煤矿采动覆岩离层水害致灾因素勘查与预测评价

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作者 乔伟 刘梦楠 +4 位作者 孟祥胜 程香港 冯培超 李小琴 李文平 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期2031-2044,共14页

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... 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。 展开更多

关键词 离层水害 致灾因素 采动覆岩“突水离层带” 工程地质勘查 预测评价

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综采工作面采动覆岩导水裂隙带发育高度综合研究 被引量：2

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作者 王毅 周余 +3 位作者 张丁丁 王禹 杨珍 王伟 《矿业安全与环保》 CAS 北大核心 2024年第5期132-141,共10页

针对因煤层开采易导致上覆岩层产生裂隙,贯通地下含水层引发矿井水灾的问题,以盘城岭煤业150105工作面为研究背景,采用理论公式、现场井下仰孔注水测漏法和钻孔电视成像探测法,以及FLAC3D和UDEC数值模拟综合分析导水裂隙带的高度和发育... 针对因煤层开采易导致上覆岩层产生裂隙,贯通地下含水层引发矿井水灾的问题,以盘城岭煤业150105工作面为研究背景,采用理论公式、现场井下仰孔注水测漏法和钻孔电视成像探测法,以及FLAC3D和UDEC数值模拟综合分析导水裂隙带的高度和发育规律。理论计算导水裂隙带的最大高度为81.56 m;通过井下仰孔注水测漏法监测3个钻孔的注水渗透量梯度临界值为12 L/min,通过临界值判定导水裂隙带高度为78.56~79.99 m;通过钻孔电视成像探测法观测钻孔内裂隙分布判定导水裂隙带高度为78.39~79.46 m;利用FLAC3D和UDEC数值模拟,根据覆岩塑性区变化特征,当工作面推进至180 m时,裂隙发生贯通,塑性区最大高度达到76.4 m,并根据覆岩塑性区变化、垂直应力分布、垂直位移云图分析了导水裂隙带发育规律的3个阶段。对不同方法下的导水裂隙带高度进行了相互验证。 展开更多

关键词 综采工作面 采动覆岩 导水裂隙带 裂隙带最大高度 现场观测 数值模拟

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厚煤层综放开采富水覆岩采动裂隙动态模拟研究 被引量：4

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作者 杨玉亮 李永明 徐祝贺 《中国煤炭》 北大核心 2016年第8期47-51,共5页

以陕西省旬耀矿区水文地质资料为基础,通过相似模拟试验研究了综放开采上覆岩层的运移、周期破断及裂隙扩展规律。结果表明关键层的破断对覆岩裂隙向上发育起决定作用,在其破断前一定时期内裂隙发育保持相对稳定;随着工作面的推进,裂隙... 以陕西省旬耀矿区水文地质资料为基础,通过相似模拟试验研究了综放开采上覆岩层的运移、周期破断及裂隙扩展规律。结果表明关键层的破断对覆岩裂隙向上发育起决定作用,在其破断前一定时期内裂隙发育保持相对稳定;随着工作面的推进,裂隙发育是动态发展的,采动导水裂隙的演化可分为发展期、贯通期和压实闭合期3个阶段;导水裂隙带高度扩展到了直罗组上部岩层,并未发育到洛河组砂岩含水层,覆岩破坏高度最大为78.7 m,约为采高的9倍。 展开更多

关键词 厚煤层 综放开采 富水覆岩 采动裂隙 相似模拟 导水裂隙带高度

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富水层下开采导水裂隙带发育及覆岩周期破断规律研究 被引量：3

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作者 李伟 肖江 左伟 《中国煤炭》 北大核心 2009年第6期68-70,共3页

采用相似模拟实验与离散元数值模拟相结合的方法研究了某矿采动裂隙带的影响范围,并获得了导水裂隙带发育规律及覆岩周期破断规律,为煤矿开采防水煤柱留设提供了直接依据,可防止采空区裂隙导通而产生的突水事故,确保煤矿安全生产。

关键词 采动岩体 突水 相似材料模拟 导水裂隙带 周期破断

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覆岩破坏充分采动程度定义及判别方法 被引量：39

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作者 郭文兵 娄高中 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期755-766,共12页

