综放开采下组煤首采面上覆老空水探查及突水危险性评价

为了探究左权五里堠煤业上组煤老空区富水性及其对下组煤首采工作面突水的危险性,以下组煤首采面为研究背景,系统分析了研究区上下2组煤层顶底板岩性组合及水文地质条件;根据物探探测结果,在下组煤首采面巷道先后施工了20个探放上组煤老空水钻孔,发现上组煤老空水存在局部水量大、水压高、富水性分布不均的特点。在此基础上,建立了上下组煤层开采顶底板的工程地质数值模型,采用数值模拟方法对上组煤和上下组煤开采完毕后的应力场及塑性区场变化特征进行了对比分析,得到上组煤层开采后底板破坏深度为11 m,下组煤开采后导水裂隙带高度为112 m,没有波及上组煤底板破坏深度范围,与首采面实测涌水量反映的规律是一致的。根据首采面及附近2个钻孔的资料,采用2种相关经验公式类比计算了下组煤开采导水裂隙带高度,优选了可靠性较高的经验公式。

屯兰矿采空区下组煤煤层气水平井技术应用

为了更好地实现采空区下组煤煤层气的开发利用,减少下组煤采掘过程中瓦斯造成的危害,实现资源与安全双赢目标,通过介绍屯兰矿井下煤炭采掘及地面煤层气开发情况,对比分析了该矿区过采空区预抽直井与采空区下组煤水平井运行产能效益,得出水平井技术更适用于开采采空区下组煤煤层气。

寺河井田穿煤柱下组煤煤层气水平井钻井技术研究

下组煤煤层气超前预抽已成为煤矿区煤与煤层气共采的重要任务。以寺河井田为例,通过分析3号煤层采动卸压后下伏岩层应力分布、裂隙演化及渗透率变化规律,研究了通过地面抽采下煤组煤层气降低瓦斯含量的可行性,开展了下组煤地面煤层气抽采井位部署方法、钻井技术工艺及关键排采技术等研究。结果表明:下组煤15号煤层渗透率增加约2.20倍,有利于15号煤层进行地面煤层气预抽;根据煤层气开发工程要求,按照地面井下综合分析的方法,优化部署了穿煤柱下组煤水平井煤层气抽采井位,设计了三开钻井井身结构,优化了井眼轨迹设计及钻井轨迹控制技术,研究了不同钻井层段的钻井液体系、裂隙发育段堵漏及分级固井工艺等钻井技术;为有效减少L型水平井排采中管柱磨阻,采用“大井扶斜正+双保接箍防偏磨+导向器降扭矩”工艺。所实施的穿煤柱下组煤水平井,最高日产气量9522 m^(3),14个月内累计产气量220万m^(3),产气效果理想,证明了技术工艺的可行性。

下组煤首采面综放开采受上组煤老空水威胁程度研究

为了探究左权五里堠煤业有限公司上组煤5号煤层老空水是否对下组煤15号煤层首采面综放开采造成突水水害威胁,以下组煤首采面为背景,系统分析了研究区地质及水文地质条件,建立了两煤层开采后顶底板变形破坏空间分布特征模型,提出了老空水是否威胁下组煤综放开采的3个可能条件。在此基础上,采用具有针对性的经验公式和数值模拟相结合的方法,综合获得了下组煤15号煤层首采面最大导水裂隙带高度和上组煤5号煤层底板最大破坏深度量化参数,并与下组煤首采面附近施工的地面钻孔揭露这两层煤间距进行对比。认为下组煤15号煤层开采后,通过导水裂隙带将会波及到上组煤采动底板破坏带内部,在正常条件下可能与上组煤5号煤层老空水导通,建议开采前要进行提前探查和疏放。研究结果对下组煤首采工作面顶板老空水害防治具有很好的参考价值。

下组煤底板断层采动活化流固耦合数值模拟研究

为了探究杨村煤矿十采区10603工作面回采下组煤16上煤层是否对贯穿该工作面的10605F5逆断层产生活化从而导致底板突水,建立了考虑水压力情况下的底板断层活化力学模型及含断层开采的流固耦合数值模型,分析了断层是否会活化及工作面回采过程中顶底板、断层的塑性区变化特征,以及采动应力、承压含水层水压力耦合作用下断层带不同位置的孔隙水压力的变化特征。研究表明,在采动应力及底板含水层水压力耦合作用下,底板承压水会沿着断层带向上导升一定的高度,工作面以下大部分断层仍具有较好阻渗性,底板含水层中的水不会沿着断层导入到工作面,工作面的回采不会导致该断层活化。研究结果可为杨村煤矿下组煤含断层开采底板防治水工作提供较好的指导和借鉴作用。

