刘桥一矿II622工作面充水条件与防治水技术探讨

结合刘桥一矿二水平II6 2 3和II6 2 6工作面突水资料 ,对即将回采的II6 2 2工作面矿床水文地质条件和突水因素进行了分析。在此基础上 ,分析了该工作面回采过程中的突水机理和突水模式 ,提出了工作面在回采过程中应采取的防治水安全技术保障措施。

关于突水系数的讨论

煤层底板突水在我国华北型煤田矿井采煤过程中经常发生。带压开采条件下,预测底板突水和评价突水危险程度的主要方法是突水系数法,但是关于突水系数计算、临界突水系数的确定等还存在一些值得讨论和研究的问题。在阐述带压开采和突水系数理论的基础上,给出了突水系数的各种计算公式及公式中有关参数确定方法,详细说明了临界突水系数的由来和应用条件,提出了计算突水系数的新公式。新公式不仅考虑了水压和隔水层厚度,而且考虑了底板破坏深度、导升高度和奥灰顶部隔水段等因素,为计算和统计分析确定突水系数新的临界值奠定了基础。

岩石流-固耦合实验研究

应力与岩石的变形破坏和渗透特性关系密切。实验结果显示,一方面,岩石破坏前后其渗透性达到最大,渗透率变化与岩石性质有关,砂岩的变化服从指数函数关系,泥质砂岩、砂质泥岩或者泥岩服从抛物线型函数关系;另一方面,在大多数情况下,应力变化仅导致岩石微小变形而并未破坏。渗透性随有效应力变化,并且与岩石空隙形状有关,岩石空隙形状包括三重孔隙介质,分别为基质孔隙、裂缝孔隙和管道状孔隙。裂缝性岩心的渗透率和孔隙度损失较孔隙性岩心、毛细管型岩石损失大,渗透率的变化总是大于孔隙度的变化。孔隙岩块的孔隙度和渗透率随有效应力的变化关系符合指数型数学模型,裂缝型岩石宜用幂指数型数学模型描述,毛细管型岩石则用二次抛物线数学模型描述较为恰当。

带压开采条件分析与突水可能性评估方法

经过多年来带压开采的理论研究与实践，煤矿采区底板突水的机理已基本明确，尽管在量上把握相关因素与突水的关系，进而达到从根本上预测突水的目的，还需开展更深入的研究，但从已具有代表性的工作面突水条件研究所取得的零散实际观测资料中，可以总结提炼出带压开采条件分析与交水可能性评估的一般方法，比单纯用“突水系数”法更深入一步。本文以邢台矿务局东庞煤矿为例进行了尝试。

承压含水层上采煤突水危险性评估研究

为了评价岩层阻水性能、确定导升带高度,准确评估不同地质和采掘条件下承压含水层突水危险性,实施了井下钻孔水压致裂综合测量,并采用数值模拟方法评估了带压开采突水危险性.实际观测表明,泥岩、粉砂岩、中砂岩、灰岩阻水性能由大到小,导升高度则由小变大;模拟结果显示,当隔水层厚度较大且没有垂向导水构造时,正常地层不会发生奥灰突水;当存在陷落柱时,随着采面推进向陷落柱接近,采矿扰动导致柱体内应力集中及集中范围不断加大,柱体内岩层裂隙活化不断加强,当采动应力集中带与柱体内应力集中带之间煤岩柱不足以抵抗地下水压力时,即发生突水.

煤矿(床)水文地质学的研究现状及展望

煤矿(床)水文地质学是研究煤炭资源开发过程中地下水活动规律以及为防止其对采煤工程的不利影响,保护矿区生态环境的一门应用性地质学科,对煤矿安全生产工作具有重要的推动作用。近年来,在保水采煤技术、华北型煤田防治水技术体系、陷落柱发育规律及其治理技术、煤层底板含水层注浆改造保障技术等方面取得了重要进展。随着煤炭开采强度和开采规模的进一步扩大,学科发展面临着诸如老空水及陷落柱探测、矿坑充水条件变化、矿井水患实时评价及治理等重大问题。提出了在学科发展中应优先解决诸如"三高"(高地压、高地温、高水压)地质条件下煤矿突水机理、西部地区煤炭资源开发过程中突水溃砂机理、水资源承载力及其调蓄技术、矿井水资源化及其合理利用研究以及综放开采条件下冒裂带发育规律研究等科学问题。

煤矿突水灾害的预警原理及其应用

根据我国煤矿的水文地质务件和矿井生产的需要,本文提出了煤矿水害的预警系统,论证了煤矿水害的预警原理:煤层底板递进导升突水的突水机理、陷落柱的厚壁筒破坏突水机理、老塘的土坝溃决突水机理,提出了各类突水的判别标准和预警级别确定方法,同时还介绍了水害预警的实现技术和远程监测技术.该项技术在淮北煤业集团已得到成功应用,显示了其在煤矿安全、高产、高效生产上的作用和在我国煤矿水害预测预报上的广阔前景.

