综放开采下组煤首采面上覆老空水探查及突水危险性评价

为了探究左权五里堠煤业上组煤老空区富水性及其对下组煤首采工作面突水的危险性,以下组煤首采面为研究背景,系统分析了研究区上下2组煤层顶底板岩性组合及水文地质条件;根据物探探测结果,在下组煤首采面巷道先后施工了20个探放上组煤老空水钻孔,发现上组煤老空水存在局部水量大、水压高、富水性分布不均的特点。在此基础上,建立了上下组煤层开采顶底板的工程地质数值模型,采用数值模拟方法对上组煤和上下组煤开采完毕后的应力场及塑性区场变化特征进行了对比分析,得到上组煤层开采后底板破坏深度为11 m,下组煤开采后导水裂隙带高度为112 m,没有波及上组煤底板破坏深度范围,与首采面实测涌水量反映的规律是一致的。根据首采面及附近2个钻孔的资料,采用2种相关经验公式类比计算了下组煤开采导水裂隙带高度,优选了可靠性较高的经验公式。

上薄下厚煤层群上行开采可行性研究

上行开采可有效缓解矿井接续紧张,延长矿井服务年限。以某矿典型的上薄下厚煤层群开采为例,综合采用理论分析、数值模拟等方法对B_(5)煤层上行开采可行性展开研究。结果显示,B_(4)^(2)煤层、B_(5)煤层层间岩层为含单一煤层结构,B_(5)煤层处于在B_(4)^(2)煤层开采后形成的裂隙带范围内,B_(4)^(2)煤层开采后,上覆岩层形成铰接岩梁结构,随着工作面推采,铰接岩梁结构不断向前传递,B_(5)煤层可以保持较好的完整性和连续性。采用4种判别方法对该矿水平采区范围内B_(5)煤层是否具备上行开采的可行性进行验算,明确了B_(5)煤层部分区段具备上行开采的可行性,为高效开采提供了理论依据。

Comprehensive evaluation of water-inrush risk from coal floors

Lower groups of coal seams are presently being mined from water-inrush from coal floors in order to have safe production in the Yanzhou coal mining area. We need to evaluate the risk in the lower groups of coal seams in mines. Based on a systematic collection of hydrogeological data and some data from mined working faces in these lower groups, we evaluated the factors affecting water-inrush from coal floors of the area by a method of dimensionless analysis. We obtained the order of the factors affecting water-inrush from coal floors and recalculated data on depths of destroyed floors by multiple linear regression analysis and obtained new empirical formulas. We also analyzed the water-inrush coefficient of mined working faces of the lower groups of coal seams and improved the evaluation standard of the water-inrush coefficient method. Finally, we made a comprehensive evaluation of water-inrush risks from coal floors by using the water-inrush coefficient method and a fuzzy clustering method. The evaluation results provide a solid foundation for preventing and controlling the damage caused by water of an Ordovician limestone aquifer in the lower group of coal seams in the mines of Yanzhou. It provides also important guidelines for lower groups of coal seams in other coal mines.

寺河井田穿煤柱下组煤煤层气水平井钻井技术研究

下组煤煤层气超前预抽已成为煤矿区煤与煤层气共采的重要任务。以寺河井田为例,通过分析3号煤层采动卸压后下伏岩层应力分布、裂隙演化及渗透率变化规律,研究了通过地面抽采下煤组煤层气降低瓦斯含量的可行性,开展了下组煤地面煤层气抽采井位部署方法、钻井技术工艺及关键排采技术等研究。结果表明:下组煤15号煤层渗透率增加约2.20倍,有利于15号煤层进行地面煤层气预抽;根据煤层气开发工程要求,按照地面井下综合分析的方法,优化部署了穿煤柱下组煤水平井煤层气抽采井位,设计了三开钻井井身结构,优化了井眼轨迹设计及钻井轨迹控制技术,研究了不同钻井层段的钻井液体系、裂隙发育段堵漏及分级固井工艺等钻井技术;为有效减少L型水平井排采中管柱磨阻,采用“大井扶斜正+双保接箍防偏磨+导向器降扭矩”工艺。所实施的穿煤柱下组煤水平井,最高日产气量9522 m^(3),14个月内累计产气量220万m^(3),产气效果理想,证明了技术工艺的可行性。

