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1.
《岩土力学》2017,(8):2335-2342
针对邢东矿2222工作面深部带压开采接近临界值且局部受隐伏断层等构造影响,可能出现底板突水的问题,采用ESG微震监测系统实时监测导水裂隙带形成过程,并利用研发的CMMA-3D微震分析系统获得了2222工作面底板导水裂隙带的空间位置,为针对性注浆治理和安全开采提供了重要指导。基于断裂力学分析了隐伏断层活化突水机制,推导出隐伏断层扩展长度计算公式。获得了不同类型隐伏断层(正断层和逆断层)的扩展规律:正断层扩展长度(35)l与承压水压力p和侧压系数?均呈正相关;逆断层扩展长度?l随承压水压力p的增加呈现出先减后增的变化趋势。底板导水裂隙带渗透性随采空区垮落岩体压实度的增加而降低,阐明了2222工作面突水量后期逐渐减小的原因。 相似文献
2.
断层破裂带附近采场采动效应的流固耦合分析 总被引：4，自引：0，他引：4
矿井底板突水是一个复杂的多物理场耦合问题,结合含断层破裂带条件下采场开采的工程背景,通过离散元流固耦合分析,研究了采场工作面推进过程中断层带的变形与受力情况以及底板支承压力、渗流矢量和渗流速度的动态发展规律和分布特征。相关模拟结果表明,采场中煤层的开采与断层破裂带之间是相互影响的,以支承压力为代表的采动应力是底板破坏形成导水裂隙带及断层“活化”突水的一个主要诱因,而断层的存在也使得工作面与断层带范围内的围岩应力更加集中,增大了底板破坏突水的危险性。采动过程中,底板破坏所形成的导水裂隙带主要集中在工作面前方及下方围岩中,这些区域渗流速度较大,是形成突水的主要通道。 相似文献
3.
《岩土力学》2017,(11):3163-3172
华北地区深部开采矿井,高地应力作用下煤层采动诱发断层活化引起的承压水突涌是矿井水害的主要形式之一,借助相似材料模拟试验台,通过自主设计的试验装置和试验方法,以五沟煤矿F13断层为工程背景,研究承压水上煤层开采的覆岩运动破坏形态、底板裂隙发育扩展特征、断层带应力和结构演化规律,再现断层活化导水全过程。以工作面距断层带的距离为时间参照,采动诱发断层活化导水存在4个明显阶段:断层带应力超限屈服、断层带拉裂延展、两盘错动滑移、承压水导升。以承压水沿断层带的导升高度为基准,寻找承压水导升高度的相关性因素:工作面距断层带的距离与导升高度近似呈负线性关系;水压力、断层带宽度与导升高度具有正相关性,试验过程中水压力与导升高度的相关性呈现强-弱-强的变化趋势;根据试验结果和规律设计断层防水煤柱宽度为40 m,现场观察未出现明显突漏水现象、效果良好。研究成果对于揭示断层活化突水机制、指导矿井防治水具有一定的意义。 相似文献
4.
承压型隐伏溶洞突水灾变演化过程模型试验 总被引：1，自引：0，他引：1
岩溶隧址区强致灾性承压隐伏溶洞较为发育,为研究隧道开挖诱发隔水岩体破裂突水致灾机制,以利川至万州高速公路齐岳山隧道为工程背景,研制了流固耦合相似材料,提出了承压溶洞制备新工艺,自主研发了大型隧道突水灾变演化模拟试验系统。针对隧道开挖方式与溶洞发育尺寸,开展了多种工况下隐伏溶洞突水灾变演化过程模拟试验,研究结果表明：隧道施工过程突水灾害是爆破施工扰动与承压含水溶洞渗透破坏双重作用的结果;受爆破开挖扰动影响,隔水岩体内部裂隙发育密集,重点监测区域累计位移高出人工钻凿开挖27%,应力释放率达23.5%,稳定渗透压力仅为初始压力的36.7%,外加水压加载至40 kPa约15 min后最先突水;相同水压加载条件下,溶洞尺寸越大对隔水岩体渗流场、位移场、应力场的影响越大,位移释放率越大、渗透压力整体水平越低,最终在应力和渗流作用下优势导水通道形成并扩展率先发生突水;承压型隐伏溶洞突水灾变演化过程经历了群裂隙的萌生扩展、优势导水通道的形成、隔水岩体破裂失稳3个阶段。试验结果对隧道突水机制的研究和灾害防治具有一定的指导意义。 相似文献
5.