随着煤层开采深度的逐年增加,非充分采动工作面越来越多。导水裂缝带高度是实现保水开采的关键参数,但非充分采动工作面开采条件下导水裂缝带高度小于充分采动工作面。为进一步研究其原因,采用理论分析、相似模拟、数值模拟等方法研究... 随着煤层开采深度的逐年增加,非充分采动工作面越来越多。导水裂缝带高度是实现保水开采的关键参数,但非充分采动工作面开采条件下导水裂缝带高度小于充分采动工作面。为进一步研究其原因,采用理论分析、相似模拟、数值模拟等方法研究了导水裂缝带高度影响因素的敏感性及其与工作面尺寸的关系,提出了覆岩破坏充分采动程度的定义及判别方法。结果表明:工作面尺寸对导水裂缝带高度的影响仅次于开采厚度。当工作面尺寸较小时,覆岩破坏不发育;当工作面尺寸增加到一定值时,覆岩破坏仅形成垮落带;当工作面尺寸继续增加时,覆岩破坏形成裂缝带且导水裂缝带高度随着工作面尺寸的增加而增加;当导水裂缝带高度发育至最大值后,导水裂缝带高度不再随工作面尺寸的增加而增加。覆岩破坏过程中仅形成垮落带的阶段定义为覆岩破坏的极不充分采动(即覆岩极不充分破坏);覆岩破坏过程中形成裂缝带且导水裂缝带高度随工作面尺寸增加而增加的阶段定义为覆岩破坏的非充分采动(即覆岩非充分破坏);导水裂缝带高度达到最大值且不再随工作面尺寸增加而增加的阶段定义为覆岩破坏的充分采动(即覆岩充分破坏)。导水裂缝带高度刚达到最大值时的工作面尺寸为工作面临界尺寸。当工作面尺寸小于工作面临界尺寸时,覆岩破坏为非充分采动;当工作面尺寸大于工作面临界尺寸时,覆岩破坏为充分采动。覆岩破坏充分采动程度的主要影响因素有工作面尺寸、开采厚度、开采深度、覆岩力学性质、覆岩结构特征和覆岩破断角。 展开更多

关键词 非充分采动 导水裂缝带高度 覆岩破坏充分采动 工作面临界尺寸 保水采煤

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葫芦素煤矿上覆岩体运移规律及“上三带”发育高度

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作者 吴访 苏士杰 +2 位作者 姜坤 郝英豪 王超勇 《中国矿业》 北大核心 2024年第S02期283-288,共6页

为研究大采宽条件上覆岩体运移与离层空间发育规律及“上三带”的关系,以内蒙葫芦素煤矿21406工作面与21101工作面为研究对象。采用多种方法如理论预测、建立模型进行数值模拟、钻探取芯观测岩性与裂隙发育、注水测量漏失量与窥视等方... 为研究大采宽条件上覆岩体运移与离层空间发育规律及“上三带”的关系,以内蒙葫芦素煤矿21406工作面与21101工作面为研究对象。采用多种方法如理论预测、建立模型进行数值模拟、钻探取芯观测岩性与裂隙发育、注水测量漏失量与窥视等方法研究了回采面开采后上覆岩层移动与变形规律与“上三带”发育关系。21406工作面位移呈“中间大、两边小”的分布态势,其运动速度先增加后减小,并在推过钻孔138 m处取得极大值;工作面推过138~178 m的范围内,为离层演化和发育的核心区间,并在322 m开始减弱并发生闭合;离层空间分布在距离煤层约260 m向上区域。21101工作面随着推进距离的增加,裂隙发育范围由“拱形”逐步演化为“马鞍形”,其发育的高度在推进80 m时达到61.6 m的最大值;注水实测导水裂隙带高度为65.39 m,裂采比为22.54倍。离层空间含水层发育在煤层上方260 m以上,远离导水裂隙带范围。本文研究结果为离层注浆与顶板疏放水提供了较为扎实的设计依据。 展开更多

关键词 葫芦素煤矿 采动覆岩体运移 覆岩离层 上三带 导水裂隙带

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布尔台矿重复采动下突水危险性数值模拟研究 被引量：3

7

作者 范文斌 姚邦华 《矿业安全与环保》 北大核心 2011年第1期4-5,9,共3页

双煤层重复采动后,原有覆岩裂隙将会再次发育,使得顶板突水的危险性增加,防治水工作变得复杂。基于内蒙古布尔台矿已有的工程地质资料,采用数值模拟软件RFPA2D,建立了双煤层重复采动的数值模型,模拟研究了覆岩破断、裂隙发育和再发育规... 双煤层重复采动后,原有覆岩裂隙将会再次发育,使得顶板突水的危险性增加,防治水工作变得复杂。基于内蒙古布尔台矿已有的工程地质资料,采用数值模拟软件RFPA2D,建立了双煤层重复采动的数值模型,模拟研究了覆岩破断、裂隙发育和再发育规律,分析了采动前后采场垂直应力的变化情况,评价了突水以及二次突水的危险性。数值模拟结果表明:重复采动可引起原有煤层覆岩裂隙再发育,使得原有顶板裂隙发育的高度增大,从而可能引发突水。 展开更多

关键词 重复采动 数值模拟 覆岩裂隙 突水

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南屯煤矿九采区覆岩采动破坏特征EH4探测研究 被引量：4

