侏罗系宝塔山砂岩突水风险预测及限制边界疏降技术

内蒙古上海庙矿区新上海一号煤矿发生国内首次也是目前唯一的侏罗系煤层开采底板宝塔山砂岩突水淹井事故;开展了侏罗系煤层开采底板强富水宝塔山砂岩突水危险性评价方法和防控技术的研究工作。首先,明确了“11·25”事故的突水水源为侏罗系延安组下部的宝塔山砂岩含水层,且煤层与底板宝塔山砂岩之间隔水层具有强度低、软化系数小、胶结性差的特点,属地质软岩。其次,以“含水层厚度、含水层富水性、含水层渗透性、含水层水压力及18煤底板隔水层有效厚度”为主要指标建立突水评价体系,将宝塔山砂岩含水层突水危险性分区被划分为安全区(32.21%)、威胁区(37.53%)及危险区(30.26%)三种类型,并通过实例验证了评价模型的准确性。最后,结合底板隔水层工程地质特性,分析采用“断层注浆形成局部限制边界+群孔疏降”的方法防控宝塔山砂岩突水。设定“疏放水开始至1号钻场退出疏放水工作、2号、3号和4号钻场持续进行疏放水工作至3号钻场退出、2号和4号钻场持续进行疏放水工作至模型补排平衡”的疏降方案。依据规范得出注浆后最大帷幕渗透系数为2×10^-2 m/d,当断层注浆后帷幕渗透系数为2×10^-...     

侏罗系煤田宝塔山砂岩含水层疏放水可行性研究

为了论证侏罗系煤田底板宝塔山裂隙砂岩含水层疏放可行性,选取宁东碎石井矿区灵新煤矿为例,利用井下单孔和多孔放水试验,分析了底板放水钻孔涌水量动态变化规律,评价了底板含水层放水效果和疏放可行性。结果表明:放水孔初期涌水量较大,经一周左右时间流量明显逐渐降低并趋于稳定;放水稳定时刻,形成以放水孔为中心的降落漏斗,且影响半径较大(均大于700m),各孔水压明显降低;由单孔放水到三孔叠加放水,降落漏斗形态不断扩大,影响半径逐渐增大,各孔水压逐渐降低。单孔放水阶段,FS2、G1和G2孔水压计算的底板突水系数小于正常标准(0. 1MPa/m);多孔放水阶段,FS2、JG、JF、G1和G2孔水压计算的底板突水系数小于正常标准。说明煤层底板砂岩含水层具有可疏放性,可通过底板钻孔放水实现对含水层的超前疏放,保障工作面的安全开采。     

侏罗纪煤田煤层底板砂岩水害特征与防治技术

为了查明侏罗纪煤田煤层底板砂岩水文地质条件进而避免水害事故的发生,通过抽水试验和放水试验,计算单位涌水量和渗透系数最大值分别为1.070 9 L/(s·m)和2.060 3 m/d,含水层富水性和渗透性较好;底板砂岩含水层在大流量长时间放水条件下具有一定的可疏性;通过水化学分析和三维荧光光谱分析可以有效区分井田内各含水层地下水水质;结合典型水害案例,揭示了底板砂岩水害的形成机理并总结其特征,提出底板砂岩含水层的防治技术。结果表明:侏罗纪煤田底板砂岩含水层水文地质条件较以往认识复杂,部分区域含水层富水性和渗透性强。煤层底板砂岩含水层对下组煤的采掘活动威胁较大,可通过注浆堵水或者疏水降压来对底板砂岩水害进行治理和防控。     

基于抽水试验和放水试验的断层导水性分析北大核心

为了避免断层水害和煤层顶底板砂岩水害的发生,需要准确掌握断层的导水性;通过延安组底部宝塔山砂岩含水层的大流量大降深放水试验,查明了DF_(20)断层在垂向上具有良好的导水性,是各含水层水力联系的重要通道,同时明确了DF_(20)和F_(2)断层在水平方向上具有导水性,三叠系含水层通过DF_(20)和F_(2)断层与宝塔山砂岩含水层等具有水力联系;探查了DF_(20)断层与FD;断层交汇处导水性最强,是各含水层水量交换的主要位置;确定了DF_(20)断层导水性在水平方向上具有不均一性,DF_(20)断层位于井田中部的区域导水性较弱,而井田南部区域导水性较强。结果表明:通过抽水试验和放水试验不仅可以获取断层的水文地质参数,同时可以查明断层的导水性及其空间特征。     

