神东矿区立体帷幕注浆精准堵漏风与高效防灭火技术

为高效治理神东矿区浅埋藏煤层开采漏风引起的煤自燃隐患,以大柳塔煤矿活鸡兔井12_上、12_下煤层工作面为研究对象,通过立体帷幕注浆的方式进行精准堵漏风与防灭火工程示范。首先利用地质剖面移动角计算注浆距离,并设计注浆平面布置,同时针对不同地质情况,设计了先导钻孔、注浆钻孔和监测钻孔;根据活鸡兔井实际情况,共施工104个钻孔,设计帷幕体长度约1020 m,高度约40 m;通过分段上行式注浆法,设计工作面切眼外侧注浆高度72 m,12_上205运输巷段注浆高度12 m,注浆宽度15 m,总注浆169569.1 m^(3)。通过立体帷幕注浆,12_下205工作面漏风较同条件下最大减少约1000 m^(3)/min,12_下207工作面漏风较同条件下最大减少近800m^(3)/min;堵漏风效果明显,有效降低12_下煤层工作面煤自燃隐患。

露天矿地下水控制技术及对边坡稳定性的影响

我国富水露天矿多且涌水量大,若矿山地下水或边坡处治不当,将面临着“水患难止、边坡难固、有矿难采”的窘境。为解决露天矿遇到的水患和边坡失稳的问题,基于我国露天矿先后发展的垂直疏水孔、水平疏水孔、坑下大口径疏水孔和井群疏水等抽排方式,坑底泄水巷、基坑降水和辐射井疏干等疏放方式以及钻孔注浆帷幕、地下混凝土连续墙帷幕、钻孔咬合桩帷幕、防渗膜帷幕等截水帷幕和地层回灌水帷幕等多种地下水控制技术;开展了不同露天矿地下水控制技术对地下水位、端帮边坡岩土体力学性质变化、坡体应力变化和边坡稳定性系数影响的研究,分析了截水帷幕作用下地下水位抬升与边坡稳定性变化规律。研究结果表明:通过抽排方式、疏放方式将露天矿山地下水疏干或疏降可有效降低地下水位,减少边坡岩土体含水率,提高边坡岩土体黏聚力和内摩擦角,减小坡体的静水压力和水平推力,整体提高边坡稳定性系数,但大量疏排地下水又造成水资源的浪费和污染;截水帷幕能够解决疏排降水造成的地下水位下降幅度太大、疏排水量巨大、水资源浪费和污染的问题;在截水帷幕作用下,露天矿截水帷幕外侧水位不断抬升,引起截水帷幕外侧边坡岩土体含水率增加、黏聚力和内摩擦角减小、坡体的静水压力和水平推力增大,而截水帷幕内侧边坡岩土体含水率减小、黏聚力和内摩擦角增大、坡体的静水压力和水平推力减小,从而引起露天矿边坡稳定性系数略有降低;通过截水帷幕可以控制露天矿边坡地下水位,进而保持边坡岩土体力学参数在合理范围,维持边坡稳定性系数在安全区间,实现露天矿地下水资源保护与边坡安全的平衡。

柠条塔煤矿水文地质结构特征与水害治理模式研究

随着西部煤炭资源的持续高强度开采,矿山所面临的工程与水文地质条件越来越复杂,极易诱发采掘突水溃砂事故,而水文地质结构特征的研究是水害评价和治理的重要基础性工作。本文以陕北榆神府矿区的柠条塔煤矿为例,在对其地质条件和构造发育情况进行系统分析的基础上,从矿区的补给、径流、排泄条件,主要充水水源,矿体与含水层的空间结构关系三个方面对矿山的水文地质结构特征进行了研究。研究发现,地表浅部松散层主要接受大气降水补给,基岩风化带含水层主要接受侧向径流补给。矿井充水水源包括大气降水、地表水、含水层水、老空水和烧变岩水五种,不同煤层根据其埋深、开采厚度、冒裂带发育高度等的不同具有不同的充水水源。基于对矿山水文地质结构特征的分析,认为火烧区下部2-2煤层回采工作面可能存在突水溃砂风险,并设计了两排帷幕注浆孔。注浆治理工程完成后的放水试验结果表明,烧变岩含水层补给量大幅度减小,治理效果显著,可以保障煤层的安全开采,研究成果对榆神府矿区的矿井水害防治及水资源保护具有一定的理论意义和实践意义。

