富水松散地层煤矿斜井井筒渗漏水治理技术

为有效治理富水松散地层煤矿斜井井筒渗漏水问题,保护地下水资源,消除井筒的安全隐患,开展了富水松散层煤矿斜井渗漏水特征分析、井筒渗漏水治理及加固技术研究,并进行了示范应用。研究结果表明:我国西部矿区松散层厚、渗透系数大、富水性强,易出现井筒渗漏水现象,渗漏水位置大多位于井筒底板开裂处、底板与腰墙接茬处、拱部裂隙或孔隙;通过垂直钻孔或倾斜钻孔在斜井井筒四周构筑侧向截水帷幕,可将富水松散层的水与井筒隔离,切断二者的水力联系,减少井筒涌水、渗水量;壁后注浆可充分填充斜井井筒周围因涌水携砂而形成的空洞、空隙,使井筒周围岩土体处于稳定状态、井筒受力均匀。骆驼山煤矿副斜井井筒富水松散层渗漏段治理结果显示:斜井井筒旋喷桩侧向帷幕截水效率高、效果好,井筒涌水量由治理前的31.2 m3/h降低至1.75 m3/h,较治理前减少了94.39%,井筒周围的地下水位抬升,降落漏斗基本消失,旋喷桩帷幕与壁后注浆相结合的方法有效解决了富水松散层煤矿斜井井筒渗漏水问题。

破碎煤体渗透特性的试验研究

破碎煤体的渗透特性是影响煤矿瓦斯抽放和地下采空区突水灾害预防的重要因素之一。利用一种专用的破碎岩体压实渗透试验装置,在MTS815.02岩石力学伺服试验系统上完成了破碎煤体压实过程中的渗透特性测定,得到了破碎煤体轴向应力、渗透压差、水头梯度与渗流速度的关系,并分析了各种粒径破碎煤体在不同渗透速度下轴向应力对渗透系数的影响。研究表明,(1)不同粒径破碎煤体的渗透特性与其压实状态密切相关,轴压从5～15MPa变化时,渗透压差的最大值增加了3.28～166.47倍,渗透系数都相应降低了1个量级以上;(2)在恒定的渗流速度下渗透压差随轴压变化的规律近似呈指数函数关系;(3)渗透系数随轴压变化的规律近似呈对数函数关系;(4)恒定的轴压下水头梯度随渗流速度变化的规律近似呈指数函数关系。

基于尖点突变模型的煤层底板突水预测研究

当煤层开采后,底板岩层承受的水压超过自身强度时,而发生的不连续的发散突变,即底板岩层失稳破坏形成底板突水的现象,属于突变理论研究的范畴,故煤层底板突水可以引用突变理论来研究。通过建立煤层底板突水的一个尖点(cusp)突变模型,对煤层底板失稳破坏发生突水的机理进行了分析。基于平衡曲面方程,可求得煤层底板水压应力比I_(p)。当I_p>1时,发生突水:当I_p<1时,不会发生突水。实例分析表明:尖点突变模型用于描述煤层底板水压应力比的发展规律是恰当的,用其进行煤层底板突水预测也是较准确的。

临涣矿区突水水源标型微量元素及其判别模型

利用示踪不同含水层水文地球化学特征的标型微量元素捕捉突水预兆期内的水文地球化学信息,建立判别模型分析煤矿重大突水水源,具有重要的理论与实践意义。本课题利用任楼井田及所在临涣矿区其他生产矿井的长观孔、矿井出水点从上而下分别取第四系第四含水层、二叠系煤系砂岩含水层、石炭系太原组岩溶含水层及奥陶系岩溶含水层24个水样,测试了24种微量元素含量。通过分析4类主要突水含水层微量元素含量与聚类规律,得到了Be、Zn、Ga、Sr、U、Zr、Cs、Ba8种主要突水含水层的标型微量元素,建立了以标型微量元素作为解释变量的突水水源Bayes线性判别模型。以24个水样为训练样本,得到模型判别正确率达到了80%,并分析了区域水循环与水文地球化学演化对判别模型效果具有一定程度的控制作用。