采场底板突水相似材料模拟研究 总被引：15，自引：0，他引：15
利用相似材料模拟试验，模拟了采场底板突水机理。实验表明，在无断层构造条件下，底板在承压水作用下呈Ｏ－Ｘ型破坏，并且在Ｏ与Ｘ的交点处最容易产生突水通道；在有断层构造条件下，断层突水的实质是在承压水作用下断层两盘的关键层向上产生相对移差。当断层越易产生最大位移差时，越容易突水；在突水的同时还伴随着断层带充填的冲刷。 相似文献
6.
《中国煤炭地质》2021,(6)
为了揭示不同倾角隐伏断层条件下的底板突水机理,运用剪切破坏理论建立了隐伏断层导水机理的力学模型。根据某实际矿井地质条件构建了倾角分别为15°、30°、45°、60°和落差为3m的隐伏逆断层模型,运用FLAC3D数值模拟方法分析了不同倾角隐伏逆断层在开采条件下的塑性区、垂直应力、孔隙水压力分布情况。结果表明:承压水的理论极限值受工作面埋深、采高、隐伏断层产状及其与底板距离等因素的影响,其中隐伏断层倾角的影响最为显著。当断层倾角较大、且与塑性区相交后断层下盘就会发生大面积破坏,破坏深度可达到23m;当隐伏断层靠近底板破坏区或完全位于采空区下方,隐伏断层末梢垂直应力大幅度降低,且沿断层方向岩层应力也大幅下降;孔隙水压力的压差高度随着隐伏断层倾角的增大而逐渐减小,但底板孔隙水压力的变化趋势则相反,隐伏断层上端末梢的揭露位置越靠近切眼,其孔隙水压力值越大,对开采工作影响越大。 相似文献
7.
为研究受奥陶系灰岩(简称"奥灰")水威胁的工作面能否采取放顶煤开采,选择准格尔煤田黄玉川煤矿研究奥灰突水机理。该矿6上煤底板承受奥灰水压为0～4.49MPa,隔水层厚度为54.296～75.78 m,6上煤底板奥灰突水系数为0～0.085 MPa/m,绝大部分区域小于临界突水系数0.06 MPa/m;而一盘区巷道掘进遇断层时曾发生多次突水,说明该区具有不同的突水机理。矿井断层、裂隙发育,存在隐伏陷落柱,对断层、陷落柱的放水试验发现,北北东向地质优势面控制奥灰含水层富水性。在黄玉川煤矿216上01工作面,通过定水头压水试验测得底板最大破坏深度为34.9 m,阐明了准格尔煤田底板奥灰强渗通道耦合底板破坏的突水机理,改变了从纵向上认识底板奥灰突水的传统,从平面上施工小角度定向长钻孔探查垂向强渗通道,并进一步局部注浆加固,解决了采掘过程中的奥灰水害。 相似文献
8.
《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
9.
《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
10.
煤层底板破坏的断层效应模拟及其在防治水中的应用 总被引：1，自引：0，他引：1
梁北煤矿已发生5 次寒武系灰岩底板突水事故,造成重大经济损失。根据矿井的水文地质条件,建立了煤层开采的FLAC 数值模型,利用岩石力学及渗流力学理论,分别模拟了无断层和有断层条件下煤层底板采动破坏带的演化规律,重点讨论了断裂深度及断层空间位置对底板破坏深度的影响。结果表明,断层的存在可使底板采动破坏深度增加20%~33%,断层是突水重点防范区域,遇断层前10 m 直到过断层15 m 须加强防治水工作。根据模拟结果设计了梁北矿11041, 11151,11111 三个工作面底板的注浆加固工程,重点注浆层位分别为底板破坏范围和寒武系顶部裂隙发育带,注浆工程增强了底板的阻水能力,实现了工作面的安全回采。 相似文献
11.
范各庄矿12煤底板突水过程模拟分析 总被引：1，自引：0，他引：1
以范各庄煤矿水文地质条件为基础,建立了承压水上采煤的岩体水力学模型,应用岩石破裂过程渗流-应力耦合分析系统(RFPA2D-Flow)模拟分析了范各庄矿12煤层底板开采扰动下,裂隙形成、扩展到突水通道最终贯通形成突水的全过程。通过对损伤区分布、应力场和渗流场的演化分析,揭示了开采扰动及水压驱动下完整泥岩底板由隔水岩层到突水通道的演化过程,对突水通道进行了模拟定位,并对不同水压条件下含水砂岩层对底板突水的影响进行了分析。结果表明:12煤底板突水问题取决于含水砂岩中的水压力,在假设隔水层厚度不变时,水压力与突水系数呈正相关关系,随着水压的增大突水越易发生。该研究为12煤底板突水预测与防治提供了理论依据。 相似文献
12.
