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奥陶系灰岩水数值模拟及防治应用
1
作者 刘倩 张凯 +2 位作者 许光泉 高志强 张帅 《煤炭技术》 2026年第1期113-120,共8页
为解放华北型煤田受奥陶系灰岩水(简称“奥灰水”)威胁的深部煤炭资源,以鄂尔多斯北部A煤矿为例,针对研究区复杂地质条件,鉴于地下水数值模拟在精确刻画地下水系统、评估防治水措施效果方面的显著优势,以及疏水降压结合注浆加固在协同... 为解放华北型煤田受奥陶系灰岩水(简称“奥灰水”)威胁的深部煤炭资源,以鄂尔多斯北部A煤矿为例,针对研究区复杂地质条件,鉴于地下水数值模拟在精确刻画地下水系统、评估防治水措施效果方面的显著优势,以及疏水降压结合注浆加固在协同提高防治水效果、保障煤矿长期安全生产方面的重要意义,采用数值模拟和疏放-注浆评价结合方法,构建了奥灰含水层数值模型,提出了合理可行的防治方案。模拟结果表明:奥灰水位变化与实际相符,模型参数可靠。防治方案通过注浆加固煤层底板,疏放33 d后达到安全开采条件,防治效果显著。将防治方案应用于X工作面底板奥灰水害防治后,未探测到垂向导水通道,形成了有效隔水层段,底板富水区域明显改善,验证了治理效果显著,实现了安全回采。 展开更多
关键词 水文地质 奥灰水害防治 数值模拟 疏水降压 注浆加固
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银星一号煤矿3号煤层顶板“两带”发育高度对比研究
2
作者 李彦俊 鹿存金 +1 位作者 王宸 田宽 《陕西煤炭》 2026年第1期73-78,共6页
【目的】为实测银星一号煤矿3号煤层顶板“两带”发育高度。【方法】选择110301工作面为测试区域,综合采用取芯、钻孔冲洗液消耗量观测、钻孔电视等实测方法进行实测,并与理论计算结果进行对比分析。【结果】结果表明,钻孔冲洗液消耗量... 【目的】为实测银星一号煤矿3号煤层顶板“两带”发育高度。【方法】选择110301工作面为测试区域,综合采用取芯、钻孔冲洗液消耗量观测、钻孔电视等实测方法进行实测,并与理论计算结果进行对比分析。【结果】结果表明,钻孔冲洗液消耗量突变位置最高,规范公式计算结果最小;分析认为冲洗液消耗量只能定性反映裂隙的发育程度,且易受岩层孔隙裂隙沟通程度等因素影响,而钻孔电视能够直观地观察到裂隙在垂向上的发育变化趋势和细微特征,准确性和可靠性较高。【结论】最终将钻孔电视成像探查结果作为3号煤层采空条件下的导水裂隙带高度值,即56.95 m,裂采比为17.58:1。 展开更多
关键词 银星一号煤矿 3号煤层 煤层顶板 “两带”高度 钻孔实测
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香炉山5#支洞地面预注浆效果评价
3
作者 沙松龄 《水利技术监督》 2026年第2期283-289,共7页
香炉山5#施工支洞为解决地下水丰富、软岩变形等问题,对支洞剩余洞段采用地面定向钻孔高压预注浆,提前对目标洞段进行地下水封堵和围岩进行预加固,并通过注浆前后透水率、压水试验、大地电磁、实际揭露等方式进行效果评价,通过预注浆可... 香炉山5#施工支洞为解决地下水丰富、软岩变形等问题,对支洞剩余洞段采用地面定向钻孔高压预注浆,提前对目标洞段进行地下水封堵和围岩进行预加固,并通过注浆前后透水率、压水试验、大地电磁、实际揭露等方式进行效果评价,通过预注浆可有效解决隧洞施工面临的富水和变形问题,减少洞内超前处理占用的工期,提高洞内施工安全保障,节约工程建设投资和工期,也为类似项目提供重要借鉴。 展开更多
关键词 隧洞施工 定向钻孔 高压预注浆 堵水 效果评价
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工作面突水原因分析及其综合防治措施应用
4
作者 吴东 《煤矿现代化》 2026年第1期174-178,共5页
为有效分析复杂地质和水文地质条件下3506工作面的突水水源和成因机理,通过水质分析化验和突水系数验证等方法确定采面突水水源为顶板砂岩裂隙水和底板三灰承压水等混合水源。通过对断层区域计算留设防隔水煤柱,采取疏水降压和底板注浆... 为有效分析复杂地质和水文地质条件下3506工作面的突水水源和成因机理,通过水质分析化验和突水系数验证等方法确定采面突水水源为顶板砂岩裂隙水和底板三灰承压水等混合水源。通过对断层区域计算留设防隔水煤柱,采取疏水降压和底板注浆加固等综合防治水措施,治理后经瞬变电磁物探验证,不存在低阻富水异常区域;在回采3个区段中分别各施工5个效果验证钻孔,最大涌水量降到2.2 m^(3)/h,孔口压力最大降至0.6 MPa,经计算验证加固后底板突水系数最大仅有0.023 MPa/m,远小于采煤工作面受构造破坏的突水系数0.06 MPa/m指标,且回采期间采面涌水量降至22.7 m^(3)/h,降幅达到68.6%,取得明显的防治水效果。 展开更多
