Overburden fracture evolution laws and water-controlling technologies in mining very thick coal seam under water-rich roof

Considering the danger of water inrush in mining very thick coal seam under water-rich roof in Majialiang Coal Mine,the universal discrete element(UDEC)software was used to simulate the overburden fracture evolution laws when mining 4#coal seam.Besides,this study researched on the influence of face advancing length,speed and mining height on the height of the water flowing fractured zones(HWFFZ),and analyzed the correlation of face advancing length and change rules of aquifer water levels and goaf water inflow.Based on those mentioned above,this research proposed the following water-controlling technologies:draining the roof water before mining,draining goaf water,reasonable advancing speed and mining thickness.These water-controlling technologies were successfully used in the feld,thus ensured safely mining the very thick coal seam under water-rich roof.

基于瞬变电磁法的煤层风氧化带探查

煤层风氧化带的发育对煤矿的生产组织和安全回采影响巨大,针对准格尔煤田东部隆起带煤层风氧化带圈定的技术难题,研究了瞬变电磁法探查煤层风氧化带的可行性。首先对研究区正常地层与煤层风氧化区的电阻率测井曲线进行了分析,总结了正常区与煤层风氧化区的电性差异,并以电阻率测井曲线构建了煤层风氧化区地电模型;然后采用MAXWELL软件对理论模型的瞬变电磁响应进行了数值模拟,发现在煤层风氧化区瞬变电磁反演电阻率断面表现为浅部低阻层变厚、低阻异常幅值减小的异常特征,可以以此来圈定煤层风氧化区的分布范围;最后在数值模拟的基础上,在串草圪旦煤矿开展了现场试验,结合钻探情况对试验数据从瞬变电磁反演电阻率断面和平面2个角度进行了分析,结果表明瞬变电磁法探测划分风氧化带是可行的。

特厚煤层底板断层破坏与顶板垮断联动效应的CFDEM模拟研究

特厚煤层采场空间大、覆岩扰动范围广,顶板垮断产生的强扰动加卸荷载易导致底板断层破坏加剧。通过数值模拟研究特厚煤层底板断层突水与顶板垮断联动效应机理规律是开展水害防治的基础,关键在于掌握加卸载下岩体渐进破坏与裂隙流耦合特征。构建加卸载下拉、剪损伤演化方程,结合有效偏/球应力为基本变量的屈服准则与塑性势函数,得到完整岩块的塑性损伤本构;建立拉/剪、混合型加卸载过程中塑性位移与强度劣化关系,以平方拉剪应力与B-K准则为初始、完全断裂准则,形成非贯通裂隙断裂本构;提出岩块分离、压缩、剪切判据,结合实验数据建立离散块体间挤压、剪切摩擦本构与剪胀方程。基于质量/动量守恒、状态方程,并结合流体体积与浸没边界方法,形成裂隙岩体气−水二相流模拟理论。由此形成CFDEM数值计算程序,并将加卸载下塑性损伤、断裂、挤压/摩擦、流体属性分别赋予实体单元(岩块)、黏聚力单元(非贯通裂隙)、接触对(贯通裂隙)、欧拉单元(水和气)。根据宁武煤田北部矿区工程地质条件,建立特厚煤层底板断层突水与顶板垮断联动效应数值计算模型。结果表明:①CFDEM耦合程序及相应的理论模型可数值实现特厚煤层覆岩及底板断层从(准)连续体到离散体转化,以及地下水在裂隙中运移;②模拟条件下特厚煤层含断层底板的采动裂隙包络线呈w形,最深处超过55 m位于断层及其上盘,最浅处23 m位于断层下盘,而无构造底板处的破坏深度为24~36 m,已导通奥灰含水层;③特厚煤层底板普遍出现二次破坏现象。表现为无构造底板在超前工作面处破坏深度为24.0~29.3 m,但在采空区内普遍增加至31.5~36.0 m;断层及其上盘在超前工作面处裂隙总开度为0.34~0.86 m,但在采空区内迅速增加至3.6 m,形成突水优势通道。④底板断层突水与顶板垮断联动效应的根源在于覆岩高位关键岩层垮断失稳、砌体梁下沉与二次断裂,并导致底板二次破坏,突水风险加剧。

乡村振兴背景下农村居民共同富裕统计测度及其分解——以宿州市为例

缩小地区之间和地区内部居民之间收入差距是中国实现共同富裕目标的重要议题之一。基于共同富裕内涵,构建了用于识别农村居民家庭共同富裕的多维指标体系,并在此基础上设计了各个指标的测度方法,以宿州市为例进行了实证检验。研究结果表明:乡村振兴战略实施以后,农村常住居民的生活条件和环境得到了极大改善,但是老弱病残幼成为农村常住居民的主要群体,劳动力水平、劳动力的健康状况、儿童就读学校成为农村居民实现共同富裕的重要影响因素。

