新疆侏罗系煤层地下“水库”型水害防治实践研究

新疆地区侏罗系含煤地层广泛发育,其水害防治逐渐成为影响煤炭资源勘探开发的关键问题。通过对新疆侏罗系含煤地层赋存特征的总结分析,探讨了煤矿水文地质特点及水害要素,结合火烧区积水和老空区积水防治案例,提出地下“水库”型水害防治方案。研究表明,新疆地区探明矿区主要集中在6个片区,侏罗系煤层开采直接充水含水层主要为顶底板碎屑岩孔裂隙含水层,富水性弱,但在火烧区、老窑和采空区、断层破碎带易形成积水区,造成地下“水库”型水害。通过防治案例发现,采用地面物探和钻探验证确定积水区,利用井上下钻孔疏排的方式可以较好地解决水害威胁,确保煤矿安全生产。

基于PCA和KNN的侏罗系煤层断层预测研究

为提高断层解释精度及效率,以布尔台矿区侏罗系煤层为研究对象,正演模拟与实际资料分析相结合,分析了侏罗系煤层中的断层响应特征,基于机器学习理论研究了侏罗系煤层中的断层预测方法,并在4-2上煤层中进行了应用。研究结果:断层在地震正演剖面上表现出同相轴错断扭曲、能量减弱、属性值突变等特征,1-2煤、2-2煤、4-2上煤的断层响应特征明显,5-2煤的断层响应特征相对较差。对各煤层地震属性做主成分分析,发现前3个主成分的累计贡献率大于80%,可以表征地震属性的大部分有效信息。结合正演模型断层位置和属性主成分信息,利用最邻近算法(KNN)预测断层断点,在模型参数K=9时,预测效果最优。以布尔台矿实测地震数据为输入,预测了4-2煤断层,预测的断层位置在地震剖面上可见清晰反映,验证了基于KNN和PCA的断层预测方法的有效性。研究成果可以较准确地预测侏罗系煤层断层,提高断层解释效率和客观性。

石炭系上组煤层开采与上覆侏罗系煤层开采相互间影响程度分析

对塔山煤矿改扩建投产后,开采石炭系上组煤层时与开采上覆侏罗系煤层矿井间相互影响程度进行了分析,以期对其它煤矿开采起到参考借鉴。

基于矿井瞬变电磁法的侏罗系煤层顶板富水性研究

为保证工作面安全回采,采用矿井瞬变电磁法对内蒙古新上海庙矿区某煤矿侏罗系煤层顶板岩层的富水性进行探测,从干扰校正后的视电阻率分布规律及对应地层的物性条件2个方面对低阻异常区进行地质解释,并利用后期疏放水钻孔对探测结果进行了验证。研究表明:矿井瞬变电磁法可以确定煤层顶板岩层富水异常区位置及分布范围.并定性评价其富水程度、为工作面顶板水防治工作提供有效的科学依据。

深埋侏罗系煤层顶板水害源头防控关键技术

为解决目前蒙陕矿区深部侏罗系矿井采后采场落地水量大、煤水混杂,以及上部煤层距离强含水层较近,无法安全掘进与回采等一系列问题,提出了深埋侏罗系煤层顶板水害源头防控关键技术。应用沉积控水规律,分析了含(隔)水层在平面与剖面的空间展布规律与含水层富水性分布规律,在此基础上,针对煤层厚度变化较大、顶板含(隔)水层交互成层的特征,通过构建含有沉积环境影响指数、砂岩厚度、岩芯采取率、单位涌水量、渗透系数与导水裂隙带发育高度6个指标在内的评价指标体系,提出了符合深部侏罗系矿井水文地质特征的矿井涌(突)水风险分区评价方法,进而根据“断源截流、集中疏排、源头预防、超前治理”的防治水思路,提出了“上行开采低位截流”、“工作面单侧截流”、“工作面双侧截流”与“工作面方向调整截流”4种地下水截流治理模式,最后以蒙陕矿区的门克庆矿井和母杜柴登矿井进行实例分析。应用结果表明:①直罗组一段砂岩含水层主要为河道相沉积,砂体的空间连续性较好,是深部侏罗系矿井的主要充水含水层;②门克庆矿井首采区3 -1 煤顶板涌(突)水危险区主要分布在研究区的南部,呈东西向条带状展布,与实际情况较为吻合;③根据门克庆矿井首采区涌(突)水危险性分布规律,应用了“工作面单侧截流”与“上行开采低位截流”两种治理模式并分析了其在实际工程中的应用效果。深部侏罗系矿井水害防治作为一个复杂的系统工程,以源头防控为重点的系统防治技术体系仍是深部侏罗系矿井水害防治需要重点攻关的研究方向。

