静动载作用下巷道底板突水过程及关键致灾因素模拟

针对静动载联合作用下巷道底板突水问题,结合工程实例采用数值模拟软件FLAC^(3D)构建模型,从应力场、位移场及破坏区共同耦合作用角度出发,分析了动静载叠加作用下的底板突水通道形成过程及作用机制,探讨了关键致灾因素对巷道底板突水的作用程度。研究结果表明:静载与动载应力场叠加,导致底板应力集中程度和范围在深度方向扩大;巷道底板受动载作用后破坏深度和范围加大,有效隔水层厚度减少,底板突水的风险性增加;巷道底板突水通道的形成主要与动载幅值、持时及承压水水压有关,其中动载幅值对突水作用程度较大,当动载幅值超过临界值时,巷道底板破坏深度显著增加;持时的增大使得动载作用的时间特征减弱,更加接近于静载作用,巷道底板发生拉伸破坏的可能性降低;承压水水压的增大,使得作用在巷道底板下岩层的有效应力减小,岩体强度降低,底板破坏深度增加。采用单因素分析法对比发现,各致灾因素对底板突水的影响程度依次为:动载幅值>动载持时>承压水水压。

底板承压水上底抽巷破坏特征及控制技术

针对承压水上掘进底抽巷易导致底板突水事故,底抽巷层位选取不合理将造成瓦斯抽采效率低的问题,以古汉山煤矿1508工作面底抽巷为工程背景,通过分析底板突水发生机理及其围岩塑性区分布特征,确定底抽巷合理的布置层位并提出围岩协同控制技术。现场试验表明,底抽巷围岩不均衡的塑性区明显使底板隔水层厚度变小,底板突水危险性高。底抽巷在垂向上距煤层底板12 m,水平方向上内错回采巷道8 m。采用以增强锚网索锚固体系能力、底角岩层稳定性及其护表能力为主,局部区域进行注浆加固为辅的综合方法对底抽巷进行治理。试验期间,底抽巷顶底板变形233 mm、两帮变形量变形209 mm后基本稳定;瓦斯抽放孔采出率得到明显提高,确保了工作面安全开采。

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。

底板承压水上底抽巷布置层位及围岩控制技术研究

针对古汉山矿高应力、底板承压水条件下底抽巷存在围岩控制困难且易发生突水事故的问题,通过运用理论分析、数值模拟及现场试验的综合方法,研究底抽巷底板突水发生机制及其围岩破坏特征,提出底抽巷围岩综合治理技术。研究结果表明,底抽巷围岩存在的非对称塑性区使其底板隔水层厚度变小后突水风险增加;底抽巷合理的布置层位为与煤层底板垂距12 m、距回采巷道水平内错8 m;采用提高支护强度并配合注浆的手段对底抽巷协同治理;试验期间,底抽巷顶底板变形252 mm、两帮变形219 mm,提高了瓦斯抽采率,确保工作面安全开采,为相似地质条件下底抽巷的治理提供技术参考。

承压水作用下回采巷道底板突水危险性评价研究

华北石炭二叠纪煤系是我国重要的含煤地层之一,煤系底部奥陶系及石炭系岩溶承压水严重威胁煤矿的生产安全。本文以吴桂桥煤矿受承压水威胁的回采巷道为背景,分别采用“岩梁法”和“岩柱法”开展了巷道底板突水危险性评价。“岩梁法”评价巷道底板含水层不具有底板承压突水风险。而“岩柱法”评价结果显示:L_(6)灰岩具有隔水层破坏型突水的危险性,L_(4)灰岩具有一定的隔水层破坏型突水的风险,奥陶系灰岩不具有底板隔水层破坏型突水的风险。在煤矿生产过程中,建议做好巷道底板承压突水的预防措施,保证安全生产。

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.

大埋深高水压裂隙岩体巷道底臌突水试验研究

随着煤炭开采向深部发展,高地压和高水压矿井破碎岩体巷道发生底臌突水灾害越来越多。为进一步研究该类巷道底臌突水机理与特点,笔者运用相似模拟试验和现场巷道底板增压注水试验不同手段综合研究深部巷道底臌突水的临界突变规律。运用相似试验模拟了承压水作用下,巷道底板发生破坏的特征;通过现场注水试验分析巷道底臌量和底板物性变化规律,发现了深部巷道底臌突水的突变性规律。

巷道穿过断层影响破碎带支护技术研究

以刘家窑煤矿带式输送机大巷通过DF16断层影响破碎带为工程背景,研究了巷道穿过断层破碎带时防止突水和围岩稳定性控制技术。采用混凝土止浆墙预注浆治水堵水技术、预应力锚杆锚索和U型钢棚联合支护技术,有效地解决了治水和支护问题,取得了良好的技术经济效果,为后续巷道通过含水断层破碎带及其支护设计提供了良好的借鉴和丰富的经验。

