大定源回线装置瞬变电磁法在煤矿采空区探测中的应用

该文通过研究大定源回线装置瞬变电磁法在煤矿采空区探测中的应用,旨在提高煤矿采空区探测的效率和准确性。深入探讨大定源回线装置瞬变电磁法的原理和工作机制。在此基础上,设计并实施适用于煤矿采空区的探测方案,并通过试验进行验证。结果表明,大定源回线装置瞬变电磁法在煤矿采空区探测中取得显著的效果。大定源回线装置瞬变电磁法具有高效、准确、可靠的特点,能够快速识别采空区位置,为后续生产建设提供保障,同时也为其他煤矿采空区勘察提供参考。

近距离煤层垂向采空区高静储瞬态充水模式与解危技术

榆神府矿区侏罗纪煤田垂向层序上赋存多个煤层,当下层煤开采时,面临上部近距离采空区积水威胁,基于垂向采空区充水模式的综合解危技术是下层煤安全回采的关键。通过分析煤层顶板岩性组合、含隔水层以及导水裂缝带发育高度特征,形成了近距离煤层垂向采空区高静储瞬态充水模式,认为基岩风化带水、火烧区水、第四系萨拉乌苏组松散层潜水以及大气降水是浅层采空区的直接或间接补给水源,在上部煤层采空区中形成较高水位的静储量;近距离煤层下层煤开采时,导水裂缝带沟通上部采空区,高静储积水以瞬间溃入形式进入下层煤回采工作面。针对高静储采空区积水威胁,提出了“近距离煤层充水模型建立—采空区积水范围探测与积水量预计—垂向采空区积水解危—疏控效果评价”4阶段解危模式,形成了解危成功的判别标准,即当钻孔疏放量等于动态补给量时,可认定采空区静储量积水已基本疏放完毕,采空区积水威胁解除。该成果在神木惠宝煤矿成功应用,对类似条件下的矿井具有借鉴意义。

水仓防隔水煤柱安全评价及注浆加固治理研究

某煤矿水仓的砌碹巷道在开采的扰动、防隔水煤柱宽度留设不足、砌碹壁后充填不密实等情况下,使得周边采空区水渗漏至水仓,极大影响了水仓的安全稳定。为进一步加强水仓煤柱的稳定性,运用地面钻孔及井下钻孔相结合的方法进行注浆加固。采用地面钻孔注浆充填井下硐室,硐室充填沙子245~328 m^(3)、水泥487~650 t,充填材料体积远远大于硐室体积220 m^(3),有效增加了煤柱厚度;利用井下钻孔在砌碹处进行水泥注浆与水化学注浆,使得砌碹裂缝处涌水量由15 m^(3)/h降至为零,砌碹壁后空隙充填效果良好。通过对煤柱及砌碹壁后空隙的注浆充填,有效提高了水仓防隔水煤柱的稳定性。

基于地面大口径钻孔抽排的老空水害防治技术

为了安全高效治理矿井老空水害,在井下不具备疏放老空水的条件下,采用了地面大口径钻孔和接力抽排水的方案对老空水害进行治理。选取位于老空积水区最低点的水仓作为地面钻孔的终孔位置,施工三级变径的大口径钻孔。下设的一级套管对钻孔在松散层中进行了固井,二级套管对老空区及采动破坏范围上覆含水层进行了隔离,采用无线随钻测斜和定向钻进技术,保障了大口径钻孔的准确透巷。钻孔中下设潜水泵将老空水抽至地面,然后采用管道增压泵将老空水接力排至矿井水处理厂,实现了老空水抽排过程中不落地。通过对抽排水量和老空水位的观测,验证了基于地面大口径钻孔和接力抽排老空水的效果。结果表明:采用地面大口径钻孔和井下潜水泵联合地面增压泵接力抽排关闭矿井老空水效果较好,具有安全性和可靠性高、排水和水处理费用低等特点。

