陕北侏罗纪煤田风化基岩富水性Fisher模型预测方法

侏罗系风化基岩含水层是陕北侏罗纪煤田矿井涌突水水害的重要来源之一,科学预测其富水性是矿井防治水急需解决的重要问题。针对风化基岩富水性预测问题,以神府矿区红柳林井田为例,总结了风化基岩的发育特征及其富水性影响因素,选取风化基岩地层时代、厚度、风化程度和岩性组合4个因素作为评判指标,利用钻孔实测单位涌水量和各指标数据,建立了风化基岩含水层富水性类型的Fisher判别分析模型,可对无抽水试验资料钻孔的风化基岩富水性类型进行预测。研究表明,基于Fisher判别分析模型进行风化基岩富水性预测是可行的,为风化基岩富水性科学预测提供了一种新方法。

烧变岩富水特征与采动水量损失预计

烧变岩含水层是榆神府矿区重要的生态水源。为研究采煤引起的烧变岩水量损失和烧变岩水保护问题,分析了烧变岩的分类、分布特征、水力联系和富水特征,运用数值模拟方法预计了采动引起的烧变岩水量损失,提出了烧变岩水"异地储存"的三种途径。研究表明:烧变岩可分为三大类五小类,烧结岩、类熔岩是主要储水载体;烧变岩分布受地形控制,规模受煤厚、出露高度和自燃条件影响,富水性受补给条件、排泄条件和储水条件决定;烧变岩含水层接受上覆含水层的补给,以泉和矿井疏放水的形式进行排泄;模拟得到需要疏放的烧变岩含水层水量和钻孔布设方案。在总结以往保水采煤经验基础上,提出采用水库储水、采空区储水和地表灌溉三种"异地储存"途径来保护利用烧变岩水资源。

柠条塔井田南翼隐伏火烧区特征及富水性评价

煤层火烧区在我国西部煤炭区大面积分布,当火烧区内烧变岩含水层与其他含水层有较强水力联系时,会对煤矿安全开采构成严重威胁。以柠条塔井田南翼东南角1^(-2)上煤隐伏火烧区为例,基于以往各类水文地质资料,恢复了保德组沉积前古地形并分析了隐伏火烧区地层特征和补径排水文地质特征;采用因子分析法提取了反映隐伏火烧区含水层的富水性特征因子,通过GIS空间叠加方式得到隐伏火烧区复合含水层富水性综合分区。结果表明:1^(-2)上煤层自燃时代为早白垩世末至上新世期间,古冲沟的发育为煤层的自燃和烧变岩的形成提供了有利条件;隐伏火烧区内烧变岩含水层和风化基岩含水层基本连为一体,构成统一含水层;1^(-2)上煤覆岩组合关系可分为3类:即烧变岩-风化基岩、煤层-烧变岩-风化基岩、煤层-烧变岩-正常基岩-风化基岩组合;强富水性区主要分布于火烧区的北部与西部小范围内,中等富水性区沿北西-南东向呈带状分布于火烧区内,隐伏火烧区东部及北部区域富水性相对较弱,弱富水性区域均分布于隐伏火烧区外。与井下探放水钻孔涌水量对比,该富水性分区评价结果与实际吻合较好。

地面定向孔超前预注浆掩护巷道穿断层破碎带关键技术

深部巷道过断层破碎带往往应力集中、围岩变形大,是掘进、支护的重大安全隐患。为提高围岩的抗变形能力和强度,减轻巷道锚固支护压力,以淮北矿区巷道过大断层为例,分析了掘进支护过程中矿压大、围岩稳定性差、支护难度大的主要工程问题,采用地面定向孔超前预注浆改性巷道围岩后,顺利掘进通过了断层破碎带。总结提出了基于钻探施工关键技术和高压预注浆关键技术的定向孔掩护巷道过断层关键技术体系,应用四开成孔结构避免了非治理段注浆干扰以及四段注浆分段法实现了断层破碎带精准注浆,并从压水试验、岩性探查、注浆量、注浆扩散距离、物探验证以及掘进支护效果分析方面评价了注浆加固效果。工程实践表明:地面定向孔具有长距离探查巷道岩性、超前高压预注浆的显著优势,改善了软弱围岩力学性质,有效控制了巷道围岩变形,巷道最大底鼓量降比超过62.6%,为巷道支护提供了安全保障,具有重要的推广应用价值。

地面顺层孔超前探查预加固断层破碎带应用研究

为提高围岩自承载力,重塑地应力分布,减轻巷道过大断层掘进、支护压力。以袁二煤矿西翼开拓巷道过WF4断层为例,分析了WF4断层带的发育特征以及巷道过断层的潜在安全隐患,提出基于地面顺层孔的探查加固断层破碎带方案,采用了四开成孔结构避免非治理段注浆干扰,利用了分段、约束、交叉钻进注浆工艺,强化断层带注浆加固并进行效果验证。工程实践表明,地面顺层孔具有高精度探查地层岩性的显著优势,掘进揭露的岩性与地面孔探查预测的岩性、位置基本吻合,巷道见水泥结石;划分了注浆的3个阶段,包括0~4 MPa的低压快速充填阶段、4~10 MPa的中压挤压扩散阶段、10~15 MPa的高压压实劈裂阶段;巷道安全快速掘进通过了WF4断层破碎带,底鼓、两帮变形量相对其他区段明显减小,注浆加固效果良好,具有重要推广应用价值。