水-气耦合下的土质边坡稳定系数场分析

传统边坡稳定性分析方法仅对潜在滑动面进行整体稳定性评估,无法获取各点的安全系数.基于稳定系数场理论,综合考虑水-气耦合作用,对降雨条件下边坡稳定性进行分析.结果表明:1)稳定系数场法能够直观地体现水-气耦合作用下边坡的具体破坏区域,得到各点的安全系数;2)孔隙气压力对边坡降雨入渗有一定阻碍作用,并且随着降雨时间的推移阻渗效果愈明显,相同条件下降雨40 h时,两相流湿润锋深度较单向流减小了28.6%;3)相同条件下,考虑水-气耦合作用将降低边坡稳定性,以降雨40 h为例,两相流边坡失稳面积约为单向流的1.7倍.因此,在实际工程中对边坡稳定性分析时考虑水-气耦合作用,工程偏于安全.

我国不同类别煤层顶板水害致灾机理与防控路径

我国是世界上成煤和赋存条件最复杂的国家,煤层顶板水文地质条件的多样性和复杂性,采动覆岩裂隙场与渗流场耦合的相互性和时变性以及煤层顶板突水的独特性和危害性,造成顶板水害是我国尤其是西部煤矿区的主要矿井灾害之一。为了更好地认识顶板水害和推广现有技术和探索新技术防控此类矿井灾害,在全面分析近年来我国煤层顶板水害事故规律与顶板充水含水层的赋存条件、突水模式、动力特征、力学行为等基础上,系统划分了顶板水害的类型、特征、主要类别的致灾机理及梳理了现有顶板水害的防治技术,并展望了未来顶板水害防治领域的发展方向。研究发现:①顶板水害主体架构包括巨厚基岩含水层涌(淋)水、薄基岩弱胶结层水-砂耦合溃涌、离层空间蓄水储能突水、天窗补给型突水、围岩烧变增透致突等5种类别,集中分布于秦岭—淮河沿线以北地区,陕、蒙、宁是顶板水害主要聚集地。②采动诱发巨厚基岩含水层下覆岩原生裂隙互馈-贯通发育“Z”型离层空间,导致采场出现大面积涌(淋)水现象;基于复合关键层破断力学条件,阐明了薄基岩弱胶结层水-砂耦合溃涌致灾的动力源;构建了离层失稳突水临界判别准则,将离层突水划分为静载扰动、“动+静”载复合扰动、复合煤层开采重复扰动3种模式;红土隔水层缺失及红土薄弱区采动劣化损伤是产生天窗越流补给的主要根源;围岩烧变增透,孔隙度增大,接受临近水源补水后形成新的含水结构体,在采动诱发下烧变岩水涌入采场发生水害事故。③梳理了当前煤层顶板水害“探-放-治”三位一体的解危防控技术体系,提出了井上下共轭联动、钻-采(掘)高位协同地质勘探系统,以防治水“三区”划分为导向的地质保障工作,“煤-水-生态”多目标齐抓共管的绿色开采和防治水理念,以及数智化、透明化矿山水文地质灾害信息维护系统等未来发展方向。

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。

城市地下空间水灾害防治若干科技问题研究展望

在综述国内外城市地下空间水灾害状况和防灾研究现状的基础上,梳理了研究成果及案例分析,将城市地下空间遭受的水灾害性状归纳为两大类型问题:一类为地表洪涝灾害导致的地下空间水淹灾害,另一类为工程活动或周边水环境特征变化导致的水灾害。解析了城市地下空间内、外部水灾害环境关联响应关系。基于城市地下空间水灾害分布的复杂性,从灾害成因的关键要素和耦合响应关系入手,总结了当前国内城市地下空间水灾害防治存在的一些共性科学难题和技术瓶颈,多目标多层面分解地下空间水灾害防治科学问题和关键技术路线,系统性提出了应该重视和加强研究的若干科技问题及解决路径。并从科学问题、关键技术和解决措施三方面展望城市地下空间水灾害防治领域的科技发展。

