带压开采煤层底板奥灰岩溶水害区域超前治理技术与应用

鉴于澄合二矿31501工作面底板隔水层薄,煤层回采受到底板奥灰岩溶水害威胁,带压开采存在突水风险,为保证煤矿安全开采,提出采用地面多分支水平井注浆的方式改造加固底板含水层。基于此,对地面多分支水平井注浆治理奥灰岩溶水害的关键技术进行了研究,分析了实现煤层带压开采的注浆治理层位,利用公式计算出奥灰顶界面下含水层的改造厚度,介绍了相关的施工工艺。经地面钻孔注浆后,取得了良好的治理效果,奥灰顶界面下20 m含水层富水性显著降低,富水异常区明显减少。

煤矿水害地面区域超前治理技术在焦作矿区应用探析

焦作矿区位于太行山南麓,处于东西向构造和新华夏系构造的复合部位,主要以断裂构造为主,发育有东西、北东和北西向三组构造。焦作矿区水文地质条件极复杂,L8灰岩含水层是矿井主要的突水水源,局部区域接受L2、O2灰岩含水层水源补给,L8灰岩最大突水量达1800m3/h。在断层附近,L2、O2灰岩含水层亦可直接突水,L2灰岩最大突水量达5400m3/h,O2灰岩最大突水量达19200m3/h。焦煤公司长期以来高度重视底板水害防治工作,但井下底板水害治理面临诸多困扰和局限,为此焦煤公司采取了煤矿水害地面区域超前治理技术,通过多年实践,总结经验,最终实现该技术在焦作矿区应用与推广。

奥灰岩溶水害区域超前治理技术研究及应用

鉴于邯邢矿区大采深矿井深部煤层和下组煤开采受奥灰承压水威胁现状和保水开采需要,提出了奥灰岩溶水上带压开采水害治理的"区域超前治理"理念及"超前主动、区域治理、全面改造、带压开采"防治水指导原则;相应给出了区域分区原则、治理模式及适用条件、治查结合新方法、超前治理管理程序、底板阻水能力评价方法和治理关键技术等支撑体系。该成套技术首先在邯邢矿区进行了应用研究,特别是地面多分支水平钻进关键技术应用研究,取得了很好的安全技术效果,创新了大采深矿井和开采下组煤奥灰水害治理方法,安全开采受承压水威胁的煤炭资源,保护了煤系基底奥灰水环境。

奥灰岩溶水上带压开采区域超前治理防治水技术

针对邯邢矿区煤层开采受奥灰承压水威胁及保水开采的现状,提出了区域超前治理防治水技术,以超前主动、区域治理、全面改造、带压开采为指导原则,该技术在邯邢矿区奥灰含水层顶部区域超前注浆改造中进行应用,以孔口终压1.0 MPa、稳定30 min以上和单孔吸浆量小于50 L/min作为注浆结束标准。试验过程中采用地面多分支水平钻进关键技术,最终达到注浆加固煤层底板含水层及奥灰顶部改造含水层目的,大幅降低煤层底板突水可能性,安全开采出受承压水威胁的煤炭资源。

奥灰岩溶水上带压开采区域超前治理防治水技术

针对邯邢矿区煤层开采受奥灰承压水威胁现状及保水开采的现状,提出了区域超前治理防治水技术,以超前主动、区域治理、全面改造、带压开采的指导原则,该技术在邯邢奥灰含水层顶部区域超前注浆改造中进行应用,以孔口终压1.0 MPa、稳定30 min以上和单孔吸浆量小于50 L/min作为注浆结束标准。试验过程中采用地面多分支水平钻进关键技术,最终达到注浆和加固煤层地板含水层及奥灰顶部改造含水层目的,大幅降低煤层底板突水可能性,安全开采出受承压水威胁的煤炭资源。

