榆横矿区富水煤层井巷开拓期间水害防治技术探讨

为了解决榆横矿区富水煤层井巷开拓期间水害治理难题,借鉴小纪汗、袁大滩、巴拉素等邻近矿井在相同煤系地层中采用地面钻孔疏水、井下超前钻孔降水、煤巷施工疏水等技术解决矿井水害防治问题进行了探索应用,对大海则煤矿以侏罗系中统延安组(J2y)为主富水煤系地层水文地质条件的分析,为大海则矿井以煤层为主含水层防治水技术应用提供了依据,取得了良好的安全经济效益。

承压富水煤层顶底板渗流特性及孔隙结构研究

在山西邓家庄煤矿建设和开采过程中,发现了煤层作为承压裂隙含水层的特殊水文地质现象。为进一步探讨渗透力学性质在承压裂隙含水层中发挥的关键作用,取顶底板岩层岩样进行了岩石全应力-应变渗透试验和孔隙发育结构试验。结果表明,该煤矿煤层为承压裂隙型含水层,煤层裂隙承压水与顶底板总应力-应变渗透率及孔隙结构发育特征密切相关;离煤层越近,地层的水密性和塑性就越强,变形过程中地层的抗破坏能力也就越强,形成宏观导水裂隙的应变就越大;对于未发育裂隙,距离煤层30m以内的顶底板地层有效孔隙度小于2%,特别是距离煤层20 m以内的地层有效孔隙度小于1%,说明该地层具有较好的抗水性。

富水煤层巷道顶板失稳机理与围岩控制技术

为了研究煤层巷道粉砂质泥岩直接顶受基本顶裂隙水侵蚀后,巷道掘进过程中易于发生冒顶事故的原因,通过现场调研、取样、实验室试验和理论分析相结合的综合研究手段揭示出富水煤层巷道顶板失稳的机理在于:巷道开挖后产生的顶板裂隙形成了直接顶与基本顶含水层之间连通的通道,使得微结构裂隙发育和含有较高的亲水性矿物粉砂质泥岩吸水,其吸水后产生了较高的膨胀应力,并在三向受力状态下发生崩解、破坏,锚杆承载基础弱化和较高的膨胀应力引起了煤层巷道顶板失稳。同时针对富水煤层巷道顶板失稳机理,提出了通过减少顶板水运动对围岩的破坏、优化巷道断面和高预应力来实现该类巷道顶板的稳定。工程实践表明,采用半圆拱巷道、合理布置疏水孔以及高预应力锚带网索组合支护体系可确保对该类巷道顶板的有效控制。

富水煤层巷道掘进探放水技术应用研究

陕北地区矿井煤层内大量出水较为罕见,榆横矿区袁大滩煤矿在2号煤层巷道掘进过程中,发生了大量煤层出水。根据矿井及巷道水文地质条件分析,确定主要充水水源为2号煤层的煤层水,充水通道为巷道掘进的塑性区和煤层内原生裂隙;结合现场实际和施工设备等因素,提出了"长短结合、长钻探查、短钻疏放,保证安全"的探放水思想,对该水害进行探放水工程设计;依据科学的技术与研究,保障了矿井的安全生产,同时也为未来矿井防治水工作提供一定的数据支撑和理论基础。

