巴拉素井田煤层富水性分区及水量预测

针对陕北侏罗纪煤田榆横北区内巴拉素煤矿2号煤层水的特殊赋存运移形式,通过理论分析、计算预测、模拟实验等方法,对其水资源量、富水性分区及矿井涌水量进行研究,探索了研究区内2号煤层水特征;根据影响富水煤层的煤层厚度、煤心采取率、煤层孔隙度、煤层顶板含水层厚度及底板隔水层厚度5项主控指标,结合ArcGIS软件和层次分析法(AHP)对研究区2号煤层进行富水性预测分区,并对不同工况条件的井下掘进(含井筒、巷道)、回采工作面涌水量进行预测。结果表明:估算的研究区2号煤层水静储量约0.665亿m^(3),动态补给水量约362m^(3)/h,煤层水整体呈衰减趋势;2号煤层富水性分为相对强、较强、中等、较弱和弱5类富水区。

榆横北区富水煤层与上覆含水层的水力联系

煤层水害作为一类特殊问题在陕北侏罗纪煤田榆横北区内屡有发生。以区内巴拉素煤矿2号煤层水为主要研究对象,对煤层水的补给来源和形成条件进行研究,结合现场采样、室内测试、理论分析、远程监测等方法手段,具体开展了各类水体的离子组成特征、矿化度特征、氢氧同位素特征、离子组合参数特征研究,并通过煤岩接触关系、抽水试验及水文监测成果分析,发现了研究区2号富水煤层与其上覆含水层的水力联系。结果表明:研究区地下水系统主要以侏罗系安定组为界,将浅部的第四系、白垩系洛河组含水层水与深部的侏罗系直罗组及含水层水分为两类。其中,2号煤层水与其上覆直罗组、延安组含水层水联系紧密,其水质类型均为Na_(2)SO_(4)型。结合顶板砂岩与2号煤层的赋存形式、煤层水疏放与顶板直罗组含水层水位变化情况等关联分析,认为巴拉素井田2号煤层水主要源于上覆侏罗系直罗组、延安组砂岩裂隙含水层水的垂向下渗补给。研究成果可为区内煤层富水机理和赋存规律研究提供理论参考。

巴拉素煤矿2号富水煤层水理性质分析

陕北侏罗纪煤田榆横北区的巴拉素煤矿2号煤层水害严重威胁矿井安全。以区内巴拉素煤矿2号富水煤层为研究对象,阐明了2号煤层水的赋存、运移形式。结合其他非富水煤层,即巴拉素煤矿3号煤层、大海则煤矿2号煤层,利用采样实验、数据分析等方法,通过对比研究水理性质,总结了各煤层的容水度、透水性、给水度和持水度特征。研究结果表明,巴拉素煤矿2号煤层水赋存于煤层内部发育的孔隙、裂隙中,随煤层起伏变化由高向低流动运移,并趋于稳定状态;在外部因素影响作用下,大量煤层水瞬间涌出。对比各煤层水理性质的主要参数,巴拉素煤矿2号煤层容水度比其他煤层大30%~50%,渗透系数是其他煤层的近2倍,给水度比其他煤层大30%~40%,而持水度小40%~60%。由此认为,巴拉素煤矿2号煤层具有良好的内部空间和通道,有利于地下水的存储和运移,且其煤层内部结合水含量少、重力水含量多,更有利于水体的释放流出,而其他煤层则不具备该条件。研究成果可为区内2号煤层富水机理研究提供理论依据。

榆横北区巴拉素井田富水煤层微观特征研究

陕北侏罗纪煤田内的煤层富水问题较为特殊,严重影响着矿井安全生产。针对榆横北区巴拉素煤矿2号富水煤层微观结构特征,开展了孔渗分析、扫描电镜、核磁共振、CT扫描等实验研究,对比其他富水煤层,发现了2号富水煤层的微观特性。结果表明:巴拉素井田2号煤孔隙度相对最高,在30.16%~31.93%之间,平均约30.89%;除了各煤层普遍存在的生物孔和摩擦孔,2号煤层内还发育有表征活跃地下水活动的溶蚀孔,同时微裂隙的类型、数量也相对较多,其内部孔隙中可自由活动的重力水含量最高(高约10%以上);结合水为其他煤层内部水体主要赋存形式,相同孔径的孔隙占比中,巴拉素2号煤层仍最具有最大优势(16%);相对于同井田3号煤层和相邻大海则井田2号煤层,巴拉素井田2号煤层具有较好的微观孔隙数量和空间,由此也反映出2号煤层具备存储和运移地下水的优势介质条件。

