煤层底板承压含水层上安全开采技术研究

基于我国华北煤电煤层底板太灰含水层富水性具有明显的差异性,在特定条件下可作为隔水层,为了准确确定底板隔水层厚度,预测底板突水危险性,结合新义煤矿首采区二1煤底板实际情况,运用物探、钻探等手段对其灰岩富水性进行探查分析。结果表明:该矿首采区底板灰岩可作为隔水层,从而将底板隔水层平均厚度增加至54 m左右,运用突水系数法评价得出首采区大部分区域的突水系数均小于正常块段临界突水系数0.1 MPa/m,在前期底板注浆加固基础上可以实现安全带压开采。

徐州某矿井奥陶系灰岩含水层上开采矿井突水的水文地质初步研究

徐州某矿井奥陶系灰岩含水层上开采矿井突水的水文地质初步研究葛中华，沈文南京大学，南京，２１０００８中国矿业大学，徐州，２２１００８贝怀成淮阴市矿务局，淮阴，２２３００１ＰｒｅｌｉｍｉｎａｒｙＲｅｓｅｒｃｈｉｎｔｈｅＨｙｄｒｏｇｅｏｌｏｇｙｏｆＷａｔｅ...

新义煤矿底板超高承压含水层上安全开采评价

底板突水危险性的准确评价是保障承压水上安全开采的关键,而底板突水机理的复杂性及突水影响因素的多样性,使底板突水的预测预报研究成为煤矿工程技术人员的难题。针对新义煤矿首采面实际情况以及前期勘探资料的完整性,采用突水系数法对该矿煤层底板超高承压含水层上的安全开采进行了评价。评价结果认为,在没有断层等构造影响条件下,该矿首采区煤层底板正常情况下能抵抗住下部奥灰水压。

高承压含水层上采煤防治水技术

新义煤业有限公司主采二叠系山西组二1煤层,在采煤过程中主要受到底板间接充水含水层——奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层的威胁,属超高承压(>5 MPa)含水层上开采。为消除奥陶系灰岩含水层突水威胁,保证安全生产,在工作面构成后采用井下物探、钻探及底板注浆改造等技术综合治理,取得了较好的效果。

含水层上工作面回采诱发顶底板破坏及应力演化规律试验研究

以五沟煤矿F4、F5断层地质条件为背景,采用相似模拟试验方法,对含水层上正断层上盘工作面回采过程中煤层顶底板岩层破坏及应力变化规律进行研究。结果表明,随着工作面推进,煤层底板的应力峰值随着断层距离的减小而增大;采动影响及含水层水压作用导致煤层底板岩层产生裂隙,衍生出突水通道,突水危险性增加;对F4断层进行注浆加固,阻隔对盘含水层,相对增加工作面与含水层的距离;试验结果表明,下盘含水层对上盘工作面回采的影响减小,可以有效缩小防水煤柱宽度。

承压含水层上煤层开采方法的研究及实践

通过对受水威胁煤层充水条件的分析,结合开采过程中的突水实例,得出对突水规律的初步认识,进而确定用倾斜小条带开采受水威胁煤层是一种较好的方法。

承压含水层上协调开采底板岩体采动影响规律的观测研究

承压含水层上近距离煤层协调开采是以防止底板突水为目的 ,减轻底板采动影响程度的特殊开采方法 .本文根据实际观测资料 ,论述了通过调控协调开采步距 ,使下层工作面的超前支承压力与上层工作面应力释放区的张应力迭加 ,达到支承压力与张应力相对消减 。

水体压煤开采与灰岩承压含水层上带开采技术措施

本文主要阐述了影响水体下采煤的地质因素,水体压煤开采的一般途径,水体下的开采技术措施;石灰岩承压含水层上带压采煤防治途径,含水层上带压开采的适用条件,综合治理、带压开采的主要技术措施等问题。