穿越富水煤层段井巷防治水技术研究

为解决陕北侏罗纪煤田内个别矿井受到的严重煤层水害问题,以榆横北区巴拉素井田为例,对其井巷工程穿越富水煤层段防治水技术进行研究。巴拉素井田2号煤层裂隙发育、沟通联系密切,局部存在高压强富水地段,通过井上下联合的钻探、注浆工程对其巷道通过富水煤层段进行水害超前防治。具体主要采用钻孔探查、帷幕注浆、水化学测试、理论分析、孔中窥视、揭露验证等方法,探究了该类水害条件下的矿井防治水技术。结果表明:井下局部煤层水压可达3.81 MPa,单孔最大涌水量198 m^(3)/h;通过钻孔高压注浆形成局部阻水帷幕,单孔起压至约10 MPa可完成煤层水封堵;治理后的钻孔出水pH值在12.20~12.58,平均约12.32,呈强碱性,水质类型大多为OH·SO_(4)-Ca·Na型,证明其注浆材料已充分进入煤层裂隙中;各钻孔之间存在水力联系,结合一次注浆、二次扫孔后的地面注浆压力、钻孔水量水压等数据变化情况,分析判断其封堵效果良好,计算总水量衰减约97.5%以上;通过钻孔窥视进行直接观察,发现注浆治理后的煤岩层段裂隙基本不再出水;根据施工验证钻孔发现注浆改造区域钻孔涌水量不足1 m^(3)/h,巷道实际揭露时的掘进涌水量为1.2 m^(3)/h,最终实现了掘进巷道通过富水煤层段的煤层水害有效防治。本次研究针对陕北侏罗纪煤田榆横北区的煤层水害隐患,提出了“钻孔探查、地面制浆、井下注浆、测试分析、窥视验证”的综合防治水技术,确保了矿井巷道通过2号富水煤层段的安全掘进,为区内条件类似矿井的煤层水害防治工作提供了实际借鉴依据。

榆横北区富水煤层巷道掘进防治水技术

为解决榆横北区富水煤层巷道掘进过程中的2号煤层水患问题,以巴拉素煤矿为例,结合以往采掘经验,首先进行岩巷内超前钻探工程(短钻+长钻)、水化学分析,而后提出针对于本区特殊的煤层水害巷道掘进的疏放水探查思路。结果表明:前期对2号煤层的钻探工程疏放水效果显著,各钻孔水量、水压衰减明显,说明2号煤层水体补给条件差,总体属于静态水赋存状态。经水质全分析测试发现:2号煤层水的水质类型基本为SO4-Na·(Ca)型水,p H值在7.63~8.04之间,总矿化度在5 820.88~6 202.99 mg/L之间,认为其水体径流、排泄条件有限,长期处于封闭状态,有利于疏放水工作的开展。由此,提出适用于本区2号煤层掘进巷道的疏放水探查思路,具体包括"双层漏斗式"、"超前掩护式"、"下煤引流式"及"双侧羽状式"等钻探技术方案。

巴拉素井田富水煤层岩巷揭煤防治水工程技术初探

煤层多为致密沉积物,一般视其为隔水层,近年来,我国陕北侏罗纪煤田榆横北区内发现的富水煤层问题较为突出。为解除榆横北区富水煤层岩巷上山掘进揭露2号煤层的水害隐患,以巴拉素煤矿为例,采用"物探先行、钻探后进"的原则,结合动态监测、水化学分析、钻孔窥视等多种综合手段,在岩层巷道掘进过程中,确保揭露煤层的安全。结果表明:通过物探工程发现了巷道掘进前方2号煤层存在富水异常区,钻探工程疏放水效果显著,应用水化学分析确定了煤层水质类型为SO_(4)^(2-)-Na·(Ca)型水、总矿化度在6 000mg/L左右,结合孔内窥视,发现煤层内部的裂隙发育、水体联通,由此认为本区内2号煤层水体具有赋存范围大、补给条件差、水力联系好、静储量为主的特点,其长期处于封闭状态,有利于矿井疏放水工作的高效开展。结合本次安全揭煤经验,以期为矿井巷道掘进揭煤提供借鉴和思路。

