煤矿防治水“三区”划分方法及其水害防治意义

为系统性认识矿井各类水害问题,规范化管理矿井防治水工作,国家矿山安全监察局于2022年6月将针对老空水防治的“三区”管理工作推广到顶板水害、底板水害以及构造水害等更多水害类型中。然而各地煤矿在防治水“三区”划分过程中暴露出水害致灾因素和水害治理情况等与划分标准结合不紧密,并且技术上未针对不同煤层和采区进行区别划分,同时划分区域范围和划分结果的规范性和时效性存在不统一。据此,结合防治水“三区”划分的目的,对比了新“三区”划分与老空水“三区”划分的异同,明确了以水文地质条件勘查程度、水害隐患分析、水害治理情况为要素的划分原则,理清了“三区”划分的技术路径;结合我国常见的5种煤矿水害类型特征,提出了不同类型水害的划分方法,即:地表水害应根据井田内地表水体的分布发育特征以及大气降水、滑坡等地质灾害对开采的影响程度等进行划分。顶板水害应根据导水裂隙带范围内是否存在富水性强或者富水性中等静储量丰富含水层、松散含水层等对开采造成威胁进行划分。底板水害应根据煤层带压开采区域底板隔水层厚度与矿压破坏带深度之间的关系以及底板突水系数大小进行划分。老空水害应根据矿井及周边矿井老空积水分布范围、积水量情况进行划分,构造水害应根据井田内断层、陷落柱、溶洞等地质构造和不良地质体的富水性、含水性、与水源导通情况进行划分;总结了划分工作的要点和难点,即:明晰划分时空范围、综合分析划分标准、明确“三区”管理职责、动态转换划分结果等;在此基础上,选择水害类型多样和水文地质条件复杂的典型煤矿井,遵循划分原则,根据划分标准,分煤层、分采区划分了可采区、缓采区、禁采区,并加以详细的解释说明;阐明了开展“三区”划分工作具有提升综合探测水平、强化预测预报能力、找准水害治理方向的水害防治意义,以期指导和规范我国煤矿防治水“三区”划分工作。

基于人工智能技术的煤矿水害防治智能化发展研究

本文以煤矿水害防治智能化发展为研究背景,对当前我国的煤矿水害防治现状进行了简单叙述。并从前期勘察、采中预警、水害监控、后期判别四个方面详细分析了水害防治方面的人工智能技术。最后介绍了基于人工智能技术设计的智能水害防治系统应具备的能力与设计方法。为进一步促进人工智能技术的应用与发展,打破现有发展困境,实现深度融合提供参考性的意见。

煤矿采动覆岩离层水害致灾因素勘查与预测评价

采动覆岩离层突水在我国各地矿区均较为常见且危害性较大,现有的规范中鲜有针对离层水害的具体工程地质和水文地质勘查方法。探索煤矿离层水害工程地质水文地质勘查与评价方法,能够推动我国矿井水害防治水平进一步提升。首先从煤矿采动覆岩高位离层水害孕灾机制出发,分析了离层水害从孕灾到致灾的工程地质条件,将我国现有的离层水害归纳为3种典型类型:离层动力突水、离层静水压涌突水和离层携泥砂突水。然后,确定了“水源”“通道”“力源”和“物源”为控制离层水害类型与强度的关键隐蔽致灾因素,将位于传统导水裂隙带以上,可发生离层突水的复合层位称为采动覆岩“突水离层带”,并提出了煤矿采动覆岩“突水离层带”的判别流程,划分勘查阶段,指明勘查要点。煤矿离层水害采前勘查应包括2个阶段:①开展覆岩基本工程地质和水文地质条件勘探,评估勘探区离层水害的可能性并确定潜在“突水离层带”的层位;②将“突水离层带”和“物源”层作为勘查目标层,开展离层水害致灾因素专项勘查,评定离层水害类型和强度。回采期间对水动力条件和覆岩裂隙演化进行探查。最后,基于离层水害致灾因素互馈演化致灾机制,建立了适用于采动覆岩离层水害的矿井区域预测综合评价模型,提出了全矿井/采区尺度的区域危险性分区、采前工作面突水位置判定及涌水量预计的煤矿采动覆岩离层水害预测评价方法。