基于FHH分形理论的隆德煤矿砂岩微观孔隙研究

西部煤炭资源以侏罗纪煤田为主,侏罗系煤系地层普遍受到顶板复合水的影响,因此,顶板砂岩含水层的富水性评价是矿井安全开采的前提。以隆德煤矿为研究对象,通过氮气吸附试验分析了砂岩孔隙结构特征;基于FHH分形模型,分析了分形维数与岩石组成、孔隙结构、埋深等参数的相关性。研究结果表明:隆德煤矿砂岩具有较强的非均质性,分形维数D_(2)>D_(1),表明砂岩内部孔隙结构比表面孔隙复杂;岩石组成成分是主要影响孔隙复杂程度的重要因素,其中黏土矿物与石英是主要影响分形维数的因素;区域内砂岩吸附滞环近似H3和H4型,以狭窄型和平板状裂隙孔为主,孔隙以微-中孔为主;砂岩孔隙具有明显的分阶段分形特征,分形维数与黏土矿物含量、石英、BET比表面积、伊利石含量、水力半径呈正相关关系,与石英、BJH总孔体积呈弱的正相关关系,与造岩矿物含量、钾长石、斜长石、高岭石含量、平均孔径和孔隙度呈负相关关系,与渗透率呈弱的负相关性关系,而与绿泥石含量基本无相关性。

蒙陕深埋煤层首采工作面顶板富水性和涌水量差异研究

针对蒙陕接壤区存在水文地质条件不清、水害问题多发、水资源漏失严重等问题,通过分析区内呼吉尔特矿区4个矿井首采工作面顶板地质水文地质特征、回采过程中涌水量变化及差异性,查清了矿区煤炭开采初期扰动下的水文地质条件,结果表明:四个矿井首采工作面涌水量,均随着工作面回采呈逐渐增加趋势,其中葫芦素和巴彦高勒矿井首采工作面最大涌水量分别为645.0 m^(3)/h和494.0 m^(3)/h,且七里镇砂岩含水层不同区域存在富水性差异,导致涌水量的增加呈台阶式,波动性较大,与该区域七里镇砂岩含水层厚度较薄、富水性较弱的特征一致;门克庆和母杜柴登矿井首采工作面最大涌水量分别为1372.0 m^(3)/h和938.0 m^(3)/h,且七里镇砂岩含水层整体富水性较强、富水性较均一,涌水量的增加呈平稳增加态势,波动性较小,与该区域顶板七里镇砂岩含水层厚度较大、富水性较强的特征一致。

复合再生顶板条件下煤体固化与顶板强化技术研究及应用

为提升复合再生顶板工作面的安全性和回采效率,在平煤十二矿己16-17-31020复合再生顶板工作面开展了煤体注水固化、顶板注浆强化和管缝锚杆顶板强化试验,探索了复合再生顶板工作面矿压显现规律,评价了加固措施的支护效果。研究结果表明:加固措施实施后,工作面完整度大幅提升,降低了顶板冒落和压架等事故风险;平均来压步距由22.15 m增加至29.92 m,顶板压力由25~31 MPa降到19~26 MPa。顶板下沉量降低了50.4%,保证了工作面的正常安全回采,同时进尺速率提升了16.7%。煤体固化-顶板强化措施取得了良好的效益,可为同类型复合再生顶板工作面提供借鉴。

近距离煤层采空区下淋水巷道稳定性分析

为研究近距离煤层采空区下淋水巷道稳定性,以石槽村矿220605工作面运输巷为研究背景,通过实验室测试,现场监测与数值模拟相结合方法,开展淋水顶板巷道稳定性研究。研究结果表明:(1)淋水巷道顶板黏土矿物中富含高岭石、蒙脱石、伊利石以及绿泥石,遇水后会迅速膨胀并逐渐流变破碎,从而导致围岩滑移。(2)水软化岩石初期,其峰值强度显著减小,且在破坏前、后表现出波浪式的承载特性。顶板岩石含水率从干燥增长至近饱和状态时,抗压强度、弹性模量、内摩擦角、黏聚力分别减小88.56%、62.45%、33.81%和58.54%。(3)水作用下的巷道塑性破坏主要为剪切破坏;随着围岩含水率的增大,顶底板塑性破坏范围变化不大,但顶板在水软化效应的承压能力不断削弱,两帮间接承压力明显提升,塑性破坏范围变化趋势为先线性增大而后趋于稳定。