裂隙型类岩竖井注浆帷幕试样开挖卸荷响应试验研究

为研究竖井注浆帷幕围岩开挖卸荷响应,利用裂隙型类岩竖井注浆帷幕试样进行三轴开挖卸荷模拟试验,测试了开挖卸荷过程中试样的应变响应,并采用CT扫描对开挖卸荷后试样的破裂模式和破坏范围进行分析。结果表明:开挖卸荷后试样应变响应随半径的增大而迅速衰减,且卸荷阶段的应变占主体;开挖卸荷后试样中浆液结石体和基质岩块的变形不连续,液结石体的变形大于基质岩块的变形;单液水泥浆充填的注浆帷幕试样抗变形能力强,试样中相同半径处的切向应变与径向应变都明显小于黏土水泥浆充填的注浆帷幕试样;应力水平对试样开挖卸荷响应具有重要影响,应力水平越高,卸荷阶段的变形越剧烈,卸荷阶段的应变占比更高。开挖卸荷后,单液水泥浆充填试样易沿着浆液结石体与预制裂隙的接触面发生开裂,破裂半径为开挖半径的1.2~1.5倍;黏土水泥浆充填试样破坏模式复杂,破裂半径为开挖半径的1.5~2.0倍。研究成果可为井筒水害防治中竖井注浆帷幕设计提供参考。

南方某石灰石矿矿坑涌水治理效果评价

岩溶地区露天采坑涌水问题严重影响矿山正常生产,给矿山企业带了巨大的经济负担,且破坏生态环境,并可能引发灾害或造成生产安全事故。目前,帷幕注浆技术越来越多的运用于岩溶地区矿山防治水工程,以南方某石灰石矿矿坑涌水治理工程为例,基于矿山的基本情况和涌水情况,通过在采坑边界分步实施帷幕注浆防渗体系达到治理目标,根据工程实施情况,提出了评价内容、评价标准和评价方法,分别对帷幕墙体质量和堵水效果进行了详细的评价,治理效果显著。

煤矿罐笼自动帘门研究与应用

煤矿罐笼帘门的升降需人员根据罐笼位置人工操作打开与关闭,与安全门无闭锁,功能实现全靠人工,本项目为研究一套罐笼自动开闭帘门装置,可实现根据罐笼到位信号、安全门的开闭新状态,自动打开与关闭帘门,实现减人提效的同时增加系统安全性。

综掘工作面气幕控尘参数对粉尘污染的影响

气幕控尘效果受压抽风及径向分风多要素影响,而现有研究多局限于某单一要素对气幕控尘的影响规律。为掌握气幕控尘参数对综掘工作面粉尘污染的影响,对不同径向分风流量和负压控尘流量条件下的风流场演变和粉尘场扩散开展了数值模拟研究。结果表明:①径向分风流量主要影响轴向射流场的卷吸效应,负压控尘流量主要影响工作面的抽风负压作用,当径向分风流量与压风总流量比值≥0.8、压风总流量与负压控尘流量比值<1.0时,气幕运移至射流区域时转变为轴向运移,形成厚度≥1.4m的轴向控尘流场。②径向分风流量及负压控尘流量越大,巷道压抽风侧风流流量及风速分布越均匀,粉尘扩散距离越小,掘进机司机处粉尘质量浓度越低。在此基础上,确定了综掘工作面气幕控尘优化参数:径向分风流量为288m/min(径向分风流量与压风总流量比值为0.9),负压控尘流量为426m^(3)/min(压风总流量与负压控尘流量比值为0.75)。经现场实测,应用气幕控尘优化参数后,掘进机司机处降尘率达93.5%,人员作业环境得到明显改善。

地下水运移对露天矿山边坡的影响探析与渗流减缓措施研究

地下水渗流劣化岩体力学性能,降低围岩稳定性,容易引发矿山边坡失稳。通过对某露天开采铁矿南帮边坡进行水文地质勘察,明确了地层渗透特性,分析了矿山边坡地下水分布特征和运移规律,并采用“帷幕注浆+降水井疏堵”的方式对地下水进行综合处置。研究表明,短时强降水入渗排土场形成蓄水体,然后以强风化构造裂隙发育岩层为渗流通道,由排土场向矿山采坑渗流,劣化岩体的力学性能,降低了土岩接触界面的抗剪强度,致使矿山边坡滑塌。现场实验表明,“帷幕注浆+降水井疏堵”方式对地下水的综合治理效果良好,有效截断了蓄水体与采坑之间的渗流通道,降低了地下水对矿山边坡的影响,提升了边坡稳定性,可有效解决矿区向下开挖延伸过程中的边坡滑塌隐患。

塔山煤矿副平硐中部出水段注浆治理方案设计

针对中煤集团塔山矿副平硐中部花岗岩-泥岩-灰岩的岩性变化交界区域(1 470~1 850 m)存在的涌水现象,进行注浆堵水治理。通过深、浅孔组合的方式,浅孔及跑浆区域以水泥-水玻璃双液浆为主,深孔以单液水泥浆为主,并选用高分子堵水材料进行补充注浆,结束后进行导流排水。结果表明:涌水量由治理前的46.2 m^(3)/h降至3.4 m^(3)/h左右,降幅达92.6%。有效封堵了涌水裂隙,加固了井壁,堵水效果良好。