深部煤层开采矿井水害成因与防治技术

为促进深部煤层开采的安全和可持续发展,对深部煤层开采矿井水防治的关键技术和措施进行探讨。在分析水害成因和矿井水质量控制重要性的基础上,对井下直流电检测法、瞬变电磁检测法和音频电穿透视检测法等矿井水害检测技术的优缺点和适用范围进行论述,并对填充开采、防水闸门、煤层底板加固注浆和奥灰疏水降压等矿井水害防治技术进行介绍。最后,强调了水质监测与分析、水处理技术、水质调控与调节等防治水质量控制措施的重要性。

奥灰水害地面超前区域治理方法研究

在总结新安煤田水文地质条件的基础上,以孟津煤矿11030、11040工作面区域治理为例,分析了开展水害地面超前区域治理技术的必要性,讨论了区域治理设计中的关键技术参数以及实施的可行性,为其他矿区相似条件下开展水害地面超前区域治理技术提供了有益的借鉴经验。

永定庄煤业煤层充水评价与水害防治技术研究

为减少水害事故,保障煤矿职工生命安全,基于永定庄煤业工程背景,介绍水文地质条件,包括含(隔)水层特性分布、地下水补给、径流、排放、井田及周边老窖水分布、导水裂隙带、矿井充水状况与预测,分析水害影响因素,在此基础上提出针对性的防治水技术措施,以期为永定庄煤业水害防控提供参考依据。

双龙煤矿200工作面水害综合勘探研究

双龙煤矿200工作面区域水害危险性不详,为确定区域内水害危险性,采用物探结合钻探的方法进行综合研究。物探采用高密度电法勘探,确定低阻异常区9处,共计4.75×10^(4)m^(2);采用钻探进行水量验证,确定区域水文地质类型为以裂隙充水为主的简单型。通过综合勘探可知,200工作面区域水害危险性小、水量小。

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。

章村矿主要水害与防治水“三区”划分研究

为进一步提高矿井防治水工作水平和水害治理能力,利用章村矿以往地质、水文地质勘查及生产中积累的资料,在系统分析矿井的含水层、隔水层及充水通道基础上,明确矿井开采主要受地表水、老空水及构造水威胁。结合章村矿生产规划,根据防治水“三区”划分标准,在系统分析矿井受5类水害影响程度基础上,按照“就高不就低”的原则,将章村矿2号煤共划分为4个可采区、7个缓采区、3个禁采区。最后,分析了“三区”划分在防治水工作中的意义,为下一步的防治水工作的开展、矿井安全开采及生产衔接提供了依据。

固隆煤业南板桥断层水害探查与治理研究

针对固隆煤业受南板桥断层影响,部分巷道受水害威胁,影响采掘安全的问题,分析了涌水、补水情况,设计了钻探及注浆工程。通过钻探工程,进一步控制了断层走向、倾角、落差,表明南板桥断层具有导水性;揭露了溶洞,表明其为地表水补给深部含水层的重要通道。据此对南板桥断层破碎带进行了注浆加固改造,有效减弱了南板桥断层上盘K2、K3灰岩与下盘奥陶系灰岩之间的水力联系,保障了固隆煤业的生产安全。

浅谈矿井水害事故的应急救援

当前有色金属矿陆续采用了很多新技术、新设备,提高了生产效率及效益,带动了企业的现代化发展。但即使如此,有色金属的开采作业中安全事故时有发生,如水害事故,由于此类事故的危害,各矿井在当下需做好防治水工作。基于此,本文重点分析了有色金属矿水害事故的应急救援策略,以期为实际工作提供参考与借鉴。

地下千米锁“蛟龙”——河南省豫西煤田地质勘察有限公司煤矿水害治理纪实

“工程治理效果非常好,不仅消除了隐患,还为我们节省了1500余万元的治理成本。”日前,说起河南省豫西煤田地质勘察有限公司(以下简称豫西公司)实施的煤矿水害治理项目,永煤集团新桥煤矿负责人高兴地说。2022年,豫西公司承担起新桥煤矿南十一采区(北翼部分)底板水害地面区域治理工程,面对千米地下的“水魔”,豫西公司工程技术人员不畏困难,凭借过硬的综合实力和专业能力,成功降伏水害,夯实了安全生产基础。

