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。

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。

循环水浸作用下煤体孔隙与损伤演化机制实验研究

煤柱坝体作为矿井采空区水库的主要承载结构,在多场耦合影响下的损伤失稳机制直接制约采空区水库的长期安全稳定运行。本文借助核磁共振(NMR)研究了“单侧”浸水条件下不同次数循环浸水下煤样T2谱图、孔喉、孔隙率变化和核磁图像演化规律,分析了单侧循环浸水次数不断增加下煤样内部孔隙演化规律以及单轴压缩破坏形态特征,揭示了煤样水浸损伤破坏机制,结果表明,随循环浸水次数的增加,煤样孔隙数、孔喉占比、孔隙率均保持增长的态势,分别增长了67.18%、3.48%、3.49%。煤样单轴抗压强度与残余强度逐渐减小,煤样的平均峰值强度由15.74 MPa依次下降到11.76、9.65、8.41 MPa,循环浸水9次煤样相较于初始状态煤样的平均单轴抗压强度下降46.56%,平均残余强度从未循环浸水的5.55 MPa依次下降到3.08、2.44、0 MPa。煤样单侧循环浸水水分子由浸水侧逐渐向煤样内部渗流,最后扩展至整个煤样,进一步造成孔隙率增加。长期的循环浸水对煤样的软化作用十分显著。研究结果为采空区水库空间结构稳定性控制提供了科学依据。

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。

基于差分进化算法的旧采空区水分质利用优化配置

大部分矿井水污染程度低,稍加处理即可供饮用、工业、农业、生态等使用。焦作煤田吴村矿旧采空区水可供水量为718 m^(3)/h,矿区周围饮用、电厂、灌溉、养殖、生态等用户需水量为1073.74 m^(3)/h,旧采空区水仅能满足66.87%的用水需求;旧采空区水需处理达标后才能供给用户,不同用户的水处理工艺和费用差异较大,依据水质优化配置旧采空区水量具有重要意义。目的为了实现矿井排水综合利用效益最大化,方法以焦作煤田吴村矿旧采空区水为研究对象,在计算其供水量和分析水质基础上,结合矿区周围饮用、电厂、灌溉、养殖、生态需水量及水质要求,构建718 m^(3)/h旧采空区水分质利用优化配置数学模型,并利用差分进化算法求解。结果结果表明:灌溉期分配饮用水6.00 m^(3)/h、电厂用水334.95 m^(3)/h、灌溉用水353.89 m^(3)/h、养殖用水19.76 m^(3)/h、生态用水3.40 m^(3)/h;非灌溉期分配饮用水6.00 m^(3)/h、电厂用水688.84 m^(3)/h、灌溉用水0 m^(3)/h、养殖用水19.76 m^(3)/h、生态用水3.40 m^(3)/h时,旧采空区水分质利用年收益最大。结论研究结果可为类似矿井旧采空区水和矿井排水资源化利用提供借鉴。

西南地区急倾斜薄煤层充水采空区地面注浆堵水工艺研究及应用

针对金沙水电站蓄水区南岸的相关煤矿采空区的治理,选择帷幕注浆堵水为治理方案。通过钻孔将水泥浆充填采空区及其上部裂隙,切断金沙江与矿井之间的径流通道,其中帷幕孔注浆采用水泥-水玻璃双液浆注浆工艺,一般注浆孔采用水泥浆单液注浆工艺。室内凝结时间检测试验的结果中,水泥浆的终凝时间随着水灰比的增大而逐渐从500 s以上下降到20 s左右,根据试验结果确定了合适的水泥浆配比。注浆堵水质量检测得到4组水泥芯体的采空区无侧限抗压强度均值分别为1.21、1.21、1.36、1.29 MPa,注浆段波速值为365~384m/s。抗压强度大于1 MPa,横波波速大于350 m/s,表明注浆堵水工艺实施后的质量评价结果整体满足要求,具有可行性与实用性。

