基于降雨量数据的程潮铁矿涌水量时序性预测模型

无底柱分段崩落法开采必然形成大范围的地表塌陷区,所分布的导水裂隙将导致大量的地表降水向下渗透,引起巷道涌水量骤增,程潮铁矿现已进入-500 m开采水平,大气降雨与崩落法开采所引发的裂隙持续动态发展之间的相互作用机制十分复杂。因此,为科学准确地预测井下涌水量,本研究提出了一种以降雨量为输入数据的涌水量灰色GM(1,2)时序性预测模型。以程潮铁矿2019—2021年的降雨量、涌水量实际数据为训练样本,充分考虑崩落法开采对上覆岩体的持续影响,引入时序性系数K对模型进行优化,最终建立的灰色GM(1,2)时序性预测模型与传统的GM(1,2)预测模型相比,预测精度平均提高了7.79%。运用该模型对2022年的涌水量进行预测检验结果表明,其旱、雨两季的预测精度分别为93.51%、93.58%,预测效果较好。研究成果是通过地表降雨量数据直接预测矿山井下涌水量数据的一种有效方法。

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。

“释水—断面流”法在矿井涌水量预测中的应用——以鄂尔多斯盆地南缘核桃峪煤矿为例

我国煤炭生产重点逐步西移,西部鄂尔多斯盆地地区既面临水资源短缺问题,又面临严重的矿井水害威胁。在煤矿采掘过程中,能够精准、动态预测矿井涌水量,是预防矿井涌(突)水事故的关键。目前,煤矿最常用的一些矿井涌水量预测方法,如水均衡法、解析法、相关分析法、水文地质比拟法等,因其局限性导致预测误差较大。在前期研究发现,矿井涌水通常由冒裂二元结构体自身释水与其四周外侧边界对称断面释水叠加而成,释水(冒裂含水层自然疏干)持续时间相对较短,随顶板冒裂周期性发生,是间歇性的;边界过水断面汇(渗)水通常是持续的。核桃峪煤矿8号煤开采导水裂隙带直接向上发育能够导通洛河组下段含水层而导致承压水涌入矿井,成为矿井涌水主要威胁。为了精准、动态预测其矿井涌水量,基于前期研究推导的矿井涌水量预测“释水-断面流”公式,充分考虑矿井采掘以及顶板覆岩移动特征,根据顶板岩层冒裂规律对鄂尔多斯盆地南部核桃峪煤矿矿井涌水量进行动态预测。预测结果与实测涌水量相比,其相对误差为11%~23%,较传统解析法的计算精度显著提高。研究成果可为工作面回采过程中不同阶段矿井涌水量的动态预测提供方法基础,为矿井防治水工作开展和合理配备防排水设施提供依据。

流入型洞穴——山东沂源九天洞初步研究

九天洞是一个典型的直接由外源水补给形成的流入型洞穴。洞内大片分布的石花起源于四大古水池沉积物的存在。九天洞发育于第四纪早更新世晚期至中更新世早期,经历过成洞期、残余水流(古水池)活动期(中更新世中、晚期)石花发育期(晚更新世以来)和主要滴石、流石(含浅水池)沉积期(晚更新世晚期至今)等发育阶段。今日的九天洞又是一个残余洞穴,已被完全蚀去的近流入口段的洞穴长度不小于200m,约占洞穴全长的37%。九天洞及其洞穴群的景观资源价值和科学价值,在我国北方喀斯特洞穴中占有重要的地位。