冲积层下煤层顶板水害探测与防治技术研究

冲积层底部含水性严重威胁冲积层下采煤的水害防治安全,在煤层开采前及开采过程中都需要采取相应的防治水措施以杜绝重大水害事故的发生。因此,为保障厚冲积层煤层放顶煤安全、高效开采,文章开展基于并行电法的冲积层下煤层顶板水害探测与防治技术研究,通过数值模拟及现场实测得到顶板局部富水所引起的响应特征。结果表明,对水体高度敏感的并行电法能够精准、高效地识别顶板富水状态,基于此可进一步提出相应的水害防治措施,进而为冲积层下采煤工作面防治水工作提供关键指导依据。

瞬变电磁法在矿井水害溯源中的应用

全面查清采掘工作面及其周围老空巷道水分布范围等水文地质条件,科学合理划定防治水“三区”是煤矿防治水工作的底线要求。本文针对黄陇侏罗纪煤田煤矿井下巷道局部滴淋水,采用瞬变电磁法中心回线装置进行探测,通过加密测点、多角度探测、三维反演电阻率展布、多维度成像分析等技术,进行溯源调查,查清了水源所在的地层、延伸、导通等情况,并结合区内地质资料,研判其对矿井安全生产的潜在危害,为矿井水害溯源调查提供一种高效准确的探查手段。

水害微震电法耦合监测技术应用研究

淮南板集煤矿110504工作面为厚松散层薄基岩工作面,受突水威胁严重。为此,首次采用水害微震电法耦合技术对回采全过程进行水害实时监测预警研究。研究结果表明,自然电位反映层间渗流积水状况与实际相符;注浆对顶板赋水性具有较大的影响,注浆后呈现整体视电阻率上升;微震事件发育高度与视电阻率剖面图耦合确定导水裂隙带高度为70m。技术应用期间未见出水表征,回采过程无突水风险,为工作面安全回采提供了保障。

煤层顶板水害风险保护系数法评价技术研究

关于近水体下采煤防水安全煤(岩)柱保护层厚度取采高倍数问题,《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》(以下简称《“三下”开采规范》)附表4-3“防水安全煤(岩)柱保护层厚度”仅适用于“松散含水层”下采煤,至于基岩含水层下采煤以及老空水体下采煤如何确定保护层厚度并未涉及;常用的顶板水害风险评价技术方法评价的主要内容包括富水性评价、导通性评价、充水强度评价,在含水层富水性已知的情况下,评价方法可以进一步简化,仅评价“导通性”即可。基于以上2点,从《“三下”开采规范》出发,试图构建类似于底板突水系数那样简单的判据用于评价顶板水害风险。首先,基于“保护”一词的科学内涵,提出导水裂隙带顶界面至上覆含水层之间的隔水岩层均具有保护功能,应统称为保护层(Hb);基于《“三下”开采规范》中保护层厚度选取采高(A)一定倍数的做法,提出了保护系数(Bs)概念,即保护层厚度与采高的比值(Bs=Hb/A)。其次,基于《“三下”开采规范》附表4-3关于防隔水煤(岩)柱保护层厚度取值的规定,提出松散含水层下采煤的保护系数分区阈值Bi=(0,2、3、4、5、6、7);煤系地层一般为砂、泥岩互层型沉积建造,其中泥岩具有阻水功能(相当于松散层下的黏性土层),且泥岩总厚度一般大于累计采厚,故基岩含水层下保护层厚度可参照《“三下”开采规范》附表4-3“松散层底部黏性土层厚度大于累计采厚”的条件并按最大值选取,即4A,遂提出评价基岩含层的保护系数分区阈值Bi=(0,4)。根据保护系数和分区阈值,可将评价区划分为突水区(Bs≤0)、危险区(0<Bs<Bi)、安全区(Bs≥Bi)。当煤层上方有多层含水层时,应分别进行评价。最后,举例说明应用保护系数评价顶板水害风险的过程和方法,指出当含水层富水性为中等及以上时,“突水区”“危险区”的内涵侧重于安全性,通常作为防水安全煤柱留设;当含水层富水性弱或疏放经济时,“突水区”“危险区”主要用于指导疏干工程设计。

