淮南矿区1/3焦煤二次氧化煤样孔隙特性实验研究

采空区二次氧化煤样自然发火为煤矿安全生产带来了巨大隐患。以淮南矿业集团顾桥煤矿1/3焦煤为研究对象,利用实验研究的方法,系统研究了不同预氧化温度和预氧化时间对煤孔隙特性的影响,研究发现:新鲜煤样和不同预氧化处理煤样的等温吸附曲线均呈典型的第Ⅱ类等温吸附曲线;预氧化处理对煤中孔隙的影响主要集中在0.45~20 nm,其中,2~4 nm内微孔的数量和总孔容在减少,在4~20 nm内的孔隙的数量和总孔容则显著增大;煤样的比表面积随着预氧化温度的提升呈现出先增大后变小的趋势,并在70℃时达到最大值;预氧化处理后,孔径处于0.45~5.9 nm时,孔隙的数量和总孔容有较大的变化。研究成果可为采空区自然发火防控提供必要的科学理论支撑。

淮南矿区煤层顶板分段压裂水平井抽采技术及效果研究

淮南矿区为典型高瓦斯矿区,煤层碎软、渗透率低、瓦斯含量偏高、抽采难度大,为探讨地面煤层气顶板分段压裂水平井在矿区的技术可行性与瓦斯治理效果,在分析矿区主要煤层13-1煤储层特征基础上,采用应力解除法进行了煤层三向地应力测试,结果显示三向应力场类型主要为σ_(h,max)>σ_(v)>σ_(h,min),具有实施顶板分段压裂水平井技术的充分条件;利用MFrac Suite软件分别模拟了水平段距离煤层1、3、5 m时的压裂缝参数,压裂缝半长最大107.33 m、最小89.47 m,具有理想的压裂效果,说明顶板分段压裂水平井在淮南矿区具有比较好的地质适应性与可行性。以潘一煤矿13-1煤层“L”型顶板分段压裂水平井CBM01井为研究对象,采用井下钻孔检测与数值模拟等手段综合分析了瓦斯治理效果,结果显示CBM01井抽采415 d即显著降低了煤层瓦斯压力与瓦斯含量,距离水平井50、65 m处瓦斯压力由6.4 MPa分别降至2.6、2.7 MPa,降低幅度均超过55%,水平段两侧各15~20 m范围内瓦斯含量由13.5 m^(3)/t降至最大9.11 m^(3)/t、最小6.92 m^(3)/t,平均7.92 m^(3)/t,约10 m范围均降至8 m^(3)/t以下。最后,采用数值模拟方法预测了CBM01井抽采10 a的产气效果及瓦斯治理效果,气井抽采10 a累计产气约272.08×10^(4)m^(3),水平段倾向单侧约150 m范围内气含量均降至8 m^(3)/t以下、压力均降至3 MPa以下。综合研究结果表明,煤层顶板分段压裂水平井技术在淮南矿区瓦斯治理方面均具有较大的优势和应用效果。

分段多簇密切割压裂技术在淮南矿区煤层气抽采中的应用

针对淮南矿区碎软低渗煤层瓦斯抽采技术难题,以13-1煤层为例,在分析煤层及其顶底板概况的基础上,采用煤层顶板分段压裂水平井技术,充分利用水平井水平段,单段分3簇射孔,簇间距25 m,实现分段多簇密切割体积压裂改造。微地震监测结果表明,单段裂缝长度102.5~211.4 m,缝高17.3~27 m,裂缝主体向下延伸,实现了井筒与煤层的沟通。排水采气效果表明,最高产气量1519 m^(3)/d,取得了良好的产气效果。研究成果为淮南矿区煤层气地面预抽和瓦斯区域治理提供了工程借鉴。

