渭北奥灰承压水矿区煤炭开采对水资源的影响及保护

随我国煤炭开采向深部发展,奥灰承压水体上开采导致底板突水与其生态水位下降之间的矛盾日益突出。在分析渭北澄合矿区典型工作面5号煤层含(隔)水层组合特征的基础上,采用理论计算与现场实测综合确定5号煤层开采的底板破坏深度,从含水层结构破坏、生态水位、水质等方面研究了煤层开采对底板承压水的影响。结果表明:澄合矿区5号煤层开采底板破坏深度8~10.8 m,不同工作面斜长与底板岩性组合是影响该区底板破坏深度的主控因素,工作面斜长与底板破坏深度呈正相关,与底板含(隔)水层组合为负相关关系,煤层开采对底板含水层结构影响程度由大到小分别划分为Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ级区,其中,Ⅰ级区主要分布于中南部和北部,面积为6.78 km2,占总面积的45.2%;煤层开采尚未对含水层水位、水质造成明显影响。提出以底板注浆加固技术为主保护水资源,稳定生态水位,为渭北地区煤炭工业健康发展找到有效途径。

复合勘探技术在奥灰承压水害防治中的应用

陷落柱的探查一般先采用矿井物探圈定异常区,然后采用常规回旋钻探进行探查,钻孔数量多、工作量大,且施工过程中钻杆弯曲变形、孔内地层变化、钻进工艺参数改变等会导致钻孔发生偏斜,从而导致探水决策失误。针对该问题,提出一种矿井物探和常规回旋钻结合定向钻探的复合勘探技术,并将其应用于唐家会矿61103综采工作面水害防治,即先采用槽波地震探查工作面内煤层中构造发育情况、音频电透视探查工作面底板富水异常区的分布,然后采用直流电测深在异常区中心探查异常纵向上的特征,最后采用定向钻和常规取芯穿层孔验证物探成果,确定异常区存在非导水奥灰岩溶陷落柱,并圈定了陷落柱的延展状态和边界。

深部承压水上含隐伏构造煤层底板渗流路径扩展规律

针对邯邢矿区矿井开采深度逐渐加深与采动影响下隐伏构造活化而导致底板奥灰层突水威胁日益加重的问题,研究大采深、高水压条件下含不同隐伏构造类型底板高承压水的始渗条件和渗流路径扩展规律,以确定矿井底板突水条件及重点治理区域。从开采扰动、隐伏构造、承压水共同作用角度分析,根据典型突水矿井地质条件及突水原因分析,建立了含隐伏导含水构造的概化力学模型,通过断裂力学理论得出了含水裂隙的起裂条件、抗渗透强度及由主应力表达的裂隙扩展判据,应用弹性力学边界荷载在半无限板内传播的经典求解方法推导得出了采动应力与承压水压力耦合作用下含隐伏构造煤层底板的垂直应力、水平应力和剪切应力表达式,在所得应力分量基础上通过应力张量的不变量求解应力状态方程得到含水裂隙扩展判据中的主应力表达式,以邯邢矿区典型突水矿区地质与开采参数为例进行算例分析,通过编制Matlab计算程序计算得出底板裂隙的扩展路径。进而采用可模拟岩石破裂声发射且裂隙扩展可视化效果较好的RFPA数值软件进行验证分析,再现了底板渗流路径演化过程。理论计算与数值分析结果表明:隐伏构造的局部应力扰动作用影响了渗流路径的扩展方向,使3种类型底板分别呈现出不同的渗流路径,对于完整型底板,渗流裂隙由奥灰承压水层顶界面至采空区两侧边界呈“正八字”形向采空区扩展;对于隐伏陷落柱型底板,渗流裂隙沿陷落柱顶界面呈“倒八字”形向上发散式扩,至底板28 m深度时与采动裂隙贯通而停止扩展,其延线分别指向采空区两侧边界展;而对于隐伏断层型底板,渗流裂隙则沿断层延线的反向扩展,至底板30 m深度时与采动裂隙贯通而停止扩展,其延线指向工作面后方,在底板含水裂隙自下而上与底板采动裂隙自上而下联合扩展作用下最终贯通形成底板奥灰水至采煤工作面的渗流通道。基于理论计算和数值模拟得出的底板承压水渗流路径扩展规律,在实际工程中可结合微震监测技术来实时动态捕捉煤层底板隐伏导含水构造活化的前兆信息,进而实现底板突水路径的预测预报和快速重点区域治理。

不稳定煤层底板承压水综合探查与防治技术

新安煤矿矿井水文地质类型极复杂,煤层赋存不稳定,开采受底板奥灰承压水影响较大。针对13151工作面水文地质条件,在不同时期通过利用地震勘探、瞬变电磁勘探和钻探等物理手段开展探采对比研究,形成了多指针聚焦型查异模式,有针对性地实施了疏水降压和底板注浆加固工程,并对不稳定煤层底板承压水综合防治技术进行了应用实践。

高承压水条件下工作面底板注浆堵水技术应用研究

华北地区煤层底板受奥灰承压水威胁,充分改造煤层底板至承压含水层间隔水层性能,是实现安全采掘的一种有效的防治水技术。河南义煤集团孟津煤矿11011工作面水文地质条件较复杂,奥灰水严重威胁着工作面的安全生产。文章通过注浆加固实现了"充填裂隙、加固底板"的作用,构造了复杂高承压水区域设计,实施了底板注浆改造,将奥灰含水层改造成隔水层,封闭了工作面底板岩层过水通道,改造了底板隔水层的承压强度,抵御透水率在90%以上,增强了底板抵抗突水的能力,实现了工作面安全回采。

