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煤层底板下隐伏陷落柱的滞后突水机理

煤炭学报 2009年第9期34卷 1212-1216页

作者：李连崇唐春安左宇军李根刘超大连理工大学土木水利学院辽宁大连116024 大连大学材料破坏力学数值试验研究中心辽宁大连116622

应用有限元数值计算方法,模拟研究了含隐伏陷落柱煤层底板在采动应力扰动和高承压水共同作用下陷落柱活化、裂隙萌生、裂隙扩张、突水通道贯通形成的全过程,通过对损伤场、变形场、应力场和渗流场的解读,对突水通道进行时空基准标定,并... 详细信息

应用有限元数值计算方法,模拟研究了含隐伏陷落柱煤层底板在采动应力扰动和高承压水共同作用下陷落柱活化、裂隙萌生、裂隙扩张、突水通道贯通形成的全过程,通过对损伤场、变形场、应力场和渗流场的解读,对突水通道进行时空基准标定,并就陷落柱发育高度、承压水水压力大小对突水滞后时间的影响进行了分析探讨,从岩体在长期的环境影响、载荷作用下损伤演化、物理力学性能退化的角度,揭示了煤层底板下隐伏陷落柱的滞后突水机理.

关键词：陷落柱滞后突水损伤承压水突水通道

矿井断裂构造带滞后突水的流–固耦合模拟方法分析与滞后时间确定

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岩石力学与工程学报 2011年第1期30卷 93-104页

作者：武强朱斌刘守强中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室北京100083 桂林理工大学广西地质工程中心重点实验室广西桂林541004 桂林理工大学地球科学学院广西桂林541004

矿井断裂构造带滞后突水是威胁煤矿深部开采的主要水害类型。基于流–固耦合理论,提出弹塑性应变–渗流耦合、流变–渗流耦合及变参数流变–渗流耦合3种模拟评价模型。将断层破碎带物质等效为连续介质模型,材料本构模型分别采用弹塑性... 详细信息

矿井断裂构造带滞后突水是威胁煤矿深部开采的主要水害类型。基于流–固耦合理论,提出弹塑性应变–渗流耦合、流变–渗流耦合及变参数流变–渗流耦合3种模拟评价模型。将断层破碎带物质等效为连续介质模型,材料本构模型分别采用弹塑性模型和流变模型,应用FLAC3D软件,对上述3种评价模型进行数值模拟,结果表明弹塑性应变–渗流耦合模拟结果在某些情况下可以适用;流变–渗流耦合模拟结果最接近实际;渗透性可变的条件下变参数流变–渗流耦合对渗流参数变化机制的解释最好。以流变–渗流耦合模拟结果为例,最危险滞后突水可能发生时间得以确定,在模拟开采的不同阶段,岩石巷道附近(即模型8#点处)分别产生3.26,3.63,3.77 MPa的最高水压,对应滞后时间分别为15,131,546 d。

关键词：采矿工程滞后突水流–固耦合流变–渗流耦合变参数流变–渗流耦合 FLAC3D

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断裂带煤矿井巷滞后突水机理数值模拟

中国矿业大学学报 2008年第6期37卷 780-785页

作者：武强朱斌李建民洪益清钱增江中国矿业大学资源与安全工程学院北京100083 开滦集团有限责任公司博士后工作站河北唐山063001 桂林工学院资源与环境工程系广西桂林541004

应用FLAC3D软件,基于流-固耦合理论,对开滦赵各庄矿13水平东1石门一次小型滞后突水进行数值模拟.结果表明：受采矿产生的局部二次应力影响,奥陶系灰岩承压水和煤系地层承压水将沿断裂破碎带产生渗流扩散现象,并在岩石巷道附近产生4.0-5.... 详细信息

应用FLAC3D软件,基于流-固耦合理论,对开滦赵各庄矿13水平东1石门一次小型滞后突水进行数值模拟.结果表明：受采矿产生的局部二次应力影响,奥陶系灰岩承压水和煤系地层承压水将沿断裂破碎带产生渗流扩散现象,并在岩石巷道附近产生4.0-5.0 MPa的孔隙水压升高带;当工作面推进55,110,165 m的时候,岩石巷道附近将分别产生最高1.53,4.38,0.05MPa的孔隙水压;升高的孔隙水压无法在短时间内消散,从而进一步作用于岩体,并最终突破岩体阻抗导致突水,突水的发生大约需要1-3月的滞后期.

