采动覆岩高位离层演化特征及涌( 突) 水前兆信息研究

采用理论分析、物理模拟和数值模拟相结合的方法,重点研究了招贤煤矿工作面的高位离层的时空演化,并将开采期间水位变化、微震监测数据作为高位离层涌(突)水前兆信息,揭示了特厚煤层综放开采覆岩主控裂隙(纵向主导水裂隙和横向离层裂隙)演化特征及离层水害机理。以永陇矿区招贤煤矿为研究对象,黄陇侏罗系煤田永陇矿区煤层覆岩具有弱胶结、泥质含量高和单层厚度大等特点,侏罗系覆岩之上为巨厚高水压白垩系含水层,厚及特厚煤层开采时易在侏罗-白垩系交界上下形成高位离层积水;当导水裂隙与高位离层积水沟通时,形成离层水害。离层水害具有瞬时性、大流量并伴随强烈矿山压力显现等特点。研究结果表明:当工作面达到充分开采时,采空区两帮离层裂隙较为发育,中部处于压实区,最大横向高位离层位于梯形破坏区顶部;工作面上覆亚关键层的周期性破断造成工作面周期性来压、高位离层空间周期性扩张、闭合,导致宜君组水位周期性异常下降;工作面经长时间停采,恢复开采后,重复扰动覆岩诱发覆岩岩体结构失稳,导水裂缝带沟通离层空间,造成离层涌(突)水;水位突降、水位下降速率突增、微震大能量事件可作为1304工作面突水前兆信息;关键层的破断会引起微震能量事件,伴随关键层的快速回转、下沉扩大离层空间,造成宜君组水位异常下降;工作面多次复采造成覆岩自稳能力逐渐劣化严重,加快离层涌(突)水通道形成,离层涌(突)水通道逐步增大;随着出水次数增加,水位提前下降时间减少,微震能量事件能量降低,涌水量增大;采动过程中离层涌(突)水的前兆信息-白垩系含水层的水位变化以及矿井微震监测数据验证了模拟结果是可信的。     

弱富水软岩水-沙混合型突水机制与防治技术——以上海庙矿区为例

近年来我国西北侏罗纪煤田弱富水软岩水-沙混合型间歇式突水事故多发,短时水(沙)量大,缺少有效的防范技术措施,严重威胁矿井安全生产。为揭示其形成机制以便于制定相应的防范措施,以内蒙古上海庙矿业新上海一号煤矿为研究对象,室内测试了岩石力学强度、软化系数等参数,井下实测了围岩松动圈,综合判定为典型的软岩地层;正交偏光镜下显示砂岩成熟度低,黏土质矿物胶结;水理性试验表明砂岩颗粒间泥质胶结物易产生溶蚀现象,能够形成固-液双相混合物,在水动力下具有流沙属性;泥岩极易吸水膨胀、泥化。根据含水层水位和地表岩移长期观测结果,推定低位覆岩内和高位覆岩内均可以产生离层裂隙,且离层裂隙具有汇集水源功能。将111084工作面突水溃沙过程中含水层水位历时曲线与水量历时曲线叠合考察,突水量与突水含水层水位升降变化之间有明显的相关性。初时突水量大、水位下降幅度也大;水量在趋于衰减过程中出现几次跃升,含水层水位在趋于回升过程中出现几次相应的跃降;跃升(跃降)的幅度梯次减小;两次跳跃时间间隔梯次延长。综合以上信息,提出离层裂隙的汇水作用可以强化弱含水层短时突水强度观点,弱胶结砂岩提供了混合突水的沙源;离层水体释放过程中水动力发生强弱变化,随着离层水体释放水动力减弱,大量泥沙封堵突水通道,表现出泥沙自封堵效应。覆岩持续压缩,离层裂隙储水能力逐渐弱化,表现为突水量梯次减小;离层水补给路径逐渐扩展,表现为突水休止期梯次延长。汇水—突水—封堵—再汇水—再突水—再封堵的过程交替进行,揭示了间歇性水-沙混合型突水模式的突水机制。离层水害发生需要具备水源(富水性)、时间、空间、通道、压力等5个必要条件,强调导水裂隙突水通道的重要性。工程应用表明,顶板水预疏干可以改变含水层的富水性条件,预置导流管改变离层空间封闭性和汇水时间条件,突水通道和压力条件,可以有效避免此类事故发生,保障矿井安全生产;同时可实现无顶板淋水、采空区无涌水状态下开采,优化采场作业环境、弱化软岩劣化效应,促进矿井高效生产。     

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。     

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...     

