文摘gydF4y2Ba

水流在舱壁的机理,研究了围岩的面板21102号Sanhejian煤矿在徐州,中国。基于对舱壁的性质的分析和围岩,三种类型的水进行路径识别:(1)水导电通路在舱壁和围岩之间的接口;(2)水在断层岩石的导电通路;和(3)水在岩石的裂缝进行通路。这三种途径的可能性为水流小组分析了21102号,和水导电通路连接系数确定。表达式计算岩石的临界水力梯度通过使用连接在水中进行路径系数提出了基于岩石的渗透率和完整性。临界水力梯度的比率计算稳态水力梯度的13个矿山在中国。一个可接受的安全系数在控制舱壁的水流被发现是1.68。安全系数小于1.68时,水泄漏发生在许多情况下。最后,水压力舱壁的变化随着时间的推移和渗流量随时间的变化在围岩进行了分析。 It is found that there is a good correlation between the rate of water flow and water pressure which confirms that water pressure plays a decisive role in controlling seepage from the rock in and around the bulkheads.

1。介绍gydF4y2Ba

在中国的一个主要煤矿事故处理的问题突然涌入的水到我在煤炭生产往往导致重大经济损失,严重威胁到地下矿工的安全gydF4y2Ba1gydF4y2Ba,gydF4y2Ba2gydF4y2Ba]。随着地下煤矿在中国逐步深入和复杂的地质条件和高地应力、活动导致更频繁的事故(gydF4y2Ba3gydF4y2Ba]。地下煤矿的水文地质条件越来越复杂,提高矿山的深度(gydF4y2Ba4gydF4y2Ba,gydF4y2Ba5gydF4y2Ba]。加上更多的破坏和干扰引起的煤矿原始地层(gydF4y2Ba6gydF4y2Ba),在煤矿突水的风险大大增加。因此,有效的预防和预测矿山突水是非常重要的任务gydF4y2Ba7gydF4y2Ba,gydF4y2Ba8gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

水舱壁的建设是一种常见的措施来预防和控制煤矿突水。水舱壁的目的是为了有效地隔离淹没我的一部分由于突水的正常生产部分为矿工们提供一个安全的工作环境(gydF4y2Ba9gydF4y2Ba]。设计和建造良好的舱壁可以有效地防止水流入矿山特别是当我遇到大的水含水层在高压与丰富的水资源和不可预测性。因此,必须能够承受足够的静水压力舱壁结构完整性(gydF4y2Ba10gydF4y2Ba]。加勒特和坎贝尔gydF4y2Ba11gydF4y2Ba]从南非提出三个基本设计的舱壁金属矿山:休会,逐渐减少,平行(没有开槽或圆锥形)插头。舱壁的设计曲线是根据测试结果能够承受46.9 MPa的水压力gydF4y2Ba11gydF4y2Ba]。元等人提出,泥浆渗透的机理及其对孔隙水压力的影响时应充分考虑隧道工程(gydF4y2Ba12gydF4y2Ba]。许多研究人员后来使用这个设计曲线计算水力梯度的舱壁下确定其稳定渗流gydF4y2Ba13gydF4y2Ba,gydF4y2Ba14gydF4y2Ba]。元等人所描述的设备用于水力梯度测试(gydF4y2Ba15gydF4y2Ba]。加勒特和坎贝尔也强调,泄漏的舱壁应考虑的主要因素在舱壁的稳定性和适用性高水压力(gydF4y2Ba16gydF4y2Ba]。Harteis和Dolinar指出,一些重要的因素应考虑在舱壁的设计行为的舱壁之间的接触表面和周围的岩石,和水压力作用于舱壁(gydF4y2Ba17gydF4y2Ba]。一些国家,如美国和加拿大,做了综合研究地下舱壁的设计和施工与适当的监督和煤矿建设标准(gydF4y2Ba18gydF4y2Ba,gydF4y2Ba19gydF4y2Ba]。中国采用了不同的设计方法对舱壁的结构和大小,但并没有明确规定的要求的施工质量控制舱壁和监控要求在他们的操作gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba]。杨等人研究了改善岩土材料能有效减少路基的变形和崩溃(gydF4y2Ba21gydF4y2Ba,gydF4y2Ba22gydF4y2Ba]。3 d运用FLAC3D软件建立了闸墙结构模型分析岩石的应力和位移分布在水闸墙和塑性区范围gydF4y2Ba23gydF4y2Ba]。一种改进的三维位移测量系统测量位移场(gydF4y2Ba24gydF4y2Ba]。因此,与国际标准相比,改进是需要在设计,建设,规章制度和操作的水舱壁在地下矿山在中国。gydF4y2Ba

