带压开采工作面综合勘探技术和施工治理的应用研究——以内蒙古不连沟煤矿F6226工作面为例

不连沟煤矿位于准格尔煤田的北部。由于F6226工作面的部分煤层在奥灰水水头以下,需要进行带压开采,必须对潜在的顶板砂岩裂隙水和底板奥陶系灰岩岩溶裂隙水导水构造进行采前探查,并对导水构造实施治理。在探查工作中,利用瞬变电磁法在工作面顶板发现2处低阻异常,均为断裂影响形成岩石破碎,相对富水;经钻孔验证均未出水,预测在回采作业中只会产生局部淋水,不会出现大规模涌(突)水。音频电透视探测发现煤层底板中有4处低阻异常,槽波地震探测共探查出13条断裂和1处地质异常;对异常验证的25个钻孔注浆处理后,最大出水量为0.3 m^(3)/h,并未见到岩层的错乱等异常现象。评价认为,基本可以排除F6226工作面范围内煤层顶板砂岩水和底板奥灰水涌(突)水的可能性。

煤矿微震监测系统在回采工作面顶板水害防治中的应用

【目的】随着煤矿开采深度增加,工作面顶板水害风险日益突出,制约了我国煤矿绿色安全高效开采,亟需新型顶板水害监测预警技术。探索井-地联合微震监测系统在回采工作面顶板水害防治中的应用,实现顶板水害风险的透明化智能监测预警。【方法】在工作面上方地表和井下两侧巷道同步布置微震传感器阵列,增加垂向采集空间,提高震源定位精度;提取监测数据时频域特征构建样本数据集,利用支持向量机算法实现微震事件智能识别。【结果和结论】以陕西彬长矿区某煤矿工作面为例,成功识别出3个煤层顶板应力集中区域,与电阻率监测成果吻合,显示导水裂隙带高达160 m,波及含水层,显示出回采期间顶板导水通道动态发育全过程。该井-地联合微震监测系统能够高精度识别微震事件,为回采工作面顶板水害风险监测预警提供新技术手段。研究有助于推进微震监测技术在煤矿顶板水害等领域的智能化应用,促进煤矿开采的安全绿色高效发展。

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。

淮南潘二矿A组煤层首采面底板水害条件勘查与分析

淮南矿区A组煤层开采受到底板灰岩水害的威胁,因此需要提前查明灰岩层段的富水特性。生产中利用灰岩勘查钻孔与物探方法相结合,对底板80 m深度岩层的结构、构造及含水性进行综合勘查,重点是确定低阻异常区并进行钻探验证及放水等技术措施,有效地保障了首采面的安全高效回采。

矿井瞬变电磁法探测顶板低阻岩层富水性

为研究矿井瞬变电磁法探测麦垛山煤矿工作面顶板侏罗系低阻岩层富水性的效果,建立了工作面顶板低阻岩层局部富水的全空间三维地质模型,分析总结其电磁响应特征。根据麦垛山煤矿顶板岩层富水性矿井瞬变电磁法探测工程应用情况,结合已知水文地质资料,对探测结果进行分析与解释,后期探放水钻孔较好地验证了圈定的相对低阻异常范围的准确性。研究表明:矿井瞬变电磁法能够实现对采煤工作面顶板侏罗系低阻岩层中富水区的准确探查,可为受顶板水害威胁且具有类似电性特征的工作面的开采提供安全地质保障。

顶板疏水对微震事件分布规律影响研究

顶板富水区采前疏水降压可诱发的工作面矿压显现,给顶板富水工作面煤层安全开采带来威胁。本文结合余吾煤业N1105工作面疏水降压过程,对顶板富水工作面疏水后回采进行微震监测,发现在顶板疏水后,富水区边缘及其外部的微震事件频次和能量远远高于富水区域内,微震能量峰值位置距富水区边缘70~80 m,说明此区域为矿压显现防治重点区域。研究结果可以为煤矿顶板疏水降压引起的矿压事故防治提供一定的指导。

虎龙沟煤矿81517工作面顶底板富水性探测

采用矿井音频电透视法对挖金湾虎龙沟煤矿81517工作面内煤层顶底板的富水性进行勘测,采用16 Hz和128 Hz视电导率分别探测50~100 m和0~50 m煤层顶板、底板煤岩层段含水情况,通过综合解释成果图解读发现位于工作面距巷口790~870 m处底板和位于工作面距巷口130~300 m处顶板,有两处富水异常区,根据探测结果提出相应的防治水措施。