综放开采下组煤首采面上覆老空水探查及突水危险性评价

为了探究左权五里堠煤业上组煤老空区富水性及其对下组煤首采工作面突水的危险性,以下组煤首采面为研究背景,系统分析了研究区上下2组煤层顶底板岩性组合及水文地质条件;根据物探探测结果,在下组煤首采面巷道先后施工了20个探放上组煤老空水钻孔,发现上组煤老空水存在局部水量大、水压高、富水性分布不均的特点。在此基础上,建立了上下组煤层开采顶底板的工程地质数值模型,采用数值模拟方法对上组煤和上下组煤开采完毕后的应力场及塑性区场变化特征进行了对比分析,得到上组煤层开采后底板破坏深度为11 m,下组煤开采后导水裂隙带高度为112 m,没有波及上组煤底板破坏深度范围,与首采面实测涌水量反映的规律是一致的。根据首采面及附近2个钻孔的资料,采用2种相关经验公式类比计算了下组煤开采导水裂隙带高度,优选了可靠性较高的经验公式。

采空区充水活化及覆岩变形规律试验研究

为了研究充水情况下老采空区“活化”机理及覆岩运动规律,基于相似理论制作了采空区相似材料模型,通过人工注水的方式模拟采空区垮落带浸水状态,进行了煤层开采及充水条件下覆岩沉降变形观测,对采空区充水后上覆岩层变形规律、覆岩破坏形式进行研究。结果表明,煤层被开采后,自下而上会产生垮落带、断裂带和弯曲下沉带,采动破坏岩石会支撑上覆岩体,使得采空区边界存在空洞区域;煤层开采后的老采空区存在大量空洞、空隙,充水后采空区覆岩会发生“活化”,垮落带破碎岩石进一步压实,离层裂隙中间区域的压密程度高于两侧,随着充水时间延长,覆岩裂隙逐渐拓展,且采空区充水第一次观测时沉降量较大,之后岩层沉降量变化有减小趋势;采空区充水后垮落带上方岩层沉降量最大,覆岩越靠近地表,采空区充水对覆岩影响程度越小。

煤矿采空区水文地质灾害勘查技术研究

为加强煤矿防治水工作,防止和减少水害事故,保障煤矿职工生命安全,利用Tsikl-7瞬变电磁仪器,采用瞬变电磁法,对某煤矿采空区水文地质灾害进行了勘查,通过研究,为某煤矿划定了采空区、地层含水区及构造区10处,取得了该片区的煤层、含水区的电性参数,确定了某煤矿断层F_(603)为含导水断层。

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。

山西三元煤业充水因素与防治水对策研究

矿井涌水会恶化采掘工作面的工作环境,引发灾害,严重影响矿井的安全生产和职工的生命安全。为了保证三元煤业的安全生产,对该矿3号煤层开采过程中涌水量与各个充水因素进行综合分析,认为大气降水对矿井涌水量的影响较小,可以忽略不计;产量和回采面积对矿井涌水量具有一定的影响,但总体上影响不大;矿井涌水量主要受采空区积水影响。在此基础上提出了加强基础地质资料收集、采用物探和钻探技术手段加强对采空区积水探测等防治水对策,为矿井的安全生产奠定了基础。

瞬变电磁法在某煤矿工作面水害超前预测中的应用

针对某煤矿工作面水害勘探问题,首先分析了区域内水文和地质情况,再根据瞬变电磁法基本原理,制定了工作面物探方案,并对物探结果进行反演分析。分析结果表明,工作面上部积水区位于走向400~1200m,是上覆煤层的采空区呈东低西高的特征导致。经过钻探,对积水区边界进行验证,确定积水区域为工作面走向420~1200m,根据出水特征分析,水源确为老空水。钻探结果和物探结果基本一致。