济宁煤田巨厚覆岩离层突水机理初探

华北煤田开采通常受煤层底板水害的严重威胁,顶板砂岩水危害不大,随开采技术的不断发展,水文地质条件发生较大变化,水害成因复杂,顶板水害事故不断发生。鲁西南地区济宁煤田首次发生工作面巨厚覆岩突水事件,分析了济宁二号煤矿11305综放工作面采空区滞后突水因素与机理,总结了巨厚覆岩离层发育特征,对水文地质条件类似矿井防治水工作具有借鉴意义。     

我国煤矿（区）离层水害特征分析

为了全面掌握中国离层水害事故特征及相关因素，详细统计并分析了我国离层水害事故时空分布、地域分布、时间分布及等级分布规律，总结了离层水害的赋存条件、充水水源、导水通道、涌水形式和开采条件。结果表明：白垩系砂岩含水层下近水平厚煤层开采诱发的离层水害分布范围最广、突水次数最多，且事故等级和死亡人数最多；节后复产和气候更迭时期是人为因素造成离层水害事故的高发期；巨厚硬岩含水层和含—隔水层组合岩层是积水离层的赋存形式；（特）厚煤层或缓倾斜（近水平）煤层开采是引发离层水害的主要开采条件。     

软岩矿区顶板弱含水层高强度携沙突水机理研究

近年来西北侏罗纪煤田由弱含水层引起的顶板高强度携沙突水案例多发,为查明弱含水层出大水的机制和沙源,以便于制定防治措施,从分析软岩特点入手,提出了采后覆岩移动力学结构模型"新四带"观点及实践依据,指出了形成离层水害的4个条件,明确了离层汇水作用强化了弱含水层的突水强度、泥沙自封堵作用决定了间歇式突水模式。通过案例分析,证明了上述观点的正确性,为此类事故防治提供了理论根据。     

采动覆岩“突水离层带”岩体结构演化致灾机理及突水预报方法

离层水害是近年来我国东西部矿井较为常见且严重的水害类型，研究采动覆岩结构演化对揭示离层突水机理、灾害预测防治有着重要意义。为分析不同工程地质条件下离层突水演化机理，将可以产生采动覆岩离层涌水的离层水体及其上下位一定范围的岩层统称为“突水离层带”。建立“突水离层带”采动岩体结构力学模型，根据上位岩层和下位隔水层破断规律，分析5种突水类型(采动覆岩离层静水压突水、采动覆岩离层动力突水、多煤层叠加开采离层突水、传统顶板导水裂隙涌水和离层积水不突水)的形成机制和力学条件，研究回采期间导水裂隙带时空演化与离层突水的关系；基于工作面开采条件、覆岩条件、突水离层带发育位置和微震监测，分析了离层突水形成条件，揭示了离层突水演化机理，并对永陇矿区崔木煤矿和招贤煤矿工作面开展了实例分析，提出了工作面离层突水预报方法。研究得出：(1)随着工作面推进，充水离层上位岩层和下位隔水层破断规律的差异是导致出现5种突水类型的根本原因；(2)只有在采高M和充水离层与煤层间距H处于某种特定关系下，才会满足形成“突水离层带”的基本条件，发生离层突水；(3)陕西崔木煤矿21306工作面离层突水主要是由上位岩层破断导致，突水期...     

泄水钻孔防治离层突水技术在煤矿的应用

针对近年来黄陇侏罗纪煤田综采放顶煤工作面上覆岩层离层水突出这一新的煤矿突水类型,通过分析采后覆岩离层水的形成及突水机理,得出离层水形成的垂向位置主要处于白垩系宜君组砾岩(硬岩)与侏罗系安定组泥岩、砂质泥岩(软岩)之间的离层空间,以及巨厚安定组内泥岩与砂泥地层之间的离层空间;离层水补给来源主要有侏罗系含水层的侧向径流补给和白垩系洛河组含水层的垂向越流补给,充水通道主要是煤层顶板导水裂隙。提出了预先在工作面可能出现离层涌水位置施工地面泄水钻孔防治离层水的技术,并优化了钻孔关键技术参数,实现了2个工作面的安全生产,为防治离层水积累了有效的措施和经验。     