某大水矿山近矿体帷幕注浆联合防治水方案研究

防治水是维持矿山安全生产及可持续发展的重要环节。某铁矿为岩溶大水矿山,预计矿体开采后涌水量可达19164.36 m^(3)/d,给采矿作业带来安全隐患。基于矿山水文地质特征及井下实际开采条件,采用超前探水、近矿体帷幕注浆及防渗帷幕加强隔水矿柱等方法,最终在上部中段矿体形成完全闭合隔水体,在下部中段矿体形成不完全闭合的防渗隔水层。提出的“堵避结合,预测先行”联合防治水方案能够有效保障矿体安全开采,可供类似大水矿山参考借鉴。

中关铁矿矿区地下水动态特征分析

为探明中关铁矿帷幕注浆后,阻水帷幕对矿区内地下水流场变化的影响程度。本文利用水位动态曲线图及地下水位等势线图等分析手段对中关铁矿地下水水位变化特征进行研究分析。根据地下水位动态曲线图发现,帷幕线内外的地下水动态变化曲线走势相同,说明帷幕内外含水层水力联系密切;但帷幕外比帷幕内水位高,说明帷幕体起到了一定的阻水作用。根据地下水位等势线图发现,帷幕区内地下水从四周流向帷幕中心,在帷幕区中心形成了一个降落漏斗。该研究结果说明了帷幕注浆后的帷幕内外水力联系情况和帷幕建成以来随矿山开采帷幕内的地下水流场动态变化情况。通过地下水流场变化深入了解铁矿区地下水径流系统,可为制定矿区防治水措施提供依据。

凡口铅锌矿宽大裂隙帷幕注浆堵水施工技术探析

凡口铅锌矿水文地质条件复杂,依靠矿山帷幕注浆工程有效治理了地下水,封堵了过水裂隙。本文依托凡口铅锌矿第6段帷幕注浆工程-独立工矿区建筑区塌陷治理工程中子项A-A’帷幕施工项目、新风井注浆项目,在仔细研究矿区地质概况、水文地质条件的基础上,结合施工具体情况,探析凡口铅锌矿宽大裂隙在帷幕注浆过程中封堵宽大裂隙采用的技术措施,为同类型的岩溶注浆工程提供参考。

基于压水试验和放水恢复试验的帷幕注浆效果综合评价

帷幕注浆效果评价是烧变岩水害治理工程的重要环节之一。以神南矿区柠条塔煤矿S1232工作面烧变岩水害帷幕注浆工程为背景,分别采用检查孔取心验证、注浆前后压水试验、抽水试验以及井下放水试验恢复试验对治理工程的效果进行综合评价。结果表明:通过取心发现在风化基岩段均见到水泥浆液充填薄层,J5孔在烧变岩烘烤岩层中发现浆液填充。注浆后续孔的渗透系数在1.8×10^(-5)~5.9×10^(-5)cm/s,5个检查孔中的渗透系数为2.2×10^(-5)~3.7×10^(-5)cm/s,注浆后的抽水孔渗透系数在2.7×10^(-5)~4.3×10^(-5)cm/s,均属于弱透水。对比注浆前的渗透系数,注浆后的所有钻孔压水试验获得的地层渗透系数均减少了一个数量级。根据抽水实验结果,注浆前后的渗透系数为190×10^(-6)cm/s和(1.04~2.2)×10^(-6)cm/s,单位涌水量分别为0.045 9L/(s·m)和0.014 1~0.023 1L/(s·m)。注浆后帷幕区域渗透系数远小于注浆前,相差两个数量级,单位涌水量数值也减小了一半。根据注浆前后放水恢复实验结果,注浆后井下关水水位恢复均较注浆前快。F26孔初始水压0.8MPa,注浆前后分别在关水后4h和5.55h后水压恢复至0.6MPa;地面长观孔的水位变化也呈现相同的趋势。以上所有指标均反映了帷幕注浆工程对火烧区改造明显,和南侧烧变岩含水层的水力联系明显降低,帷幕注浆效果明显。研究成果将为类似条件的烧变岩水害治理工程效果评价提供参考。

大帷幕思维在深地矿山井巷工程防治水的应用

富水构造裂隙往往是深地矿山井巷涌水的主要因素。作者在对矿山帷幕注浆治水认识的基础上,将大帷幕思维应用于深地矿山井巷揭露富水构造涌水的局部治理工程中,并在多个矿山进行了相关应用试验,取得良好止水效果,保障了矿山安全高效运行。

矿山酸性水治理工程实例

为提高鱼洞河流域水环境质量,维护生态环境,对鱼洞河流域受污染的煤矿酸性废水进行试点治理,根据矿井水污染机理及现场实际情况合理制定治理技术路线,通过对地表喀斯特及落水洞地形治理、帷幕注浆、巷道封堵,在末端设置生态处理系统等方式,进行井上井下联合治理,使出水达到排放标准后排至天然河道。

