开滦矿区煤矿综合防治水技术理论与实践

介绍开滦矿区在与地下水害治理的过程中进行的大量防治水技术的研究,积累了防治水害的工作经验。在水文地质条件探查、对华北型岩溶水为重点的各类水害防治方面形成了一套查、治结合的配套技术。

华北型煤田岩溶陷落柱顶底部剪切破坏突水模式

华北型煤田广泛发育有岩溶陷落柱,岩溶陷落柱对煤矿安全生产有较大影响,特别是其突水性对煤矿安全生产威胁较大。从论述华北型煤田岩溶陷落柱顶底部剪切破坏突水模式及判据入手,分析了井下溶陷落柱突水机理。

华北东部深部岩溶及煤矿岩溶水害特征

针对我国华北东部煤矿井开采深度迅速增加,矿井岩溶水害日益加重的客观问题,文章分析讨论了深矿井开采的基本概念,通过统计分析,得出中国东部主要煤矿井目前开采深度达到600 m左右且以12 m/a左右的速度向深部延伸的变化趋势。从华北东部地区沉积古地理环境与地壳运动演化史方面分析了该地区厚层奥陶纪灰岩的形成及其后期岩溶发育过程。通过对研究区几个重点矿区揭露的奥陶系灰岩岩溶发育特征在穿层和顺层方向上随深度变化规律的分析,揭示出华北东部主要煤矿区奥陶系灰岩岩溶发育特征在垂向上具有弱-强-弱和顺层方向上随埋深具有由强到弱的变化规律。提出了华北东部煤矿深部开采将面临的岩溶水害问题及其防治水技术思路。

华北型煤田岩溶陷落柱研究70年:成因·机理·防治

系统阐述了华北型煤田陷落柱及其突水的研究历程和取得的成就。20世纪30年代煤田岩溶陷落柱偶然发现于煤炭开采中,因其带来开采及安全影响,研究不断深化。新中国成立伊始,百业待兴,能源先行,陷落柱对煤炭开发的影响逐渐显现,在解决现场技术问题的同时,基础理论得到蓬勃发展,至1984年开滦范各庄矿陷落柱特大突水事故震惊世界,其成功封堵复矿标志着我国治理技术基本成熟,该事件得以成功处理成为划时代的里程碑;其后能源行业从萧条到黄金10年,煤炭开发向深部、西部转移,陷落柱突水威胁日趋严重,新理论新技术的应用,促进相关研究不断向纵深发展,到目前为止,基本理论及治理技术日臻完善。由于其局域性和特殊性,国外仅有岩溶塌陷和采矿垮落的理论可作为研究借鉴。从基本特征、分布规律、成因机制、导水性、突水模式及机理、预测探查和治理等方面全方位进行了总结,归纳了岩溶陷落柱空间形态特征、充填物特点、揭露特征、结构构造特征等,系统梳理了岩溶陷落柱分类及类型;探讨了岩溶陷落柱导水性,建立了岩溶陷落柱预测指标体系及预测模型,分类提出了陷落柱突水模式和机理及力学判据,研讨了陷落柱突水量预测的可行性,规范了陷落柱预测探查及治理的程序,总结了陷落柱治理技术。作者指出了目前陷落柱研究中存在的不足,凝练了岩溶陷落柱成因、导水性、预测、突水机理及突水量预测等方面的待解科学命题,列举了陷落柱精细化探查、突水监测预警、治理装备技术等方面技术难题,指明了未来探索及发展方向。应当指出,尽管现有成果基本成型,但距离技术理论体系的完善、满足保障矿井安全生产还有很长的路要走。

新集二矿1号煤层220106工作面底板灰岩地面超前区域探查治理及效果评价

淮南煤田是典型的华北型煤田,中煤新集能源股份有限公司新集二矿位于淮南煤田的南部,该矿区山西组1号煤层处于"高水压薄阻水层"环境,开采过程中受下伏高压灰岩岩溶承压水的威胁,加之矿区独特的地理构造位置,形成了叠加大规模逆冲断层的多种垂向隐伏构造格局,因受煤系地层上覆巨厚推覆体片麻岩和寒武系高屏蔽及地表水体的影响,地面三维地震勘探效果不佳,难以查明1号煤层组至底板灰岩强含水层的垂向导(含)水通道,因此上述因素的叠加加剧了煤炭资源安全开采的水害威胁,提升了采煤事故发生概率。矿方结合采掘规划,严格按照相关要求,对受高压奥灰水威胁的1号煤层220106工作面开展了地面超前区域探查治理工程,以期采用多分支水平定向井工艺,在工作面内区域探查隐伏导水构造,并通过高压水泥注浆的方式进行封堵,达到工作面安全掘进与回采的目的。本文重点对新集二矿1号煤层220106工作面底板灰岩地面超前区域探查治理工程及其效果进行评价,可为该工作面的掘进与回采提供依据,为本区类似工程的开展提供参照。