深部承压水上底抽巷围岩破坏特征及合理位置

针对赵固二矿区域瓦斯治理需开掘底抽巷与承压水上开掘底抽巷易引发底板突水之间的矛盾,通过承压水影响下的圆形巷道围岩塑性区边界方程,分析了底抽巷围岩塑性区的分布特征与底板突水危险性之间的关系;采用数值模拟研究了工作面开挖后的底板应力分布状态及底抽巷布置在不同位置时的围岩破坏特征及相应的突水危险性。结果表明:底抽巷围岩塑性区的非均匀分布会显著减小底板隔水层厚度,增加底板突水危险;工作面开挖后底板应力根据其双向应力比值大小及应力加卸载状态可分为4个区域且按对底板突水危险的影响程度可排序为:卸压高应力比值区>卸压应力比值稳定区>增压低应力比值区>原岩应力比值区。据此提出了赵固二矿底抽巷的合理位置为沿待采工作面法向布置,并在规划的煤柱中部下方的L9灰岩上部砂质泥岩层中沿底掘进。

煤矿突水灾区变坡巷道堵塞特征

煤矿突水灾区变坡巷道堵塞对应急救援具有重要影响。为解决快速施救灾区受困人员问题,分析了灾区变坡巷道堵塞体物理力学特征,根据介质不同,将堵塞类型分为岩块堆积型、煤泥淤积型和煤岩混合型三种,探讨各种类型沉淀堆积特征。建立了灾区变坡巷道堵塞的物理和数学模型,分析三种条件下的沉淀堆积特点和范围,推导了堵塞区下缘迹线与灾区巷道变坡角度、变坡长度及巷道断面尺寸之间的函数关系。该研究可以为应急救援时效提供理论与技术支持。

井下电法超前探测方法及其应用

通过阐述井下电法超前探测原理及井下全空间影响因素 ,从提高探测准确度着手 ,提出了三点—三极超前探测方法、施工技术、解释方法。其特点是能避免掘进头后方巷道及层状地层电性变化的影响 ,突出巷道前方的地质异常 。

软岩巷道掘进突水过程红外时空演化特征研究

为了获取软岩巷道掘进工作面突水过程的红外时空演化特征,为实际工程巷道开挖过程中突水事故以及隧道渗漏水的时空预测与遥感监测提供理论基础,研究了粉砂岩双轴加载突水过程的红外辐射特征,从时、空要素综合预测识别突水信息。试验结果表明:1根据突水量的大小,将粉砂岩突水演化过程划分为"渗水→滴水→淋水→涌水"4个阶段;2粉砂岩突水不同阶段红外辐射温度曲线特征各不相同,其中升温速率加快可作为突水量增大的前兆,最低辐射温度出现骤升骤降预示突水的发生;3加载过程中,高温异常区即为渗水的发生位置,也是最终突水位置。渗水前10 s左右,对应渗水部位会出现高温异常,渗水发生后,高温异常转低温异常,且随着水量增大,降温幅度越大。利用红外热像仪,从时空综合预测角度研究突水的识别和监测预报,在一定程度上可以减少实际工程中突水事故带来的损失。

巷道围岩预注浆防突水技术研究

根据岩土有效应力作用原理,分析了动水压力和岩体接触压力间的本构关系,提出了巷道掘进中围岩预注浆防突水控制方案对策。并对止浆岩柱厚度、布孔、注浆参数、工艺等进行了理论分析和工业性试验,经堵水率、围岩物化特性、力学参数等分析对比,认为围岩预注浆控制方案具有技术可行、经济合理、安全可靠等特点,为布孔设计提供了理论和实践依据,具有实用价值。

