Overburden fracture evolution laws and water-controlling technologies in mining very thick coal seam under water-rich roof

Considering the danger of water inrush in mining very thick coal seam under water-rich roof in Majialiang Coal Mine,the universal discrete element(UDEC)software was used to simulate the overburden fracture evolution laws when mining 4#coal seam.Besides,this study researched on the influence of face advancing length,speed and mining height on the height of the water flowing fractured zones(HWFFZ),and analyzed the correlation of face advancing length and change rules of aquifer water levels and goaf water inflow.Based on those mentioned above,this research proposed the following water-controlling technologies:draining the roof water before mining,draining goaf water,reasonable advancing speed and mining thickness.These water-controlling technologies were successfully used in the feld,thus ensured safely mining the very thick coal seam under water-rich roof.

井工煤矿矿井涌水量推算经验公式分析

受地质条件复杂性、气候的动态变化、实地勘测程度及计算方法多样性等的影响,井工煤矿矿井涌水量计算及预测结果带有很大的不确定性,为简化矿井涌水量推算的难度,合理确定变化环境下的可利用水量,本文以周期稳定运行工作模式的矿井为研究对象,结合实际生产情况和需求,基于水量动态平衡理论,提出井工煤矿矿井涌水量推算经验公式。分析结果可为缓解矿区供排水矛盾、科学处理矿区水资源、水资源管理等提供技术参考。

冲积层下煤层顶板水害探测与防治技术研究

冲积层底部含水性严重威胁冲积层下采煤的水害防治安全,在煤层开采前及开采过程中都需要采取相应的防治水措施以杜绝重大水害事故的发生。因此,为保障厚冲积层煤层放顶煤安全、高效开采,文章开展基于并行电法的冲积层下煤层顶板水害探测与防治技术研究,通过数值模拟及现场实测得到顶板局部富水所引起的响应特征。结果表明,对水体高度敏感的并行电法能够精准、高效地识别顶板富水状态,基于此可进一步提出相应的水害防治措施,进而为冲积层下采煤工作面防治水工作提供关键指导依据。

矿山采动突水危险源划分与致灾危险性评价研究

为了实现工作面开采过程中对煤层顶底板突水危险性进行动态评价,依据西北型、华北型煤矿区水文地质结构、突水主控因素、突水致灾模式、水害类型的分析,建立了水源、通道和采动三准则来表征煤层顶/底板突水危险源与致灾危险性之间的关联,构建了煤层顶/底板突水危险性的关键危险源的评价指标体系,将指标体系中随着工作面开采具有动态变化的指标因素(含水层水压、应力-应变、导裂带高度/破坏带深度)作为危险源动态特征辨识的目标,建立多场-多参数的工作面突水危险性动态评价概念模型,提出了矿井突水的临界判别准则,依托深度学习/强化学习的海量参数分析计算能力,为煤层顶/底板突水危险性动态评价分区提供理论支撑。

重庆松藻矿区关闭煤矿涌水来源与模式判识研究

关闭煤矿涌水来源的准确判识、涌水模式的正确划分对科学处置关闭煤矿排水造成的水资源浪费和水环境污染等问题具有重要意义。基于重庆松藻矿区多个关闭煤矿一个水文年的涌水流量动态监测数据、水化学指标及微生物指标数据,采用涌水的流量动态解析、流量-降雨水文序列相关函数等水量分析手段和水化学指标描述性统计、矿井水样间水化学指标Pearson相关函数等水质分析方法,并结合矿区水文地质条件,提出了“水量-水化学-微生物-水文地质条件”多元正-反演分析的关闭煤矿涌水来源综合判识、涌水模式研究的综合方法。研究结果表明:关闭煤矿涌水量对降雨的响应存在骤升缓降、缓升缓降、平稳3种波动类型;涌水水源、导水介质的不同是导致矿井涌水流量动态变化及其对降雨的响应存在时空差异性的主要原因,也是矿井水TDS、pH、化学关联程度和微生物含量变异性大的关键因素;综合水量、水质的特性对关闭煤矿涌水来源进行综合判识,并基于识别结果,提出了降雨入渗型、含水层释水型、老空水溢出型、复合型4种矿区关闭煤矿涌水模式。多元综合分析方法能有效判识岩溶矿区关闭煤矿涌水来源,深化了对关闭煤矿涌水特征的认识,为松藻矿区关闭煤矿涌水的科学防治与环境-资源协调发展提供了理论支撑。

