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。

煤矿顶板离层水害形成机制、致灾机理及防治技术

顶板离层水害对煤炭生产的威胁日益增大,近年来成为矿井水害防治的研究热点。系统整理和归纳了国内外关于煤矿离层水害的研究进展,从煤矿离层水的形成机制、致灾机理、水害预测预警及关键防治技术4个方面,对煤层覆岩离层水害问题进行阐述。综述了采动覆岩离层研究及覆岩离层水形成机理,将煤层覆岩离层水的形成归纳为3个基本条件:可积水离层、离层周边存在补给水源、离层空间持续时间足够长。根据开采条件、覆岩的工程地质条件、导水通道形成原因与突水特点,从多煤层叠加开采下的重复扰动突水、多煤层叠加开采下动力突水、单煤层开采下的静水压涌突水及侏罗系煤田离层水害形成机制4个方面阐述离层水害致灾机理;重点分析了侏罗系煤田3种典型的离层突水形成机制:崔木、招贤煤矿高位离层水害形成机制、新上海一号煤矿间歇式离层突水形成机制、携泥砂型离层水害;根据能量源和表现特征将离层水害归为三大类:离层动力突水、离层静水压涌突水以及离层携泥砂井下泥石流。从可积水离层位置预判、离层突水周期性预测及离层涌突水水量预测3个方面总结了覆岩离层水害预测方面的研究进展。分析介绍了目前主要的离层水害防治方法,结合目前离层水害较为严重的鄂尔多斯盆地侏罗纪煤田,分析了鄂尔多斯盆地侏罗纪煤田离层水害防治的难点:高位离层突水出现的强矿压问题以及离层水害引发的溃砂问题。提出离层水害防治未来的发展与研究方向:开展离层水害采前精准预测分区研究;发展钻探、地球物理探测等勘察技术使覆岩破坏从“灰箱”变为“白箱”;发展离层水害综合防控技术体系。

煤层顶板次生离层水周期突水致灾过程模拟

为了提高煤层顶板离层水害防治效果,分析了离层水害的动态周期性特征。根据关键层理论,推导出主采煤层覆岩中产生离层的判别式,采用计算机数值模拟手段,模拟了离层形成过程,总结了顶板次生离层水害的周期性特征。研究表明:离层是由于主采煤层的覆岩力学性质差异较大,当煤层开采致使覆岩产生不协调一致的弯曲下沉而产生。随着工作面的推进,离层形成后持续发育至极值,当上方有充水水源时,则形成离层水。此时,若导水裂隙带发育高度凸跃发展导通离层水体时,该离层水将溃入井下造成离层水害。然后离层逐渐压实萎缩,水体流失殆尽。随着煤层顶板周期性破断,离层水害周期性发生。离层动态周期出现的规模各不相同,其中以第1次出现的离层空间规模为最大,对应的离层次生水害亦最大。研究区工作面每推进100 m,离层水害动态发生1次。

矿井离层水致灾机理及防治技术研究进展

针对矿井离层水研究过程中遇到的突水征兆不明显、瞬时水量大、滞后性、周期性突水等问题,从覆岩移动离层水的形成、致灾机理、防治技术、监测预警等方面总结了离层水的研究进展。首先,离层水害是采动影响下采场覆岩运动和地下水运移的耦合结果,通过挖掘突水事故的表现、覆岩结构及运动特征、地下水运移规律及相关研究现状,总结得到离层水形成基本条件和发育的基本规律,分析了突水引发溃泥溃砂、瓦斯涌出、切顶压架等次生灾害的机制。其次,离层垂向和水平位置预测是离层水害防治的关键,在此基础上,介绍了地面直通式泄水孔、离层注浆充填、井下截流孔、井下导流孔和地面抽排水孔5种离层水的防治方法,并结合工程实际,分析了其特点和问题。最后,利用岩层的岩性组合及地质条件评价离层突水危险性,同时结合回采过程中的多物理场监测数据实现了离层水害的预警,并提出了离层水研究过程中亟待解决的问题。

煤层顶板次生离层水害成因的模拟研究

次生离层水害是在没有水源的情况下发生的煤层顶板溃水灾害,灾害的成因一直没有很好的认识和解释,给矿山水害防治带来了很大的困难。以海孜煤矿为例,对此类水害问题进行了水文地质、工程地质条件和开采条件分析,顶板运动的相似材料模拟和数值模拟,最终发现了一种新的水害类型,提出了一种新的水害成因观点,即次生离层水包破裂致灾观点。钻探和钻孔成像证实了理论分析和实验结果。针对灾害成因,采取了采动疏干的防治水方法,取得了满意的效果,确保了类似条件工作面开采的安全。对灾害成因的模拟不但在理论上填补了水害类型的空白,且给此类型水害的防治探索了一条途径。