控水采煤技术原理、关键技术及在砂岩含水层下综放开采实践

针对我国煤矿水文地质及采矿条件千差万别、水体类型错综复杂的现状和水体下压煤开采的工程实践,详细阐述了控水采煤技术的思路、技术原理、技术原则和关键技术,即综合考虑煤矿安全和经济合理等重要因素,针对不同充水能力与补给条件的含水层,通过钻孔预先疏放一定量的含水层静储量,同时采用采动裂缝垂向导水性的差异和滞后压实的特性,实现涌水量大小和形式可控。该技术解决了传统的水体下采煤留设不同类型防水煤岩柱技术而造成煤炭资源的大量损失,或者单一采用含水层疏降技术不仅容易形成人为导水通道,而且过量的钻孔对含水层的疏放增加矿井涌水量及排水费用,同时导致地下水位大幅度下降,使矿区生态环境遭到严重破坏等问题。将控水采煤技术与综放开采工艺特点相结合,应用到内蒙古铁北煤矿半固结砂岩含水层下综放控水开采实践中。研究结果表明:针对铁北煤矿煤层顶板砂岩含水层的赋存状态与富水程度、不同采动覆岩破坏程度、主采煤层与含水层的空间关系,基于控水开采采前预疏与边采边疏相结合的技术原则,利用综放开采采场沿煤层底部布置,放煤厚度灵活调整可控的特点,提出的“顶水开采与疏干或疏降开采相结合、先疏后采与边采边疏相结合、钻孔疏干或疏降与回采疏干或疏降相结合、分段控制放顶煤开采厚度与含水层疏降程度相结合”控水采煤的总体方案是可行的,实现了3~8 m阶梯型采厚安全开采,既控制了工作面的涌水量、改善了工作面作业环境,又有效防止了突水溃沙灾害的发生,取得了综放控水安全开采的成功。

特殊构造条件下煤炭综放开采顶板涌水机理及防治

煤炭资源开采中采场顶板水水害是威胁工作面安全生产的灾害之一。以兖州矿区东滩煤矿综放开采14310工作面在回采过程中的涌水情况为例,在分析地质和水文地质条件基础上,从构造控水机理出发,分析了工作面特殊构造条件下顶板砂岩含水层的赋存规律和涌水规律,实施了14310工作面安全回采的探、放水工程、泄水巷工程和完善排水系统等相关水害综合防治方法,最终实现了工作面的安全回采。

岩溶突泥涌水围岩分析与隧道施工方案

对长凼子隧道开挖前后围岩的工程地质和水文地质进行了详细分析，找出了隧道掘进困难的原因，提出了隧道穿越突泥涌水岩溶区的施工方案。

一种岩溶隧道涌水量预测的新方法——以中梁山岩溶隧道工程为例

为了精准预测岩溶隧道涌水量,提高隧道施工安全性,以成渝高速中梁山隧道YK2+835-YK3+240段为研究对象,重点研究了隧道穿越含溶洞地层时涌水量的预测问题。以复势法和圆岛模型为理论基础,推导了岩溶隧道涌水量预测公式。通过改变围岩渗透系数、含水层厚度和溶洞与隧道直线间距,分析得到各因素对隧道涌水量的影响规律。研究结果表明:该方法所得理论值与工程测量值基本吻合,误差为11.0%,在允许范围内;3个因素的变化都会引起隧道与溶洞间流网的变化,总体上三个参数对隧道涌水量的影响都是正相关的,其中隧道上方含水层厚度变化的影响最大,平均增幅为20.3%;渗透系数的影响次之,平均增幅为9.2%;溶洞与隧道间距变化的影响最小,平均增幅为5.3%。因此,应综合考虑多个因素,以提高岩溶地区隧道涌水量预测的精确性。

基于非饱和流的地下水封洞库涌水量研究

地下水封洞库通过水压将储存在洞室内的介质密封,涌水量的动态变化制约着洞库的密封性能。通过对岩体孔隙和裂隙双重介质的渗流特征分析,将渗流的非饱和流特性引入到涌水量的计算过程中。推导得到岩体双重介质土水特征曲线公式,并将其引入到有限元计算过程中。通过赋予材料非饱和特性属性,在有限元每个计算时间步中重新计算渗透系数,来实现地下水封洞库开挖时水位变化过程,建立了动态涌水量的计算方法。另外,通过工程实例对该计算方法进行验证、结果表明涌水量随时间呈递减变化,拟合得到了涌水量与时间的函数关系。该计算方法对地下工程中涌水量的研究具有较强的指导意义。

