亭南煤矿巨厚砂岩含水层顶板灾害协同防控技术及应用

针对彬长矿区亭南煤矿主采煤层顶板为典型巨厚砂岩含水层结构,冲击地压、水害、瓦斯为主的多元动力灾害突出问题,基于此现场实测数据分析得到了亭南煤矿“冲击地压-水害、冲击地压-瓦斯”两类典型灾害链,通过室内试验研究了灾害链的致灾机理并制定了灾害协同防控原则,设计了包含采前、采中两阶段以及源头断链整体防控、系统防控隔离断链两种思路的巨厚砂岩含水层顶板灾害协同防控方法,并在亭南煤矿进行了现场应用。结果表明,随冲击幅值增加,动态损伤煤岩体的极限承载能力减小,冲击导致顶板损伤和弱化,沟通巨厚砂岩含水层;强冲击后砂岩试样孔隙率达8.23%,较未冲击增长了34.48%,冲击地压的发生使得岩体裂隙增加,为瓦斯逸散提供了通道;通过巨厚砂岩含水层顶板灾害协同防控技术,实测得到支架平均阻力为35.03 MPa,无明显应力激增现象,工作面涌水稳定于250~280 m^(3)/h,甲烷涌出量在0.2%水平波动。研究结果可为彬长矿区煤矿多元动力灾害防治提供支持,助力实现煤矿灾害风险高效防范,推动多元灾害协同防控技术进步。

矿区砂岩含水层水岩作用及水化学特征研究——以青东煤矿为例

本文以青东煤矿砂岩含水层23组样品为研究对象,运用Piper三线图、离子浓度直方图、主成分分析、相关性分析等方法,对该含水层的水化学特征、水岩相互作用以及离子来源等水文地球化学特征进行研究。结果表明:常规离子含量排序为: > Na K > > Cl− > Ca2 > > Mg2 ,阴阳离子的优势离子分别是和Na K;主成分表明主成分1中Ca2 和Cl−均有较强的正相关,Cl−含量与岩盐矿物溶解有关,Ca2 的含量较高说明阳离子交替吸附作用较为明显,主成分2中Ca2 、Mg2 荷载值较高,其次为,说明其水化学作用主要为硫酸盐岩矿物溶解,主成分3中K Na 、有强正相关,与Cl−有中相关,代表了硫酸岩矿物、岩盐等矿物的溶解;相关性分析表明,砂岩含水层中对pH起主要影响作用,K Na 和、Ca2 和Mg2 之间的正相关性较强,主要源于硅酸盐矿物的风化和硫酸盐岩矿物的溶解,K Na 和Cl−呈中等正相关,说明这些元素可能来自于岩盐。

基于放水试验的宝塔山砂岩含水层水文地质条件探查

为了进一步探查宁东煤田宝塔山砂岩含水层的水文地质条件,为下组煤底板砂岩水害防控提供基础资料,采用井下放水试验计算了含水层的水文地质参数,论证了含水层的可疏性。根据宝塔山砂岩含水层单孔放水试验放水孔和1个观测孔、2个观测孔资料,利用解析法计算宝塔山砂岩含水层渗透系数平均值分别为0.301、0.219 m/d,影响半径平均值分别为691、914 m,采用图解法得到的影响半径平均值为697 m,根据3次降深放水计算的钻孔单位涌水量为0.071~0.088 L/(s·m)。通过放水试验得到的水文地质参数比抽水试验得到的参数大,宝塔山砂岩含水层水文地质特征表现为渗透性和富水性弱,且富水性不均一,水压和水温高。基于放水试验成果,结合研究区边界条件分析可知,宝塔山砂岩含水层具有较好的可疏性。

巨厚砂岩含水层下安全开采可行性研究

为研究巨厚砂岩含水层下工作面开采可行性,以陕西某矿5煤为研究对象,分析工作面水害程度与安全开采。研究结果表明:5煤工作面开采垮落带为22 m,垮采比为6.53;裂隙带最大发育高度为43.08 m,裂采比12.78,开采裂隙发育顶部处在直罗组直接含水层中下部。5煤煤系直接含水层,涌水量小且补给来源单一,径流滞缓;间接含水层因距离较远而难以形成导水通道。因此,工作面开采前,做好探放工作,可有效防止涌水事故。

