榆横矿区十六台勘查区保水采煤分析

为了分析十六台勘查区的保水采煤条件,通过对其含水层富水特征分析,研究了煤层与覆岩的含(隔)水层空间特征,并计算了导水裂隙带的发育高度。研究表明,研究区生态环境脆弱,萨拉乌苏组潜水含水层是主要的含水层和供水水源,也是保水采煤的目标含水层;主要隔水层第四系离石组黏土结构致密,渗水条件差,发育连续稳定,是萨拉乌苏组潜水赋存储集的重要条件;煤层与覆岩的空间组合具有较好的保水条件,煤层开采时冒落带和导水裂隙带发育高度不会波及到萨拉乌苏组潜水含水层,煤炭开采时采取适当措施可实现保水采煤。     

巨厚砂砾岩含水层下特厚煤层保水开采分区及实践

以永陇矿区崔木煤矿为研究背景,分析矿区含(隔)水层与煤层的空间组合及覆岩特征,结合导水裂隙带发育高度探查结果,开展巨厚砂砾岩含水层下特厚煤层保水开采分区及实践研究。结果表明:该区导水裂隙带发育高度为煤层采厚的19.93~23.23倍,已波及上覆白垩系含水层。以所确定的保水开采保护层厚度30 m为阈值,将研究区划分为自然保水开采区、可控保水开采区和保水限采区,并提出各分区相应的保水开采途径。实践表明:巨厚砂砾岩含水层下保水开采的有效途径主要包括控制导水裂隙发育高度,选用适当的工作面布局及推进速度,以及隔水层采动破坏后的恢复与再造。     

陕北榆神矿区煤层开采顶板涌水规律分析

榆神矿区是我国陕北煤炭基地的重要组成部分,针对榆神矿区煤层开采顶板覆岩含水层涌水规律研究不足等问题,通过系统分析地质与水文地质结构特征,将矿区开采煤层覆岩划分为松散孔隙、基岩与风化裂隙、烧变岩孔洞裂隙4个含水层组,以及主、亚2个隔水保护层组;根据煤层采动导水裂隙与覆岩含(隔)水层组不同组合关系下的含水层涌水特征,提出了浅埋煤层侧向直接涌水、中深煤层侧向与垂向复合涌水,以及深埋煤层侧向涌水与垂向弱涌水3种含水层涌水模式;并采用数值分析方法,以榆神矿区典型矿井为研究对象,构建了采煤工作面尺度上煤层开采3种模式涌水分析模型,模拟结果显示,浅埋煤层侧向直接涌水型(凉水井井田),主采煤层为4^-2煤层,采动导水裂隙直接发育至松散含水层,工作面顶部含水层被疏干,总涌水量为47 m³/h,地下水流场受采动影响大;深埋煤层侧向涌水与垂向微涌水型(小壕兔1号井田),主采煤层为1^-2煤层,采动导水裂隙发育至基岩含水层,总涌水量为21.87 m³/h,以侧向涌水为主,由于主、亚隔水层复合保护,垂向涌水微弱;中深煤层侧向与垂向复合涌水型(曹家滩井田),主采煤层为2^-2煤层(均厚约为11 m),在分层开采条件下导水裂隙发育至基岩含水层内部,其侧向涌水量为23.17 m³/h,垂向涌水量为12.67 m³/h,地表松散含水层地下水流场变化较小,在一次采全高条件下导水裂隙突破亚隔水层,发育至风化基岩含水层底部,总涌水量增至131 m³/h,对松散含水层影响较大。此外,当导水裂隙带高度小于180 m、不能沟通风化基岩含水层时,随导水裂隙带高度增加涌水量增加幅度不大,当导水裂隙带高度大于180 m、导水裂隙揭露富水性较好的风化基岩含水层时,涌水量增加幅度较大,由此可见,抑制导水裂隙发育高度与覆岩强含水层的接触关系,是控制煤层覆岩涌水的一项重要措施。     

