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《岩土力学》2020,(2)
我国煤炭资源的开采受水害威胁严重。为了研究承压水上煤层开采倾斜底板破坏特征,分析底板突水危险性,基于FLAC~(3D)软件模拟研究倾斜底板开采破坏形态和突水通道形成过程,利用双端封堵测漏装置进行底板深度破坏特征原位测试,并建立倾斜底板隔水关键层理论力学模型,探讨采空区岩石垮落、重新压实和非均匀分布承压水等协同作用对倾斜隔水关键层稳定性的影响。研究表明:(1)采后倾斜底板形成明显的三带破坏特征,塑性破坏区的分布非对称性特征明显,沿工作面走向底板近似勺形破坏形态,沿工作面倾向具有上小下大的倒马鞍形剪切破坏特征,且数值模拟的最大破坏深度为16.71 m,与现场实测倾斜底板法向的破坏深度15.49 m大致相当;(2)理论计算倾斜底板隔水关键层的预先破坏并不是发生在其边界中部,而是分别从经过最大挠度点的曲线与右侧边界、下端部边界的法向相交处起裂,并沿边界相互贯通,逐渐扩展至整个隔水层内部区域;(3)计算得到倾斜隔水关键层的易突水部位分别为A、B和C且突水危险性R(B)R(A)R(C),这与模拟得到的倾斜底板突水通道的形成部位和数量、形成顺序及突水危险程度均较吻合。该研究成果可为带压开采下倾斜底板突水的评价及安全治理提供一定的理论指导和参考。 相似文献
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《岩土力学》2021,(2)
我国煤炭资源的开采受水害威胁严重,为了研究承压水上煤层开采倾斜底板破坏特征,分析底板突水危险性,基于FLAC~(3D)软件模拟研究倾斜底板开采破坏形态和突水通道形成过程,利用“双端封堵测漏装置”进行底板深度破坏特征原位测试,并建立倾斜底板隔水关键层理论力学模型,探讨采空区岩石垮落、重新压实和非均匀分布承压水等协同作用对倾斜隔水关键层稳定性的影响。研究表明:(1)采后倾斜底板形成明显的“三带”破坏特征,塑性破坏区的分布非对称性特征明显,沿工作面走向底板近似“勺形”破坏形态,沿工作面倾向具有“上小下大”的倒马鞍形剪切破坏特征,且数值模拟的最大破坏深度为16.71 m,与现场实测倾斜底板法向的破坏深度15.49 m大致相当;(2)理论计算倾斜底板隔水关键层的预先破坏并不是发生在其边界中部,而是分别从经过最大挠度点的曲线与右侧边界、下端部边界的法向相交处起裂,并沿边界相互贯通,逐渐扩展至整个隔水层内部区域;(3)计算得到倾斜隔水关键层的易突水部位分别为A、B和C且突水危险性R(B)R(A)R(C),这与模拟得到的倾斜底板突水通道的形成部位和数量、形成顺序及突水危险程度均较吻合。本文研究成果可为带压开采下倾斜底板突水的评价及安全治理提供一定的理论指导和参考。 相似文献
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动力扰动诱发承压水底板关键层失稳的突变理论研究 总被引：2，自引：1，他引：1
应用突变理论建立了承压水底板关键层在动力扰动下失稳的双尖点突变模型,探讨了动力扰动诱发煤层底板关键层失稳的机制,给出了关键层在动力扰动下失稳的判据,揭示了关键层动力失稳的机理。研究表明,关键层破坏与否,不仅取决于关键层的内因如几何尺寸和岩石的性质等,还取决于外部作用力的大小和方式;承压水等静载荷作用对关键层结构振动频率的变化有一定的影响;对于受承压水等静载荷作用的底板关键层,不同的动压,如扰动的幅度、作用时间和频率的不同组合会对底板关键层结构产生不同的影响,有的是弹性振动,有的是稳定破坏,有的是突然断裂或失稳。 相似文献