矿用丙烯酸盐灌浆材料的制备与性能研究

煤矿顶板渗漏水治理是采煤过程中难以绕开的难题,化学灌浆是解决这一问题的有效手段。采用合成的丙烯酸镁溶液与交联剂、引发剂、促进剂等为原料制备丙烯酸盐灌浆材料。研究丙烯酸镁浓度、交联剂的种类和用量、引发剂用量对丙烯酸盐灌浆材料凝胶体性能的影响。结果表明:交联剂的种类和用量对凝胶体的性能起决定性作用,与常规的二乙二醇二丙烯酸酯交联剂制备的丙烯酸盐灌浆材料相比,采用甲基丙烯酸二甲氨基乙酯交联剂制备的丙烯酸盐灌浆材料具有更优的综合性能,其固砂体抗压强度大于200 kPa,遇水膨胀率超50%,断裂伸长率高于1000%。该高弹丙烯酸盐灌浆材料兼具优异的可灌性、抗渗性能、抗挤出性能以及与岩样的黏结性能,可用于煤矿顶板渗漏水治理。

黄陇煤田厚层砂岩水害精准注浆防治水技术研究

近年来,随着我国西部侏罗纪煤炭资源的大规模开发利用,煤层顶板水害影响与威胁日益显现。为阻截煤层上覆含水层中水下泄,以实现井下目标区域内堵水、减水,提出了一种秉持“保水采煤”理念,以精细探查为基础,以精准注浆为主要工程手段的厚层砂岩水害顶板防治水技术方法,并在黄陇煤田高家堡煤矿进行了应用。首先,优选出了自然伽马曲线(GR)为能够区分研究区砂、泥岩的敏感曲线,利用波形指示反演精细解释了煤层上覆岩层的岩性展布形态。在岩性解释的基础上结合抽水试验结果,分析了研究区上覆地层不同含水层的响应特征,综合岩性、泥质含量(VSH)、自然电位(SP)以及孔隙度(POR)刻画了煤层上覆地层的富水性分布特征,解释成果表明对煤层开采隐患最大的为洛河组中段(K_(1)lm)上层,该区域岩层主要为中粗粒砂岩,为中等−强富水含水层。然后,利用多属性融合技术对煤层上覆岩层中原生裂隙进行了精细刻画,在纵向上的展布规律具有断续分布特点,且发育具有分段性特征,相对集中分布在洛河组中下段,在平面上,裂隙主要发育方向为NW-NWW,以井27-2为界限,上部裂隙较发育。最后,综合考虑煤层上覆岩层岩性、富水性和原生裂隙分布特征以及导水裂隙带发育高度预测结果,选择对洛河组中段底部通过水平孔进行注浆,加固薄弱地层,阻滞洛河组中、上段水量下泄。经过地面预注浆治理后,204工作面推采过程中涌水量减少超过1000 m^(3)/h。同时,改善了生产条件,比相邻工作面多回收35万t煤炭资源,为治理黄陇煤田厚层砂岩水害提供了一种可行的办法。

神南矿区张家峁煤矿煤层顶板涌(突)水危险性评价

根据对张家峁井田地质及水文地质资料的分析研究,利用GIS多源数据融合方法,采用“三图—双预测法”进行煤层顶板水害危险性预测评价。首先以“富水性结构指数法”对煤层顶板基岩裂隙含水层进行富水性分区评价,然后针对煤矿正在开采的煤层顶板导水裂隙带发育高度进行研究分析,最终将之前得到的富水性分区图与冒落带分区图进行叠加分析,得到顶板含水层突水危险性分区图,进而采取相应的治理措施。研究表明,由于导水裂隙带均发育到其顶板含水层,故涌突水条件主要取决于其含水层的富水性,对于基岩裂隙含水层来说,总体上中部、西南部和西北部突水危险性较高,东部突水危险性较弱,由东至西突水危险性逐渐增大,相关研究在22202工作面涌水量观测结果中得到了验证。

浅埋薄基岩煤层顶板疏放水技术研究

为解决浅埋薄基岩煤层顶板疏放水技术难题,以锦界煤矿31301工作面为研究背景,分析了31301工作面水害情况,实施工作面顶板疏放水试验,从钻探设计、钻孔布置、钻孔结构、钻探技术要求、放水技术要求等方面设计了一套适用于浅埋薄基岩煤层顶板疏放水技术,共计施工钻孔101个,累计初始涌水量7024.8 m^(3)/h,单孔最大初始涌水量为147.0 m^(3)/h,单孔平均初始涌水量为69.6 m^(3)/h,疏放水期间出现最大涌水量为2200 m^(3)/h,消除了工作面回采水害影响,降低了生产安全风险。

