煤层顶板砂岩水害防控技术研究

针对麻家梁煤业公司14104工作面顶板涌水水害问题,利用矿井井上下地质条件综合立体探查技术以及矿井顶板水疏放防水技术,进行水害防控研究设计。通过分析工作面水文地质情况、探查顶板砂岩富水情况,揭示富水区域主要集中在顶板冒落裂缝带发育范围内,进而施工钻孔对富水区进行疏放水。14104工作面经过约两个月的疏放水工作,工作面顶板单孔涌水减少至10 m~3/h以内,钻孔水压控制在安全标准1.2 MPa以下,钻孔涌水量趋向稳定,表明顶板水害疏放技术设计合理,效果良好。

洪崖煤矿煤层顶板灰岩水赋存特征及疏放研究

煤矿水害是矿山建设与生产过程中主要的灾害之一,有效的疏水方案对煤矿安全生产至关重要。通过分析洪崖煤矿的地质及水文地质资料,9号煤层主要充水水源为太原组各灰岩含水层,以K_(2)、K_(3)、K_(4)灰岩为主,主要的水害类型为顶板灰岩水害,充水通道主要为顶板导水裂缝带。太原组灰岩水对9号煤层的开采威胁程度较大,根据水害类型及其威胁程度,制定了针对性的防治水技术设计方案:主要包括巷道掘进顶板灰岩水害的防治方案、工作面回采顶板灰岩水害的防治方案、9号煤层同层老空区水害的防治方案和断层水害的防治方案;并验证了巷道掘进顶板灰岩水害的防治方案、工作面回采顶板灰岩水害的防治方案。统计近三年的矿井涌水量及涌水量构成,表明上述方案的矿井水害防治效果良好。

基于水文地质特征的矿井涌水量预测及水害防治措施研究

为保障煤矿的安全生产,避免矿井水害事故的发生,对矿井突水问题开展研究并做出针对性措施。以小保当二号矿井为研究对象,通过理论分析及现场实测的方式对矿井导水裂隙带的发育高度及涌水量进行研究,并对矿井的充水因素及突水来源展开分析。研究表明,小保当二号煤矿2-2煤层开采后,导水裂隙带发育高度为46.43~134.83 m,裂采比为27.8,导水裂隙发育至延安组基岩段内,部分发育至直罗组基岩段内。未来几年,矿井最大涌水量将达546.72 m^(3)/h,主要水患为采空区积水。针对矿井实际情况,提出了先探后掘,及时监测和排放采空区积水的防治措施,以确保矿井的安全生产。

一种煤矿顶板灾害防治知识图谱构建方法

目前煤矿顶板灾害防治措施决策及事故原因分析等过程主要依赖人工经验,智能化水平较低。顶板灾害防治知识图谱可整合顶板灾害防治知识和经验,辅助顶板灾害事故原因分析和顶板灾害防治措施决策。提出了一种煤矿顶板灾害防治知识图谱构建方法。采用本体方法完成煤矿顶板灾害防治知识建模,将顶板灾害防治领域的概念分为矿井地质类、开采技术类、防治措施类和事故表征类,将概念之间的关系定义为使用、引发、易发、治理、预防和适用,为煤矿顶板灾害防治知识抽取(实体抽取和关系抽取)奠定基础;结合煤矿顶板灾害防治领域文本存在大量嵌套实体和关系之间存在实体重叠的特点,确定了基于跨度的实体抽取方法和基于依存句法树引导实体表示的关系抽取方法;构建了顶板灾害防治领域语料库,采用Neo4j图数据库存储数据,为顶板灾害防治知识图谱的应用提供数据来源支撑;展示了煤矿顶板灾害防治知识图谱局部构建结果,说明该知识图谱可辅助顶板灾害事故原因分析和防治措施决策,从而提高顶板管理的智能化水平;指出基于该知识图谱,结合自然语言处理和知识推理等技术,可实现顶板管理知识问答。

