恒源煤矿副井井壁破裂综合治理技术

立井是煤矿的咽喉,井壁的破坏,给煤矿安全生产带来了极大的威胁。在分析井壁的破坏原因基础上,结合矿井生产实际,恒源煤矿副井井壁破裂治理实行抢修加固堵水、井壁开槽卸压两步治理方案,采用围岩加固、注浆堵水、井壁开槽综合治理技术,既减小了对煤矿生产的影响,又为观察研究井壁破裂原因、采取有效措施赢得充裕的时间,目前井筒修复成功,效果显著。

微震监测技术在恒源煤矿的应用研究

为了恒源煤矿Ⅱ634工作面实现安全回采,针对其地质及水文地质条件复杂性,采用KJ1073微震监测系统对该工作面进行监测研究。通过对微震监测系统网络架构,结合恒源煤矿现有巷道系统,采用全包围阵列布置方式,实现对Ⅱ634工作面全空间、实时、连续监测。基于高精度的微震定位,对微震事件进行统计分析,对工作面顶底板破坏情况进行监测分析、对出水通道及注浆窜浆通道进行了识别、对注浆治理效果进行了评价,为矿井安全回采提供科学依据。

恒源煤矿井筒破裂机理分析与治理

针对恒源煤矿副井井筒破坏特征,分析松散层二含、三含水位变化特征及其原因,得到了松散层水位下降与地面沉降之间的正相关关系以及井壁破坏的原因——井壁破坏由松散层底含水位的下降引起土层压缩变形,对井筒形成的竖直附加应力所造成的。同时对井筒实施了破壁注浆、置换槽钢井圈加固法及过牛腿的修复治理技术,有效缓解了井筒所受到的竖直附加应力,取得了良好的治理效果。

恒源煤矿Ⅱ61下采区皮带下山独立通风方案研究

恒源煤矿Ⅱ61下采区是下山采区,通风距离长,预计通风难度较大。由于该采区瓦斯含量与浅部上山采区相比有增大趋势,为确保安全,计划对采区运输下山实行独立通风。为此,该采区设计了专用回风下山,对Ⅱ61下采区运输下山的两种可能通风方案的优缺点进行了对比分析,建议采用方案Ⅱ作为Ⅱ61下采区运输下山的独立通风方案。

恒源煤矿立井井筒非采动破裂机理研究

在分析井筒破裂特征基础上,根据含水层水位变化以及地面沉降特点,提出了其非采动破裂的发生机理。研究结果表明,恒源煤矿井筒破坏主要受工广地面抽水造成的水位下降影响,工广地表沉降与该区域松散层的主要含水层水位下降关系密切,当含水层失水压缩后,变形造成井筒破裂,给出井筒重复破裂的根治措施。

恒源煤矿Ⅱ6112工作面底板破坏深度测试与分析

受底板水害威胁的工作面在开采过程中,底板破坏深度值对于安全开采至关重要。恒源煤矿Ⅱ6112工作面底板下方60 m左右为灰岩界面,为实测6煤开采过程中底板破坏特征,现采用俯角钻孔电法对采动过程中底板岩层电阻率值进行实时观测,结合背景值大小对比分析底板岩层采动变化规律。测试结果表明,该工作面6煤层采动破坏深度为14.5 m左右,所获得的多次数据具有动态效果,实用性强。