受断层控制的下组煤开采底板变形特征及突水危险性探究

为了探究杨村煤矿十采区下组煤17煤层首采10703工作面断层突水危险性,在系统分析其地质及水文地质条件基础上,确定了该工作面属于典型的受断层控制的带压开采范畴,主要突水含水层为十三-十四灰和奥灰。在此基础上,建立了集完整和有断层于一体的10703工作面所在区域的三维工程地质模型,采用数值模拟方法对比模拟获得了16上和17煤两薄煤层依次开采后受断层控制的底板变形破坏深度和特征。在此基础上,采用安全带压系数法系统评价了完整和有断层条件下十三-十四灰和奥灰对10703工作面带压开采突水危险性,结果认为均是安全的,与突水系数法结果进行了比较。研究结果对该工作面带压开采底板水防治具有很好的参考价值。

寺河井田下组煤煤层气开发有利区优选及穿煤柱水平井井位部署

寺河井田在煤炭开采前需要通过地面预抽方式降低瓦斯含量以解决煤炭开采过程中的瓦斯突出等问题。煤矿区地面煤层气开发工程要做到与煤炭的协调开发,煤层气抽采区块的优选及井位的合理部署至关重要。利用FLAC3D软件模拟,建立煤层底板采动效应地质模型,开展针对性的研究上组煤采动后下伏岩层应力变化;结合煤矿采掘部署,选取下组煤煤层气开发的主控因素为指标,建立采动区下组煤煤层气开发潜力评价指标体系,采用层次分析法和模糊综合评价相结合的方法,评价煤层气开发的有利区块;以煤层气与煤炭协调开发为前提,确定穿煤柱水平井煤层气开发井位部署的原则,研究水平井设计的关键要素及内容,优化设计15口井位。研究表明:9号煤层和15号煤层都处在3号煤层开采卸压范围内;东五盘区是寺河井田部署下组煤煤层气水平井的优选区,开展的1口煤层气井最高日产气量达到了9522 m 3。

三维地震在双层采空区下组煤勘探中的应用研究

受限于历史条件的影响,当前大部分煤矿在上组煤的采掘之前,并未对下组煤的赋存及构造发育情况进行有效的勘探。随着上部煤炭资源的开采殆竭,为保持矿井的安全生产和可持续发展,对煤矿采空区下组煤地震勘探的需求日益迫切。本文结合葛泉矿双层采空区下组煤三维地震勘探的工作实例,在地表条件差、双层采空区、煤层数目多、煤层间距小、煤层埋深较浅等不利条件下,提出了资料采集、处理及解释的一体化技术。从最终的时间剖面来看,双层采空区以及年限较短的采空区相较于单层采空区及年限较长的采空区对下组煤的地震勘探影响更大。

牛儿庄矿试采下组煤开采技术研究

牛儿庄矿是衰老矿井,上组煤已基本开采完毕。井田内尚有大量的超突水系数的下组煤资源,能否开采成为当前急需解决的一个重大技术课题。牛儿庄井田位于华北地区,该地区型煤田岩溶区的下组煤开采都不同程度地受到基底中奥陶统地层岩溶水的威胁,该岩溶水系统补给区面积广、水源丰沛、传导性强,岩溶发育,富水性强。针对下组煤受到基底中奥陶统地层岩溶水威胁的问题,在研究煤层底板突水机理的基础上,结合矿井水文地质条件,井上采取区域治理技术改造奥灰含水层顶部峰峰组八段,井下在增加强排抗灾泵房的基础上,采取综合探查、局部再加固、监控、水害预警等综合措施,达到减灾、防灾的目的,实现下组煤安全开采。

双柳煤矿下组煤开采水文地质条件分析及矿井防治水措施

双柳煤矿下组煤开采过程中,主要面临上部太原组灰岩含水层和下部高压奥灰含水层的突水威胁,底板承受奥灰水最高水压达5～6MPa。文章在区域水文地质条件的基础上,分析了矿井主要充水含水层和隔水层以及矿井充水因素,提出了双柳煤矿开采下组煤的主要防治水措施,为保障矿井安全生产提供技术依据。

煤矿采空区下组煤三维地震勘探技术

利用三维地震勘探技术探测老窑采空区的位置和范围,已取得了很好的效果,但是对于采空区下组煤的探测,还处于探索阶段。总结了采空区下组煤地震反射波特征,分析了影响下组煤探测效果的主要因素,提出了采取"高覆盖次数、单深井激发、大药量、中低频检波器、变观"等手段,可以获得具有较高信噪比的下组煤层地震信息,说明三维地震方法探测采空区下组煤是可行的。

基于原位实测的下组煤底板岩层阻渗性研究

为探究兖州矿区下组煤底板岩层阻渗能力,采用现场压水试验的方法,对兖州煤田16个底板岩层进行了压渗测试,获取了大量的实测数据。在分析实测数据的基础上,提出了太原组煤系底板不同结构及岩性组合的阻渗强度建议值,建立了下组煤底板岩层阻渗条件评价模型,以此做为下组煤带压开采安全与否的量化评价依据。研究成果比较真实地反映了下组煤底板岩层阻渗条件,经现场验证效果较好,对下组煤底板带压安全开采起到了重要的指导作用。