煤矿采空区破损煤岩层的渗透性研究

利用矿井资源修建地下储库有助于实现“碳达峰,碳中和”战略目标,保障国家能源安全。掌握矿井储存空间内煤岩层渗透特性,是确定地下储库储存容量,保障储能系统稳定性和安全性的前提。本文以灵新煤矿矿井浓盐水地下储库工程为背景,开展现场原位压水试验,对采掘完成的矿区煤岩层渗透特性进行研究,探明了矿区遗留煤柱、采区顶、低板的渗透特性和透水能力。试验结果表明各煤层遗留煤柱的稳定流量值为1.0~6.12 L/min,15和16煤顶板稳定流量为1.76~8.82 L/min,16煤的底板稳定渗流量为1.971~8.82 L/min。在此基础上,计算了各层煤柱透水率为0.046~0.261 Lu,顶板透水率为0.07~0.162 Lu,底板透水率为0.042,其中16煤煤柱透水率最大,为0.261 Lu。煤岩层透水性较差,有利于修建地下储库工程。

王庄煤矿老空区积水情况分析及动态管理

老空水是矿井发生水害事故的重要诱发因素。以王庄煤矿为工程背景,通过调查分析老空水的分布位置、范围、估算积水量,对老空水的特征进行分析,确定了井田的充水水源、充水通道。在此基础上利用GIS(Geographic Information System,地理信息系统)技术并建立王庄煤矿老空区积水与防治动态管理信息系统,对王庄煤矿安全开采深部3号煤层及15号煤层具有重要的社会和经济意义。

煤矿井下老空水的防治措施分析

近年来,地方政府为贯彻落实“碳达峰与碳中和”国策,加大力度对煤炭资源进行整合,关停了一部分产能低、安全性差的小煤矿。这些废弃的矿洞经过时间的积累,会产生大量老空水,不仅会制约现有煤矿的开发,还会埋下水害隐患。为减少老空水水害事故的发生,必须严格执行煤矿安全生产制度,采取积极有效的防治措施。通过对老空水的认识以及对其形成机理的探讨,列举了两起老空水透水事故,并对事故发生的原因进行了分析,提出了一系列老空水防治技术和预防措施,旨在为保障矿山安全生产贡献力量。

布尔台煤矿采空区土地复垦对涌水量的影响及灌溉水回归系数研究

矿山土地复垦是解决矿山生态环境问题的主要途径之一,土地复垦后大量灌溉水涌入采空区,增大的矿井涌水量影响矿井安全。为研究煤矿采空区上部土地复垦对矿井涌水量的影响,确定采空区灌溉水回归系数,协调矿区灌溉复垦与煤矿生产关系,采用室外试验、数值模拟的方法开展采空区灌溉水回归系数研究。研究结果表明,在多年平均气象条件下,研究区黄土和砂土地区灌溉水回归系数分别为30.30%和30.38%,灌溉水需要424 d到达采空区。灌溉水达到采空区所需时间受松散层厚度以及导水裂缝带发育高度的影响,所需时间与松散层的厚度呈正比,与导水裂缝带发育高度成反比。灌溉水入渗过程存在明显的滞后效应,即松散层越厚,滞后效应越明显、月灌溉水回归系数波动越小。

煤层群下煤层开采对上覆采空区积水影响程度研究

为研究下煤层开采对上覆采空区积水影响,以凌志达矿煤层群为研究对象,采用数据统计、公式优化等方法,拟合出煤层群开采底板破坏深度公式,分析了采空区积水分布规律,探索了下煤层开采对上覆采空区积水的影响,制定了影响程度判定标准,并将下煤层开采对上煤层采空区积水影响程度划分为危险区、影响区与安全区。分区判定划分结果表征了研究区煤层开采对上层采空区的影响程度,可量化上层采空区水位分布、突水风险的影响和扰动程度,对煤层群开采突水防治具有重要意义。

同宝煤矿15号煤层首采面采空区积水下安全开采评价

为保证同宝煤矿15105首采面安全回采,使用不同的计算方法,对导水裂隙带高度、保护层厚度和3号煤层开采底板破坏深度进行分析,并结合数值模拟方法,分析评价15105首采面上覆采空区积水对首采面回采的安全性影响。结果表明:15105工作面范围内,煤间距与防水煤岩柱高度差值均大于0,即煤间距均大于防水煤岩柱高度。依据FLAC^(3D)数值模拟结果,在无构造等其他导水通道情况下,15105首采面第一阶段回采形成的导水裂缝带基本未沟通上覆3号煤层采空区积水。