基于综合物探的承压开采回采工作面底板注浆治理效果分析

为了验证承压开采回采工作面底板注浆治理效果,本文以霍州煤电汾源煤业5-104工作面底板注浆工程为例,注浆前采用多种(多次)物探技术手段,对承压开采回采作面内部及底板构造赋存、含水层富水性等情况进行综合探查;工作面需要开展多次注浆,每次注浆后采用物探手段进行验证,指导下一次注浆,为注浆治理工作提供“靶区”;将注浆前后综合物探数据进行对比分析,检验注浆治理效果,保障回采工作面安全回采。

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。

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。

岩溶地层下穿采空区段施工涌水及变形整治技术

依托某岩溶地层下穿采空区段铁路隧道工程,对现场出现的病害成因进行分析,并探讨不同处置措施的处理效果。围岩岩体破碎、稳定性下降和裂隙渗水是导致涌水和变形的主要原因;单一的处理措施效果较差,并具有一定的潜在风险;超前地质预报、初期支护加强、反压回填、封闭注浆和增设泄水孔等措施联合使用效果更佳,处理后隧道变形得到有效控制,监控量测显示16天后变形值趋于平缓稳定。

玉磨铁路新平隧道突涌致灾机理及措施响应研究

为查明玉磨铁路新平隧道突涌的致灾机制,结合隧道现场灾害特征,基于地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质、气候条件、施工措施等因素,探讨了突涌的致灾机理,归纳总结了隧道突涌的致灾类型,提出了相应的灾害防控措施。软岩隧道强度低、变形大,设计围岩级别与揭示不匹配等因素对隧道灾变的发生至关重要,特殊的构造环境及地下水等因素助推了灾变的发生;依据致灾成因,将该隧道致灾类型分为:构造-岩性-富水-施工措施,构造-岩性-弱水-施工措施,岩性-富水-施工措施等3种类型,并提出了相应的防治措施;施工过程中,需明确可能致灾的几类因素,加强超前地质预报、监控量测、开挖揭示比对等工作,掌控灾害源的发展及规模,动态调整隧道致灾的类型,针对性地采取防控措施,确保隧道施工安全。

园子沟煤矿顶板离层突水机制及地面井下联合防治技术

园子沟煤矿隶属黄陇侏罗系煤田永陇矿区,地处鄂尔多斯盆地中南部,主要水害类型为离层突水。采用钻孔冲洗液漏失量和钻孔电视观测方法,通过设计采前和采后对比钻孔,确定了2号煤层综放开采工作面裂采比;为了确保1012102工作面的安全回采,根据采动覆岩破坏实测成果和岩层地质结构特征,基于关键层理论和薄板理论,评价离层发育层位、离层突水及溃泥溃砂的危险性;针对该类离层突水具有滞后性、周期性且伴随溃砂、顶板来压等次生灾害的特点,提出了基于地面直通式泄水孔和井下疏放水孔联合的离层水治理技术。研究结果表明:该地质和采矿条件下裂采比为23.68,在洛河组、宜君组及安定组均具备形成离层的条件,且离层空腔体积大,矿井主要受顶板离层水害的威胁,一旦发生突水将会携带泥沙;通过以地面泄水孔为主,井下泄水孔为辅,结合地面泄水孔风流、水位数据观测及回采过程中地面电法补充探测,实现了对覆岩离层水进行全方位监测,形成了离层水的预控技术体系,保证了矿井的安全回采。

海上水平井防砂控水一体化工艺技术研究

海上边底水油藏水平井采用常规控水技术存在地层与筛管间环空封隔难度大、易发生水窜、出砂风险高等问题,针对这些问题,在总结常规控水工艺技术优缺点基础上,研发了在筛管与井壁间环空充填轻质颗粒形成致密充填层,与装有控水阀的防砂控水筛管配合调节水平段产液量、防止地层出砂和环空水窜的防砂控水一体化工艺技术。实验评价表明,环空充填轻质颗粒后窜流量约占驱替总排量的4%,可以达到环空封窜,其防砂性能与常规砾石充填相近,应用该工艺可以实现防砂与控水协同治理。在渤海油田高含水井、出砂老井和边底水发育的新投产水平井进行试验,含水率降低5%~12%,防砂、控水增油效果显著。研究结果可为海上边底水油藏水平井防砂控水提供参考。

