Design of a water curtain to reduce accumulations of float coal dust in longwall returns

Accumulation of float coal dust(FCD)in underground mines is an explosion hazard that affects all underground coal mine workers.While this hazard is addressed by the application of rock dust,inadequate rock dusting practices can leave miners exposed to an explosion risk.Researchers at the National Institute for Occupational Safety and Health(NIOSH)have focused on developing a water curtain that removes FCD from the airstream,thereby reducing the buildup of FCD in mine airways.In this study,the number and spacing of the active sprays in the water curtain were varied to determine the optimal configuration to obtain peak knockdown efficiency(KE)while minimizing water consumption.

考虑采动效应的闭坑矿井水硫酸盐污染规律

高硫煤矿闭坑后成为埋藏在地表以下深部的产酸污染场,对相邻含水层和周边环境造成了潜在危害,且因采动效应影响和矿井空间分布复杂导致相邻含水层的污染过程与污染程度评价困难。以某闭坑矿区为研究对象,选取SO_(4)^(2-)作为特征污染物,考虑多煤层采动裂隙对含水层结构的破坏影响,运用数值模拟技术对闭坑矿区酸性矿井水中SO_(4)^(2-)污染迁移特征进行研究,并分析流体扩散系数对含水层污染物运移的影响。结果表明:SO_(4)^(2-)在二叠系童子岩组砂岩含水层中水平迁移面积随时间增大而增大,增大速率逐渐减小,垂向渗透系数扩大10倍,空间变异性增强;闭坑5、10、15a后,最大水平迁移距离分别为215、414、612m,最大垂向迁移距离分别达到50、65、70m;而扩散系数越大,产酸时间越长,SO_(4)^(2-)迁移距离和污染范围将随之增大,相较于水平方向,垂向上SO_(4)^(2-)浓度变化对扩散系数的敏感度更高。基于模拟结果,结合闭坑矿区实际条件,针对性提出了“源头减量-过程阻断-末端治理”的综合防控与治理方案。研究结果将为该闭坑煤矿酸性矿井水污染治理与防控提供理论基础,也为其他同类矿井提供科学借鉴。

大采深高承压水条件下煤层底板突水问题及解决对策

在当前煤矿普遍面临大采深、底板高承压水、高地应力等采掘条件下,正确评价煤层底板承压水突水危险是做好防治水工作的基础。以河南省受底板灰岩承压水突水威胁的大水矿井为例,就底板破坏深度计算、突水系数计算及临界值、脆弱性指数法、不同水文地质单元的“双层水位”效应等问题进行了剖析。分析表明:在大采深和高地应力开采条件下,底板破坏深度较现有用经验公式计算得到的值偏大,一些矿井突水系数虽小于全国临界值,但回采过程中却发生了突水,脆弱性指数法有待于规范化。此外,井田范围内水文地质条件存在着时空变化,甚至会出现“双层水位”等现象。鉴于此,提出了建立大采深和高地应力开采条件下的底板破坏深度计算模型、确定矿区或矿井范围的临界突水系数值、规范脆弱性指数评价方法、查明水文地质条件的时空变化和不同单元的水动力参数、制定同各单元水文地质条件相适应的防治水措施等各项对策。

智能放顶煤技术在特厚煤层上覆含水层保护中的应用

我国内蒙古东部和新疆北部草原地区煤炭及地下水资源丰富,煤矿高强度开采形成的采动裂隙易导通强富水含水层,极易引起上覆岩层的地下水系统破坏,更容易发生突水溃砂事故,尤其含水层下综合机械化放顶煤开采的放煤高度难以控制。以特厚煤层上覆含水层系统保护为研究对象,以含水层保护和水砂灾害安全防控为研究目标,研发特厚煤层上覆含水层保护的智能放顶煤关键技术,应用井工煤矿动力突水溃砂防控技术,得出特厚煤层上覆地下水系统保护的根本途径。研发应用一种智能放顶煤技术,包括顶煤运移跟踪系统、多轮记忆放煤方法及系统。基于水文地质条件精细探查、覆岩破坏高度的实测、顶煤采放高度确定,应用多轮记忆放煤智能放顶煤技术,控制采动裂隙带高度。以应用工作面为例,应用水文地质精细探查与钻探验证、覆岩破坏高度获取、智能放顶煤技术后,在工作面回采过程中实现了上覆含水层水砂灾害的安全精准控制,有效保护了煤层上覆强富水含水层。