Mine water inrush is very common in China and can cause hysteretic and severe damages to the safety production of coal mines. Essentially, water inrush from coal floor can be attributed to the connection of cracks and the formation of water channel in floor rocks under the interaction of stress field and seepage field. In this paper, the interaction between cracks, stress field, and seepage field in floor rocks was studied by physical simulation; the evolution law of water inrush from floor cracks was obtained under the fluid-solid coupling effect, and the monitoring of rock stress and seepage pressure was realized by virtue of soil pressure and pore-pressure sensors. The results indicated that the permeability of floor rocks had regional and temporal characteristics due to the cyclical variation of in-situ floor stress. The high-permeability zone occurred under the early mining stress area, and gradually extended and connected inside the floor. As a result, more confined water could flood into the connected cracks and thus changed the seepage field in front of working face. This work provides new approaches and knowledge for researching coal floor water inrush and has important significances for the prevention of coal water disasters. 相似文献
13.
断层构造对煤层底板突水的影响分析 总被引：1，自引：0，他引：1
在原岩应力、地质构造、地下水等因素基础上,从应力场和渗流场共同作用的角度出发,研究含底板岩体在内的采场岩体系统的变形与破坏。研究结果表明,随着工作面向前推进,底板岩层的破坏深度和范围逐渐增加,底板岩层中水平应力低于承压水压力的深度也逐步增大。随着开挖接近断层,断层对应力分布情况的影响越来越明显,最终在断层处造成突水。为了预防底板突水的发生,合理留设防水煤岩柱是必要的工程措施。 相似文献
14.
回顾了带压开采的传承与创新发展历程。阐述带压开采的概念及充要条件,以带压开采的内涵为基础,定义侵蚀基准面为浅部和深部带压开采的分界线（面）,明确承压水上采煤为带压开采,而含水层“下”采煤不属于带压开采范畴,纠正《煤矿安全规程》中有关“顶、底板带压”的不妥表述。梳理了直接为带压开采服务的理论和技术,探（探查）、治（防治）、保（保障）3项技术,机理（致灾机理）、评价（危险性评价）、预测（灾变预测）3项理论,即构成带压开采理论技术体系;华北煤田奥陶系岩溶随深度增加发育减弱,由此推断,空间上深部岩溶径流带多形成在古岩溶系统中,而现代岩溶径流带则发育于现代岩溶中。深部隔水层损伤裂隙增多,为采后承压水导升奠定物质基础。总结对比了浅部和深部底板岩溶水害特征,阐明深部奥陶纪灰岩（简称奥灰）水突水机理,沿裂隙渗透、扩容、压裂,薄层灰岩中转,不断向上导升,形成大面积散流突水。从理论上说明突水系数已不适用隔水层厚度超出80 m的情形,提出厚、巨厚隔水层带压开采评价方法:p0 > 3σ3-σ1-pp+sT;依据隔水层厚度、底板破坏带、奥灰导升带、突水系数等因素将底板类型划分为5类隔水层,提出相应5级带压开采条件以及5种治理模式;针对深部带压开采复杂条件,倡导应用“全时空”水害综合防治思想理念及技术。面向未来,地质体+水流的本构模型仍是学术界需攻克的最大难题,现实的“卡脖子”难题,如深部岩溶发育规律、精细探查技术、水害机理及评价预测、综合治理技术等,是实现安全带压开采的关键。 相似文献
15.