弱胶结巨厚砂砾岩含水层离层突水机制研究

安新煤田主采煤层上覆巨厚弱胶结砂砾岩含水层,富水性弱,但多个工作面回采期间发生突水,查明突水机制是矿井水害防治的关键。通过水文地质特征分析,阐明了砂砾岩含水层厚度分布特征和富水性分区特征。采用岩石单轴抗压强度、三轴声发射、X衍射试验等方法,获得了顶板隔水层岩石物理力学性质。基于关键层理论分析、导水裂隙带与采动富水异常区层位关系及相似模拟试验成果,建立了4种条件下巨厚砂砾岩含水层突水的水文地质结构模型,揭示了砂砾岩含水层不同条件下的突水机制,并明确了研究区突水点的突水机制,提出了隔水保护层失稳导致突水的工程判据。研究结果表明：研究区东部局部区域含水层富水性中等,以往多次突水均发生在弱富水区;砂砾岩含水层下顶板泥岩中黏土矿物含量达到59.6%,亲水性强,具有良好的隔水作用;但在采动作用下顶板隔水层岩体卸压后强度降低,厚度较薄时,受上部岩层载荷和采动富水区静水压力作用易发生破坏,成为良好导水通道;砂砾岩含水层物理力学性质特殊,采动扰动后孔隙裂隙发育,形成了富水变化异常区;弱胶结砂砾岩突水的强度与下部基岩特征、导水裂隙带发育高度、隔水保护层厚度等因素相关;研究区弱胶结砂砾岩发生突水的工程判据为...     

内蒙古梅林庙井田主要含水层间水力联系研究

为给梅林庙井田建设及安全开采提供技术保障,在分析矿井各含(隔)水层水文地质特征的基础上,综合野外水文地质钻探、抽水试验、水质化验等方法对井田内主要含水层水力联系进行研究。结果表明,研究区内第四系含水层和白垩系含水层之间水力联系较好,白垩系含水层与侏罗系3-1号煤层顶板含水层之间水力联系较差,侏罗系3-1号煤层顶板含水层与3～6号煤层间含水层之间水力联系较差。同时对未来影响2-2_中号、3-1号、6-2_中号煤层开采的矿井涌水量进行了分析。研究成果可为矿井未来开展水文地质及水害防治工作提供参考,同时对周边条件类似矿井具有一定的参考价值。     

深部山青工作面带压开采水文地质条件分析

为确保带压开采深部山青工作面实现安全回采,对牛儿庄矿56805工作面的水文地质条件进行了分析,得出大青灰岩含水层和奥灰含水层是影响煤层开采的主要含水层,二者之间自然状态下无水力联系。通过对开采条件下煤层底板阻水性能的分析,发现隔水层阻水能力受采动影响较小,基本和自然状态下类似。最后利用突水系数法对工作面回采安全性进行评价,评价结果显示工作面基本满足安全开采要求工作面可以安全回采。     

富水覆岩采动裂隙扩展及潜水渗流过程模拟研究

采用固—液耦合相似模拟实验的方法,研究煤层开采中因顶板垮落、放顶垮落造成的顶板突水通道的变化规律。结合工程实践,系统分析了工作面富水覆岩因采动岩体裂隙动态发展的普遍规律、分布特征及含水层潜水的渗流过程;对煤岩体的变形和裂隙渗流机理进行了初步的探讨,可为煤矿顶板突水防治提供理论依据。     

强富水含水层下综放开采水砂灾害防控关键技术

弱胶结煤层覆岩抗采动变形能力差,高强度开采形成的采动裂隙易导通强富水含水层,在近距离强富水含水层下综放开采具有极大的危险性,常发生突水溃砂事故。为了实现强富水含水层下综放开采水砂灾害的安全防控,研究了基于水文地质条件精细探查、覆岩破坏高度的实测与监测、煤层采放高度设计与实时调整的突水溃砂灾害防控关键技术。提出基于网络并行电法和井下加密钻探的精细化探查组合方法以查明工作面开采的水文地质条件;采用经验公式预计、数值模拟计算、钻孔注水法实测以及电-震一体化监测等手段获取动、静态综放开采的覆岩破坏高度特征;通过控制煤层采放高度、优化工作面两巷在煤层中的位置、电-震一体化监测覆岩破坏高度反算煤层采放高度等方法达到及时调控煤层采放高度的目的。以应用工作面为例,采用并行电法、钻探验证,覆岩破坏高度实测以及煤层采放高度的精准控制等方法,基于地质条件探查与分析,动态控制了煤层覆岩的采动破坏范围,实现了工作面在近距离强富水含水层下的综放安全开采。研究表明,物探、钻探探测可有效获取水文地质信息以及综放开采覆岩破坏的关键参数,将采动裂隙场与水文地质条件相结合,控制煤层采放高度,对不同含水层采取疏或保的不同对策,实现了强含水层下综放安全开采。     

盘城岭矿15号煤层薄隔水层带压开采防治技术

盘城岭矿现开采石炭系上统15号煤层，为局部带压开采矿井，地质构造发育，隔水层厚度较薄，目前开采工作面已全部进入带压区域。因隔水层厚度较薄，采深不断增加，隐伏构造的存在以及断层、陷落柱在煤层采动影响下，有可能会沟通含水层与煤层的水力联系，对矿井安全生产构成了威胁。为保证矿井安全，需对矿井15号煤层带压开采进行安全性评价，分析研究在构造发育条件下，采取防治技术实现薄隔水层上带压安全开采。     