基于概率神经网络的煤层顶板砂岩含水层富水性预测

以谢桥矿为例,分析了8煤层开采最大导水裂隙带发育的高度,确定了顶板砂岩水预测的范围,研究了顶板富水性的影响因素,建立了评价指标体系,在此基础上利用概率神经网络预测了煤层顶板砂岩的富水性。

煤层顶板砂岩含水层疏放水效果评价

为了科学合理地评价煤层顶板砂岩含水层疏放水效果,在工作面涌水量预测方面,采用含水层静储量和动态补给量联合预测的方法,结合钻孔疏放水总量和残余水量进行分析:当钻孔疏放水总量等于或大于含水层静储量,且钻孔残余水量等于或小于含水层动态补给量时,即可判断煤层顶板砂岩含水层疏放水效果良好。实例分析表明,含水层静储量和动态补给量联合预测的结果与实际情况较为吻合,并且当钻孔疏放水总量大于含水层静储量、钻孔残余水量小于含水层动态补给量时,实现了工作面的安全回采。利用工作面涌水量预测结合钻孔疏放水观测资料的方法评价煤层顶板砂岩含水层疏放水效果科学合理,可以应用到类似工作面采前的水文地质条件安全评价中。

立井井筒过砂岩含水层预注浆技术及效果评价

刘桥一矿北回风井井筒穿过第五砂岩含水层前,通过采取合理选择钻注顺序和浆液浓度、提高注浆压力、调整注浆段高划分等措施对工作面进行超前预注浆施工,并对探注结果进行效果评价,实现了井筒的安全掘砌。

鄂尔多斯侏罗纪煤田巨厚顶板砂岩含水层区域治理技术研究

文章以母杜柴登煤矿302盘区侏罗纪3-1煤层开采为背景,在充分分析矿井地质及水文地质条件的基础上,结合长距离定向钻孔技术在我国煤矿瓦斯治理、矿井水防治等方面的应用情况,提出了以工作面外巷钻孔导流、邻面钻孔截流、双侧采空区截流和长距离定向钻孔追踪探放水为核心的巨厚顶板砂岩含水层区域治理技术。应用结果表明:该技术经济、可行,在工作面巷道掘进期间,对巷道掘进施工影响较小;可实现采煤工作面顶板水"分区防控、煤水分离、清浊分流、区域治理";较好地解决了富水顶板砂岩含水层的水害隐患,在顶板放水孔单孔涌水量超过200m^3/h、工作面涌水量超过600m^3/h的条件下,实现了厚煤层一次采全高工作面的安全生产和平均超过12000t/d的回采效率。

构造分形在砂岩含水层富水性预测中的应用

预测、评价煤层顶底板砂岩含水层的富水性对保证煤矿安全、高效生产具有重要意义。砂岩含水层富水性受构造裂隙发育程度的影响,而地质构造的分维值可以作为地质构造空间分布复杂性及其发育、演化成熟度的测度。采用相似维研究了济阳煤矿二采区构造网络的复杂程度。根据紧闭程度对褶皱的分维值进行了修正。将构造分维值原始数据标准化后按一定标准对7煤层顶底板砂岩含水层的富水性进行了分区,为煤矿安全开采提供了依据。

煤层顶板砂岩含水层富水性单因素分析

该文运用岩性结构指数定量描述了煤层顶板的岩性及结构特征。采用单因素分析法,将岩性结构指数标准化,以0.2和0.7作为分区界限对1煤顶板砂岩含水层的富水性进行了分区。

巨厚砂岩含水层下煤层群开采顶板突水机理研究

为研究巨厚砂岩含水层下煤层群开采覆岩破坏及顶板突水机理,防止开采过程中出现突水事故,采用理论分析、流固耦合相似模拟、三维激光扫描等研究手段对导水裂隙发育、初次及周期来压、含水层内部渗流、工作面涌水量预测进行研究。结果表明:(1)下部煤层开采后,覆岩破坏剧烈,裂隙率显著增加至70.9%,导水裂隙异常发育至K3含水层底部;(2)重复采动会导致初次、周期来压步距明显缩短,且随着采动次数增多,来压频率逐渐升高;(3)在渗透压差和封闭离层空间负压的联合作用下,K3含水层的各向异性非均质低透特性导致其下部形成多个叠加的降落漏斗,出现非统一渗流场,内部不同层位水位降深有所差异,工作面涌水量总体可控。在此基础上,提出了优化回采参数的建议,为矿井后期实现安全高效生产提出切实有效的防治水措施打好基础。