关键词 水文地质 断层构造 疏水降压 注浆加固 突水系数
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我国不同类别煤层底板水害致灾机理与防控远景导向 被引量：13
5
作者 曾一凡 朱慧聪 +9 位作者 武强 王厚柱 傅先杰 王铁记 王玺瑞 樊九林 胡荣杰 才向军 阚雪冬 高生保 《煤炭学报》 北大核心 2025年第2期1073-1099,共27页
我国成煤条件苛刻,赋煤环境复杂多变,资源呈全域性跨多地质类型、点散式分布,导致回采共(伴)生地质灾害频现。同时,伴随煤炭资源开发布局优化调控,煤层底板水害负面导向性越趋显著,高承压水水力驱动及强敏感性缺陷构造活化的协同作用导... 我国成煤条件苛刻,赋煤环境复杂多变,资源呈全域性跨多地质类型、点散式分布,导致回采共(伴)生地质灾害频现。同时,伴随煤炭资源开发布局优化调控,煤层底板水害负面导向性越趋显著,高承压水水力驱动及强敏感性缺陷构造活化的协同作用导致煤层底板水害宏观动力学表象威胁性显著提升,成为我国煤炭资源高质量转型发展的内生阻力。为全方位掌握我国煤层底板水害发展形势,探讨未来基于新技术开展防控作业的重点攻关方向,从时间、空间、突水量等多维视角下全方位展示了近年来我国煤层底板水害动态演变趋势,对类型进行了“总−分”式细划,并通过建立地质力学模型探讨了我国煤层底板水害力学互馈响应机制,基于灾害宏观表象等揭示了其内生致灾机理,指出了防控技术理念的新发展路径和远景导向。研究发现:统计分析了我国煤层底板水害多维视角下的演变规律和特征,探讨建立了我国煤层底板水害主体架构,依据事故核心致因体系及宏观致灾表象等将煤层底板水害划分为岩溶陷落柱突水、断层活化突水及裂隙导升(复合)灰岩水突涌3大类,进一步细化为全路径贯通增量导升型突水(岩溶陷落柱)、贯穿煤层型突水(断层)、单层随采卸荷直接型突水(裂隙)等12个子类,并针对性的独立分析了3个大类煤层底板水害地理空间分布规律;分析了地应力和承压水水压对岩溶陷落柱突水过程承压水导升路径异化发育作用机制,提出了覆岩顶板动/静载扰动诱发底板岩溶陷落柱突水模式,阐明了其力学启动条件及致灾机理;建立了煤层底板断层宏细观地质力学构造概化模型,基于诱发断层活化突水的核心致灾诱因识别并建立了不同类别煤层底板断层活化突水力学判据;以裂隙为基础单元,“由1至n”式建立了单一层位和复合层位承压含水层诱发裂隙型导升(复合)灰岩水突涌的临界判别条件,揭示了该类型底板水害全过程致灾机理;在总结现行煤层底板水害探查、预测及控制技术理念基础上,结合前沿发展方向,指出并建议在煤层底板本底地质基因的全生命周期采动诱变特征三维动态重构、适用于时空分异动态地质环境的煤层底板突水预测预报理念升级、低扰动强干预的随采随治保/控水互馈注浆治理技术应用、修复后地质生态系统长效监控诊断诊疗平台建立等方面展开攻关,构建煤层底板水害全时空防控大体系,紧跟新质生产力大背景下全煤行业新业态发展步伐。 展开更多
关键词 矿井水防治 底板水害 岩溶陷落柱 断层 致灾机理
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我国煤矿区矿井水水质空间分布特征及矿井水处理技术思路 被引量：12
6
作者 孙亚军 郭娟 +6 位作者 徐智敏 张莉 陈歌 熊小锋 华景帆 穆林杰 吴文轩 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期584-599,共16页
矿井水是一种重要的非常规水资源,我国煤矿矿井涌水量巨大,不同类型矿井水的处理是国家与煤矿企业重点关注的科学问题。基于314座煤矿矿井水水化学数据调研与统计分析,阐明了矿井水水质空间分布特征及成因机制:矿井水水质主要以高TDS、... 矿井水是一种重要的非常规水资源,我国煤矿矿井涌水量巨大,不同类型矿井水的处理是国家与煤矿企业重点关注的科学问题。基于314座煤矿矿井水水化学数据调研与统计分析,阐明了矿井水水质空间分布特征及成因机制:矿井水水质主要以高TDS、高悬浮物、高硫酸盐、高Na+为主要特征,酸性矿井水和重金属主要集中于云贵等部分矿区;水质成因与煤矿区所处地域特征密切相关,如干旱与半干旱气候条件、充水地下含水层水质、煤层硫分含量、围岩岩性、微生物作用、岩浆活动等因素等,采矿活动对矿井水质形成及演化影响的权重较大。