注浆改造厚含水砂层提高开采上限技术及应用

为了实现在厚松散含水砂层下留设防塌煤(岩)柱以提高开采上限,研究厚含水砂层区域注浆改造技术。以安徽淮北五沟煤矿1010-1工作面第四含水层(简称四含)下提高上限开采为目标,通过理论计算、注浆材料配比实验和原位注浆试验,对改造范围和层位、注浆材料的适用性、不同深度的浆液配比、钻孔布置方式和注浆方法进行分析,并通过取心测试、水文地质试验和井下钻孔验证对注浆效果进行检验。结果表明:五沟煤矿四含改造区域松散含水砂层底部无黏土,且在有含水风化基岩条件下,提高上限开采需同时注浆改造松散砂层和风化基岩;粉煤灰–水泥浆较石膏–水泥浆具有更好的体积稳定性,粉煤灰掺量20%~50%的粉煤灰–水泥浆结石率大于98%,且有较稳定的凝结强度,能够满足砂层劈裂注浆的需求,风化基岩采用纯水泥浆或10%以内掺量的粉煤灰–水泥浆,基岩之上2倍采高的砂层注入10%~20%掺量的粉煤灰–水泥浆改造后充当保护层,上部采用20%~50%掺量的粉煤灰–水泥浆进行充填压密,粉煤灰掺量随注浆深度递减;注浆终压可在最浅部砂层注浆劈裂压力的基础上,按地层压力和孔隙水压力梯度0.3 MPa/10 m增加;泄压诱导注浆可有效控制浆液的劈裂扩散方向,浆液最大扩散距离达到89.5 m;注浆后砂层和风化基岩完整性显著提高,岩(土)体试块强度提高2~5倍,注浆将砂层改造为富水性弱、极微–微透水的隔水层,可实现留设防塌煤(岩)柱提高上限开采。

五沟煤矿F6断层缩小保护煤柱可行性研究

针对具体的地质条件,以五沟煤矿F6断层为研究对象,结合研究区域内断层及底板灰岩水的空间分布关系,采用数值模拟及理论分析相结合的方法,对留设不同宽度煤柱时断层的突水危险性进行分析;利用理论计算确定F6断层未处理之前合理的煤柱留设宽度,同时考虑F6断层的三维地震探查成果及井下实揭资料,理论分析了下部含水层的注浆加固范围;综合理论计算及数值模拟计算结果对F6断层煤柱缩小的可行性进行研究,研究结果对于提高五沟煤矿煤炭资源采出率有着重要的意义。

高潜水位采煤沉陷区积水范围动态演化规律

为了研究高潜水位采煤沉陷区积水范围动态演化规律,以安徽淮北五沟煤矿1031工作面为研究区域,基于Landsat-8遥感数据解译结果,总结了2013-2017年1031工作面上方地表积水范围演化规律,分析净降水量、地下水埋深、工作面推进距离等因素对积水范围演化的影响,并提出积水边界角的概念,建立了积水边界角随采动时间变化的函数关系式。研究发现:高潜水位采煤沉陷区地表积水演化分为4个阶段:未形成期、同步增长期、残余增长期、相对稳定期;在同步增长期和残余增长期,工作面推进距离、净降水量与积水面积日增长量呈正相关,地下水埋深与积水面积日增长量呈负相关;工作面推进距离是积水范围演化的关键影响因素,在工作面推进距离为476 m左右时,地表产生积水,工作面停采后5个月左右,积水面积趋于稳定;积水边界角先呈减小趋势,再趋于稳定,在同步增长期和残余增长期,积水边界角总体呈减小趋势,但受气象、地下水埋深等因素影响而波动;相对稳定期,积水边界角整体趋于90°。本研究为高潜水位采煤沉陷积水区土地利用规划、土地复垦、水陆复合生态系统建立等提供理论依据。

五沟煤矿第四含水层q值换算及富水性

为了给五沟煤矿第四含水层下正常开采及提高回采上限提供科学的水文地质依据,根据伸直法原理,在建立参数模型和曲线模型的基础上,判别出1016-1孔第四含水层抽水试验Q-S曲线类型,建立了抛物线方程,换算出井径为91mm、10m降深时的q值,精准地评价了第四含水层富水性,消除了野外施工中机械设备、降深等一些因素对抽水试验获取参数的影响。

煤矿开采地表沉陷区土壤养分流失与分布特征——以五沟煤矿为例

平原矿区的煤矿地下开采改变地貌景观,同时加剧矿区土地的水土流失,降低土壤质量。而开采方式不同对地表土壤养分流失的影响程度同样存在较大差异。本文选择皖北五沟煤矿的充填和非充填开采两种开采方式的地面沉陷区,进行了土壤环境调查,监测了开采过程中土壤有机质、铵态氮、有效磷和速效钾等土壤养分的含量,分析其运移变化特征。结果表明,采矿区地表沉陷虽然时间不长,但土壤中的有机质和主要营养元素的含量流失发生显著变化;充填与非充填两种不同开采方式均引起地表土壤养分流失,降低土壤质量。但是充填开采所造成沉陷区内土壤养分的流失程度明显小于非充填开采区,且因氮、磷的流失量明显快于速效钾而使得土壤整体表现为缺氮少磷;土壤养分的迁移与富集与土壤类型密切相关。无论是有机质,还是其他营养元素由表层的耕作土层往深部迁移并在硬砂姜土层富集。这一现象同时说明了地表径流造成土壤养分水平方向的迁移流失的同时,向深部土壤层的迁移现象。

淮北矿区五沟煤矿两带高度影响因素及计算方法

针对复杂地质条件下,尤其是软弱性覆岩的两带高度计算不准问题,基于现有计算公式,以安徽五沟煤矿为例,通过深入了解五沟煤矿10号煤层含水层沟通状况,获取实测数据,对不同工作面的两带高度实测值与现有理论公式计算值进行比较,得出其差值较大,且二者与采深均呈线性关系。而后将埋深作为影响因素,通过线性分析,对原理论计算公式的第二项系数进行修正,获得适应于研究区的两带高度计算公式。结果表明,修正后的计算公式可较准确预测五沟煤矿导水裂隙带高度,提高防水煤柱上限,可防治矿井水灾害。研究成果可保证研究区安全开采,提高五沟煤矿的综合效益。