防止地下矿突水的经验已经表明,水散装头是相对简单的建立和提供一个安全可靠的屏障对突如其来的水侵入的威胁相比,其他如排水和灌浆的方法。然而,仍有许多挑战与舱壁的广泛选择的设计,复杂的计算所需的舱壁墙,并在施工中质量控制困难。此外,舱壁的完整性受到长期高水压力在他们的操作,从而导致围岩的渗流破坏和墙壁。因此,在复杂的水文地质条件和丰富的水资源,重要的是要开展深入、系统的研究水舱壁的密封机理和渗流的围岩矿井的安全、高效运行,以改善其生产力。与此同时,地下水的保护和利用也是一个重要的设计考虑。gydF4y2Ba

2。Sanhejian煤矿的地质勘探gydF4y2Ba

为了检查突水问题和舱壁的控制机制在煤矿,一个真正的病历详细研究,其中包括Sanhejian煤矿。Sanhejian煤矿位于东南部的城市在中国的江苏徐州。图gydF4y2Ba1gydF4y2Ba显示Sanhejian煤矿的位置。煤矿突水发生在Sanhejian首度点10月26日,2002年。这一事件发生在奥陶系灰岩含水层的地板上面板21102号。在突水,最大水流速率达到2170米gydF4y2Ba^3gydF4y2Ba短时间内/ h。水流持续了好几天,流量波动在这段时间里,成为稳定在1020gydF4y2Ba^3gydF4y2Ba/ h 10: 00点在2002年10月31日。控制水流,水舱壁是构建面板快速和有效地控制侵入,以确保矿山安全持续运行。面板的深度21102号位于大约770.8到831.2米之间。煤层倾斜角度的变化从16°20°煤层厚度为1.3米。煤层的屋顶和地板是灰岩和泥岩厚度5.2米和1.1米,分别如图gydF4y2Ba2gydF4y2Ba(gydF4y2Ba25gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

基于探索性水井的水位测量,使用的最大水压的舱壁的设计道路运输和材料是8.32 MPa和8.0 MPa,分别。舱壁的位置如图所示gydF4y2Ba3gydF4y2Ba(gydF4y2Ba25gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

的纵向剖面和截面巷道中的水潴留舱壁图所示gydF4y2Ba4gydF4y2Ba(gydF4y2Ba25gydF4y2Ba]。舱壁分为三个部分。施工安装关节之间的两个相邻部分共有21个直立的舱壁。舱壁的主墙的长度是24米。有30米和10米钢筋部分在前面和后面的舱壁,分别。舱壁的总长度是64米。水潴留舱壁的主要设计参数表中列出gydF4y2Ba1gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

3所示。评价液压连接和渗透率的舱壁gydF4y2Ba

此前的许多矿业事件表明,闸墙的失败和漏水的舱壁通常发生在墙壁和之间的界面造成的围岩或围岩内部的裂痕舱壁所在地,或由于水的渗流进行骨折形成集中的一个主要流道流。根据渗流路径的形成机制和空间位置,水流路径可以分为三种类型:(1)通路的舱壁和围岩之间的接口,(2)通路在水中进行断层在舱壁周围的围岩,和(3)的途径进行骨折周围围岩的水舱壁。gydF4y2Ba

21102号的面板的Sanhejian煤矿液压连接系数计算出所有三个潜在水通路。gydF4y2Ba

(1)计算液压连接水进行路径系数在水闸墙和围岩之间的接口。gydF4y2Ba

为了控制围岩的水流进了舱壁,壁之间的接触和岩石通常是灌浆。灌浆加固在舱壁的影响取决于多种因素,包括灌浆压力、设备、材料、技术、空间特征的舱壁和围岩之间的接口,开发围岩的骨折和地下水的动态特征(gydF4y2Ba26gydF4y2Ba]。因为很难量化细节,所有这些因素只选择一些指标来定量评估舱壁和围岩之间的界面成为水导电通路和发展途径的可能性。连接系数和参数的舱壁和围岩之间的接口如表所示gydF4y2Ba2gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

表中定义了两个比率:(1)gydF4y2BalgydF4y2Ba_DgydF4y2Ba/gydF4y2BalgydF4y2Ba接口的总长度的比例是主要部分的长度的舱壁,和(2)gydF4y2BaPgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba/gydF4y2BaPgydF4y2Ba_dgydF4y2Ba实际的比例是灌浆设计灌浆压力的压力。这两个参数是重要的在描述水连接接口。gydF4y2Ba