淮南矿区强采动影响下煤巷锚网安全支护与围岩控制技术

淮南矿区近年来逐步进入深部开采,围岩应力高、环境复杂、软弱破碎、稳定性差、变形剧烈等工程技术难题日益突出,传统支护技术的局限性日显露,因此本研究基于淮南矿区潘三矿深井地质条件,采用理论分析、数值模拟、工业性实验、现场实测等方法针对深部强采动影响下煤巷围岩控制难题开展系统深入研究,分析了淮南矿区深部强采动煤巷围岩赋存特征,主要为埋深大、岩性变化大、巷道断面大、复合顶板较多、煤体强度较低等问题,根据淮南矿区煤巷围岩赋存特征分析了深部强采动煤巷控制技术难点;针对淮南矿区深部强采动煤巷围岩控制技术难点,建立了“应力优化-围岩改性-锚固强化”一体化协同控制技术体系,创新了“切顶卸压—注浆加固-厚锚固层强化”一体化围岩控制技术;在2121(3)运输巷道开展了工业试验,巷道回采期间运输巷道两帮最大累积变形量为436.6 mm,底板累积最大相对位移量约为390.1 mm,小于原支护方式下变形量的50%;2121(3)运输巷道顶板浅部岩层1.5~1.8 m范围存在离层和裂隙发育,深部顶板岩层完整性较好,具有较好的承载性能,可以较好的维护巷道稳定性,验证了该技术体系在深部强动压煤巷围岩稳定控制上具有较好的维控效果。

淮南矿区某拟建电厂采煤塌陷区建设地基稳定性评价

针对采煤塌陷区建设地基稳定性评价方法中缺乏地表稳定后的残余变形实测数据的问题,提出了利用合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术获取残余变形数据的方案。以淮南矿区某拟建电厂选址为例,分析了地基稳定性评价的必要性,通过区域稳沉与地裂缝现状特性分析、覆岩导水裂隙带高度计算、附加荷载影响分析、InSAR残余变形实测数据分析及地表极限残余变形分析,获得了地基稳定性综合评价相关参数。利用终采时间、地表移动变形特征、顶板岩性及松散层厚度、地表移动变形值等确定场地稳定性等级;根据采空区剩余变形量与荷载临界影响深度定量评价获取工程建设对采空区稳定性影响程度。结果表明,拟建电厂厂址的稳定性等级为稳定,该场地工程建设的适宜性评价等级为适宜,为后续拟建电厂的施工提供了理论依据和技术支持。

淮南矿区灰岩水害地面治理关键层位的确定

随着华北煤田矿井向深部延伸,岩溶水害问题日益凸显,尤其在水文地质条件较为复杂的两淮地区。淮南矿区A组煤层开采过程中,深受奥灰和寒武系灰岩水害的严重威胁。针对煤层底部太灰岩溶水害问题,本研究以一个水文地质单元或一个采区为对象的“区域治理模式”,通过地面施工定向分支钻孔进行水文地质探查,同时进行注浆治理,在煤层与突水含水层间建立一个强度大、范围广的隔水层,以起到区域治理效果。在区域治理过程中,注浆目标关键层位选择是需要解决的问题。本文通过对矿区地质、水文地质条件分析研究,确定关键层位,并对关键层位影响因素进行分析研究。

遥感技术在煤矿区积水塌陷动态监测中的应用——以淮南矿区为例

利用多时相TM图像 ,提取煤矿区积水塌陷面积扩展变化的信息 ,为矿区积水塌陷区的监测治理和综合利用提供依据 .主要采用不同时相的TM数据作为一个混合数据集进行主成分变换处理 ,使得积水塌陷区扩展变化信息充分体现出来 .由于客观成像条件、环境条件等诸多因素的不同 ,因此采用“拟合归一化”方法 ,提高不同时期原始TM数据的“一致性”和“

淮南矿区煤矸石中微量元素的研究

通过对淮南矿区按煤层和岩性特征系统采样,运用INNA,ICP-MS分析煤矸石中微量元素、冷原子吸收法分析Hg、选择性电极法分析F、化学法分析常量元素,并研究经过科学筛选出的11种重金属元素:Cd,Cu,Ni,Sn,Hg,Mn,As,Cr,Pb,Zn和非金属元素F,初步探讨了这些元素对矿区环境的危害,其中Cd,Cu,Ni,Sn,Hg超过淮南土壤背景值、中国土壤背景值、世界土壤背景值等.Cd含量是淮南土壤的40倍、世界土壤的7倍;Cu含量是淮南土壤的约2倍、世界土壤约1.5倍;Ni含量是淮南土壤的8倍、世界土壤的4倍;Sn含量是淮南土壤的3倍、世界土壤约2倍;样品中Hg含量是淮南土壤的3 602倍、世界土壤的1 381倍,并指出这种危害是具累积性的.