区域超前探查治理技术在邯邢矿区深部采煤底板水害防治中的应用

针对超前区域探查治理技术在探查治理设计、注浆改造工艺、治理效果评价方面存在的问题,通过分析邯邢矿区水文地质条件及邢东矿、辛安矿水害防治工程实例,对超前区域探查治理技术在深煤层底板高承压水害防治中的应用进行研究。研究得出:注浆治理目的层应综合分析研究区水文地质条件、突(涌)水方式,选择离煤层最近、厚度适中、可注性较好的含水层进行注浆改造;水平孔布设距离应考虑研究区水文地质类型、地质构造复杂程度及发育程度确定孔间距,并设计机动孔;水平孔布置方式应考虑工程目的;治理应按"探、注、验一体化"的思路,对钻进过程中遇到的地质现象实施注浆治理并检验;治理效果应利用突水系数、含水层涌水量、矿井涌水量、构造发现率、初始奥陶系岩溶水压等指标,通过迭代指数法组合量化后,重新评价。

区域超前探查治理技术在推覆体下深部采煤底板灰岩水害防治中的应用

新集二矿受巨厚推覆体影响,在地面三维地震无法有效查明煤层底板地层埋深和构造发育分布的情况下,充分分析矿区水文地质特征和突水主控因素,从创新防控理念出发,对传统的地面超前探查治理技术工艺进行集成创新,提出"选层-设计-施工-判断-治理-评价"一体化的综合工艺流程,在施工前、施工中、施工后3个方面有机的紧密结合,动态调整,以达到煤层底板防治水需求。结合工程实例应用,说明治理效果的有效性,在本区及国内其他类似条件地区具有良好的借鉴意义。

两淮煤田煤层底板灰岩水害区域超前探查治理技术

煤层底板灰岩水害区域超前探查治理技术是近几年刚刚兴起的一种灰岩水害防治新技术,具有探查治理时间超前、探查治理空间范围大、水害隐患整体消除效果好等特点。分析了两淮煤田煤层底板灰岩水害基本特征,研究了煤层底板不同类型灰岩水害区域超前探查治理的技术方法和工程工艺。提出针对淮北煤田煤层底板存在高压复合强富水薄层灰岩含水层水害威胁的矿井,应采用定向水平井钻探和"高密度低压充填+低密度高压劈裂式注浆"探查治理技术;针对淮南煤田煤层底板发育厚层非完整隔水层的矿井,应采用定向水平井钻探和低密度连续高压劈裂注浆探查治理技术,通过典型矿井的工程示范,取得了良好的水害治理效果。

煤层底板水害区域超前治理技术优化及其应用

为了进一步提高煤层底板水害区域超前治理技术的治理效果,应优化注浆工艺,扩大技术的应用范围。总结淮北矿区区域底板超前治理工程实践表明,低压扩散和中压加固阶段压力控制对注浆总量起主要控制作用,进而直接影响灰岩含水层改造效果,推导的不同岩溶裂隙发育程度地层的注浆量预计公式,可以有效指导注浆工程设计。此外,提出了工作面区域内、外双(钻)孔组的水平布设方法,优化注浆工艺的同时,提高了钻孔利用率。针对注浆工程中注浆压力控制及浆液选取等关键技术问题,建立了研究区裂隙发育程度的多源信息判识方法和"微压充填—低压扩散—中压加固—高压劈裂"的"阶段型"注浆压力控制模型,细分了不同注浆阶段的注浆浆液类型,推导了注浆压力的分级阈值和设计公式,实现了注浆压力的分区段高效、精准控制,对煤矿底板水害超前区域治理技术的应用与推广具有重要意义。

区域超前探查治理技术在推覆体下煤层底板灰岩水害防治中的应用

区域超前探查治理技术是近几年推广的有效预防华北型煤田底板灰岩水通过垂向隐伏导水通道突水,防止淹井、淹面等水害事故的新兴技术。新集二矿受巨厚推覆体的影响,三维地震勘探及钻探无法查明地层展布、断层、陷落柱等垂向隐伏导水通道,对区域超前探查治理技术在钻探顺层跟进、隐伏构造探查设计、注浆改造工艺及治理效果评价等方面提出了新的挑战。通过工程实例对区域超前探查治理技术在推覆体下深煤层底板高承压水害防治中的应用进行研究,创新提出“施、判、探、注、评一体化”的工作思路和方法。实践表明,该方法可以有效应对巨厚推覆体影响下的煤层底板高承压奥灰含水对矿井安全开采的威胁,对类似矿区具有重要的借鉴意义。