E-E_(x)广域电磁法横向约束反演

针对E-E_(x)广域电磁法反演剖面横向不连续性问题,在原有Occam反演的基础上添加了相邻测点约束项,使得在模型反演过程中不仅仅考虑到了反演模型的纵向光滑性,同时尽可能使横向相邻测点反演剖面具有连续性。当存在测井先验资料时,该约束项可实现对钻井附近测点的纵向约束,其余测点则通过上一测点进行约束,从而改善反演剖面的横向连续性。为了充分利用先验资料及减小剖面反演误差积累,采用测井附近的点或电场值较稳定的测点为剖面分割点,对整条剖面进行分段反演,可减小累积误差。采用一维横向约束反演目标函数,先后通过进退法和黄金分割法求取拉格朗日乘子。一维模型测试结果显示,采用参考点约束的反演收敛速度更快,反演电阻率在中间层更趋近于模型本征电阻率。二维模型测试结果表明:采用横向约束反演得到的剖面电阻率连续性好,电阻率剖面更光滑。基于横向约束的反演对于地层的精细分层和定量解释优于广域视电阻率解释断面。实际数据反演时,可首先对实测数据进行预处理和光滑,计算广域视电阻率,以此作为反演的初始模型,能够快速收敛到真实模型。最后,对山西某处广域电磁法野外实测资料进行了反演,结果表明:一维横向约束反演比广域视电阻率在横向上连续性更好,纵向分层能力强,该结果和实际出水点以及已知采空区吻合较好,与实际地质情况符合,表明该方法能够改善实测资料的反演效果,提高广域电磁法在煤矿水文地质方面的勘探精度。

基于井下复合物探技术的煤层底板富水异常区探查

针对平煤八矿己组煤开采过程中底板寒武灰岩水害问题,在西大巷选用井下瞬变电磁和直流电法复合技术探查了己组煤底板寒武灰岩含水层的赋水性,确定西7点以西的7个地段为富水异常区,经西7点以西160,350,560,740,855,1 320,2 010 m处施工7个深度为150 m的检验孔验证,全部涌水且总涌水量达300 m3/h,说明了井下复合物探技术所确定的富水异常区完全符合实际.

穿越富水煤层段井巷防治水技术研究

为解决陕北侏罗纪煤田内个别矿井受到的严重煤层水害问题,以榆横北区巴拉素井田为例,对其井巷工程穿越富水煤层段防治水技术进行研究。巴拉素井田2号煤层裂隙发育、沟通联系密切,局部存在高压强富水地段,通过井上下联合的钻探、注浆工程对其巷道通过富水煤层段进行水害超前防治。具体主要采用钻孔探查、帷幕注浆、水化学测试、理论分析、孔中窥视、揭露验证等方法,探究了该类水害条件下的矿井防治水技术。结果表明:井下局部煤层水压可达3.81 MPa,单孔最大涌水量198 m^(3)/h;通过钻孔高压注浆形成局部阻水帷幕,单孔起压至约10 MPa可完成煤层水封堵;治理后的钻孔出水pH值在12.20~12.58,平均约12.32,呈强碱性,水质类型大多为OH·SO_(4)-Ca·Na型,证明其注浆材料已充分进入煤层裂隙中;各钻孔之间存在水力联系,结合一次注浆、二次扫孔后的地面注浆压力、钻孔水量水压等数据变化情况,分析判断其封堵效果良好,计算总水量衰减约97.5%以上;通过钻孔窥视进行直接观察,发现注浆治理后的煤岩层段裂隙基本不再出水;根据施工验证钻孔发现注浆改造区域钻孔涌水量不足1 m^(3)/h,巷道实际揭露时的掘进涌水量为1.2 m^(3)/h,最终实现了掘进巷道通过富水煤层段的煤层水害有效防治。本次研究针对陕北侏罗纪煤田榆横北区的煤层水害隐患,提出了“钻孔探查、地面制浆、井下注浆、测试分析、窥视验证”的综合防治水技术,确保了矿井巷道通过2号富水煤层段的安全掘进,为区内条件类似矿井的煤层水害防治工作提供了实际借鉴依据。

工作面底板双含水层富水性的矿井瞬变电磁探测

杨村煤矿十采区10605工作面受底板承压双含水层的影响。为了查明底板双含水层的富水性,指导矿井防治水工作,在工作面上巷、下巷、切眼进行了底板瞬变电磁探测,获得了巷道断面图、底板不同深度含水层的水平切片图。探测成果表明底板十三-十四灰和奥灰的富水性不均一,呈现西部较强,东部较弱的特征。经验证,效果较好。为施工十三-十四灰疏水钻孔奠定了基础。

