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。

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。

张双楼矿24901工作面复合水害评价与综合防治水对策

矿井突水是煤矿生产过程中最具威胁的灾害之一,工作面回采前需对面临的水害威胁进行综合评价与治理。以张双楼煤矿24901工作面为例,针对研究区面临的西翼采区底板四灰高承压、断层及陷落柱构造发育、底板四灰富水差异大等水文地质问题,通过开展四灰含水层分阶段井下放水试验、老空水现场钻孔探放、陷落柱物探钻探综合探查、室内分析测试和理论分析,揭示研究区底板四灰岩溶发育与富水规律,查明老空水积水位置、积水量以及陷落柱发育范围、导(含)水性等,并提出了老空水、西翼底板四灰、陷落柱及断层构造等复合水害综合防治技术体系。相关研究成果揭示了东部矿区普遍面临的煤层底板灰岩水及构造水等水害特征,可为研究区及相似开采条件下矿井防治水工作提供一定的理论及工程依据。

煤矿矿井水污染源自动监测及综合防治技术研究

煤矿开采造成了矿井水污染问题,威胁人们的身体健康,为此,研究煤矿矿井水污染源自动监测及综合防治技术。以陕西省西安市彬长矿区为研究区域,分析该矿区的基本概况。对研究区域矿井水污染源开展自动监测,分析矿井水污染的主要来源。利用化学物质对水入射光线的吸附与分散效应进行水质参数监测,根据监测结果通过从源头控制、污染治理、矿井水资源化和优化排放方式四个防治措施实现研究矿区矿井水的综合防治。实验结果表明,所提方法的污染源监测精度较高,监测误差能够控制在1%以内,应用效果较好。

北方超大城市三水协同科技支撑路径研究

本研究针对北方超大城市在推动水资源、水环境、水生态三水统筹协同治理过程中存在的科技和管理支撑短板,从理论科研、技术科研和决策科研三个维度,深度探讨了北方超大城市实现三水协同的科技支撑路径,以期为我国北方城市单元和城市群三水问题的科学统筹提供破题思路和借鉴。

煤矿工作面水害防治技术及安全性评价

为降低煤矿工作面底板灰岩的水害威胁,实现其安全开采。本文针对物探、钻探发现的5个异常区,采取底板钻探探查和注浆加固相结合的治理措施,施工钻孔48个,完成注浆量49.85 t;顺层加固钻孔14个,共注水泥52.6 t,并通过应用钻探方法,探查验证和治理这5个物探异常区。最后通过分析评价煤层隔水层隔水性能、隔水层厚度、突水系数和水害防治技术,结果表明该工作面可以进行带压安全开采。

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。

地质灾害防治路基边坡抗滑桩施工的安全技术措施

预应力抗滑桩是一种结构复杂、施工难度大且受施工环境制约的地下隐蔽结构,在进行施工时需要考虑的因素较多,如桩体材料的选择、预应力的施加方式、施工顺序等,从而保证桩体的稳定性和抗滑性。不仅如此,施工环境的限制会给施工带来很大难度,如水文地质条件、场地条件等,这也使预应力抗滑桩的施工技术一直是地质灾害防治工程的一大难题。主要结合边坡抗滑桩的建设意义与现阶段边坡抗滑桩施工面对的问题展开研究,分析了预应力抗滑桩的施工方法,对预应力抗滑桩的施工方案、施工工艺、质量控制以及施工过程中的安全技术措施等方面进行深入研究,以期为地质灾害防治工程中预应力抗滑桩的施工提供参考。

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。

矿山岩土工程地质灾害防治技术及措施

矿山岩土工程由土体、水与土体、岩与土体组成。矿山岩土工程和环境关系密切,矿山岩土工程施工过程中必然会对环境造成影响。如果不能及时处理,将会造成严重的地质灾害。地质灾害、泥石流、崩塌、滑坡、土体变形等都是矿山岩土工程中十分普遍的灾害。为降低地质灾害,必须采取防灾减灾、事前控制等措施。文章着重对该地区地质灾害的预防与控制技术进行了探讨。首先,简单分析了矿山岩土工程与地质灾害,其次,指出了一些较为普遍的地质灾害及成因,并提出了一些预防与控制技术。本研究可为工程地质灾害的预防和控制提供有关的参考依据。

基于压水试验和放水恢复试验的帷幕注浆效果综合评价

帷幕注浆效果评价是烧变岩水害治理工程的重要环节之一。以神南矿区柠条塔煤矿S1232工作面烧变岩水害帷幕注浆工程为背景,分别采用检查孔取心验证、注浆前后压水试验、抽水试验以及井下放水试验恢复试验对治理工程的效果进行综合评价。结果表明:通过取心发现在风化基岩段均见到水泥浆液充填薄层,J5孔在烧变岩烘烤岩层中发现浆液填充。注浆后续孔的渗透系数在1.8×10^(-5)~5.9×10^(-5)cm/s,5个检查孔中的渗透系数为2.2×10^(-5)~3.7×10^(-5)cm/s,注浆后的抽水孔渗透系数在2.7×10^(-5)~4.3×10^(-5)cm/s,均属于弱透水。对比注浆前的渗透系数,注浆后的所有钻孔压水试验获得的地层渗透系数均减少了一个数量级。根据抽水实验结果,注浆前后的渗透系数为190×10^(-6)cm/s和(1.04~2.2)×10^(-6)cm/s,单位涌水量分别为0.045 9L/(s·m)和0.014 1~0.023 1L/(s·m)。注浆后帷幕区域渗透系数远小于注浆前,相差两个数量级,单位涌水量数值也减小了一半。根据注浆前后放水恢复实验结果,注浆后井下关水水位恢复均较注浆前快。F26孔初始水压0.8MPa,注浆前后分别在关水后4h和5.55h后水压恢复至0.6MPa;地面长观孔的水位变化也呈现相同的趋势。以上所有指标均反映了帷幕注浆工程对火烧区改造明显,和南侧烧变岩含水层的水力联系明显降低,帷幕注浆效果明显。研究成果将为类似条件的烧变岩水害治理工程效果评价提供参考。