基于华北型煤田岩溶充水矿床充水模式的勘查模式

华北型煤田岩溶水充水矿床水文地质勘查手段的选择依据主要是矿井存在的水文地质问题,对于勘查区特别是新的勘查区,确定水文地质条件复杂程度依据现行规范有一定盲目性。通过分析华北型煤田岩溶水矿床充水模式的主要水文地质问题,提出了相应的勘查手段,将其归结为钻探-物探-试验、调查-物探-钻探、物探-钻探-调查、物探-调查-钻探等4种模式,对于指导华北煤田岩溶水煤矿床水勘查具有重大的现实意义。

北方煤矿床充水与岩溶水系统

本文对北方煤矿床充水条件的研究,是在区域构造格架、含水层沉积和富水性变化规律、岩溶发育空间特征等的基础上,将矿区置于岩溶水系统中进行分析。在划分的91个岩溶水系统中,52个有煤矿区分布,从矿区所处的岩溶水系统的天然资源量和在系统中的部位,可大致判断矿区的富水性。再进一步分析岩溶水进入矿井的条件,并与矿井排水量、突水量、突水频率等实际和预测资料相印证。最后,统筹考虑区域指标、勘探指标和矿井指标,划分出12个岩溶水害类型,以便针对不同的类型,采取不同的防治对策。

复杂条件下煤层底板突水防治对策探讨

根据我国华北岩溶矿区大采深、高水压、高应力的复杂条件现状,从降低奥灰水压、提高煤层底板阻水能力和减小煤层底板破坏度三个层面探讨了防止煤层底板突水的对策,并对各种对策在实际运用时的适宜性进行了分析,提出了以奥灰局部降压、底板注浆加固、充填开采、奥灰顶部局部注浆加固相结合的综合防治水对策,对我国复杂条件下实现深部煤层开采具有重大现实意义。

邢东煤矿深部区域奥灰水害探查治理技术

为解决深部区域煤层开采的奥灰水害问题,以邢东煤矿-980 m水平内多个工作面底板探查治理工程为例,通过对矿井及工作面地质、水文地质条件进行分析,确定工作面回采期间的主要充水水源、充水通道及探查治理层位,结合钻探探查和注浆治理工程,通过工程效果检验,完成了研究区奥灰水害的有效防治。结果表明:研究区开采期间的主要充水威胁来源于煤层底板奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层水,主要充水通道为断层构造带。通过钻探工程探查,施工了1个地面主孔,40个地下近水平分支孔,根据伽马测井、水位观测和水温观测等钻探效果检验,确定本次探查到1个隐伏陷落柱(X8)、以及F_(23)等个别导水断层构造。经注浆工程治理,认为煤层底板奥灰岩溶裂隙发育程度不均一、注浆量与多指标相关性差,注浆条件较为复杂;经注浆终压、单位吸水率和现场实际揭露,注浆效果良好。通过本次奥灰水害探查治理工程,确保了矿井深部采区的安全生产。

华北型煤田岩溶水突水模式及承压煤层安全开采的技术措施研究

华北型煤田煤系基底为碳酸盐岩岩溶裂隙含水层,含水层有着厚度大、富水性强、水压大等特性,对承压煤层的开采造成了严重的威胁。特别当遇到导水构造时容易造成突水事故。因此,研究岩溶水的突水模式及承压煤层开采安全技术措施,对解放受岩溶水威胁的煤炭资源有着重要的意义。

北方岩溶山区地下水富集特点及开发对策——以枣庄市山亭区为例

北方岩溶山区地下水具有不同于南方岩溶的一般特点,枣庄市山亭区既具有北方岩溶的共性,同时又具有独特的地下水富集规律.重点分析了山亭区地下水富集的一般规律及其动态特征,并提出了持续开发利用地下水资源的对策.