文摘

有许多岩溶陷落柱在南部煤田煤层顶板在中国,这不同于那些在北方煤田煤层地板,由于地层特征。煤层顶板岩溶陷落柱的恢复和开展水和诱发严重突水灾害,当岩溶陷落柱与上覆含水层。为了揭示的输水通道的演化机制崩溃的列在中国西南岩溶矿区含水层和水流入规则在前进煤矿1908工作面进行了分析。此外,崩溃的粒度分布和矿物质成分列由x射线衍射研究了测试和筛选方法,这是研究的基础在岩溶陷落柱突水机制。在此基础上,屋顶的突水陷落柱的影响下挖掘研究通过建立数值计算模型,模拟计算软件。结果表明,水流入1908工作面来自长兴形成含水层和Yulongshan形成煤层上方含水层,和粗颗粒和细颗粒的比例在崩溃列是89.86%和10.14%,分别。与工作面推进的输水通道连接与含水层工作面,或崩溃形成的表面是坑,岩溶洞穴,陷落柱。研究结果可视为一个重要的基础water-preserved矿业在中国南部煤田。

1。介绍

突水灾害是煤矿的重大安全事故。据统计,突水灾害造成的直接经济损失排名第一的各种煤矿事故(1]。更准确地说,陷落柱突水的隐蔽的特点,唐突,大型突水的价值,和高伤害,热点和困难在煤矿突水的disaster-causing机制(2]。之间存在崩溃的地质构造列龙潭的煤炭资源形成和上覆含水层的长兴形成,由于重叠晚二叠纪煤田和中国南方喀斯特地区,尤其是在贵州省为中心,这不同于那些在北方煤田煤层地板(3]。煤层顶板岩溶陷落柱的恢复和开展水采矿过程中工作面和诱发严重突水灾害,岩溶陷落柱与上覆含水层时,构成严重威胁煤矿安全生产(4]。例如,屋顶陷落柱突水灾害的发生在前进煤矿工作面和执行在贵州省煤矿,这大大影响了安全开采(5,6]。因此,研究具有重要意义的输水通道岩溶陷落柱的矿区,为了确保安全开采工作面在中国西南。

国内外学者进行了大量的研究输水通道崩溃的列。王等人。7)进行了变质量渗流实验破碎泥岩考虑粒子迁移,通过使用修改后的变质量破碎岩石渗流实验系统,研究岩溶陷落柱突水机制在不同深度耦合地下水压和压实度。杜et al。8]研究了多孔介质的孔隙度的影响机制,粒子大小的破碎岩体,在水沙和沙侵入灾难,利用自主研发的多孔介质两相水沙流测试系统。吴et al。9)设计了一个实验系统测试破碎岩石的渗流特性条件下的质量损失,研究了溶解对破碎岩石的渗流特性的影响。基于列管道之间的想象力突水和厚壁筒,阴et al。10]广义前者是列管道统一模式和模拟厚壁筒的力学模型。歌等。11]推导出椭圆的标准方程截面厚圆柱崩溃列突水模式下的力学模型,并预测岩溶陷落柱突水,利用复变函数,弹塑性力学和相关理论。李等人。12)进行了物理模拟实验对开采影响激活崩溃列,通过自行设计相似模拟实验系统,观察周围渗流场的变化规律崩溃列和视电阻率。杨et al。13]研究由于岩溶陷落柱突水,被认为是一个耦合的过程,可以与达西公式在承压含水层特征,断裂区边缘主义者方程,n - s方程的隧道。朱et al。14)制定破坏流体力学模型的建立基于弹性损伤理论,通过理解水侵入机制控制的地质结构是至关重要的采取有效措施,防止其发生。姚明et al。(15)提出了一个力学模型对水岩溶陷落柱的爆发涉及固体变形的过程中,水流,粒子侵蚀、迁移和获得的孔隙度的变化,渗流速度,水压力,粒子浓度以及水流入体积随着时间。

上述研究结果集中在陷落柱突水机制在中国北方,那里的水资源是奥陶系石灰岩含水层在煤层地板16,17]。然而,崩溃的水资源列中国西南部Yulongshan和长兴灰岩含水层顶板煤层,这不同于崩溃的突水列在中国北部18]。此外,崩溃的粒度分布和矿物质成分列不深入研究,是依据岩溶陷落柱突水机制(19]。water-preserved矿业在中国西南喀斯特地区尚未研究。因此,崩溃的进化机制的输水通道列中国西南岩溶矿区的研究系统,根据贵州省煤矿1908工作面在前进。研究结果可以被视为一个重要依据突水灾害的预防和治疗在中国南部煤田。