巴拉素煤矿2号富水煤层水理性质分析

陕北侏罗纪煤田榆横北区的巴拉素煤矿2号煤层水害严重威胁矿井安全。以区内巴拉素煤矿2号富水煤层为研究对象,阐明了2号煤层水的赋存、运移形式。结合其他非富水煤层,即巴拉素煤矿3号煤层、大海则煤矿2号煤层,利用采样实验、数据分析等方法,通过对比研究水理性质,总结了各煤层的容水度、透水性、给水度和持水度特征。研究结果表明,巴拉素煤矿2号煤层水赋存于煤层内部发育的孔隙、裂隙中,随煤层起伏变化由高向低流动运移,并趋于稳定状态;在外部因素影响作用下,大量煤层水瞬间涌出。对比各煤层水理性质的主要参数,巴拉素煤矿2号煤层容水度比其他煤层大30%~50%,渗透系数是其他煤层的近2倍,给水度比其他煤层大30%~40%,而持水度小40%~60%。由此认为,巴拉素煤矿2号煤层具有良好的内部空间和通道,有利于地下水的存储和运移,且其煤层内部结合水含量少、重力水含量多,更有利于水体的释放流出,而其他煤层则不具备该条件。研究成果可为区内2号煤层富水机理研究提供理论依据。

榆横北区富水煤层掘进超前疏放水效果分析

煤层富水现象极为罕见,而近年来,在我国陕北侏罗纪煤田榆横北区内发现的富水煤层水害问题较为突出。为解除榆横北区岩巷上山掘进揭露2号煤层的水害隐患,以巴拉素煤矿为例,采取定向长钻和普通短钻结合的方式进行煤层富水体超前探查,并分析其钻孔疏放水效果。结果表明,区内2号煤层水体具有局部富水性强、层内连通性好、补给条件较差、以静储量为主的特点;本次钻孔疏放水效果良好,验证了“长孔外部隔离拦截、短孔内部加强疏放”这一疏放水思路的正确性。结合矿井实际,做好拦水坝、临时水仓、拦截网,并制定相关专项应急措施,可以为后期矿井巷道掘进揭煤期间的防治水工作提供保障。

立井井筒过富水煤层段防治水安全技术实践

煤层富水现象在煤炭开采史中极为罕见,但近年来,在陕北侏罗纪煤田榆横北区内发现的富水煤层水害问题则较为突出。为解决巴拉素煤矿矿井基建阶段立井井筒穿越2号富水煤层时的水害隐患,采用钻探、注浆等手段开展了超前探疏放水、帷幕注浆等工程实践。实践结果表明,区内2号煤层局部富水性强,裂隙发育、可注性较好;顶板砂岩含水层水以孔隙水为主,可注性较差。通过钻孔疏放,对富水区域水体的水压进行疏降,再以注浆工程形成帷幕墙,可确保井筒掘进安全,该防治水安全技术及工程实践可为后期矿井相关水文地质工作提供借鉴。

深部特厚顶板富水煤层综放采高分析与安全开采技术

针对陕西永陇矿区崔木煤矿21301首采工作面开采期间发生的12次涌水、多次大面积来压、瓦斯积聚等事故灾害,在研究工作面顶板结构、水文地质条件、工作面和顶板来压及涌水量的基础上,计算了一次采全高、分层综放割煤高度、放煤高度及导水裂隙带高度,分析了含(隔)水层与导水裂隙带的关系,得到了综放开采的安全开采上限,提出了崔木煤矿综放工作面初采、末采及顶板富水等危险区域条件下安全开采技术措施,对于预防工作面重大灾害起重要的指导作用。

底板富水煤层瓦斯压力测定技术实践

为解决底板富水煤层瓦斯压力难以准确测定的问题,提出了煤层瓦斯压力精准测定方法,通过合理封闭围岩裂隙,消除围岩水的影响,并与常规测压孔进行对比验证,实现了底板富水煤层瓦斯压力的精准测定。应用该方法在宝雨山矿1702工作面进行了煤层瓦斯压力测定,高效、准确、经济地获得了该区域的煤层瓦斯压力数据。研究表明,底板富水煤层瓦斯压力精准测定方法能有效封闭围岩裂隙,消除围岩水的影响,为瓦斯压力的精准测定提供了保证。