全国煤矿矿井水水化学类型以SO_(4)-Na型、SO_(4)-Ca·Mg型、SO_(4)-Na·Ca型、HCO_(3)-Na型和HCO_(3)-Ca·Mg型为主。基于全国矿井水水质特征,阐述了现有矿井水地面处理技术与瓶颈,论述了现有井下矿井水处理工艺,并以“阻断、减量、保护”为主要污染防控思路,提出一种煤矿废弃采掘空间矿井水自然修复技术,通过过程减量,实现矿井水低成本井下处理与回用。然后,基于采空区位置选择、采空区储水空间计算、储水安全性评价、减量修复效果评价、减量过程水动力场-水化学场-微生物场演化特征和次生危害解决方案等问题构建了矿井水自然修复技术框架,并基于煤矿实例采空水水化学组分和微生物群落结构演化规律验证了矿井水修复技术的可行性,具有较高的推广应用价值。煤矿废弃采掘空间矿井水自然修复技术的构建能够降低矿井水处理成本,助力煤-水协调绿色开采,实现矿井水修复与资源化利用。 展开更多
关键词 矿井水水质 井下矿井水处理 废弃采掘空间 自然修复 微生物群落结构
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定向钻孔加孔中物探技术在采空区超前探查中应用研究
7
作者 代凤强 《价值工程》 2026年第1期139-142,共4页
为适应巷道快速掘进对长距离、高精度地质超前探测的技术需求,本文采用长距离定向钻探与孔中物探相结合的技术手段,实现了对掘进面前方采空区及其他地质异常体的长距离精准探查。以郭家湾煤矿为例,5-2煤层与上覆5-1煤层采空区的垂直间... 为适应巷道快速掘进对长距离、高精度地质超前探测的技术需求,本文采用长距离定向钻探与孔中物探相结合的技术手段,实现了对掘进面前方采空区及其他地质异常体的长距离精准探查。以郭家湾煤矿为例,5-2煤层与上覆5-1煤层采空区的垂直间距约为15.89m,采空区积水可能通过裂隙或构造通道涌入5-2煤层巷道,因此在掘进过程中需对上覆采空区及前方富水地质异常区进行有效探查与疏放,以保障巷道安全掘进。本文通过应用定向长钻孔结合孔中瞬变电磁探测技术,实现了对钻孔径向30m范围内富水异常区的精细探测,满足了巷道掘进对前方地质条件长距离、高精度、全方位探查的要求,为巷道安全高效掘进提供了重要技术依据。 展开更多
关键词 采空区 长距离定向钻探 孔中瞬变电磁 巷道快速掘进
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基于瞬变电磁法的煤矿采空区水文地质勘探研究
8
作者 赵晓霞 《陕西煤炭》 2026年第1期118-122,135,共6页
【目的】煤矿开采过程中产生的采空区伴随复杂的水文地质条件,为解决对矿井安全生产构成的严重威胁,【方法】通过分析伊田煤矿采空区的地形地貌、地层岩性、水文地质特征等基本情况,明确了勘探目标和难点,利用瞬变电磁法设计了勘探方案... 【目的】煤矿开采过程中产生的采空区伴随复杂的水文地质条件,为解决对矿井安全生产构成的严重威胁,【方法】通过分析伊田煤矿采空区的地形地貌、地层岩性、水文地质特征等基本情况,明确了勘探目标和难点,利用瞬变电磁法设计了勘探方案。【结果】结果表明,通过实地勘探和数据分析探测出伊田煤矿采空区的水文地质异常区域,包括积水采空区、断裂带等关键信息。【结论】基于研究区地勘资料,验证了基于瞬变电磁法的勘探技术在伊田煤矿采空区水文地质勘探中的有效性,为类似地质条件下的煤田水文地质勘探提供了有益的参考和借鉴。 展开更多
关键词 瞬变电磁法 采空区 水文地质勘探 水文地质异常区域
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废弃采空区边界煤柱浸水结构演化与损伤劣化机理的模拟试验 被引量：3
9
作者 徐智敏 熊世杰 +4 位作者 袁慧卿 孙亚军 韩宇航 陈天赐 卢伟宁 《煤炭学报》 北大核心 2025年第2期1100-1114,共15页
在煤矿生产过程中,为防止老空水害而留设的各类防隔水煤柱在废弃采空区蓄积的具有侵蚀性的矿井水长期带压浸水作用下,其宏观、细观结构不断发生变化并出现损伤劣化现象,导致煤柱的物理力学强度减小、稳定性降低,进而诱发煤柱失稳和突水... 在煤矿生产过程中,为防止老空水害而留设的各类防隔水煤柱在废弃采空区蓄积的具有侵蚀性的矿井水长期带压浸水作用下,其宏观、细观结构不断发生变化并出现损伤劣化现象,导致煤柱的物理力学强度减小、稳定性降低,进而诱发煤柱失稳和突水事故的发生。论文通过自主设计的高压矿井水−煤耦合作用试验装置,开展了煤柱试样在不同水压、模拟矿井水、原样矿井水等条件下的长期浸泡模拟试验,并采用计算机断层扫描(CT)、X射线衍射(XRD)以及高压伺服压缩试验加载系统等手段,分析并研究了煤样长期浸水条件下的结构演化与力学损伤劣化过程和作用机理。