高压注水煤层力学特性演化数值模拟与试验研究

为从细观上揭示高压注水过程中煤体裂隙扩展、应力场演化和高压水体在煤体中的渗流规律,利用考虑煤岩介质材料力学性质的非均匀性特点以及煤岩介质变形破裂过程中透气性的非线性变化特性特征并基于煤岩破裂过程固-流耦合动力学模型开发的RFPA2D-Flow软件系统对祁南煤矿721工作面煤层高压注水进行数值模拟,同时进行高压注水现场试验研究。数值模拟结果表明:在高压水挤压作用下,钻孔周围煤体逐渐损伤、破坏,裂隙进一步扩展,渗透能力大大增加,渗透系数最大可以由0.5m/d增加到1580.0m/d,在钻孔附近煤体处平均增加14倍。现场试验结果表明:采取高压注水工艺后,工作面前方煤体卸压带宽度由2.5m增加到3.5m,应力集中带向煤体深处推移1.0m,表明高压注水消突效果比较明显。

煤矿采区高密度三维地震深度域资料解释方法

时间域地震资料解释比较成熟,深度域处理技术已经走向煤炭领域,但煤矿采区高密度三维地震深度域资料解释实际应用还存在很多问题。通过煤炭地震深度域层位标定、深度域断层解释、深度域底板成图的摸索应用,参考时间域解释的流程,初步建立在煤炭高密度三维地震深度域资料中直接解释煤田地质成果的方法。以淮北祁南矿三维叠前深度偏移地震资料应用为例,通过深度域、时间域地震数据的对比剖析,断层解释、回采面地震属性显示及底板成图,取得精度更高的结果,利于一线技术人员直接运用深度域地震资料来指导煤矿生产。

祁南矿区8煤储层孔裂隙性试验分析研究

借助压汞试验分析,研究了祁南矿区煤田煤储层孔、裂隙系统发育情况,发现该区煤储层孔、裂隙系统具有:①微裂隙非常发育,多以宽度小于5μm,且长度小于300μm的裂隙为主体;②孔隙度较小,且孔隙类型中吸附孔(0~100nm)远比渗流孔(大于100nm)发育;③吸附孔多为连通性较差的一端封闭的平行板毛细孔。这种两极、双峰分布的孔隙裂隙系统结构有利于煤层气的聚集,但对煤层气的开采不利。

岩性柱状数据重构拟密度反演预测煤层岩浆岩分布——以祁南煤矿103采区为例

淮北矿区水文地质、构造地质、煤层赋存条件极其复杂,岩浆侵入煤层的现象普遍存在,对煤矿的安全生产影响极大,因此运用有效的手段查清岩浆岩在煤层中的分布范围迫在眉睫。利用在全区范围均匀分布的超前探钻孔小柱状数据进行拟密度反演,对祁南煤矿103采区10煤层岩浆岩侵入范围进行了研究,解决了由于测井数据少不能精确预测岩浆岩侵入范围的问题。据淮北矿业集团反馈,新钻6个孔,其中5个与预测结果一致。结果表明:运用钻孔柱状数据重构拟密度反演技术对预测煤层中岩浆岩分布有良好效果。

祁南煤矿349机巷掘进时瓦斯涌出规律研究

通过对祁南煤矿349机巷瓦斯涌出和煤壁瓦斯涌出强度的测定,分析了祁南矿3号煤层巷道掘进时瓦斯涌出规律,对于指导矿井的通风设计和采掘部署,采取有针对性的防治煤巷掘进瓦斯灾害措施,具有重要的理论意义和实用价值。

采动覆岩离层多层位注浆地表沉陷控制技术

为了解决上覆岩层中无明显厚硬岩层、采动过程中难以产生较大尺寸离层空间、离层注浆充填率低的问题,提出采动覆岩离层多层位注浆技术。通过相似材料模拟实验对多层位离层注浆覆岩时空演化规律进行研究,并在淮北矿区某工作面进行现场试验。结果表明:在无较大采动覆岩离层情况下,采用增加钻孔数目的多层位离层注浆方法,在采动覆岩内部形成不同扩散半径的注浆充填体,共同叠加支撑上覆岩层,可以有效减小覆岩破坏程度。实施多层位离层注浆方法,可以有效提高注浆总量和注采比,地表减沉率可达79.92%。提出的离层注浆量计算公式可以精确预计浆液灌注量,准确率超过91%,可为覆岩离层注浆工程提供指导,并为注浆减沉率预计提供参考。这为解决煤炭资源开采引起的地表沉陷问题提供了一种有效和经济的方法,同时扩大覆岩注浆技术的应用范围。

松软煤层抗张强度及防隔水煤柱宽度的研究

在矿井生产过程中,为防止发生突水事故,常在井下设置防隔水煤柱。通过留设矿井防隔水煤柱,对矿井延长服务年限和煤矿水害防治具有十分重要的意义,而研究合理的防隔水煤柱宽度,能够更加安全、合理、高效地开采煤炭资源。通过点荷载试验测定了祁南煤矿34下6工作面采取的松软结构煤体的点荷载强度指数。考虑到尺寸效应,对不规则试件的结果进行修正后,利用点荷载强度间接获取松软煤层抗张强度。在矿井特定位置留设防水煤柱时,煤层的厚度和水头压力是固定的,煤柱的留设宽度仅为煤层的抗张强度的函数。因此,根据经验公式可计算出防隔水煤柱的合理留设宽度。

利用数值法和解析法对祁南煤矿矿坑涌水量进行预测分析

以祁南煤矿为例,详细分析了其水文地质条件,利用两种计算方法(数值法和解析法)对矿坑涌水量进行了预测研究,并将观测数据与计算结果进行了对比分析,总体认为数值法得到的预测结果比较可靠。另外,在计算矿坑涌水量的过程中,解析法可以当做数值法的补充验证方法。两种预测方法相互结合,计算得到的矿坑涌水量更加可靠。