2。审判工作面临的概述

2.1。采矿地质条件

岩溶地貌发育良好的浅近煤矿,位于Meidongchang村,Jinpo乡、Qianxi县,毕节市贵州省,如峰集群,抑郁,溶解桶,岩溶洞穴(20.,21]。9 #煤层开采煤层,厚度是基本稳定,平均厚度1.8米,平均埋深245米。试验工程背景是基于浅近煤矿1908工作面。罢工的1908工作面长度是403米,和切割孔长度是104米,和煤层倾角是8 ~ 14°,和平均倾角是10°。由于煤层倾角是温柔、长壁开采方法是用来开采煤层,崩落法是用来管理屋顶。大气降水主要集中在地下洞穴和地下河流,而地表水资源稀缺(22,23]。列存在崩溃的距离235米从工作面切洞。陷落柱的长轴的长度是32米,和短轴的长度是18米。

2.2。水文地质条件

上面有两个石灰岩含水层存在1908工作面,长兴形成煤层附近的含水层和Yulongshan含水层与煤层形成。Yulongshan形成中部和南部地区的含水层暴露在我的领域,和平均石灰岩厚度为130米。地貌学是多样性,如峰集群,抑郁,溶沟、石芽,和干燥的溶洞。此外,抑郁症是伴随着落水洞,溶解桶,直井。由于地表岩溶裂隙的强劲发展和地下岩溶管道,很容易收集大量的表面沉淀,变成了岩溶裂隙水和层间岩溶管道水。长兴形成含水层暴露在北方矿区,和石灰石的平均厚度是7米。强烈风化露头的石灰岩地区,岩溶裂隙是发达,其中包含丰富的岩溶裂隙水。在1908工作面涌出的水来自长兴形成水和Yulongshan形成含水层,岩溶陷落柱进行激活。根据监测情况1908年浅近工作面煤炭,大量的水流发生在工作面,当工作面2米距离崩溃列。此外,喷出来的水很受大气降水的影响。 The water inflow in working face lags behind the atmospheric precipitation, and the water inflow begins to increase sharply in the rain after about two days.

3所示。粒子分布和陷落柱的矿物组成部分

陷落柱是地质构造组成的细泥质岩石和碎等馅料。崩溃的粒子分布和矿物成分列的基础研究岩溶陷落柱突水机制。x射线衍射(XRD)测试和筛选方法在这篇文章中,进行和粒度分布的影响和矿物质组件崩溃的渗流特征列上。

3.1。崩溃的粒子分布列

崩溃的干颗粒列筛选标准不同孔隙大小和屏幕分成不同组根据标准筛的颗粒大小直径;然后,粒子群体的百分比称重和计算总量。具体来说,具有代表性的干崩溃列重500 g涌入标准屏幕。然后,振动标准屏幕的代表性样本不同的孔隙大小,如图所示1。最后,每个屏幕上粒子剩余的重量重,和崩溃的粒度分布列。

崩溃的粒度分布列是通过标准的筛选试验。这些粒子不能通过最小粗格栅(2毫米)被视为粗颗粒(大于2毫米),而那些通过粗格栅被视为最小微粒(小于2毫米)。试验结果表明,粗颗粒和细颗粒的比例为89.86%和10.14%,分别。此外,20 - 40毫米的颗粒大小占最大的比例(31.91%),其次是10 - 20毫米的颗粒大小(21.08%)。微粒的质量损失陷落柱在渗流加速进化和输水通道在岩溶矿区的形成。

3.2。陷落柱的矿物组成部分

XRD (x射线衍射)获得的衍射图案的x射线衍射晶体(24,25]。崩溃的矿物成分列是由x射线衍射(XRD)测试测量,如图所示2。XRD测试结果表明,伊利石含量68%,石英的含量是17%,黄铁矿含量是11%,和闪锌矿的总含量,方解石,红锌矿,锐钛矿是4%。崩溃列包含一个大比例的粘性矿物质,如伊利石、易于运输和水迁移,导致崩溃的孔隙度扩张列,从而引发的岩溶陷落柱突水灾害。

4所示。数值模拟陷落柱突水的屋顶

4.1。数值计算模型

模拟(通用离散单元代码)是数值计算程序基于离散单元法的理论。建立数值计算模型,参考1908工作面采矿地质条件,如图所示3。数值模型的长度和高度是600米和245米,分别。此外,陷落柱的高度是186米,上边界和下边界的陷落柱是10米、30米,分别。有两个灰岩坑表面和八个岩溶洞穴在石灰岩地层。开采高度和煤层的开采深度2米和240米,分别。