Sanhejian煤矿,交通的主要部分的厚度和材料公路21102号的舱壁板是24米,内部钢筋部分是30 m,外部强化部分是10米,总长度的钢筋截面两侧是40米。的长度之间的接口的主要部分舱壁和围岩约为28.5 m,和gydF4y2BalgydF4y2Ba_DgydF4y2Ba/gydF4y2BalgydF4y2Ba大约是1.19。设计水压力舱壁的公路运输和材料是8.32 MPa和8.0 MPa,分别。背后的最后灌浆压力舱壁的主要部分是9.32 MPa,这样gydF4y2BaPgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba/gydF4y2BaPgydF4y2Ba_dgydF4y2Ba道路运输和材料是1.12和1.25,分别。21102号的舱壁板采用six-stage方法在水释放和压力控制。灌浆压力的增加分为六个阶段,允许24 - 72 h在每个阶段的压力稳定。的流量测量围岩渗流的水。当水流速小于2米gydF4y2Ba^3gydF4y2Ba/ h,然后灌浆压力增加到下一个阶段。上面的量化指标替换成表gydF4y2Ba2gydF4y2Ba生产结果表gydF4y2Ba3gydF4y2Ba。最后的水导电通路连接系数值在舱壁之间的接口和围岩高值8和10之间。gydF4y2Ba

(2)连接系数的计算水导电通路故障围岩的舱壁。gydF4y2Ba

水是否会流过岩石断层取决于岩石的渗透系数,大小和类型的断层,断层的相对位置或距离和舱壁。在Sanhejian煤矿的情况下,水的连接系数进行通路,gydF4y2Ba米,gydF4y2Ba根据实际确定出错的信息在舱壁如表所示gydF4y2Ba4gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

从陈et al。分析数据后,面板的突水的主要原因。21102年,三个断层下降小于2米是暴露在开采过程中gydF4y2Ba27gydF4y2Ba]。此外,正断层的影响,Zhangzhuang错,F1 / 1在南方,和F0在东北、西北Zhangzhuang向斜,和Sunshidian断层下降100,减少水的厚度有效电阻层的地板上面板。奥陶系灰岩地下室与良好的水动力条件与面板21102号和突水的共同作用下引起地面压力和水压力。基于这些信息和数据表gydF4y2Ba4gydF4y2Ba,连接系数的水导电通路故障围岩计算表所示gydF4y2Ba5gydF4y2Ba。连接系数是高值介于8和10。gydF4y2Ba

(3)计算水的导电通路连接系数进行围岩在舱壁骨折。gydF4y2Ba

21102号道路运输和材料的面板是层间的煤和岩石道路如图gydF4y2Ba2gydF4y2Ba。岩石周围道路是石灰岩,泥岩、细砂岩、煤。周围的岩石从软到硬的地板和煤层很泥质与水接触后(gydF4y2Ba27gydF4y2Ba]。一旦骨折围岩巷道相连,一个连续的水形成导电通路,将导致在舱壁漏水。因此,多种因素,如巷道围岩,舱壁,水源应考虑为了计算水的连接系数进行通路。表gydF4y2Ba6gydF4y2Ba显示了连接系数计算的水导电通路在矿井口断裂区围岩。破碎带的厚度在矿井口从地球物理勘查确定基于钻孔数据。gydF4y2Ba

交通和周围的围岩材料21102号公路在面板范围从软到硬通常提供了一个稳定状态在矿井口。基于围岩的稳定性分析,裂缝带的厚度在我开据估计约为100到150厘米。没有明显的视觉异常21102号面板高度紧张的地区。通过这些信息和数据表gydF4y2Ba5gydF4y2Ba,水的连通性计算系数进行通路骨折的骨折区围岩的松散材料如表所示gydF4y2Ba7gydF4y2Ba。连接系数这三个病例的最高价值观隔9和10所示。gydF4y2Ba

基于表中的结果gydF4y2Ba3gydF4y2Ba,gydF4y2Ba5gydF4y2Ba和gydF4y2Ba7gydF4y2Ba,水的连接系数进行通路21102号的舱壁板是在最高的层次上,8到10或9到10;因此,选择9或10的价值。结果表明,形成水导电通路的可能性在舱壁和围岩之间的接口,水进行故障围岩的舱壁,和水在舱壁的围岩进行骨折非常高。最重要的原因是,设计水8.00 MPa和8.32 MPa的压力舱壁目前在中国不常用,起着决定性的作用在连接系数的计算值。此外,舱壁位于层间的煤和岩石的道路,和岩性、强度、围岩的稳定性更为复杂与隐藏的结构影响的基础舱壁的稳定性和围岩的渗流和挡水特征。gydF4y2Ba