带(水)压开采安全评价技术及其发展方向

随着煤矿开采深度的不断增加,将面临高承压水的严重威胁,带压开采已成为深部煤炭资源开发的主要开采方式,与此相适应,带压开采安全评价工作显得尤为重要.面对深部煤炭资源开采中带压开采评价技术的挑战,应该在完善双系数(突水系数和带压系数)评价体系的基础上,在带压安全开采可靠性分析、三维地质建模技术及其可视化、数据仓库及数据挖掘技术与突水规则的知识获取等方面,发展带压开采安全评价技术,以期实现在奥灰高承压水威胁下安全采煤的目标.

基于二项logistic回归模型与CART树的煤层底板突水预测

为定量评价煤层底板突水信息对突水过程的影响程度,获得煤层底板突水规则,采用二项logistic回归与CART树相结合的方法进行煤层底板突水预测。在煤层底板突水信息分析的基础上,建立了包含全因素的煤层底板突水预测概率模型,基于向后逐步回归分析方法获得了包含6项主要突水信息的精简煤层底板突水预测概率模型。通过CART树算法获得了煤层底板突水规则,分类测试结果表明,所获得的突水规则分类准确率达到91.67%。

邢台矿区水文地质安全保障体系探讨

为了提高邢台矿区防治水灾的能力,减轻水害对矿井生产的影响,分析了矿区各矿面临的具体防治水问题,提出了由水文地质补充勘探、导水陷落柱的探查及防治小煤矿水害防治及下组煤水害防治构成的矿区防治水对策系统,研究了防治水技术装备支撑系统及安全保障体系相关配套措的完善方案。通过矿区防治水问题、矿区防治水对策、技术装备支撑系统及安全保障体系配套措施构成了邢台矿区水文地质安全保障体系。

华北型煤田中奥陶系灰岩顶部相对隔水段研究

为了减少和控制煤层带压开采突水灾变的发生,达到安全开采下组煤的目的,通过相关资料分析,对奥灰顶部相对隔水段的成因进行了探讨,提出了在矿区确定其厚度和分布范围的主要方法,即水文地质钻探方法及水文地质试验方法,并给出了对山西潞安矿区的研究结果.

大区域地下水流数值模拟研究现状及存在问题

在分析大区域地下水流数值模型构建缘起的前提下,系统论述了近年来地下水流数值模拟在大区域地下水资源评价、水文地质参数确定、地面沉降、溶质运移、海水入侵、盐渍化、风险评估、地下水管理及地表水与地下水的联合开发利用等方面的国内外研究应用现状;归纳、总结了目前大区域地下水流数值模型在灵敏度分析、裂隙和岩溶介质中模型建立、基于地下水流数值模拟的溶质运移模型建立、地下水流数值模型构建所需工作量等理论和方法研究及实际建模过程中存在的一些问题;展望了今后大区域地下水流数值拟在研究范围、模拟技术与方法以及与其它模型耦合等方面的发展趋势。

利用天然环境同位素示踪法分析华丰煤矿四煤顶板出水水源

通过对华丰煤矿各含水层水样以及四煤顶板出水样的18O、D、3 H同位素值分析 ,指出该矿三采区上下部砾岩含水层连通性差 ,分别由不同水源补给 ;井下四煤顶板出水仍为砂岩水 ,并非注浆水下漏所致。

混合随机序列模型在地下水位预报中的应用

通过对北方某矿区水文地质条件的分析，特别是对底板承压水多年水位变化规律及其控制因素的分析，建立了预测地下水位变化趋势的混合随机序列模型，并对所建模型进行了考核，分析了残差序列的随机性，通过对模型的预报应用，取得了良好的效果。

煤层底板水害超前区域治理理论框架与关键技术

随着我国华北型煤田浅部煤炭资源开采殆尽,深部煤炭资源受底板灰岩岩溶水害威胁严重,常规井下直孔注浆方式存在施工位置受限、钻遇含水层孔段短、注浆盲区大、目标位置不准确等问题。为此,提出了基于顺层定向钻孔进行注浆改造的超前区域治理技术,系统研究了顺层近水平注浆孔浆液运移规律、底板水害超前注浆模式、注浆参数控制工艺、隐伏导水通道超前判识探查与注浆效果检验与评价等。通过系统研究,构建煤层底板水害超前区域治理理论框架与技术体系,具体包括5方面内容:提出煤矿底板水害超前区域治理模式分类和选择准则,概化形成适用于我国华北型煤田地质及水文地质条件的底板含水层注浆改造模式;形成隐伏导水通道水平定向钻超前判识治理技术;建立超前区域治理关键注浆参数控制工艺体系;提出了注浆全过程的多指标定性、定量效果检验与评价技术。上述研究成果在煤层底板水害超前区域治理工程中成功应用,对底板水害超前区域治理起到重要的理论和技术支撑作用,为我国华北型煤田深部煤炭资源安全开采提供保障。

