蒙陕接壤区典型煤层开采顶板周期性变形破坏及涌水响应特征

【目的】煤矿开采扰动破坏覆岩含/隔水层结构,造成集中涌水,影响矿井安全生产。【方法】以面临典型顶板砂岩水影响的蒙陕接壤区主采煤层3-1煤开采涌水过程为研究对象,采用物理相似材料模拟、数值仿真模拟、现场原位监测3种方法,并通过周边地质和开采条件相似矿井实测数据对比,分析3-1煤典型工作面开采煤体支承压力周期性演变规律、采空区覆岩垂直位移演变规律,定量获取实验室尺度顶板周期来压瞬间微震能量事件变化特征,综合确定顶板导水裂隙带随采发育特征,以及顶板涌水随覆岩周期来压变化趋势。【结果和结论】结果表明:工作面开采覆岩初次来压步距约40 m,周期性来压步距12~28 m,覆岩破断瞬间围岩周期性来压呈现“先增后稳定”的趋势,在推进至第5次周期来压(推进距离约140 m)时,超前支承压力达到最大,覆岩周期性来压、破断瞬间垂直位移峰值随采呈现“之”字型变化特征,同样,位移监测数据、微震事件总能量、事件频次等综合指标指示,在第5次周期来压瞬间,覆岩垂直位移变幅达到最大值,塑性区发育高度基本稳定;导水裂隙带发育最大高度在120 m左右,将直接沟通顶板直罗组砂岩含水层,地下水随采涌入过程呈现两种波动变化趋势,工作面全局尺度上呈现长周期“阶梯式”增长趋势,“阶梯式”增长周期约800 m,局部尺度呈现短周期“振荡”变化趋势,振荡周期16~48 m,并表现出与覆岩来压周期之间的较强关联性。研究结果为工作面涌水量预测以及防排水系统布设提供参考。

陕北典型矿区烧变岩岩石学及地球化学特征

烧变岩的基础研究对烧变岩水害的防治具有至关重要的作用。为了掌握烧变岩的岩石学及地球化学特征,以陕北榆神矿区张家峁井田为例,通过野外调查、钻孔岩心取样及分析测试,对该区烧变岩的主量元素、微量元素及稀土元素进行了详细的测定分析。结果表明:岩体上部、下部、邻近岩层分别属于板状烧烤岩、烧熔岩、层状烧烤岩,不同类型的烧变岩岩性、颜色、孔隙发育等特征随烧烤程度的不同而呈现较大的差异性。岩石地区化学结果表明:烧变岩主要化学成分为SiO_(2),其次为Al_(2)O_(3)。岩样主要为硅铝质,镁铁组分含量相对较少,TFe_(2)O_(3)+MgO质量百分比平均值为4.76%,而原岩与烧变岩差异性小,与烧熔岩样亦相差不大。烧变岩亲石元素Rb、Ba含量高于原岩,Sr含量低,Cs、Eu相对亏损。高场强元素中Zr含量在所有样品中普遍较高,不同类型岩样均具有Y、Zr、Pb富集的特征,高场强元素在烧变作用下变化不显著。样品的稀土元素丰度趋势曲线出现差异化分布,标准沉积岩与上地壳平均值相较球粒陨石相似性更高。研究结果将为研究烧变岩的成因及形成环境提供基础支撑。

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。

榆神矿区隆德煤矿侏罗系岩层微观孔隙结构及分形特征研究

岩层的微观孔隙结构决定其自身的渗透性,并影响着矿井涌水量的大小,提前研究岩层的微观孔隙结构对矿井水害防治具有重要意义。以隆德煤矿侏罗系岩层为研究对象,通过现场采样、X-射线衍射、CT扫描、压汞试验等方法,研究了岩层的微观孔隙结构;基于分形理论、系统聚类分析等方法,划分了孔隙结构类型。结果表明:隆德煤矿侏罗系岩层矿物成分主要包括石英、长石、碳酸盐,含量44.1%~90.9%,构成了主体骨架,胶结物含量6.1%~34.3%;岩层的平均粒径101.80~203.82μm,连通孔隙度3.41%~20.60%,顶部以及底部的孔隙度较大,中间部分的孔隙度小,孔隙结构的复杂程度一般。根据系统聚类法将侏罗系岩层的微观孔隙结构划分为三类,从Ⅰ~Ⅲ类,孔喉半径、孔隙度、渗透率及分选系数依次减小;排驱压力、相对分选系数及中值压力依次增大;储存地下水的能力依次减小,富水性依次减弱。研究成果从微观角度上为矿井疏放水工程施工靶区的圈定提供了理论依据,对矿井水害防治具有积极的指导意义。

