采动覆岩裂隙演化的光纤监测耦合性及分带表征

分布式光纤感测作为科学认识采动覆岩动态演变规律的重要工具,其监测数据的准确性主要取决于光纤-岩体的耦合关系。选择神东某矿作为研究对象,将分布式光纤感测技术应用于相似模拟实验,结合光纤-岩体耦合关系,探究采动覆岩垂直分带时空演化特征与光纤应变数据峰值点位置的内在联系。针对以往研究中光纤应变数据容易受光纤-岩体耦合关系影响,从而导致测试结果出现误差的问题,提出用岩体裂隙率表征光纤-岩体耦合关系的新方法。通过光纤-岩体耦合关系试验,得到光纤-岩体应变传递系数与岩体裂隙率之间呈线性函数关系,并采用二值化方法处理模型图像获取各区域裂隙变化量,分区域地计算出采动覆岩直埋光纤的应变传递系数,为进一步探究光纤应变数据峰值与采动覆岩垂直分带特征之间的关系提供了支撑。研究表明:光纤应变峰值点位置能用于关键层下方离层以及覆岩分带表征,利用构建的关键层下方离层及覆岩分带表征模型,结合峰值检测算法,得到关键层的位置分别为44、68、107 cm,以及垮落带、导水裂隙带发育高度分别为35、68 cm,算法识别结果与理论计算数值吻合,符合神东某矿的实际情况。

采动含水层生态功能修复:概念内涵、理论与技术框架

针对我国保水采煤研究现状及煤矿区采损生态修复的技术需求,提出应开展采动含水层生态功能修复研究,并将其纳入绿色开采技术体系中。在充分阐述采动含水层生态功能修复概念与内涵的基础上,构建了以采动含水层失水流动规律及水径流阻隔关键技术为主的理论与技术框架,分析了当前相关研究进展与未来攻关方向。含水层的损伤失水与生态功能退化本质源于采煤引起的岩层运动与裂隙发育,应在充分掌握含水层失水机制与规律的基础上对其开展生态功能修复理论与技术研究。深入揭示含水层失水路径分布与水流动力耗散规律,将失水流量集中分布的采动影响区作为重点修复的靶区,合理运用“边采边修”、“采后再修”等方式实施水流通道封堵与修复。同时,应充分利用采动岩体裂隙自修复机制及其引起的含水层自恢复效应,开展采动含水层生态功能引导修复研究与实践;基于水-气-岩相互作用产生化学沉淀促进导水裂隙自修复的降渗机理,提出了向含水层下方裂隙岩体中灌注可与地下水产生化学沉淀的修复试剂,以诱导沉淀物在裂隙中吸附-固结并封堵通道的含水层生态功能修复技术路径。在此基础上,阐述了利用铁/钙质化学沉淀进行导水裂隙修复降渗的研究现状,提出未来应重点研究形成利于不同类型导水通道高效封堵的化学沉淀诱导生成对策。研究可望为西北部生态脆弱矿区煤炭开采地下水保护与生态修复提供参考。

分区变权顶板突水危险性评价方法改进及实例

为准确合理地评价煤层顶板突水危险性,文章基于地理信息系统(geographic information system,GIS)空间分析技术,结合熵权法对突水分区变权模型进行改进优化。为避免权重确定的主观性与计算复杂性,引入信息熵求取常权向量。为防止“极大”或“极小”值权重超调过大,提高各主控因素综合控制作用与各分区值变权重均衡性,采用保守型分区变权函数对变权模型进行修正。通过直接对主控因素栅格图运算和处理,避免因钻孔插值所造成的构造信息丢失问题。将改进模型与常权模型及仅通过钻孔构建的风险型分区变权模型进行比较,以实际突水点对评价模型进行识别检验。结果表明,改进的分区变权模型评价效果更好、精度更高,对煤矿顶板水害预测与防治具有指导性作用,在口孜东矿取得良好的应用效果。

工程伦理视角下珠海7·15透水事故分析与防范策略

隧道等工程项目发生安全事故会给人民生命和经济带来严重损失,因此,在项目建设全过程都应注重工程伦理问题的防控。通过完善相应的政策法规与监督检查机制、注重相关人员的工程伦理教育并提升工程师的伦理意识、提高责任意识和风险防控意识等措施来实现安全生产与保障工程项目质量。为有效防范此类风险,文中以珠海市兴业快线石景山隧道“7·15”重大透水事故为例,使用工程伦理学的相关工具对事故发生原因进行分析,并提出相应的预防措施。

