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超大采高综采新近系红土层采动隔水性监测及响应特征 被引量:1
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作者 宋业杰 鞠文君 +4 位作者 张玉军 华照来 尹希文 胡皓宇 刘前进 《煤炭学报》 北大核心 2025年第4期2005-2019,共15页
新近系红土的采动隔水性能是关系到超大采高综采工作面安全开采和浅层地下水保护的关键要素。综合超大采高工作面红土层赋存结构探查、工程地质特性测试、原位渗透性试验、采动隔水性及采动响应全周期监测等多种研究方法探测结果,研究... 新近系红土的采动隔水性能是关系到超大采高综采工作面安全开采和浅层地下水保护的关键要素。综合超大采高工作面红土层赋存结构探查、工程地质特性测试、原位渗透性试验、采动隔水性及采动响应全周期监测等多种研究方法探测结果,研究了曹家滩煤矿122104超大采高工作面覆岩红土赋存规律、岩性结构及天然状态阻隔水性能,实测了超大采高综采过程红土层内采动应力显现及变形发展过程,探究了采动过程红土层隔水性能演化规律,揭示了红土层采动响应特征。结果表明:(1)红土钙质结核存在导致土层力学强度降低,且易受扰动影响致使透水率增大;红土层矿物组分中含有较高黏土矿物,遇水具有膨胀性和变形特性。(2)分段注水实验结果显示工作面推进时,红土层一直保持有超过30 m的稳定隔水区;萨拉乌苏组含水层水位长期动态监测结果表明采后钻孔水位缓慢下降逐渐保持稳定,开采未直接波及第四系松散含水层,红土层有效隔绝第四系地下水向下渗流;钻孔窥视结果显示红土层下部地层沉积稳定,完整性好,原生裂隙不发育,隔水性良好。(3)建立了隔水层采动响应监测系统,实现了采动全过程红土层全空间变形、沉降量的实时在线监测。监测结果显示在工作面推进过程中,位移曲线呈现出滞后性和非线性特征,红土层出现不连续变形;采动过程中红土层中出现泥盖效应,采后应变恢复裂隙弥合,隔水能力增强。(4) 122104工作面土岩厚度比1∶2,在工作面推进过程中红土层横向、垂向上呈现出分区采动响应特征。横向上可分为“采动弱响应区”、“采动强响应区”和“采后弥合区”,纵向上可分为“上部非稳定隔水带”、“中部稳定隔水带”和“下部采动破坏带”,红土层横向延长土体采动响应时间,纵向保持红土层深部存在一段稳定的隔水区,响应滞后与稳定隔水层的特征是保证红土层具有稳定隔水性能的关键因素。 展开更多
关键词 超大采高 新近系红土层 隔水性能 裂隙弥合 采动响应
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深埋薄基岩覆岩水渗流规律
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作者 胡皓宇 《辽宁工程技术大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第4期403-410,共8页
为合理利用深埋覆岩水资源,采用相似模拟、数值模拟等方法,研究深埋薄基岩厚冲积层开采过程中覆岩水运移规律。研究结果表明:覆岩完整性和连通性的变化会导致覆岩水渗流通道发生变化。煤层开挖过程中,薄基岩塑性区呈梯形分布,垂向裂隙... 为合理利用深埋覆岩水资源,采用相似模拟、数值模拟等方法,研究深埋薄基岩厚冲积层开采过程中覆岩水运移规律。研究结果表明:覆岩完整性和连通性的变化会导致覆岩水渗流通道发生变化。煤层开挖过程中,薄基岩塑性区呈梯形分布,垂向裂隙分布多且分散,是第1含水层水快速下渗的主要通道。冲积层形成拱形离层裂隙区,连通性好且范围广,是第2含水层水下渗的主要路径。随着开采距离的增大,塑性区和离层裂隙区向上发育扩展,影响覆岩水运移,导致覆岩水压力快速下降,流速和流量增加。靠近工作面一侧的裂隙通道形成后,该区域渗流速度较快,渗透量大,易发生突水。研究结论为明确覆岩水在复杂岩层中的传播规律提供参考。 展开更多
关键词 深埋薄基岩 厚冲积层 覆岩水 渗透通道 运移路径 离层裂隙区
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超大采高土-基型覆岩采动导水裂缝发育规律及控水开采策略
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作者 张玉军 华照来 +2 位作者 宋业杰 胡皓宇 李嘉伟 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第7期112-127,共16页