巨厚煤层顶板离层水致灾机理研究

为探讨巨厚煤层顶板离层水的致灾机理,以陕西焦坪矿区某矿1418工作面为研究对象,分析其突水特征及突水地质条件,并基于"拱梁平衡理论",对可致灾离层发育层位进行了判别,对离层水发育的周期进行了计算,采用UDEC数值模拟软件,对覆岩离层及导水裂缝带的发育过程进行了模拟。结果表明:可致灾的"空腔型"离层发育在直罗组泥岩和宜君组粗砾岩之间,主关键层破断周期间隔距离为190 m;导水裂缝带发育高度约245 m,导通至洛河组下段砂岩裂隙潜水含水层;顶板离层突水具有动态周期性特点,当"空腔型"离层形成稳定"储水体"后,随着顶板覆岩破坏程度的增加以及主关键层的破断,稳定"储水体"被打破,沿导水裂缝带涌入矿井,造成突水事故;随顶板覆岩的周期性破断,离层突水周期性发生。

海孜煤矿顶板离层水害的成因与防治研究

离层水害是一种罕见而危害严重的灾害形式,论文通过水文地质分析、相似材料模拟、数值模拟和冲击水压试验证实发生在淮北海孜煤矿的顶板次生离层水害的成因。针对灾害原因,采取了采动疏干的防治水方法,取得了满意的效果,确保了类似条件工作面开采的安全。

铜川玉华煤矿顶板离层水突水机理与防治

陕西铜川玉华煤矿一盘区1418工作面,回采期间发生多次突水事故,对煤矿的正常生产和人员的生命安全构成严重威胁。从本井田地质和水文地质资料入手,分析了工作面突水的背景、水源、通道等,得出洛河组下段砂岩裂隙含水层水为离层空间充水的主要水源,煤层采动后形成的导水裂隙带为主要的导水通道。通过理论分析和模拟研究覆岩移动破坏规律,分析确定导水裂隙带发育过程和离层空间可能发育的位置,离层水形成、发展及突水过程,从而总结出玉华井田1418工作面顶板离层水突水机理,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。

两淮煤田矿井水害类型特征初步研究——以离层水害和陷落柱水害为例

通过对相关文献的梳理分析,以两淮煤田矿井水文地质条件为研究对象,阐述了两淮煤田各矿区受主要水害类型威胁程度的大小,重点分析了离层水水害和陷落柱水害,得出结论:两淮煤田的采场坚硬顶板的分布较广,离层水水害威胁较严重;岩溶陷落柱在两淮煤田分布不密集,但其水害造成的经济损失大。

济二矿覆岩离层水涌水机理与防治技术研究

以济宁二号矿113下05工作面采空区异常涌水为例,在分析其发生背景条件基础上,应用数值模拟研究了煤层开采顶板及覆岩中离层的分布位置,并利用井下钻孔实际监测验证了离层的存在及动态变化特征,提出了覆岩离层水形成的3个基本条件以及覆岩离层水涌水机理的静水压理论模式,最后提出了离层水防治的关键技术措施,并成功用于生产实践。

新集矿区推覆体下采煤离层水的成因与防治

在水文地质和工程地质条件分析、相似材料模拟和数值模拟的基础上,确定了新集矿区的顶板水害为次生离层水包破裂所致,钻探和光学成像证实了分析和实验结果。针对灾害原因,采取了采动疏干的防治水方法,取得了满意的效果,确保了类似条件工作面开采的安全。

工作面顶板动态离层水治理研究

2005年5月21日淮北矿业集团海孜煤矿745工作面发生了瞬时水量达3887m^3/h的特大溃水事故,经分析发现,此次溃水事故的水源来自7煤层顶板砂岩离层积水,是在复杂水文工程地质条件下,采煤工作面顶板产生的一种动态突水水源。针对离层突水的动力特点,在工作面回采影响以外的下山方向布置钻孔,并采取在工作面采前、采中和采后持续放水的措施,有效地阻止了离层水源的产生,保证了工作面安全生产。

海孜煤矿顶板次生离层水的形成与防治

通过水文地质和工程地质条件分析、相似材料模拟和数值模拟认为淮北海孜煤矿的顶板水害为次生离层水包破裂所致,钻探和光学成像证实了分析和实验结果。针对灾害原因,采取了采动疏干的防治水方法,取得了满意的效果,确保了类似条件工作面开采的安全。