我国煤层水害基本架构及发展情势

为了解决煤炭资源安全高效开发过程中面临的煤层水害问题,基于近20余年间煤层水害事故的统汇分析,提出了“隐蔽突水致灾因素”萌生、煤层水害“三要素”定型、多要素耦合孕灾、突破临界状态激发灾变和灾变后负效应显现等5个煤层水害的主体构成阶段,依据各阶段独立属性特征,将煤层水害概括为顶板水害、底板水害和老空水害3个主类,以及巨厚基岩含水层高势能涌(淋)水、岩溶陷落柱导升突水、同位水平空间侧向涌水等11个子类,并对不同类型煤层水害的孕灾致灾诱因、发育发展过程机理、灾变显现特征等进行阐述。最后,对我国煤层水害的未来发展情势做了简要展望和分析。

蒙陕深埋煤层首采工作面顶板富水性和涌水量差异研究

针对蒙陕接壤区存在水文地质条件不清、水害问题多发、水资源漏失严重等问题,通过分析区内呼吉尔特矿区4个矿井首采工作面顶板地质水文地质特征、回采过程中涌水量变化及差异性,查清了矿区煤炭开采初期扰动下的水文地质条件,结果表明:四个矿井首采工作面涌水量,均随着工作面回采呈逐渐增加趋势,其中葫芦素和巴彦高勒矿井首采工作面最大涌水量分别为645.0 m^(3)/h和494.0 m^(3)/h,且七里镇砂岩含水层不同区域存在富水性差异,导致涌水量的增加呈台阶式,波动性较大,与该区域七里镇砂岩含水层厚度较薄、富水性较弱的特征一致;门克庆和母杜柴登矿井首采工作面最大涌水量分别为1372.0 m^(3)/h和938.0 m^(3)/h,且七里镇砂岩含水层整体富水性较强、富水性较均一,涌水量的增加呈平稳增加态势,波动性较小,与该区域顶板七里镇砂岩含水层厚度较大、富水性较强的特征一致。

SMOGN过采样下导水裂隙带高度的MPSO-BP预测模型

【目的】导水裂隙带高度是顶板(涌)突水、地下水资源流失的重要影响因素之一,是矿井防治水研究的重点。【方法】为了准确地预测煤层顶板导水裂隙带高度,选取开采深度、采高、煤层倾角、工作面斜长、硬岩岩性比例系数和开采方法作为导水裂隙带高度的主要影响因素,搜集200例导水裂隙带高度实测样本作为模型数据集。首先,采用自适应高斯噪声过采样方法(synthetic minority over-sampling technique for regression with Gaussian noise,SMOGN)对原始数据集进行过采样,结合8折交叉验证,将平均绝对误差(EMA)、均方根误差(ERMS)和决定系数(R2)作为回归模型评价指标,确定最优的BP神经网络结构,然后采用变异粒子群优化算法(mutation particle swarm optimization,MPSO),对神经网络的初始权值和阈值进行优化,最后将优化后的预测模型进行工程现场应用。【结果和结论】结果表明:该数据集下,BP神经网络采用Huber loss和Adam一阶优化算法,训练速度和稳定性均得到提升,最优激活函数为Tanh,最优隐藏层节点数为12。当MPSO种群数量为50时,模型性能最好,经过SMOGN过采样和MPSO超参数优化,最终训练集的EMA为0.163,ERMS为0.216,R2为0.948,验证集的EMA为0.260,ERMS为0.341,R2为0.901。在现场应用中模型预测的相对误差均在9%以下。结果表明结合SMOGN技术和MPSO超参数优化技术,显著提高了模型的稳定性和泛化性能,改善了样本分布特征,提高了样本利用效率和模型预测效果,对导水裂隙带高度模型的训练和预测具有重要的借鉴意义。