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近断层煤层开采时,防隔水煤岩柱的正确留设是防止断层突水事故的重要措施。山东济宁三号煤矿123上01(南)工作面西邻的F8断层落差较大,可能会沟通底部奥陶系灰岩(简称奥灰)含水层,为确保工作面安全回采,需要进行F8断层防隔水煤岩柱尺寸计算。考虑煤岩层真实产状、断层面与煤层产状的空间关系和底板承压水威胁,对《煤矿防治水细则》中断层导水条件下的防隔水煤岩柱尺寸计算方式进行改进,推导出水位到安全防隔水煤岩柱宽度(Ha)在断层面垂足处的水头高度计算公式及改进后的断层防隔水煤岩柱尺寸计算公式。对比计算结果发现:《煤矿防治水细则》原有计算公式在将煤岩层理想化为水平岩层,且取偏小的煤层底板水压值计算的情况下,计算出的F8断层煤岩柱尺寸为112 m,改进公式的计算结果为128.5 m。因改进公式考虑了实际煤岩层产状及与断层面空间关系,且水压取值位置准确,计算结果更为精确,将为矿井安全回采提供更为科学的参考依据。 相似文献
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倾斜煤层底板破坏特征的微震监测 总被引：3，自引：0，他引：3
带压开采是承压水上采煤的主要方法,底板采动破坏深度的确定是实现带压开采的关键和前提。针对底板采动破坏深度现场测量方法的局限性,特别是倾斜煤层（煤层倾角在25°～45°之间）底板采动破坏深度的现场测量。以桃园煤矿1066工作面为例,利用高精度微震监测技术,对承压水上倾斜煤层底板的采动破坏特征进行了连续的、动态监测。监测结果表明：（1）工作面运输巷（下顺槽）附近的底板比工作面回风巷（上顺槽）附近的底板破坏深度更深,破坏范围更大;（2）倾斜煤层工作面底板破坏形态整体呈现为一个下大上小的非对称形态。根据微震监测结果,确定了1066工作面回风巷和运输巷附近底板的最大破坏深度,划分了倾斜煤层工作面底板突水危险区域。将微震监测的倾斜煤层底板破坏深度与经验公式计算的底板破坏深度进行了对比,指出了经验公式存在的不足 相似文献
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原岩应力与煤层底板隔水层阻水能力的关系 总被引：13，自引：0，他引：13
介绍了水力压裂应力测量的原理和现场测量结果,论述了煤层底板隔水层带的阻水机理和承压水沿煤层上升的机理,以及原岩应力、水压与裂隙扩展的关系。指出对于厚底板隔水层,原岩应力起着阻止底板承压水上升和突出的作用,对于薄底板隔水层,原岩应力起着破坏底板、导致承压水突出的作用。 相似文献
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为了研究以煤层顶板弱富水含水层为直接充水水源的顶板透水机理,并探索防治方法,以宁夏宁东煤田红柳煤矿1121工作面开采期间发生的4次大规模透水为切入点,通过理论分析、数值模拟并结合井下钻探等工程技术手段,得出该工作面透水是由煤层开采后顶板岩移形成的次生离层水体引发,提出了煤层顶板覆岩中隔水关键层是造成次生离层水体透水的必要条件;研究了隔水关键层位置、尺寸及其水理性质对次生离层水体周期性透水的控制作用;确定了临界隔水关键层厚度为18 m,并提出了次生离层水体致灾前疏放的最佳时机为次生离层水体形成且周期垮落前,最佳位置垂向上为煤层A主隔水关键层顶板,平面上位于下顺槽距煤帮1/6~1/3工作面斜长范围。 相似文献