榆横北区巴拉素井田富水煤层微观特征研究

陕北侏罗纪煤田内的煤层富水问题较为特殊,严重影响着矿井安全生产。针对榆横北区巴拉素煤矿2号富水煤层微观结构特征,开展了孔渗分析、扫描电镜、核磁共振、CT扫描等实验研究,对比其他富水煤层,发现了2号富水煤层的微观特性。结果表明:巴拉素井田2号煤孔隙度相对最高,在30.16%~31.93%之间,平均约30.89%;除了各煤层普遍存在的生物孔和摩擦孔,2号煤层内还发育有表征活跃地下水活动的溶蚀孔,同时微裂隙的类型、数量也相对较多,其内部孔隙中可自由活动的重力水含量最高(高约10%以上);结合水为其他煤层内部水体主要赋存形式,相同孔径的孔隙占比中,巴拉素2号煤层仍最具有最大优势(16%);相对于同井田3号煤层和相邻大海则井田2号煤层,巴拉素井田2号煤层具有较好的微观孔隙数量和空间,由此也反映出2号煤层具备存储和运移地下水的优势介质条件。

榆横北区巴拉素井田富水煤层特征

以陕北侏罗纪煤田榆横北区内巴拉素煤矿2号富水煤层为主要研究对象,对煤层的基本特征和裂隙特征进行研究;结合现场实测、室内实验、理论计算等方法手段,对煤层无机矿物组成、物理力学性质、煤体结构判别、煤体裂隙主要参数进行分析,研究2号富水煤层的主要特征。结果表明:相比其他非富水煤层,巴拉素井田2号富水煤层内的碳酸盐矿物和黏土矿物含量较低,煤体裂隙不易被充填堵塞;其煤层内的黄铁矿呈脉状、长条状分布,该赋存状态为流体沉淀的产物,反映了2号煤层内流体活跃的径流情况;2号富水煤层的抗压强度和弹性模量相对最小,在原始地应力的作用下更易产生塑性破坏,形成裂隙裂缝;该煤层煤体结构在部分区域呈碎裂结构煤;2号富水煤层一定程度上受区内小型构造影响,煤层裂隙的主要参数值远大于其它煤层,煤层裂隙平均密度为11.48条/m,煤体体积裂隙数为4.01条/m3,煤体完整性系数为0.72,煤层剖面裂隙率平均约3.12%;巴拉素井田2号煤层具备存储和运移地下水的优势介质条件。

榆横北区富水煤层与上覆含水层的水力联系

煤层水害作为一类特殊问题在陕北侏罗纪煤田榆横北区内屡有发生。以区内巴拉素煤矿2号煤层水为主要研究对象,对煤层水的补给来源和形成条件进行研究,结合现场采样、室内测试、理论分析、远程监测等方法手段,具体开展了各类水体的离子组成特征、矿化度特征、氢氧同位素特征、离子组合参数特征研究,并通过煤岩接触关系、抽水试验及水文监测成果分析,发现了研究区2号富水煤层与其上覆含水层的水力联系。结果表明:研究区地下水系统主要以侏罗系安定组为界,将浅部的第四系、白垩系洛河组含水层水与深部的侏罗系直罗组及含水层水分为两类。其中,2号煤层水与其上覆直罗组、延安组含水层水联系紧密,其水质类型均为Na_(2)SO_(4)型。结合顶板砂岩与2号煤层的赋存形式、煤层水疏放与顶板直罗组含水层水位变化情况等关联分析,认为巴拉素井田2号煤层水主要源于上覆侏罗系直罗组、延安组砂岩裂隙含水层水的垂向下渗补给。研究成果可为区内煤层富水机理和赋存规律研究提供理论参考。