【背景】导水裂缝带发育高度是煤矿顶板水害防控与水资源保护的关键,不同覆岩岩性及结构是导水裂缝带发育高度及特征差异性的主要控制因素。【方法】以陕西曹家滩煤矿10m超大采高工作面开采为工程背景,在实测土-基型覆岩采动导水裂缝发... 【背景】导水裂缝带发育高度是煤矿顶板水害防控与水资源保护的关键,不同覆岩岩性及结构是导水裂缝带发育高度及特征差异性的主要控制因素。【方法】以陕西曹家滩煤矿10m超大采高工作面开采为工程背景,在实测土-基型覆岩采动导水裂缝发育高度的基础上,采用应力-渗流耦合数值模拟方法研究土-基型覆岩采动响应差异性规律,并提出顶板复合含水体下控水开采策略,分析控水开采效果。【结果与结论】(1)曹家滩煤矿10m超大采高工作面顶板属于典型的土-基型覆岩结构,受红土层遇裂缝可弥合再生隔水特性与对采动裂缝抑制作用的影响,裂采比为22.56倍,采动裂隙基本发育至红土层下部,只有极少数裂隙扩展到红土层,但红土层的整体隔水性未受破坏,基岩和土层内显现传统导水裂缝带变异规律。(2)基于超大采高土-基采动破坏演化与顶板含水层充水规律分析的基础上,提出“静储量精准疏放+动补给增排分流+全空间流场监测+局部防切顶漏顶”的控水开采策略。(3)综合开采过程中长观孔水位、工作面涌水量及水化学等多因素,采动裂缝仅导通基岩裂隙及风化带含水层,第四系含水层未受采动影响,实现了超大采高工作面控水安全高效开采。研究成果可为国内超大采高高强度开采覆岩破坏、水害防控与水资源保护提供依据。 展开更多
关键词 超大采高 导水裂缝带 土-基型覆岩 耦合数值模拟 采动响应 控水开采
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大采高工作面覆岩运动与煤壁片帮规律
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作者 何吉清 李猛 +1 位作者 安博超 胡皓宇 《辽宁工程技术大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2024年第2期135-142,共8页
为探究大采高工作面顶板运动规律及煤壁破坏机理,建立3种不同采高的UDEC数值模型,分析采高和支架护帮板位置对顶板垮落步距、形态及煤壁破坏深度的影响,建立煤壁滑移破坏力学模型。研究结果表明:初次来压步距受采高的影响较小,均为45 m... 为探究大采高工作面顶板运动规律及煤壁破坏机理,建立3种不同采高的UDEC数值模型,分析采高和支架护帮板位置对顶板垮落步距、形态及煤壁破坏深度的影响,建立煤壁滑移破坏力学模型。研究结果表明:初次来压步距受采高的影响较小,均为45 m,周期来压步距随着采高的增大而减小;大采高工作面由于垮落矸石无法充满采空区,顶板易形成悬臂梁结构;采高增大会增大煤壁片帮的风险。计算得出了大采高工作面煤壁能承受的最大顶板压力,给出了煤壁滑移破坏判据。通过建立不同护帮板位置的数值模型,确定了8.8 m大采高工作面的护帮板最佳支护位置。提出了增加护帮板水平推力和支护面积的煤壁控制方法,现场应用该方法使煤壁稳定性得到了有效提升。 展开更多
关键词 大采高 覆岩运动 煤壁片帮 煤壁控制
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基于赵固二矿煤岩损伤程度范围确定及渗透率演化规律研究 被引量:6
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作者 弓昊 李铮 胡皓宇 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2023年第1期37-50,共14页
我国东部矿区深埋薄基岩厚煤层的开采面临着许多技术难题。受工作面开挖卸荷效应的影响,覆岩将发生大变形非连续破坏,而上覆岩层的非线性破坏是导致厚冲积层中水沙涌入工作面的根本原因。为了确定煤层及覆岩的损伤程度范围以及渗透率的... 我国东部矿区深埋薄基岩厚煤层的开采面临着许多技术难题。受工作面开挖卸荷效应的影响,覆岩将发生大变形非连续破坏,而上覆岩层的非线性破坏是导致厚冲积层中水沙涌入工作面的根本原因。为了确定煤层及覆岩的损伤程度范围以及渗透率的演化规律,采用现场实测与数值模拟手段,以超声波波速的分布规律定量表征煤壁的损伤程度范围,以覆岩塑性区的高度和体积表征覆岩的损伤程度范围,并对FLAC3D的渗流模式进行二次开发,分析工作面推进过程中覆岩及采空区渗透率的演化规律。研究结果表明:煤壁的损伤范围与超前支承压力峰值范围一致,6~7 m;覆岩塑性区的高度以及损伤程度随着工作面推进距离的增大而增大,当工作面推进至130 m时,覆岩达到充分采动,塑性区形状呈“马鞍”形分布;隔水层未破坏前岩体的渗透率与垂直应力呈负指数分布,隔水层破坏后高渗透率区域呈明显的分区现象,采空区岩体的渗透率随着冒落矸石的逐渐压实而降低。通过覆岩高渗透率范围的分布确定水沙渗流的主要区域,为赵固二矿14030工作面顶板突水溃沙的防治提供理论依据。 展开更多
关键词 深埋薄基岩 超声波波速 覆岩塑性区 渗透率 隔水层
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