隐伏火烧区烧变岩含水层水害治理技术研究

我国西北地区烧变岩分布范围广、孔隙裂隙发育、富水性强,是当地的主要含水层,其中的隐伏火烧区烧变岩地表遗迹不明显、发现难度大,煤矿开采一旦导通烧变岩含水层将导致水害事故,同时会破坏烧变岩含水层水资源。为治理隐伏火烧区烧变岩水害并保护烧变岩含水层水资源,分析我国烧变岩分布特征及烧变岩水对煤矿开采影响,研究隐伏火烧区烧变岩探查和治理技术,开展隐伏火烧区烧变岩含水层水害治理的示范应用,结合现场监测数据分析评价陕西柠条塔煤矿南翼隐伏火烧区含水层水害治理和水资源保护效果。结果表明:我国烧变岩主要分布于以昆仑山-秦岭-大别山为界的北方地区,隐伏烧变岩主要分布在鄂尔多斯盆地东北部、伊犁盆地南缘,被第四系松散层覆盖;隐伏火烧区烧变岩含水层与风化基岩含水层大多直接接触且连为一体,水力联系密切;烧变岩水害防治措施主要有留设烧变岩含水层防隔水煤柱、疏降烧变岩含水层积水和帷幕截流,其中截水帷幕可有效解放烧变岩含水层压覆的煤炭资源,解除烧变岩水害威胁并保护烧变岩含水层宝贵的地下水资源;通过精确探查出隐伏火烧区范围、布设注浆钻孔,将隐伏火烧区烧变岩含水层隔离为若干个含水体,断绝截水帷幕内外的水力联系,可保障工作面不受烧变岩水威胁,同时实现烧变岩水资源保护;柠条塔煤矿S1232工作面和S1233工作面隐伏火烧区烧变岩含水层治理后,其回采期间涌水量降至20m^(3)/h以内,工作面得以安全回采,截水帷幕内侧水位下降,外侧水位逐渐抬升,烧变岩水资源得到有效保护。

动水条件下煤矿岩体裂隙与管道注浆新型材料性能试验研究

针对煤矿岩体裂隙与管道动水条件下凝结时间长、留存率低、堵水效果差的问题,通过室内试验,研究一种动水条件下煤矿岩体裂隙与管道注浆新型材料及其在动水条件下的材料性能,确定了一种单液浆动水注浆材料,测试了动水注浆材料的凝结时间、流动度、强度和抗冲刷性能,并分析了动水条件下煤矿岩体裂隙与管道注浆新型材料成本。研究结果表明:动水条件下煤矿岩体裂隙与管道注浆新型材料主要由硫铝酸盐水泥、粉煤灰、矿粉、石灰石粉、钢渣粉、可分散性乳胶粉、羟丙基甲基纤维素醚、钠基膨润土、醚类聚羧酸高性能减水剂、白木质素纤维和柠檬酸组成;环境温度为20℃时,初凝时间为40~75 min,通过调节柠檬酸的掺量或增大搅拌时间可延长注浆材料的初凝时间;注浆材料流动度保持在20±3 cm的时间段为10~40 min,失去流动度的时间为15~50 min;水流流速为1.2 m/s时,动水条件下煤矿岩体裂隙与管道注浆材料抗冲刷留存率在85%以上,流速为0.6 m/s时,抗冲刷留存率在90%以上,流速为0.2 m/s时,抗冲刷留存率在95%以上;水胶比0.5∶1的注浆材料1d强度达到7.1 MPa;动水条件下煤矿岩体裂隙与管道注浆材料具有良好的抗动水冲刷性能和低廉的价格,并可根据不同工况调整初凝时间和失去流动度时间,满足煤矿岩体裂隙与管道长距离单液浆注浆堵水需求。

煤矿富水规律与水害防控技术研究

为进一步探究煤矿富水规律与水害防控技术措施,以内蒙古A煤矿为例展开研究,结合其涌水量高的实际情况,先通过单位涌水量评价法对矿井区域富水规律进行初步评价,再通过数值模拟分析方法对该矿井区域导水裂隙带发育特征进行分析,并对涌水量进行预测,确定该区域存在的水害问题。最后根据水害问题,采用基于疏放水的水害防控技术模式。从实际应用效果来看,涌水量和水压2项指标均已控制在较低水平,证明本次研究具有一定的实用价值。