研究结果表明:煤样结构在侵蚀性矿井水长期浸泡条件下表现为不规则孔隙−裂隙显著发育、孔隙率由0.25%增大到1.2%、孔隙发育的离散性随浸泡时间逐步降低;煤样在侵蚀溶液长期浸泡条件下的力学损伤劣化效应明显,受浸泡时间和浸泡溶液的pH值影响最为明显;煤样与矿井水在浸泡过程中产生相互作用,具体体现为初期的吸水膨胀作用与后期的溶解消耗作用。根据上述研究成果,论文阐明了废弃矿井及采空区各类边界煤柱在高渗透压、侵蚀性矿井水长期作用下结构演化与损伤劣化的物理−化学耦合作用机理,揭示了废弃采空区边界煤柱带压浸水作用下的动态响应过程与关键阶段:第一阶段以物理吸水膨胀作用为主,表现为抗压强度整体减小而抗拉强度先降低后回升再降低的现象;第二阶段以物理−化学联合作用为主,表现为黏土类矿物部分溶解、消耗导致孔隙率增大,进而诱发物理力学损伤劣化;最后,在“软化系数”的基础上提出了浸水煤柱“损伤系数”的定义和计算公式,并确定了浸水煤柱“损伤系数”的经验数值。研究结果对各类废弃矿井或采空区边界煤柱的稳定性评价和水害的防控具有重要的理论意义和工程实践价值。 展开更多
关键词 废弃矿井 煤柱浸水损伤 CT扫描 结构演化 损伤机理 模拟试验
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煤矿井下顶板突水征兆视频智能识别方法研究 被引量：1
10
作者 连会青 康佳 +4 位作者 尹尚先 徐斌 闫国成 夏向学 徐保同 《煤矿安全》 北大核心 2025年第4期166-173,共8页
煤矿井下突水事故是煤矿灾害组成部分之一,而顶板突水征兆识别是预防突水事故发生的重要环节。然而,煤矿井下环境复杂多变,且目前突水征兆主要靠人工判断发现,由于井下恶劣环境及人为主观因素的影响,导致很难及时发现异常,致使顶板突水... 煤矿井下突水事故是煤矿灾害组成部分之一,而顶板突水征兆识别是预防突水事故发生的重要环节。然而,煤矿井下环境复杂多变,且目前突水征兆主要靠人工判断发现,由于井下恶劣环境及人为主观因素的影响,导致很难及时发现异常,致使顶板突水征兆的有效识别存在困难。为了高效监测与准确识别突水征兆,基于图像识别处理技术,提出了1种基于SAMXMem的自监督煤矿顶板突水征兆识别方法,其利用像素点变化率构建突水征兆预警体系,对煤矿井下突水易发区域采集到图像进行自监督标记,并通过SAM模型分割突水征兆区域,结合XMem长视频分割框架实现对该区域的实时动态跟踪。试验结果表明:相较于传统OTSU算法,基于SAM-XMem的自监督识别算法在交并比(IoU)、精确率(P)、召回率(R)及F1分数上均表现出一定差异性,该算法各项评估指标均达90%以上,较传统算法识别率提升20%;通过零样本分割技术,可以克服煤矿井下数据集短缺问题,相较于传统方法,特征提取能力更强,在背景噪声多、灰度值差异小等复杂条件下效果更优,适用于煤矿井下环境,具有更高的识别精度和更强的泛化能力。 展开更多
关键词 矿井水害 顶板突水 突水征兆 SAM模型 图像分割技术
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基于SA-PSO-BP神经网络的煤层底板破坏深度预测 被引量：4
11
作者 李刚 赵艺鸣 +2 位作者 杨庆贺 才天 邹军鹏 《地下空间与工程学报》 北大核心 2025年第1期293-299,共7页
研究煤层底板破坏深度的准确预测对保证带压开采条件下煤矿的安全生产具有重要意义。针对传统BP神经网络预测底板破坏深度存在误差较大、容易陷入局部最优解、收敛速度慢等问题,提出了一种新的SA-PSO-BP网络模型。该模型以煤层倾角、开... 研究煤层底板破坏深度的准确预测对保证带压开采条件下煤矿的安全生产具有重要意义。针对传统BP神经网络预测底板破坏深度存在误差较大、容易陷入局部最优解、收敛速度慢等问题,提出了一种新的SA-PSO-BP网络模型。该模型以煤层倾角、开采深度、煤层开采厚度、工作面斜长作为评判指标,先利用粒子群优化算法(PSO)改进BP神经网络寻优过程、再引入模拟退火算法(SA)避免PSO算法陷入局部最优解,选取92组现场实测数据样本,对优化后的模型进行训练和预测。结果表明:SA-PSO-BP网络模型的拟合优度达到0.9835,比BP神经网络提高了0.2882;均方根误差达到1.3190,比BP神经网络减小了3.8641;平均绝对百分比误差达到5.4423,比BP神经网络减小了14.93%。构建的SA-PSO-BP网络模型具有可行性,为底板破坏深度的预测提供了一种合理的方法。 展开更多