前伏溶洞巷道开挖突水数值模拟研究

为研究前伏溶洞对巷道开挖围岩稳定性的影响,文章结合工程实例,采用FLAC^3D建立考虑渗流-应力-损伤相互影响的数值模型,分析了溶洞巷道围岩在开挖过程中应力、变形、塑性区以及渗流场的变化特征。分析结果表明:(1)当工作面靠近溶洞时,溶洞对巷道前方岩体的分区破裂损伤现象有一定的抑制作用;(2)随着工作面距溶洞距离的减小,巷道工作面岩体最大位移将逐渐增大并出现"突变"特征,同时最大位移位置也会随着涌水通道的变化而不断变化;(3)当防水岩柱小于一定厚度时,前伏溶洞巷道围岩涌水量将会突然增大,表现出明显的突水现象;(4)巷道围岩渗流与渗透系数变化是导致前伏溶洞巷道突然发生坍塌、掉块以及突水的根本原因。

斜沟煤矿3号煤层覆岩结构综放开采顶板涌水量预测研究

覆岩结构综放开采顶板渗水现象仍然为煤矿生产主要制约因素之一。以斜沟煤矿3号煤层为主要研究对象,通过对覆岩结构综放开采裂隙分布规律研究以及覆岩结构综放开采涌水量数值分析,实现对覆岩结构综放开采顶板涌水量的预测,以期对矿井水害防治研究有所帮助。

自然崩落法放矿中覆盖层冰碛物穿流特征与控制试验研究

为解决自然崩落法放矿中覆盖层冰碛物细颗粒穿流混入带来的高贫化损失难题,采用室内放矿相似模拟试验,选取自然堆积与固结改性两种覆盖层冰碛物状态进行试验,对放矿过程中细颗粒的混入率进行统计分析。研究结果表明:自然堆积覆盖层冰碛物状态下,混入率随放矿高度增加呈幂指数增加,混入率与覆盖层细颗粒含量成正比,冰碛物覆盖层下放矿可划分为纯矿石放出、少量细颗粒快速穿流、细颗粒与矿石混合和细颗粒大量穿流放出4个阶段;固结改性覆盖层冰碛物状态下,细颗粒混入率可降低50%以上,放出矿量增加30%,固结改性是控制覆盖层冰碛物细颗粒穿流混入的有效手段。

前伏承压溶洞对巷道围岩稳定性影响分析

为研究前伏承压溶洞对巷道开挖围岩稳定性的影响,基于1条前伏溶洞巷道工程实例,采用FLAC^(3D)软件研究分析了巷道围岩应力、变形、塑性区以及涌水量在不同溶洞充填物与水压条件下的变化特征。结果表明:溶洞内部的软弱充填物将导致巷道近接溶洞时,掘进面与溶洞之间的围岩产生明显应力集中现象,使得巷道掘进面位移呈突变式增长;当巷道前方存在充填溶洞时,巷道掘进面前方岩体的剪切滑移破裂现象会受到溶洞阻隔作用而变得不明显;巷道掘进面涌水量与溶洞水压则近似呈指数递增关系。

水库下采煤水情在线自动监测系统

为确保水库下特厚煤层综放开采安全,针对大平煤矿水文地质条件,结合矿井上下工业环网通讯平台,建立了由水库水位监测系统、白垩系含水层水位监测系统和井下矿井工作面涌水量监测系统组成的水库下采煤水情在线自动监测系统;在Windows98/2000/XP环境下,实现了从数据采集处理到水情信息发布的自动化。通过N1S2工作面回采期间运行应用,监测成果反映出白垩系含水层下部含水段底板隔水层破坏、导水,上部风化带含水段与工作面涌水间无水力联系,库下采煤安全可靠。