张双楼矿24901工作面复合水害评价与综合防治水对策

矿井突水是煤矿生产过程中最具威胁的灾害之一,工作面回采前需对面临的水害威胁进行综合评价与治理。以张双楼煤矿24901工作面为例,针对研究区面临的西翼采区底板四灰高承压、断层及陷落柱构造发育、底板四灰富水差异大等水文地质问题,通过开展四灰含水层分阶段井下放水试验、老空水现场钻孔探放、陷落柱物探钻探综合探查、室内分析测试和理论分析,揭示研究区底板四灰岩溶发育与富水规律,查明老空水积水位置、积水量以及陷落柱发育范围、导(含)水性等,并提出了老空水、西翼底板四灰、陷落柱及断层构造等复合水害综合防治技术体系。相关研究成果揭示了东部矿区普遍面临的煤层底板灰岩水及构造水等水害特征,可为研究区及相似开采条件下矿井防治水工作提供一定的理论及工程依据。

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。

鄂尔多斯盆地西缘宝塔山含水层水文地质特征

为了避免鄂尔多斯盆地西缘煤矿发生底板砂岩水害,需要掌握区域含煤地层底部宝塔山含水层水文地质特征。通过对详查、勘探、水文地质补充勘探、放水试验等不同阶段对宝塔山含水层开展水文地质探查工作,并对各阶段探查结果进行分析,认为通过水文地质补充勘探和放水试验获取的含水层地质和水文地质条件符合实际情况。研究区宝塔山含水层的平均厚度为65m,单位涌水量和渗透系数平均值分别为0.277 1L/(s·m)和0.572 3m/d,并且富水性和渗透性表现出不均一性,宝塔山含水层水位呈现出逐渐下降的趋势,宝塔山含水层地下水属于高矿化度水。通过公式计算和放水试验分析,宝塔山含水层具有良好的可疏性。研究结果表明:研究区宝塔山含水层厚度大、水位高、富水性和渗透性较强,是威胁下组煤采掘活动的主要水害类型,可以采取疏水降压的措施来避免底板宝塔山含水层水害。

不同含水率下煤岩组合体力学特性损伤规律研究

浅埋富水煤层长期受覆岩导水裂隙中地下水渗流侵蚀影响,矿井留设隔水煤岩柱及阶段间柱在水岩作用下产生力学损伤劣化。开采活动进一步加快损伤进程,并直接关系到工作面的稳定及安全生产。以陕西榆林锦界煤矿煤岩体为研究对象,制成砂岩-煤-砂岩(S-M-S)组合体,开展不同含水率条件下单轴压缩试验,揭示水岩作用下煤岩组合体的含水率变化规律、力学行为演化特征和声发射损伤规律,基于电镜微观扫描图像,分析水岩作用下组合体内部结构损伤劣化机理。研究结果表明:煤岩组合体吸水速率随着浸水时间的增加不断降低;水岩作用对煤岩组合体抗压强度和弹性模量有明显的劣化效应,组合体弱余强度随含水率增加不断降低,强度损伤速率随着含水率的提高不断加快;组合体的声发射计数和累计计数在水岩作用下衰减明显,并伴随组合体损伤破坏整个过程;水岩作用致使组合体内部结构原生链钝化,裂隙扩展,破裂形式发生明显改变。研究结果可为采动影响下煤岩矿柱水害预测评价提供指导。