大量实测地质资料与防治水实践证实,深部煤层开采底板含水层存在大量的局部高承压水区域,在强开采扰动下极易诱发底板突水灾害。基于“下三带”、“关键层”理论,将局部高承压水与底板隔水关键层简化为圆筒力学模型,分析研究隔水关键层在局部高承压水作用下的屈服破坏机制,得到了隔水关键层发生屈服的4个临界水压值公式;对各临界水压值进行区间划分,分析不同区间隔水关键层的屈服状态,确定了局部高承压水致使隔水关键层屈服破坏两个阶段的水压判据平衡方程,得出了奥陶系顶部岩层作为隔水关键层剩余隔水能力的计算表达式,并反演得到了开采深度上限、下限公式。结合九龙矿深部开采实际,对所建力学模型进行了验证与应用,进而提出了防止局部高承压水致灾的相关措施,对实现深部煤层安全带压开采具有重要的理论指导意义。 相似文献
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用于煤层底板突水机理研究的岩体原位测试技术 总被引：9，自引：0，他引：9
底板突水是底板受采动应力和承压水水压共同作用的结果。开拓和采动打破了原有地应力的平衡状态,为达到新的平衡,某些应力相对集中的地方,会释放应变能,使岩体构造发生变化;而承压水的水压对底板隔水层的作用主要是压裂扩容作用与渗水软化作用。本文介绍了由岩体原位应力测试技术、室内三轴渗透仪测定技术和计算机有限元模拟技术组成的岩体应力测试综合技术及其在煤层底板突水预测中的应用。 相似文献
17.
为了研究富水断层破碎带隧道突水突泥灾害演化机制，自行研制了一套可考虑质量迁移及地应力状态的大型室内突水突泥试验系统。利用该装置开展了不同水压加载方式、不同破碎带介质参数等条件的断层破碎带突水突泥灾害演化过程模拟试验。结果表明：（1）断层破碎带突水突泥灾害演化是渗流?侵蚀强耦合过程，在水压作用下，破碎带介质中的细颗粒首先发生迁移，导致充填介质孔隙结构增加，进而加速细颗粒流失，促使涌水率不断增长，随着细颗粒不断迁移流失，水流流态由层流转换为紊流，最终诱发突水突泥灾害；（2）破碎带介质初始孔隙率和施加水压越大越易诱发突水突泥，介质渗流演化特征越明显，渗流场参量如渗透率、孔隙率、雷诺数增加越快，且渗流场参量演化曲线出现突增现象；（3）梯度水压加载模式下断层破碎带介质较恒定水压加载条件下突水突泥演化特征更明显，介质发生突水突泥的临界水压更小。在此基础上，基于涌水率?时间（Q-t）、水力梯度?涌水率（i-Q）关系的流态转换分析和基于渗透率?水力梯度（k-i）关系的渗透性演化特征，建立了断层破碎带渗透演化特征概化模型。该研究结果对于断层破碎带突水突泥灾害演化机制与防治措施具有一定的理论指导价值。 相似文献
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In terms of the problem that deep coal resources are under the threats of high water pressure, it is necessary to further study the outburst mechanism of working face floor karst water from the view of studying varying patterns of rock mechanical parameters and confined water pressure distribution of floor rock under the mining influence in the process of mining. Through the theoretical research of fluid-solid coupling and rock seepage experiment, the changing rule of the rock porosity and the Young’s modulus is analyzed, the changing law of the floor displacement is obtained by establishing the floor mechanic model, and the relation between elastic energy density and rock mass unit strain is established. Based on the numerical model of fluid-solid coupling analysis by the Comsol Multiphysics software, the changing law of floor displacement corresponds to the theoretical solution, the different variation laws of rock mass of different depths under the actions of ground pressure are acquired by simulation calculation, the distribution characteristics of pore water pressure are discussed, and the elastic energy density of the rock mass under the action of imbalance water pressure before and after mining is comparatively analyzed. Studies show that the distribution of pore water pressure is horizontally different before and after the stress peak line, and it mainly has four distribution patterns vertically. When mining above the confined water, the spatiotemporal position when and where the upper and lower boundaries of the rock mass in the lower water-resisting layer release energy at the same time is critical to the occurrence of water inrush. 相似文献
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根据流固耦合理论,采用有限元数值模拟的方法,针对承压水体上采煤过程中断层参数(断距、倾角)对煤层、围岩的应力、变形和水压力变化的影响进行了模拟分析,探讨了存在断层时突水的机理和可能的突水点位置,并定量分析了防水煤柱的预留距离。得出以下结论:(1)当存在正断层时,多发生断层破坏型突水,而底板破坏型突水发生的几率较小;(2)突水性质和突水发生位置受断层断距和倾角的影响不大,煤层和采煤工作面附近的底板围岩都可能成为突水涌出点;(3)随着断层断距和倾角的增加,防水煤柱的合理留设距离应随之增大。以上结果可为实际矿井采煤防突水设计提供参考。 更多还原 相似文献