带压开采工作面综合勘探技术和施工治理的应用研究——以内蒙古不连沟煤矿F6226工作面为例

不连沟煤矿位于准格尔煤田的北部。由于F6226工作面的部分煤层在奥灰水水头以下,需要进行带压开采,必须对潜在的顶板砂岩裂隙水和底板奥陶系灰岩岩溶裂隙水导水构造进行采前探查,并对导水构造实施治理。在探查工作中,利用瞬变电磁法在工作面顶板发现2处低阻异常,均为断裂影响形成岩石破碎,相对富水;经钻孔验证均未出水,预测在回采作业中只会产生局部淋水,不会出现大规模涌(突)水。音频电透视探测发现煤层底板中有4处低阻异常,槽波地震探测共探查出13条断裂和1处地质异常;对异常验证的25个钻孔注浆处理后,最大出水量为0.3 m^(3)/h,并未见到岩层的错乱等异常现象。评价认为,基本可以排除F6226工作面范围内煤层顶板砂岩水和底板奥灰水涌(突)水的可能性。

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。

新景矿带压开采技术研究

新景矿的煤层都具有良好的隔水层,但是在开采时仍有突水的可能性。因此,为了保证开采的安全性,需要对新景矿的地下水带压开采进行评价。在带压开采评价时,采用了五图-双系数法,双系数的取值均为0.06 MPa/m。研究结果表明,3^(#)、8^(#)、9^(#)、15^(#)煤层带压开采时,在井田内双系数均小于0.06 MPa/m,正常情况下,发生突水的可能性极小。可以为煤矿带压开采提供一定的参考。

西上庄3^(#)煤层奥灰水带压开采技术的探究

西上庄煤矿在分析3#煤层的带压开采的可行性的基础上,研究总结了巷道掘进奥灰水防治技术和采煤工作面奥灰水防治技术的实施要点,并针对3#煤层奥灰水提出了动态观测、水质分析数据库及水害模型的建议,保障了3#煤层的安全高效回采。

高庄井田煤与含水灰岩交互沉积带压开采探讨

鲁西南地区下组煤开采一直受石炭系和奥陶系灰岩含水层影响。16煤层是该地区高庄井田石炭-二叠纪月门沟群太原组(C_(2)P_(1)t)地层的主要可采煤层,与十_下灰等多个灰岩含水交互沉积。依据现有钻孔抽水资料分析灰岩含水层的富水性、水位等关键参数;根据隔水层的岩性组合、岩石的力学性质、岩层厚度等特征,评价其隔水性能;通过计算16煤开采的突水系数,划定带压开采条件下的16煤安全开采区域,并对具有一定灰岩水威胁的区域进行分析评价。本研究揭示了在煤层与灰岩含水层交互沉积情况下,煤层开拓、开采前对灰岩水分析研究与评价的思路和方法。

带压开采工作面构造导水性微震监测研究

为研究带压开采工作面回采期间构造及隐伏构造是否会出现沟通深部含水层的现象,以赵固一矿为研究对象,采用矿井水害微震监测技术,对16091工作面回采阶段进行监测预警,捕捉到工作面过构造期间,近煤层破碎加剧但深部事件数量及所占比例未增大,反映底板裂隙未出现向下进一步发育趋势。同时对断层参数与事件最大发育深度进行相关性分析,研究断层导水性影响因素。结果显示,该工作面回采未引发构造导水性增强,断层落差比倾角对断层沟通深部流场的影响程度更大。

麻家梁矿带压开采安全评价

为评价麻家梁矿煤层受奥陶系岩溶水的影响程度,结合充水含水层充水条件、充水途径,在分析该矿地质和水文地质条件的基础上,介绍了煤层底板含隔水层特征,对底板扰动破坏深度、有效隔水层厚度及可能导水通道进行分析,采用标高比对法、突水系数法、斯氏公式法3种不同方法对主采煤层带压开采情况进行突水危险性评价,对开采煤层底板带压开采安全性进行综合评价,对煤层进行合理分区,提出了奥灰突水判识方法,为矿井防治水工作提供技术指导,确保矿井安全生产。

煤层带压开采的实践与分析

奥灰水的对煤矿得到安全生产由极大的影响,根据对老窑沟矿煤层带压情况的安全论证,提出了“综合防治,带压开采”的技术方案。根据断层煤柱留设后可布置工作面长度,2#煤20203工作面为最长145 m;5#煤最长120 m,并对矿井排水能力进行了验证,进一步确定了带压开采的可行性。