煤矿顶板离层水害形成机制、致灾机理及防治技术

顶板离层水害对煤炭生产的威胁日益增大,近年来成为矿井水害防治的研究热点。系统整理和归纳了国内外关于煤矿离层水害的研究进展,从煤矿离层水的形成机制、致灾机理、水害预测预警及关键防治技术4个方面,对煤层覆岩离层水害问题进行阐述。综述了采动覆岩离层研究及覆岩离层水形成机理,将煤层覆岩离层水的形成归纳为3个基本条件:可积水离层、离层周边存在补给水源、离层空间持续时间足够长。根据开采条件、覆岩的工程地质条件、导水通道形成原因与突水特点,从多煤层叠加开采下的重复扰动突水、多煤层叠加开采下动力突水、单煤层开采下的静水压涌突水及侏罗系煤田离层水害形成机制4个方面阐述离层水害致灾机理;重点分析了侏罗系煤田3种典型的离层突水形成机制:崔木、招贤煤矿高位离层水害形成机制、新上海一号煤矿间歇式离层突水形成机制、携泥砂型离层水害;根据能量源和表现特征将离层水害归为三大类:离层动力突水、离层静水压涌突水以及离层携泥砂井下泥石流。从可积水离层位置预判、离层突水周期性预测及离层涌突水水量预测3个方面总结了覆岩离层水害预测方面的研究进展。分析介绍了目前主要的离层水害防治方法,结合目前离层水害较为严重的鄂尔多斯盆地侏罗纪煤田,分析了鄂尔多斯盆地侏罗纪煤田离层水害防治的难点:高位离层突水出现的强矿压问题以及离层水害引发的溃砂问题。提出离层水害防治未来的发展与研究方向:开展离层水害采前精准预测分区研究;发展钻探、地球物理探测等勘察技术使覆岩破坏从"灰箱"变为"白箱";发展离层水害综合防控技术体系。     

陕北某矿3号煤层开采导水裂缝带高度测定

导水裂缝带的发育规律及其高度测定对矿井绿色安全开采具有重要意义。为掌握工作面开采过程中的覆岩垮落规律与裂隙发育规律,以陕北某矿3号煤层1309工作面为研究对象,采用物理模拟和工程类比方法进行实验测定。结果表明,工作面充分采动后的导水裂缝带高度为101.7 m,裂采比33.9;覆岩中第二关键层可以有效地抑制竖向裂隙的发育,对该工作面的导水裂缝带发育起主要控制作用。研究成果可对该煤矿开采过程中顶板水害防治提供一定的指导和借鉴。     

我国煤矿水害类型及其防治对策

分析了近年来我国煤矿水害的基本特点,通过对全国不同地域主要开采煤层赋存地质与水文地质条件的分析,将我国煤矿水害类型划分为4大主要类型。初步分析了不同水害类型的基本特点、形成条件和发展趋势,提出了有效防治不同类型煤矿水害的技术路线及适用条件,对目前制约煤矿水害防治技术的关键问题进行了探讨。     

黄土地区煤矿地表水防排水研究

目前国内对煤矿水害及防治研究多集中于对地下水水源产生的水害研究,对地表水诱发的煤矿水害研究较少。文章重点关注北方黄土地区煤矿地表水防治问题,为黄土地区的煤矿地表水害提供防治措施。通过对中煤平朔集团安家岭煤矿的研究,利用概率积分法、FLAC3D数值模拟方法对安家岭井工1矿4106~4109工作面地表移动规律进行研究模拟,预测开采后地表变形情况和平均影响半径,评价采动区内地表水渗漏的危险性。结果表明:根据经验公式与数值模拟方法计算采区"两带"(垮落带与导水裂缝带)发育高度约为171.8 m;采煤产生的地表积水区与导水裂缝带会对煤矿开采产生威胁;采取拦截工作面以外外围来水,就近取土适时填筑凹陷区,及时排除渗入矿井内部的积水等措施解决地表水渗漏问题对煤矿安全生产的影响。     

瞬变电磁法在导水裂缝带高度探测中的应用

一般情况下,对导水裂缝带高度的确定主要借助经验公式法、钻孔实测法、周边煤矿类比法、数值模拟和相似材料物理试验等传统方法。为科学制定水害防治措施,以杭来湾煤矿30103回采工作面为研究对象,在以往通过钻孔实测导水裂缝带高度的基础上,引入了瞬变电磁探测方法。通过对探测结果进行分析和解读,确定301盘区分层开采条件下,采厚为4.8 m时,导水裂缝带高度为118 m,裂采比为24.6,这一探测结果与钻孔实测数据基本吻合。该方法具有费用低、效率高、操作简单、探测结果可靠等诸多优点,可以为矿井回采工作面突水危险性评价和顶板水害防治提供重要依据。     