关键词 带压开采 底板破坏深度 神经网络预测 SA-PSO-BP神经网络
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长钻孔近断层注浆浆液劈裂偏转扩散诱导机理研究 被引量：1
12
作者 李连崇 李鑫睿 +2 位作者 牟文强 韩云春 张永树 《煤矿安全》 北大核心 2025年第5期159-171,共13页
受复杂水文地质条件影响,矿井生产面临严重的水害威胁,涌水、突水事故时有发生,超前区域注浆已经成为防治煤层底板承压水害的主要方法之一,但由于底板岩性的非均质性以及断层、裂隙等地质构造的复杂性,注浆过程中常出现跑浆、漏浆及局... 受复杂水文地质条件影响,矿井生产面临严重的水害威胁,涌水、突水事故时有发生,超前区域注浆已经成为防治煤层底板承压水害的主要方法之一,但由于底板岩性的非均质性以及断层、裂隙等地质构造的复杂性,注浆过程中常出现跑浆、漏浆及局部欠浆等问题,严重影响注浆效果和防水加固的可靠性。基于谢桥煤矿区域治理注浆工程资料,定义断层与注浆孔的垂直空间距离为断层距,对不同断层距条件下的浆液劈裂扩散机理进行了模拟分析,重点围绕浆液在断层附近的扩散路径、劈裂模式、应力场变化及微震监测响应偏差展开研究,揭示了不同断层距对浆液劈裂扩散特征的影响规律、起劈应力方向及微震监测响应偏差特征。结果表明:原位地应力-断层-浆液孔隙压的联合作用下,最大主应力的动态变化,对注浆劈裂扩散方向具有向一侧偏离的诱导作用,且该类型的影响范围存在极限值,受断层迹线长度、倾角、地应力等条件影响;在设计的注浆工程条件下,断层对注浆劈裂扩散的影响距离达到了40 m;在40 m内,断层的存在会使浆液发生偏向断层一侧的优势扩散,对其扩展路径和劈裂模式产生显著影响;断层会影响注浆前驱浆液劈裂I-II复合裂缝的应力强度因子KIC,使其注浆方向和劈裂压力发生改变。 展开更多
关键词 长钻孔注浆 矿井突水 断层诱导 浆液劈裂偏转 微震监测
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承压积水作用下临空损伤煤柱宏观破坏特征与渗流规律 被引量：1
13
作者 刘伟韬 陈东祺 +2 位作者 刘玉本 杜衍辉 赵吉园 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第8期140-153,共14页
【背景】小煤柱护巷的方式在我国得到广泛应用,临空煤柱的稳定性影响着矿井的安全生产,受多种扰动作用影响的煤柱内往往会产生不同类型的损伤裂隙,积水采空区的承压水环境可能会造成临空损伤煤柱的失稳破坏。【方法】为研究损伤裂隙结... 【背景】小煤柱护巷的方式在我国得到广泛应用,临空煤柱的稳定性影响着矿井的安全生产,受多种扰动作用影响的煤柱内往往会产生不同类型的损伤裂隙,积水采空区的承压水环境可能会造成临空损伤煤柱的失稳破坏。【方法】为研究损伤裂隙结构对煤体稳定性的影响,引入相对稳定的初始损伤裂隙概念,基于损伤力学理论建立临空煤体的“流–应力–损伤”(HMD)耦合力学模型,采用COMSOL有限元分析临空损伤煤柱受单侧压力水影响下渗流破坏过程。【结果和结论】初始损伤裂隙的力学参数会显著影响煤体产生二次损伤的时间,两者之间存在临界阈值;损伤裂隙的存在会显著影响临空煤柱的稳定性,在单侧水压的作用下呈现出非对称的破坏形态,局部突水处的流速相比损伤前提高了2个数量级;裂隙结构会影响煤体失稳过程,随着裂隙角度从30°增加到60°,煤体的失稳时间从7.0 h缩减至4.1 h,而0°裂隙模型由于应力方向的特殊性失稳时间最短,仅为3.9 h;从损伤发育的宏观过程来看,不同模型均经历了从初始损伤裂隙尖端二次发育→损伤破坏贯通边界→大面积损伤区域扩展→边界局部突水通道形成的4个阶段;从模型损伤单元数量的演化特征来看,呈现损伤发育和快速扩展2个阶段,裂隙结构对发育速度的影响主要作用在损伤发育阶段,而不同模型快速扩展阶段的时间差异并不明显。研究结果可以为采空区隔水煤体的稳定性判断与失稳过程识别提供参考。 展开更多
关键词 临空煤柱 采空区积水 初始损伤裂隙 流–应力–损伤耦合模型 失稳前兆
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基于疏水降压法井筒渗水模拟试验与应用研究 被引量：1
14
作者 李昂 杨钧皓 +4 位作者 张文忠 李远谋 薛智轩 范六一 田胜祺 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第2期301-313,共13页