巴拉素井田富水煤层顶底板矿物岩石特征研究

陕北侏罗纪煤田内的煤层富水问题较为特殊,严重影响着矿井安全生产。针对榆横北区巴拉素煤矿2号富水煤层顶底板围岩的矿物岩石特征开展了X射线衍射、薄片分析、扫描电镜等实验研究。结合对比其他非富水煤层顶底板围岩实验结果,发现了巴拉素煤矿2号富水煤层顶底板围岩矿物岩石特征的特殊性。结果表明:富水煤层的岩性及矿物组分具有异同性。巴拉素煤矿、大海则煤矿的2号煤层顶板直罗组和延安组砂岩以长石砂岩、长石岩屑砂岩及岩屑长石砂岩为主,矿物成分主要为石英、长石、黏土矿物。但从煤层顶底板岩矿赋存情况来看,巴拉素煤矿2号煤层顶板含水岩层内的黏土矿物相对赋存含量较低,相对不易形成堵塞岩层孔隙的胶结体。由黄铁矿赋存状态可分析得出在原始沉积环境中,巴拉素井田范围的地下水流动性及富水性较好。同时,从矿物接触特征分析发现,延安组砂岩较直罗组而言,富水性相对较差,且煤层底板岩层有压实的痕迹,不利于孔隙水的继续下渗。由此导致的富水性差异较为明显,通过对比相邻大海则井田2号煤层顶底板围岩实验结果,巴拉素井田2号煤层的围岩可能为充水提供了环境条件和补给能力,并揭示了大海则井田2号煤层非富水的围岩环境特征。该研究思路、方法及成果可为榆横北区内富水煤层形成机理和展布规律研究提供基础依据和理论参考。

小纪汗煤矿富水煤层超前疏降水防治水害实践

煤层为含水层的特殊覆岩水文地质结构系统使得小纪汗煤矿突水问题异常严重,含水层裂隙联通性弱使得疏排水效果很差,对掘进和支护造成严重影响,经过不断研究探索,采用地面钻孔抽排、井下钻孔超前降水、强行揭煤掘进疏水相结合形成的动态治水方案,提高矿井排水能力,规划排水路线,加强涌水的处理使用,形成了一套完整的"抽、疏、排、用"矿井涌水处理系统,在防治水方面取得重大突破,保证了工作面掘进与支护的安全。

铁喇矿区大倾角富水煤层巷道锚网索支护技术研究

针对铁喇矿区昊源煤矿B9煤层富含水、倾角大、煤质硬、顶底板稳定性较差的赋存特征,分析了高强预应力锚杆支护技术特点及优势,并在904运输平巷开展了锚网索支护工程实践,设计了详细支护方案、参数及相关施工要求,现场矿压观测结果表明菱形巷道掘进影响范围约为25 m,表现出"顶板下沉量>高帮移近量>底鼓量>低帮移近量"的变形特点,最大断面收缩率约为1 3%,为西部矿区同类巷道实施高强预应力锚杆支护提供了借鉴。

基于水害防治的富水煤层机械化施工工艺优化

为解决袁大滩煤矿建井期间富水煤层巷道综合机械化快速施工的难题,以11201工作面回风巷为例,对主要大巷及顺槽机械化施工工艺从探水施工、排水系统、综掘施工、巷道支护工艺以及装载与运输等方面进行优化,解决了高承压水条件下水害防治与煤巷快速施工齐头并进的难题,积累了以煤层为主含水层的防治水及施工技术经验,为承压含水煤层安全高效施工提供了新思路。

巴拉素井田煤层富水性分区及水量预测

针对陕北侏罗纪煤田榆横北区内巴拉素煤矿2号煤层水的特殊赋存运移形式,通过理论分析、计算预测、模拟实验等方法,对其水资源量、富水性分区及矿井涌水量进行研究,探索了研究区内2号煤层水特征;根据影响富水煤层的煤层厚度、煤心采取率、煤层孔隙度、煤层顶板含水层厚度及底板隔水层厚度5项主控指标,结合ArcGIS软件和层次分析法(AHP)对研究区2号煤层进行富水性预测分区,并对不同工况条件的井下掘进(含井筒、巷道)、回采工作面涌水量进行预测。结果表明:估算的研究区2号煤层水静储量约0.665亿m^(3),动态补给水量约362m^(3)/h,煤层水整体呈衰减趋势;2号煤层富水性分为相对强、较强、中等、较弱和弱5类富水区。