港口危险货物集装箱堆场应急事故废水量计算方法研究

在港口危险货物集装箱堆场项目环境影响评价、环境风险应急预案和环保工程设计中,存在估算应急事故废水发生量与环境应急收集池有效容积不一致问题。通过参考GBT 50483—2019《化工建设项目环境保护设计标准》等相关研究成果,结合港口危险货物集装箱堆场工程特点和环境风险特征,构建了港口危险货物集装箱堆场的应急事故废水发生量计算方法,建立了计算公式并明确相关计算指标和参数取值,进行了工程案例分析。该计算方法为港口危险货物集装箱堆场的应急事故废水发生量估算提供了一种解决方案,为应急事故废水收集池容积设计提供重要技术参数,对有效控制应急事故废水对周边水环境和土壤环境污染风险具有重要意义。

深部煤层开采矿井水害成因与防治技术

为促进深部煤层开采的安全和可持续发展,对深部煤层开采矿井水防治的关键技术和措施进行探讨。在分析水害成因和矿井水质量控制重要性的基础上,对井下直流电检测法、瞬变电磁检测法和音频电穿透视检测法等矿井水害检测技术的优缺点和适用范围进行论述,并对填充开采、防水闸门、煤层底板加固注浆和奥灰疏水降压等矿井水害防治技术进行介绍。最后,强调了水质监测与分析、水处理技术、水质调控与调节等防治水质量控制措施的重要性。

孤岛工作面双侧采空区积水探放技术应用

采空区积水突水严重威胁着矿井的采掘作业安全,建庄煤矿212孤岛工作面两侧采空区均有积水,无疑增加探放难度。通过分析矿井的水文地质条件、埋藏条件、分布特征以及富水性变化的规律,进行采空积水和水头压力计算,判断煤柱承压水头能力,选择在建庄煤矿212工作面胶带运输巷和回风巷分别施工疏放水硐室,每个疏放水硐室施工3个钻孔对两侧采空水进行疏放。结果表明,采空区积水的水头压力分别为0.25 MPa和0.23 MPa,均未超过煤柱承载水头压力,煤柱处于稳定状态。对两侧采空区积水进行探放,消除采空区积水对212工作面巷道掘进产生的水害隐患,实现巷道的安全掘进,为类似采空区水害防治工作提供实践依据。

郭家河煤矿离层水害防治经验探讨

针对永陇矿区顶板离层水害问题,以郭家河煤矿为例,总结了其高位离层水害治理经验与防治技术,主要通过“加大科研攻关+设计施工一体化”的技术服务合作模式,提升了矿井重大灾害治理能力与水平;通过“地面源头抽水+强化井下排水系统+加强预警撤人管理”为核心的三重防治措施,从源头上消除了水害威胁;通过“一面一策+水情日分析制度+防治水工作例会制度+工作面精细管理制度”,构建了煤矿重大灾害防治管控体系,总体实现了超前预防与灾害治理,进而遏制了灾害事故发生;为邻近矿区其他类似矿井的重大灾害治理工作提供了参考与借鉴。

小型河道流域整治工程水土流失危害分析及防治措施评价

针对小型河道流域整治工程的水土流失问题展开研究,首先分析了水土流失的现状和危害,然后对流域进行了水土流失防治分区划分,并提出了相应的水土保持措施和防治措施。通过对民田涌流域的实例分析和评价,提出了一些有效的防治措施,以提高防治效果和生态环境的稳定性。研究表明,采取合适的水土流失防治措施可以有效减少水土流失,改善生态环境,提高流域的可持续发展能力。

