阳煤二矿岩溶陷落柱防水保护煤柱宽度设计

为保障阳煤二矿15^#煤层采煤工作面的安全生产，以31301工作面为背景，采用理论计算分析其顶底板岩层破坏范围，确定顶底板涌水水源及其突水危险性，并通过数值模拟探究回采工作面回采影响下陷落柱围岩塑性破坏特征。结果表明：15^#煤层工作面顶板水源为K₂、K₃、K₄石灰岩含水层，顶板含水层不会威胁矿井的生产安全；采动影响下岩溶陷落柱围岩内出现渗漏区域，岩溶陷落柱防水保护煤柱宽度设计为65 m，能够保证工作面安全生产。     

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。     

矿井涌水水源分析的多元矩阵模型及应用

及时准确地识别矿井涌水水源是防治矿井水害的前提。选择Mg~(2+)、Ca~(2+)、Na~++K~+、HCO_3~-、SO_4~(2-)、Cl~-和TDS等常规水化学指标作为水源分析的判别因子,以新庄孜矿28组水样数据构建了水源识别的三元矩阵模型。为检验模型的可靠度,将其用于水文地质条件相近的许厂煤矿涌水水源的识别研究。     

矿井涌水水源识别的Logistic回归分析方法研究

为了快速有效地判断识别文家坡煤矿涌水水源,利用Piper三线图和Logistic回归分析相结合的方法,在对所采集的水样水化学分析的基础上,构建了基于Logistic回归的矿井涌水水源判别模型。结果表明:通过Piper三线图能够得到待判水样的水化学特征与白垩系洛河组砂岩水和侏罗系延安组顶板砂岩水比较相似,Logistic回归模型能够排除干扰因素、准确识别待判水样1为侏罗系延安组顶板砂岩水,待判水样2为白垩系洛河组砂岩水,将两种方法相结合能够准确地识别矿井涌水水源。     

基于PCA-AWOA-ELM模型的矿井突水水源识别

矿井突水是煤矿生产过程最具威胁的灾害之一，为了保障煤矿安全生产，提高矿井突水水源识别精度，提出一种基于改进鲸鱼优化算法(AWOA)耦合极限学习机的水源识别模型。以岱庄煤矿为例，选取Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Cl^-、SO₄ ^2-、HCO₃^-作为判别指标，基于SPSS因子分析提取评价指标主成分，6种离子间相关性较大，Ca²⁺和Mg²⁺,Ca²⁺、Mg²⁺与SO₄^2-、Cl^-之间的相关性均达到了0.7以上，SO₄^2-和Cl^-之间的相关性也达0.68，通过主成分分析提取了3个主成分，从六维空间降低到三维空间，在减少了样本指标之间信息重复的同时，也减少了极限学习机输入层数量，提高了模型对各类型数据的泛化能...     

基于组合权-改进灰色关联度理论的矿井突水水源识别

基于组合权和改进灰色关联理论,针对潘谢矿区4个含水层中提取的35个学习样本,建立了矿井突水水源识别模型,并利用该模型对7个检验样本进行了水源识别。结果表明：相同含水层的学习样本和检验样本中Na⁺+K⁺,Ca²⁺,Mg²⁺,Cl^-,SO₄^2-和HCO^-₃等6项化学指标值的含量变化趋势更为接近,符合灰色关联理论。组合权重综合考虑了主客观权重,避免人为因素的干扰,同时考虑了识别指标的实际情况。组合权方法计算的6项识别因子中,Ca²⁺,Mg²⁺,HCO^-₃的权重分别为0.231,0.383,0.203,且3者的权重值相加占总值的81.7%,说明3项指标在矿井突水水源识别中起主要作用。采用建立的组合权-改进灰色关联度模型对7个检验水样进行识别,除1个水样外,其余均与实际结果一致,识别准确率达到86%,表明该模型在矿...     