基于放水试验的宝塔山砂岩含水层水文地质条件探查

为了进一步探查宁东煤田宝塔山砂岩含水层的水文地质条件,为下组煤底板砂岩水害防控提供基础资料,采用井下放水试验计算了含水层的水文地质参数,论证了含水层的可疏性。根据宝塔山砂岩含水层单孔放水试验放水孔和1个观测孔、2个观测孔资料,利用解析法计算宝塔山砂岩含水层渗透系数平均值分别为0.301、0.219 m/d,影响半径平均值分别为691、914 m,采用图解法得到的影响半径平均值为697 m,根据3次降深放水计算的钻孔单位涌水量为0.071~0.088 L/(s·m)。通过放水试验得到的水文地质参数比抽水试验得到的参数大,宝塔山砂岩含水层水文地质特征表现为渗透性和富水性弱,且富水性不均一,水压和水温高。基于放水试验成果,结合研究区边界条件分析可知,宝塔山砂岩含水层具有较好的可疏性。

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。

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。

永定庄煤业煤层充水评价与水害防治技术研究

为减少水害事故,保障煤矿职工生命安全,基于永定庄煤业工程背景,介绍水文地质条件,包括含(隔)水层特性分布、地下水补给、径流、排放、井田及周边老窖水分布、导水裂隙带、矿井充水状况与预测,分析水害影响因素,在此基础上提出针对性的防治水技术措施,以期为永定庄煤业水害防控提供参考依据。

中国自然灾害史融入水灾害防治课程思政教育的探索

水灾害是我国面临最严重的自然灾害之一,严重威胁着我国社会经济发展与人民生命财产安全。中华民族在同水灾害抗争的过程中,创造坚忍不拔的民族精神、光辉灿烂的中华文明,用生命、精神和智慧书写许多可歌可泣的故事。在水灾害防治课程中引入中国自然灾害史,对于培养学生家国情怀、制度自信、文化自信和创新精神等具有重要意义。该文主要讨论引入中国自然灾害史辅助水灾害防治课程思政建设的重要性、可行性及融入方法与途径。实践结果表明,融入中国灾害史有利于提高水灾害防治课程的生动性、激发学生学习兴趣、提高学生科学素养与思想政治素质。

高密度电法探测基岩面上覆松散层厚度在源兴矿的应用

为了查明源兴煤矿上覆松散层厚度,防止发生溃矸溃水事故,改善矿井安全生产环境,本文采用高密度电法探测方法,对矿区指定范围进行探测。结果表明,探测范围内西部、西南部松散层厚度较大,最大厚度约为80 m左右,东部松散层厚度较小,东部、西北部部分存在基岩出露,基本查明矿区基岩面上覆松散层厚度。该技术为进一步提高矿井生产能力和技术水平,加强水害防治工作,煤矿安全生产提供技术保障。

章村矿主要水害与防治水“三区”划分研究

为进一步提高矿井防治水工作水平和水害治理能力,利用章村矿以往地质、水文地质勘查及生产中积累的资料,在系统分析矿井的含水层、隔水层及充水通道基础上,明确矿井开采主要受地表水、老空水及构造水威胁。结合章村矿生产规划,根据防治水“三区”划分标准,在系统分析矿井受5类水害影响程度基础上,按照“就高不就低”的原则,将章村矿2号煤共划分为4个可采区、7个缓采区、3个禁采区。最后,分析了“三区”划分在防治水工作中的意义,为下一步的防治水工作的开展、矿井安全开采及生产衔接提供了依据。

南阳煤矿防治水分区划分及防治措施研究

以南阳煤矿3号煤层为例,依据其井田水文地质条件及防治水措施实施情况,对矿井水患类型进行分析,将矿井合理划分为可采区、缓采区及禁采区3个区域,针对各区的水害类型制定相应的防治水措施,并明确了矿井“三区”转换条件,提升了矿井防治水工作水平,为保障煤矿安全高效开采提供技术依据。

奥灰水害地面超前区域治理方法研究

在总结新安煤田水文地质条件的基础上,以孟津煤矿11030、11040工作面区域治理为例,分析了开展水害地面超前区域治理技术的必要性,讨论了区域治理设计中的关键技术参数以及实施的可行性,为其他矿区相似条件下开展水害地面超前区域治理技术提供了有益的借鉴经验。