缓倾斜地层倾角对钻孔疏放水影响的数值模拟

针对缓倾斜地层中地层倾角对钻孔疏放水的影响,通过建立缓倾斜地层与仰斜钻孔组合地下水数值模型,在设定倾斜钻孔为定流量井边界与定水头井边界排水条件下,模拟分析含水层水位、排水量动态。结果表明:高水压富水含水层疏放初期,当含水层能够排出水量受钻孔排水能力限制保持定流量排水时,倾角较大的含水层水压不易疏降;一般情况含水层经短期疏放,在钻孔位置水压降至其位置高程而保持定水头井排水时,倾角较大的含水层排水量更大,含水层水压疏放更显著;当地层倾角达到25°时,地层倾角对钻孔疏放水的影响明显化。

基于对数正态分布的井下疏放水钻孔水量分析

为了研究煤矿井下疏放水钻孔水量的分布规律,利用直方图、Q-Q图和非参数检验法对典型工作面疏放水钻孔水量进行了对数正态分布模型的检验,并进行了非线性回归模型的拟合,结合工作面水文地质条件,对模型中的参数进行了分析。结果表明:工作面井下疏放水钻孔水量服从对数正态分布,模型中典型工作面疏放水钻孔水量对数的均值和标准差与所属井田含水层单位涌水量的均值和标准差呈线性相关,分布曲线中的偏度和峰度主要受顶板含水层富水性及其均一程度控制,同井田内相邻多工作面疏放水钻孔水量也服从对数正态分布。研究成果可以为顶板水疏放钻孔和排水系统的设计提供参考。

煤层顶板承压含水层涌水模式与疏放水钻孔优化设计

针对煤层顶板承压含水层涌水模式不清的问题,从煤层回采过程中顶板含水层涌水的时空变化特征入手,提出顶板含水层涌水量由静态储存量和动态补给量构成,认为静态储存量主要受来压步距、顶板垮落和导水裂隙(合称冒裂)影响区含水层厚度、含水层给水度控制,动态补给量主要受冒裂影响区外围含水层厚度、渗透性流场中水力梯度和过水断面面积控制;根据导水裂隙波及含水层情况,将顶板含水层涌水模式划分为井底进水的触及井涌水、井壁及井底进水的非完整井涌水和井壁进水的完整井涌水3种模式,并基于地下水渗流理论给出不同涌水模式下动态补给水量计算公式;针对以往疏放水钻孔数量多及疏放水量大的问题,以实现工作面顶板含水层静态储存量疏放后动态补给量可控为目的,提出冒裂区高度控制钻孔深度、单孔水位影响半径控制钻孔布置间距、钻孔疏放水量稳定时间控制超前疏放时间的疏放水钻孔优化设计理念,对疏放水及疏放钻孔布置进行优化,形成系统的顶板含水层水疏放体系。研究结果丰富了煤层顶板含水层涌水量计算和控制方法,对顶板水害防控具有实际的指导意义。