关键词：滞后突水数值模拟 FLAC3D 流-固耦合模型

基于FLAC^(3D)的断裂滞后突水数值仿真技术

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辽宁工程技术大学学报（自然科学版） 2012年第5期31卷 646-649页

作者：刘伟韬申建军王连富山东科技大学资源与环境工程学院山东青岛266510 青海江仓能源发展公司青海西宁810001

针对中国华北型煤田煤系地层底板下伏奥陶系巨厚层灰岩含水层水压高,动、静贮量丰富,是构成矿井深部开采主要充水水源的实际现状,选择具有较好的过水能力、可能形成底板奥灰水突出通道的开滦矿业集团范各庄矿F0断层为研究对象,采用蠕变... 详细信息

针对中国华北型煤田煤系地层底板下伏奥陶系巨厚层灰岩含水层水压高,动、静贮量丰富,是构成矿井深部开采主要充水水源的实际现状,选择具有较好的过水能力、可能形成底板奥灰水突出通道的开滦矿业集团范各庄矿F0断层为研究对象,采用蠕变力学试验方法,取得了用于数值仿真计算的F0断层物质力学参数,运用FLAC3D数值仿真软件,对受断裂影响的采矿活动进行了流—固耦合模拟和渗流蠕变计算.研究结果表明:煤层顶板岩层受采动影响的影响带范围在断层两侧发育明显,上盘岩层的位移量偏小,下盘岩层的位移量偏大;底板岩层垂直位移量上盘岩层的位移量偏大,下盘岩层的位移量偏小,顶底板岩层垂直位移量在断层附近最大.断裂构造的切割作用使得底板在承受较大构造应力的情况下存在大范围的剪应力区,断裂破碎带的应力集中有是造成底板破坏、发生底板突水的关键.该研究成果对于有效预防断裂滞后突水具有一定指导意义.

关键词：断裂滞后突水数值仿真破碎带含水层破坏深度流-固耦合渗流

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煤层底板含隐伏溶洞滞后突水机理

煤炭学报 2013年第A02期38卷 377-382页

作者：焦阳白海波中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221008 中国矿业大学力学与建筑工程学院江苏徐州221008

为了避免华北煤田底板含隐伏溶洞滞后突水事故的发生,以丰沛矿区三河尖矿特大水害为例,通过特殊环境下岩溶溶洞的形成原因与滞后突水的物理过程分析。数值软件模拟与事故现场观测资料对比,综合研究含隐伏溶洞底板的滞后突水机理,结果表... 详细信息

为了避免华北煤田底板含隐伏溶洞滞后突水事故的发生,以丰沛矿区三河尖矿特大水害为例,通过特殊环境下岩溶溶洞的形成原因与滞后突水的物理过程分析。数值软件模拟与事故现场观测资料对比,综合研究含隐伏溶洞底板的滞后突水机理,结果表明:新构造断裂对原始封闭地下水系统的打破及高温高压高矿化度岩溶水对白云岩的融化剥蚀是溶洞形成并不断扩大的主要原因;受采动应力与高岩溶水压力影响,隐伏溶洞顶部不断形成新岩溶塌陷且破坏隔水层的现象客观存在,是突水通道形成的关键因素;工作面推过隐伏溶洞上方一定距离,受岩溶塌陷持续剥蚀而逐渐变薄的残余隔水层因强度不足以抵抗高岩溶水压力而瞬间破断,致使采动裂隙与岩溶塌陷相互贯通,引发滞后性突水。