淮南矿区地热地质特征与地热资源评价

为了探索淮南矿区地热地质特征和矿井深部热害防治对策,系统收集和分析了淮南矿区钻孔井温测井资料,基于近似稳态测温数据,拟合了测温孔孔底温度校正曲线,对简易井温测井钻孔孔底温度进行了校正;采用浅钻孔测温法,对井下巷道围岩温度进行了测定;计算了各井田的地温梯度,并结合110块煤系地层煤岩样品的热导率测试结果,计算得出淮南矿区的大地热流值,编制了淮南矿区现今地温场、地温梯度和大地热流分布图,在此基础上,系统论述了该区现今地温场、地温梯度和大地热流的展布趋势以及煤系岩石的热物理性质,探讨了地温场分布的构造控制作用,并对矿区地热资源进行了评价。研究结果表明:①淮南矿区测温井底温度恢复与静井时间符合指数函数关系,并据此建立了简易井温测井钻孔孔底温度变化的校正公式;②淮南矿区地热参数表现为地温梯度为1.00~4.00 ℃/hm,平均值为2.8 ℃/hm;大地热流值变化在31.87~92.68 mW/m 2 ,平均值为65.50 mW/m 2;-500 m水平平均地温为29.96 ℃,-1 000 m水平为41.84 ℃,-2 000 m水平为69.62 ℃;岩石热导率在0.37~5.22 W/(m·K),平均值为2.93 W/(m·K);③平面上地温梯度、地温场、大地热流总体呈现为西低东高、南低北高的分布趋势;④矿区现今地温场和大地热流分布主要受控于地质构造,表现为褶皱型、逆掩断层阻热型和导水断层传热型3种构造控温模式;⑤基于地热资源评估,该区热储层地热资源量为2.32×10 16 kJ,可采热能储量为2.64×10 15 kJ,矿井水和矿井回风余热资源量为0.97×10 13 ~1.26×10 13 kJ/a,是一个可再生的低温热源,潜在效益显著。研究成果为淮南矿区深部煤炭开发热害防治和地热资源综合开发利用提供了地质依据。加强煤矿区深部地热资源和矿井余热资源的评价、利用研究,应是煤矿区可持续发展的方向之一。

淮南矿区煤的稀土元素地球化学

采用INAA测试了淮南矿区 13个煤层煤样的稀土元素含量 ,研究了稀土元素地球化学特征 ,得出以下认识 :各煤层样品的稀土元素含量、分布模式变化都很大。煤中稀土元素主要来源于陆源碎屑 ,来源于海水和植物的不多 ;稀土元素在粘土矿物中含量高 ,主要以高岭石的形式赋存。稀土元素具有指相意义 ,随着成煤沼泽中海水影响的减弱 ,陆源影响的增强 ,煤中稀土元素的含量增加 ;煤的稀土元素分布模式也作有规律的变化 ,从类似于海相生物的分布模式到类似于陆源碎屑岩的分布模式。Eu异常是由源岩继承下来的 ,Eu负异常的减弱 ,估计是由于陆源控制减弱、海水影响增强引起的。在成煤沼泽环境中 ,海水的影响并未造成Ce严重亏损。

