本吻合。

峰峰集团九龙矿15423N工作面特大突水原因剖析

依据九龙矿15423N工作面所进行的大量而细致的水文地质工作,研究剖析了该矿和15423N工作面的水文地质条件,分析认为该面底板下发育的隐伏微型强导水陷落柱、使奥灰含水层作用在该面煤层底板隔水层的距离缩短了68.5 m,该面煤层底板承受奥灰含水层和大青含水层水压高,剩余隔水层底板强度不足于抵挡奥灰含水层的高水压、陷落柱的隐伏性和其横向扩展范围以及横向水力联系的局限性和受当时探测技术水平的限制,是导致该面采空区滞后底板突水的主要原因,对处于封闭滞流条件下奥灰含水层水文地质条件认识的不足和偏差,是导致突水的另一个重要原因。