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。

平煤十一矿隐蔽致灾因素及防治措施研究

煤矿安全生产是工业生产的重要组成部分,安全隐患是煤矿事故的直接原因。采用生产揭露、物探、钻探、井下观测及分析计算等方法,对研究区构造类、地质类和工程类等隐蔽致灾因素进行了详细研究,确定了矿井主要隐蔽致灾因素,并根据致灾因素情况和特点提出了针对性的防治措施。结果表明,十一矿主要隐蔽致灾因素为断层、灰岩承压水、老空水和瓦斯,这些因素威胁着矿井安全生产,需要结合不同地质因素建立台账、分类管理,合理安排致灾计划,更好地服务于矿井安全生产。

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。

禹州大刘山煤业采空区水害防治技术研究与应用

禹州市大刘山煤业有限公司为兼并重组矿井,存在附近老窑多,采空区错综复杂和部分地点水文地质情况不明等问题。针对这一情况,为保证大刘山煤业安全生产,采用物探与钻探相结合的方法对该矿采空区积水进行探查,圈定了3处电阻异常区,并施工了17个钻孔进行验证和采空区积水疏放,最终疏放积水7.9万m^(3),有效地保证了后期采掘作业的安全。

基于定向钻进技术的随钻测量系统在煤矿中的应用

针对中国大部分矿区高瓦斯突出或矿井涌水量大等问题,在探放水、瓦斯抽放、地质勘探和超前探等钻孔施工时必须钻进到精确的位置以保证瓦斯抽采效果、寻找到含水区域和地质构造区域。但在煤矿井下定向钻孔施工过程中,由于煤岩层赋存状况变化、施工工艺落后、设备精度不高等原因,会容易导致钻孔轨迹偏离原设计方向,甚至误差巨大,误导地质分析,产生安全隐患。因此,煤矿井下基于定向钻进技术的随钻测量系统得到广泛应用,其钻进工艺、测量精度和测量结果能够满足实际使用需要,并在老空水疏放定向钻进工程中取得了较好的应用效果,对钻孔施工质量、效率和安全生产等方面发挥着重要作用。

基于定向钻孔的探放水技术在红会第一煤矿的应用分析

针对红会第一煤矿采空区水害治理,根据水文地质概况和采空区位置,采用了定向钻进工艺对探放水钻孔进行了设计及施工。主孔及分支孔均按设计要求进入了目标区域,最大孔深达561 m。结果表明,定向钻孔探放水技术具有轨迹可控、定位精度高、延伸距离长等优点,实现了精准探测的目标,为工作面的安全回采奠定了基础。

东峰矿8101工作面并行电法探测顶板富水区技术研究

煤矿开采过程中,煤层上覆采空区积水是造成透水事故的重要因素之一,严重影响下部工作面的安全生产。为了实现东峰矿8101工作面的安全生产,通过分析工作面的地质和水文地质条件,采用并行电法探查了8号煤层顶板不同高度的富水性,查明了上覆7号煤层采空区低洼地带呈“Y”字型分布。在上顺槽通尺350、370和390 m处向下顺槽方向顶板施工3个探查钻孔,对采空区积水进行疏放。成孔时的钻孔总涌水量为9.2 m^(3)/h,经过11 d的疏放,最终涌水量之和减小到0.8 m^(3)/h,实现了8101工作面的安全开采,为其它工作面探查顶板富水异常区提供了经验借鉴。

某矿区采空区及老窿积水区调查与治理技术措施研究

某矿区因长期无序、掠夺式开采,形成了大量不明的未处理层群采空区和老窿积水区,在复杂的层群空区条件下,造成矿区大面积地压活动和矿区透水事故隐患,是该矿区后续安全生产中面临的首要重大安全隐患。文章结合对前期该矿区采空区及老窿积水调查情况的整理,并通过对采空区及老窿积水区探测技术、空区治理及井下防治水技术的分析研究,提出了采用EH4大地电磁测深法与瞬变电磁法联合探测方法进一步探明采空区及老窿积水区的可行性,为矿区后续采空区及老窿积水区探测与治理提供参考。