不同风化年限的淮南矿区煤矸石理化性质变化规律

堆存于地表的煤矸石在遭受风化以后,其物理和化学性质可在短时间内发生较大变化,这些变化往往具有一定规律。该文选取淮南矿区潘北、潘一及新庄孜煤矿5个不同风化年限的煤矸石采样区进行分层采样。通过对135个样品的相关理化性质测试,对比分析了不同风化程度下煤矸石主要理化性质变化规律。结果表明,煤矸石在电导率、pH值和阳离子交换量等理化性质的变化具有一定规律:随着风化年限的增加,煤矸石电导率与pH值降低,阳离子交换量则不断增高。新鲜煤矸石的3项指标在2a内具有较快的降低速率,其中电导率在2 a内可降低30%,pH值下降接近10%,此后的降低变化速率则较缓慢。阳离子交换量在2 a内可增加17%,在后期的变化中则表现为缓慢上升趋势。在剖面变化特征方面,通过对30和30~60 cm之间的上下两层对比分析发现位于上层的电导率与pH值普遍略高于下层,阳离子交换量则为上层略低于下层。其中p H值的上、下两层的变化差距较小,仅在0.1~0.3之间。煤矸石的电导率、pH值,以及阳离子交换量等3项指标的时空变化均与风化作用的时间或风化程度密切相关。从植物生长条件角度出发,上述理化指标的变化均有利于煤矸石的复垦利用。

淮南矿区的环境地质问题

概述了淮南矿区采矿引起的负环境效应，如采矿塌陷、地面沉降、矿坑排水疏于引起的岩溶土洞渴陷、地下水枯竭、矿井水和煤矸石对环境的污染等。论述了其现状和发展趋势，并用生态学和可持续发展理论分析了煤炭开采与地质环境的互馈作用，提出对煤矸石进行卫生填埋，综合治理的可能性。

淮南矿区不同塌陷年龄积水区环境效应分析

采煤塌陷水域是淮南矿区一种特殊的地表水体。文章选择矿区不同塌陷年龄的塌陷水域,监测分析其水质理化指标和重金属元素。结果表明:塌陷水域环境状况因塌陷年龄和周边环境差异而不同,具有季节性变化。水域受到了不同程度的污染,部分理化指标随时间增长有累计效应。与国家地表水质量标准比较,水域重金属元素除了Hg严重超标外,其它As、Se、Cd、Cr、Cu、Pb、Zn等均不超标,未对塌陷水域构成重金属污染。通过对不同塌陷水域环境效应进行分析与评价,可为其综合利用提供一定的理论依据。

煤矿塌陷水域水环境现状分析及综合利用--以淮南矿区潘一煤矿塌陷水域为例

为提供淮南煤矿塌陷水域水资源综合利用的理论基础,选择潘一煤矿典型的2个塌陷水域,采用格网法布设39个采样点对水质进行全面采样监测,分析水体的重金属元素且运用模糊综合评判法对水质进行评价.结果表明:西塌陷水域由于较为封闭,水质由水体中间向两岸呈递减趋势,水体中央部分采样点水质为Ⅲ类;与泥河连通的东塌陷水域,受泥河影响较大,水质较差,大部分采样点水质为Ⅳ,Ⅴ类.由于矿业污染源的影响,导致东塌陷水域的重金属元素污染强度高于西塌陷水域.各塌陷水域均已受到不同程度污染,针对面积、污染不同的塌陷水域,可采取相应措施治理后分类进行水资源综合开发利用.

淮南矿区A组煤层底板灰岩钻孔瓦斯喷孔综合探查分析

淮南潘谢矿区A组煤层开拓过程中,在巷道掘进施工钻孔中揭露灰岩发生瓦斯异常喷出现象,其瞬间涌出量大使得巷道掘进地质条件复杂。为查清喷出气体状况,采用地球物理与化学综合勘探方法对气体来源、储气空腔及导气通道等内容进行探查与判断。根据钻孔喷出气体成分及同位素测定,判断灰岩层中集气与A组煤气体不同源,即灰岩层段具有生贮气能力;物探查明在二灰和三灰岩层之间存在多处瓦斯贮气空腔或潜在的贮气空腔,在平面上大致沿轨道上山方位呈串珠状展布,且在三灰岩层中局部岩溶裂隙发育;连通试验表明1煤层底板各岩层之间连通性较好,且主要是通过煤层底板灰岩相连通,其岩溶及裂隙较发育。综合探查分析获取的成果得到后期施工钻孔证实。

淮南矿区开采煤层顶板抽放瓦斯技术的研究

针对淮南矿区低透气性高瓦斯煤层开采过程中采煤工作面上隅角和回风流中浓度超限、瓦斯事故时有发生但又缺乏合理有效的根治技术这一难题,开展了淮南矿区开采煤层顶板抽放瓦斯技术的研究.通过采空区顶板岩层移动的理论分析,采用数值模拟计算、实验室相似材料试验和工业性试验研究方法,找到了顶板抽放瓦斯钻孔或顶板巷道合理布置的位置,采煤工作面瓦斯抽放率达到60%以上,使淮南矿区采煤工作面瓦斯灾害问题得到了根治.