煤层底板砂岩含水层水文地质特征的分布式放水试验探查研究

为了查明宁东煤田煤层底板宝塔山砂岩含水层的水文地质特征,在国家能源集团宁夏煤业有限责任公司石槽村煤矿2个不同的区域开展了分布式放水试验,2个阶段的放水试验均包括了单孔和多孔放水试验,计算的渗透系数平均值分别为0.219~0.301、0.024~0.029 m/d,单位涌水量平均值分别为0.079、0.012 L/(s·m),影响半径分别约为700、750 m。通过放水试验,查明宝塔山砂岩含水层的厚度约为60 m,岩性为粗砂岩,局部夹薄层砂质泥岩和泥岩;含水层渗透性和富水性均较弱,且存在不均一性,但是由于宝塔山砂岩含水层位于下组煤底板,研究区下组煤承压均在3 MPa以上;含水层地下水水温约为41℃,下组煤采掘活动面临一定的热害影响;宝塔山砂岩含水层具有较好的可疏性,疏水降压是底板砂岩水害防控最佳措施。通过放水试验进一步查明了宝塔山砂岩含水层的水文地质特征,补充了抽水试验未能查明的水文地质条件,其探查结果可以作为煤层底板砂岩水害防控的依据。

煤层顶板含水岩性层划分与富水性评价方法

为指导疏放水钻窝及钻孔布置,确定煤层顶板垂层与顺层面上的富水层位与区域,开展顶板含水岩性层划分与富水性评价。以东欢坨矿-950水平8煤顶板为研究对象,基于钻孔资料数据,建立了含水岩性层划分依据、富水性评价指标与方法。结果认为以钻孔信息中的岩性、地层结构完整性及泥浆漏失量作为含水岩性层划分的依据,以分层厚度、中粗粒砂岩与裂隙岩厚度及受顶底板隔水层限制的情况作为富水性评价指标,进行含水岩性层富水区评价与分区,能够为疏放水钻窝及钻孔指明合理的布设位置与终孔层位,经受实践应用检验。

基于层次分析法的煤层顶板含水层富水性评价——以淮南煤田刘庄煤矿1煤顶板为例

依据矿区范围内的补勘、采掘工程揭露、钻探资料,阐述了刘庄煤矿1煤赋存情况和顶板岩性特征。选取砂泥比、含水层厚度、平面变形系数、断层分维值、岩石质量指标等五项影响顶板富水因素,采用传统的层次分析法(AHP)对刘庄矿井1煤层顶板富水性进行评价并根据评价结果提出针对性防治水措施。总体来看富水性在区域上存在差异,其中东三采区富水性最为充沛,含水较丰富区主要分布在西三采区,含水中等区分布于西一采区与东一采区南部,含水少量区分布于西四采区东的南部。根据评价结果以及结合采掘和开采方法,建议健全水文地质观测网络系统,标定煤层层位,使用物探方法进行超前探测及注浆加固治理等措施。

东曲矿预留钻孔疏放28206工作面老空积水技术研究

近距离煤层群开采时,上部煤层开采后形成的采空区积水是威胁下部煤层安全开采的主要因素之一。针对传统采空区积水的防治方法存在一定盲目性,导致工程量通常较大的情况,本文根据东曲矿28206工作面和29206工作面是近距离煤层开采的具体情况,提出在28206工作面开采时预留疏水钻孔,对工作面低洼区域采空区积水进行监测和有序疏放,最终保证了下部29206工作面的安全开采,为类似近距离煤层群防治采空区积水提供了经验借鉴。

多煤层复合采动顶底板裂隙带发育规律研究

基于友众煤矿多煤层复合采动顶底板裂隙发育情况,分别采用理论计算、数值模拟和钻孔实测等方法进行研究,计算统计出150202工作面顶板垮落带发育高度分别为40.11~63.09 m、50.2 m、54~57 m,3种方式结果变化范围基本一致。结合矿井地质条件和研究结果可知,15号下煤层采动裂隙带在无构造区域内不会导通上覆3号、6号含水层,在贯穿性断层或陷落柱赋存区域内存在联通导水的可能性。因此,煤矿制定“物探先行、钻探验证、查清构造、上防下采”的防治水原则,为相关类型矿井生产提供依据。