左和右边界的速度边界条件,数值计算模型是固定的水平,底部垂直边界的数值计算模型是固定的。此外,左边界,右边界,和底部边界数值计算模型的设置为不透水边界,而数值计算模型的顶部设置为自由渗透边界。石灰岩含水层上覆地层的水压力为0.25 MPa。采用一步一步挖掘,挖掘长度是400米。材料本构模型More-Coulomb模型和关节库仑本构模型滑动表面接触模型。另外,岩体的物理参数如表所示1关节的渗流力学参数如表所示2。

4.2。结果分析

当1908工作面开采140米,第一权重工作面发生。在覆岩层采动裂隙场的分布特征图所示4,在上覆岩层的最大开放骨折是23.41毫米。骨折在屋顶的工作面都集中在采场的前后两端,裂缝张开度大于5毫米。骨折在地板上分布在0.1 mm - 1毫米,和骨折的压实质量在采空区分布1石mm-5毫米。第一权重工作面陷落柱影响不大。第一权重的初始破碎工作面基本顶,和工作面周期性加权的周期性断裂是基本的屋顶。

当1908工作面开采280米,覆盖的岩层采动裂隙场的分布特征图所示5,在上覆岩层的最大开放骨折是31.46毫米。骨折的工作面是由周期性的屋顶权重在表土,集中在采场的前后两端,裂缝张开度大于5毫米。骨折在地板上分布在0.1 mm - 1毫米,和骨折的压实质量在采空区分布1石mm-5毫米。

输水渠道在覆盖层渗透特性的分析是基于骨折开放大于5毫米,由于骨折开放大于5毫米属于良好的输水渠道。从横向的角度来看,崩溃的断裂开的坑,岩溶洞穴采空区上方增加从0.1 mm - 1毫米到1 mm-5毫米和大于5毫米,崩溃崩溃和列与坑和溶洞围岩mining-inducing骨折。从纵向的角度来看,陷落柱影响的开采工作面,和崩溃的裂缝张开度列靠近工作面增加小于0.1 mm和0.1 mm - 1毫米到1 mm-5毫米和大于5毫米。因此,输水通道连接与工作表面的表面是由崩溃坑,岩溶洞穴,陷落柱。水流的速度图的输水通道,如图6。

当1908工作面开采300米,工作面陷落柱的中心。在覆岩层采动裂隙场的分布特征图所示7,在上覆岩层的最大开放骨折是23.64毫米。骨折在屋顶的工作面都集中在采场的前后两端,和增加骨折开放从小于0.1 mm和0.1 mm - 1毫米到大于5毫米。地板的骨折开放工作面分布在1 mm-5毫米,和地板断裂开采空区的分布在0.1 mm - 1毫米。压实岩体的断裂开在采空区分布1 mm-5毫米和大于5毫米。随着工作面推进的,基本顶断裂的形成的周期性加权减少从大于5毫米到1 mm-5 mm,由于压实效果。

当1908工作面开采320米,列崩溃的背后是工作面。在覆岩层采动裂隙场的分布特征图所示8,在上覆岩层的最大开放骨折是29.46毫米。骨折在屋顶的工作面都集中在采场的前后两端,开发的主要领域的崩溃列。

崩溃的骨折开放在低端列大于5毫米,和骨折的岩溶洞穴在崩溃的右上角列发展到表面,与陷落柱的上端。地板的骨折开放工作面分布在1 mm-5毫米,和地板断裂开采空区的分布在0.1 mm - 1毫米。压实岩体的断裂开在采空区分布1 mm-5毫米和大于5毫米。随着工作面推进的,基本顶断裂的形成的周期性加权减少从大于5毫米到1 mm-5毫米。

5。结论

(1)水流入1908工作面来自长兴形成含水层和Yulongshan形成煤层上方含水层,岩溶陷落柱进行激活。此外,突水数量受大气降水的影响,以及工作面涌水量落后于大气降水;更准确地说,水流入开始急剧增加大约两天后在雨中(2)粗颗粒和细颗粒的比例在崩溃列是89.86%和10.14%,分别。此外,20 - 40毫米的颗粒大小占最大的比例(31.91%),其次是10 - 20毫米的颗粒大小(21.08%)。此外,崩溃列包含大部分粘性矿物质,如伊利石、易于运输和水迁移,引发的岩溶陷落柱突水灾害(3)当工作面陷落柱的中心,最大的断裂为23.64毫米。此外,陷落柱影响采矿工作面,崩溃崩溃和列与坑和溶洞mining-inducing骨折。因此,输水通道在上覆岩层形成,包含在表面塌陷坑、岩溶洞穴、陷落柱、工作面

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作得到了国家自然科学基金(52004082)、河南省自然科学基金(202300410170,202300410170),河南大学的基础研究基金(NSFRF200302 NSFRF180330),河南省博士后研究项目、科技开发项目由河南省煤矿安全生产(HN19-59)。