淮南矿区塌陷水域环境效应

为提供煤矿塌陷区水资源综合利用的理论基础,选择了淮南矿区塌陷时间不同的塌陷水域,监测、分析评价水体的理化指标、重金属元素.结果表明:矿区内塌陷水域均受到了不同程度的污染,部分理化指标随塌陷水域形成时间增长有累计作用,具有随季节变化的特征;对照渔业水质标准和地表水质量标准,塌陷水域中重金属元素除Hg超标外,As,Cd,Cu,Pb,Se,Zn等元素均不超标,未对塌陷水域构成重金属污染.

淮南矿区地应力条件及其对煤层顶底板稳定性的影响

通过现场地应力测量和理论分析以及数值模拟计算，研究了淮南矿区地应力分布规律，探讨了圆形硐室围岩应力分布和不同侧压下回采工作面顶板稳定性分布。研究结果表明：淮南矿区原岩应力主要表现为自重应力场，除局部构造应力集中外，不存在高构造应力；区内侧压力系数A值一般为0．49—1．49，平均为0．92，并且与测点距地表深度有一定的趋向性，表现为在浅部A值较大，变化范围也大，而在深部A值渐小，变化范围也缩小；回采工作面顸底板稳定性与侧压系数A的大小密切相关，且随侧压系数A的增大，顶板垂直位移减小，顶板岩层易于形成结构平衡而保持稳定，但底板垂直位移量增大，且易于形成底鼓破坏。这些认识为研究区煤层顸底板岩层支护控制提供了科学依据。

淮南矿区深部煤巷变形破坏机制及支护技术

针对淮南矿区开采深度大、构造应力高、地质构造复杂、围岩松软等条件下的煤巷支护难题,系统研究了深部煤巷围岩变形破坏机制,提出帮部在垂直压剪和横向顶拉作用下产生"〈"或"ㄟ"形破坏;底板在两帮压膜效应和远场应力挤压下产生塑性流动,呈"凸"形破坏;顶板在垂直压应力下产生张拉导致顶板岩层破断或失锚,发生""形破坏。在此基础上提出"合理巷道设计源头让压、高预紧力改善应力状态、强化表面支护协调变形、围岩注浆提高承载能力、补强短板形成支护整体"煤巷支护方法、"地质-矿压"信息动态支护设计方法以及支护质量控制体系,形成深部煤巷成套支护技术。工程实践证明,该技术能有效控制深部煤巷的变形破坏,提高支护效能,有助于实现安全经济支护。

淮南矿区深部地应力场特征研究

利用水压致裂法和套孔应力解除法对淮南矿区-500～-1 000 m深度范围内的12个矿井进行了地应力测量,取得了19个有效测点的数据。数据分析表明:(1)淮南矿区深部地应力场以水平应力为主,构造应力占绝对优势,属于典型的构造应力场类型;(2)地应力量级属高应力水平;(3)垂直主应力、最大及最小水平主应力随深度的增加均呈增大趋势;(4)侧压系数λ随深度增大而减小,地应力场有从大地动应力场型向准静水压力场型过渡的趋势;(5)侧压比κ的回归曲线分布于Hoek-Brown内外包线带内,且变化趋势与Hoek-Brown曲线相似,但与Hoek-Brown曲线相比,回归曲线κ值偏小;(6)最大水平主应力与最小水平主应力的比值范围为1.12～2.02,其中68.42%的测点分布在1.67～2.02之间;(7)最大水平主应力方位为NEE-EW向。最后探讨了淮南矿区地应力与地质构造的关系,分析认为,矿区最大主应力方向与构造运动密切相关,矿区现今构造应力场最大主应力方位与实测最大水平主应力方位大致吻合。