水文地质灾害防治对煤矿安全管理的重要性

随着社会和煤炭工业的快速发展,煤矿生产的安全性问题日益引起人们的关注。本文详细阐述了矿井水文地质工作的主要任务,分析了矿井地质防治水工作中面临的挑战,并提出煤矿地测防治水工作的优化措施,旨在为矿井管理者提供科学的防治策略和技术支持,以强化矿井安全生产管理。

适合矿井防治水的水泥基化学复合材料研究

深层煤矿井开采过程中极易出现巷道涌水等事故,为了解决传统水泥基支护材料硬脆性强、韧性差以及抗渗能力弱的问题,以醋酸乙烯酯和聚乙烯醇为主要原料,在乳化剂OP-10和SDS的作用下,制备了一种改性聚合物乳液PVEA-1,并将其与水泥、粉煤灰、砂和PVA纤维等材料相结合,制备出了一种新型水泥基化学复合材料。考察了水泥基化学复合材料的基本物理性能、力学性能和抗渗性能,结果表明,改性聚合物乳液PVEA-1能够有效提高水泥基化学复合材料的流动度和保水率,并且随着PVEA-1加量的不断增大,水泥基化学复合材料的抗压强度逐渐降低,抗折强度先升高后降低,压折比先降低后升高,吸水率逐渐降低。当PVEA-1的加量为8%时,水泥基化学复合材料的综合性能较好,具有较高的韧性和抗渗能力,能够作为深层煤矿井防治水的支护材料使用。

榆神矿区面临的水文地质问题及其精细勘查

针对榆神矿区在地质勘查阶段水文地质勘探程度不足,难以满足现代化煤矿建设和生产需求的问题,在补充勘探时应做好浅埋煤层的精细勘查。在分析榆神矿区现阶段面临的主要水文地质问题的基础上,明确了水文地质精细勘探的必要性和主要勘查内容,认为需要对萨拉乌苏组、烧变岩、直罗组砂岩、洛河组砂岩等主要含水层进行重点勘探,查明其厚度、分布、岩性、孔隙裂隙发育特征、水文地质参数等,进而查明煤层及其与含水层、隔水层的空间赋存关系,精准确定小煤窑的采空区范围,编制各类等值线图,预测矿井涌水量。通过水文地质的精细勘查,能够为煤矿安全高效生产提供详细数据和资料,进而实现矿井水害防治和地下水资源保护。

古河道砂岩含水层水资源保护与水害防治方法

鄂尔多斯盆地开采侏罗纪煤层的矿区有24个,原煤产量占全国的45%左右,随着开采深度的增加,煤层顶板直罗组古河道砂岩含水层成为煤矿突水的主要水源。直罗组砂岩含水层富水性相对较弱,但采动条件下释水效应显著,成为长期、持续提供煤矿矿井水的主要突水水源。同时,该区属于生态脆弱区,水资源相对短缺,如何有效利用有限的水资源,无疑是矿区地下水系统保护和生态环境保护的重要基础。以榆神矿区及曹家滩煤矿为例,提出了古河道砂岩含水层研究技术路线、主要研究内容和研究方法。应综合运用沉积学、水文地质学和矿井防治水理论,辅助必要的野外地质调查、典型剖面实测、水文地质及环境地质典型要素专项调查、钻探、物探测井和采样测试、数值模拟等方法,重点开展古河道砂岩含水层沉积演化及物性特征、古河道砂岩含水层地下水系统特征、古河道砂岩含水层与煤层开采互馈机制等3个方面的研究。神府南区研究实践表明,直罗组下段古河道砂体规模巨大且具有良好的孔隙、裂隙结构特征,具有良好的地下水储存和运移性能,总体上以红碱淖—尔林兔—锦界一线为轴线,呈NW-SE向带状展布。延安组第四段、第五段遭受了直罗组古河道冲刷。主河道区域富水性强于分支河道和分流间湾区域,是矿井涌(突)水危险性较大区域,应做好水害防控。