帷幕注浆封堵寒武系灰岩导水通道效果定量判识

注浆堵水是煤矿水害防治常用的技术手段之一,而注浆效果定量判识是注浆工程中的关键环节。以平顶山煤田七矿寒武灰岩导水通道帷幕注浆封堵工程为研究对象,遴选注浆量、单位时间注浆量、延米注浆量、终孔压力、终孔层位及岩石力学强度变化为帷幕注浆堵水效果评价的指标体系。采用层次分析法、熵权法、组合赋权法确定指标因子的主观、客观及综合权重,应用模糊可变集模型定量判识了帷幕注浆堵水效果并进行了排序。研究表明,通道治理效果的综合排名为:6号通道最佳,依次是3号、2号、1号、5号和4号通道,所有钻孔和通道的注浆效果均达到合格或以上,总体表现良好。导水通道注浆封堵后,由于七矿与五矿之间水力联系较为紧密,导致两矿的水文情况显著变化。七矿动水补给量和五矿排水量在枯水期合计减少435.74 m^(3)/h,在丰水期合计降低809.98 m^(3)/h,帷幕注浆堵水效果显著。

水峪煤业2号煤层带压开采可行性分析及评价

随着开采深度的增加,煤层底板突水成为影响矿井安全生产的重要地质灾害之一。以水峪煤业2号煤层带压开采为工程背景,对奥灰水地下水流场、富水性及隔水层阻水能力等进行分析,并采用突水系数法对2号煤层突水危险性进行计算,得到底板奥灰水突水系数为0.0102~0.0403 MPa/m,突水系数值均小于0.06 MPa/m,确定突水危险性分区为Ⅰ区,属于带压开采相对安全区。为避免矿井水害的发生,制定了带压开采技术措施,保障了水峪煤业的安全生产。

“L型”疏放水系统构建及其在松散层防治水中的应用

矿井突水在矿井生产中始终是一个安全隐患,特别是对于顶板松散含水层,处理不当可能会发生溃水溃砂事故。为确保研究区薄基岩厚松散含水层下煤层的安全开采,采用疏降或疏干含水层水是一种有效方法,但井下疏放受松散含水层塌孔影响无法顺利实施。以赵家寨矿为例,通过“L型”顶板水疏放系统构建,将上覆新近系松散含水层水由顶板水转化为底板水,从井下巷道排出,解决了薄基岩厚松散含水层下煤层综放开采问题,实现了工作面的安全回采。该技术的成功应用,对类似水文地质条件下的煤层开采具有推广价值。

极端暴雨天气对矿井水文地质条件的影响分析--以梁北矿防治水工作为例

极端暴雨天气不仅给矿井汛期防治水害造成巨大压力,随之引发的区域水文循环过程的改变,也造成暴雨后一段时期内矿井水文地质条件异常,使得煤层开采过程中水害威胁程度远远大于其他灾害,对水害防治工作产生持续影响。以梁北矿防治水工作为例,通过矿井综合精准物探结果、钻孔水文观测记录和数值模拟,初步分析了极端暴雨后对矿井水的耦合影响。首先,矿井水文观测井水位明显升高,且综合矿井地球物理方法探测亦表明矿井煤层底板深中浅不同含水层的富水空间分布更加复杂;其次,地表水经裂隙向下渗透,导致矿井地下水位面升高,鉴于含水层具有较强的非均质性,不同钻孔所揭露的岩溶裂隙空间体存在出水量大小不一、水压大小分布差异较大的情况,矿井水文地质条件愈加复杂;最后,进一步的数值模拟分析表明,极端暴雨后的地表水会补充至矿井含水层,导致矿井底板的水量和水压增加,但随着时间的推移将逐渐趋于新的平衡。

韩咀煤业充水因素分析及涌水量预测研究

对韩咀煤业矿井水文地质条件、矿井充水主控因素进行了分析研究,并对矿井涌水量进行了预测计算。结果表明:韩咀煤业矿区发育有4大含水层和3大隔水层,其中2号主采煤层直接充水水源有二叠系砂岩含水层,间接充水水源有太原组灰岩含水层、奥灰含水层;2号主采煤层导水途径主要有构造导水通道、导水裂隙带、封闭不良的钻孔。选取比拟法和大井法对矿井涌水量进行预测,分析确定矿井正常涌水量为78.5 m^(3)/h、最大涌水量为132 m^(3)/h。