顶板高承压含水层疏水降压可行性研究

为了消除煤层顶板砂岩高承压水的威胁,通过回采前在工作面切眼里段开展井下大型放水试验,观察不同疏放水量下的水位降深情况,从而得出了顶板高承压含水层疏水降压的可行性。结果表明:经过一段时间的疏放,总放水量从最大为223.2 m~3/h(Y37-3)衰减至20~30m~3/h;水压从最初的5MPa将至0.38MPa,降幅很明显,从而得出顶板高承压含水层疏水降压是可行的;同时,提出了矿井进行回采的标准,为后期工作面的疏放水工作奠定了基础。     

煤层底板厚层砂岩含水层可疏性综合评价

为了指导煤层底板砂岩水害的防治工作,需要对含水层的可疏性进行合理评价。结合典型矿井的水文地质条件和水害案例,对水文地质钻孔抽水试验资料进行分析,初步评价了底板砂岩含水层具有可疏性。采用大流量大降深放水试验,对观测孔水位单位时间内的变化曲线斜率进行研究,底板砂岩含水层疏降快,恢复慢,增加放水量可有效加快含水层水位的疏降,多孔大流量疏放水可以最大程度上激发地下水流场的变化,在一定范围内对底板砂岩含水层进行疏水降压,可以持续降低地下水水位;单孔放水和多孔放水过程中水位恢复时间分别占放水时间的77.92%和86.21%,而水位仅分别恢复了最大降深的39.11%和46.56%,说明了含水层水位易疏降,难恢复。根据对放水孔的水量和水压变化情况分析,长时间疏水降压会使水量逐渐减小,并产生大幅降深,证明底板砂岩含水层补给条件一般。结合井田地层和构造条件,提出底板砂岩含水层位于相对较为封闭的隔水空间有利于疏水降压。结果表明:利用抽水试验和放水试验资料,从含水层水位单位时间变化速率、抽水和恢复水位曲线、放水孔水压变化和含水层边界条件等方面,可以对底板厚层砂岩含水层可疏性进行综合评价。     

煤矿砂岩水文地质特征及含水层突水危险性评价分析

以某煤矿矿区砂岩含水层为例,根据煤矿砂岩补勘资料和放水试验资料,综合分析煤矿砂岩含水层水文地质特征,并分别采用突水系数法和脆弱性指数法对砂岩含水层突水危险性进行评价分析。根据研究结果显示,某煤矿矿区富水性表现为东部强、西部弱的特征,富水性最强分区为第一分区;矿区东南部区域突水危险性最高,西部区域突水危险性较小;18^#煤层含水层正常涌水量和最大涌水量分别为1 200.79、1 860.84 m³/h。     

立井多层超厚含水层工作面及壁后注浆施工

平顶山煤业集团公司十矿北二进风井,全深1 119 m。井筒在15~131.8 m深处,揭露石千峰砂岩含水层,预计涌水量195m3/h左右;在338.3~400m深处,揭露平顶山砂岩含水层,预计涌水量200m3/h左右。平顶山砂岩下部含水层,分别位于井深400~470、520~700和800~880m处,合计330m,裂隙较发育。对石千峰和平顶山砂岩含水层,采用工作面预注浆和壁后注浆法堵水,注浆范围为井深30~400m;对平顶山砂岩下部各含水层,采用壁后注浆法堵水。共进行了22次工作面预注浆、215排壁后注浆,注浆堵水效果良好,顺利通过了各含水层,实现了无水快速掘进。     