深部下组煤首采工作面周邻区段底板突水危险性预测评价

以济北矿区某煤矿高承压水体上下组煤首采工作面周邻区段采掘为工程背景,为预测底板太原组主要灰岩含水层的突水危险性,运用突水系数法对正常块段十三灰的突水危险性进行预测评价,结果表明,完整地段10个钻孔的突水系数值均大于《煤矿防治水规定》中的临界突水系数0.1 MPa/m,带压开采危险性较大。与此同时,结合钻孔和伺服渗透资料,分别计算了这些钻孔底板岩层的综合阻水强度,并将这10个钻孔的实际水压值与其相应的综合阻水强度值的比值进行分区研究。两种方法对比分析表明,突水系数大的区段一般对应的比值也较大,两者之间具有一定的关联性,比较符合实际情况。这为济北矿区及地质条件相似矿井煤炭资源向深部带压开采所引起的底板水防治提供了新的研究方法。

兴隆庄煤矿下组煤首采区水文地质特征分析及涌水量预测

为探讨兴隆庄煤矿下组煤开采水文地质特征及涌水量变化规律,以首采区为地质背景,分析和评价了影响开采的主要含水层、隔水层及其充水通道,得出下组煤开采时直接充水水源为太原组第十下层灰岩含水层,间接充水水源为本溪组第十四层灰岩含水层和奥陶系灰岩含水层;同时采用大井法和比拟法对下组煤开采时的涌水量进行了预测,计算结果表明十下灰正常涌水量为349 m3/h,最大涌水量为418.8 m3/h;十四灰正常疏降涌水量为40 m3/h,最大涌水量为48 m3/h。

兖州矿区下组煤开采底板突水危险性评价

在系统收集兖州矿区各勘探阶段及各生产矿井水文地质资料的基础上,对兖州矿区下组煤底板奥灰含水层的水文地质特征进行了分析。利用单位涌水量资料对奥灰富水性进行了分区,综合考虑奥灰含水层的富水性、水压、隔水层厚度及底板破坏深度等因素,对影响下组煤各煤层开采的底板奥灰突水危险性进行了分区预测,为矿区奥灰水防治提供了依据。

肥城煤田下组煤底板隔水能力影响因素分析

分析了肥城煤田下组煤开采时隔水底板岩层阻水能力的影响因素，认为底板隔水层岩性的不均匀性、煤田内的重力滑动构造、矿压作用及承压水的作用是削弱该煤田隔水底板阻水能力的主要影响因素。

华北型煤田下组煤带压开采突水判别模型与防治水对策

指出了目前主要以突水系数理论为依据进行带压开采安全危险性评价在实践应用中存在着重大缺陷.根据显水带、导水带及阻水储备带相对下组煤在空间上的赋存状况,总结归纳出7种带压开采判别模型,并提出了相应的具体防治水对策.通过原始导高分带特点、显水带阻水带压并与阻水储备段共同抵御底板突水的理论,指导邢台东庞矿9103工作面采前带压开采条件综合勘探,成果资料说明符合7种带压开采判别模型中的两种模型,并采取了相应的防治水对策,使该工作面试采成功.说明采前根据7种带压开采模型预分析方法可行,安全性评价客观符合实际,防治水对策得当,对于类似条件矿区采煤工作面可以进行试采.

新驿煤矿下组煤矿井涌水量预测研究

在系统收集水文地质资料的基础上,运用"大井法"和水文地质比拟法对开采16煤的涌水量进行了预测,利用突水系数法,对八采区16煤底板奥灰突水危险性进行了评价,得出了突水系数分区图。经综合分析对比,采用大井法的预测结果:即开采16煤正常涌水量为482m3/h,最大涌水量为540m3/h;奥灰突水量初期为1 083～10 640m3/h,一般为660～4470m3/h;如对奥灰采取疏排降压方案,疏降排水量预计为770m3/h。此结果可作为矿井回采阶段防治水设计的参考。

潞安矿区下组煤带压开采突水危险性分析

从含水组段的划分、岩溶发育情况、富水性分析和分区以及岩溶含水层水位等方面分析了下组煤底板中奥陶统含水层水文地质特征,从隔水层岩性及厚度两方面分析了隔水层性质,在此基础上用突水系数法从底板隔水层只有本溪组和考虑峰峰组二段作为隔水层两方面分别计算了下组煤带压开采时的突水系数。结果表明,在底板隔水层只有本溪组情况下,不能保障下组煤开采的安全性;将峰峰组二段看作相对隔水层,则下组煤的安全带开采是有保障的。

深部下组煤底板软硬岩石阻渗性试验及其耦合特征

为了探讨济北矿区下组煤底板阻水能力,对采动底板下部起主要阻水层位的软硬岩石阻水能力进行了伺服渗透试验研究,系统分析了软硬2种岩样变形破坏过程中应力、渗透率随应变全程变化关系和渗透率与应力耦合特征。试验结果表明:直接底板泥岩及其下部的灰岩在围压和水压作用下的渗透率—应变曲线、应力—应变曲线具有阶段性,峰前和峰后变化存在显著差异性;2种岩石峰前的渗透率与应力耦合结果表明软硬岩石均具有整体相似的变化规律,基本呈3次多项式关系,并得出渗透率随应力变化的1个重要特征拐点,由此可以界定出岩块破坏前后的屈服抗渗强度。