榆树泉矿煤层开采覆岩破坏物理模拟试验研究

为研究煤层开采覆岩破坏情况,以榆树泉矿为工程背景,采用物理相似模拟试验,分析了煤层开采过程中覆岩的破坏规律,结合经验公式计算,确定了煤层开采覆岩导水裂隙带高度。结果显示,随着煤层开采,覆岩裂隙在纵向上的发育速度减缓,横向裂隙发育速度加快,范围扩大,且近工作面处的裂隙逐步向破碎型裂隙发展。覆岩形态在横向、纵向以及整体上呈现出先扩展延伸而后趋于稳定的特点,覆岩形态最终趋于“马鞍形”。覆岩位移量随着距煤层工作面垂直距离的增加而减小,并且位移量由两侧向中部递减。模拟导水裂隙带的发育最大高度为65 m,与经验公式计算的结果吻合,裂采比约为16。研究结果可为榆树泉矿顶板水害防治提供科学依据。

煤层开采顶板导水裂隙带高度预测研究

为科学设计防水煤(岩)柱尺寸,探讨研究了顶板导水裂隙带高度预测方法。依据顶板导水裂隙带高度与各影响因素之间难以定量的复杂非线性关系,选择具有非线性映射、泛化及容错功能的BP人工神经网络方法,提取8个预测指标,以开滦等18个矿区顶板导水裂隙带高度测试数据形成样本集,建立了导水裂隙带高度预测的三层BP网络。网络以极小误差通过检验,网络计算得到各指标影响权重大小分布与目前的研究认识吻合极好,说明该方法具有合理及适用性。

巨厚低渗含水层下厚煤层顶板水害机理与防治

为得到巨厚低渗含水层下顶板水害形成机理,采用钻孔冲洗液漏失量观测、钻孔电视观测和物探等勘查及数值模拟方法对其进行研究。结果表明:覆岩存在巨厚低渗砂岩含水层,下伏泥岩隔水层,覆岩裂采比为12.51,波及到该砂岩含水层,这为突水提供了水源和通道等内在条件。通过矿井瞬变电磁法探测及数值模拟研究,确定砂岩和泥岩软硬组合结构在采动条件下,扰动泥岩重塑形成离层储水空间,当离层积水量达到一定程度后,伴随着基本顶的周期来压及大面积垮落,离层水包破裂并瞬间溃入矿井,造成突水灾害。在此基础上,总结了开采过程中对离层水进行有效疏放的方法与经验,为类似水害防治提供了借鉴。

导水裂隙带高度确定方法研究

为满足淮南矿区厚松散层下浅部煤层安全开采合理确定开采上限的需要,本研究通过经验公式法与回归分析得到的公式进行对比,获得符合本矿区地质条件和采煤方法的导水裂隙带发育规律及导水裂隙发育高度的预测公式。并与物理探测法和数值模拟法得到的结果进行比较分析,最终确定最合理的导水裂隙带高度。

煤炭开采对水资源量影响分区研究

煤矿开采是影响河川径流量减少的因素之一,加剧了区域水资源供需矛盾。本研究以黄河中游791个矿井、14个矿区资料为基础,考虑煤层埋深、导水裂隙带发育、煤层顶板含水层分布状况,开展黄河流域中游头潼区间煤炭开采对水资源影响分区的研究。研究结果表明,主采煤层埋深从东北向西南逐渐增加;导水裂隙带发育贯穿至地表多发生在埋深较浅的位置,主要分布在窟野河流域的神木县、伊金霍洛旗、东胜、准格尔旗、榆林市北部地区;煤矿开采对含水层的影响模式划分为影响严重区、影响一般区、无影响区三种。

富水砂层巷道溃水溃沙因素分析及防治对策

富水砂层巷道掘进,由于砂层胶结力差、强度低,开挖后迎头易发生大跨度变形、失稳破坏。针对2煤回风巷掘进至F26断层时发生联锁性突水动力灾害,采用工程调查、理论分析和现场实践等综合方法,提出了注浆封堵加固、定向疏放水工艺。结果表明:施工钻场对突水区域进行注浆封堵加固,能有效固化该区域岩(煤)体,改善岩(煤)体结构及其力学性能,提高整体稳定性,1号、2号封堵体堵水效果较好;同时为防止泥沙充填裂隙通道,造成二次突水,在带式输送机巷布设钻场(5个定向钻孔、孔径Φ113mm、孔深45m),对漏顶区域及上部含水层进行可控疏放,水位变化曲线观测得出钻孔水位与巷道出水量稳定、突水点处泄水通道畅通,疏放水效果较好。

朱庄煤矿高位钻孔瓦斯抽放技术的应用

为了减少煤矿瓦斯灾害、保证高位钻孔瓦斯抽放技术的有效实施,通过对朱庄煤矿4煤上覆岩层移动的"三带"分析和研究,确定了4煤顶板走向高位钻孔裂隙带高度,提出了合理的布置钻场钻孔设计参数,将基于这些参数的高位钻孔瓦斯抽放技术应用于朱庄煤矿Ⅲ4414综采工作面,Ⅲ4414工作面高位钻孔瓦斯抽放率与相邻工作面相比,提高了近2倍,由于提高了工作面上隅角的瓦斯抽放率,降低了工作面的瓦斯涌出量,工作面回采期间未出现瓦斯浓度超限现象,改善了工作面的安全生产状况。