浅埋煤层群上下层位土层与基岩层协同隔水稳定性研究

浅埋煤层顶板突水是由于导水裂隙带贯穿隔水层而引起的,随着煤层群的下行开采,土层与基岩层的协同隔水机理亟待明确。为了分析隔水土层在煤层群下行开采工程背景下的破坏机理,以便准确预测煤矿顶板突水问题,以陕北神府矿区韩家湾煤矿2−2、3−1和4−2煤下行开采为研究背景,通过原位钻孔取心试验得出不同埋深的隔水土层性质的差异;通过建立上层位隔水土层渗透扩展力学模型来描述裂隙发育形态;采用土−岩复合隔水层力学模型,在“给定变形”条件下计算下层位隔水土层处于整体稳定状态时的力学判据。研究表明,隔水土层根据其性质不同可以分为上层位隔水土层和下层位隔水土层;通过比较总载荷与上层位隔水土层抗拉强度的大小,当总载荷小于等于上层位隔水土层抗拉强度时裂隙不再向下发育从而得出裂隙发育长度;在“给定变形”条件下,当下层位隔水土层长边中部位置处产生的拉应力小于或等于拉伸强度阈值时,下层位隔水土层整体结构处于稳定状态,不会产生拉伸破坏;根据韩家湾煤矿地质情况进行数值模拟,模拟结果与理论分析结果相吻合。研究可为相似地质条件下顶板突水预测提供参考。

受断层控制的下组煤开采底板变形特征及突水危险性探究

为了探究杨村煤矿十采区下组煤17煤层首采10703工作面断层突水危险性,在系统分析其地质及水文地质条件基础上,确定了该工作面属于典型的受断层控制的带压开采范畴,主要突水含水层为十三-十四灰和奥灰。在此基础上,建立了集完整和有断层于一体的10703工作面所在区域的三维工程地质模型,采用数值模拟方法对比模拟获得了16上和17煤两薄煤层依次开采后受断层控制的底板变形破坏深度和特征。在此基础上,采用安全带压系数法系统评价了完整和有断层条件下十三-十四灰和奥灰对10703工作面带压开采突水危险性,结果认为均是安全的,与突水系数法结果进行了比较。研究结果对该工作面带压开采底板水防治具有很好的参考价值。

下组煤首采面综放开采受上组煤老空水威胁程度研究

为了探究左权五里堠煤业有限公司上组煤5号煤层老空水是否对下组煤15号煤层首采面综放开采造成突水水害威胁,以下组煤首采面为背景,系统分析了研究区地质及水文地质条件,建立了两煤层开采后顶底板变形破坏空间分布特征模型,提出了老空水是否威胁下组煤综放开采的3个可能条件。在此基础上,采用具有针对性的经验公式和数值模拟相结合的方法,综合获得了下组煤15号煤层首采面最大导水裂隙带高度和上组煤5号煤层底板最大破坏深度量化参数,并与下组煤首采面附近施工的地面钻孔揭露这两层煤间距进行对比。认为下组煤15号煤层开采后,通过导水裂隙带将会波及到上组煤采动底板破坏带内部,在正常条件下可能与上组煤5号煤层老空水导通,建议开采前要进行提前探查和疏放。研究结果对下组煤首采工作面顶板老空水害防治具有很好的参考价值。

寺河井田下组煤煤层气开发有利区优选及穿煤柱水平井井位部署

寺河井田在煤炭开采前需要通过地面预抽方式降低瓦斯含量以解决煤炭开采过程中的瓦斯突出等问题。煤矿区地面煤层气开发工程要做到与煤炭的协调开发,煤层气抽采区块的优选及井位的合理部署至关重要。利用FLAC3D软件模拟,建立煤层底板采动效应地质模型,开展针对性的研究上组煤采动后下伏岩层应力变化;结合煤矿采掘部署,选取下组煤煤层气开发的主控因素为指标,建立采动区下组煤煤层气开发潜力评价指标体系,采用层次分析法和模糊综合评价相结合的方法,评价煤层气开发的有利区块;以煤层气与煤炭协调开发为前提,确定穿煤柱水平井煤层气开发井位部署的原则,研究水平井设计的关键要素及内容,优化设计15口井位。研究表明:9号煤层和15号煤层都处在3号煤层开采卸压范围内;东五盘区是寺河井田部署下组煤煤层气水平井的优选区,开展的1口煤层气井最高日产气量达到了9522 m 3。