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作者 狄利娟 张国信 +1 位作者 谢业良 王景平 《山东煤炭科技》 2005年第1期44-45,共2页

根据南屯煤矿九采区地质采矿条件 ,初步预计 93上 0 1工作面导水裂隙带高度的基础上 ,利用连续电导率剖面测量系统 ,通过大地电阻率反演断面色谱图分析研究了 93上 0 1工作面综采放顶煤开采条件下覆岩导水裂隙带形态和范围 ,为深入研究... 根据南屯煤矿九采区地质采矿条件 ,初步预计 93上 0 1工作面导水裂隙带高度的基础上 ,利用连续电导率剖面测量系统 ,通过大地电阻率反演断面色谱图分析研究了 93上 0 1工作面综采放顶煤开采条件下覆岩导水裂隙带形态和范围 ,为深入研究类似条件下覆岩破坏特征提供了参考依据。 展开更多

关键词 破坏特征 南屯煤矿 覆岩 采区 EH4 导水裂隙带高度 探测 采动 地质采矿条件 综采放顶煤 电阻率反演 测量系统 开采条件 谱图分析 工作面 电导率

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梅河一井2113区七、八分层开采地表移动与覆岩破坏特征的研究

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作者 赵树森 《煤炭科学技术》 CAS 1984年第9期43-46,53,共5页

梅河一井2113采区在单一厚含水砂砾层和泥质页岩顶板下,采用走向长壁倾斜分层金属网假顶采煤法,从1975年1月～1979年6月安全地回采了8个分层、累计采厚16m,共采出煤炭55。9万吨。在开采七、八分层时,因上面6个分层的开采。

关键词 覆岩 地表移动 分层开采 倾斜分层 裂缝带 开切眼 采煤法 金属网 采动 导水

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近距离煤层重复采动覆岩移动变形规律研究 被引量：9

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作者 张艳 郭亮亮 +2 位作者 高利军 李星元 寇规规 《能源技术与管理》 2023年第4期17-20,共4页

研究近距离煤层重复采动条件下覆岩移动变形的规律,对矿井煤层顶板水害防治工作具有很大的指导意义。以柠条塔煤矿北翼东区NBK29钻孔为例进行地质条件概化,建立物理模拟和数值模拟模型,旨在揭示近距离煤层重复开采覆岩移动变形规律,确... 研究近距离煤层重复采动条件下覆岩移动变形的规律,对矿井煤层顶板水害防治工作具有很大的指导意义。以柠条塔煤矿北翼东区NBK29钻孔为例进行地质条件概化,建立物理模拟和数值模拟模型,旨在揭示近距离煤层重复开采覆岩移动变形规律,确定导水裂隙带高度。研究结果表明,上部的1-2煤工作面推进至138 m时,导水裂隙带发育高度52.5 m,并趋于稳定,裂采比约为26.25,地表最大下沉量为1.12 m;下部的2-2煤工作面推进至157 m时,导水裂隙带高度发育至黄土层中部,高度约141.5 m,裂采比约为28.9,地表弯曲下沉量最大值为3.4 m。近距离煤层重复开采后,地表最大下沉量增加了203%,说明下煤层开采对导水裂隙带和地表下沉量起关键作用。 展开更多

关键词 重复采动 覆岩破坏 近距离煤层 导水裂隙带高度

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水体下开采采动影响分析及堤坝加固技术

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作者 田国灿 井庆贺 +2 位作者 邓伟男 张洪清 路辉 《煤炭技术》 CAS 北大核心 2022年第5期23-27,共5页

针对铁北煤矿开采Ⅱ_(3b)煤层后可能导致新开河河道沉陷,引起河水倒流、防洪堤坝失稳等一系列问题,根据已有地质资料及开采条件进行研究分析,对铁北煤矿Ⅱ_(3b)煤层覆岩破坏高度和导水裂缝带高度进行计算,确定开采期间形成的导水裂缝带... 针对铁北煤矿开采Ⅱ_(3b)煤层后可能导致新开河河道沉陷,引起河水倒流、防洪堤坝失稳等一系列问题,根据已有地质资料及开采条件进行研究分析,对铁北煤矿Ⅱ_(3b)煤层覆岩破坏高度和导水裂缝带高度进行计算,确定开采期间形成的导水裂缝带不会成为工作面充水通道。通过对采动引起的地表移动变形情况进行预计分析并统计新开河堤坝的移动变形值,结果表明,铁北煤矿采后会造成新开河河道及东、西大堤沉陷变形严重,基本不具备防洪性能及水系连通性能,需对堤坝进行与开采同步的加固处理,并提出具体加固治理措施。 展开更多

关键词 河下开采 采动影响 覆岩破坏高度 导水裂缝带 变形极值

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卧龙湖矿地面瓦斯抽采钻孔破坏突水特征及原因分析 被引量：1