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煤层顶底板突水危险性预测与评价是煤矿突水灾害防治的基础和依据。针对煤层底板隔水介质条件,分析了煤系岩石力学性质,煤层底板突水的岩性、结构和厚度特征,建立了煤层底板突水危险性评价理论和方法。研究表明:煤层底板隔水介质条件取决于隔水层岩性和断裂构造,随着底板泥岩含量增加,煤层底板隔水性能增高,但抗水压能力降低;随着断裂发育程度的增加,底板隔水层由完整结构、块裂结构到碎裂结构和松散结构,煤层底板抗水压能力和隔水性能均降低,突水危险性增大。煤层底板抗水压能力与煤层底板隔水层厚度密切相关,统计表明,煤层底板受的极限水压p与底板隔水层厚度h之间为2次幂函数关系。在传统突水系数的基础上考虑了隔水层的岩性和结构特征,提出了煤层底板突水危险评价分类;进一步根据水压Pw与岩体破裂压力Pc关系和水压Pw与最小主应力σhmin关系判断是否突水。 相似文献
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《地球科学进展》2017,(6)
浅部煤炭资源枯竭使得深部开采已进入实施阶段,而深部煤层所处地质环境较为复杂,开采过程中多受到底板灰岩承压水的威胁,解决突水问题的关键是有效查明底板岩层的破坏机理。国内外相关学者对此进行大量研究,其中地球物理手段在底板岩层破坏探查中取得良好效果。在采场底板岩层破坏测试研究现状分析的基础上,详细论述了电法、电磁法、地震法以及新技术布里渊散射光时域反射测量技术(BOTDR)的方法原理及其在底板变形破坏探查方面的应用现状,分析了不同探查方法技术的特点,揭示其在应用中存在的影响因素及不足,提出采场底板全空间、多参数、实时监测的思路,开发底板岩层井上下一体化动态监测预警系统,对采煤面底板岩层变形与破坏过程岩水条件探查技术的发展方向进行了展望。 相似文献
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开采华北型煤田受底板承压水威胁的煤炭资源,必须对底板围岩的破坏规律有所认识。为了弄清底板岩层的活动规律,利用实验室大型非线性三维计算机数值模拟,对煤层底板应力分布特征进行了研究。发现采场底板存在跨层拱结构,并指出跨层拱是承载地应力和水压的承载结构;通过理论计算,得出了跨层拱最大主应力的计算公式,据此可以得出底板岩层裂隙产生的位置,该成果可对华北型煤田受承压水威胁矿井的回采工作面宽度设计提供参考。 相似文献
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岩溶煤矿床防护层的防护效应评价——以邯郸王凤煤矿为例 总被引：2，自引：0，他引：2
煤矿突水现象实际上是防护层煤层底板隔水层水岩相互作用的结果。研究防护层对底板突水的抑制作用,是带水压采煤防止突水及解放水患煤层,特别是解放深部水患煤层的主要研究内容之一。在保护水资源、维护生态平衡的呼声越来越高的今天,大规模疏降煤矿岩溶地下水已经变得越来越不可取。本文在搜集大量实际资料和矿井现场试验、室内模拟试验的基础上,探讨了隔水层的防突机制;扬弃了奥灰底板突水的“下三带”的定性描述,提出了底板突水的新机理;总结出了王凤煤矿安全开采煤层判别式,并指出在无断裂构造的条件下,开采-50水平以上的下三层煤,突水可能性不大。 相似文献
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薄基岩浅埋煤层覆岩破坏移动演化规律研究 总被引：10，自引：0，他引：10
以榆阳煤矿为研究基地,进行了地下水动力学参数、覆岩力学组合结构特征与基岩风化带的阻隔水特性试验。结果表明,风积沙层底部为强含水层;主采煤层上覆覆岩泥岩强度高于砂岩;砂岩孔隙率高,含水率大,抗压、抗拉强度比值高;泥岩和砂岩的黏土矿物含量低、具有典型的脆性易裂、抗扰动能力差和再生隔水能力弱等新的破坏移动特性,并通过多因素拟合,确立了薄基岩浅埋煤层覆岩采动破坏“两带”高度的动态变化特征,提出了长壁工作面开采防止突水溃砂的调控技术,成功应用于榆阳煤矿并实现绿色保水开采,为陕北榆神大煤田薄基岩浅埋煤层进一步推广高效开采技术和保护生态环境实现绿色保水开采奠定了基础。 相似文献