超高水材料长壁工作面充填开采顶板控制技术

为研究充填工作面长度对岩层控制效果的影响，指导长壁工作面充填开采实践和为围岩变形控制提供依据，基于超高水材料的基本性能试验，利用差分法薄板理论建立了超高水材料长壁工作面充填开采顶板活动力学模型，得到关键层的预计变形量，分析充填工作面长度对关键层变形及破坏的影响，提出了长壁工作面充填开采顸板控制理念。研究结果表明：采空区顶板下沉最大挠度值随着工作面长度的增加而增加；要维持关键层不发生断裂，必须保证工作面长度和控顶长度在一定范围内。对比冀中能源陶一煤矿充1～5工作面（工作面长度50～60m）和充6工作面（工作面长度120m）充填开采实际情况，提出并应用地面充填系统构建、充填液面提高、隔离带设置、工作面锚网索支护4种长壁工作面顶板控制技术，有效地抑制了顶板变形，同时保证了良好的充填效果。

综放开采覆岩导水裂隙带高度研究

为了对某工作面3煤层综放开采后的顶板水害防治提供理论依据,分别采用《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中的经验公式预计、数值模拟和井下仰孔分段注水法实测3种方法对回采工作面的覆岩导水裂隙带高度进行了研究,所得经验公式预计值为51.1,59.0m,数值模拟计算值为63.5m,实测值为65.4m;综合比较分析得出该地质条件下开采覆岩导水裂隙带高度为63.5~65.4m,山西组砂岩含水层位于导水裂隙带范围内,属于直接充水含水层,但裂隙带未波及石盒子组砂岩含水层与新近系松散含水层,正常综放开采不会对工作面涌水产生直接影响。

音频电透视法在防治矿井水患中的应用

为了探明某矿20910工作面顶板0~100 m上高部区域岩层富水性分布情况,基于音频电透视法,通过在工作面回风巷、运输巷布置了59个发射点,104个接收点,获得了工作面顶板0~50 m、50~100 m高度范围音频电透视成果图。探测结果表明,20910工作面顶板0~100 m存在4处低阻异常区域,实际回采揭露发现涌水点5处,均位于探测低阻异常区域,探测结果与实际揭露结果验证很吻合。实践表明,该矿20910工作面顶板0~100 m音频电透视法探测成果合理可靠,音频电透视法可以准确探测出工作面顶板一定范围内相对富水区域分布情况。

露头区综放工作面玄武岩含水层出水原因分析及对策

以内蒙古多伦协鑫煤矿白垩系煤层浅部1709-1露头区综放工作面涌水事故为例展开分析研究,以钻孔资料为基础建立地质模型,综合分析了工作面开采对含水层的影响及覆岩破坏特征,查明了出水水源和导水通道,明确了出水是由于井田边界煤层露头区处工作面基岩厚度薄,导水裂缝带波及到工作面上方的玄武岩弱含水层,并由边界强富水性侵蚀带补给造成的。此外,提出了露头区浅部工作面水害防治综合对策,制定了防治水安全措施,为工作面安全生产提供保障。

青东煤业1034工作面开采安全性评价

为了防止和减少水害事故,安全开采1034工作面,采用井下钻探的方法,设计施工了防治水工程。通过分析、总结防治水工程,查明了工作面区域"四含"不发育,富水性弱,浅部缺失,对工作面回采无影响;10煤层顶板砂岩裂隙含水层的富水性弱,在构造和裂隙区域砂岩水较为富水,对生产影响不大,但需注意工作面周期来压期间,动态顶板裂隙水的影响;10煤下-太原组第一层石灰岩间隔水层较为稳定;太原组石灰岩岩溶裂隙含水层富水性中等,需合理疏放;BF43断层不含水、不导水,对工作面回采无影响。综合分析认为,1034工作面可以安全开采。

厚煤层综放工作面端头大面积悬顶控制技术研究

基于综放工作面回采过程中回风巷和运输巷三角区容易产生大面积悬顶,难以垮落,存在重大隐患的情况,利用高压水致裂煤岩体理论,对综放工作面端头采取高压注水致裂顶煤进行理论分析。针对杨村矿厚煤层综放工作面端头大面积悬顶问题,工作面端头采取高压注水、拆除锚杆及锚索紧固件和支架降低初撑力的方法,有效解决了端头大面积悬顶问题,提高了煤炭回收率,取得了较好的安全、经济效果。

松散含水层下近上限工作面安全开采方案选择探讨

为保障祁东煤矿的安全生产,有效防止井田内新生界松散层底部第四含水层(简称"四含")水害事故的发生,开展了松散层含水层富水性特征、基岩风化的工程地质特征、阻隔水性能及开采覆岩破坏规律等相关研究工作。通过长期探索、总结、实践,提出并采用了顶板超前预裂爆破、采动矿压与水文在线监测预测预警、加大综采支架工作阻力、合理控制工作面推进速度及增强工作面排水能力等关键技术措施,由最初的被动治理转为主动防治,实现了近上限工作面的安全开采,为相类似条件工作面提供了指导及依据。