关键词：隐伏溶洞滞后突水底板隔水层

开切眼爆破掘进隐伏陷落柱滞后突水灾变规律研究

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矿业安全与环保 2023年第2期50卷 88-92页

作者：杨宏飞王文贞榆林神华能源有限责任公司陕西榆林719000 河南理工大学土木工程学院河南焦作454000

为研究桃园煤矿1035开切眼爆破掘进过程中隐伏陷落柱的滞后突水灾变时空演化特征,基于爆破动荷载与流固耦合作用下围岩的渗透率突变特性,采用FLAC^(3D)软件对其应力、位移、塑性区,以及涌水量的变化规律进行数值模拟研究,探讨陷落柱影... 详细信息

为研究桃园煤矿1035开切眼爆破掘进过程中隐伏陷落柱的滞后突水灾变时空演化特征,基于爆破动荷载与流固耦合作用下围岩的渗透率突变特性,采用FLAC^(3D)软件对其应力、位移、塑性区,以及涌水量的变化规律进行数值模拟研究,探讨陷落柱影响带宽度对突水的影响。研究结果表明:在开切眼掘进工作面超过陷落柱中心10 m后,开切眼底板破坏塑性区将与隐伏陷落柱影响带贯通而导致陷落柱突水,其突水具有一定的滞后性、突发性及大量性;同时,只有当陷落柱影响带与桃园煤矿1035开切眼间距小于5 m时,开切眼爆破掘进才会引发突水事故。研究结果可为类似条件下的突水治理提供理论参考。

关键词：开切眼隐伏陷落柱滞后突水爆破掘进数值模拟

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白庄矿煤层底板滞后突水防治技术研究

白庄矿煤层底板滞后突水防治技术研究

作者：王业鹏中国矿业大学

学位级别：硕士

2016年1月25日4时15分,山东省肥城市白庄煤矿-430m水平东翼8105轨道顺槽里段发生底板特大奥灰突水事故。白庄矿位属华北石炭二叠系煤田,华北煤田产煤量占据了我国煤炭三分之一的总产量;但是,华北石炭二叠系煤田因其独特的岩溶水文地质条... 详细信息

2016年1月25日4时15分,山东省肥城市白庄煤矿-430m水平东翼8105轨道顺槽里段发生底板特大奥灰突水事故。白庄矿位属华北石炭二叠系煤田,华北煤田产煤量占据了我国煤炭三分之一的总产量;但是,华北石炭二叠系煤田因其独特的岩溶水文地质条件,受深部奥陶系灰岩高承压水的危害显著,并且有着日趋严重的形势。深入开展奥灰突水事故机理研究与防治实践,以降低突水事故发生的频率或者杜绝突水事故的发生,避免给生产生活造成无法估量的经济损失和不利的社会影响。论文采用理论分析、数值模拟和工程实践应用等研究方法,以阐释白庄矿8105工作面特大底板突水事故机理为主旨,并工程实践了底板奥灰水害防治的关键技术,取得以下主要成果:(1)在矿井和工作面地质、水文地质条件分析基础上,初步分析8105工作面突水事故特点:8105工作面为叠加开采工作面,其上覆7101工作面已开采完成,8105工作面的突水点正好位于7101工作面停采线的正下方;突水时间距离上覆7101工作面停采时间为14天,矿压作用表现为突水的滞后性。(2)根据塑性滑移理论,对采煤工作面进行分区,将工作面划分为Ⅰ采前应力集中区、Ⅱ采中零位张裂区、Ⅲ采后膨胀卸压区、Ⅳ采空应力压缩稳定区等四个区域。然后依据底板零位破坏理论,对煤层采动影响造成的底板破坏深度进行计算,得出底板的最大破坏深度为15.2m。运用Ts临界突水系数进行假设,在理论上运用反证法证明了突水时煤层底板的隔水层具有不完整性,存在隐伏构造破碎带,使得底板的有效隔水层厚度小于实际厚度。由此,从理论上确定该次突水事故的原因为采动矿压作用下的底板隐伏构造奥灰突水。(3)通过RFPA-Seepage数值模拟软件模拟了白庄煤矿工作面的推进过程中底板突水的演化过程。根据白庄井田地层综合柱状示意图的地层分布建立了数值模型,根据模拟结果分析了工作面底板的裂隙演变特征、采动应力分布规律和渗流特征,深入的研究了白庄煤矿8105工作面轨道顺槽里段的滞后突水机理。在煤层不断地回采过程中,工作面的底板会在矿压的影响作用下出现破坏带,并且破坏深度会逐渐增大。工作面底板与五灰含水层的承压水之间本身有足够安全厚度的隔水层,但是在向斜轴的轴部却存在一个隐伏构造破碎带。矿压作用打破工作面底板隐伏破碎带的水压压差平衡态,形成五灰含水层和奥灰水含水层的水利联系。底板的采动破坏深度和含水层的裂隙导升高度突然间增大,形成了一个联通的完整的突水通道。同时煤层底板由向斜轴轴部形成的隐伏断层构造破碎带经过7101工作面正下方的8105轨道顺槽里段,从而形成了8105轨道顺槽对五灰水进行截流,导致8105轨道顺槽突水,而7101工作面底板只有少量的渗流现象。(4)总结了白庄煤矿突水后底板向斜轴破碎带治理的关键技术,包括采用地面定向“截流巷道”注浆钻孔精准施工、引流注浆和反流堵源等。本次治理速度快、效果好,为恢复矿井安全生产节省了大量的时间。