构造破碎带滞后突水渗流转换理论与试验研究

为了揭示煤矿构造破碎带易发生滞后大型突水内在机理,寻求其治理理论和试验依据,在收集我国煤矿典型断层和陷落柱滞后型突水实例并分析其特征的基础上,设计进行了高水压下构造破碎带突水模拟试验,得到了不同充填物类型构造破碎带,在1～5 MPa的水压下,充填物冲出量、突水量随时间的变化曲线;发现水压小时构造破碎带突水量随时间变化不大、高水压下由小到大变化过程特征。据此进行理论分析认为,高水压条件下构造破碎带突水是一伴随内部组成结构变化的"孔隙流—裂隙流—管道流"渗流类型转换过程,渗流转换是构造破碎带滞后型突水的内在机理;治理构造破碎带大型突水就是改造其管道、裂隙状结构成孔隙介质直至不透水带的过程。

某矿区带压开采逆断层活化及突水性分析

根据某矿区732工作面的实际地质特征,建立了力学模型,给出了断层位置法向应力和剪应力的计算公式,计算了该矿区在开采过程中F16逆断层面上的法向应力和剪应力,得出:随着732工作面的开挖,F16逆断层面产生附加法向应力和附加剪应力,附加的法向应力使得断层带内张性裂隙产生与发展,附加的剪应力使得断层带内剪切裂隙和断层两侧的剪节理张开,透水性增强。在此基础上,利用RFPA2D-Flow有限元软件模拟了732工作面开采过程中顶板破坏情况及底板渗流特征,结果表明:732工作面开挖过程中,由于F16逆断层浅部紧闭不导水以及底板页岩未破坏,对盘含水层到采场之间没有形成贯通的裂隙通道,奥灰水不能溃入采场,底板渗流量不足以发生突水危险。

煤层底板导升突水机理研究

为了进一步认识底板突水破坏机理,将底板隔水层简化为弹性梁,在考虑承压水作用的情况下,运用材料力学理论计算得出采场隔水层底界面由压缩区向卸压膨胀区过渡的岩体最易发生损伤破坏。在此基础上,运用损伤力学理论分析给出了临界损伤变量Dc。运用断裂力学理论建立断裂力学模型,并给出采场隔水层承压水导升裂纹端部应力集中系数的计算公式。最后,从损伤断裂能量角度对裂纹扩展进行了分析,通过简化参数,建立了形成初始宏观裂纹损伤断裂能量释放率计算公式,并分析了初始裂纹损伤断裂能量释放率与其各影响参数的关系,可为底板突水预测预报研究提供理论依据。

一种矿井突水量预测的近似方法

为了了解东滩矿3煤开采顶板的突水水量大小,采用了先将非稳定流化为稳定流计算出稳定涌水量,再根据突水点最大突水量与稳定涌水量的倍数关系,将稳定涌水量通过比拟方法换算为最大突水量的近似计算方法,同时给出了预测模型的检验结果,并对矿区3煤顶板预测突水点进行了水量预测。

覆岩导水断裂带发育规律离散元模拟

采用"双端堵水器"技术对3上煤开采后导水断裂带发育高度进行实测,得到断裂带发育高度,利用此数值反演推算出上覆岩层力学参数。根据反演所得岩石力学参数,运用UDEC软件进行数值模拟,得到当开采3下煤时导水断裂带发育高度。本次研究数据为该矿提高工作面开采上限提供了依据,以保证水体下安全开采。

堵漏材料研究的进展

介绍了各种堵漏材料的堵漏机理,并对国内外堵漏材料研究的进展进行了综合评述,同时结合当前堵漏材料的优缺点,提出了新型智能堵漏材料的模型.

矿井水井下-地面分级分质高效利用与智能调配技术

针对目前矿井水处理后回用成本高、时空分配不均和循环利用率低等问题,通过矿井水水量平衡和回用水质数据分析,探究了大海则矿区矿井水量质耦合变化规律,采用大数据计算和嵌入式系统设计,形成了矿区矿井水井下-地面高效利用途径和智能调配技术。结果表明:大海则矿区原矿井水就地利用率低,仅为矿井总排水量的22.1%,水质为高浊和高硬度,在时间与空间上具有水量水质分配不协调的特点;基于此,重构了矿区矿井水水量平衡图,形成了矿井水井下-地面分级分质的综合利用技术,可将矿井水回用率提高到100%;同时,构建了兼具实时监测、无线传输与大数据储用的智能调配系统,为煤矿区矿井水的高效利用与多目标协同智能化控制提供了理论依据。

承压水沿煤层底板递进导升突水机理的模拟与观测

完整底板和非完整底板的注水试验表明，底板深处的耗水早于浅部，显示底板的破裂发生在采前。相似材料模拟具一定导升高度的底板在采动中的变化揭示了同样的规律，底板的原位测试发现承压水在采前出现了向上入侵的现象， 二次应力给导升的发展提供条件，递进导升是突水的一种机理。