侏罗系煤层顶板涌水量动态变化及其形成机制分析

以鄂尔多斯盆地北部的泊江海子煤矿113106工作面为研究点,建立了顶板砂岩含水层的水文地质概念模型和模拟模型,利用井下试验数据对模型进行识别和验证,获得了研究区砂岩含水层水文参数,结合工作面推进过程,按块段预测涌水量。结果发现:由切眼向工作面收作线方向,其涌水量异常增大,综合褶皱、古地貌、沉积相变分析其形成机制,为泊江海子矿下一步一盘区顶板砂岩水科学疏放与防治提供了重要依据。

侏罗系煤层顶板砂岩水疏放后涌水量预测方法及应用

针对我国西北地区侏罗系煤层开采前对顶板砂岩水提前疏放后如何预测涌水量问题,本文采用统计和积分方法,得出含水层提前单孔疏放量,然后从工作面回采过程出发,充分考虑提前疏放量,并给出疏放后回采过程阶段涌水量预测公式,将疏放总量合理地分配到回采阶段中,预测出含水层疏放后回采过程不同阶段涌水量,为矿区涌水量的合理预测提供重要参考依据。

银星一号煤矿侏罗系煤层顶板砂岩水害特征及防治技术

针对宁夏银星一号煤矿存在的侏罗系煤层顶板砂岩水害问题,在梳理矿井地质及水文地质条件的基础上,分析了侏罗系煤层顶板砂岩沉积环境与富水性的直接关系,评价了砂岩含水层的富水性;在研究煤层顶板岩层力学性质、矿物成分、水稳性特征以及导水裂隙发育规律的基础上分析了侏罗系煤层顶板砂岩水害机理及特征;提出了综合运用“探、疏、排、截、监”多种措施;以基础性探查工作为前提,重点运用疏水降压技术进行水害治理的思路。110301工作面水害治理效果表明通过疏水降压治理侏罗系煤层顶板砂岩水害是可行的。

中国北方侏罗系烧变岩露头区白色砂岩特征与成因分析

中国北方烧变岩广泛发育,常见侏罗系煤层于中生代、新生代自燃形成的烧变岩。在烧变岩露头区,白色砂岩常与红色烘烤岩伴生,但国内外对其关注不够,成因不明。本次研究对伊犁、准噶尔、吐哈、鄂尔多斯等盆地周缘烧变岩区野外露头进行了观察,采集白色砂岩样品进行薄片鉴定、扫描电镜及能谱等测试与分析,对白色砂岩岩石学、矿物学特征进行观察和描述,认为中国北方侏罗系白色砂岩常分布在烧变岩的上覆、下伏或侧边位置,颜色多以灰白为主,结构疏松,孔隙发育,碎屑颗粒以石英、长石矿物为主,填隙物主要为高岭石,发育特殊的流体流动所致的孔洞构造;据其与烧变岩的空间相关性,推测白色砂岩的形成与煤层自燃有密切联系,煤层自燃导致高岭石大量生成、有色金属矿物或金属离子含量变化,这是砂岩呈现白色的主要诱因,因此烧变岩区所见白色砂岩为特殊类型的低温烘烤岩,其形成模式有3种:河谷下切型、裂隙下切型和山丘下渗型。