神北矿区庙梁煤矿隐蔽致灾因素探查与分析

为了查明庙梁煤矿主要隐蔽致灾因素的类型、时空分布特征及对生产的潜在威胁,采用表格调查、现场质询、资料查阅、低空无人机快速扫描、地面排查、井下实地调查、周边煤矿调研、综合分析研究等方法,对煤矿目前存在的主要隐蔽致灾因素进行了全面排查。排查出的水害因素主要有地表河流、老空水、1-2号煤层烧变岩富水区、导水裂缝带、地面塌陷裂缝、封闭不良钻孔和封闭不良废弃井筒等;火灾隐蔽致灾因素主要有1-2号煤层房柱式采空区遗煤和开采塌陷裂缝、封闭不良钻孔及废弃井筒等漏风通道;顶板/矿压相关致灾因素主要有房柱式采空区大面积悬顶、工作面过沟及碎软顶板等;同时,深入分析了这些隐蔽致灾因素,并给出相应的治理措施。

基于F-ANP模型的煤矿突水危险性评价

提出一种基于模糊网络分析法(F-ANP)的煤矿突水危险的评价模型,构建了科学、全面的煤矿突水危险性评价指标体系,该体系网络层包含人、机、环境、管理4个一级指标,涵盖了地表水、地下水等16个二级指标;基于模糊网络分析法建立模糊加权矩阵,计算矩阵得到权重向量,并最终根据最大隶属度原则判断突水危险等级。将该评价模型应用于南山煤矿突水危险性评价,评价结果为较安全等级,符合工程实际。对比实例分析与评价结果发现,模糊网络分析法在突水危险性评价中能更好地考虑指标的模糊性和不确定性,评价精度更高,科学性更强。

煤矿地质构造对矿井涌水的影响及其治理研究

煤矿涌水是煤矿生产中的一种常见问题,严重影响着煤矿的安全生产。煤矿涌水的形成与地质构造密切相关,因此煤矿地质构造对矿井涌水的影响及其治理研究具有重要意义。本文对煤矿地质构造对矿井涌水的影响进行了比较深入的分析,在此基础上,结合矿井涌水特点,提出了具有一定针对性的涌水治理方法,有助于提高矿井涌水治理工作水平,进而为煤矿的安全开采提供可靠保障。

复杂地质条件下覆岩导水裂隙带钻孔窥视与实测分析

为探明郭屯煤矿复合煤层开采过程中覆岩导水裂隙带的发育规律,共计施工3个地质钻孔,分别对3上煤层,3上煤与3煤复合煤层开采导水裂隙带进行实测。通过监测钻孔单位时间与单位进尺冲洗液消耗量与水位变化量,并利用钻孔窥视技术对导水裂隙带高度进行预测。将多种实测方法下分析的导水裂隙带高度进行对比,结果表明:钻孔冲洗液漏失主要原因是洛河组上部的衍生的大量水平裂隙,3上煤单煤层开采导水裂隙带发育高度181.93 m,复合煤层开采导水裂隙带发育高度259.03 m。

F-RFPA^(2D)在煤层顶板突水危险性分析中的应用

煤层开采后其顶板破坏高度是影响采煤工作面支护和防治顶板溃水溃沙的主要因素之一。为了分析马兰矿28311工作面煤层顶板破坏高度,应用F-RFPA2D数值模拟软件建立了数值模型,按照采高3.5 m进行模拟,得出工作面上方直接顶初次垮落步距为4~8 m;老顶初次垮落步距为20~24 m,周期性垮落步距为12~16 m之间;导水裂隙带在发育到最大高度前具有时间性,马兰矿导水裂隙带具有突水危险性,按照裂隙带高度与采厚比反算,得到限高开采的最大开采高度为3.0 m,对于指导马兰矿顶板防治水具有重要的指导意义。