关键词：矿井水害隐伏构造滞后突水快速治理

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巷道围岩破坏及滞后突水机理研究

能源与环保 2024年第7期46卷 275-281页

作者：马强山西天地王坡煤业有限公司山西晋城048000

我国华北型煤矿开采受底板承压水威胁严重,巷道掘进之后承压水滞后突水是矿井常见的生产安全事故之一。为了减少巷道滞后突水事故,实现安全高效地开采受底板承压水威胁的煤层,采用力学分析理论通过建立数学分析模型和数值模拟模型,运用... 详细信息

我国华北型煤矿开采受底板承压水威胁严重,巷道掘进之后承压水滞后突水是矿井常见的生产安全事故之一。为了减少巷道滞后突水事故,实现安全高效地开采受底板承压水威胁的煤层,采用力学分析理论通过建立数学分析模型和数值模拟模型,运用工程地质与水文地质学相关理论推导与分析。研究结果表明,巷道掘进完成后底角是破坏范围最大的地方;应力失衡是造成围岩破坏的主要原因;应力变化引起能量失衡是造成底板承压水导升的主要原因;水对岩石的软化作用是造成滞后突水的关键因素。提出了可以通过强化巷道支护和注浆改造遭受承压水破坏的隔水层底部结构的方法,防治巷道掘进过程中的滞后突水问题,为防治底板存在高承压含水层,并且具有滞后突水危险性的矿井指明了新方向。

关键词：巷道滞后突水岩石软化加强支护注浆

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李雅庄矿滞后突水主控因素分析

山西焦煤科技 2016年第4期40卷 50-53页

作者：霍诚河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454000 霍州煤电集团公司李雅庄矿山西霍州031400

矿井深部滞后突水是影响煤矿开采的主要水害类型。根据李雅庄矿近年来的突水情况,基于滞后突水理论分析,对该矿滞后突水主控因素进行了研究,结果表明：该矿3次滞后突水全是由断层原因导致的,因此,断层突水是李雅庄矿滞后突水的主要形式... 详细信息

矿井深部滞后突水是影响煤矿开采的主要水害类型。根据李雅庄矿近年来的突水情况,基于滞后突水理论分析,对该矿滞后突水主控因素进行了研究,结果表明：该矿3次滞后突水全是由断层原因导致的,因此,断层突水是李雅庄矿滞后突水的主要形式;历次突水点（67%）大多位于含水层富水性较大的地方,说明含水层的富水性对突水有着重要的影响;历年12次突水中有10次突水点均位于水头压力大于2.5 MPa的区域,说明在相同条件下,水头压力越大,发生突水的可能性就越大,并且水头压力越大,突水的强度也越大;突水点大多位于距2#煤层底板有效隔水层等效厚度35～45 m,隔水层的有效隔水厚度不大,是构成该矿井突水的主要因素之一。

关键词：滞后突水地质构造富水性水头压力隔水性