文家坡煤矿工作面防治水安全技术应用

断层是煤矿回采期间煤层顶板水害的主要涌水通道之一,在煤层回采之前,应查清工作面内构造分布情况,槽波地震勘探成为煤矿采前构造探查的重要技术手段。彬长矿区文家坡煤矿4102工作面位于该煤矿41盘区东侧,为41盘区第2个回采工作面,根据巷道掘进期间实际揭露地质资料显示,该工作面断层比较发育,可能影响工作面的正常回采,断层延伸至工作面内长度目前尚未清楚。故利用槽波透射法探测彬长矿区文家坡煤矿工作面断层的发育情况,结果表明此方法效果良好,查明工作面内发育的4条断层基本延展情况,为煤矿防治水害提供一定的科学依据。

天窗补给型衍生式矿井动力突水模式及其评价与治理技术

中西部煤炭资源富集程度最高,开发条件优越,随着开采效率的逐步提升,高强度大采高的开采模式对地下水系统的扰动程度也随之增加,特别是导水裂隙带发育范围之外含水层的地下水在煤层开采中逐渐参与到矿井涌水过程,此类模式导致了矿井涌水预测偏差大、水害危险性评价不准确和水害治理措施不明确等一系列问题,为当前的矿井水害防治带来了极大隐患。初步总结了一种衍生式动力突水模式,即随着煤层开采,顶板覆岩破坏导致地下水系统的演化会诱发新的灾害源,从而导致不同形式的突水模式。其内涵是将定义衍生式动力突水模式的基础从传统的开采前静态分析转变为考虑采矿全周期内变化的动态评价。矿井衍生式动力突水模式可初步分为三大类,分别是“天窗补给型”、“离层灾害型”和“导水通道增渗型”。此次主要针对“天窗补给型”衍生式动力突水模式进行初步探讨,以近些年高强度大采高的浅埋煤层矿区——陕西榆神矿区为例,深入探讨了“天窗补给型”衍生灾害的孕灾条件。通过补充分析间接充水含水层富水性和水力联系强度实现对顶板含水层涌(突)水危险性的综合评价,提出了灾害衍生模式的评价方法体系。通过开采方式的转变,构建了“三查、一定、两验证、两跟踪”的主动防治体系;通过采前多目标疏降和采后局部注浆治理构建了被动防治体系。通过进一步细化矿井涌(突)水致灾模式,优化了评价体系,建立了综合防治技术,为生态脆弱区的地下水资源保护与矿井安全低碳开采提供依据。

蒙陕矿区深部煤层开采顶板含水层失水特征与钻孔注水帷幕保护分析

我国蒙陕接壤深部矿区主采煤层赋存地质与水文地质特征较之浅部矿区差异较大。文章通过系统分析呼吉尔特、台格庙、新街等蒙陕深部矿区主采煤层地质、水文地质特征以及采动导水裂隙等相关研究成果,总结出巨厚白垩系孔隙−裂隙含水层作为矿区保水目标层,在侏罗系安定组砂质泥岩弱隔水关键层间隔保护下,在煤层开采驱动下易形成典型的间接涌(失)水模式。并以研究区案例矿井为分析对象,数值模拟深部煤层开采过程中地下水流场变化规律。结果显示,煤层回采扰动下地下水流场以采掘空间为中心形成降落漏斗,并随着回采进尺的增加,降落漏斗影响范围与工作面总涌水量均增加,上部白垩系含水层越流失水量增加幅度小于总涌水量增加幅度,模拟结果与案例实测结果基本一致。最后,针对深部煤炭资源开采与研究区水源地保护“煤−水矛盾”问题,以保护白垩系含水层地下水水位为目标,提出以白垩系为回灌层、安定组顶部为终孔层位、注水井尽量远离煤矿区为基本原则的白垩系含水层地下水水位钻孔注水帷幕保护思路。并模拟分析案例矿井在正常开采与注水帷幕墙体建设条件下白垩系含水层地下水流场的变化规律,结果显示“钻孔注水帷幕”在低渗透性含水层水位保护具有较好的可行性,对于深部矿区煤层开采顶板水资源保护具有借鉴意义。

煤矿水害治理多分支水平井精准定导向技术研究

多分支水平井注浆技术因其施工成本低、环境污染小、隔水效果好等特点,被广泛应用于煤矿水害治理中。但由于煤层底板普遍存在断层发育、目的层薄、破碎带聚集等复杂情况,施工时常出现泥浆漏失、顺层钻进困难、穿越断层易卡钻等难题,严重影响了注浆治理效果。针对这些问题,本文以安徽某煤矿为例,在对其地质特征进行分析的基础上,从定向轨迹设计、定导向设备选型以及井眼轨迹控制等方面展开研究,将定向钻进和地质导向技术结合,优化复杂地质条件下多分支水平井定导向技术,并成功应用于多分支水平井超前注浆改造工程中。现场应用表明,该技术提高了井眼轨迹控制的精确性,保证了目的层钻遇率,应用效果良好。