鄂尔多斯侏罗纪煤田巨厚顶板砂岩含水层区域治理技术研究

文章以母杜柴登煤矿302盘区侏罗纪3-1煤层开采为背景,在充分分析矿井地质及水文地质条件的基础上,结合长距离定向钻孔技术在我国煤矿瓦斯治理、矿井水防治等方面的应用情况,提出了以工作面外巷钻孔导流、邻面钻孔截流、双侧采空区截流和长距离定向钻孔追踪探放水为核心的巨厚顶板砂岩含水层区域治理技术。应用结果表明：该技术经济、可行,在工作面巷道掘进期间,对巷道掘进施工影响较小|可实现采煤工作面顶板水“分区防控、煤水分离、清浊分流、区域治理”|较好地解决了富水顶板砂岩含水层的水害隐患,在顶板放水孔单孔涌水量超过200m3/h、工作面涌水量超过600m3/h的条件下,实现了厚煤层一次采全高工作面的安全生产和平均超过12000t/d的回采效率。     

工作面顶板含水层水害防治技术探索与实践

由于矿井顶板含水丰富,回采期间矿井最大涌水量达到900m3/h以上。为了实现安全回采,回采前期研究工作面顶板含水层地下水赋存特征,探查验证顶板物探结果,判断含水层对工作面开采时的影响程度,并通过放水试验进一步获取含水层相关水文地质参数,获取含水层涌水量、水位随时间等变化规律,为工作面及采区顶板水疏放工程优化布局提供科学依据。通过探查及放水实验孔数据实测,最终确定工作面疏放水方式,有效地降低工作面水害的威胁程度,确保了工作面回采后的安全生产。     

朱庄矿Ⅲ63采区放水试验成果分析

为了查明朱庄矿Ⅲ63采区6煤层开采受底板高承压太原组含水层的威胁情况,进行了非稳定流放水试验,用多种手段求取了渗透系数,分析了水位降深变化,并研究水质特征。结果表明:采区内太原组与奥陶系灰岩水存在着水力联系;采区内渗透性差异较大,水循环交替条件较好。研究结果为该采区的水害防治提供了可靠的水文地质依据。     

武山铜矿地下水数值模拟与矿坑涌水量预测

地下水数值模拟是矿坑疏干排水设计的基础.该文以江西武山铜矿为研究对象,根据矿区地质构造、地层分布及水文地质条件,对矿区的岩溶-裂隙含水系统进行概化,建立地下水流三维数学模型,结合现场抽水试验资料,采用MODFLOW有限差分法进行地下水模拟,预测矿井在不同设计疏干水平下,地下水流场分布及矿区涌水量大小,为矿山地下水有效防治和安全生产提供依据.     

长距离定向钻探技术在掘进巷道水害防治中的应用

为了对复杂水文地质条件下掘进巷道顶板含水层富水性进行探查,保障巷道的安全掘进,在巷道掘进前采用井下长距离定向钻探技术对巷道顶板含水层进行超前探测,结合钻孔钻进过程中水量实时观测资料,圈定了巷道顶板含水层的富水异常区|针对钻孔水量衰减曲线确定了巷道顶板复合含水层水力联系的空间差异性。经过实践验证,长距离定向钻孔可以更加准确地圈定掘进巷道顶板含水层的富水异常区,同时还可以查明顶板复合含水层的水力联系特征,并且对顶板含水层地下水向巷道渗流起到了显著的截流作用。结果表明：长距离定向钻探技术在复杂水文地质条件下掘进巷道顶板水害防治中具有显著的效果。     

基于数值模拟预测工作面顶板太灰含水层疏降水量

通过分析万峰矿地质及水文地质资料,研究万峰矿井太原组灰岩含水层水文地质特征,应用Visual MODFLOW软件,建立太灰含水层地下水数值模型,通过模型计算模拟太灰水流场动态特征,预测当回采工作面太灰水位疏降至含水层底板+160 m时,太灰含水层趋于疏干,工作面顶板太灰水的疏降水量为750 m³/h,为工作面安全回采及矿井排水设施的建立提供依据。     

煤矿深部采区底板含水层放水试验

随着煤层开采深度的增加,煤层底板承压充水含水层发生水害的可能性随之增加,对基础地质参数补充和再认识具有重要的意义。以陈四楼煤矿南部深部采区为研究对象,通过非稳定流放水试验分析了陈四楼煤矿南部采区灰岩岩溶含水层的水文地质条件及其与奥灰水的水力联系,计算了灰岩含水层的水文地质参数。试验表明:区域内的太灰含水层属中等富水性至强富水性,不存在降不下去的高水位异常区,可以采取疏降和底板注浆加固的办法防止底板突水。     