晓明矿北二七层老空水探放技术研究

煤矿防治水工作在矿井生产过程中起着重要的作用,煤矿防治水工作开展的好与坏直接关系到国家财产和人民生命安全,关系到社会稳定和谐发展。晓明矿作为一个生产50余年的老矿井,井田范围内存在大量老空区。北二7#煤层老空区由北二709、北二710、北二711、北二722和北二723五个老空区组成,老空面积广,可存水量大,积水情况复杂,通过北二802工作面对采空区积水进行探放,查明积水量、积水范围及各老空区之间的水利联系,保证综采工作面的顺利回采,为以后老空水的探放提供丰富的经验。

山西省阳泉山底河流域煤矿“老窑水”动态特征、演化机理及对娘子关泉域的环境效应

【研究目的】煤矿“老窑水”以分布范围广、隐蔽性强、污染程度重、自然净化慢、持续时间长等特点,成为后采煤时代严重威胁中国生态文明建设的重要制约因素。【研究方法】本文以山西省阳泉市山底河流域煤矿“老窑水”为研究对象,通过长系列水质和水量系统性监测,运用统计学方法系统分析了山底河流域老窑水的水量和水质动态特征及其演化机理,评估了“老窑水”对娘子关泉域岩溶水的环境效应。【研究结果】研究表明,山底河“老窑水”总出口pH值平均为3.58,TDS平均为4744 mg/L,SO_(4)^(2-)平均为3327 mg/L;雨季地下水位上升后与采空区接触面积或体积增大和降雨量的影响滞后等是造成煤矿“老窑水”的流量与水化学特征指标电导率、SO_(4)^(2-)浓度非线性相关的主要原因;煤系地层中黄铁矿的强氧化反应主要发生在地下水位季节变动带、包气带和地表;煤矿采空积水区的一定深度为还原环境,具备开展微生物法治理的条件;山底河煤矿“老窑水”出流后进入下游碳酸盐岩河段渗漏,对娘子关泉域岩溶水的渗漏补给量达7247.08 m^(3)/d,水质差,是娘子关泉域岩溶地下水的重要污染源。【结论】山底河流域“老窑水”流量对降雨量的调蓄周期为半年;水化学特征指标与流量呈非线性相关,“老窑水”黄铁矿的强氧化反应主要发生在地下水位季节变动带、包气带和地表;“老窑水”出流后渗漏补给娘子关泉域达7247.08 m^(3)/d,SO_(4)^(2-)、Fe和Mn超标严重,对泉域岩溶水污染严重,急需开展煤矿“老窑水”的治理和废弃煤矿生态修复。

蒙陕接壤区煤矿采空区水−岩系统中氟来源及释放规律

采空区是高氟矿井水形成的关键区域,其水−岩系统中氟的来源与溶解释放决定了矿井水中氟的富集或贫化。针对蒙陕接壤区3-1煤采空区矿井水氟来源及释放规律不清晰问题,采用水化学测试、岩石矿物成分分析、矿物扫描电镜与能谱检测,以及室内水−岩作用仿真模拟试验,查明矿井水氟物质来源与赋存载体,揭示岩石中氟释放规律。结果表明:研究区3-1煤矿井水水化学类型主要为HCO_(3)-Na与SO_(4)-Na型,3-1煤采空区矿井水氟浓度高于3-1煤生产工作面的矿井水浓度,且采空区矿井水pH、Na^(+)/Ca^(2+)浓度比均大于工作面矿井水。3-1煤采空区矿井水F−的物质来源为泥岩与粉砂岩,2种岩石中氟平均含量分别为741、610 mg/kg,氟在固相中的主要赋存载体为蒙脱石、高岭石、伊利石及绿泥石。采空区水−岩系统中氟的释放受岩性、粒径、pH、温度及Na^(+)/Ca^(2+)浓度比5个因素影响。其中,泥岩及粉砂岩中的氟比细砂岩中的更容易释放进入水中;无论何种岩性,随着粒径的减小,氟释放F−的浓度增大;此外,碱性、高温及高钠低钙的水化学环境均可促进岩石中氟的溶解释放。

瞬变电磁探测技术在新疆砂墩子煤矿N42采区水害探测中的应用

瞬变电磁探测技术具有反应灵敏、勘探速度快、定位准确的特点,广泛应用于煤矿水害探测。本文以新疆砂墩子煤矿N42采区为例,详细阐述瞬变电磁探测技术在煤层顶底板识别、基岩段富水异常和煤矿采空区积水勘查等方面的应用,并结合地震资料,分析主要断层的含水性和导水性,为煤矿生产提供安全保障。