滑动构造条件下顶板砂岩水防治技术

针对告成煤矿滑动构造特殊地质条件下顶板涌水严重问题,通过计算机模拟技术模拟开采过程中导水裂隙带发育高度。利用物探方法解决滑动构造顶板砂岩含水层富水性分布不均的问题,重点查明导水裂隙带发育高度内砂岩含水层富水性问题。为减小顶板砂岩含水层对正常开采的影响,告成煤矿采取了顶板疏水巷和疏水钻孔提前进行区域疏放的措施,并在工作面回采时采用导流钻孔进行局部疏放补充;为减少老孔积水对工作面的影响,采取了底抽巷施工导流孔和采空区预埋导流管的方法解决采空区积水问题。

综采工作面复合顶板采动裂隙发育规律数值模拟

基于古书院矿15#煤层152303工作面复合顶板采动裂隙的基础条件,采用RFPA模拟软件,模拟受采动影响工作面覆岩的变化规律,对工作面开采的垮落步距、卸压角等进行分析,研究覆岩最终垮落形态,结合理论计算确定"三带"高度。在对综采工作面煤层瓦斯赋存规律和瓦斯涌出来源分析的基础上,提出了高位钻孔抽采瓦斯的方法,最终确定综采工作面瓦斯治理技术措施及钻孔布置参数。

压煤开采安全上限标高数值模拟研究

针对桃山水库下铁麒煤矿主要压煤煤层受到水库上方水患的影响,以桃山水库下铁麒煤矿主要压煤煤层的地质条件为背景,运用计算机FLAC3D数值模拟软件进行煤层开采的建模及模拟,针对其塑性区发育特征的变化进行分析,得出煤层开采后导水裂隙带的最大发育高度为57 m,并分析得出铁麒煤矿桃山水库下压煤煤层的安全开采上限标高为+12 m,作为最终开采最大上限取值。研究结果为铁麒煤矿后续煤层的开采提供了参考依据,指导生产实际。

岩石力学数值模拟力学参数的确定与验证

依据赵庄煤矿地质勘探报告,结合不同岩层性质,采用岩石质量评价法,确定了各岩层合理的节理间距与力学参数。依据合理的岩石、节理力学参数,对3304工作面采动岩层数值模拟,将模拟结果中冒落带、裂隙带的高度与经验公式计算、现场高位钻孔考察分析结果比较,模拟得出的覆岩冒落规律接近于工程实际,验证了节理间距与力学参数的合理性。

综采工作面覆岩压实区裂隙动态演化规律影响因素分析

为研究综采工作面采动覆岩压实区演化综合因素影响效应,运用物理相似模拟试验及理论分析相结合的研究方法,开展不同采高(2,4,6 m)、不同推进速度(3,5,7 m/d)以及不同煤层倾角(0°,15°,30°)条件下的采动覆岩压实区裂隙演化规律研究,得到了压实整体形态随工作面采高、推进速度以及煤层倾角变化的演化规律。结果表明:采空区覆岩"三带"高度随着工作面采高的增大、推进速度的减小以及煤层倾角的增大呈线性增大趋势。采空区上覆岩层离煤层顶板越远,其贯通度越小,并在达到一定高度后,出现迅速减小的现象。受更高层位岩层的挤压以及两侧煤壁的支撑作用,覆岩离层率呈现两侧高于中部的"马鞍形"。构建出以覆岩贯通度突减、覆岩离层率突增以及断裂带发育高度为依据的综采工作面覆岩压实区边界判定准则,得到不同开采条件下覆岩压实区整体发育形态,进而发现采高对压实区影响主要表现在高度方面,煤层倾角对压实区宽度和对称度的影响较大,推进速度对压实区的高度与宽度都有较为明显的影响。基于采动裂隙椭抛带理论,结合物理相似模拟试验结果,构建了多因素影响下的采动裂隙椭抛带压实区演化综合效应模型,并结合工程实践,有效提高了现场瓦斯治理效果,保证了工作面的安全回采。

采场顶板活动对顶板涌水影响规律研究

采用理论分析和现场实测相结合的方法,分析了工作面顶板涌水与顶板活动规律的相关关系,研究结果表明:采场顶板破断运动已波及上部含水层,工作面涌水水源主要为顶板砂岩裂隙水;顶板砂岩水的涌出量随工作面推进具有周期性的波动变化规律,与顶板的破断失稳规律具有很好的一致性,顶板的破断失稳运动造成覆岩水的流动与突变,顶板水涌出量与顶板富水性的强弱有关。根据顶板的富水性强弱和顶板的破断失稳规律,可进行顶板水涌出的预测和控制。