侏罗纪煤田顶板含水层分布规律及防控技术

侏罗系煤田是鄂尔多斯盆地的主要开采的煤田之一,上覆萨拉乌苏组、洛河组、直罗组砂岩体是地下水的主要蓄水层,研究清楚煤层与含水层的空间关系是实现采煤保水和水害防治的前提。煤层与地下水的空间关系受砂岩体的沉积作用和剥蚀作用控制,通过野外调查、文献搜集等手段分析了萨拉乌苏组、洛河组、直罗组的沉积和剥蚀作用,揭示了不同地层砂岩体的展布规律。结果表明,萨拉乌苏组砂体分布受古地形控制,呈“鸡窝”状分布;洛河组砂岩体受风积作用控制,侧向连续性强,上段渗透性优于下段;直罗组的砂岩体主要受辫状河沉积作用控制,河道砂体区域上呈定向条带状的透镜体展布,侧向不连续,地下水整体沿砂体定向渗流。根据不同地层砂体的展布规律,从区域水文地质角度提出的地下水防控措施,对区域煤炭资源合理开发,保护地下水,实现安全采煤具有重要大意义。

晋城市坪上煤矿水文地质特征及水害预测防治技术

坪上煤矿位于沁水煤田的北中部,受区域构造影响,井田内发育一系列近南北向和北西向的宽缓背向斜,其含煤地层主要为二叠系下统山西组和石炭系上统太原组,井田内可采煤层主要为3号、15号煤层。井田分布于延河泉域,含水层主要有奥陶系中统灰岩岩溶裂隙含水层、石炭系太原组碎屑岩夹碳酸盐岩类岩溶裂隙含水层、二叠系下统山西组及下石盒子组砂岩裂隙含水层、基岩风化裂隙带含水层、第四系松散岩类孔隙含水层,其中,奥灰水位标高为+490~+545 m。井田水害主要为煤层开采而产生的导水裂隙,使顶板含水层或构造水向矿井充水,可通过疏放钻孔和疏水巷防治;全井田均为带压开采,采用注浆堵水技术可对煤层底板奥灰水进行防治。

高家堡煤矿洛河组含水层水文地质特征及水害防治

矿井水害防治是当前煤层开采的重要工作,是保证煤层安全高效开采的前提。为查明高家堡矿井白垩系含水层水文地质条件,通过地面钻探实测了导水裂隙带高度,采用实测裂采比对其进行预测,利用抽水试验和水化学分析等方法从岩性特征、富水特性、水力联系、水化学特征等方面总结了洛河组含水层水文地质特征。实测导水裂隙带高度为88.03~327.35 m,预测值为92.03~277.13 m,导水裂隙带已经波及到白垩系洛河组含水层。白垩系含水层水文地质条件简单,洛河组含水层对矿井开采威胁较大。

郭家河煤矿水文地质特征及矿井涌水量预测

矿区位于鄂尔多斯盆地南部渭北挠褶带北缘,含煤地层主要为侏罗系中统延安组,可采煤层有2号、3号煤层。矿区含水层主要为第四系孔隙—裂隙潜水含水层,白垩系下统洛河组砂岩、宜君组砾岩孔隙—裂隙含水层,侏罗系中统直罗组砂岩裂隙、延安组煤层及其顶板砂岩裂隙含水层。井田受导水裂隙带影响,地下水以离层水形式参与工作面涌水。采用解析法进行矿井涌水量预测,预测2022—2025年郭家河煤矿1310工作面和2308工作面回采期间,矿井正常涌水量为225.17 m^(3)/h。依据经验,为防灾考虑,矿井最大涌水量按正常涌水量的2倍预计,矿井最大涌水量为450.34 m^(3)/h。研究可为矿井水文地质评价及水害防治提供依据。