煤层群上下保护层开采围岩应力时空演化规律及应用研究

为实现煤层群上下保护层开采被保护层卸压瓦斯高效抽采,采用数值模拟方法研究上下保护层开采后围岩应力分布及演化规律,根据卸压范围分布实现卸压瓦斯抽采钻孔精准布置。研究结果表明:上下保护层双重开采,有效降低被保护层的应力,卸压范围增大。下保护层开采后被保护层倾斜上下边界卸压角分别为87°、72°,走向卸压角为63°;上保护层开采后被保护层倾斜上下边界卸压角分别为76°、79°。卸压抽采钻孔瓦斯浓度从卸压前的30%~40%增加到卸压后90%以上,单孔瓦斯流量从卸压前0.03~0.08 m^(3)/min增加到卸压后的1.1~1.85 m^(3)/min,瓦斯纯流量呈现数10倍增加,但工作面推过150 m左右,抽采数据快速降低,卸压瓦斯抽采存在显著的空间和时间效应。研究结果可促进多重保护层开采卸压瓦斯抽采技术发展。

下组煤底板断层采动活化流固耦合数值模拟研究

为了探究杨村煤矿十采区10603工作面回采下组煤16上煤层是否对贯穿该工作面的10605F5逆断层产生活化从而导致底板突水,建立了考虑水压力情况下的底板断层活化力学模型及含断层开采的流固耦合数值模型,分析了断层是否会活化及工作面回采过程中顶底板、断层的塑性区变化特征,以及采动应力、承压含水层水压力耦合作用下断层带不同位置的孔隙水压力的变化特征。研究表明,在采动应力及底板含水层水压力耦合作用下,底板承压水会沿着断层带向上导升一定的高度,工作面以下大部分断层仍具有较好阻渗性,底板含水层中的水不会沿着断层导入到工作面,工作面的回采不会导致该断层活化。研究结果可为杨村煤矿下组煤含断层开采底板防治水工作提供较好的指导和借鉴作用。

三维地震在双层采空区下组煤勘探中的应用研究

受限于历史条件的影响,当前大部分煤矿在上组煤的采掘之前,并未对下组煤的赋存及构造发育情况进行有效的勘探。随着上部煤炭资源的开采殆竭,为保持矿井的安全生产和可持续发展,对煤矿采空区下组煤地震勘探的需求日益迫切。本文结合葛泉矿双层采空区下组煤三维地震勘探的工作实例,在地表条件差、双层采空区、煤层数目多、煤层间距小、煤层埋深较浅等不利条件下,提出了资料采集、处理及解释的一体化技术。从最终的时间剖面来看,双层采空区以及年限较短的采空区相较于单层采空区及年限较长的采空区对下组煤的地震勘探影响更大。

承压开采放顶煤试验技术研究

根据东庞矿北井矿井初设及安全专篇,北井东部可采边界为-300 m等高线,9209试采工作面设计时底板标高已为-281.4 m,因此此工作面为北井南翼最后一个工作面,在不受水害及顶板威胁的情况下,尽可能多回收南翼煤炭资源已成为重点,理论分析工作面顶底板岩层的结构特点,分析得出了工作面具备增加长度,实施承压开采的基本条件。工作长度由88 m增加至96 m后,多回收煤炭资源4万余t,大大提高了采面的可采储量和服务期限,提高了矿井的资源回收率。

牛儿庄矿试采下组煤开采技术研究

牛儿庄矿是衰老矿井,上组煤已基本开采完毕。井田内尚有大量的超突水系数的下组煤资源,能否开采成为当前急需解决的一个重大技术课题。牛儿庄井田位于华北地区,该地区型煤田岩溶区的下组煤开采都不同程度地受到基底中奥陶统地层岩溶水的威胁,该岩溶水系统补给区面积广、水源丰沛、传导性强,岩溶发育,富水性强。针对下组煤受到基底中奥陶统地层岩溶水威胁的问题,在研究煤层底板突水机理的基础上,结合矿井水文地质条件,井上采取区域治理技术改造奥灰含水层顶部峰峰组八段,井下在增加强排抗灾泵房的基础上,采取综合探查、局部再加固、监控、水害预警等综合措施,达到减灾、防灾的目的,实现下组煤安全开采。

“以孔代巷”超前抽采卸压瓦斯技术实践

针对官地矿909工作面顶板岩层复杂地质条件和瓦斯集聚浓度高问题,设计了以孔代巷技术,从采动裂隙发育规律和钻孔瓦斯抽采特征等方面,分析了高位大直径定向钻孔替代高抽巷的技术原理。实践表明,该技术实现了穿层钻孔代替顶板瓦斯抽采巷抽采被保护层卸压瓦斯,更新了“以孔代巷”技术方法;实践了覆岩外展岩移区超前卸压瓦斯抽采技术,加大了瓦斯利用;改善了瓦斯重大灾害治理措施的时空效应,为煤矿安全开采提供了条件。