基于岩性及结构特征的砂岩含水层富水性评价

煤层顶底板砂岩水害是常见的矿井水害类型之一,其影响程度与含水层富水性密切相关。以营盘壕煤矿22采区2煤层为例,分析了顶板砂岩含水层的富水性影响因素,选取了以砂岩等效厚度、砂岩岩性系数、岩芯采取率及砂泥岩层比率等4项指标作为含水层富水性的评价指标,采用熵权系数法、主成分分析法和层次分析法确定各指标的权重,构建富水性预测模型,基于该模型对砂岩含水层的富水性进行评价。结果表明,研究区顶板砂岩含水层富水性具有强、中、弱3个等级的分区,其中直罗组砂岩含水层以弱-中等富水区为主,强富水区零星分布,志丹群砂岩含水层则以中等-强富水区为主,弱富水区零星分布。富水性评价结果与钻孔抽(放)水试验的单位涌水量具有较好的一致性。

基于底板砂岩含水层放水试验的多含水层水力联系研究

为了查明侏罗纪煤田煤层底板宝塔山砂岩含水层与其他各含水层的水力联系,采用井下放水试验,对宝塔山砂岩含水层进行大流量放水,通过长观孔对其他各含水层地下水位进行同步观测;根据不同含水层水位对宝塔山砂岩含水层放水的响应,确定了白垩系、煤系间与三叠系含水层与宝塔山砂岩含水层具有明显的水力联系;依据各含水层地下水水化学垂向与平面特征,认为井田西部宝塔山砂岩含水层交替积极,径流条件好,DF20为宝塔山砂岩含水层与其他含水层的水力联系通道;结合各含水层地下水流场分析,确定了宝塔山砂岩含水层与白垩系含水层通过DF20断层向煤系间含水层补给。

煤层底板厚层砂岩含水层可疏性综合评价

为了指导煤层底板砂岩水害的防治工作,需要对含水层的可疏性进行合理评价。结合典型矿井的水文地质条件和水害案例,对水文地质钻孔抽水试验资料进行分析,初步评价了底板砂岩含水层具有可疏性。采用大流量大降深放水试验,对观测孔水位单位时间内的变化曲线斜率进行研究,底板砂岩含水层疏降快,恢复慢,增加放水量可有效加快含水层水位的疏降,多孔大流量疏放水可以最大程度上激发地下水流场的变化,在一定范围内对底板砂岩含水层进行疏水降压,可以持续降低地下水水位;单孔放水和多孔放水过程中水位恢复时间分别占放水时间的77.92%和86.21%,而水位仅分别恢复了最大降深的39.11%和46.56%,说明了含水层水位易疏降,难恢复。根据对放水孔的水量和水压变化情况分析,长时间疏水降压会使水量逐渐减小,并产生大幅降深,证明底板砂岩含水层补给条件一般。结合井田地层和构造条件,提出底板砂岩含水层位于相对较为封闭的隔水空间有利于疏水降压。结果表明:利用抽水试验和放水试验资料,从含水层水位单位时间变化速率、抽水和恢复水位曲线、放水孔水压变化和含水层边界条件等方面,可以对底板厚层砂岩含水层可疏性进行综合评价。

彬长矿区巨厚砂岩含水层下综放开采导水裂隙带高度研究

为了得到彬长矿区巨厚砂岩含水层下综放开采导水裂隙带高度,采用数据分析的方法研究了矿区内17组工作面导水裂隙带高度实测数据,得到了彬长矿区导水裂隙带高度计算的回归公式,并基于彬长矿区雅店矿ZF1403工作面地质条件,采用数值模拟和现场实测的方法对回归公式的适用性进行了验证。结果表明:经验公式与实测数据的结果相差较大,已不能作为彬长矿区导水裂隙带高度计算的参考公式,而回归公式计算结果与数值模拟和现场实测的结果基本吻合,回归公式应用效果良好。在矿区内矿井未实测导水裂隙带高度的情况下,回归公式计算结果可作为矿区内矿井导水裂隙带高度的参考。