煤矿(床)水文地质学的研究现状及展望

煤矿(床)水文地质学是研究煤炭资源开发过程中地下水活动规律以及为防止其对采煤工程的不利影响,保护矿区生态环境的一门应用性地质学科,对煤矿安全生产工作具有重要的推动作用。近年来,在保水采煤技术、华北型煤田防治水技术体系、陷落柱发育规律及其治理技术、煤层底板含水层注浆改造保障技术等方面取得了重要进展。随着煤炭开采强度和开采规模的进一步扩大,学科发展面临着诸如老空水及陷落柱探测、矿坑充水条件变化、矿井水患实时评价及治理等重大问题。提出了在学科发展中应优先解决诸如"三高"(高地压、高地温、高水压)地质条件下煤矿突水机理、西部地区煤炭资源开发过程中突水溃砂机理、水资源承载力及其调蓄技术、矿井水资源化及其合理利用研究以及综放开采条件下冒裂带发育规律研究等科学问题。

中国煤矿水害基本特征及其主要影响因素

分析了中国煤矿水害发生发展的基本规律,研究了中国煤矿水害的基本特征及其产生原因。较为系统地论述了我国煤矿水害防治技术存在的主要问题、技术难关以及生产企业对矿井水害防治技术的基本需求。重点分析了深部煤炭资源开发过程中高承压水底板突出机理及其防治技术和废弃矿井老空水突出机理与防治技术。提出了中国煤矿水害防治技术和矿井水文地质安全保障体系建设的发展趋势。

钻探技术在煤矿水害防治工作中的应用

钻探作为煤矿水害防治工作一种重要的技术手段,得到了广泛的应用。煤矿大口径排水井钻进技术、底板多分支水平井地面定向钻进及注浆加固改造技术、井下定向探(疏)放水钻进技术、注浆封堵突水通道钻探技术和矿井突水灾害快速钻进救援技术等煤矿防治水钻探技术,在煤矿水害防治工作中得到了广泛应用,取得了良好效果。加强防治水钻探配套设备的研发和相关钻探工艺技术研究,将有力促进煤矿水害防治工作的发展。

河南省煤矿水害的构造控制作用研究

河南省煤矿系我国大水矿区 ,水害问题严重制约全省煤炭工业的发展。本文根据大量原始水文地质资料和矿井突水案例 ,综合分析和研究了煤田构造对矿井突水的控制作用 ,并提出了相应的研究对策 ,对矿井水害的治理具有一定的实用意义。

福建煤矿水害防治现状分析与对策

在介绍福建煤矿地质概况的基础上,总结了福建煤矿水害的主要类型、矿井的主要充水因素;根据福建煤矿水害的特点,结合典型案例,从水害发生的主要原因、探放水技术手段、防治水专业技术人才等方面,分析了福建煤矿水害及防治水现状;从管理、技术、装备、培训等方面提出防治水对策,以科学指导煤矿的防治水工作。

煤矿水害防治基础科学发展思考

针对目前煤矿水害防治技术发展不平衡及后劲不足的现状,从矿井水灾致灾机理、预测、探测以及综合治理利用等关键环节,总结了其基础学科发展深层次科学原因,提出了基础科学发展的方向。研究认为,应加强基于岩体(水)力学+水文地质学的多重介质多场耦合本构模型研究,在采动条件下探究水灾致灾的力学机理,提高矿井涌(突)水及涌(突)水量预测预报的准确性或者精度,从理论上为矿井水害防治技术体系的整体突破奠定坚实基础。

皖北矿区主要水害问题及其防治对策

为解决皖北矿区的水害,文章介绍了皖北矿区主要水害问题,阐述了皖北矿区应对水害问题所采取的关键技术为:松散强含水层下煤层安全开采成套技术,底板承压灰岩水上治控技术体系,隐伏陷落柱预测与治理技术,水害预测预警及混合水源识别技术,矿井水文地质条件超前精细探查技术,矿井水资源化利用技术。通过上述技术和管理对策保障了矿区持续安全高效生产,取得了显著的经济和社会效益。

煤矿防治水害系统的三维空间数据模型研究

为了有效减少煤矿水害的发生,降低人员伤亡和财产损失,需要更加清晰准确地对煤矿井下各种相关地质体进行可视化建模,并在此基础上进行力学、数据挖掘等各类分析,研究了煤矿水害的主要成因,分析了常用的三维数据结构的特点和适用场合,指出在煤矿防治水害系统的构建中,针对水害的主要成因——含水层分布、断层分布、隔水层岩性组合,可以分别使用针体模型、TEN、八叉树等模型,使用混合数据结构实现对不同特点的地质体的可视化建模。

陈四楼煤矿主要水害及防治研究

通过对陈四楼煤矿水文地质、工程地质及开采条件的分析研究,对矿井涌水量进行了预测,并对矿井主要水害进行了分析,提出了多种水害防治措施,基本遏制了采掘工作面底板突水,有效控制了太原组灰岩水对生产造成的不利影响。