基于客观组合权-改进集对分析模型的矿井突水水源识别

矿井水害事故的发生对煤矿的安全开采带来很大的影响,快速准确地识别突水事件中所涉及的水源,是预防和解决矿井水害的关键手段之一。基于客观组合权和集对分析理论,针对矿井突水水源识别问题,以东滩矿4个含水层中的40个水样为识别样本,选取Na⁺+K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Cl^-、SO₄^2-和HCO₃^-共6项水化学指标作为识别因子,构建了矿井突水的水源识别模型,并利用该模型对10个检验样本进行水源识别。结果表明：客观组合权既避免了主观赋权法的主观随意性的缺点,又弥补了单一客观赋权法带来的片面性较强的不足,能合理地对识别指标进行权重赋值。Ca²⁺和Mg²⁺的权重明显高于其他离子,分别为0.28和0.25,二者的权重之和占比达53%,说明这2个指标在突水水源识别中起主要作用。利用客观组合权-改进集对分析模型对10个检验样本进行识别,准确率达到90%,说明该模型在矿...     

孔家沟煤矿水文地球化学特征及水源识别研究

为了研究倾斜煤层矿井水水化学基本特征及水源，判断识别矿区补给水源及井下的排泄点，构建水源识别模型。结合孔家沟煤矿开拓开采及涌水实际，共布设了14个水样采集点，通过水样采集、检测及分析，并使用Piper三线图和Durov图，研究矿井开采区域的地下水水化学特征及与TDS、pH值之间的关系。通过对水样进行来源、分组判断，得出该区域地下水呈弱酸性，TDS、pH值相对较小，水化学特性以Ca-Mg-SO₄-HCO₃、Na-HCO₃-SO₄型为主。研究成果可为矿区的水源动态特征识别提供理论指导。     

莒山煤矿巷道顶板支护设计研究

莒山煤矿目前回采4号煤层,4号煤层在井田内分叉为4-1号和4^-2号煤层,两煤层相距5.8 m。现矿井4-1号煤层已基本采完,采掘生产已进入4^-2号煤层开拓准备、布面生产阶段。因4-1号煤层和4^-2号煤层距离较近,下部4^-2号煤层巷道布置将不可避免地受到上覆4-1号煤层开采矿山压力的影响,为确保4^-2号煤层采掘过程中顶板支护安全,特对4^-2煤层开采巷道布置、支护方式进行分析研究和设计。     

基于WOA-ELM算法的矿井突水水源快速判别模型

我国是世界上煤炭生产量和消耗量最大的国家,但由于水文地质条件复杂,在煤矿生产过程中煤层顶底板突水事故频发,常常造成严重的经济损失和人员伤亡,快速精准地判别水害来源是矿井突水水害防治的关键步骤。基于河北开滦赵各庄矿的67个水样实测数据,将Na⁺,Ca²⁺,Mg²⁺,Cl^-,SO₄^2-,HCO3^-六种离子的物质的量浓度作为输入项,突水水源类型为其输出项,应用鲸鱼优化算法(WOA)改进极限学习机(ELM)形成WOA-ELM判别模型实现突水水源判别。研究结果表明:以往的单一极限学习机具有稳定性差的缺点,采用鲸鱼算法对其权值和阈值进行迭代寻优,通过环形包围、气幕袭击、随机搜索3种方式的鲸鱼优化算法对最优参数进行搜索,收敛速度快、全局搜索能力强。根据座头鲸捕食行为建立的数学模型,由于猎物(突水)位置不确定,WOA算法首先假设当前的最佳候选解是目标猎物位置或最靠近猎物的位置,然后通过随机产生向量A和概率p来决定鲸鱼更新位置的方式。当|A|>1时随机搜索猎物;当|A|<1时,以0.5为分界点,p<0.5选择环形包围模式,p>0.5则通过螺旋运动来更新位置。依据最低适应度值得到最优个体的位置,最终将输出的42个最优权值和阈值赋给ELM模型,对待测样本进行判别。通过对比,WOA-ELM判别模型在矿井突水水源识别中的准确率高达95%以上,与单一ELM模型相比,准确率提升了15%左右。与支持向量机模型(SVW)、粒子群优化的极限学习机(PSO-ELM)模型以及灰狼优化算法改进的极限学习机(GWO-ELM)模型等相比,该模型具有更快的收敛速度与更高的精度,稳定性和泛化能力也均得到提升。     