4所示。计算水力梯度和挡水特征21102号的舱壁板gydF4y2Ba

4.1。水力梯度计算21102号的舱壁板gydF4y2Ba

围岩渗流的水力梯度与地下水压力,道路和舱壁的几何形状和尺寸,和岩石的渗透性。基于渗流分析的水舱壁煤矿包括围岩的渗流临界水力梯度,gydF4y2Ba我gydF4y2Ba_crgydF4y2Ba的解体,防止围岩渗流路径,Path-m,在舱壁可以表示如下:gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2Ba我gydF4y2Ba_crgydF4y2Ba临界水力梯度;gydF4y2BaHgydF4y2Ba的压力水头地下水渗流路径,Path-m;gydF4y2BalgydF4y2Ba舱壁的长度或厚度沿巷道轴Path-m;gydF4y2BaEgydF4y2Ba舱壁的深度嵌入到围岩Path-m沿巷道的半径;gydF4y2Ba米gydF4y2Ba是连接水进行路径系数;gydF4y2BaKgydF4y2Ba围岩的渗透,嗯gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba;和gydF4y2BaKgydF4y2Ba_VgydF4y2Ba是围岩的完整性系数通常是由测量岩石的弹性波传播。的值gydF4y2BaKgydF4y2Ba_VgydF4y2Ba对于不同的岩体完整性在表gydF4y2Ba8gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

当岩石中的流场达到稳定状态后连续渗流在一段时间内,水力梯度可以表示如下:gydF4y2Ba

当临界水力梯度比稳态水力梯度的安全系数大于舱壁的安全运行,这意味着舱壁能够控制围岩的水流。安全标准可以表示如下:gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2BaFgydF4y2Ba_{年代gydF4y2Ba}是安全系数与岩石由于水流的解体。gydF4y2Ba

分析的基础上的情况下舱壁是用来控制水流在中国的煤矿数量,观察水流速之间的关系由于泄漏在舱壁gydF4y2Ba我gydF4y2Ba_crgydF4y2Ba/gydF4y2Ba我gydF4y2Ba_{年代gydF4y2Ba}表所示gydF4y2Ba9gydF4y2Ba。表中我们可以看到,舱壁是有效控制水的环境。没有漏水的情况下,gydF4y2Ba我gydF4y2Ba_crgydF4y2Ba/gydF4y2Ba我gydF4y2Ba_{年代gydF4y2Ba}比大于1.68。因此,安全系数,gydF4y2BaFgydF4y2Ba_{年代gydF4y2Ba},至少1.68应该是用来控制水流的舱壁。gydF4y2Ba

参数(gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)和(gydF4y2Ba2gydF4y2Ba)可以确定如下。水压力,头gydF4y2BaH,gydF4y2Ba在舱壁周围的岩石可以直接从水文地质调查获得如在观察井孔水压力测量。的长度,gydF4y2BalgydF4y2Ba的舱壁沿巷道和深度,gydF4y2BaEgydF4y2Ba的舱壁径向嵌入在沿巷道围岩可以找到基于舱壁的设计规范。渗透系数,gydF4y2BakgydF4y2Ba,即围岩的渗透,可以测量或基于当地的经验决定的。岩石在巷道的屋顶面板21102号是一个坚硬的岩石,是太原的12层灰岩的形成。然而,双方和地板的煤层巷道是21号与层间的柔软和容易破碎粉砂岩和砂质泥岩。根据岩性和周围岩石的渗透率面板21102号,内在岩体的渗透系数估计为0.30微米gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba。考虑连接系数值的水导电通路21102号围岩的面板是在晚上的9、10、10的高价值选择是安全可靠。从(gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)和(gydF4y2Ba2gydF4y2Ba),临界水力梯度gydF4y2Ba我gydF4y2Ba_crgydF4y2Ba和稳态水力梯度gydF4y2Ba我gydF4y2Ba_{年代gydF4y2Ba}和比例gydF4y2Ba我gydF4y2Ba_crgydF4y2Ba/gydF4y2Ba我gydF4y2Ba_{年代gydF4y2Ba}舱壁的公路运输和材料计算表所示gydF4y2Ba10gydF4y2Ba。的gydF4y2Ba我gydF4y2Ba_crgydF4y2Ba/gydF4y2Ba我gydF4y2Ba_{年代gydF4y2Ba}价值发现的道路运输和材料都是0.65,小于安全系数gydF4y2BaFgydF4y2Ba_{年代gydF4y2Ba}(gydF4y2BaFgydF4y2Ba_{年代gydF4y2Ba}= 1.68)水控制,从而表明可能泄漏的两舱壁。gydF4y2Ba

