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。

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。

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。

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。

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。

华北型煤田底板灰岩含水层超前区域治理模式与选择准则

为建立系统的超前区域水害探查治理技术体系,分析概括我国石炭–二叠纪煤田煤层赋存及水文地质条件,从水害治理工程的系统性出发,围绕我国煤层底板水害超前区域治理工程施工过程中钻孔施工条件、层位选取、钻进工艺3个主要因素,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。综合考虑煤层埋深、煤层底板承受水压、底板岩层结构组合等判识指标,确定了各类治理模式的选择准则;结合钻孔布设、注浆材料2项指标,进一步划分出超前区域治理亚类模式。以淮北矿区、韩城矿区2个典型超前区域治理工程实践为例,分析了各区域治理模式的选取原则及工程应用效果。研究成果对指导我国煤层底板含水层超前区域治理工程模式选择与底板注浆工程实施具有重要理论指导作用。

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。

大采深矿井地面区域治理奥灰水害关键技术研究

为安全开采邯邢矿区深部煤炭资源,提出了"区域超前治理"奥灰岩溶水害理念,开展了华北型煤田大采深高承压水安全开采成套技术研究课题;从理论上研究得出"分带分时段突破"底板突水机理;采用阻水系数法评价试采区底板隔水层承压能力;成功地研究出地面多分支近水平定向钻探关键技术;从岩石力学和水动力学阐述了裂隙含水层中水平孔注浆浆液扩散机理,并给出了孔距计算公式;对于钻遇岩溶或断裂构造状况,研究出了铺底浆液控制技术。地面区域超前治理奥灰水害成套技术在九龙矿成功应用,取得了显著技术经济与环境效果。

地面水平分支孔注浆超前治理奥灰底板突水技术

为解决煤层底板高承压奥灰水的突水问题,九龙矿采用区域超前治理方法对15445N工作面的奥灰含水层进行底板突水防治。通过地面水平定向分支钻孔注浆,封堵含水层顶部的导水通道,增加隔水层厚度,并在回采工作面外围巷道构筑防水闸门,实施疏水降压;并经对底板承压含水层的水压和水质检测监控,及时掌握涌水水源及水质变化情况,并验证封堵效果。试验结果表明:15445N工作面安全回采400 m后,3号钻孔的最大涌水量从30 m3/h下降为18 m3/h,回采期间工作面正常涌水量降为48 m3/h,对该区域奥灰水超前治理取得了良好效果,实现了带压安全开采的目标。

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。

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。

地面超前区域探查治理技术在灰岩岩溶水害治理中的应用

针对220106 工作面“高水压薄隔水层”灰岩承压水上开采特点，采用了地面超前探查治理技术对灰岩水进行了探查、治理，施工了5 个顺层定向分支钻孔，实现了220106 工作面探查治理范围的全覆盖。通过综合录井判层、钻进异常、钻井液消耗量、泥浆温度、压水试验等方面探查成果资料综合分析，220106 工作面钻探探查目的层段层位清楚，地质构造简单，整体富水性弱，排除了陷落柱及垂向隐伏导（含）水构造，并将C312灰岩改造为良好隔水层，为220106 工作面安全开采提供了保障。

奥灰区域治理设计与施工常见问题与对策

以梧桐庄矿为例,对奥灰区域治理设计与施工常见问题与对策进行了讨论。梧桐庄矿前期奥灰区域治理工程在设计与施工过程中存在诸多问题,如塌孔埋钻事故频发、全角变化率偏大、分支孔水平段长度达不到设计要求、注浆速度慢,扫孔周期长等,根据长期的实践和研究,对施工工艺及技术进一步完善,形成奥灰岩溶水害超前治理理念、提出"区域超前治理"技术,该技术在邯邢矿区深部煤炭资源安全开采中有很大的推广价值。

地面顺层孔探注成套技术在底板高压岩溶水害治理中的应用

我国东部矿井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。以淮北矿区朱庄矿Ⅲ63采区底板薄层灰岩水害为例,采用地面顺层水平井钻探手段进行精准探查,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治理,完成了整个采区的区域超前治理,并得到有效验证。本技术是国内首次采用地面顺层钻孔对底板灰岩水害进行区域超前治理的成功案例,已形成成套技术规范。对具有类似水害威胁的同类矿井防治水工作借鉴作用重大,对煤矿顶底板水害超前区域治理的技术手段与理论水平的发展与革新具有重大意义。

九龙矿隐伏陷落柱探查和治理技术研究与应用

九龙矿煤层埋藏深、水压高、矿山压力大、水文地质条件复杂,矿井生产受煤层底板以下大青和奥灰等强含水层水的威胁非常严重。尤其是4号野青煤层,建矿以来曾开采过4个野青工作面,每一次开采都伴随着底板出水的问题,2009年开采15423野青工作面时,曾发生底板奥灰突水淹井事故,造成了严重的损失。为此,在15445N野青试采工作面正式回采前,以区域超前治理奥灰含水层为重点工作内容,并开展了大量工作面防治水治理工作,消除了煤层底板突水危险性,实现深部地区工作面的安全回采,取得了良好的经济效益、安全效益和社会效益。

淮南矿区煤炭资源安全高效开采保障技术研究

淮南矿区随着开采深度的增加以及智能化开采技术的应用,影响煤炭资源安全高效开采的因素逐渐增多。为此从地质构造及地质异常体、水文地质条件和瓦斯地质条件等方面分析了现阶段淮南矿区煤炭资源安全高效开采的影响因素,梳理了地球物理勘探、地质、钻探、防治水及瓦斯抽采等方面的新技术新方法,构建了煤炭安全高效开采保障技术体系。该体系以采区三维地震勘探为基础,采用高精度三维地震勘探及其他地球物理勘查技术、地面钻探技术,井下长钻孔定向钻探技术,结合底板灰岩区域探查超前治理、奥灰水试疏等技术进行矿井水害预防与治理;采用采动区煤层气地面钻井抽采及低渗透率煤层群煤层气地面压裂抽采、水与瓦斯同治等配套技术措施进行瓦斯综合治理与利用。