采动覆岩隔水层稳定性力学模型及应用研究

为了研究覆岩隔水层的稳定性,预防煤矿顶板突水灾害,实现保水采煤,本文将单一岩层形成的顶板隔水层简化为地基上四边固支的薄板,考虑了隔水层以下破碎岩体对隔水层的支撑作用,根据能量法推导了其挠度以及应力表达式,得到了覆岩隔水层应力分布特性,求出了临界载荷随工作面推进距离的变化规律,并结合具体工程实例,利用数值模拟软件进行了覆岩隔水层稳定性分析。研究结果表明:1)煤层开采后,覆岩隔水层在长边边缘中间应力最大,容易发生破坏;2)破碎岩体的支撑作用对隔水层的稳定性具有重要的影响,煤层采厚越小,破碎岩体对覆岩隔水的支撑作用越强,隔水层越不容易破断。研究成果可为煤矿顶板防治水研究以及保水采煤实践提供一定的参考。     

古交矿区峰峰组与上马家沟组水力联系及意义

为了进一步了解古交矿区带奥灰水压开采的水害水源与突水机理,对中奥陶统峰峰组和上马家沟组两个主要含水层的水力联系进行了研究。依据矿区水文地质勘探成果、峰峰组和上马家沟组岩石学及水文地质特征,划分出不同的含水层与隔水层,通过34个水文钻孔水位和1980年以来奥灰水位的动态变化,证明峰峰组含水层实际位于其上段,上马家沟组含水层位于其中、上段,两者之间存在明显的隔水层,即峰峰组下段,两者之间水力联系差,是两个相互独立的含水层。距离煤层较近的峰峰组含水层是影响矿区带压开采的主要水源,但峰峰组在该区域富水性弱,由于其与上马家沟组水力联系差,对矿井安全影响较小,是古交矿区带压开采的有利条件。     

双承压水间采煤顶底板破断及渗流规律

以山西某煤矿双承压水间下组煤开采为背景,针对煤岩应力-渗流耦合机理,采用相似材料模拟和离散元数值模拟,揭示双承压水间下组煤不同开采尺度下岩体断裂模式和渗流规律,提出顶板导水裂隙带发展模式,并建立底板“四带”形成与工作面开采过程的对应关系。研究发现：初采期间底板仅发育矿压破坏带,达到充分采动后,新增损伤带及采动导高带开始出现,新增损伤带主要集中于工作面下方。采动岩体应力-渗流耦合效应归结为：煤层开采导致顶板破裂和应力的降低,顶板岩体渗透性能增大,太灰水透过顶板裂隙渗入采空区和工作面;底板隔水层在奥灰高承压水的楔劈作用下发育导高裂隙并导升。当残余水头压力无法继续劈裂隔水层岩体抗拉强度,底板岩层重新恢复到应力-渗流稳定状态。     

示踪试验在煤层顶底板充水含水层水力联系探查中的应用

长平井田15~#煤层直接顶板为太原组K_2灰岩含水层,属弱富水性含水层,而15~#煤层底板属富水性强的奥陶系灰岩承压含水层,煤层开采后顶板直接充水水源为K_2灰岩含水层水,K_2灰岩与奥陶系灰岩含水层是否存在水力联系,对15~#煤层开采矿井顶板水的充水强度分析至关重要。通过多种化学微量元素示踪试验,选取了井田内水文长观孔作为碘、氟和铵等微量离子示踪剂的投放孔和检测孔,在检测孔的目标含水层采取水样进行了微量离子的检测,对微量离子的浓度随时间的变化情况进行了分析,结果表明:15~#煤层顶板K_2灰岩含水层与底板奥陶系灰岩含水层地下水存在一定的水力联系,但是水力联系较弱,因此15~#煤层顶板K_2灰岩水对煤层开采威胁较小。     

基于煤层顶板抽水试验的含水层水力联系研究

为给曹家滩井田2~(-2)煤层先期开采地段提供技术保障,在分析矿井各含(隔)水层水文地质特征的基础上,结合地面抽水试验结果,对2~(-2)煤层上覆含水层的水力联系进行综合评价。研究结果表明:矿井主要充水含水层为直罗组、延安组和风化基岩含水层,其中风化基岩段存在一定厚度的强富水层;萨拉乌苏组与风化基岩含水层不存在水力联系,证实了保德组红土在井田内有良好的隔水效果,直罗组与风化基岩含水层具有一定的水力联系,延安组与直罗组含水层一般不存在水力联系或相互补给有限。     