采动覆岩高位离层水害防治地面抽排关键技术研究

基于永陇矿区麟游区侏罗系煤层开采泥质弱胶结覆岩的特征,提出“水蚀效应”的采动覆岩离层水害致灾理论及防治技术,根据经验公式、该矿前期回采工作面现场实测及基于相似条件矿井实测导高发育规律,计算出该矿工作面开采覆岩破坏高度。根据组合梁原理,自上而下确定覆岩中坚硬岩层位置、各坚硬岩层破断距,确定了致灾关键离层空间位置。由地下水动力学非稳定流理论,计算得出工作面覆岩离层空间充水量。工作面回采期间,由于覆岩变形破坏,直通式导流泄水孔需要反复透孔才能保证泄水能力,泄水孔泄水连续性较差。为避免离层积水量过大,设计地面抽排离层水钻孔,降低宜君组水位,减少宜君组含水层对离层空间的补给强度,控制高位离层突水水害。根据预测导水裂隙带发育位置以及离层发育位置,确定抽排离层水钻孔结构及设备参数,通过对比发现抽水后附近水文长观孔水位及工作面矿压下降明显。

浅析地面抽排技术在防治侏罗系特厚煤层离层水中的应用

黄陇侏罗系煤田永陇矿区地层中白垩系的洛河组、宜君组,厚200~500 m,以长石石英砂岩为主,砂岩砾岩为主要含水层;其至下伏侏罗系主采延安组煤层之间为侏罗系安定组、直罗组和延安组,主要为软弱泥质岩层。工作面回采过程中,白垩系巨厚含水层与其下伏的侏罗系软弱泥质岩层易形成高位离层积水,典型矿井包括崔木煤矿、郭家河煤矿、招贤煤矿等。招贤煤矿仅2020年就先后发生3次透水事故,水害治理迫在眉睫。针对此,研究确定地面抽排技术为该矿离层水治理措施并得到现场应用。应用结果表明,该技术科学有效,含水层水位大幅降低,解除了回采工作面顶板离层水害威胁,同时也为相似地质条件矿井离层水防治提供了参考和借鉴。

特厚煤层综放面顶板离层水害防治

根据某矿305综放面实际生产条件及地质条件,采用数值模拟、钻孔观测等手段,分析了"两带"发育规律、顶板离层水害特征、离层水形成影响因素等,制定了现场顶板水探放方案及措施,现场实施取得了较好效果,为矿井其他工作面进行围岩控制、顶板水预疏放设计、矿井水害防治等提供了理论依据和技术支撑。

特厚煤层综放开采覆岩离层水突水机理分析及防治

为了解决特厚煤层综放开采条件下离层水防治技术难题,以郭家河煤矿特厚煤层综放开采工作面开采过程中多次发生离层突水事故为例,采用工作面矿山压力显现观测、覆岩破坏导水裂隙带高度观测、水质化验分析、工作面地质条件分析、覆岩力学模型分析、数值模拟分析等多种手段对离层水突水影响因素及突水机理进行了研究,并提出了离层水防治技术有效措施。研究结果表明:特厚煤层综放开采离层突水为周期来压、向斜构造等多因素综合作用导致,并提出覆岩破坏"两带"高度观测、顶板富水性探测、富水区及离层水疏放3大离层水防治步骤,对褶曲等构造带预先疏放褶曲构造带富水、破坏离层空间密闭性、疏放离层空间积水的等防治措施,形成离层水探测、防治一体化技术体系。

煤矿离层水害的成因与防治

中岭煤矿在连续的暴雨之后发生了突水淹面灾害,使得防治水方针无法确定。分析否定了原来的侧方老空水成因,认为3~#煤层顶板以底部为黏土岩,上部厚层为细砂岩的结构在开采导水裂隙带高度小于煤层顶板黏土岩厚度的情况下,顶板上方形成了完整离层空间,强烈的大气降水补给进入离层空间。认为离层带内的积水因底板突然破坏是造成顶板突水淹没工作面根源。为再现离层水害的过程进行相似材料模拟实验,证实分析正确。后采用预疏干技术有效地解决了此类水害的再次发生。

巨厚煤层综采工作面顶板离层水形成条件分析及危险性评价

基于海孜矿745工作面特大离层水突水事故勘查成果,从理论上分析论述了离层水的形成条件主要包括"空腔型"、"可积水"离层及补给水源。结合具体实例,依据离层水的形成条件对巨厚煤层综采工作面顶板离层水的危险性进行初步判别,判别结果与实际相符,可为离层水的勘查及防治提供依据。

华亭大柳煤矿综放工作面顶板离层水层位分析

以华亭大柳煤矿4煤综放开采涌(突)水为例,通过覆岩关键层位置研究导水裂隙带发育高度。结合离层水形成条件,分析区域离层水形成层位,并通过水质化验验证,确定了工作面涌(突)水水源,为华亭矿区乃至鄂尔多斯盆地较薄厚煤层开采防治水设计及措施制定提供了重要参考价值。