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。

亭南煤矿巨厚砂岩含水层顶板灾害协同防控技术及应用

针对彬长矿区亭南煤矿主采煤层顶板为典型巨厚砂岩含水层结构,冲击地压、水害、瓦斯为主的多元动力灾害突出问题,基于此现场实测数据分析得到了亭南煤矿“冲击地压-水害、冲击地压-瓦斯”两类典型灾害链,通过室内试验研究了灾害链的致灾机理并制定了灾害协同防控原则,设计了包含采前、采中两阶段以及源头断链整体防控、系统防控隔离断链两种思路的巨厚砂岩含水层顶板灾害协同防控方法,并在亭南煤矿进行了现场应用。结果表明,随冲击幅值增加,动态损伤煤岩体的极限承载能力减小,冲击导致顶板损伤和弱化,沟通巨厚砂岩含水层;强冲击后砂岩试样孔隙率达8.23%,较未冲击增长了34.48%,冲击地压的发生使得岩体裂隙增加,为瓦斯逸散提供了通道;通过巨厚砂岩含水层顶板灾害协同防控技术,实测得到支架平均阻力为35.03 MPa,无明显应力激增现象,工作面涌水稳定于250~280 m^(3)/h,甲烷涌出量在0.2%水平波动。研究结果可为彬长矿区煤矿多元动力灾害防治提供支持,助力实现煤矿灾害风险高效防范,推动多元灾害协同防控技术进步。

黔北煤田矿井顶板水害特征及防治措施研究

黔北煤田近年来发生了22起工作面顶板涌水事故,对该地区矿井安全生产造成了很大威胁。为了研究黔北煤田矿井顶板水害特征及防治措施,以黔北煤田某片区为研究对象,分析了研究区域顶板水害的充水水源、水化学特征、突水通道、水害特征,并提出了相应的顶板水害防治措施。研究发现:长兴组含水层的水质类型为SO_(4)^(2−)、HCO_(3)^(−)-Na^(+),玉龙山段含水层的水质类型为HCO_(3)^(−)、SO_(4)^(2−)-Ca^(2+)和HCO_(3)^(−)、SO_(4)^(2−)-Na^(+)、Ca^(2+);区内各含水层的pH值以弱碱性为主,范围为7.63~8.18。开采9号煤层时,顶板水害的充水水源主要为长兴组灰岩含水层;顶板涌水特征主要表现为:涌水突发性强、水头值大、衰减速度快、涌水持续时间较短,涌水出现的位置绝大部分处于工作面下三分之一位置。针对黔北煤田顶板水害问题,提出了控制工作面开采速度,避免工作面长时间停采;加强顶板初次来压和周期来压期间水害防治,以及提前施工顶板水疏放孔等防治水措施。研究结果为黔北煤田顶板水害防治工作提供借鉴。

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。

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。

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。

基于AHP-CRITIC奥灰突水危险性评价的工作面水害分区防控

由于单一赋权法具有一定偏向性,难以兼顾生产实践经验和指标参数内在关联特征,容易导致评价结果失真。针对这一问题,首先,分析了底板奥灰突水影响因素及各因素作用机制,确定了影响奥灰突水的主控因素。其次,通过AHP和CRITIC分别确定了各主控因素的主观权重、客观权重,构建了基于最小信息熵法的AHP-CRITIC突水危险性综合分区评价模型,利用GIS信息融合技术得到了矿井奥灰突水危险性分区评价结果。最后,基于分区评价结果和物探成果制定了工作面水害分区防控方案,将工作面划分为重点探查区、次重点探查区和一般探查区,分别采用长距离定向钻和常规钻对不同区段开展探查治理和补充、验证工作。结果表明,危险区内探查钻孔出水点数量、出水量和注浆量均相对较多,次重点探查区次之,一般探查区最少,钻孔出水点的数量和平面分布位置与模型分区结果具有较好的对应关系,验证了评价模型的准确性。为类似条件下奥灰水害分区评价及防治提供了方法借鉴。

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。

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。

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。