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主办单位：煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会
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顶板水害怎样有效防治？

来源：煤炭学报

采动顶板导水裂隙演化规律及其发育高度的确定是进行煤矿防水煤岩柱留设、保水采煤设计、防治水措施制定、覆岩隔离注浆充填采煤设计的重要基础。

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安全

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  • 特厚煤层分层综放开采断层-离层耦合溃水机理

    作者(Author)： 马莲净, 赵宝峰, 徐会军, 曹海东

    摘要：为了研究在复杂条件下断层-离层耦合溃水的机理及制定相应的防治水措施，在分析了老虎台井田地质、水文地质和开采条件的基础上，结合水害事故，采用数值模拟和相似材料模拟两种方法，对特厚煤层分层综放开采工作面“两带”发育高度、断层和离层空间形成特征进行了定量化研究，工作面回采后的冒采比和裂采比分别为4.98~5.42和7.10~7.30;断层空间形态和大小主要受到断层落差和与工作面距离影响;离层空间主要形成于不同岩性接触面附近。基于工作面顶板断层和离层空间形成、充水和溃水过程分析，揭示了断层-离层耦合溃水机理:上分层工作面回采导致覆岩中产生断层和离层空间，在接受含水层的持续补给后形成断层和离层水体，下分层工作面回采产生的垮落带波及至水体后发生溃水事故，与以往断层水害和离层水害相比，具有以下特点:断层和离层同时作为水害事故的充水水源和导水通道;垮落带是导致水害发生的主要因素;水害的孕育和发生分别在不同的工作面。针对水害特点提出了相应的防治水方案，首先对研究区进行水害威胁程度分区，受水害威胁轻及较轻区域的煤炭资源可以正常回采，受水害威胁较重及重区域的煤炭资源必须采取以下措施方可回采:注浆充填已形成的断层和离层空间，疏放已形成的断层和离层水体，减少工作面回采对覆岩中断层和离层水体的扰动。根据典型工作面的安全回采，初步验证了溃水机理的正确性和防治水方案的可靠性，下一步将根据井上、下工程验证，补充和完善防治水措施。
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    煤炭学报
    2019年第02期
    1122
    481
  • 有机-无机联合矿井突水水源判别方法

    作者(Author)： 杨建, 刘基, 靳德武, 王强民

    摘要：溶解性有机质(Dissolved Organic Matter,DOM)在随地下水运移过程中,不同含水层水中DOM含量、类别、荧光强度等均存在较明显差异,因此结合无机水化学,开展了有机-无机联合的矿井突水水源判别方法研究,结果表明:地下水中无机组分浓度分布具有垂向分带性,利用pH、矿化度(TDS),HCO3,SO4等无机指标,可以判别浅部含水层和深部含水层水化学特征差异; DOM进入含水层后发生氧化还原反应强烈,其浓度(TOC含量和UV254)变化快、差异大,可以识别地表水与第四系水的水化学特征;第四系与白垩系含水层,以及覆岩破坏范围内的细分含水层,水中无机组分和有机组分含量非常接近,而荧光指纹技术灵敏度高,可以根据3DEEM光谱图分析DOM类型和荧光峰强度等差异,区分相邻含水层的水化学特征差异。陷落柱等地质异常体作为特殊的地质环境体,其内部水体中DOM相对丰富,其DOM含量和荧光指纹特征与奥灰水差异显著。将有机-无机联合开展不同含水层水化学特征分析,能够很好地区分不同水源,为矿井突水事故发生时快速判别水源提供科学依据。
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    煤炭学报
    2018年第10期
    1313
    388
  • 煤矿工作面推采采空区涌水双指数动态衰减动力学研究

    作者(Author)： 周振方, 靳德武, 虎维岳, 董阳, 曹海东, 赵春虎, 彭江军, 赵宝峰, 董兴玲

    摘要：基于系统动力学理论,提出了煤矿工作面推采采空区涌水双指数衰减动力学模型,选取宁东煤田鸳鸯湖矿区典型工作面推采顶板涌水过程为研究对象,进行了双指数动力衰减模型拟合,利用麦克劳林公式等方法确定了具有物理意义的模型参数的近似解,以及工作面推采过程采空区峰值水量及发生位置,动态平衡水量及发生位置,探讨了主要参数的影响因素。结果指示:以动、静两种形态涌入采空区的水量共同作用,控制采空区涌水变化特征,但动态补给量是主控因素;在顶板含水层特征类似,构造影响可忽略条件下,推采速度决定了峰值水量和动态平衡水量发生位置,峰值水量和动态平衡水量受采厚、顶板岩性特征、含水层特征等条件共同影响。研究结果为形成趋势合理、精度较高的工作面涌水量预测方法提供了新思路。
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    煤炭学报
    2018年第09期
    1164
    246
  • 水沙混合物非Darcy裂隙渗流试验研究

    作者(Author)： 刘玉, 李顺才, 马立强, 周楠

    摘要：西部煤田因埋藏浅、厚度大,常采取大采高、快速推进的方式开采,开采时,覆岩破坏易形成贯通裂隙,当煤层上方存在水源和厚沙层时,易引发采场突水溃沙事故。裂隙中水沙混合物的渗流规律及失稳条件是探究突水溃沙的关键问题,以径向裂隙岩样和不同粒径、不同质量浓度的水沙混合物为研究对象,设计一套裂隙水沙混合物渗流试验系统;通过改变沙的质量浓度和粒径大小进行裂隙水沙混合物渗透特性测试,得到水沙混合物裂隙渗流特性参数(有效流度I_e和非Darcy流因子β)。试验结果表明:当沙粒径小于0.180 mm、质量浓度小于80 kg/m~3时,水沙混合物可以视为幂律型流体;随着沙质量浓度和粒径增大,稠度系数增大,幂指数随之减小。水沙混合物在裂隙中渗流速度-压力梯度可用二项式关系式拟合。有效流度I_e、非Darcy流因子β与水沙混合物的质量浓度ρs分别呈幂指数函数关系,随质量浓度增大有效流度I_e也随之增大,非Darcy流因子β则随之减小。水沙混合物在裂隙岩石渗流时,沙质量浓度和粒径对渗流参数都产生影响,但沙密度是主要影响因素。
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    煤炭学报
    2018年第08期
    698
    253
  • 煤矿隐伏断层递进导升突水的临界判据及物理模拟研究

