榆神矿区浅埋煤层减水开采中预疏放标准确定方法

榆神矿区地处干旱半干旱地区,生态环境十分脆弱。疏放水是榆神矿区顶板水害防治的主要手段,但过度疏放不仅增加矿井排水负担,而且不利于保护浅层地下水资源。因此,在确保防治水安全的前提下,计算预疏放残余水头、确定预疏放阶段和回采阶段第四系松散含水层漏失量,从而实现总漏失量最小是煤炭减水开采中的重点研究问题之一。以榆神矿区锦界煤矿为例,在分析井田含、隔水层赋存特征的基础上,建立了煤层开采的2种充水模式,并对顶板含水层进行了富水性分区;以矿井涌水量实测数据为基础,分析了涌水量变化规律及其构成比例;采用Drain边界刻画多工作面连续回采内边界,建立了锦界煤矿采掘扰动条件下地下水流数值模型,研究了两种充水模式下预疏放残余水头在不同工况下的第四系松散含水层总漏失量变化规律,确定了工作面预疏放结束标准。结果表明:锦界煤矿煤层顶板为典型的沙(层)-土(层)-基(岩)型结构,主要充水水源为风化基岩水,主要充水模式为土层未缺失风化基岩充水型及土层缺失风化基岩和松散层混合充水型。采用GIS多元信息融合技术划分的井田富水性分区结果显示,相对强富水区位于井田二盘区局部地段、三盘区和四盘区大部分地段,与现场实际基本一致。矿井疏放水量与工作面回采残余涌水量曲线变化趋势基本一致,各占矿井涌水量的50%左右。通过数值模型计算得出两种充水模式下工作面预疏放结束标准为将充水含水层疏放至煤层底板以上15~20 m,保留一定的残余水头可进行回采,无需继续疏放。此时,第四系松散含水层水资源总漏失量最小,可起到减水采煤的作用。研究成果为榆神矿区浅埋煤层提供了“减水开采”的新思路。

基于顶板水预疏放的首采工作面涌水规律

为了建立符合蒙陕接壤区煤炭开采防治水技术体系,以纳林河二号矿井首采工作面为例,开展了覆岩破坏规律、水文地质条件、涌水量预计、顶板水预疏放等研究,结果表明:应用钻探取心、钻孔冲洗液漏失量观测和钻孔彩色电视探测手段,实测得到首采工作面导水裂缝带高度为103.23m,裂高(导水裂缝带高度)采厚比为18.8,导水裂缝带可沟通3段含水层,其中直罗组底部含水层钻孔涌水量92.0~136.0m^3/h、水压4.0~5.6MPa,呈“水量大、水压高、分布不均”的特点,是威胁工作面回采安全的最主要含水层。回采过程中顶板水主要由静态储存量和动态补给量构成,采用“动静储量结合法”计算得到静态储存量和动态补给量分别为2.596×10^6m^3和417.6m^3/h。对顶板水开展分段预疏放条件下,整个工作面回采过程中采空区涌水量与推采步距呈正相关关系,随着顶板周期性滞后垮落,导水裂缝带也周期性发育至高点(直罗组底部含水层),采空区涌水量又呈台阶式增长。最终总预疏放水量4.235×10^6m^3,采空区总涌水量5.313×10^6m^3,首采工作面总排水量为622.8m^3/h,与预计排水量596.9m^3/h相差4.2%。涌水量准确预测和顶板水提前预疏放,是实现首采工作面防治水安全的关键,可以为鄂尔多斯盆地北部深埋区提供防治水技术支撑。

蒙陕矿区深埋工作面顶板水可疏降性及预疏放标准研究

在分析蒙陕矿区深埋煤田区地貌特征、水文地质条件、工作面钻孔涌水和采空区涌水特征等基础上,开展了顶板水可疏降性和预疏放标准研究,结果表明:研究区包括基岩台地、沙地、黄土沟壑3类地貌,其中沙地区第四系富水性强,煤层顶板含水层丰富的充水水源,导致直罗组一段渗透系数和单位涌水量均远大于基岩台地区和黄土沟壑区。不同矿井首采工作面探放水钻孔初始水量和累计放水量分为3类,水量较小矿井,初始水量q0≤10.0 m3/h,累计疏放水量<5.0×104m3;水量中等矿井,初始水量q0≤60.0 m3/h,累计疏放水量10.0~100.0×104m3;水量较大矿井,大部分钻孔的初始水量q0>100.0 m3/h,累计预疏放水量>100.0×104m3;所有矿井首采工作面经预疏放后,可以实现绝大部分钻孔水量<10.0 m3/h、水压<1.2 MPa,具有很好的疏降性。根据矿井水的顶板水疏放过程中水量和水压变化规律,建立了工作面预疏放标准,q0=0~10.0 m3/h的矿井,不需要开展预疏放;q0=0~60.0 m3/h的矿井,对钻孔初始水量>20.0 m3/h的富水条带开展预疏放;q0>60.0 m3/h的矿井,以600.0~1 000.0 m为工作面回采段,提前3个月进行顶板水预疏放,实现回采前90%钻孔水量≤10.0 m3/h、水压≤1.2 MPa。