沙漠区浅埋煤层上隐伏富水区的探测技术

沙漠区浅埋煤层上覆风化基岩隐伏富水区具有埋藏浅、富水不均匀的特点,易对其下部煤层开采带来涌水溃沙的安全事故。采用传导类高密度电阻率法进行探测,在克服电极接地电阻大的难点后,可以获得高质量的原始数据,对原始数据进行带圆滑限定条件的最小二乘法反演,并在位于毛乌素沙漠区的韩家湾煤矿风化基岩富水区的探测中进行实践应用,原始数据中无法分辨的富水异常区,在反演结果中较为清晰,且得到了钻探,为煤矿防治水工作作出了贡献。

浅埋煤层薄基岩富水区域综采面初采安全技术与应用

鉴于哈拉沟煤矿22206工作面浅埋深、薄基岩及富水区域的复杂条件,为预防顶板切落、涌水溃沙等灾害,确保工作面初采阶段的安全开采,开展了工作面顶板矿压监测。结果表明:工作面顶板第二次来压期间顶板充分垮落切顶形成贯通裂隙、地表塌陷,工作面来压强度明显大于顶板初次来压;同时从水文地质保障、来压预测预报、工程质量保证和工作面推进速度控制等方面开展顶板灾害防治技术研究,提出了提前疏放水、施工地表水文观测孔、施工顶板注浆加固工程、强制放顶、优化工作面排水系统和储备应急物资等5项工作面初采过薄基岩富水区的安全技术措施。

综合物探方法探测工作面隐蔽灾害的应用研究

为了查明回采工作面的地质构造及煤层富水情况,以排除回采时的隐患,通过采用物探方法对工作面进行探测。采用无线电波坑道透视法、矿井音频电透法以及瞬变电磁法3种物探方法,对工作面进行了综合勘探。结果表明:瞬变电磁法对富水性区域反应良好,而无线电波坑道透视法和矿井音频电透法对富水性较弱的构造也有较好的响应,其中无线电波坑道透视法对陷落柱探测比较准确,而矿井音频电透法偏向于断层的探测。

袁大滩煤矿含(隔)水层特征及充水因素分析

通过分析煤层上覆岩层的含(隔)水性及各层间的水力联系规律,划分了三个含水层段和二个相对隔水层段,确定了第二、第三含水层段为矿井的直接充水水源,结合相邻矿井的工程实践,提出了防治水对策。

薄煤层工作面突水分析及治理

为了解决王河煤矿10902薄煤层工作面突水问题,通过分析该工作面水文地质条件及构造分布,采用理论分析和瞬变电磁物探技术手段,对工作面突水原因进行研究,找出10902工作面出水区域中的富水区,并利用现场注浆的措施对富水区域进行治理。治理结果表明:工作面出水量由原来349m3/h的减小为130m3/h,堵水率为63%,治理效果良好。

物探与钻探在煤矿防治水方面的应用

为避免含水层对煤矿安全生产的影响,采用井下直流电法圈定了煤层顶板含水层的富水异常区:A、B、C共3个区域。其中B异常为本区最大异常,A异常次之,C异常最小。再利用钻探方法进一步验证了在B异常附近有少量出水,A、C异常附近均无出水,符合物探成果。利用物探与钻探相结合确定富水异常区及出水量的方法,为煤矿安全开采提供有力的依据。

瞬变电磁法和激光雷达扫描微动勘探联合探测煤层富水区的应用

地下水在岩石中流动时,会对岩石产生物理和化学作用,如溶蚀、侵蚀和搬运作用,这些作用会加剧岩石的裂隙化和断层的活动,导致煤层富水区勘探难度增加。而通过瞬变电磁法精确测量地下介质对电磁脉冲的响应,结合激光雷达高精度监测地表高程变化和微小震动,可以实现对深部和复杂地质条件下煤层富水区的精确识别与地表形变预测。以国能榆林能源郭家湾煤矿为例,研究瞬变电磁法和激光传感微动勘探联合探测煤层富水区的应用。根据岩层分布深度在地表搭建电磁信号发射装置,通过介质反射扩散原理来探测视电阻率变化,获取实时感应到的电阻率变化数据。利用激光雷达扫描的数据,得到补充的微动勘探短剖面。结合电阻率的变化和微动勘探短剖面,进行联合分析,以约束电阻率的特征与微动勘探短剖面的分析。根据分析结果,可以精确划定煤层顶板的富水区范围,实现煤层顶板富水区勘探。实验结果表明,这种联合方法能够很好地分析煤层顶板的富水性,对煤层顶板富水区分布勘探结果与实际结果完全一致,勘探精度达到100%。因此,联合勘探方法具有良好的应用效果,实际应用价值较高。