采动含水层生态功能修复:概念内涵、理论与技术框架

针对我国保水采煤研究现状及煤矿区采损生态修复的技术需求,提出应开展采动含水层生态功能修复研究,并将其纳入绿色开采技术体系中。在充分阐述采动含水层生态功能修复概念与内涵的基础上,构建了以采动含水层失水流动规律及水径流阻隔关键技术为主的理论与技术框架,分析了当前相关研究进展与未来攻关方向。含水层的损伤失水与生态功能退化本质源于采煤引起的岩层运动与裂隙发育,应在充分掌握含水层失水机制与规律的基础上对其开展生态功能修复理论与技术研究。深入揭示含水层失水路径分布与水流动力耗散规律,将失水流量集中分布的采动影响区作为重点修复的靶区,合理运用“边采边修”、“采后再修”等方式实施水流通道封堵与修复。同时,应充分利用采动岩体裂隙自修复机制及其引起的含水层自恢复效应,开展采动含水层生态功能引导修复研究与实践;基于水-气-岩相互作用产生化学沉淀促进导水裂隙自修复的降渗机理,提出了向含水层下方裂隙岩体中灌注可与地下水产生化学沉淀的修复试剂,以诱导沉淀物在裂隙中吸附-固结并封堵通道的含水层生态功能修复技术路径。在此基础上,阐述了利用铁/钙质化学沉淀进行导水裂隙修复降渗的研究现状,提出未来应重点研究形成利于不同类型导水通道高效封堵的化学沉淀诱导生成对策。研究可望为西北部生态脆弱矿区煤炭开采地下水保护与生态修复提供参考。

砂箱模型中底板倾斜角度对承压含水层海水入侵的影响研究

滨海地区普遍存在向海倾斜的承压含水层,但含水层底板的倾斜角度对海水入侵的影响程度仍不清楚。本研究利用室内砂箱试验,并应用显色示踪技术,综合分析不同底板倾斜角度承压含水层海水入侵的动态过程,探究海平面高度、地下淡水流量和含水层岩性对向海倾斜的承压含水层海水入侵的影响。研究发现,底板倾斜角度对承压含水层的海水入侵有显著影响。在咸淡水界面稳定时,底板倾斜角度与咸水楔长度之间存在指数函数关系,咸水楔长度随倾斜角度的增加而减少。在定水头条件下,底板倾斜角度的增加导致地下淡水排泄量减少。在定流量边界条件下,尽管底板倾斜角度的变化不影响地下淡水排泄量,但咸水楔面积却随倾斜角度的增加而减小。当含水层岩性从粗砂变为细砂时,由于其渗透系数降低,咸水楔长度减少,尤其是在定流量条件下,其缩短更为显著。研究表明,对于向海倾斜的承压含水层,底板倾斜角度较小时,海平面升高和地下淡水流量减少对海水入侵的影响更加显著。

银西高铁黄土含水层隧道群井降水模拟研究

研究目的:银西高铁上阁村隧道穿越董志塬黄土含水层施工中出现的渗涌水,受地下水渗流影响,引起了洞身黄土含水率增加、围岩自稳性变差等问题。为解决上阁村富水黄土隧道施工难题,论文首先分析了上阁村隧道黄土含水层分布特征,其次介绍了地表降水施工辅助措施及其效果,最后应用MIDAS/GTS建立隧道工程群井降水模型,实现了不同流量以及渗透系数工况下的隧道开挖渗流模拟计算。研究结论:(1)上阁村隧道长大段落通过软塑黄土含水层,通过地表降水梳干隧道洞身范围内地下水,提高了隧道洞身黄土围岩稳定性,确保了隧道施工的安全和进度;(2)不同单井流量(80 m^(3)/d、90 m^(3)/d、100 m^(3)/d)的群井数值模拟结果表明,地下水位降深在短时间内达到了设计要求,验证了降水设计参数及效果;(3)本研究可为黄土等低渗透岩体富水隧道工程施工处置及设计提供依据。

盐城坳陷带典型区域新近系盐城组第Ⅴ承压含水层特征方法研究

盐城市区地处苏北盐城坳陷带,境内的新近系盐城组孔隙含水层深达1000~1300m。前人对400m以下的第Ⅴ承压含水层划分、研究较为粗略。通过岩芯分析、物探、野外调查、水化学分析、数值模拟等多种方法的综合运用,重新划定了第Ⅴ承压含水层的赋存边界,深入研究了区域该含水层的赋存特征,同时计算了其可持续利用资源量。研究成果可为盐城坳陷带其他区域该含水层的研究提供科学的借鉴。

基于序关系分析—独立性权系数法的含水层富水性研究

为评价冯家塔煤矿4煤顶板山西组砂岩含水层富水性,选取了山西组富水砂岩厚度、岩心采取率、砂泥岩互层层数、脆塑性岩厚度比、砂岩岩性系数5个影响因素,利用序关系分析法求出影响山西组砂岩含水层富水性的主观权重,利用独立性权系数法求出客观权重,采用乘法合成法得出综合权重,构建了富水性评价模型。结果表明,冯家塔4煤顶板山西组砂岩含水层富水性较强和强富水区域主要分布在井田南部和西部,弱富水区域主要在井田北部及中部小部分区域。通过对比矿井物探、井下积水区及抽水试验的结果,预测模型准确率较高,与实际情况相符。

