煤矿采动覆岩离层水害致灾因素勘查与预测评价

采动覆岩离层突水在我国各地矿区均较为常见且危害性较大,现有的规范中鲜有针对离层水害的具体工程地质和水文地质勘查方法。探索煤矿离层水害工程地质水文地质勘查与评价方法,能够推动我国矿井水害防治水平进一步提升。首先从煤矿采动覆岩高位离层水害孕灾机制出发,分析了离层水害从孕灾到致灾的工程地质条件,将我国现有的离层水害归纳为3种典型类型:离层动力突水、离层静水压涌突水和离层携泥砂突水。然后,确定了“水源”“通道”“力源”和“物源”为控制离层水害类型与强度的关键隐蔽致灾因素,将位于传统导水裂隙带以上,可发生离层突水的复合层位称为采动覆岩“突水离层带”,并提出了煤矿采动覆岩“突水离层带”的判别流程,划分勘查阶段,指明勘查要点。煤矿离层水害采前勘查应包括2个阶段:①开展覆岩基本工程地质和水文地质条件勘探,评估勘探区离层水害的可能性并确定潜在“突水离层带”的层位;②将“突水离层带”和“物源”层作为勘查目标层,开展离层水害致灾因素专项勘查,评定离层水害类型和强度。回采期间对水动力条件和覆岩裂隙演化进行探查。最后,基于离层水害致灾因素互馈演化致灾机制,建立了适用于采动覆岩离层水害的矿井区域预测综合评价模型,提出了全矿井/采区尺度的区域危险性分区、采前工作面突水位置判定及涌水量预计的煤矿采动覆岩离层水害预测评价方法。

采动覆岩“突水离层带”岩体结构演化致灾机理及突水预报方法

离层水害是近年来我国东西部矿井较为常见且严重的水害类型,研究采动覆岩结构演化对揭示离层突水机理、灾害预测防治有着重要意义。为分析不同工程地质条件下离层突水演化机理,将可以产生采动覆岩离层涌水的离层水体及其上下位一定范围的岩层统称为“突水离层带”。建立“突水离层带”采动岩体结构力学模型,根据上位岩层和下位隔水层破断规律,分析5种突水类型(采动覆岩离层静水压突水、采动覆岩离层动力突水、多煤层叠加开采离层突水、传统顶板导水裂隙涌水和离层积水不突水)的形成机制和力学条件,研究回采期间导水裂隙带时空演化与离层突水的关系;基于工作面开采条件、覆岩条件、突水离层带发育位置和微震监测,分析了离层突水形成条件,揭示了离层突水演化机理,并对永陇矿区崔木煤矿和招贤煤矿工作面开展了实例分析,提出了工作面离层突水预报方法。研究得出:(1)随着工作面推进,充水离层上位岩层和下位隔水层破断规律的差异是导致出现5种突水类型的根本原因;(2)只有在采高M和充水离层与煤层间距H处于某种特定关系下,才会满足形成“突水离层带”的基本条件,发生离层突水;(3)陕西崔木煤矿21306工作面离层突水主要是由上位岩层破断导致,突水期间高能量矿震(>10^(4)J)发生次数增多,微震日总能量和平均每次能量显著升高;而陕西招贤煤矿1304工作面离层突水是由下位隔水层破断导致,突水期间<10^(3)J矿震每日次数显著增多,对应矿震每日总次数升高而平均每次能量值减小。

弱胶结覆岩离层发育规律及离层涌水机理研究

为研究邵寨煤矿离层发育条件并确定突水机理,在综合分析研究区煤层赋存状态后,依据邻矿实测裂采比计算与材料力学推导给出了采场导水裂隙带发育高度和离层发育极限埋深的计算公式,进而综合判别公式计算结果与该矿水文地质特征情况揭示了离层涌水机理。结果表明:研究区已具备离层形成的地质条件,并且离层涌水呈现出周期性的变化特点。

煤矿特大动力突水动力冲破带形成机理研究

由于地下开采活动,致使在整体块状结构坚硬岩层中产生弹性能积聚,当弹性能积聚到一定程度时,坚硬岩层产生动力失稳,瞬间释放巨大动能,致使在坚硬岩层附近的含水层中产生超高水压,并在含水层与采掘临空面之间,产生瞬间冲破导水通道,产生动力突水。以海孜煤矿为例,通过现场勘查和数值模拟分析了离层产生的地质条件和主要因素,测试了坚硬岩层的冲击倾向性指标(tD,WET,KE),并设计和实施了冲击动力作用下反应超静水压力大小的试验,在此基础上基于爆炸力学的理论初步研究了动力冲破带的形成机理。

高位离层突水诱导工作面切顶压架灾害预警研究

为解决永陇矿区特厚含水层高位离层突水导致的综放工作面大面积切顶压架灾害预测预报难题,采用含水层水位连续监测和工作面矿压实时监测方法,基于3起突水压架实例分析了含水层水位-工作面矿压的联动效应,从大周期步距、支架工作阻力与动载系数、支架增阻速率、安全阀开启率以及长观孔水位降速6个关联指标,对综放工作面切顶压架灾害预警指标合理阈值进行了研究。研究表明:含水层水位下降-工作面大面积来压-突水压架具有显著的时序性和联动性,并划分了前兆性预警指标和实时性预警指标,并提出了切顶压架两阶段预警方法和两级预警-防治机制。通过现场应用验证了该预警指标及方法的正确性与适用性。研究对陕西永陇、彬长等矿区高位离层水害及切顶压架灾害预警和防治具有借鉴价值。

红柳煤矿2煤顶板离层水防治技术

神华宁夏煤业集团红柳煤矿首采工作面初采186m范围内发生了4次较大规模的突水,最大突水量达到3000m^3/h,工作面2次被迫停产。为查找突水原因,制定针对性的防治水措施,对首采工作面水文地质条件分析论证,认为造成工作面突水的原因是采后形成的离层水,并经过钻探得到验证。通过对已施工离层水探放钻孔的分析,总结出离层水的探放经验和防治措施。

照金煤矿综放工作面顶板突水事故原因分析

根据矿区的地质和水文地质资料,分析了118工作面发生突水的背景、原因、通道、水源等,得出洛河组砂岩裂隙含水层向宜君组砾岩与下伏泥岩形成的顶板离层空间充水是其主要水源,提出可通过破坏离层封闭性和超前疏放离层水等途径来预防离层水突水事故的发生。