随着我国煤炭资源不断向深部开发,复杂的岩层赋存条件对井筒的建设和使用带来很大挑战。深部立井经常穿越多层含水层,顶板承压水造成的井壁渗水问题尤为严重,不仅威胁到矿井安全,还给传统的注浆治理方法带来挑战,如成本高、施工难度大... 随着我国煤炭资源不断向深部开发,复杂的岩层赋存条件对井筒的建设和使用带来很大挑战。深部立井经常穿越多层含水层,顶板承压水造成的井壁渗水问题尤为严重,不仅威胁到矿井安全,还给传统的注浆治理方法带来挑战,如成本高、施工难度大和渗漏重复等问题。为此基于疏水降压理论建立了一套可视化相似模拟试验平台,模拟了不同岩层、不同放水孔数条件下的井壁水压、放水孔流量变化,分析了放水孔流速与渗流规律、地下水降落漏斗形态发育规律以及渗流水压和井壁压力变化规律,并以彬长文家坡煤矿为例开展了现场疏放水试验。结果表明:出水口流速随管道通径增大而增大;双孔涌水流量相比单孔增幅较大,三孔涌水量增幅较小;距井越近水位降深越大,降落漏斗影响范围随放水孔数增加而增大,单层放水试验降落漏斗形状与降水孔保持对称状,漏斗底端呈现锥形。放水初期水压下降快,后期趋于稳定;将模拟试验结果应用于现场,通过在文家坡煤矿主副井之间打疏放水孔,进行单孔和双孔放水试验,单孔稳定涌水量为75 m^(3)/h、双孔稳定涌水量为175 m^(3)/h,试验显著降低了地下水位,并形成了最大降深达40 m的降落漏斗,现场实测与相似模拟试验结果较为吻合,验证了疏水降压治理方法的科学性和实际效果。研究成果有助于推动深部顶板承压含水层影响下井筒渗水防治技术的进步。 展开更多
关键词 含水层 井筒水害 相似模拟 降落漏斗 疏水降压法
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基于A-Star算法的深部煤层开采含断层底板突水路径智能识别研究 被引量：1
15
作者 孙文斌 孙志辉 +1 位作者 刘红强 褚怡心 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第3期101-114,共14页
为更精准预测深部煤层开采条件下底板突水风险,采用理论分析、相似材料等研究方法,针对深部煤层开采过程中底板突水路径的智能识别问题开展系统研究。研究结果表明:基于工作面开采过程中的水压-应力监测数据,绘制了底板突水预测图;依据... 为更精准预测深部煤层开采条件下底板突水风险,采用理论分析、相似材料等研究方法,针对深部煤层开采过程中底板突水路径的智能识别问题开展系统研究。研究结果表明:基于工作面开采过程中的水压-应力监测数据,绘制了底板突水预测图;依据各监测节点的水压与应力数据,量化计算了各节点位置的突水概率指数,得出其数值越大突水风险越高;将突水概率指数空间分布作为约束条件,运用A-Star路径规划算法实现了导水裂隙空间路径的有效识别,在此研究基础上,开发出突水路径智能识别系统。最后,通过相似材料模拟试验进行了证实,所提方法规划的路径特征与模型实际导水裂隙演化轨迹高度吻合,且与电法监测结果高度一致,验证了A-Star算法在突水路径识别中的有效性。研究成果为深部开采条件下底板突水灾害的实时监测预警与智慧矿山安全保障提供了新的技术途径,具有明确的应用价值和工程参考意义。 展开更多
关键词 防治水 A-STAR算法 底板突水 综合权重 突水概率指数
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高头窑煤矿2-3煤顶板涌(突)水危险性评价和涌水量预测 被引量：1
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作者 穆金霞 杨义娜 +4 位作者 郭晓帅 侯美玲 武强 曾一凡 赵菱尔 《矿业研究与开发》 北大核心 2025年第2期139-145,共7页
为探明高头窑煤矿2-3煤层顶板开采水害的影响,运用GIS与AHP耦合的“三图-双预测法”,构建了2-3煤层顶板充水含水层富水性评价模型,综合对比FLAC3D数值模拟、经验公式计算、类比实测多种方法,修正了传统导水裂隙带高度计算公式。在此基础... 为探明高头窑煤矿2-3煤层顶板开采水害的影响,运用GIS与AHP耦合的“三图-双预测法”,构建了2-3煤层顶板充水含水层富水性评价模型,综合对比FLAC3D数值模拟、经验公式计算、类比实测多种方法,修正了传统导水裂隙带高度计算公式。在此基础上,复合叠加得到2-3煤层顶板充水含水层涌(突)水危险性分级分区图,并采用数值模拟对高头窑煤矿进行涌水量预测。结果表明:高头窑煤矿中部和西南部突水危险性较高,西北部和东部突水危险性较低。高头窑煤矿的正常涌水量为465 m^(3)/h,最大涌水量为558 m^(3)/h。针对矿井未来面临的水害问题,综合提出了可行性防治措施。 展开更多