华北型煤田底板灰岩含水层超前区域治理模式与选择准则

为建立系统的超前区域水害探查治理技术体系,分析概括我国石炭–二叠纪煤田煤层赋存及水文地质条件,从水害治理工程的系统性出发,围绕我国煤层底板水害超前区域治理工程施工过程中钻孔施工条件、层位选取、钻进工艺3个主要因素,概化形成适用于我国华北型煤田地质及水文地质条件的底板含水层注浆改造模式。综合考虑煤层埋深、煤层底板承受水压、底板岩层结构组合等判识指标,确定了各类治理模式的选择准则;结合钻孔布设、注浆材料2项指标,进一步划分出超前区域治理亚类模式。以淮北矿区、韩城矿区2个典型超前区域治理工程实践为例,分析了各区域治理模式的选取原则及工程应用效果。研究成果对指导我国煤层底板含水层超前区域治理工程模式选择与底板注浆工程实施具有重要理论指导作用。

基于R/S分析法的等维灰数递补动态GM(1,1)模型预测矿井涌水量

针对矿井涌水量时间序列的分形与灰色特征,采用重标极差分析法(R/S分析法)确定涌水量时间序列的Hurst指数和平均循环周期,在一个周期内建立等维灰数递补动态GM(1,1)预测模型。充分利用最新信息,提高模型预测精度。运用基于R/S分析法的GM(1,1)模型对陕北某矿矿井涌水量进行分析预测,结果表明,模型拟合程度好,预测精度高,能够为矿井安全生产提供决策依据。

煤层底板破坏深度现场测试与数值模拟对比研究

以钻孔分段注水试验的原理,设计CS-4、CS-5、CS-6共3个测试钻孔,采用钻孔双端堵水设备对准格尔煤田黄玉川矿6上01工作面进行底板破坏深度测试,现场实测其破坏深度为34.9 m。同时,利用FLAC3D数值模拟软件,模拟工作面开采过程中的采动应力分布规律、塑性区分布、底板岩层位移特征以及不同采宽条件下底板破坏深度。研究结果表明:数值模拟的底板破坏深度为36 m,与现场实测深度相吻合;底板破坏深度随工作面采宽的增加而增大,当采宽达到250 m时,底板破坏深度增幅变得缓慢,据此认为大采宽工作面采矿扰动加剧了底板破坏程度。

煤层底板隐伏断层分类及突水防治措施

矿井底板突水系数介于0.06~0.1 MPa/m区域内发育的隐伏断层,是煤矿生产过程中发生突水的关键因素之一,对其进行科学分类有利于制定底板突水防治针对性措施。通过煤层底板隐伏断层特征分析,根据隐伏断层顶界面位置与"下三带"垂向关系,从底板水害防治角度,将煤层底板隐伏断层分为高位、中位及低位3种类型。借助理论与突水案例分析手段,指出存在突水威胁的高位隐伏断层具有全贯通、突发性、水量大及危害程度高等特点;中位隐伏断层具有突水时间难以判断、突水后难以治理的特点。针对高位隐伏断层,提出工作面回采前对煤层底板进行注浆加固等防治措施;针对低位隐伏断层,提出在突水灾害前后采取不同思路的注浆治理措施。研究成果对于煤矿企业应对隐伏断层引起的底板突水灾害提供了重要参考。

保德煤矿奥陶纪灰岩水水化学特征及形成机理

奥陶纪灰岩(简称奥灰)水是保德煤矿煤层开采的主要威胁水源,且为主要供水水源之一。为研究保德煤矿奥灰水水化学特征,并分析其形成机理,对保德煤矿区奥灰水进行系统取样,综合运用相关性分析、离子比例系数、饱和指数反演、氯碱指数等方法进行分析。研究结果表明:奥灰水的水质类型从径流区到滞流区呈HCO3-Na(Na·Ca)→HCO3·Cl-Na·Ca(Ca·Mg)→Cl-Na(Na·Ca)的变化趋势,各离子质量浓度与TDS值呈线性关系,除HCO3^-外,其余离子质量浓度均与TDS值呈正相关;阳离子交替吸附、BSR反应、溶滤沉析作用是控制矿区地下水化学环境的主要作用。根据饱和指数(SI)计算及路径模拟结果证实,径流区方解石、白云石和石膏大量溶解,滞流区出现白云石沉淀,石膏始终处于不饱和状态,趋于发生溶解。该结论可为保德煤矿深部煤炭开采水害防治与矿井水利用提供依据。