矿井构造复杂区水害探查治理技术研究与应用

针对辛安井田部分区域内2^(#)煤开采煤层下伏的薄层灰岩含水层和奥灰含水层存有高承压水及隐伏陷落柱、断层和裂隙等导水构造的威胁,为保证矿井生产安全,对区域实施专项防治水技术研究。地面区域治理工程,共施工2个主孔、16个分支水平孔、2个次级分支孔,完成钻探进尺11778.31 m,累计注水泥14820.45 t,粉煤灰29.15 t。井下钻探工程,共施工野青钻孔1个、山伏青钻孔6个,区域治理效果检验孔16个,完成进尺2994.5 m,累计注水泥82.9 t。经对物探异常范围二次探查,3^(#)、7^(#)异常区均已消除,经过井下钻探验证,钻孔水温、水压与区域内其他钻孔一致,异常排除。通过本次项目实施,新增原煤产量12万t,产生经济效益约9240万元,且保证了矿井的正常生产衔接。

ArcGIS在湖北省公路地质灾害危险性评估中的应用

湖北省地处三大地质构造之间的交汇处,地形地貌、地质构造条件复杂多样,是我国地质灾害多发省份之一。运用ArcGIS软件对湖北省公路地质灾害进行危险性评估分析,根据评估结果对不同区域的诱发因素以及常见地质灾害进行论述,针对常见的地质灾害及其特点提出一系列针对性的防治建议,为湖北省公路地质灾害的防范治理提供依据。

水工环技术在矿山地质灾害防治中的应用措施

目前,我国的社会和经济都处在一个相对稳定的发展时期,在这个时期内,对各类能源的需求量也在逐渐增大。要满足能源需求,就必须加强对能源资源的开发。在矿山资源开发过程中,必然会引起各种地质灾害,这些灾害不但威胁到工作人员的生命安全,而且会给人们带来巨大的经济损失。基于此,相关部门在进行开采工作时,应该加强对矿山及其周围环境的监控,掌握矿山的具体情况,并据此制订出一套科学的地质灾害防治方案。在此基础上,利用水工环技术等方面的科技手段,以达到降低地质灾害危害的目的。

荆州市长江堤防生物隐患防治综合措施研究

荆州市长江堤防生物隐患防治受财力有限、技术手段不足等因素影响,存在蚁患翻挖整治不彻底、人工普查存在盲区等问题。为加强荆州市长江堤防生物隐患防治能力建设,分析和研究荆州市长江堤防白蚁等生物隐患原因、演变规律、危害程度的基础上总结荆州市长江堤防生物隐患防治措施,从运行管理方面提出有关工作建议,对未来长江堤防生物隐患综合治理提供了一定的思路,为堤防工程标准化管理提供安全保障。

金属矿山边坡地质灾害治理技术研究和分析

随着矿产资源的逐渐枯竭和矿山规模的不断扩大,金属矿山边坡地质灾害问题逐渐引起人们的关注。因此,深入研究和分析金属矿山边坡地质灾害治理技术显得尤为迫切和重要。本文将通过对金属矿山边坡地质灾害的类型、成因及治理技术进行系统研究,为有效应对和解决这一问题提供科学的理论支持。

危废渣堆场生态修复及风险防控技术探究

危废渣堆场因其存储的工业生产废物具有毒性、腐蚀性、爆炸性等特性,对环境和生态系统构成了巨大威胁。因此,评估现有生态修复和风险防控技术的有效性,以找出其局限性和提出改进之处具有重要的现实意义。通过对危废渣堆场的详细分析,考察各种生态修复和风险防控技术的应用,并对其实施效果进行评价是一种有效的研究手段。尽管现有技术已取得一定进展,但仍存在一些局限性,需要进一步的研究和创新,以提高技术的效果和适应性,确保环境和生态的持续、健康发展。

试析水工环技术在矿山地质灾害防治中的应用

水工环技术是矿井预防和治理工程中的一项核心技术,它对减轻矿井的地质灾害有着十分重大的作用。文章对水工环技术在矿山地质灾害治理工作中的作用进行了探讨,并给出了一些具体的实施方法,以供有关部门的工作人员借鉴。

复杂水文地质条件下煤矿防治水技术研究

当前,煤炭行业在中国的能源生产和经济发展中占有重要地位,然而在煤矿地质条件复杂、水文地质条件不利的情况下,煤矿防治水工作面临着严峻的挑战。分析了复杂水文地质条件下煤矿防治水存在的问题和难点,提出了切实可行的解决办法,为实现煤矿防治水一体化、提高煤矿安全生产水平提供有效的指导与帮助。同时,希望对推动中国煤炭行业可持续发展、保障生产安全和环境保护方面起到积极的作用。