蒙西深部复合水体下高强度安全疏控水开采技术

针对蒙西矿区纳林河二号矿井开采深度大,主采煤层受多层含水层威胁、开采强度大的特点,在确定该矿区水害威胁类型的基础上,采用数值模拟、物理相似模拟和经验类比的方法研究了主采煤层覆岩破坏高度,分析了各含水层的充水规律,提出了复合水体下安全“疏控水”技术方案。研究结果表明：蒙西矿区开采主要防治水问题是复合水体威胁下安全采煤;预计得到纳林河二号矿井3-1煤开采垮落带高度按照垮采比4.5倍选取,裂采比按照15倍选取;提出的复合水体下“疏控水”采煤的总体方案为对于白垩系志丹群含水层采取“顶水开采”的方案,对于直罗组底部砂岩含水层采取“边回采边疏降”的控水方案,对于延安组含水层则采取“钻孔疏干或疏降与回采疏干或疏降相结合、先疏后采与边疏边采相结合”的疏水方案。     

山西煤矿区环境地质问题及治理对策探讨

针对目前我国煤炭开采对地质环境破坏的现状,分析和评述了发生在山西煤矿区的主要环境地质问题,指出了煤矿开采对地质环境破坏的主要表现形式为地表变形、水资源受损、水环境变异、生态环境衰退和地貌景观改变,并根据煤矿区地质环境破坏特征,提出了相应的恢复治理和防范措施。     

南泥湖露天矿区采场水力联系及矿坑涌水量预测

为了查明南泥湖露天矿区采场范围内水力联系及矿坑涌水量,分析了含水层类型及其富水性特征,地下水补给、径流、排泄条件,地下水的基本特征等,基于此,采用长期水文监测、示踪试验及水化学分析等方法,研究了大气降水、地表水、地下水及矿坑涌水之间的水力联系及相互转换关系;并分析了露采矿坑的涌水因素以及预测了露采矿坑涌水量,主要包括矿坑大气降水补给量、地表径流量和地下水补给量。研究为后期水文地质监测以及地质灾害防治提供了技术支持。     

降水法凿井时井中残余水柱理论分析

为了解决降水法凿井降水后期能否消除残余水柱的问题，对水跃产生根本原因及水跃理论进行了分析，认为:水跃值的影响因素主要有井壁结构、抽水量、地层渗透系数、降深、井径的函数等，水跃值与井抽水量、水井降深成正比，与井横截面积、地层渗透系数成反比；水跃值和降深成正比，随着降深趋向于全深，水跃值和降深之间的比值逐渐减小。并推导出潜水和承压含水层中抽水井的水跃公式和潜水含水层和承压含水层中稳定水位线的公式，为含水岩层疏排水数值模拟的参数修正以及降水井设计等方面提供科学依据。     

鄂尔多斯盆地北部典型顶板水害特征及其防治技术

为了查明鄂尔多斯盆地北部典型顶板水害的形成机理,并提出有针对性的防治措施,在系统分析区域含水层厚度、赋存特征、分布规律、水文地质参数等矿井水文地质条件的基础上,结合鄂尔多斯盆地北部诸多矿井顶板水害发生的特征,得出鄂尔多斯盆地西缘、东缘和北缘具有不同的顶板水害形成条件和特点,最具典型的水害类型分别为离层水害、薄基岩突水溃沙灾害和巨厚砂砾岩含水层顶板水害。研究了含水层沉积特征和水文地质结构,结合不同类型水害的形成要素和水害发生特征,初步查明了典型顶板水害的形成机理,“束状钻孔,靶向探放”是防治离层水害的有效方法,井上下疏放水和注浆改造是防治薄基岩突水溃沙的有效途径,顶板水超前疏放和加强排水系统是巨厚砂砾岩含水层顶板水害防治的主要方法。大量的工程实践资料验证了对水害条件认识的正确性和水害防治方法的有效性。