神府矿区大型水库周边浅埋煤层开采水害防治技术

以神府矿区大型水库常家沟水库为例,运用水文地质勘探、钻孔实测、理论计算、数值模拟等手段,查明了常家沟水库周边水文地质条件,拟合得出导水裂隙带高度计算公式,开展了大型水库周边浅埋煤层开采水害问题防治技术研究。研究结果表明:研究区水库周边煤层开采导水裂隙带预计发育高度约为72.8 m,常家沟水库周边煤层开采存在的水害主要包括烧变岩涌(突)水问题、萨拉乌苏组突水溃沙问题、常家沟水库倒灌水害等问题,针对常家沟水库浅埋煤层开采不同水害问题,提出了留设保护煤柱、帷幕注浆与井下探放水疏放、井下探放水与地面抽排联合疏放、上覆煤层采空区积水探查与疏放、沟道裂缝填埋等水害防治技术。水库周边15207工作面回采时,在留设保护煤柱的基础上,采取帷幕注浆625 m,施工疏放4-2煤烧变岩积水钻孔28个,累计放水量33 523 m3,保障了工作面安全回采。     

平朔井工三矿9~#煤层充水因素分析及水害防治

分析平朔井工三矿的充水因素,认为开采9#煤层的最大隐患是顶板石炭-二叠系砂岩突水,大气降水、地表径流以及大沙沟水补给下部含水层导入矿井也是不可忽视的因素,并利用导水裂隙带高度计算结果对煤层顶板水冒落安全性进行分析评价,为矿井水害防治提供了决策依据。     

构造破碎带大巷顶板淋水注浆封堵技术

针对赵庄二号井西轨大巷构造破碎区巷道围岩变形、喷浆层开裂、顶板淋水的问题,通过分析巷道顶板淋水来源和围岩结构特征,提出了该巷道淋水封堵原则,并通过现场试验的方法,对大巷围岩顶板和巷帮封堵注浆施工顺序、注浆钻孔管路固定、封孔工艺以及注浆压力等技术工艺进行了分析。工业试验表明:巷道围岩浅部节理裂隙通过构造裂隙与巷道顶板裂隙含水层导通,是形成巷道顶板淋水的原因。提出了"先帮后顶,帮部由下向上,顶板先两侧后中间"的累积注浆施工工艺,确定该巷道顶板注浆压力为2~4 MPa,巷帮注浆压力为4~6 MPa。     

许疃煤矿主要水害水源类型与防治对策

许疃煤矿是受水害严重威胁的矿井,自2001年以来,共发生突水事故4次,最大突水量194 m3/h。为了保证矿井的安全生产,必须加强矿井防治水工作。对许疃煤矿主要水害水源类型新生界四含水、第三系"红层"含水层、老空水、灰岩水的富水特点及补给关系进行了系统分析,在此基础上,对老空区突水、断层突水、陷落柱突水等的防治对策进行了探讨。     

2020年全国煤矿水害事故分析及其防治对策

为达到“一矿出事故、万矿受教育”,从过去的事故、别人的事故中汲取教训,用事故教训开展警示教育的目的,深入分析了2020年全国煤矿水害事故的基本情况、存在的问题,认为水文地质条件未查清、探放水措施落实不到位、违规在采空区水淹区域下开采急倾斜煤层、防治水技术力量匮乏、发现透水征兆不撤人和安全风险意识不强6方面是导致水害事故的主要原因。提出了严格落实“三专两探一撤”措施、严格执行水害防治监管监察执法要点、严禁在水体下开采急倾斜煤层、严禁在暴雨和洪水期间入井作业和加强职工培训等5条具体的应对举措及建议。     

赵家寨煤矿二_1煤层底板承压水水源补给规律研究

为了消除煤层底板承压水的威胁,结合新密煤田赵家寨煤矿底板含水层和隔水层情况、水文地质动态观测网台账以及区域构造发育规律,分析了二1煤层底板各含水层水位及水压的变化规律,找出了底板承压水的补给来源和导水通道,确定了区域水源的补给规律,最终得出了赵家寨煤矿底板承压水水源补给呈现以构造补给为主、灰岩隐伏露头补给为辅、多种补给方式并存的规律。