薄层灰岩含水层区域超前治理关键技术研究与实践

针对峰峰矿区水文地质条件极其复杂、个别矿井掘进过程中水害威胁严重的实际情况,采取了超前区域注浆加固治理技术,介绍了其中5.5 m厚的薄层灰岩含水层区域超前注浆加固过程中遇到的难题,并对其进行分析,通过下套管到大青灰岩含水层顶面、斜向器开窗切割套管、羽状分支孔补注等技术手段,取得了薄层灰岩含水层区域注浆加固的成功,为类似5.5 m厚薄层灰岩含水层注浆加固的情况提供技术借鉴经验。

区域超前综合防治水技术应用及效果

参考河北邯邢矿区防治水经验,在石村矿煤矿9#煤实施了区域超前防治水技术应用,主要探究了以采区、水平或由地质构造所分割的单元为单位进行区域治理,坚持先治后掘,先治后采,从而实现"不掘突水头,不采突水面"的目标。应用取得了良好效果,为今后同等条件下的防治水工作提供了参考。

底板灰岩水地面区域超前探查治理技术研究

煤层底板灰岩水害区域超前探查治理技术是近年来兴起的一种底板灰岩水害防治新技术,该技术具有探查治理时间超前、探查治理空间范围大、水害隐患整体消除效果好等特点。本文分析了新集煤矿底板灰岩水害基本特征,研究了1煤组煤层底板灰岩水害区域超前探查治理的技术方法。针对煤层底板发育厚层非完整隔水层的矿井,应用定向水平孔钻探和注浆探查技术,取得了良好的水害治理效果。

区域超前综合防治水技术应用分析

在大采深或下组煤开采面临严重水患时,可以按照"区域治理、超前主动"的防治水理念进行治理,将采区或按照地质构造划分单元进行区域化治理,先治理后掘进、先治理后开采,实现"不掘突水头、不采突水面"的目标。本文对区域超前综合防治水技术的应用进行探讨分析,以期为同行人员提供参考或借鉴。

大采高工作面沿空侧巷道超前区域围岩控制研究

文章以小保当煤矿112204工作面开采为工程背景,采用理论分析、数值模拟、现场施工和电磁辐射监测的方法对其沿空侧的回风平巷超前段围岩稳定性进行研究分析,结果表明:112204工作面超前支承应力与邻近112203采空区侧向支承应力叠加影响,将导致支承应力叠加区内煤岩体极易发生失稳破坏;适当地增加支承应力叠加区内煤岩体的剪切破断角值和侧向围压值能够有效提升支承应力叠加区内煤岩体失稳破坏时所需的支承应力临界值;实施优化支护和注浆措施后,实体煤帮内电磁辐射均值降幅达64.6%,此时煤岩体失稳破坏程度大幅度改善,围岩处于较好的控制状态,能够很好地服务于112204工作面回采作业。

动载作用下巷道超前支护区域划分

巷道超前支护区域划分和支护方式是影响回采巷道围岩稳定性的关键因素。现有研究大多在静载条件下对超前支护区域进行划分,对于动载冲击作用下的超前支护区域划分及巷道围岩与液压支架之间的关系需进一步探讨。以赵楼煤矿5304工作面巷道为研究对象,分析了液压支架受动载冲击时工作阻力的变化特征及围岩与液压支架的关系,提出了动态系数概念。在动载扰动作用下,超前支承压力峰值点向煤体内部转移,将会产生新的塑性区,因此将超前支承压力影响区划分为破裂区、塑性区、弹性区、原岩应力区、新增塑性区。根据煤岩状态及动态分界点,以动态应力为界限将超前支护区域划分为加强支护段、辅助支护段和原始支护段:加强支护段由破裂区、塑性区和部分弹性区构成,需要较高强度超前支护设备加强顶板支护;辅助支护段主要以弹性区为主,需要单体液压支柱或单元式液压支架辅助支护;原始支护段整体处于原岩应力区,不需要加强支护。运用数值模拟研究了动载作用下超前支承压力变化规律,建立了动载作用下巷道超前支承压力计算模型,推导出各支护段动态应力表达式。现场实测结果表明,根据巷道超前支护区域划分结果设计的支护方案支护效果良好,可满足超前支护区域支护质量要求。