神东矿区顶板垮落岩体在不同水化学条件下的离子迁移特征

采空区内含有大量的顶板垮落岩体，矿井水在地下水库内储存过程中，与采空区内顶板垮落岩体存在离子交换/吸附、溶滤等水岩相互作用，在一定程度上影响矿井水水质。采集了内蒙古哈拉沟矿区采空区顶板垮落岩体，对其阳离子交换容量(CEC)进行测定，并开展了不同水化学条件下(Na⁺、Mg²⁺、K⁺、Ca²⁺质量浓度各250 mg/L)的水岩耦合静态吸附-溶出实验。实验结果表明：采空区顶板垮落岩体的CEC与粒径大小成反比，当粒径小于120目(0.125 mm)时CEC达134 mmol⁺/kg,采空区顶板垮落岩体中交换性盐基离子总量排序为交换性钙?交换性镁>交换性钠>交换性钾；静态吸附-溶出实验48 h后各体系中离子质量浓度趋于平衡，Na⁺体系溶液中阳离子质量浓度均有所升高，其他3种体系中，原有离子质量浓度均有所下降，且K⁺质量浓度下降幅度最大。采空区顶板垮落岩体交换至水溶液中的离子质量浓度由高到低的顺序为：Ca²⁺&g...     

郭家河煤矿水文地质特征及矿井涌水量预测

矿区位于鄂尔多斯盆地南部渭北挠褶带北缘，含煤地层主要为侏罗系中统延安组，可采煤层有2号、3号煤层。矿区含水层主要为第四系孔隙—裂隙潜水含水层，白垩系下统洛河组砂岩、宜君组砾岩孔隙—裂隙含水层，侏罗系中统直罗组砂岩裂隙、延安组煤层及其顶板砂岩裂隙含水层。井田受导水裂隙带影响，地下水以离层水形式参与工作面涌水。采用解析法进行矿井涌水量预测，预测2022—2025年郭家河煤矿1310工作面和2308工作面回采期间，矿井正常涌水量为225.17 m³/h。依据经验，为防灾考虑，矿井最大涌水量按正常涌水量的2倍预计，矿井最大涌水量为450.34 m³/h。研究可为矿井水文地质评价及水害防治提供依据。     

矿井煤层底板承压水防治措施与应用研究

某井田周围的水源丰富,导致煤矿开采过程中出现了严重的涌水问题,对煤矿生产安全构成了一定程度的威胁。在对井田特征及主要水体进行简要介绍的基础上,分析了井田附近的水文地质特征。基于钻孔实验研究了11100掘进工作面围岩的水文地质情况,基于实验结果对工作面不同区域进行分区。利用综合探测、疏水降压和注浆加固技术制定了煤层底板承压水防治措施方案。通过实践应用发现取得了很好的效果,疏放水量达到了2万m³,工作面底板的钻孔承压值由最大时的0.76 MPa降到0。     

矿井异常涌水水源综合判定技术

针对淖尔壕煤矿回风大巷巷帮多处发生带压异常涌水情况,为了分析邻近矿井4.1MPa采空区积水、以及淖尔壕矿厚松散层含水层对矿井异常涌水影响,判定异常涌水水源,通过对矿井回风大巷南侧边界煤柱尺寸探测、煤层物理力学性质测试、边界煤柱稳定性验算、顶板富水性探测等手段开展现场实测和理论研究,结果表明回风大巷南侧井田边界煤柱尺寸约35m,满足安全煤柱留设要求,回风大巷异常涌水水源判定为顶板含水层富水区砂岩水,为矿井进一步采取水害防治措施提供指导。     

小保当井田2-2煤潜水采动影响分区研究

针对小保当井田在未来开采过程中造成的地下水资源大量漏失的问题,以小保当井田开采的2^-2煤层为研究对象对潜水资源受煤层采动影响分区进行研究。采用富水指数法通过AHP-熵值法建立评价模型划定了萨拉乌苏组潜水含水层富水性分区,根据相邻煤矿导水裂隙带现场实测类比确定了井田2^-2煤层导水裂隙带发育高度及层位,采用信息融合理论方法综合松散潜水含水层富水性分区和2^-2煤层导水裂隙带发育层位划分小保当井田内潜水资源受采动影响分区,得出结论：井田未来开采2^-2煤层时对松散潜水含水层的采动影响较小,仅存在一般失水区,位于井田南部且范围较小。由于在研究过程中采用了相邻矿井的资料,因此对相邻矿井未来进行相关研究和煤炭开采有一定的指导意义。     