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作者 焦殿志 《煤炭科技》 2017年第2期180-183,共4页

以卧龙湖煤矿8101工作面地面瓦斯抽采钻孔受采动影响后破坏并引发工作面发生突水问题为背景,通过对瓦斯孔破坏后工作面涌水量变化特征、钻孔破坏窥视结果等信息进行了分析,结果表明,覆岩中关键层破断后其所控制的大范围岩层整体运动,一... 以卧龙湖煤矿8101工作面地面瓦斯抽采钻孔受采动影响后破坏并引发工作面发生突水问题为背景,通过对瓦斯孔破坏后工作面涌水量变化特征、钻孔破坏窥视结果等信息进行了分析,结果表明,覆岩中关键层破断后其所控制的大范围岩层整体运动,一定范围岩层内发生拉伸变形并形成离层,造成了钻孔套管在K3砂岩含水层底部的多段拉破坏,致使K3砂岩含水层水通过钻孔直接进入工作面,发生突涌水,由于水量较大,动水注浆比较难,给矿井防治水工作造成了一定的难度。 展开更多

关键词 瓦斯抽采钻孔 覆岩运动 采动破坏 突水

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基于岩层挠曲变形的“竖三带”理论判别方法及工程应用 被引量：7

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作者 杨伟强 郭文兵 +2 位作者 赵高博 马志宝 杨达明 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第10期42-50,共9页

煤矿采动覆岩“竖三带”(垮落带、断裂带与弯曲下沉带)范围的合理确定,对瓦斯抽采、“三下”采煤和采煤沉陷区建(构)筑物的地基稳定性评价等具有重要意义。采用数值模拟、理论分析、现场实测等方法研究了基于岩层挠曲变形的采动覆岩“... 煤矿采动覆岩“竖三带”(垮落带、断裂带与弯曲下沉带)范围的合理确定,对瓦斯抽采、“三下”采煤和采煤沉陷区建(构)筑物的地基稳定性评价等具有重要意义。采用数值模拟、理论分析、现场实测等方法研究了基于岩层挠曲变形的采动覆岩“竖三带”的理论判别方法,并将该理论判别法进行工程应用。根据某矿采矿地质条件,通过数值模拟试验方法,从采动覆岩的离层、破断和垮落三方面系统分析了采动覆岩的破坏运移规律,得到了垮落带和断裂带的分界判别依据(破断岩层能否形成稳定“砌体梁”结构)、断裂带和弯曲下沉带的分界判别依据(岩层是否发生破断);基于上述分界判别依据采用理论分析方法,推导出了破断岩层的形成“砌体梁”的稳定条件和岩层破断临界条件下的挠度弯曲变形公式,提出了基于岩层挠曲变形的“竖三带”理论判别方法及其适用条件;该方法被应用于采动覆岩“竖三带”的理论计算与判别,并与现场双端堵水器观测法和钻孔电视观测法的实测结果进行了对比验证。研究结果表明:应用提出的理论判别法计算得到了采空区上方垮落带高度、导水裂缝带发育高度与弯曲下沉带厚度,该计算结果与现场实测结果相近,验证了所提出采动覆岩“竖三带”理论判别法的合理性及实用性。 展开更多

关键词 采动覆岩 “竖三带” 垮落带 导水裂缝带 岩层移动

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地下工程中由控稳到控水的断裂屏障机制 被引量：13

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作者 李晓昭 张国永 罗国煜 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第2期220-224,共5页

结合工程实例分析了原始地质条件下的不导水断层在采动影响下透水并最终导致突水事故发生的作用机理。研究表明,在一定条件下,断裂破碎带成为围岩变形和采动应力传播的屏障。这种屏障作用的结果使得断裂带内岩体变形强烈,变形梯度大,开... 结合工程实例分析了原始地质条件下的不导水断层在采动影响下透水并最终导致突水事故发生的作用机理。研究表明,在一定条件下,断裂破碎带成为围岩变形和采动应力传播的屏障。这种屏障作用的结果使得断裂带内岩体变形强烈,变形梯度大,开挖空间与断裂带之间围岩变形和采动应力集中加剧,这容易引起断裂带含有原生结构面的构造岩体和存在断层伴生裂隙的围岩变形错动,并进一步导致地下水导升。工程实例证明了这一分析的合理性。 展开更多

关键词 突水 断裂破碎带 屏障作用 地质条件 采动 围岩 地下水

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富水砂层巷道溃水溃沙因素分析及防治对策 被引量：9

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作者 吕兆海 张艺耘 +2 位作者 赵长红 朱海鱼 岳晓军 《煤炭工程》 北大核心 2015年第6期73-75,共3页

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... 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。 展开更多

关键词 富水砂层 采动岩体 突水 导水裂隙带 水害预防

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