煤矿矿井水污染源自动监测及综合防治技术研究

煤矿开采造成了矿井水污染问题,威胁人们的身体健康,为此,研究煤矿矿井水污染源自动监测及综合防治技术。以陕西省西安市彬长矿区为研究区域,分析该矿区的基本概况。对研究区域矿井水污染源开展自动监测,分析矿井水污染的主要来源。利用化学物质对水入射光线的吸附与分散效应进行水质参数监测,根据监测结果通过从源头控制、污染治理、矿井水资源化和优化排放方式四个防治措施实现研究矿区矿井水的综合防治。实验结果表明,所提方法的污染源监测精度较高,监测误差能够控制在1%以内,应用效果较好。

论《煤矿防治水细则》中的“勘探清楚”问题

煤炭精准开采,必须详细查明地质条件,尤其是涉及矿井灾害的地质条件,达到“勘探清楚”的程度。针对《煤矿防治水细则》提出的“勘探清楚”等问题,剖析了“勘探清楚”的科学内涵。厘定了“勘探清楚”应查明的内容和定性、定量描述的内容。认为“勘查清楚”应该是在定量划分含水层与隔水层基础上,对含(隔)水层的几何形态清楚、物质组成清楚、内部结构构造清楚、煤层与含(隔)水层空间组合关系清楚、地下水形成与演化机理清楚等。分析了目前煤矿水文地质勘探程度认识的误区,包括“组”与含水层的关系、岩性与含水层的关系、抽水试验层段等误区和问题。以鄂尔多斯盆地直罗组为例,指出了煤矿水文地质勘探中的含水层、隔水层及其识别问题,认为在煤矿生产阶段,应加强钻孔、测井曲线、物探、采掘揭露等探采数据的二次挖掘,加强水文地质补充勘探过程中的专题研究工作。

贵州省腾龙煤矿溃水溃矸事故形成机制分析

腾龙煤矿10903工作面发生了离层水导致的溃水溃矸事故,通过事故现场、涌水情况、溃入物质及支护变化进行了事故类别判断。为研究溃水溃矸的形成机理,通过分析工作面顶板地质结构及含水层特征,阐明了工作面发育离层水的地质条件;基于采场顶板覆岩组成、离层相似模拟试验,指出煤层上部的长兴组灰岩是控制覆岩形成离层空间亚关键层,长兴灰岩水是离层水的主要补给水源。分析研究了事故发生前工作面迎头构造发育、采掘及顶板支护变化,指出离层水发育、断层破坏及支护缺陷导致顶板碎裂岩体架前切冒,形成了溃水溃矸。

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。

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。

动、静结合法在矿井涌水量中的应用

正确预测矿井涌水量有助于合理布设排水系统,正确选择防治措施,防止淹井等灾害的发生。以榆神矿区杭来湾煤矿为研究对象,结合其302盘区首采工作面30201工作面充水特征、两带发育高度特征,分析了30201工作面开始回采至回采结束期间涌水量变化特征,并通过水化学分析和长观孔水位分析的方法对30201工作面涌水来源进行了识别,确定了工作面属于兼有静储量和动态补给量的涌水类型,以此引出“动、静结合法”进行302盘区涌水量预测,以已知30201工作面涌水量为依据,反求给水度,再以相邻工作面实际涌水量为参考,验证所取参数的合理性,以最终确定的水文地质参数对未来5年302盘区的涌水量进行预测,结果显示未来五年302盘区将提供1003.21m3/h的正常涌水量,1304.17m3/h的最大涌水量。研究可以为充水条件相似矿井涌水量预测提供参考。

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。

煤矿防治水作业中定向钻探技术研究

煤矿井下积水会增加井下气体浓度,影响井下作业安全,防治水可以及时排除井下积水,保障井下作业人员的生命安全。主要利用定向钻探技术,探查煤矿内老空积水现象、探测煤炭作业面底板承压、顶板水的探测技术、定向探水钻孔、开展注水耐压试验,保证煤矿防治水作业更顺畅,保障了井下安全生产和地面地下水环境的安全。