侏罗系特厚煤层综放开采顶板导水裂隙带发育特征研究

以金鸡滩煤矿117综放开采工作面为研究对象,通过光纤监测、采后钻孔冲洗液漏失量观测与拟合计算相结合的方法,研究陕北侏罗系特厚煤层综放开采所诱发顶板覆岩导水裂隙带动态发育规律特征,构建导水裂隙带最大高度预测模型。现场监测显示117工作面综放开采导水裂隙带最大高度220.82~223.75m,平均裂采比20.21,预测模型计算结果与其平均相对误差2.96%。研究结果能够进一步为陕北地区煤矿特厚煤层安全开采防治顶板水害提供科学借鉴。

基于FHH分形理论的隆德煤矿砂岩微观孔隙研究

西部煤炭资源以侏罗纪煤田为主,侏罗系煤系地层普遍受到顶板复合水的影响,因此,顶板砂岩含水层的富水性评价是矿井安全开采的前提。以隆德煤矿为研究对象,通过氮气吸附试验分析了砂岩孔隙结构特征;基于FHH分形模型,分析了分形维数与岩石组成、孔隙结构、埋深等参数的相关性。研究结果表明:隆德煤矿砂岩具有较强的非均质性,分形维数D_(2)>D_(1),表明砂岩内部孔隙结构比表面孔隙复杂;岩石组成成分是主要影响孔隙复杂程度的重要因素,其中黏土矿物与石英是主要影响分形维数的因素;区域内砂岩吸附滞环近似H3和H4型,以狭窄型和平板状裂隙孔为主,孔隙以微-中孔为主;砂岩孔隙具有明显的分阶段分形特征,分形维数与黏土矿物含量、石英、BET比表面积、伊利石含量、水力半径呈正相关关系,与石英、BJH总孔体积呈弱的正相关关系,与造岩矿物含量、钾长石、斜长石、高岭石含量、平均孔径和孔隙度呈负相关关系,与渗透率呈弱的负相关性关系,而与绿泥石含量基本无相关性。

水平定向孔探放煤层顶板砂岩水技术及其应用

提出了水平定向钻进技术探放顶板砂岩水的治理方案,将随钻测量定向钻进与常规回转钻进技术结合,实现了顶板含水层的有效探查和疏放。利用其技术在色连二矿施工了4个探放水孔,实际应用情况表明:水平定向孔技术能够提高钻孔探放水范围和精度,满足矿区煤层顶板探放水的要求。

阜康矿区煤层自燃规律及特征

阜康矿区侏罗系煤层自燃严重,火烧历史悠久。从火烧范围、深度入手,分析研究了自燃特征,总结了该区的自燃规律,对下一步开发及勘探有一定的指导意义。

大同矿区双系煤层开采复杂条件下采动裂隙场演化机理及灾害预警研究

该项目于2020年1月通过了中国煤炭工业协会组织的科技成果鉴定,研究成果为国际领先水平。大同矿区为我国典型的侏罗系煤层和石炭系煤层开采的双系煤层开采矿区,目前,上部侏罗系煤层已经基本开采完毕,正向下部的石炭系煤层开采进行转移。

布尔台煤矿大采高开采转综放开采实践研究

布尔台煤矿42101-1和42102-2大采高综采工作面回采过程中出现了严重的冒顶、片帮等强烈矿压显现,工作面难以安全高效回采。为此,对该矿4-2煤层新回采工作面选用综放开采工艺的可行性进行研究。采用多因素模糊综合评判方法,评判了采深与单轴抗压强度比值、夹矸强度、采放比、煤层节理裂隙间距、夹矸厚度、直接顶岩性和基本顶岩性的冒放性隶属度,得到4-2煤层冒放性综合隶属度为0.82～0.85,煤层具有良好的冒放性。结合工作面顶板结构参数和大采高综采工作面实测矿压参数,可预计4-2煤层综放支架支护强度为1.36～1.39 MPa。综放工作面实际回采表明:工作面矿压显现正常,单产达到52.4～63.1万t,工作面实现了高产高效回采。