窄煤柱工作面老空水疏放技术研究

采空区积水突水严重威胁矿井的采掘安全。207工作面与205采空区间阶段煤柱仅20 m,窄阶段煤柱加大了采空区积水的探放难度。在207工作面回风巷掘进期间,对相邻205采空区水采取超前探放疏水;回采期间,在207回风巷敷设引水管路,将205采空区水引至207辅运巷外排,保证了确保207工作面的安全采掘。结果表明,巷道掘进施工顺序优化与掘进面超前探放相结合的措施,累计疏放采空区积水260万m^(3),保证了207工作面安全掘进与回采。研究成果可为沿空掘巷或窄煤柱采空区积水高效探放提供有益借鉴。

西部浅埋煤层开采顶板含水层水量损失动力学过程特征

受保护含水层水量损失的定量计算是"保水采煤"理论发展目前面临的瓶颈问题。利用覆岩破坏数值模拟方法,将陕北榆神矿区典型覆岩结构下煤层开采顶板水量损失过程划分成单一风化基岩失水和萨拉乌苏组、风化基岩复合失水模式;基于系统动力学理论,构建了2种水量损失模式动力系统模型,建立了实际疏放与无疏放状态水量损失过程之间的数学关系,求解了水量损失动力系统模型参数,确定了水量损失峰值及发生位置、水量损失动态平衡值及发生位置;通过开采扰动区水流数值模拟,计算了2种模式单位走向长度水量损失强度。结果表明:覆岩组合特征控制着煤层采动含水层动、静储量叠加释放过程,决定了工作面采动顶板水量损失模式; 2种水量损失模式相比,复合模式下水量损失峰值和动态平衡值均较大;钻孔疏放水显著削减了推采过程水量损失峰值强度,改变了水量损失方式和时机,但采动过程水量损失动态平衡值及顶板水资源损失总量并未发生变化;两种模式下工作面采动,水资源损失总量以及水资源损失强度中松散层和风化基岩水占比计算结果,揭示了古近系黏土隔水层对于萨拉乌苏组潜水保护的重要意义。研究结果为"保水采煤"理论在工作面尺度含水层水量损失及保护的定量计算提供了新思路。

彬长矿区洛河组地下水防治和开发新思路

洛河组砂岩含水层是彬长矿区的主要富水含水层和水害因素,各煤矿生产过程中仅被动进行疏放,资源化开发和主动防治方法的提出将具有重要意义。亭南煤矿为解决井下长期以来存在的用水难问题,在巷道中采用改进的钻探技术和方法,施工井下大仰角和大深度钻孔,成功将洛河组地下水引入矿井供水管网。资源化利用含水层水解决生产供水问题,提供了井下洛河组水资源化开采的新思路。同时,井下供水工程可将洛河组含水层水预疏放,提供了水害防治的新思路,为相似矿井洛河组地下水的开发和治理提供了借鉴。

煤矿防治水技术研究与实践

对某煤矿3号煤层顶板岩层的含水情况、带压开采情况进行了分析。对该煤层存在的水害问题,综合运用顶板水疏放措施、物探钻探技术以及水害预警监测系统等措施进行治理和预防,为该煤矿3号煤层的顺利开采提供了保证。

长平煤矿防治水技术研究与实践

针对长平煤矿3号煤层上覆砂岩含水层含水丰富和带压开采的水文地质条件,通过采取顶板水预疏放、物探钻探化探综合运用、建立水害预警机制、学习培训、开展科研等综合措施,为长平矿井防治水提供了有力的保障,使防治水工作更具有针对性,提升了矿井防治水工作水平。

呼吉尔特矿区矿井涌水量变化规律与影响因素

呼吉尔特矿区属于鄂尔多斯盆地侏罗系煤田深埋区,可采煤层上覆较强富水性厚层砂岩含水层。随着煤层开采,顶板水进入矿井,严重影响矿井安全生产。矿区范围内,各生产矿井涌水量均较大,最大矿井涌水量达到2289 m 3/h,且仍呈上升趋势。针对这一情况,以该矿区涌水量最大的某矿井为例,对该矿区矿井涌水量变化规律和影响因素,从开采煤层上覆含水层赋存特征、巷道掘进长度、采空区半径、含水层疏降等方面,做了分析研究。结果表明:该矿区煤层顶板导水裂缝带范围内,发育有2~3层砂岩含水层,富水性差异较大,不同程度地影响矿井涌水量。在建井阶段,矿井涌水量随着巷道进尺的增加而增大,而矿井单位进尺涌水量和巷道单位进尺涌水量呈减小趋势。采前对工作面上覆含水层静储量进行计算,采取超前预疏放措施,充分疏放含水层静储量,可达到安全回采条件。矿井生产建设过程中,矿井涌水量先期呈大幅度增大的趋势,随着矿井采空区面积的不断增大,疏放影响范围增大,矿井涌水量增长幅度趋缓。

青磁窑煤矿地质离层水防治关键技术研究

由于青磁窑煤矿受采动影响会产生离层积水等现象,采用地面泄水钻孔防治离层技术,提前在可能产生离层水区域施工地面泄水钻孔,及时监测工作面水位情况,预警井下出水现象。通过在1307、1302工作面现场应用后,均未产生显著的离层积水。结果表明,采用该技术能够发挥一定的防治效果,保证工作面的安全。