关键词 三图-双预测法 富水性 导水裂隙带 涌(突)水危险性 涌水量
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浅埋薄基岩煤层过沟开采溃水危险性预测
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作者 牛超 罗钰韬 +6 位作者 刘宁 肖乐乐 孙强 张伟伟 薛喜成 曾大宝 白杨 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第10期172-181,共10页
【目的】浅埋薄基岩条件下煤层的过沟开采活动易导致覆岩导水裂隙带与地表水体连通,显著增加矿井突水、溃水等水害风险。陕西山东煤矿部分工作面分布于沙界沟流域下方,地表暴雨径流极易通过采动裂隙通道溃入井下,威胁矿井安全运行,急需... 【目的】浅埋薄基岩条件下煤层的过沟开采活动易导致覆岩导水裂隙带与地表水体连通,显著增加矿井突水、溃水等水害风险。陕西山东煤矿部分工作面分布于沙界沟流域下方,地表暴雨径流极易通过采动裂隙通道溃入井下,威胁矿井安全运行,急需开展溃水危险性识别与评价研究。【方法】以山东煤矿3煤层及其过沟开采工作面为研究对象,综合实测采高与钻孔揭示资料,绘制3煤层导水裂隙带发育高度等值线图;并将导水裂隙带高度与煤层埋深的差值作为判据,划分高危险区、一般危险区与安全区。在此基础上,结合地表采动裂隙结构特征与沟道暴雨径流过程,构建地表采动裂隙溃水量预测模型,模拟评估3108、3109工作面在5、10及20a一遇暴雨条件下的地表采动裂隙溃水量,并叠加垮裂安全性等级,构建双因子6级溃水危险性分级体系。为提升其工程适用性,提出简化的3级溃水危险性划分方案,开展工作面危险性再识别。【结果】研究确定-20m为3煤层埋深与导水裂隙带高度差的最优临界值,能够有效识别沙界沟下方及周边区域的高溃水危险区。模型预测结果显示,在不同重现期条件下,3109工作面的溃水量始终高于3108工作面,最大值达0.335m^(3)/s(1205.169m^(3)/h)。依据6级溃水危险性分级体系,3109工作面分别划分为极高(20、10a一遇)和高(5a一遇)危险区,3108工作面则为高、中、中危险区;而在简化的3级溃水危险性划分标准下,两工作面在各暴雨重现期条件下均为高危险区。【结论】基于地表采动裂隙结构与沟道暴雨径流过程,建立了适用于浅埋薄基岩煤层过沟开采条件下的地表采动裂隙溃水量预测模型,并构建融合溃水量等级与垮裂安全性分区的溃水危险性综合评价体系。研究结果可为类似地质条件下工作面溃水风险识别与治理设计提供理论支撑和工程依据,具有重要的工程实用价值。 展开更多
关键词 浅埋煤层 过沟开采 暴雨径流 溃水量预测模型 溃水危险性预测
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两淮煤田深部岩溶构造发育特征及水害地面区域探查治理模式
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作者 张海涛 谢治刚 +6 位作者 孙贵 许光泉 杨洋 刘星 李旭 贺江辉 许成成 《煤炭工程》 北大核心 2025年第4期56-64,共9页
针对华北隐伏型煤田深部岩溶水害防治难题,以两淮煤田为典型研究对象,分析了深部岩溶及构造发育特征,通过结合多年岩溶水害探查治理工程应用,构建了深部岩溶水害地面区域探查治理模式。研究结果表明:①两淮煤田奥陶系灰岩厚度大、富水... 针对华北隐伏型煤田深部岩溶水害防治难题,以两淮煤田为典型研究对象,分析了深部岩溶及构造发育特征,通过结合多年岩溶水害探查治理工程应用,构建了深部岩溶水害地面区域探查治理模式。研究结果表明:①两淮煤田奥陶系灰岩厚度大、富水性相对较强、岩溶裂隙发育,是深部岩溶水害防治的重点对象;岩溶裂隙、岩溶陷落柱和导水断层是岩溶突水的重要导水通道,也是深部岩溶水害探查治理的重点。②石炭系太原组是深部岩溶水害防治的关键层,基于两淮煤田岩溶地质条件和岩溶水害特点差异,淮北煤田一般选择太原组C_(3)^(3)层灰岩作为注浆治理目的层位,而淮南煤田一般选择太原组C_(3)^(5)、C^(3)_(7)、C_(3)^(9)层灰岩作为注浆治理目的层位。③依据治理对象及思路的不同,两淮煤田地面区域探查治理工程可分为3种典型模式,分别为岩溶裂隙探查治理模式、导水断层探查治理模式和岩溶陷落柱探查治理模式。其中,岩溶裂隙探查治理模式是一种面状探查治理模式,主要治理对象是岩溶裂隙;导水断层探查治理模式是一种线状探查治理模式,主要治理对象是断层(带);岩溶陷落柱探查治理模式是一种点状探查治理模式,主要治理对象是岩溶陷落柱。 展开更多