麻地梁煤矿水害风险预警与防控系统的设计与应用

麻地梁煤矿水害具有一定的复杂性与难预测性,针对这一情况,采用当下常用且流行的计算机技术、物联网技术、云计算与大数据技术,研究并设计了针对性的水害风险预警与防控系统。介绍了系统设计目标,分析了影响麻地梁煤矿水害发生的主要因素,论述了系统的功能模块设计。实践表明,该系统充分考虑多种因素影响,实现了麻地梁煤的水害风险预警及防控。

我国不同类别煤层顶板水害致灾机理与防控路径

我国是世界上成煤和赋存条件最复杂的国家,煤层顶板水文地质条件的多样性和复杂性,采动覆岩裂隙场与渗流场耦合的相互性和时变性以及煤层顶板突水的独特性和危害性,造成顶板水害是我国尤其是西部煤矿区的主要矿井灾害之一。为了更好地认识顶板水害和推广现有技术和探索新技术防控此类矿井灾害,在全面分析近年来我国煤层顶板水害事故规律与顶板充水含水层的赋存条件、突水模式、动力特征、力学行为等基础上,系统划分了顶板水害的类型、特征、主要类别的致灾机理及梳理了现有顶板水害的防治技术,并展望了未来顶板水害防治领域的发展方向。研究发现:①顶板水害主体架构包括巨厚基岩含水层涌(淋)水、薄基岩弱胶结层水-砂耦合溃涌、离层空间蓄水储能突水、天窗补给型突水、围岩烧变增透致突等5种类别,集中分布于秦岭—淮河沿线以北地区,陕、蒙、宁是顶板水害主要聚集地。②采动诱发巨厚基岩含水层下覆岩原生裂隙互馈-贯通发育“Z”型离层空间,导致采场出现大面积涌(淋)水现象;基于复合关键层破断力学条件,阐明了薄基岩弱胶结层水-砂耦合溃涌致灾的动力源;构建了离层失稳突水临界判别准则,将离层突水划分为静载扰动、“动+静”载复合扰动、复合煤层开采重复扰动3种模式;红土隔水层缺失及红土薄弱区采动劣化损伤是产生天窗越流补给的主要根源;围岩烧变增透,孔隙度增大,接受临近水源补水后形成新的含水结构体,在采动诱发下烧变岩水涌入采场发生水害事故。③梳理了当前煤层顶板水害“探-放-治”三位一体的解危防控技术体系,提出了井上下共轭联动、钻-采(掘)高位协同地质勘探系统,以防治水“三区”划分为导向的地质保障工作,“煤-水-生态”多目标齐抓共管的绿色开采和防治水理念,以及数智化、透明化矿山水文地质灾害信息维护系统等未来发展方向。

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。

基于“两带”探查技术的顶板水害危险性分析——以伯方煤矿为例

应用钻液漏失量观测、岩芯采取统计、钻孔电视观测和钻孔电阻率动态监测等多种“两带”探查技术方法,对伯方煤矿3煤开采的覆岩导水裂隙带发育特征进行研究,分析3煤采动影响下的顶板水害危险性。研究结果表明:3213工作面导水裂隙带发育高度为87.66 m,发育至K9砂岩含水层;垮落带发育高度为22.61 m,发育至2煤下部K8砂岩含水层。3313工作面垮落带最大高度为煤层顶板20~21 m,至2煤顶板砂岩含水层;导水裂隙带最大高度为煤层顶板83~87 m,至K9砂岩含水层。由此计算得出的垮落/采厚比为3.58~3.76,裂缝/采厚比为14.85~15.56。3煤回采产生的导水裂隙可造成二叠系下石盒子组和山西组砂岩含水层与3煤采空区的连通,含水层地下水岩导水裂隙向下渗流,增加了顶板水害的风险。建议矿井严格落实顶板水害防治的相关要求,降低采动裂隙对矿井正常生产的影响。