工作面顶板含水层特征探测与分析

在分析了5301工作面邻近工作面涌水情况及工作面主要含水层、隔水层的基础上,采用理论分析、物探及现场钻探手段对工作面上方覆岩主要含水层情况进行详细的探查与分析。掌握了工作面主要富水区域;工作面开采主要受顶板砂岩水威胁。在开采前需要对砂岩水进行疏放,保障工作面安全开采。     

榆阳煤矿保水开采的工程地质条件

介绍了榆阳煤矿岩体划分,并对矿区内主采煤层厚度,煤层覆岩结构,工程地质性质,顶板类型,关键隔水层隔水性,以及在采动影响下发生的变化等进行了分析研究,得出了相关的结论。     

榆横北区地面瞬变电磁法探查含水层特征应用

为了整体掌握榆横北区巴拉素井田各含水层富水情况及水力联系,通过瞬变电磁法勘探对井田先期开采地段内开采煤层顶板的各主要含水层特征及其水力联系等进行分析研究。结果表明:矿井未来开采的2#、3#煤层顶板存在白垩系洛河组和侏罗系安定组、直罗组、延安组等多个地层,其中部分地层为含水层,且各含水层的富水性不均一。根据数据成果,对各地层进行了若干个低阻异常区的划分及边界圈定,同时发现各异常区主要表现为同层之间有一定的水力联系,但各层之间的垂向水力联系不明显。本次地面瞬变电磁法勘探成果为矿井未来水文地质及防治水工作提供了有力的理论依据,同时对周边条件类似矿井具有一定的借鉴价值。     

曹家滩煤矿顶板富水性分析及防治措施研究

为了避免西部高强度开采矿区发生工作面顶板溃水溃沙灾害，以地表生态脆弱的榆神矿区曹家滩矿井的首采工作面为研究背景，分析了首采工作面煤层的地质概况，确定了影响工作面发生水害事故的充水因素，将物理探测和“三图”法相结合对首采工作面煤层顶板富水性特征及分区进行了综合论证分析。结果表明：大气降水和地表水是矿井的间接充水水源，煤层顶板导水裂隙带波及范围内的延安组、直罗组和基岩风化带含水层的水为直接充水水源|导水裂缝带是矿井发生水害事故的主要充水通道|矿井风化基岩含水层富水性较强，延安组为弱含水层。通过FLAC 3D研究了覆岩裂隙运动破坏规律，工作面推进至180m后，导水裂隙带发育速度增加，推进至240m后达到最大值约159m，覆岩的裂采比为26.5。结合上述分析，提出了以完善矿井水害监测系统和建设防排水系统、合理确定回采参数和培训防治水专业人员相结合的防治水技术改进措施。     

基于多含水层放水试验的顶板水可疏降性评价

为了对巷道掘进和工作面回采分别制定有针对性的防治水方案,通过对工作面顶板Ⅱ含水层和Ⅲ含水层分别开展放水试验,利用解析法计算了各含水层的水文地质参数,结合放水试验观测资料查明了Ⅱ含水层和Ⅲ含水层之间的水力联系,评价了各含水层的可疏降性。结果表明:威胁巷道掘进的Ⅲ含水层渗透性和富水性较强,同时与Ⅱ含水层的水力联系密切,巷道掘进期间Ⅲ含水层的可疏降性较差,可以采用对Ⅲ含水层注浆改造和局部疏水降压的防治水方案;与抽水试验相比,根据放水试验计算Ⅱ含水层的渗透系数较大,主要是由于钻探工艺、水跃和井损的影响,工作面在回采前可以对Ⅱ含水层采取长时间分散疏放和短时间集中疏放的防治水方案。对于顶板赋存多含水层的情况,可以利用放水试验探查工作面水害条件,评价各含水层的可疏降性,进而制定相应的防治水方案。     

榆神矿区浅埋煤层多重水体下大采高综采水害影响评价

榆神矿区3煤顶板多重水体并存,对区内浅埋深厚煤层开采构成了水害威胁。以榆神矿区某矿为例,煤层顶板赋存有3类共6重水体,通过分析覆岩水体的赋存条件,确定了不同水体的富水性特征。基于3煤覆岩结构和类似条件矿井开采实践,预计了薄基岩厚土层条件下3煤7m大采高综采的覆岩破坏高度,计算了不同类型安全煤岩柱的尺寸。根据覆岩水体的富水性特征和空间分布,分析了不同水体对3煤大采高综采的水害影响程度,得出基岩风化带含水层、顶板基岩含水层和烧变岩含水层对3煤开采构成直接充水影响;黄土孔隙裂隙含水层对3煤开采构成溃砂影响;萨拉乌苏组含水层、地表十八墩河对3煤开采不构成直接充水影响。为确保安全,在3煤开采前须对基岩风化带含水层局部富水性较好的区域提前疏放,对烧变岩含水层留设20m的侧向防隔水煤岩柱。