基于含水层-钻孔水量交换的疏水钻孔水量计算

疏水降压是煤矿顶板水害防治的主要工程手段,复合充水含水层中倾斜疏放水钻孔涌水量计算及参数优化是需要解决的关键技术。以“渗流-管流耦合模型”理论及能量守恒定律为基础,以含水层-钻孔间水量交换量为耦合点,构建了煤层顶板复合充水含水层倾斜疏放水钻孔定降深放水的含水层-钻孔系统耦合模型,利用母杜柴登矿井临时煤仓放水试验数据验证了模型的可靠性。以此为基础,计算了不同钻孔仰角、数量的钻孔涌水量及单位长度涌水量,确定了钻孔的最佳仰角和数量。同时,计算分析了150 m钻场间距下600 m工作面范围内不同疏降水头的钻孔涌水量、工作面内部降深的特征。结果表明:基于含水层-钻孔水量交换的疏放水钻孔水量计算模型充分考虑了疏放水过程中钻孔内的层流和紊流水流特征。模型计算的1个主放水孔水量和2个观测孔水位历时变化和现场实际情况基本一致,模型可靠性好,且能解决倾斜钻孔在复合充水含水层中的水量分配问题。随着疏放水钻孔仰角的增大,单位长度的钻孔涌水量呈现先增加后减小的趋势,在仰角为60°时,钻孔单位涌水量最大,稳定水量为165 m^(3)/h,主要涌水层位为直罗组一段含水层,约占总涌水量的81%。此外,随着钻孔数量增加,单个钻场内钻孔总涌水量不断增加,单位长度的钻孔涌水量呈现逐步减小的趋势,钻孔数量增至5个后总涌水量基本稳定,钻孔稳定总涌水量约为440 m^(3)/h。在150 m钻场间距下600 m工作面范围中,60 d内,780 m定水头疏降时,钻孔总涌水量由1700 m^(3)/h降至170 m^(3)/h,降幅达90%;830和880 m定水头疏降下,钻孔总涌水量由1530,1350 m^(3)/h分别降至153,135 m^(3)/h,降幅均为90%。钻场内钻孔总涌水量受到周边钻场疏降干扰的影响,由两端向内侧影响逐步增大。780 m定水头疏降时,两端钻孔总涌水量约为309 m^(3)/h,最中间钻场钻孔总涌水量约为142 m^(3)/h。工作面内部水头分别降至780,830和880 m的时间分别为155,125和100 d。随着时间推移,不同降深范围逐步增大。随着疏放时间的延续,横剖面呈现以倾斜钻孔为中心的降落漏斗且范围逐步扩大,平面上则呈现以全部钻场范围为中心的降落漏斗且范围逐渐增大。

疏放水孔在阜生煤业排水系统改造中的应用

山西潞安集团左权阜生煤业有限公司为解决矿井采区巷道沿煤层下山掘进后,坡度较大,造成排水系统需要配备大功率、大扬程的水泵的问题,在一采区水仓至主水仓间施工疏放水钻孔,全孔下套管,使一采区涌水全部自流至主水仓,简化一采区排水系统,降低矿井排水系统维护费用,增强抗灾能力。

单指数模型在分析井下钻孔疏水规律中的应用

选取宁东煤田鸳鸯湖矿区典型的仰采和俯采工作面为研究对象,利用单指数动力衰减模型,拟合了工作面顶板水疏放钻孔涌水量动态变化规律,分析了模型参数的水文地质学意义,探讨了疏放水效果的主要影响因素。结果表明:在构造不发育或钻孔施工参数差别不明显的条件下,疏放水效果主要受充水含水层水文地质特征影响,其次是含水层形状特征,最后是钻孔施工参数。其中,施工参数中钻孔方位角和钻孔与切眼之间的距离对模型参数影响显著,钻孔仰角和孔深影响较为模糊;含水层水文地质参数中渗透系数和单位涌水量是控制疏放水效果的主要因素,而含水层厚度没有表现出明显的影响。

音频电穿透技术在呼吉尔特矿区的应用

应用矿井音频电穿透技术,对呼吉尔特矿区巴彦高勒煤矿侏罗系延安组3-1煤层顶板延安组砂岩含水层及上部直罗组砂岩含水层进行了探测。物探成果与疏放水工程及回采涌水量对比分析表明:在地层垂向结构相同、横向相对均一的情况下,异常幅值及范围越大,含水层的富水性越强,疏放水量及回采涌水量的大小与音频电穿透异常强度、异常范围正相关。

顶板音频电透视三维可视化应用

纳林河二号矿井主采煤层3-1煤顶板含水层富水性不均一,在设计顶板疏放水钻孔之前,必须采取有效物探手段探明顶板含水层的富水情况,采用音频电穿透的二维反演解释无法反映工作面顶板纵向上的富水性变化。经研究,音频电透视物探成果资料有三维反演成像的可能性和必要性。2017年12月,在31121工作面顶板进行了物探,通过对工作面物探数据进行三维反演计算,利用三维建模软件Voxler对工作面顶板、物探异常区水压进行三维建模显示,得到了顶板含水层富水区的三维模型,用来指导顶板疏放水钻孔的设计与优化,从而达到准确疏放含水层水的目的。