矿井离层水致灾机理及防治技术研究进展

针对矿井离层水研究过程中遇到的突水征兆不明显、瞬时水量大、滞后性、周期性突水等问题,从覆岩移动离层水的形成、致灾机理、防治技术、监测预警等方面总结了离层水的研究进展。首先,离层水害是采动影响下采场覆岩运动和地下水运移的耦合结果,通过挖掘突水事故的表现、覆岩结构及运动特征、地下水运移规律及相关研究现状,总结得到离层水形成基本条件和发育的基本规律,分析了突水引发溃泥溃砂、瓦斯涌出、切顶压架等次生灾害的机制。其次,离层垂向和水平位置预测是离层水害防治的关键,在此基础上,介绍了地面直通式泄水孔、离层注浆充填、井下截流孔、井下导流孔和地面抽排水孔5种离层水的防治方法,并结合工程实际,分析了其特点和问题。最后,利用岩层的岩性组合及地质条件评价离层突水危险性,同时结合回采过程中的多物理场监测数据实现了离层水害的预警,并提出了离层水研究过程中亟待解决的问题。

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。

金属矿山地下水防治与协同保护技术研究

为解决金属矿山开采过程中矿山防治水与水资源、水生态保护之间的矛盾,本文开展了金属矿山地下水防治与协同保护技术研究。通过开展堵水帷幕浆液扩散搭接研究,取得如下成果:(1)修正了深孔单级压水试验、给定帷幕钻孔孔间距计算公式;(2)根据矿山防治水高承压、强岩溶、低渗透工况需要,研发室内注浆试验平台,并开展了注浆试验指导施工需要;(3)攻克受限空间帷幕注浆难题,实现钻探分支孔造斜段小于5 m、分支顶角大于37°,将布孔间距提高至36 m;(4)研发“制-注-控”一体化智能注浆系统,实现“1站4机16台套”多通道联动协同;(5)建立矿山防治水注浆技术体系,突破帷幕堵水-基岩回灌交互影响和多层位基岩大流量回灌技术瓶颈,重构矿区尺度内“帷幕-回灌”地下水双流场水力新平衡。本研究提出的金属矿山地下水防治与协同保护技术实现了矿山安全开发与地下水资源、水生态的协同保护,相关技术成果可为大水金属矿山防治水工作提供借鉴。

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。

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。

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。

东曲矿预留钻孔疏放28206工作面老空积水技术研究

近距离煤层群开采时,上部煤层开采后形成的采空区积水是威胁下部煤层安全开采的主要因素之一。针对传统采空区积水的防治方法存在一定盲目性,导致工程量通常较大的情况,本文根据东曲矿28206工作面和29206工作面是近距离煤层开采的具体情况,提出在28206工作面开采时预留疏水钻孔,对工作面低洼区域采空区积水进行监测和有序疏放,最终保证了下部29206工作面的安全开采,为类似近距离煤层群防治采空区积水提供了经验借鉴。

瞬变电磁法在双鑫煤矿采空区的应用

雨季过后,河南双鑫煤矿井田内水文地质条件发生了很大变化,为查明煤矿开采范围内老旧采空区内部积水分布情况,决定在井田内开展地面物探工作。双鑫煤矿煤层埋深在150 m以上,分析国内各种物探方法的优劣性,决定选取瞬变电磁法对该井田开展勘探工作。根据勘探任务,在井田内共布设瞬变电磁法测线30条,通过试验选取了此次勘探的施工参数,经后期资料处理解释,绘制了反演电阻率断面图及煤层顺层切片平面图。通过反演电阻率断面图,可见1040线、1720线及2080线采空区位置处,反演电阻率等值线明显呈现向下凹陷的电性特征;煤层顺层切片平面图显示5处低阻异常区域,结合地质资料解释分析5处异常区,其中2处为强富水异常,3处为弱富水异常区域,与后期验证结果相符,表明该方法在煤矿老旧采空区积水勘查中能够取得很好的效果,可以为类似区域施工提供借鉴。

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。

水溶开采诱发盐矿地面沉降机理分析及防治措施

随着我国国内采用水溶法开采盐矿的普及,地面沉降地质灾害屡屡发生。因盐矿地面沉降一般具有持续周期长、影响规模大、破坏性大、突发性强、反复发生、发生前后通常伴随地面冒卤等特点,总结后发现采空区造成溶腔顶板失稳、岩石节理裂隙或断层发育、溶腔顶板岩体承载力低是水溶开采诱发盐矿地面沉降的3种主要因素。主要从事前预防、事中控制以及事后补救这3个方面提出了相关的地面沉降治理措施建议。