煤层底板水害超前区域治理理论框架与关键技术

随着我国华北型煤田浅部煤炭资源开采殆尽,深部煤炭资源受底板灰岩岩溶水害威胁严重,常规井下直孔注浆方式存在施工位置受限、钻遇含水层孔段短、注浆盲区大、目标位置不准确等问题。为此,提出了基于顺层定向钻孔进行注浆改造的超前区域治理技术,系统研究了顺层近水平注浆孔浆液运移规律、底板水害超前注浆模式、注浆参数控制工艺、隐伏导水通道超前判识探查与注浆效果检验与评价等。通过系统研究,构建煤层底板水害超前区域治理理论框架与技术体系,具体包括5方面内容:提出煤矿底板水害超前区域治理模式分类和选择准则,概化形成适用于我国华北型煤田地质及水文地质条件的底板含水层注浆改造模式;形成隐伏导水通道水平定向钻超前判识治理技术;建立超前区域治理关键注浆参数控制工艺体系;提出了注浆全过程的多指标定性、定量效果检验与评价技术。上述研究成果在煤层底板水害超前区域治理工程中成功应用,对底板水害超前区域治理起到重要的理论和技术支撑作用,为我国华北型煤田深部煤炭资源安全开采提供保障。

区域超前治理防治水技术

根据邯邢矿区大采深矿井开采和下组煤开采面临的严重水患,提出了"区域超前治理"防治水理念,即"超前主动、区域治理、全面改造、带压开采"的技术指导原则;由一面一治理改为以采区、水平或由地质构造所分割的单元为单位进行区域治理,主要总结了井下定向钻进关键技术首次应用于煤层底板岩层区域超前治理防治水技术研究,先治后掘,先治后采,从而实现"不掘突水头,不采突水面"的目标,为今后大采深和开采下组煤矿井防治水提供了很好的借鉴经验,创新了大采深矿井和开采下组煤奥灰水害防治方法,安全地开采受承压水威胁的煤炭资源,取得了很好的经济和社会效益。

我国煤矿瓦斯灾害超前大区域精准防控技术体系及展望

为满足煤矿自动化、智能化生产的快速发展及区域防突的迫切需求,推动煤矿大区域瓦斯灾害治理技术体系发展,针对传统煤层钻孔瓦斯抽采技术“钻不深、抽不出、检不了”等技术难题,系统分析近年来定向钻进、地面井、分段水力压裂、深孔取样、随钻探测等技术与装备在各大矿区不同地质条件下的应用效果。结果表明:目前已形成了基于大区域超前随钻地质勘探及预测、大区域地面及井下瓦斯抽采、非接触式连续在线动态预测等关键技术组成的煤矿瓦斯大区域治理技术体系,为推动煤层瓦斯治理技术的升级变革,实现不用或少用专用瓦斯治理巷道综合治理煤矿大区域瓦斯的目的奠定了基础。最后指出未来将发展核磁探测、伽马、雷达、深孔光纤等探测技术,以实现煤岩及地质异常体识别、瓦斯参数精确测定;发展地面水平井体积压裂高效开发及井上下联合增渗等技术,以提升井上下联合预抽效果;发展区域化超大流量压裂泵组或压裂工厂、连续油管压裂等技术与装备,以提升煤矿井下区域化增渗效果;发展风险信息融合感知、突出前兆特征智能识别、瓦斯超限预警等技术,以实现区域连续精准预测及智能预报警。

地面顺层钻进在煤层底板高压岩溶水害区域超前治理中的应用

朱庄煤矿深部采区太原组灰岩含水层具有高承压、强富水、补给充沛、无垂直分带性、存在强径流带和垂向导水通道、与奥灰有水力联系等特点,自6煤开采以来多次发生底板灰岩突水事故,最大涌水量1 400 m3/h,严重威胁矿井的安全生产。Ⅲ631工作面回采过程中发生多次灰岩涌水,针对Ⅲ631工作面水文地质条件及底板水害特征,通过引入石油领域地面水平井钻探工艺,采用地面顺层水平井和侧钻分支水平井钻探手段对涌水段及未采段进行精确有效探查,再结合高效的地面高压注浆控制工艺,对探查到的涌水通道及原生溶隙、构造裂隙等进行注浆改造,完成了工作面涌水快速封堵及区域超前治理。