两渡矿21018工作面带压开采水文地质条件探查及安全评价

针对21018工作面带压开采问题,在结合采面以往水文地质资料及钻探资料的基础上,提出使用五图双系数法对采面回采期间底板突水危险性进行评价。综合评价认为,在对21018工作面内地质构造进行注浆加固,采面带压区“带压系数”、“突水系数”均小于0.1 MPa/m,工作面带压区均为带压开采相对安全区,正常条件下工作面回采是安全的。

煤层带压开采水害防治分析及措施

随着矿井开采深度的不断增加,煤层所承受底板含水层的水压越来越大,严重威胁着矿井安全生产和职工生命安全。郑州矿区一1煤层均为带压开采,煤层底板为奥陶系灰岩强岩溶含水层,水压较大,水害威胁较为严重,经常发生突水事故,给矿井带来严重的危害,损失巨大。为有效地防治水害事故的发生,对郑州矿区金龙煤矿一1煤层带压开采的水文地质条件进行深入研究分析,制定了合理的防治对策和措施,并对12141工作面一1煤层带压开采水害进行了综合性治理,取得了良好的效果。

带压开采工作面导水陷落柱综合勘察治理技术

为避免矿井在回采过程中遇陷落柱突水而导致的安全事故,保证工作面安全回采,在马道头煤业8106回采工作面通过陷落柱前进行勘察治理。根据物探结果,在5106顺槽切眼前方1 080~1 140 m范围内存在富水异常区;根据物探及钻探结果,施工加固治理钻孔37个,水泥注浆量63.84 t。治理后物探结果与治理前区域进行对比,未发现明显异常区。

山西省吕梁王家庄煤业带压开采条件及评价

基于山西省吕梁王家庄煤业的水文地质资料,对矿山水文地质进行了梳理,分析充水水源,计算矿山开采造成的裂隙带发育深度,并进行了带压开采安全性分析。结果显示:充水水源主要分为主采煤层上覆碎屑岩裂隙水及下伏奥灰承压水;10号煤底板裂隙延伸厚度均控制在14.04~15.80m之间,远小于隔水层厚度;采用突水系数结合地质构造条件对研究区进行分区,可划分为带压开采相对安全区和无压区;预测6号煤疏降水量为159.10 m^(3)/h,10号煤疏降水量为224.49 m^(3)/h。

承压水上方煤层带压开采底板破坏规律与风险分析

宏岩煤矿开采过程中存在底板承压水害威胁,为判断采动过程中底板的破坏深度,采用理论计算、数值模拟、现场测试等方法进行综合分析。结果表明:煤层底板的破坏深度为9~9.06 m.底板塑性区表现出周期性的张拉破坏—重新压实—张拉破坏形式,底板的突水系数为0.098 MPa/m,满足安全开采的需求,但由于与临界安全值较为接近,需要加强底板防治水工作。

麦地掌煤矿带压开采条件下底板应力演化规律

为解决麦地掌煤矿采空区涌水问题,保障矿井的带压开采安全,采用数值模拟方法分析了麦地掌煤矿带压开采条件下底板应力演化规律与渗透率比演化规律,并对底板隔水层开展了注浆改性工业试验。结果表明:工作面推进过程中,开切眼与工作面位于覆岩应力拱的拱脚位置,应力集中程度逐渐增加,采空区卸压区由采空区中部逐渐分化到近工作面拱脚一侧与近开切眼拱脚一侧,卸压范围逐渐扩大。工作面底板承受了连续性与周期性的“应力集中—应力卸压”循环扰动影响,为底板含水层创造导水通道与导升条件。底板渗透率具有“增大—降低—恢复”的演化规律,总体上可将底板的渗透率划分为降低区、恢复区、增高区。实施注浆改性技术后,采空区涌水量由145~105 m^(3)/h降低至42 m^(3)/h,表明底板注浆技术有效地增加了底板隔水层的阻隔水能力。

邢东矿深部带压开采导水裂隙带微震监测及突水机制分析

针对邢东矿2222工作面深部带压开采接近临界值且局部受隐伏断层等构造影响,可能出现底板突水的问题,采用ESG微震监测系统实时监测导水裂隙带形成过程,并利用研发的CMMA-3D微震分析系统获得了2222工作面底板导水裂隙带的空间位置,为针对性注浆治理和安全开采提供了重要指导。基于断裂力学分析了隐伏断层活化突水机制,推导出隐伏断层扩展长度计算公式。获得了不同类型隐伏断层(正断层和逆断层)的扩展规律:正断层扩展长度(35)l与承压水压力p和侧压系数?均呈正相关;逆断层扩展长度?l随承压水压力p的增加呈现出先减后增的变化趋势。底板导水裂隙带渗透性随采空区垮落岩体压实度的增加而降低,阐明了2222工作面突水量后期逐渐减小的原因。