深部首采工作面顶底板涌水量预计

在深部工作面受多种含水体影响的情况下,通过对工作面采矿地质条件深入研究,根据综放开采条件下覆岩破坏和底板下"三带"的经验公式,预计了开采对顶底板造成破坏的范围,对各含水层向工作面充水危险进行了分析。参考类似条件工作面出水的实例,最终预计工作面底板将出现小型涌水,工作面实际涌水量符合预计结果。

坚硬顶板工作面采空区见方阶段动压显现规律及防治技术

工作面在见方时期,覆岩活动剧烈,易引起动压显现。基于微震、矿压数据及现场动压显现现象,对坚硬顶板工作面见方阶段动压显现规律进行了研究总结,并对采取的爆破断顶防治技术的效果进行了综合评价。研究结果表明:在工作面一次见方时期,动压显现最为剧烈,工作面见方超过三次之后,见方时期的动压显现基本消失;爆破断顶能够明显降低工作面见方时期的动压显现强度。

矿井电阻率法监测系统在采煤工作面水害防治中的应用

煤矿智能化、无人化开采迫切需要水害隐患地质透明化为其保驾护航。矿井电阻率法监测系统针对工作面回采过程中的水害问题,采用伪随机信号发射和全波形数据采集提高设备的抗干扰能力,采用电极接地条件一致性校正和监测数据归一化处理等手段压制假异常,采用时移电阻率成像实现水害隐患电阻率异常响应的识别和提取,通过监测工作面回采过程中顶、底板电阻率变化对水害风险进行判识,实现采动工作面水害隐患的地质透明化。结合矿井电阻率法监测系统近年来的井下现场试验,分别介绍其在顶、底板水害监测中的应用案例。井下试验结果显示,电阻率法监测可以有效捕捉顶、底板出水过程的前兆信息。但在实际应用中,矿井电阻率法监测系统依旧面临强电磁干扰以及采空区监测线缆难以保护等问题,并且采掘扰动对煤岩电阻率的影响机理研究不足,导致对电阻率异常进行分析解释时存在较大争议,还需要进一步开展相关研究工作。

瞬变电磁法在井下工作面顶板导水裂缝探测中的应用

为探测井下工作面顶板水害,以羊场湾煤矿160201工作面顶板为例,采用瞬变电磁法,通过改变探测倾角实现对风巷、机巷顶板导水裂隙带不同方向的探测,在此基础上建立工作面顶板瞬变电磁视电阻率三维数据体对各层位导水裂缝富水性进行了分析。疏放水钻孔试验结果表明瞬变电磁法可准确有效用于井下工作面顶板导水裂缝的探测。

蒙陕矿区深埋工作面顶板水可疏降性及预疏放标准研究

在分析蒙陕矿区深埋煤田区地貌特征、水文地质条件、工作面钻孔涌水和采空区涌水特征等基础上,开展了顶板水可疏降性和预疏放标准研究,结果表明:研究区包括基岩台地、沙地、黄土沟壑3类地貌,其中沙地区第四系富水性强,煤层顶板含水层丰富的充水水源,导致直罗组一段渗透系数和单位涌水量均远大于基岩台地区和黄土沟壑区。不同矿井首采工作面探放水钻孔初始水量和累计放水量分为3类,水量较小矿井,初始水量q0≤10.0 m3/h,累计疏放水量<5.0×104m3;水量中等矿井,初始水量q0≤60.0 m3/h,累计疏放水量10.0~100.0×104m3;水量较大矿井,大部分钻孔的初始水量q0>100.0 m3/h,累计预疏放水量>100.0×104m3;所有矿井首采工作面经预疏放后,可以实现绝大部分钻孔水量<10.0 m3/h、水压<1.2 MPa,具有很好的疏降性。根据矿井水的顶板水疏放过程中水量和水压变化规律,建立了工作面预疏放标准,q0=0~10.0 m3/h的矿井,不需要开展预疏放;q0=0~60.0 m3/h的矿井,对钻孔初始水量>20.0 m3/h的富水条带开展预疏放;q0>60.0 m3/h的矿井,以600.0~1 000.0 m为工作面回采段,提前3个月进行顶板水预疏放,实现回采前90%钻孔水量≤10.0 m3/h、水压≤1.2 MPa。

母杜柴登矿首采工作面疏干水量计算研究

分析了母杜柴登首采工作面主要充水水源为顶板砂岩含水层,通过放水试验获取含水层的渗透系数,在此基础上,采用干扰井群的叠加原理计算了首采工作面内部的疏干水量,并根据计算确定了顶板疏放水钻场的最终布置方式,为计算工作面内部疏干水量提供了一种新的思路。