鄂尔多斯盆地煤炭基地含水层及其保护研究

鄂尔多斯盆地周边分布着神东、陕北、黄陇和宁东四个大型煤炭基地,煤炭资源丰富,但开采利用程度低,是我国"十二五"期间重点开发的矿区。在系统分析盆地内侏罗系煤层顶板白垩系裂隙含水层和第四系萨拉乌苏组孔隙含水层富水性的基础上,揭示了含水层与煤层的叠置关系;以煤炭开采破坏含水层、煤层与含水层距离、煤层与地表距离、含水层富水性为依据,将含水层破坏模式划分为:破坏顶板萨拉乌苏组含水层亚区、煤层埋藏浅破坏顶板含水层及生态环境亚区、破坏顶板含水层富水性较好亚区、破坏顶板含水层富水性较弱亚区,并对含水层破坏程度进行了分区评价;最后提出了含水层保护措施,为煤炭开采后的防治水工作提供了依据。

采空区上部受采动影响巷道支护技术

大同矿区赋存着上部侏罗系的15号煤层和下部石炭系煤层,下部石炭系煤层开采后,上部侏罗系15号煤层巷道会受到采动影响,发生不同程度的变形破坏的情况,为保证上部侏罗系15号煤层正常回采,对15号煤层受下部采空区影响的巷道,采用锚杆+金属网+W钢带+锚索补强+喷浆联合支护方式,取得良好效果。

伊犁盆地多次波压制方法的研究

伊犁盆地多套煤层的存在,严重阻碍了地震波能量的下传,屏蔽了侏罗系以下地层的有效反射,导致了目的层信噪比很低,能量很弱。更重要的是该地区多次波非常发育,多次波的存在严重影响了地震成像的真实性和可靠性,干扰人们对有效波的识别,同时给后续的速度分析、偏移成像和地质解释带来很大的困难,导致地层分布不清,圈闭落实难度大。围绕伊犁盆地地震资料处理中存在的重点问题,结合以往处理经验,以有效识别和压制多次波为重点,以提高目的层信噪比为核心,以准确落实构造为目标,进行多次波衰减方法的综合研究,消除以上因素对成像的影响,为地质人员的深入研究提供可靠的依据。

大同矿区采空区地表工程地质及建筑防护研究

大同市煤炭资源丰富、开采历史悠久.随着开采时间的推移,以采煤沉陷为主的地质灾害已严重影响矿区人民正常的生产、生活.因此,研究大同矿区煤层开采沉陷机理,可为采煤区地质环境的综合治理和区内经济可持续发展提供科学依据.

多层叠加煤柱覆岩结构特征及对下伏煤层矿压显现影响

大同矿区侏罗系煤层群开采过程中遗留多类大型煤柱,其对下伏石炭系煤层矿压显现具有重要影响。通过比值判别法和极限平衡理论等方法,确定侏罗系地层遗留多层叠加煤柱覆岩可形成"倒梯形孤岛覆岩结构",并建立"倒梯形孤岛覆岩结构"的力学模型,揭示不同尺寸"倒梯形孤岛覆岩结构"对下伏石炭系煤层影响的定量关系。分析表明,当煤柱体宽度在30~120 m范围时,"倒梯形孤岛覆岩结构"使石炭系煤层应力场较原岩应力提高了91%~259%,当叠加煤柱体宽度为80 m时对石炭系煤层影响最大。现场微震监测表明,石炭系煤层8104工作面在通过侏罗系大型重叠煤柱区域时,微震事件密集分布,微震事件能量级别较高(达到10~6 J),理论分析和现场监测具有较好的一致性,研究成果可为石炭系煤层工作面通过侏罗系遗留大型叠加煤柱体时顶板管理、强矿压显现预测与控制等提供理论支持。