煤层底板含水层区域注浆改造浆液扩散范围现场示踪试验

近年来,为解放底板高承压灰岩水上煤炭资源,华北煤田普遍采用地面定向钻技术,对太原组薄层灰岩进行区域性注浆加固改造(习称“底板区域治理”),以全面封堵灰岩岩溶裂隙并阻断垂向导水通道。该技术中,与浆液扩散范围(半径)密切相关的“水平分支孔”孔间距设计问题,一直备受学界和业界的广泛关注。皖北矿区底板区域注浆工程量大,特别是深部资源开采,将有数十亿元的注浆工程,有必要查清浆液扩散范围真实数据。为此,以皖北矿区恒源煤矿为研究基地,依托Ⅱ63采区底板区域治理工程,设计并实施浆液扩散范围示踪试验,在中间的水平分支孔(Z8-7)投放荧光剂(示踪剂),在两侧的水平分支孔(Z8-6、Z8-8)以及交叉分支检测孔(Z8JC)取岩屑样鉴别荧光水泥,以获得浆液扩散范围,进而在浆液扩散影响因素分析基础上,构建恒源煤矿底板区域注浆治理浆液扩散范围计算公式。结果表明:①综合岩屑现场及室内鉴别结果分析,获得恒源煤矿Ⅱ63采区底板区域注浆浆液扩散范围为38.3~44.0 m,且水泥分布密集区在水平分支孔浆液扩散范围30 m以内,该区域内注浆效果最佳。②通过现场岩屑快速鉴别与室内岩屑精准鉴别,取得的浆液扩散范围基本一致,证明了荧光示踪浆液扩散范围的有效性。③通过对比分析,认为在计算参数、边界约束等符合实际注浆工况条件下,浆液扩散范围理论计算和数值模拟结果,与现场示踪试验实测结果较为接近。④利用示踪试验过程中的压水试验及注浆参数、钻遇构造及水文地质响应等数据,考虑重力、构造、地下水径流等因素影响,借助SPSS非线性拟合软件,得到恒源煤矿Ⅱ63采区底板区域注浆浆液扩散范围计算公式。⑤基于恒源煤矿受注层实际地质、水文地质条件,利用拟合的浆液扩散范围计算公式得出Ⅱ63采区Z8场地浆液扩散范围为37.8~42.9 m,与浆液扩散范围示踪试验实测结果相近,计算公式可在类似条件下推广应用。本次煤矿底板区域注浆浆液扩散范围现场示踪工程试验,不仅取得了浆液扩散范围的真实数据,而且阐明了浆液扩散与多种地质、水文地质因素之间的内在联系,揭示了超深、超长定向钻注浆浆液扩散机理,构建了浆液扩散范围计算公式,为类似条件下底板区域治理工程水平分支孔孔间距的合理设计提供了参考依据。

煤层底板注浆加固效果波速探查与评价

底板注浆加固与含水层改造是承压水体上煤层安全开采底板岩溶水害防治的有效方法之一。为了评价煤层底板注浆加固效果,以皖北恒源煤矿Ⅱ615工作面为研究对象,采用钻孔震波检层法,选择正常区域和异常区域,分别对各区域注浆前后底板岩体进行了波速探测,结果表明:注浆前,正常、异常区域波速存在较大差异,注浆后两者基本一致;注浆后底板砂岩段岩层波速增加明显,约为注浆前的1.20倍,而海相泥岩段注浆前后波速变化不大,这与钻孔揭露岩芯的完整性和底板水无上升现象一致,充分说明注浆对裂隙岩体起到了很好的加固作用。

地面定向钻探技术在煤层底板高承压含水层改造中的应用

皖北煤电集团恒源煤矿6号煤层底板,尤其是褶曲及构造发育区域面临太原组灰岩突水威胁,且井下常规水害治理工期长、效果差,不能完全消除水害威胁,针对这一现实问题,利用地面顺层多分支孔钻探注浆及精准导向技术工程在Ⅱ63采区开展工程治理。结果表明,地面钻探顺底板定向钻探注浆技术实现顺层定向钻进,依托"随探随注,探治结合",彻底解决井下防治水探注施工与掘进工序无法同时进行的技术难题。治理区井下验证孔的涌水量均在5 m3/h以下,Ⅱ632工作面实现安全回采,顺利采出原煤168万t。整个回采过程未发现灰岩涌水现象,达到了预期的水害防治目标。技术成功应用实现了极复杂地质构造中强突水危险性工作面的安全高效回采,为同类矿井相似型综采面的水患探防,探索出了一套全新的水害防治技术方法。

注浆加固与含水层改造底板采动效应孔巷电阻率CT探测研究

底板注浆加固与含水层改造是承压水体上煤层安全开采底板岩溶水害防治的有效方法之一.为了评价注浆加固和含水层改造底板的采动效应特征.以皖北恒源煤矿Ⅱ615工作面为研究对象,采用孔巷电阻率CT法,按照采动底板活动规律设计观测方案.进行了注浆底板破坏深度的动态电阻率CT探测试验.获得了Ⅱ615工作面底板强破坏带深度为8.0 m.裂隙带深度为14.0 m以及煤层底板采动裂隙演化过程的电阻率响应特征.结果表明:孔巷间电阻率的变化较好地反映了底板岩体的受力状态、结构变化以及破坏程度,探测结果直观准确;注浆后底板采动影响范围和破坏深度均减小,反映了注浆后底板抗破坏能力增强,提高了承压水体上煤层开采的安全性.