宁正矿区新庄煤矿首采区侏罗系延安组8号煤层顶板涌(突)水危险性评价

针对新庄矿井水文地质条件特别是矿井水的涌(突)水水源和机理认识不清,直接影响新庄煤矿的安全、高效、绿色开采这一问题,通过水质分析和计算导水裂隙带发育高度,判定新庄矿井8号煤层顶板涌(突)水水源;同时在含水层的厚度、单位涌水量、物探含水层富水异常区、钻孔消耗量、岩芯采取率、地层脆塑性比6个主控因素的含水层富水性分析和综放开采条件下冒裂安全性分析基础上,通过多结果叠合对首采区8号煤层顶板涌(突)水危险性进行评价。结果表明:矿井顶板涌(突)水水源为下白垩统志丹群洛河组砂岩孔隙−裂隙含水层和中侏罗统直罗组、延安组上、中部(煤8层顶板以上)砂岩复合承压含水层,其中下白垩统志丹群洛河组砂岩孔隙−裂隙含水层是主要致灾水源。首采区内8号煤层导水裂隙带发育高度均能沟通洛河组砂岩含水层,首采区全区域为冒裂危险区。8号煤层顶板涌(突)水危险区中Ⅰ区主要分布在首采区的北部及中西部,Ⅱ区主要分布在首采区的中部及中西部,Ⅲ区主要分布在首采区的中东部及南部,Ⅳ区主要分布在首采区的东部及南部。

贵州瑞丰煤矿开采充水因素分析及涌水量预测

以瑞丰煤矿以往地质勘查资料为基础,结合现场调查,对瑞丰煤矿水文地质条件进行综合分析,查明充水水源及途径,得出瑞丰煤矿属岩溶裂隙充水矿床,区内地下水主要靠大气降水补给,充水通道主要以岩溶裂隙为主,其次为采空区巷道、岩石裂隙。并采用比拟法对矿区涌水量进行预测,结合充水因素分析以及顶、底板含水层突水计算,得出煤层开采主要受煤系上覆夜郎组玉龙山段和长兴组地层岩溶裂隙水影响,为煤层开采的主要威胁。此次研究成果为瑞丰煤矿下一步开采及防治水工作提供了可靠的水文地质依据。

瞬变电磁法在矿井顶板低阻岩层富水性探测中的应用

为了验证瞬变电磁法在燕子山矿综采工作面顶板低阻岩层富水性探测中的应用效果,阐述了矿井瞬变电磁法原理,采用建立三维地质模型的方法分析电磁响应特征。通过现场实际应用效果来看,瞬变电磁法能够准确圈定低阻异常范围,为精准探测工作面富水区提供实践依据,有效杜绝水害事故发生,保障了煤矿安全高效生产。

采煤业水资源应用合理性研究——以潘二矿区为例

煤矿资源在我国经济社会发展中有着举足轻重的作用。煤炭的开采会产生大量的矿坑涌水。随着最严格水资源管理制度的深入实施,以及水资源刚性约束管理的不断加强,针对矿坑涌水如何利用、如何提高用水效率,成了煤矿行业亟须研究的课题。以潘集区潘二矿区为例,通过采取定额法、对比法等方法,探索煤矿用水合理性分析需要考虑的因素,以及相关指标计算方法,同时与清洁生产要求进行对比,为煤矿行业取水许可审批、加强水资源节约利用提供借鉴或参考。

覆岩主关键层位置对导水裂隙带高度的影响

采用理论分析、模拟实验和工程探测等方法,就覆岩主关键层位置对导水裂隙带高度的影响进行深入研究。研究结果表明:覆岩主关键层位置会影响顶板导水裂隙带高度,当主关键与开采煤层距离较近并小于某一临界距离时,顶板导水裂隙带将发育至基岩顶部,导水裂隙带高度明显大于按我国《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》(以下简称"规程")中的顶板导水裂隙带高度确定方法得到的结果。对导水裂隙带高度产生影响的主关键层与开采煤层临界距离主要与煤层采高、顶板碎胀压实特性、主关键层破断块度等因素有关,可以粗略按7～10倍煤层采高计算该临界距离。当覆岩主关键层与开采煤层距离小于7～10倍采高时,不能按规程中的方法确定顶板导水裂隙带高度;当覆岩主关键层与开采煤层距离大于7～10倍采高时,仍可按规程中的方法确定顶板导水裂隙带高度。上述结果能很好地解释部分煤矿顶板异常突水灾害的发生机制,并指导神东矿区补连塔煤矿顶板突水灾害防治实践,取得显著的经济效益。

顶板突水对冲击地压的影响

在分析4煤层开采顶板突水水源的基础上,揭示了矿山压力、冲击地压同顶板突水之间的关系,探讨了煤层开采过程中顶板突水对促进冲击地压形成的影响作用机理;基于物理流变学和断裂力学理论,提出了砾岩粒间隙中的水流失导致砾岩粒界面附近多层次应力局部集中,造成砾岩产生新的断裂,形成多层次冲击地压,促进顶板斑裂线扩展的机制,阐明了冲击地压和顶板突水互为影响的因果关系,从理论研究和现场监测2个方面得出了华丰煤矿4煤层开采深度大于520 m时容易形成冲击地压的结论.