关键词 深部岩溶水害 地面区域探查治理 探查治理模式 治理层位 两淮煤田
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煤矿冒落型突水溃沙的破碎砂岩水沙渗流特性试验研究
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作者 张勃阳 翁应康 +4 位作者 李振华 林志斌 王文强 宋伟亚 任浩 《煤炭学报》 北大核心 2025年第11期5082-5093,共12页
在神东和陕北矿区浅埋煤层高强度开采过程中,冒落型突水溃沙已成为威胁顶板水害防控的典型矿山工程地质灾害。深入研究破碎岩体水沙渗流特性,对揭示冒落型突水溃沙致灾机理具有重要意义。基于此,利用自主研发的破碎岩体水沙渗流试验系统... 在神东和陕北矿区浅埋煤层高强度开采过程中,冒落型突水溃沙已成为威胁顶板水害防控的典型矿山工程地质灾害。深入研究破碎岩体水沙渗流特性,对揭示冒落型突水溃沙致灾机理具有重要意义。基于此,利用自主研发的破碎岩体水沙渗流试验系统,以谢和平提出的岩石碎块累计质量的分形维度计算方法为基础,按照Talbot连续级配公式制备了不同粒径配比的破碎砂岩样品,设计了变孔隙度和粒径配比的水沙渗流试验,分析了破碎砂岩中水及水沙混合物的渗透率随孔隙度和粒径配比的变化规律,建立了考虑孔隙度比和分形维度的渗透率表达式,量化了水沙混合物黏度对渗透率计算结果的影响,揭示了破碎砂岩溃沙质量随孔隙度和粒径配比的变化规律,构建了渗透率和分形维度共同驱动的临界溃沙判据,以哈拉沟煤矿22402工作面为工程实例,验证了判据的准确性。研究结果表明:(1)破碎砂岩的水沙渗流过程包括初始波动阶段、相对稳定阶段和衰减阶段,渗透率随孔隙度和Talbot幂指数的增大而增大,水渗流的渗透率大于水沙渗流的渗透率;(2)破碎砂岩的溃沙质量随孔隙度和Talbot幂指数的增大而增大,且溃沙质量与渗透率呈近线性增长关系;(3)现有研究中多数学者采用水黏度代替水沙混合物黏度的简化算法在本文的计算中可导致最大18.3%的误差,对应现场尺度突水溃沙灾害中此误差可能超过800%;(4)引入分形维度可以将破碎砂岩渗透率拟合误差降低约56.43%,基于渗透率和分形维度对溃沙质量的变化规律提出的临界溃沙曲线在哈拉沟煤矿22402工作面应用效果良好。 展开更多
关键词 突水溃沙 破碎岩体 水沙混合物 渗透率 临界溃沙判据
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彬长矿区煤层采动导水裂隙带高度RF-BP模型预测对比研究
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作者 姬亚东 刘譞 +5 位作者 朱开鹏 赵春虎 李凯 袁晨瀚 李盼盼 闫鹏珍 《煤矿安全》 北大核心 2025年第7期175-184,共10页
西部黄陇侏罗系煤田煤层赋存条件一般较厚,其中彬长矿区煤层厚度平均大于5 m,最厚可达14 m,且常采用综放开采工艺,造成煤层顶板导水裂隙带发育厚度大且发育规律不明,矿井涌水量居高不下,严重影响矿区安全生产。为研究彬长矿区煤矿工作... 西部黄陇侏罗系煤田煤层赋存条件一般较厚,其中彬长矿区煤层厚度平均大于5 m,最厚可达14 m,且常采用综放开采工艺,造成煤层顶板导水裂隙带发育厚度大且发育规律不明,矿井涌水量居高不下,严重影响矿区安全生产。为研究彬长矿区煤矿工作面开采扰动覆岩而导致的煤层顶板导水裂隙带发育高度,优选了煤层开采厚度、煤层埋深、顶板覆岩岩性、顶板构造特征、开采速度、工作面长度、采煤工艺等7个影响因素,通过AHP层次分析法分别计算出了上述各影响因素的权重,发现煤层开采厚度、工作面长度2个影响因素所占权重相对较大;通过Matlab对搜集的数据进行插值,使数据分布更为平滑;通过反向传播神经网络(BP)、遗传算法优化神经网络(GA-BP)、粒子群优化算法优化神经网络(PSO-BP)、随机森林(RF)算法对插值后数据进行回归拟合。研究发现,4种方法对原始数据的拟合效果都较好,其中随机森林RF相对其他模型对原始数据的拟合具有更高的准确度,训练集和测试集的均方根误差RMSE分别为0.037 41和0.055 16,决定系数R2分别为0.987 37和0.957 89。研究结果可为彬长矿区煤矿开采导水裂隙带发育高度的预测提供一定的参考。 展开更多
关键词 导水裂隙带 煤矿智能化 随机森林算法 BP神经网络 矿井涌水
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