带压开采底板变形破坏规律的三维相似模拟研究

提出了围岩应力场及渗流场耦合作用的相似理论,研制了部分典型材料的固–流耦合相似配比,研制了三维固–流耦合相似模拟试验台,完善配套了加载系统、测试系统、开采系统和渗流场的模拟与测试系统。采用大型三维固–流耦合模拟试验台对太原市东山煤矿一采区带压开采进行了模拟,得出了一系列的规律及结论。重点讨论了煤层底板的应力、位移随工作面开采的变化规律;得出煤层底板的应力、位移一直处于动态变化过程,分析了其变化的频度与幅度及其原因,为带压开采突水防治提供理论依据。

深部带压开采:传承与创新

回顾了带压开采的传承与创新发展历程。阐述带压开采的概念及充要条件,以带压开采的内涵为基础,定义侵蚀基准面为浅部和深部带压开采的分界线(面),明确承压水上采煤为带压开采,而含水层“下”采煤不属于带压开采范畴,纠正《煤矿安全规程》中有关“顶、底板带压”的不妥表述。梳理了直接为带压开采服务的理论和技术,探(探查)、治(防治)、保(保障)3项技术,机理(致灾机理)、评价(危险性评价)、预测(灾变预测)3项理论,即构成带压开采理论技术体系;华北煤田奥陶系岩溶随深度增加发育减弱,由此推断,空间上深部岩溶径流带多形成在古岩溶系统中,而现代岩溶径流带则发育于现代岩溶中。深部隔水层损伤裂隙增多,为采后承压水导升奠定物质基础。总结对比了浅部和深部底板岩溶水害特征,阐明深部奥陶纪灰岩(简称奥灰)水突水机理,沿裂隙渗透、扩容、压裂,薄层灰岩中转,不断向上导升,形成大面积散流突水。从理论上说明突水系数已不适用隔水层厚度超出80 m的情形,提出厚、巨厚隔水层带压开采评价方法:p 0>3σ_(3)-σ_(1)-p_(p)+σ_(T);依据隔水层厚度、底板破坏带、奥灰导升带、突水系数等因素将底板类型划分为5类隔水层,提出相应5级带压开采条件以及5种治理模式;针对深部带压开采复杂条件,倡导应用“全时空”水害综合防治思想理念及技术。面向未来,地质体+水流的本构模型仍是学术界需攻克的最大难题,现实的“卡脖子”难题,如深部岩溶发育规律、精细探查技术、水害机理及评价预测、综合治理技术等,是实现安全带压开采的关键。

带压开采顶板破坏规律的三维相似模拟研究

运用大型三维固-流耦合模拟实验台,对太原市东山煤矿一采区带压开采进行了三维模拟,分析了煤层顶板应力-位移的变化规律,解释了煤层顶板垮落的一系列现象,总结了顶板活动的影响因素,为采掘活动引起地表移动的研究提供理论参考。

带压开采煤层底板破坏深度理论分析及数值模拟——以陕西澄合矿区董家河煤矿5号煤层为例

随着煤矿开采深度的不断增加,带压开采已经成为深部矿井普遍应用的一种采煤方法,而带压水上采煤的关键问题之一是确定采动引起的底板破坏深度。针对董家河煤矿5号煤层开采引起的底板采动破坏深度开展相关研究,以该矿的507综采工作面开采为工程背景,采用理论分析和数值模拟相结合的办法,动态再现了整个底板岩层渐进破坏过程,并得出底板岩层的最大破坏深度为10-11 m,该结果与现场实测结果一致;同时给出了该矿底板岩层破坏深度与工作面斜长和埋深关系的经验公式。该结论为董家河煤矿带压开采工作面煤层底板突水预测与防治提供了科学依据。

不同条件下带压开采煤层底板破坏深度研究

为了预防工作面底板突水,保证矿井的安全生产,以梁北煤矿11141工作面为工程背景,采用数值模拟研究了带压开采工作面推进距离、埋深、煤层厚度、断层及断层位置等不同条件对底板破坏深度的影响。研究结果表明,工作面推进距离越大底板破坏深度越大,但推进至60m后,底板破坏深度保持不变趋于稳定;埋深越大底板破坏深度越大,400m埋深增加到800m埋深,每增加200m埋深,增大速度由50%降至12.25%,增大速度逐渐减小;煤层厚度越大,底板的破坏范围越大,对底板的破坏深度无影响;存在断层则底板破坏深度越大,底板最大破坏深度增加18.2%,断层位于初次来压影响范围内比位于周期来压影响范围内对底板破坏深度的影响要剧烈。