强排水系统在大平煤业防治奥灰水中的应用

在矿井面临的诸多水害因素中,奥灰水因其含水量丰富,水头压力大等特征,对矿井安全的威胁程度也较大,在防止措施方面,常规的疏干降压、注浆改造工程显得盲目、不经济,因此提出强排水系统防治模式,防止奥水水害事故发生。

碾沟煤业承压工作面安全开采技术应用

为解决碾沟煤业9号煤层在底板奥灰含水层影响下回采工作面的安全问题,通过理论分析、数值计算及现场勘探等方法,对9号煤层工作面开采涌水水源、充水通道及突水可能性进行研究。根据该矿9101工作面具体的地质和开采技术,设计采用底板注浆技术进行导水断层的治理。瞬变电磁复探结果及9101工作面的生产状况表明,断层影响带原有的大面积富水异常已经消失或明显减小,9101工作面回采期间涌水量处于合理范围内,成功防治了底板突水事故的发生。

阳煤二矿岩溶陷落柱防水保护煤柱宽度设计

为保障阳煤二矿15^(#)煤层采煤工作面的安全生产,以31301工作面为背景,采用理论计算分析其顶底板岩层破坏范围,确定顶底板涌水水源及其突水危险性,并通过数值模拟探究回采工作面回采影响下陷落柱围岩塑性破坏特征。结果表明:15^(#)煤层工作面顶板水源为K_(2)、K_(3)、K_(4)石灰岩含水层,顶板含水层不会威胁矿井的生产安全;采动影响下岩溶陷落柱围岩内出现渗漏区域,岩溶陷落柱防水保护煤柱宽度设计为65 m,能够保证工作面安全生产。

西冯街矿3402工作面带压开采安全性评价

西冯街矿3402工作面为3号煤层四采区首个带压开采工作面,为探究其带压开采的可行性,通过数值模拟、现场勘探等方法研究其底板隔水层厚度、隔水性能等具体特征,结果表明:工作面回采引起底板破坏深度最大值为25.50 m,与奥灰含水层顶面平均距离51.61 m,有效隔水层厚度为26.11 m,大于理论计算确定的极限厚度10 m,突水系数为0.019 MPa/m,小于规范要求的0.1 MPa/m,工作面能够正常带压开采。

分层开采底板岩体渗透性变化的试验研究

华北煤田石炭二叠纪煤系地层底部存在着含水丰富的奥陶纪石灰岩 .开采实践表明 ,一旦煤层与奥灰之间的隔水层内存在地质构造或煤层开采引起底板岩体破坏 ,可能会在煤层和含水层之间形成导水带 ,从而诱发突水 .介绍了分层开采对底板岩石渗透性影响的试验成果 ,并进行了详尽的分析 ,获得了分层开采对煤层底板岩体渗透性的影响规律 .

华北石炭二叠型煤田下组煤回采率提高途径研究

通过对煤炭资源回收率影响因素的系统分析,把直接影响华北石炭二叠型矿区资源回收率的主要因素归纳为各类永久煤柱损失、各类边角煤损失和受底板奥灰承压水威胁的"呆滞"下组煤三大类。针对三类问题分别提出了一次采全高综采高产高效技术,矸石充填技术,缩小防水、防砂保护煤柱,动态续架对接工艺及受底板奥灰承压水威胁下组煤带压开采等解决措施,系统地研究了提高煤炭资源回收率的技术方法,为今后提高华北石炭二叠型煤田的煤炭资源回收率提供了有效的技术途径。

地面定向钻进技术在导水断层治理中的技术研究与应用

随着煤矿开采,上组煤资源逐渐枯竭,矿井向下组煤延伸。开采下组煤主要的水害威胁为奥陶系灰岩承压水,在煤层带压开采过程中,预防奥灰突水成为下组煤开采过程中水害防治的重中之重,其中导水断层为诱发奥灰突水最主要的导水通道之一。为了有效的封堵由断层产生的导水通道,冀中能源股份有限公司邯郸郭二庄矿采用地面定向钻进结合地面注浆技术,对已探查出的采煤工作面附近的张性断层(F292断层)进行注浆加固改造,最终达到封堵断层导突水裂隙、降低奥灰突水风险的目的。实践结果表明,该项工程的实施有效的对F292断层导水性进行改造治理,实现安全生产。

回采工作面导水断层防水保护煤柱合理宽度研究

为了解决西曲矿9#煤层由于断层的影响底板存在奥灰承压水影响工作面安全回采问题,通过理论分析及数值模拟分析研究导水断层附近进行煤层采掘活动,导致底板破坏及断层活化最终形成突水通道的过程,根据突水通道形成的机理,确定合理的防水保护煤柱宽度,使工作面准备阶段巷道掘进及开切眼避免了涌水事故的发生,也为类似情况下保护煤柱的留设提供了参考实例。

隔水层薄弱区混合注浆监测试验研究

岳城煤矿主采15#煤层底板与奥灰顶部间距为12.73-39.92 m,底板承受的水头压力值介于1.38-2.70 MPa之间。为对岳城煤矿15#煤层薄弱区域的隔水层隔水性能进行判断,使用了粉煤灰、水泥粉煤灰、黏土粉煤灰等多种浆液对煤层进行打钻试注,之后再通过清水钻孔进行了耐压检验。最终注浆结果显示,注浆压力在6.6-7 MPa之间时注浆量最大,对比注浆站储浆池内清水液面标高,未见明显变化,因此判断钻孔内地层裂隙不发育,具有良好的隔水性。