    作者(Author)： 王进尚, 姚多喜, 黄浩

    摘要：为解决煤层底板隐伏断层突水的难题,以递进导升及断裂力学原理为基础,建立了断层递进导升简化断裂力学模型,推导了递进导升突水临界力学解析式和断层到底板破坏区的最小安全距离,然后利用相似材料模拟实验研究底板隐伏断层递进导升过程。实验结果表明:底板隐伏断层在采动影响下,尖端的应力发生了集中,应力强度因子增加,当其超过临界值时,即发生扩展,导升高度增加,随机应力得以释放;随着工作面的推进,应力再次集中,强度因子再次增加,当其再次达到临界值时,导升高度再次升高,达到底板破坏区的最小安全距离发生突水,递进导升突水强度随初始导水高度的增加而增加、随岩层强度降低而增强。隐伏断层初始发育自然导升高度越大,其递进导升破坏越强烈,导致沟通煤层底板更易发生突水现象。
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    煤炭学报
    2018年第07期
    775
    389
  • 压水试验定量评价注浆效果研究

    作者(Author)： 杨志斌, 董书宁

    摘要：注浆后岩体渗透性和力学强度是反映岩体注浆效果的重要参数,为定量评价注浆堵水工程效果,以安徽某矿奥灰特大突水抢险注浆堵水工程为例,提出采用钻孔高压压水试验方法,对C53太原组灰岩堵源注浆效果进行定量评价。针对高压压水试验过程中岩体渗透性的剧烈变化特征,提出采用紊流渗透定律计算岩体渗透系数。研究结果表明:C53太原组灰岩注浆后表现出良好的隔水性能,阻水性能呈现出高阻弱渗的特点,渗透性等级属极微~微透水,与注浆前弱~中等透水的渗透性等级对比,渗透性能显著变弱,说明堵源注浆效果良好;可根据临界抗渗强度来评价C53太原组灰岩注浆后抵抗水力劈裂的力学强度,经计算其临界抗渗强度为1.83 MPa/m,依据阻水系数消能试验测试原理,注浆后C53太原组灰岩足以抵抗5.64 MPa奥灰水的劈裂破坏,可以消除煤层底板奥灰突水威胁,能够达到堵源注浆工程目的。
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    煤炭学报
    2018年第07期
    761
    326
  • 煤矿陷落柱突水的变形-渗流-冲蚀耦合模型及应用

    作者(Author)： 姚邦华, 王连成, 魏建平, 李振华, 刘小杰

    摘要：为揭示煤矿陷落柱突水机理并为其突水防治提供理论依据,基于双重孔隙介质渗流理论,将陷落柱视为由岩块骨架、流体、裂隙充填物3种介质构成,分别推导了其运动控制方程,给出了裂隙演化控制方程,建立了多场耦合的陷落柱突水变形-渗流-冲蚀力学模型。结合研究矿区地质条件,运用多物理场耦合软件COMSOL Multiphysics将力学模型数值化,模拟研究了陷落柱内裂隙开度、颗粒体积浓度、涌水量等随时间的变化规律,数值再现了煤矿底板承压陷落柱突水发展的全过程。研究结果表明:(1)数值模拟得到的陷落柱涌水量曲线与实测数据吻合较好,验证了本文建立的陷落柱突水变形-渗流-冲蚀耦合模型的正确性。(2)在骨架变形-水渗流-充填物颗粒冲蚀迁移耦合作用下,陷落柱内充填物颗粒液化并迁移流失,部分裂隙不断扩展并贯通发展成为优势导水通道,导致陷落柱涌水量急剧增大并引发了突水事故。
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    煤炭学报
    2018年第07期
    780
    284
  • 神府矿区大型水库周边浅埋煤层开采水害防治技术

    作者(Author)： 耿耀强, 王苏健, 邓增社, 王碧清, 黄克军, 冯洁, 苗彦平

    摘要：以神府矿区大型水库常家沟水库为例,运用水文地质勘探、钻孔实测、理论计算、数值模拟等手段,查明了常家沟水库周边水文地质条件,拟合得出导水裂隙带高度计算公式,开展了大型水库周边浅埋煤层开采水害问题防治技术研究。研究结果表明:研究区水库周边煤层开采导水裂隙带预计发育高度约为72.8 m,常家沟水库周边煤层开采存在的水害主要包括烧变岩涌(突)水问题、萨拉乌苏组突水溃沙问题、常家沟水库倒灌水害等问题,针对常家沟水库浅埋煤层开采不同水害问题,提出了留设保护煤柱、帷幕注浆与井下探放水疏放、井下探放水与地面抽排联合疏放、上覆煤层采空区积水探查与疏放、沟道裂缝填埋等水害防治技术。水库周边15207工作面回采时,在留设保护煤柱的基础上,采取帷幕注浆625 m,施工疏放4-2煤烧变岩积水钻孔28个,累计放水量33 523 m3,保障了工作面安全回采。
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    煤炭学报
    2018年第07期
    834
    497
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