资源整合矿井老空水探放技术研究

为实现12402回风巷安全高效掘进并降低探放水成本,根据12402综采工作面现场情况,在12402运输巷内布置定向长钻孔,对12403采空区内积水进行超前定向疏排。布置的定向长钻孔可隔一个采面对采空区积水进行疏排,从而解决了普通疏排水钻孔距离短、位置偏差大等问题。同时,利用定向钻进设备钻孔轨迹可控制特点,将定向长钻孔布置在12402回风巷底板内,提高了巷道掘进的安全性。现场应用后,布置的4个定向探放水钻孔累积疏排采空区积水量达到3.65万m3,有效解决了12403采空区积水对12402回风巷掘进的影响,疏排水工作与12402回风巷掘进同步开展,为采面早日回采创造了有利的条件。

瞬变电磁法在新铁煤矿隐蔽采空区探测中的应用

煤矿隐蔽采空区是导致井下透水事故的主要原因之一。瞬变电磁法具有对低阻区敏感等明显优势,已被广泛应用于煤矿不良地质体的探测工作当中。本文基于瞬变电磁工作原理,结合新铁煤矿工程地质条件,采用现场踏勘、地面瞬变电磁探测和钻孔验证相结合的方法,明确了该煤矿隐蔽采空区范围、采空区积水量和断层富水性,取得了较好的勘探效果,表明该方法探测煤矿隐蔽采空区的有效性,对防治煤矿透水事故具有重要作用。

基于Visual Modflow的刘东煤矿闭坑水位回升预测

随着我国能源产业结构调整,越来越多不符合国家要求的矿井被关闭,导致我国闭坑矿井数量迅速增加,矿井闭坑后产生的老空水,会对周围矿井生产造成威胁。以淮北刘东煤矿为研究对象,使用Visual Modflow软件对矿井闭坑后的水位回升进行了预测,以此为周边矿井安全生产提供依据和保障。结果表明:随着时间的推移,闭坑矿井内的水位会不断上升,深部较快,浅部较慢,并且得出了闭坑矿井水位变化趋势,矿井回灌时间约为240 d。研究结果也为相似地质条件的矿井防治老空水提供参考。

积水区下煤层开采水防治技术研究

某矿5201综采工作面开采后引起的覆岩导水裂隙高度为40.2~42.9 m,而采面与上覆3号煤层3101、3102采空区层间距仅为22.0~29.2 m,采空区积水会给5201综采工作面后续回采带来较大安全威胁。为解决5201综采工作面回采期间上覆3101、3102采空区积水问题,综合已有物探、钻探方法及3号煤层相关资料,确定3101、3102采空区底板标高最低处为采空区靠近5201回风巷80 m处,并提出通过疏排方式疏干采空区积水,依据现场情况确定5201综采工作面疏排水钻孔布置方案。经过疏排后,5201综采工作面在回采前及回采中经物探及钻探均未探测到上覆采空区积水,且采面回采期间顶板未出现淋水现象,取得较好的应用效果。

基于应力-渗流-损伤耦合采空区渗流场变化规律研究

基于“应力-渗流-损伤耦合”理论,运用数值模拟软件COMSOL Multiphysics对深受顶部承压含水层威胁的合山三矿4106工作面开展数值模型研究。结果表明:采空区顶板涌水量在同一水头压力下的变化可分为缓慢增加、快速增加、缓慢增加三个阶段,同一开采步距下,与水头压力呈线性关系;采空区顶板单位面积涌水量随开采步距增大依次可分为缓慢上升、快速上升、缓慢下降三个阶段。渗流场变化规律的研究对近水平煤层开采中的顶板突水防治有借鉴意义。

基于MODFLOW的闭坑矿井水位回升预测

随着浅部煤炭资源枯竭及国家供给侧结构调整,我国闭坑矿井数量呈逐年增加趋势。矿井闭坑后停止抽排地下水,地下水位不断回升直至与区域地下水位平衡,会对邻近生产矿井产生威胁。以淮北闸河矿区岱河煤矿为研究对象,利用Visual MODFLOW软件对矿井闭坑后水位动态回升过程进行了预测分析。研究结果表明:矿井闭坑后,随着时间延长地下水位逐步回升,回升速度前期较快,后期减慢,揭示出区域地下水径流场对矿井水位回升具有明显的影响,得出了水位随时间动态变化过程,地下水回灌时间约2 000 d,研究结果为邻近生产矿井防治老空水提供了依据和参考。