承压含水层水压传递速率变化规律

含水层内水压以能量的形式传递,其传递速率远大于水质点的迁移速率,水压传递速率对高压水体下工程安全施工及灾害预测预报具有重要意义。以无黏性土承压含水层为研究对象,通过理论分析、数值模拟、现场试验及室内物理模型试验等方法对水压传递速率变化规律进行探讨。结果表明:含水层中水压变化传递具有明显的滞后性,传递速率并不是无限大或接近声速,且存在随传递距离增加逐渐衰减的现象,水压径向传递的滞后时间t与水压传递距离r呈二次幂函数关系;稳定边界压力水头越大,在承压含水层中同等水压变量的传递速率越快,渗透系数越大水压传递速率越快;当渗透系数一定时,水压传递滞后时间与传播距离的拟合系数C随边界稳定压力水头的增加呈一阶指数函数减小;现场试验表明,边界稳定压力水头差异性不大时,在传输距离较远的条件下,其水压传递平均速率基本相当;室内试验表明,瞬态脉冲水压力随传递距离增加,波形发生明显变异,峰值压力逐渐减小、脉冲压力波波长变大、峰值压力传递速率减小,随传输距离的增加其传递速率呈指数函数衰减,说明瞬态脉冲水压力能量随传输距离增加快速衰减;瞬态脉冲压力值越大其初始阶段的传递速率越快,但随传输距离的增加其传递速率衰减幅度更大。研究成果对水压传递速率变化规律的影响机制及其应用于地下工程突水灾害预测及防治具有重要的理论及实践指导意义。

近千米大直径穿强厚含水层降温管井钻孔设计

制冷降温是深部矿井热害防治的有效技术手段。以核桃峪矿井制冷降温系统建设工程为背景,针对降温管井钻孔深度大,穿过洛河组巨厚强含水层,长距离输送冷媒保冷等技术难题,在分析工程及水文地质条件基础上,确定管井钻孔两次开孔分段设计参数;通过调研管路保冷材料性能,提出复合钢管、静态空气、玻璃微珠增强水泥、钢基复合保温套管四种保冷方法条件下基岩段护壁管设计方案;综合考虑保冷效果、固井可靠性、施工难度等因素,优选工作管采用钢基复合保温套管;并根据套管受力计算,校验护壁管规格参数。工程实施效果表明,井上下降温管始末端温度损失约1℃,可以满足冷媒长距离输送冷量损失要求,对于类似工程具有借鉴价值。

电动力耦合循环井技术修复低渗透含水层污染

提出一种电动力耦合循环井修复技术,以铬酸盐为典型目标污染物,研究该技术对低渗透含水层中地下水污染的修复效果及去除规律.结果表明:电动力耦合循环井技术相比循环井技术,修复半径扩大为原来的1.25倍,修复盲区面积占比从35.56%降为0,污染物的去除率从76.01%提高到了90.56%,相较于电动力修复技术电动力能耗降低了3个数量级,污染物去除率更高,可提升2~3倍.该技术耦合电动力方法实现了低渗透含水层中带电离子组分的强化定向迁移,解决了循环井在低渗透含水层中传质效率低、修复范围小、存在水力循环盲区等问题,修复效果显著提升.