深部突出煤层采动断裂带发育高度确定研究

采用高位定向长钻孔抽采瓦斯技术代替高抽巷抽采采动卸压瓦斯不仅能够大幅缩减岩石巷道掘进量,有效缓解矿井采掘接替紧张局面,而且瓦斯治理效果显著,但高位定向长钻孔抽采瓦斯技术在实际应用中经常会出现因采动覆岩“三带”发育高度范围确定失准,定向长钻孔布置层位过高或过低导致应用效果不佳的问题。针对该问题,以河南平顶山天安煤业股份有限公司八矿己_(15)−15050工作面为研究背景,采用经验公式法和数值模拟实验法确定该工作面煤层采动断裂带发育高度,得到了垮落带最大发育高度为13.2 m,断裂带最大发育高度为48 m。利用千米定向钻机在己_(15)−15050工作面施工高位定向长钻孔对所得的断裂带发育高度进行验证,结果表明:距煤层顶板20 m处上覆岩层岩性较为破碎,断裂带高浓度瓦斯区在距顶板23 m以上;当己_(15)−15050工作面推进至105 m时,高位定向长钻孔与采空区断裂带已充分沟通;己_(15)−15050工作面上隅角及回风流瓦斯均保持在0.47%,且高位定向长钻孔单孔最大瓦斯抽采体积分数达13.2%,日抽采纯量保持在3~4 m^(3)/min,配风量按2500 m^(3)/min计算,高位定向长钻孔抽采瓦斯量可达风排瓦斯量的25.5%~34.0%,期间未出现瓦斯超限,高位定向长钻孔布置在当前层位内能够成功治理上隅角和回风流瓦斯,验证了综合2种方法确定断裂带发育高度的正确性。

水体下采面“上三带”高度计算分析

为验证芦沟井田区域水体下采煤工作面"上三带"高度,在已回采结束的水体下采煤工作面地表施工煤层顶板"上三带"钻孔,完成了钻孔取心,水文观测、RQD值统计等各项工作,得出"上三带"高度。并利用经验公式计算出煤层顶板"上三带"高度值与钻孔实测值对比分析,确定了适合芦沟井田区域煤层顶板垮落带、导水裂缝带高度的计算公式,确保了矿井的安全生产。

采后覆岩“三带”发育特性的相似模拟实验及分析

基于相似三定律,采用相似材料模拟的实验手段,侧重"三带"发育的动态过程,分析"三带"的分布情况,为矿井瓦斯的高效抽采提供依据。在数据处理方面,采用经验公式、实验手段相结合的方法,保证实验结论真实有效,对现场钻孔的设计具有指导意义。

综采工作面覆岩导水裂隙带发育高度研究

为研究综采工作面覆岩导水裂隙带发育高度,以霄云煤矿1314工作面为研究背景,采用工程地质调查、理论分析、数值模拟、现场实测等手段进行了研究,研究结果表明:1314工作面上覆岩层为“中硬”岩层,理论分析、数值模拟、现场实测获得的导水裂隙带发育高度较一致,为保证较高安全系数,取实测最大值作为最终结果,即导水裂隙带发育高度为39.5 m,裂采比为11.29,以裂采比11.29作为基础参数指导地质概况类似的工作面导水裂隙带高度预测分析是较合适的。

草湾沟煤矿导水裂隙带发育高度预计与数值模拟

以榆神矿区草湾沟煤矿3-1号煤层为例,分别采用理论计算和数值模拟实验对该煤层导水裂隙带发育规律及最大高度进行研究。得出理论公式计算和数值模拟实验的结果具有较好的一致性,3-1号煤层开采产生的导水裂隙带不会对矿区关键含水层产生影响,导水裂隙带最大高度在60m左右更为可靠。

导水裂隙带发育高度预测的PCA-GA-Elman优化模型

针对矿井水害防治中导水裂隙带发育高度难以准确预测的问题,结合煤矿生产实际和工程地质理论,选取采深s、硬岩岩性比例系数b、采高(煤层厚度)M、工作面斜长l、顶板单轴抗压强度为主要影响因素,运用灰色关联分析法(GRA)分析各主要影响因素与导水裂隙带发育高度的相关性,并将主成分分析(PCA)、遗传算法(GA)和优化的Elman神经网络相结合,建立导水裂隙带发育高度预测的PCA-GA-Elman优化模型。结果表明:PCA-GA-Elman优化模型能有效消除因素间的相互影响,并能优化初始权值和阈值,使导水裂隙带发育高度预测更加准确。与PCA-Elman和PCA-BP预测模型相比,PCA-GA-Elman优化模型预测的导水裂隙带发育高度相对误差仅为-6.34%~0.18%。

“下三带”理论和“P-h”临界曲线法预测底板突水

"下三带"理论经过长时间的理论研究和生产实践,在承压水上安全开采,防止底板突水灾害起到了重要作用。"P-h"临界曲线法在预测底板突水方面考虑的因素更多,具有一定的实践价值。