2003年8月5日,21102号舱壁的压力测试面板显示水的泄漏率小于2米gydF4y2Ba^3gydF4y2Ba/小时。材料的水压力巷道测量和发现7.35 MPa 8月26日,2003年,水泄漏率为1.1 mgydF4y2Ba^3gydF4y2Ba/小时。运输巷道,舱壁的水压力测量和发现7.6 MPa水泄漏率为3.5 mgydF4y2Ba^3gydF4y2Ba/小时。这些测量和观察表明,水泄漏发生在21102号的舱壁板的操作通过围岩形成水导电通路的舱壁。这是一致的评价结果的基础上计算的关键和稳态水力梯度的舱壁。水从岩石中泄露的数量小于水的总量,从而表明舱壁是有效的;也就是说,舱壁可以几乎完全控制水流。gydF4y2Ba

5。Sanhejian煤矿突水的讨论gydF4y2Ba

基于实地测量Sanhejian煤矿从8月26日,2003年12月20日,2008年,渗水和水压力随时间的变化在岩石中,围绕着舱壁图所示gydF4y2Ba5gydF4y2Ba和gydF4y2Ba6gydF4y2Ba,分别。gydF4y2Ba

一般来说,压力测试表明,总体趋势变化的水流从围岩的变化趋势是一致的水压力舱壁的材料和运输道路面板21102号。开始测试,水压和流量波动整体上升趋势。2005年6月22日,流量和水压达到高峰值在同一天之后下降,直到达到一个稳定状态6月22日,2006年。之后,流量和水压力保持不变,直到观察期结束12月20日2008年。gydF4y2Ba

舱壁的水压力在21102号面板改变观察期间,直接影响围岩水的泄漏。测量表明,水的压力和流量都是同步的,一起起伏。这证实了水压力控制的岩石渗流包围了舱壁。gydF4y2Ba

总的来说,只有少量的水流泄露通过21102号的舱壁板和水压力的舱壁提供一个稳定的效果。在面板的设计水压力舱壁21102是8.0和8.32 MPa,和实际观察到的水压力是7.35和7.60 MPa,分别为材料和运输道路。道路周围的岩石是由煤的层与层间的粉砂岩和砂质泥岩。水的控制在这种情况下超过99%有效。经验在设计、施工、灌浆加固、压力测试的舱壁的Sanhejian地下煤矿的应用是有价值的在中国的舱壁。本例中是一个成功的故事在舱壁的使用来控制高压水流在中国煤矿。gydF4y2Ba

6。结论gydF4y2Ba

基于这些发现在这项研究中,以下的结论:gydF4y2Ba(1)gydF4y2Ba三种类型的水舱壁及其围岩中进行路径识别出来。连接系数的概念,提出了评价水导电通路。连接系数的定量分析水的导电通路的选择提出了具有代表性的指标来评估可用于舱壁的地质和水文地质设计和施工方面的考虑。gydF4y2Ba(2)gydF4y2Ba基于稳态水力梯度的计算在舱壁周围的岩石,一个表达式来计算临界水力梯度启动围岩的渗流。临界水力梯度考虑岩体的渗透性和完整性。关键的比率之间的关系和稳态水力梯度和舱壁的水流速建立基于一个中国的煤矿数量的分析。gydF4y2Ba(3)gydF4y2Ba渗流流量和时间之间的关系和变化之间的水压力和时间的舱壁Sanhejian煤矿进行了分析。发现有一个良好的水压力的变化之间的相关性和泄漏流率,这表明水压力起着决定性的作用在控制舱壁的渗流量。gydF4y2Ba

数据可用性gydF4y2Ba

生成的数据集在当前研究可从相应的作者以合理的要求。gydF4y2Ba

的利益冲突gydF4y2Ba

作者宣称没有利益冲突。gydF4y2Ba

确认gydF4y2Ba

作者要感谢河南的财政支持下的学院和大学重点科研项目批准号21 a410003。gydF4y2Ba