基于压水试验的深部煤层底板岩层阻渗性能研究

原位现场压水试验是获取岩层阻渗性能参数的可靠方法,为探究某煤矿深部煤层底板阻渗能力,采用现场压水试验方法对底板两段岩层进行了测试并获取了大量的实测数据。结果分析表明:该底板两测试段岩层在原始状态均不导渗,阻渗性较强,直至压裂导通才形成导渗条件;对两段岩层均进行了初次和重复两个压水过程,对比两次试验可知,测渗孔水压力与注水孔水压力的关联变化趋势大致相同,但初次压水的起始导渗水压明显高于重复压水,表明在初次压水后岩层的阻渗能力降低,更易形成导渗;采用渗透系数和阻渗强度作为指标,对底板岩层的阻渗性能进行了量化评价,结果表明测试岩层表现出明显的高阻弱渗的特点。

陕北地区采煤造成的地下水渗漏及其防治对策分析

以神木北部矿区为例,在分析萨拉乌苏组地下水特点的基础上,论述了采煤引起的地下水下降及由此产生的泉水流量衰减、河流干涸及生态环境等问题,认为,只有合理选择开采区域、采煤方法,最大限度地减轻地下水的渗漏,才可促进陕北煤炭基地建设的健康发展。

化学注浆治理巨厚表土层立井井壁漏水

煤矿立井由于各种原因经常发生井壁渗漏水,严重影响正常的煤矿安全生产。邱集煤矿副立井表土层厚320m,为巨厚表土层,发生渗水后,采用改性脲醛树脂浆材成功进行了破壁注浆处理,将井筒的涌水量由10m3/h降至0.3m3/h左右。同时,注浆时浆液形成的帷幕能达到加固地层,减少地层压缩沉降量,排除生产安全隐患,保护井桶的作用。

裂隙岩体渗流与应力耦合有限元分析

裂隙岩体中裂隙发育规模和分布规律控制了岩体的渗流特性和变形规律,从工程角度出发,忽略岩块的渗透性,假设水流只在岩体的裂隙网络中流动,以立方定律为基本公式,给出了非平行楔形裂隙渗流方程,利用裂隙变形与渗透系数之间关系的耦合机理,给出了有限元分析模型。给出的算例表明,所提出的模型是可靠的。

红外遥感探查石臼河渗漏与奥陶纪石灰岩水

对一个矿区范围的红外遥感影象作出判译,在河水渗漏与深部奥灰水探测上取得了相应地进展,同时例举了验证结果。

熵权模糊综合评价法在矿井突水水源判别中的应用

鉴于采用水化学数据判定矿井突水水源过程中水质特征的模糊性和不确定性,引入熵权理论并与模糊综合评价方法相结合,选取Ca2+、Mg2+、K++Na+、HCO3-、Cl-、SO24-、TDS等7项指标作为评价因子,建立了矿井突水水源判别的熵权法模糊综合评价模型并应用于潘三矿2个典型水样的水源判别。应用结果表明:运用信息熵计算权重系数克服了传统模糊综合评判中权重分配的局限性,模型判别结果较准确,是矿井突水水源判别的一种有效方法。

地面成孔注浆技术在煤矿巷道堵水中的应用

田吉沟煤矿巷道出现二次涌水淹井事故,采用二维地震勘探和瞬变电磁勘探方法找到断层分布和突水点,分析突水原因,选择采用地面成孔注浆的堵水方案,文章介绍地面注浆成孔工艺,浆液材料制备、配合比和注浆施工工艺,供类似工程参考。

综合注浆封堵全深冻结井筒井壁渗漏(涌)水技术

针对胡家河煤矿主立井全深冻结立井井筒井壁渗漏水及井筒里程位置471.8m箕斗装载硐室I号检修通道冷冻管大量集中涌水水害技术难题,在分析研究井壁渗漏水原因及冷冻管环形空间导水通道导水机理的基础上,采用分段下行、段内上行、壁间、壁后及冷冻管环形导水通道综合注浆、对点注浆、连续注浆及安装孔口防喷装置等技术,解决了井壁渗漏(涌)水问题;运用锚拉水闸墙、围堰法埋设导水管、立井冷冻管环形导水通道逆流引流注浆技术,彻底解决集中涌水水害难题,为其它类似注浆施工提供借鉴与指导作用。