深部巨厚承压含水层采动疏水诱冲机理

陕蒙地区覆岩普遍赋存较厚承压含水砂岩层,工作面涌水量大、承压含水层水位显著下降,巨厚覆岩承压含水层下冲击地压和高能矿震监测表明覆岩承压水的采动疏放具有一定的诱冲效应。为揭示覆岩承压含水层采动疏水诱冲机理,开展了流固耦合数值模拟,分析了不同孔隙水压岩体力学行为及巨厚覆岩承压含水层采动疏水条件下围岩应力-能量场演化特征,揭示了覆岩承压含水砂岩层采动疏水对围岩应力场作用机制;并考虑巨厚覆岩对围岩动静载应力作用效应,提出了覆岩承压含水层采动疏水诱冲机理。研究结果表明:覆岩巨厚承压含水砂岩层下动力显现均发生在覆岩承压水位快速下降期间,覆岩承压水的采动疏放对围岩产生应力扰动;采动疏水条件下覆岩承压含水岩层孔隙水压降低,岩层强度和承载能力增大,覆岩载荷向采场两侧转移,导致围岩应力升高、能量进一步积聚,其对围岩应力场-能量场作用程度与采场尺度和疏放程度正相关,与煤层-承压含水层距离、承压含水层岩层厚度及强度负相关;巨厚覆岩承压含水层下顶板大尺度悬臂-铰接结构导致采场围岩高静载及强动载,在覆岩承压含水层采动疏水对围岩应力场作用下,煤岩体中叠加应力超过其临界载荷且释放的总能量超过其破坏所消耗能量,诱发冲击地压,其中高静载是冲击地压发生的应力基础,矿震动载和覆岩承压含水层采动疏水导致的应力扰动是重要诱因。针对覆岩承压含水层采动疏水及巨厚承压含水层覆岩结构对冲击风险的影响特征,提出了巨厚承压水含水层注浆堵水和优化盘区尺寸的防冲措施,通过地面注浆和降低采场尺寸能够降低覆岩承压含水层采动疏水对围岩应力场的作用效应、避免巨厚覆岩形成大尺度悬臂-铰接结构,从而降低巨厚承压含水层下冲击地压风险。

煤系灰岩含水层水文地球化学特征研究

华北型煤田水文地质条件复杂,随着开采深度增加,水害事故时有发生。为进行矿井水害防治,以淮南煤田顾北煤矿为例,通过系统分析其水文地质特征,确定太原组灰岩水为1煤开采的直接威胁水源。基于水化学类型和常规离子分析,结果表明:研究区内太灰水阳离子主要是K^(+)+Na^(+),主要阴离子为Cl^(-),且各采区及受陷落柱影响区域的水化学类型具有明显差别;另外,受地下水的补给、径流和排泄条件以及循环快慢、阳离子交换作用等因素的影响,太灰水K^(+)+Na^(+)、Cl^(-)和HCO_(3)^(-)含量随深度的增加呈现明显增大趋势,Ca^(2+)、Mg^(2+)和SO_(4)^(2-)呈减小趋势。

落底式止水帷幕条件下承压含水层水文地质参数计算方法研究

落底式止水帷幕在具有典型二元结构地层的武汉地区深基坑工程中被广泛应用,而落底式止水帷幕的存在改变了二元结构含水层中地下水的渗流环境,为此提出了落底式止水帷幕条件下承压含水层水文地质参数的解析和数值计算方法,并结合武汉园林路地铁站深基坑现场抽水连通试验数据验证方法的正确性和可靠性。结果表明:根据新建立的考虑落底式止水帷幕条件下的解析法公式计算得出承压含水层的渗透系数为17.47~25.55 m/d,平均值为20.722m/d,而通过三维数值模拟反演得到承压含水层的水平向渗透系数(粉细砂层为21.6m/d,细砂层为25.92m/d)和垂向渗透系数(粉细砂层为2.592m/d,细砂层为3.456m/d)具有明显的各向异性,新提出的解析法和数值法均能得到可靠的承压含水层水文地质参数,可为落底式止水帷幕条件下基坑降水设计提供更直接的科学依据,具有一定的推广和应用价值。

智能放顶煤技术在特厚煤层上覆含水层保护中的应用

我国内蒙古东部和新疆北部草原地区煤炭及地下水资源丰富,煤矿高强度开采形成的采动裂隙易导通强富水含水层,极易引起上覆岩层的地下水系统破坏,更容易发生突水溃砂事故,尤其含水层下综合机械化放顶煤开采的放煤高度难以控制。以特厚煤层上覆含水层系统保护为研究对象,以含水层保护和水砂灾害安全防控为研究目标,研发特厚煤层上覆含水层保护的智能放顶煤关键技术,应用井工煤矿动力突水溃砂防控技术,得出特厚煤层上覆地下水系统保护的根本途径。研发应用一种智能放顶煤技术,包括顶煤运移跟踪系统、多轮记忆放煤方法及系统。基于水文地质条件精细探查、覆岩破坏高度的实测、顶煤采放高度确定,应用多轮记忆放煤智能放顶煤技术,控制采动裂隙带高度。以应用工作面为例,应用水文地质精细探查与钻探验证、覆岩破坏高度获取、智能放顶煤技术后,在工作面回采过程中实现了上覆含水层水砂灾害的安全精准控制,有效保护了煤层上覆强富水含水层。