综合物探法在掘进工作面防治水中的应用

为保障巷道掘进过程中的安全性,以山西焦煤霍州煤电洪崖煤业有限公司3-1021运输巷道为研究对象,采用理论分析和现场实测的方法对综合物探法在掘进工作面的应用展开研究。研究结果表明:3-1021巷道在同层隐伏构造及上覆小窑破坏区可能存在水患威胁;以直流电法和瞬变电磁法相结合的综合物探法用于巷道掘进工作面的超前探测,可有效增加掘进工作面超前探测的精度;依据综合物探法的探测结果,3-1021巷道掘进过程中共对4处水害威胁区域进行了钻孔放水作业,保障了巷道掘进工作面的安全。

基于云模型的煤炭矿区隐蔽致灾地质因素评价

为明确矿井隐蔽致灾地质因素,合理制定精准防治措施。以黑龙江省东部四个煤炭矿区为研究对象,构建了以层次分析法、熵权法、云模型三种评价方法融合的煤矿隐蔽致灾地质因素危险性评价模型,计算并分析各因素的综合权重及综合评价云图,评价其危险性等级。结果表明:鸡西、鹤岗、七台河矿区评价结果为Ⅳ级,双鸭山矿区评价结果为Ⅴ级。该研究可为实现煤矿事故提前警戒预防,保障煤矿安全高效生产提供参考。

纳林河二号矿井工作面顶板疏放水方案设计及优化

为了制定纳林河二号矿井工作面疏放水设计方案,保障矿井的安全回采,以3-1上201工作面顶板疏放水工程为例,通过绘制3-1上201工作面水文地质柱状概化图,分析了导水裂隙带发育高度及发育层位,确定了影响工作面安全回采的含水层为延安组三段砂岩含水层。根据物探异常区和“三图法”的富水性分区进行了顶板疏放水方案设计及动态优化,同时基于疏放水钻孔水量、水压变化,开展了疏放水效果评价,验证了基于“三图法”评价的疏放水方案设计的可靠性。

巷道围岩破坏及滞后突水机理研究

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。

浅埋煤层过沟开采覆岩破坏特征及水害防治技术研究

黄土沟壑区溃水水害是浅埋煤层开采的主要灾害之一。安山煤矿煤层埋藏浅、局部沟道所在区域5-2煤层顶板距离地表不足30 m,为了解决黄土沟壑区工作面过沟开采可能遇到的水害问题,通过数值模拟的手段研究了工作面过沟开采时的覆岩破坏特征,提出了研究区过沟开采时冒裂安全性分区标准,并基于分区结果提出了预防工作面过沟开采发生溃水水害事故的防治技术,过沟开采防治技术包括采前筑坝截流引流,采后工作面地表裂缝修复等,并在工作面过沟开采区域成功地进行了防治应用,应用结果表明,防治技术能够有效预防工作面过沟开采溃水水害。研究成果对榆神矿区工作面安全、绿色高效过沟开采具有一定的借鉴意义。

煤矿井下老空水的防治措施分析

近年来,地方政府为贯彻落实“碳达峰与碳中和”国策,加大力度对煤炭资源进行整合,关停了一部分产能低、安全性差的小煤矿。这些废弃的矿洞经过时间的积累,会产生大量老空水,不仅会制约现有煤矿的开发,还会埋下水害隐患。为减少老空水水害事故的发生,必须严格执行煤矿安全生产制度,采取积极有效的防治措施。通过对老空水的认识以及对其形成机理的探讨,列举了两起老空水透水事故,并对事故发生的原因进行了分析,提出了一系列老空水防治技术和预防措施,旨在为保障矿山安全生产贡献力量。

高承压水条件下近断层开采突水模式及煤柱设置

防止断层水破坏最有效的方法是设置防水煤柱。以往煤柱宽度的计算主要采用经验公式,计算结果与实际相差较大。综合考虑矿压和承压水压力建立了“双压”控制下近断层煤层顶底板突水的水力模型,在考虑断层性质、矿压和承压水压力的基础上,提出了1种计算大型正断层采煤防水煤柱宽度的新方法。将研究成果应用于红旗煤矿五指岭支断层防水煤柱宽度计算,并利用FLAC3D软件进行数值模拟,对开采影响下煤柱宽度的计算进行校核。

煤矿井下防治水分析

煤矿井下防治水是煤矿安全生产的重要环节。针对煤矿井下防治水技术进行研究,通过分析煤矿井下水害的成因、特点及对煤矿安全生产的影响,提出了井下水害预测、防治技术、排水系统、监测与预警等有效的防治水措施。