巷道掘进顶板突水危险性预测研究

煤层顶板水害是威胁煤矿安全生产的重大灾害之一,近年来陕北浅埋煤层矿井巷道掘进时顶板突水事故常有发生,其主要原因是侏罗系风化基岩含水层相对松软,富水性较强,在煤层上覆相对隔水层厚度较薄区域,巷道掘进时围岩扰动沟通了风化基岩含水层,或直接揭露风化基岩含水层而引发掘进面突水,甚至突水溃沙(泥)。因此巷道掘进顶板突水危险区的预测十分必要。以红柳林井田4^(-2)煤开采为例,选择风化基岩含水层厚度、风化程度、岩性组合、砂岩层数及古地形标高等5个主控因素,采用随机森林(RF)算法对风化基岩含水层富水性进行了分区预测,编制了富水性分区预测图。同时分析了巷道围岩岩性特征,并结合松动圈厚度实测数据构建了松动圈厚度的多元线性与指数函数回归预测数学模型,得到了围岩松动圈厚度预测结果,以巷道顶板正常基岩厚度与松动圈厚度的差值为主要指标进行了巷道掘进顶板安全性分区预测,编制了巷道掘进顶板安全性分区预测图。在此基础上,利用GIS软件将风化基岩含水层富水性分区预测结果与巷道掘进顶板安全性分区预测结果进行了空间叠加分析,得到了巷道掘进顶板突水危险性分区预测图。结果表明:4^(-2)煤层巷道掘进顶板突水危险区及较大危险区主要位于北一盘区4^(-2)煤层剥蚀边界附近,与实际突水位置基本一致。因此,该预测方法及结果可作为红柳林煤矿矿井防治水的重要依据,也可为其他地质条件类似矿井提供参考。

注浆技术在柠条塔煤矿胶运大巷堵水工程中的应用

柠条塔矿在3-1煤胶运大巷掘进中因发生涌水而终止掘进。通过对充水条件及特征的调查、分析及判断,得出该巷道涌水是因3-1煤层裂隙导水所致。采取对巷道两侧超前帷幕长孔渗透注浆和工作面短孔补充注浆相结合的方法,有效地控制了煤层段的涌水,使井巷掘进顺利穿越了约400 m长的3-1煤层,并完成了全部的支护工作。

SYT电磁波法探查矿井突水地质条件的应用研究

矿井突水是煤矿生产中危害性很大的地质灾害,一旦发生,在治理过程中需要准确了解突水通道的位置以及矿井赋水状况,通常运用地质、地球物理以及钻探的方法来确定突水的水文地质条件。SYT电磁波法接收反射回来的带有地下地质信息的电磁波,根据含水层特殊的物性特征,对采集的数据经过特殊的处理,从而得到反映地下含水层物性特征的曲线和柱状,就可以用来判断突水通道及富水性。通过对牛儿庄矿小窑巷道位置突水的探测研究,为下一步注浆堵水工程钻孔井位设计提供了比较可靠的物探、地质依据。

松软巷道注浆加固堵水技术的应用

中马村煤矿因巷道支护形式等与动水条件下的巷道压力不匹配而使巷道破坏造成大面积突水 .通过对巷道破坏及突水机理分析 ,确定在巷道突水地区采用浅部围岩注浆提高围岩强度和深孔高压注浆封水相结合的注浆方式 ,能有效控制围岩变形破坏 ,实现堵水目的 .

金属矿山巷道突水原因分析及治理

郴州双园冲锡多金属矿230m中段巷道施工中发生突水事故后,采用工作面注浆法封堵,浇筑混凝土止浆墙,预留止浆岩柱。注浆时,先注单液水泥浆,先稀后浓;后注水泥-水玻璃双液浆,注浆堵水率100%。通过注浆,有效地封堵了废旧封闭不良钻孔充水通道,解决了水患问题,保证了巷道施工安全。

渗流场作用下采空区下方布置巷道数值模拟研究

为研究积水采空区下近距离布置巷道的问题,采用基础实验、理论分析和数值模拟的方法,分析了积水采空区下布置巷道的四个影响因素,模拟了巷道在常规支护和加强支护条件下的不同安全距离时围岩塑性场和底板渗流场耦合情况。模拟结果发现,巷道与积水采空区间距越小渗流场与塑性破坏场联系越密切,临界危险距离17 m时可以通过加强支护有效控制围岩破坏区,相对增加巷道与积水采空区间的安全距离,防止巷道突水。该研究可为类似水体下布置巷道提供参考依据。

基于优化SPFA算法的矿井突水救援模型

煤矿突水事故时有发生,易造成重大人员财产损失,而优化突水救援路径,将提高矿井突水灾害应急救援能力,降低突水危害。本文采用无向图和邻接表对矿井巷道网络进行描述和存储,根据巷道水位高度与井下人员身高的比值计算巷道安全系数,进而求解巷道等效长度,据此,使用优化SPFA算法进行单源路线搜索,提出矿井突水救援路线模型,并给出最优救援路线。以王家岭矿的巷道拓扑网络结构为基础进行仿真分析,结果表明,基于优化SPFA算法的矿井突水救援模型可以正确地计算出单源最优路线。该方法综合考虑了工作人员被井巷塌方或水流所阻而不可通行的复杂情况,为实现快速有效的事故抢险提供了可靠的技术支持。