煤矿采空区下组煤三维地震勘探技术

利用三维地震勘探技术探测老窑采空区的位置和范围,已取得了很好的效果,但是对于采空区下组煤的探测,还处于探索阶段。总结了采空区下组煤地震反射波特征,分析了影响下组煤探测效果的主要因素,提出了采取"高覆盖次数、单深井激发、大药量、中低频检波器、变观"等手段,可以获得具有较高信噪比的下组煤层地震信息,说明三维地震方法探测采空区下组煤是可行的。

基于压水试验的底板泥岩阻水能力研究

现场原位压水试验是揭示岩层阻水能力的可靠方法。为探究下组煤底板泥岩阻水能力,采用现场压水试验的手段对兖州矿区破碎程度不同的两段泥岩进行测试。采用渗透系数和平均阻水强度作为评价指标,对岩体的阻水能力进行对比分析。研究结果表明:破碎泥岩的渗透性远高于厚层状完整泥岩的渗透性,阻水能力有限;岩体的渗透性在水压达临界值后发生突变,水压对岩体渗透性的改变,在破碎泥岩中表现出持续性,而在厚层状完整泥岩中表现出瞬时性;厚层状完整泥岩的平均阻水强度明显超过破碎泥岩的平均阻水强度,能够阻抗更高的水压。本研究成果对兖州矿区下组煤底板泥岩阻水能力的认识,有一定的指导作用,同时也为下组煤的安全开采提供了重要参考依据。

慈林山矿煤层群下部采场覆岩运移规律

煤层群下部煤层开采,上部工作面与下部工作面双重扰动作用会加剧覆岩运移,覆岩原、次生裂隙发育演化形成导水裂隙,顶板、采空区水会极大地制约下部工作面安全、高效开采。为解决此类工作面开采难题,采用相似材料实验、理论分析法,对慈林山矿煤层群下部煤体开采时覆岩运移规律等进行研究。研究结果表明:慈林山矿煤层群下部工作面初次来压步距为55m,平均周期来压步距18.7 m,岩体垮落角在煤壁侧大于切眼处,下部煤体开采会扰动上部工作面煤柱,破断裂隙会贯通上部工作面采空区,且在上部壁式工作面一侧不易闭合,进而演变为导水裂隙,使下部工作面遭受岩体冲击、采空区水威胁,覆岩运移量由下至上具有降低—升高—降低演变特性,上部工作面覆岩沉降量整体较下部工作面大。

井筒涌水点观测资料在下组煤水文补勘中的应用

基于矿井的扩建、下组煤延深开采,完善的下组煤水文地质资料能够使受水害威胁的煤层得到安全开采。某矿太原组灰岩含水层具有富水性较弱,且埋深较大的特征,该矿通过利用已有的水文地质资料,结合井下长期涌水点的观测数据,对该矿下组煤水文地质补勘进行研究。

兴隆庄煤矿下组煤首采区水文地质特征分析及涌水量预测

为探讨兴隆庄煤矿下组煤开采水文地质特征及涌水量变化规律,以首采区为地质背景,分析和评价了影响开采的主要含水层、隔水层及其充水通道,得出下组煤开采时直接充水水源为太原组第十下层灰岩含水层,间接充水水源为本溪组第十四层灰岩含水层和奥陶系灰岩含水层;同时采用大井法和比拟法对下组煤开采时的涌水量进行了预测,计算结果表明十下灰正常涌水量为349 m3/h,最大涌水量为418.8 m3/h;十四灰正常疏降涌水量为40 m3/h,最大涌水量为48 m3/h。

内蒙古海拉尔盆地早白垩世含煤岩系层序地层与聚煤规律

利用煤田钻孔资料,对内蒙古海拉尔盆地下白垩统含煤岩系层序地层格架及聚煤规律进行研究。根据区域不整合面、下切谷砂砾岩体底面、古生物组合突变面及沉积相转换面等层序界面,将海拉尔盆地下白垩统含煤岩系划分为6个三级层序。铜钵庙组是盆地初始断陷阶段的产物;南屯组一段、二段是盆地快速沉降阶段,大磨拐河组一段、二段是盆地稳定拉张阶段,伊敏组是断陷萎缩阶段。盆地早白垩世含煤地层的煤层发育表现为东、北部好,中部次之,西南部差的特点;聚煤作用主要发生在伊敏组及南屯组二段,这2个时期构造沉降表现出间歇性、震荡性及多旋回性,保证了可容空间增加速率与泥炭堆积速率之间的平衡关系,从而形成了区域性的厚煤层。