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大采深工作面煤层底板采动破坏深度测试 总被引：1，自引：0，他引：1
针对邢东矿大采深的情况,利用现场底板注水试验对2121工作面底板采动破坏深度进行了测试研究,依据单位注水量的动态变化以及注水孔与采线之间的距离关系,确定了底板破坏深度。试验结果表明:该工作面底板破坏深度为32.5~35m,比300m采深以内的工作面实测深度(9.15~12.0m)增加2倍以上,说明随着开采深度的增加,煤层底板采动破坏深度呈明显增大的趋势,因此,在水压和破坏深度二者同时增加的条件下,2121工作面深部煤层开采的突水危险性远远大于浅部煤层。测试结果为邢东矿大采深工作面的防治水方案的制订提供了科学依据。 相似文献
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承压水导升带是煤层带压开采安全评价的重要因素。为了综合研究其影响因素的作用,基于流-固耦合理论,建立了煤层底板突水的水文地质物理概念模型和数值模型,采用FLAC3D数值模拟软件开展了工作面宽度（A）、隔水层厚度（B）、承压水压力（C）、煤层埋深（D）、隔水层渗透系数（E）5个因素5水平的有空列正交模拟试验。结果表明:煤层底板承压水导升高度与底板含水层水压和隔水层渗透性关系密切;各因素对试验结果的影响程度强弱顺序是E>C>D>B>A,其中因素E和C对实验结果影响显著;初始水头压力越大,水头衰减速率就越大,并随着导升高度的增加而加快。改变影响因素而导致承压水压力的变化揭示了煤层开采过程中承压水导升带高度的变化规律,为带压煤层的安全开采提供理论依据。 相似文献
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地应力是影响矿井突水的重要因素之一,是存在于地壳中的重要能量场条件。采用现场应力解除法对开滦矿区多个矿井进行了地应力测试,分析了研究区现今地应力分布规律,在此基础上,建立了煤层底板突水危险性与岩石力学性质及地应力之间的相关关系和模型,对范各庄矿12煤层底板和东欢坨矿12-2煤层底板突水危险性进行了评价。研究结果表明,本区地壳浅部现代地应力作用较强,整体处于近东西向挤压应力场中,在挤压应力作用下,煤岩层应力状态主要表现为水平主应力大于垂直主应力,原岩应力主要由构造应力和自重应力场构成。煤层底板突水危险性受岩石力学条件和地应力所控制,当岩石破裂压力大于水压（Pf〉Pw）,则不产生突水;若岩石破裂压力小于水压时,则有可能突水。当承压水的水压（Pw）小于最小水平主应力（σhmin）时,不会产生突水。只有当承压水的水压（Pw）大于最小水平主应力（σhmin）时,存在突水危险性。范各庄矿12煤层底板和东欢坨矿12-2煤层底板破裂压力（Pf）和最小主应力（σhmin）均大于其底板岩体承受的水压（Pw）,本区在无构造破坏卸压条件下是不会发生底板突水的。 相似文献
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新阳矿9-10-11号煤层底板低于奥灰岩溶水位,承受水压较高,存在带压开采问题。依据矿区水文地质勘查资料,通过对9-10-11号煤层底板隔水岩层隔水性能、奥灰岩溶水富水程度、底板断裂构造发育情况、煤层底板承压大小以及采煤扰动底板破坏深度等突水因素分析,表明井田西南部断裂构造发育地段为突水危险区。分别采用突水系数法和突水危险度法对全井田9-10-11号煤层底板突水危险性进行评价,评价结果显示井田南部及断裂构造发育地段为突水危险区。理论分析与定量评价结果基本一致。针对9-10-11号煤层底板突水安全评价结果,提出了相应的防突水对策。 相似文献