侏罗纪煤田宝塔山砂岩含水层大流量大降深放水试验

为了在抽水试验的基础上进一步查明侏罗纪煤田宝塔山砂岩含水层的水文地质特征,开展了井下放水试验,单孔放水量平均值为237.91 m^3/h,多孔放水量平均值为444.10 m^3/h,宝塔山砂岩含水层地下水位下降最大值达310 m。通过大流量大降深放水试验,计算出含水层的渗透系数和单位涌水量,确定宝塔山砂岩含水层与白垩系、煤系间、三叠系含水层存在水力联系,探查了放水试验的影响范围及观测孔水位降深规律,论证了宝塔山砂岩含水层具有可疏性。基于宝塔山砂岩含水层水文地质特征,提出了下组煤开采底板砂岩水害防治方案。研究结果表明:井下大流量大降深放水试验可以最大程度激发含水层地下水位降深,有效弥补地面抽水试验的不足,在各含水层水力联系、疏放水影响范围和含水层可疏性评价方面得到的研究成果,可以作为矿井底板砂岩水害防治的依据。

侏罗系煤田宝塔山砂岩含水层疏放水可行性研究

为了论证侏罗系煤田底板宝塔山裂隙砂岩含水层疏放可行性,选取宁东碎石井矿区灵新煤矿为例,利用井下单孔和多孔放水试验,分析了底板放水钻孔涌水量动态变化规律,评价了底板含水层放水效果和疏放可行性。结果表明:放水孔初期涌水量较大,经一周左右时间流量明显逐渐降低并趋于稳定;放水稳定时刻,形成以放水孔为中心的降落漏斗,且影响半径较大(均大于700m),各孔水压明显降低;由单孔放水到三孔叠加放水,降落漏斗形态不断扩大,影响半径逐渐增大,各孔水压逐渐降低。单孔放水阶段,FS2、G1和G2孔水压计算的底板突水系数小于正常标准(0. 1MPa/m);多孔放水阶段,FS2、JG、JF、G1和G2孔水压计算的底板突水系数小于正常标准。说明煤层底板砂岩含水层具有可疏放性,可通过底板钻孔放水实现对含水层的超前疏放,保障工作面的安全开采。

松软砂岩含水层下控水综放开采试验

介绍了铁北煤矿在松软砂岩含水层下研究应用综放开采技术取得成功的做法及相关问题解决的途径。综放开采技术在铁北煤矿水文地质条件下成功应用,提高了工作面生产能力,工作面单产由150kt/月提高到250kt/月,为高产高效矿井建设创造了良好条件,对相似煤矿应用综放开采技术有借鉴意义。

复合砂岩含水层下掘进巷道顶板富水异常区探查技术

为了探查掘进巷道前方顶板含水层的富水异常区,给矿井防治水工作提供依据。结合掘进巷道顶板隔水层较薄和含水层较厚的特点,并且复合含水层之间存在水力联系,采用长距离定向钻探结合瞬变电磁法进行掘进巷道超前探查,利用长距离定向钻孔对巷道上方进行全覆盖,根据钻孔在钻进过程中水量的增加幅度绘制富水性指数等值线图,用来定量表征巷道顶板含水层的富水性情况。在巷道掘进过程中采用瞬变电磁法对顶板含水层的富水性进行探查,圈定富水异常区。利用工作面构造及疏放水情况对富水异常区圈定结果进行验证,结果表明,含水层在断层发育区域的富水性较强,并且富水异常区范围内的疏放水钻孔水量较大,说明长距离定向钻孔和瞬变电磁探查可以作为掘进巷道顶板含水层富水异常区圈定方法。

砂岩含水层富水性评价指标体系构建及优选研究

为使砂岩含水层富水性评价体系更加科学完善,将富水性评价指标体系剖解为4个相对独立的二级模块:厚度场、岩性组合场、裂隙场、构造场。以厚度场为例,结合麦垛山井田直罗组下段含水层抽水试验资料,构建了包括粗砂岩厚度、粗中砂岩厚度和、粗中细砂岩厚度和、砂岩总厚度、岩性结构指数以及单层砂岩厚度6项三级指标。经灰色关联度计算,对6项指标进行了关联性排序。结果显示,对于麦垛山井田直罗组下段砂岩含水层而言,粗中砂岩厚度和是表征厚度场对富水性指示作用的最优指标。