矿井涌(突)水源混合水识别模型研究

根据不同含水层在水化学特征上的差异，提出基于水化学原理判别矿井涌(突)水水源的混合水判识模型。以开滦荆各庄矿为例，通过绘制Piper三线图判断待识别水样来源，运用PHREEQC软件建立矿井水源混合模型，并以6大常规离子和pH值为识别因子，提出了根据欧氏距离计算结果判断矿井混合水突水水源的模型。结果表明，通过Piper三线图与欧氏距离结合的模型判别，涌水水源的水80%来自K6—12煤砂岩裂隙含水层(Ⅲ)，20%来自9煤—7煤砂岩裂隙含水层(Ⅳ)，经与实际化验结果对比，该结果符合实际。     

裴沟煤矿典型断裂构造带水化学变化特征

断裂运动是错综复杂的地质作用，物质组成的变化能够通过水质中阴阳离子含量直观表现。以裴沟煤矿近20年来的突（涌）水点化验数据为依据探究各含水层水化学普遍性质，发现阳离子含量和矿化度可以作为水源判别的重要指标，以典型构造浮山寨断层为对象研究断裂构造带水化学变化特征，结果显示距离断裂构造带越近，水中Ca²⁺+Mg²⁺含量减小、Na⁺+K⁺含量增大、矿化度降低，揭示断层两盘不同含水层间水掺和程度。     

林南仓矿12~#煤顶板突水危险性评价研究

通过对林南仓矿的水质、水压分析,确定了该矿-650水平的涌水水源为5煤层顶板(V)含水层水。应用地理信息系统和AHP技术绘制了12#煤顶板导水裂隙带高度专题图和冒落安全性分区图。并对煤层顶板充水含水层富水性进行了评价与分区,综合评价了煤层顶板充水含水层涌(突)水条件。结果表明,涌(突)水危险区主要集中在东北部地区和西北东区,危险性由南向北逐渐减小。     

山西神州煤业灰岩瓦斯成因及富集区预测

鄂尔多斯盆地东缘神州煤业太原组8号煤层顶板L₁灰岩瓦斯富集，给煤矿安全生产带来严重威胁。利用灰岩和煤层瓦斯CH₄碳氢同位素和CO₂碳同位素测试，并引入微生物高通量测序技术，对瓦斯成因进行综合判识。通过灰色关联分析，对瓦斯富集区进行预测，为煤矿瓦斯治理提供理论依据。神州煤业煤层瓦斯及灰岩瓦斯δ¹³C值偏轻、二氧化碳δ¹³C值偏重，经判识为次生生物气，且经过扩散—运移效应；选取顶板标高、空隙厚度、灰岩钻取率和煤层埋深作为瓦斯富集影响参数，预测井田南部区域以及B2钻孔附近瓦斯富集可能性相对较大。     

露天矿矿坑涌水水质特征分析与处理工艺优化研究

针对宝日希勒露天煤矿矿坑涌水中细颗粒物难去除、混凝剂投加量大的问题，开展了矿坑涌水水质特征分析与处理工艺优化研究。通过分析矿坑涌水的悬浮物颗粒粒径、ζ电位和PAC/APAM配比对混凝沉淀效果的影响，提出一种经济有效的矿井水处理新工艺——磁混凝分离技术。研究结果表明：矿坑涌水中悬浮颗粒物平均浊度高(1 794 NTU),细颗粒物(粒径≤10μm)占比大(85%),且ζ电位高，导致混凝沉淀的效果不佳；2号矿坑污水处理厂的PAC投加量约为200 mg/L,远超正常投加量(20～60 mg/L),需要进一步优化；采用“初沉+混凝+磁分离+过滤”的处理工艺，可提高细颗粒物的去除率，同时减少混凝剂投加量，理论估计处理系统运行成本为0.415元/m³,可实现经济效益为106.76万元/a。