柠条塔煤矿工作面顶板烧变岩水害防治技术应用

陕北侏罗纪煤田内的烧变岩水害严重威胁着矿井安全生产,对该类水害隐患的防治工作刻不容缓。为了探索在神府矿区煤层顶板烧变岩水害防治技术,验证现有技术手段的合理可行性,以柠条塔煤矿为例,采用地面钻探、注浆帷幕、截流分离的方法对S1233工作面2^(-2)煤层顶板1^(-2上)煤层烧变岩含水层水害进行防治。根据地面注浆后在工作面实施检查孔钻探、抽水试验、压水试验及孔间CT探测、水质化验等效果检验,结合注浆前后放水试验成果,分析认为柠条塔S1233工作面烧变岩水害防治技术科学有效,治理工程应用效果良好,可为后期矿井防治此类水害提供依据,也可为区内条件类似矿井的防治水工作提供借鉴。

尖山磷矿采坑积水勘查及治理研究

尖山磷矿地下水位标高1 910 m,现已经开采至地下水位之下,采坑涌水量较大,随着开采深度的增加,采坑积水或将威胁整个矿区的安全生产。对采坑积水情况进行现场勘查后,对矿区水文地质情况进行了分析,确定了矿区边界条件和充水因素,设计出合理的治理方案,提出了尖山磷矿采坑“疏、截、排、堵”的综合治水方案,且能满足综合考虑安全环保、治水效果达标和节约防治水费用原则,对其他类似矿坑积水治理具有一定的参考价值。

我国大水矿山侧向帷幕截水技术及水资源保护效果研究

我国矿山种类多、数量多,涵盖煤炭、冶金、有色金属、化工等,大部分矿山采用疏干排水方式控制地下水,部分大水矿山矿井每天疏排水量数万立方米到数十万立方米,疏干排水引发地下水位下降、水资源枯竭、岩溶塌陷和地面沉降、地表水污染、地下水环境恶化等问题。为解决大水矿山的安全开采和水资源浪费问题,自20世纪60年代开始进行矿山截水帷幕技术研究,经过近60 a的发展,由单一的地面直钻孔注浆发展为地面定向钻孔注浆、井下钻孔注浆、井上下联合钻孔注浆、桩排、连续墙、防渗膜等多种截水帷幕技术,先后在80余座矿山成功应用了半封闭式、封闭式、落底式和悬挂式截水帷幕,截水率大多在60%以上,帷幕外侧水位显著抬升,取得非常好的应用效果,保护了矿山水资源和矿区生态环境。选取金属矿岩溶裂隙水全封闭帷幕、煤矿基岩落底式注浆帷幕、松散层与岩溶地层定向水平孔注浆帷幕、松散层防渗膜落底式帷幕等4种典型截水帷幕案例进行了详细阐述,分析了典型截水帷幕案例的截水技术及水资源保护效果,有效截水率均在75%以上。基于帷幕截水技术发展趋势,提出了大水矿山侧向帷幕截水技术将朝着松散层侧向无接头连续截水帷幕、基岩侧向截水帷幕定向扩散注浆、低渗厚基层侧向截水帷幕等技术方向发展,践行“绿水青山就是金山银山”理念,保护矿山地下水资源,实现矿山保水、保生态、减损、绿色开采。

烧变岩区露天煤矿保水开采效果模拟分析

煤矿露天开采会对邻近的烧变岩含水层产生强烈的扰动;以陕北某露天矿区为研究区,利用数值模型,模拟了不预留保水煤柱以及预留20、50、100 m煤柱条件下,研究区地下水流场和涌水量变化情况,评估了保水开采效果;进一步分析了开采过程中发生突涌水时,注浆帷幕的阻水效果。结果表明:煤矿开采对地下水的扰动随保水煤柱宽度增加而减小,预留100 m煤柱能使烧变岩涌水量减少86%,最大降深减少13 m左右,影响范围减小60%左右;注浆帷幕可以有效封堵集中涌水点,封堵后涌水量减小了90%左右,观测孔水位恢复了4 m左右,流场形态逐步恢复。

油页岩注热生产期内污染物迁移规律研究

【目的】防止油页岩注热开采过程中污染物污染临近的含水层,有助于开发区防渗帷幕的设计及优化。【方法】利用数值软件分析了油页岩注热生产期内污染物沿各方向的迁移规律。【结果】油页岩生产期内,污染物污染范围随注热时间逐渐扩大,污染物沿水平方向扩散更为明显;污染物水平方向上浓度峰值出现在距生产井6 m范围内,竖直方向上浓度峰值出现在油页岩矿层与顶底板交界处。【结论】污染物生产期间扩散运移规律为防渗帷幕的设计提供了参考。