基于EW-FAHP-GIS耦合的煤层顶板富水性评价

以薛虎沟煤矿10号煤层为研究对象,在分析煤层顶板富水性影响因素的基础上,运用熵权(EW)与模糊层次分析(FAHP)综合赋权法建立了顶板含水层富水性的脆弱性指数模型,基于地理信息系统(GIS)对煤层顶板含水层富水性进行评价。研究表明,10号煤层顶板含水层富水性的主控因素为含水层厚度、岩层脆塑性比、钻孔取芯率、钻孔漏失量和岩石质量指标,并建立了相应的脆弱性指数模型,据此进行K2含水层富水性评价,划分了富水性分区,为煤矿制定和实施合理的防治水规划提供科学依据。

高水充填留巷技术在综采工作面应用研究

为实现30505综采工作面回风巷高效安全留巷,针对回风巷顶板坚硬、采面矿压显现明显以及开采煤层瓦斯含量高、具有自燃发火倾向等问题,提出将高水充填留巷技术应用到30505回风巷留巷中,并通过切顶卸压方式为留巷段创造相对良好应力环境。对切顶卸压技术及高水充填留巷技术布置方案进行详细分析,并进行工程应用。现场应用后,30505回风巷留巷段围岩变形量及漏风量风均较小,取得较好留巷效果。

煤层顶板含水层富水性评价及涌水量预测

为进一步探究煤矿煤层顶板含水层富水性及涌水量特征,为煤矿开采工作提供安全保障,以某煤矿开采过程中存在的涌水量较高问题为研究内容,综合应用AHP层次分析法与基于GIS的多源地学信息复合叠加的“富水性指数法”,对煤层顶板含水层富水性进行评价;应用“大井法”对涌水量进行预测,并证明该预测方法的准确性。结果表明,该预测方法具有一定的现实应用价值。

刘庄煤矿11-2煤层底板砂岩富水规律及水化学特征研究

采用水化学测试、统计分析、水文地球化学分析等方法,对刘庄煤矿11-2煤层底板砂岩富水性规律及水化学特征进行系统研究。研究结果表明:井田范围内112煤底板砂岩类型、沉积厚度、裂隙发育、富水性以F25断层为界分区性明显,水质类型为Cl·HCO_(3)—Na或HCO_(3)·Cl—Na型,以采区边界断层为界,主要离子含量存在较大差异性,并分析了水样中阳离子Na^(+)、Ca^(2+)、Mg^(2+)主要来源。研究成果可为查清砂岩裂隙含水层分布规律、富水性和水化学特征提供指导,为制订矿井防治水方案提供重要依据。

基于灰色关联与主成分分析法富水性的相关性研究

在收集新汶煤矿、新泰煤矿等鲁中、鲁西的煤层顶板砂岩涌水案例的基础上,为确定各评价指标(含水层厚度、砂泥比、钻孔浆液消耗量、断层分维值)对煤层顶板砂岩含水层富水性的相对重要性,基于灰色关联分析法(GRA)与主成分分析法(PCA)两种方法,研究得到主控因素与含水层富水性之间的相关性结果,用于相对客观地评价预测煤层顶板含水层的富水性。

矿山采动突水危险源划分与致灾危险性评价研究

为了实现工作面开采过程中对煤层顶底板突水危险性进行动态评价,依据西北型、华北型煤矿区水文地质结构、突水主控因素、突水致灾模式、水害类型的分析,建立了水源、通道和采动三准则来表征煤层顶/底板突水危险源与致灾危险性之间的关联,构建了煤层顶/底板突水危险性的关键危险源的评价指标体系,将指标体系中随着工作面开采具有动态变化的指标因素(含水层水压、应力-应变、导裂带高度/破坏带深度)作为危险源动态特征辨识的目标,建立多场-多参数的工作面突水危险性动态评价概念模型,提出了矿井突水的临界判别准则,依托深度学习/强化学习的海量参数分析计算能力,为煤层顶/底板突水危险性动态评价分区提供理论支撑。

厚煤层复合顶板工作面上覆岩层“三带”发育特征研究

针对河南焦煤能源有限公司中马村煤矿厚煤层复合顶板在工作面开采过程中上覆岩层的裂隙发育变化规律,结合3906工作面的地质条件和开采工艺,采用理论计算和UDEC数值模拟相结合的方法对上覆岩层“三带”发育特征进行研究。结果表明:理论计算得到3906工作面垮落带的高度为42.8 m,导水裂缝带高度范围为73.03~93.87 m;UDEC数值模拟得到垮落带高度为36.8 m,导水裂缝带高度为73.30 m;理论计算和数值模拟结果与现场实测的结果基本一致,这也验证了研究结果的可靠性。