门克庆煤矿顶板疏放水设计优化研究

门克庆煤矿位于呼吉尔特矿区东南部,主采煤层为鄂尔多斯盆地侏罗系延安组煤层,埋深超过700 m,水文地质条件复杂。在特殊的陆相沉积环境下,形成了侏罗系直罗组底部强富水的"七里镇砂岩"。该含水层具有渗透性强、易于疏放等特点,为矿井主要充水含水层。根据矿井水害类型,确立了"超前分段疏放,削峰平谷"的顶板疏放水技术路线。首采工作面开采后,受采空区疏放的影响,矿井主要充水含水层水压大幅度下降;越靠近疏放区域,降幅越大。在含水层水压大幅度下降的情况下,通过对首采工作面疏放水试验数据及回采过程中的顶板疏放水数据的分析研究,对顶板疏放水设计进行优化,增大钻孔间距,缩短疏放时间,使得疏放效果达到最优化,实现水害治理安全高效。     

覆岩结构下含水层开采疏放水效果评价研究

针对覆岩结构下煤层开采顶板水量变化情况,利用数值模拟方法对上覆含水层进行了有效探查和疏放研究。结果表明:覆岩组合特性控制着含水层释放过程,通过优化疏放水钻孔设计提高疏放水效果,实现工作面回采过程中矿井涌水量"削峰平谷",以达到经济合理的目的,垂直或平行于地层走向并朝向地层标高降低方向的钻孔疏放水效果最佳。选择从钻孔疏放水原始数据、总量变化、钻场水量变化、疏放水量与水压相关性等方面的评价途径,对上覆含水层疏放效果进行分析研判,判断工作面受水害威胁程度降低至安全阈值范围,具备安全开采条件,为后续工作面顶板疏放水方案制定及效果评价提供参考。     

向斜轴部煤层顶板水疏放效果定量化评价

针对煤层顶板水疏放效果定性分析存在的过度疏放问题,采用钻孔涌水量衰减率、含水层水头高度、疏放水总量及残余水量等定量指标,对新疆大南湖一矿1305工作面(尤其是向斜轴部区域)进行疏放水效果定量化评价。结果表明,1305工作面疏放水总量小于工作面静储量,向斜轴部区域的疏放水钻孔涌水量衰减率较小,运输巷侧水头高度高出含水层顶板约45 m,未实现有效疏放,仍需适当加密疏放水钻孔继续疏放,可为疏放水效果评价提供一定的定量化依据,确保煤层顶板水的有效疏放。     

侏罗系煤田顶板砂岩含水层井下疏降水孔群优化布置

以地下水渗流方程和空间点源理论为基础,优化工作面涌水量时空动态预计方法,建立疏降水孔群优化布置数学模型,以鸳鸯湖矿区麦垛山煤矿为例,对该矿130602工作面顶板砂岩含水层疏降水孔群进行优化布置、控制疏放钻孔放水顺序及疏放水有效性的反演计算等,实现了将该工作面影响范围内的直接充水含水层水头高度降至接近含水层底板,总钻孔工程量比原设计减少15.6%,且疏降水具有明显的时效性,缩短矿井安全生产等待时间。     

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。     

高承压顶板砂岩含水层快速疏放水技术研究

巴彦高勒煤矿位于呼吉尔特矿区南部。矿井首采煤层为侏罗系延安组上部3-1煤层,煤层开采时主要受顶板砂岩含水层水害威胁。为了保证工作面安全回采,在回采前需将顶板砂岩含水层疏放至不承压状态。因此为了提高疏放水效率,从施工思路、施工工艺和疏放方面对快速疏放水技术进行优化和研究。     

黄陇煤田顶板巨厚含水层防供水综合技术研究

为了有效治理黄陇煤田4号煤层顶板巨厚洛河组含水层水害威胁,提出通过布置井下疏放水钻孔对含水层下段进行适当疏放,利用含水层各向异性条件而形成的双层水位使得洛河组含水层下段得到疏放,同时利用井下供水管网将其直接利用。以亭南矿为例,采用改进的钻探技术和方法施工井下大仰角、大深度钻孔达到洛河组含水层疏放目的,从而减小了工作面正常涌水量并延缓工作面出水时间。不仅有效解决了洛河组含水层不可疏干与威胁矿井安全之间的矛盾问题,同时为黄陇煤田顶板水害防治提供了新的思路。     

煤层顶板砂岩含水层疏放水效果评价

为了科学合理地评价煤层顶板砂岩含水层疏放水效果,在工作面涌水量预测方面,采用含水层静储量和动态补给量联合预测的方法,结合钻孔疏放水总量和残余水量进行分析:当钻孔疏放水总量等于或大于含水层静储量,且钻孔残余水量等于或小于含水层动态补给量时,即可判断煤层顶板砂岩含水层疏放水效果良好。 实例分析表明,含水层静储量和动态补给量联合预测的方法与实际情况较为吻合,并且当钻孔疏放水总量大于含水层静储量、钻孔残余水量小于含水层动态补给量时,实现了工作面的安全回采。 利用工作面涌水量预测结合钻孔疏放水观测资料的方法评价煤层顶板砂岩含水层疏放水效果科学合理,可以应用到类似工作面采前的水文地质条件安全评价中。     

单指数模型在分析井下钻孔疏水规律中的应用

选取宁东煤田鸳鸯湖矿区典型的仰采和俯采工作面为研究对象,利用单指数动力衰减模型,拟合了工作面顶板水疏放钻孔涌水量动态变化规律,分析了模型参数的水文地质学意义,探讨了疏放水效果的主要影响因素。结果表明:在构造不发育或钻孔施工参数差别不明显的条件下,疏放水效果主要受充水含水层水文地质特征影响,其次是含水层形状特征,最后是钻孔施工参数。其中,施工参数中钻孔方位角和钻孔与切眼之间的距离对模型参数影响显著,钻孔仰角和孔深影响较为模糊;含水层水文地质参数中渗透系数和单位涌水量是控制疏放水效果的主要因素,而含水层厚度没有表现出明显的影响。     

煤层顶板砂岩水定向钻孔预疏放效果检验

煤矿井下定向钻进技术具有钻孔轨迹可精确控制、有效距离长、一孔多用等优点。针对唐家会矿顶板水害,采用定向长钻孔进行预疏放,通过首采工作面的疏放水实践以及穿层钻孔检验,顶板水疏放效果明显,为工作面掘进和回采提供了安全保障。     

煤矿工作面顶板倾斜钻孔疏放水井流计算方法

以顶板疏放水中常用的倾斜钻孔为对象,以空间点源理论为基础,运用反映法,建立了均质各向异性无限水平承压含水层中非完整倾斜钻孔的井流计算方程,讨论了多个倾斜钻孔同时工作时,多孔叠加的疏放水井流计算方法。在此基础上,运用陕北某矿顶板含水层疏放水工程实例,验证了此方法的有效性。形成了一套集分析、模拟、预测为一体的倾斜钻孔疏放水计算方法。     

工作面顶板水害精细化与定量化防治技术

为了准确掌握工作面的充水条件及制定有针对性的顶板水害防治措施,在对顶板含水层进行划分并获取其水文地质参数的基础上,采用关键层理论、数值模拟和相似材料模拟对工作面导水裂隙带高度进行了预测,从而实现了工作面充水因素的精细探查;利用顶板含水层静储量叠加动态补给量的方法对工作面的涌水量进行精细化预测,结合工作面顶板含水层疏放水量观测值对疏放水效果进行定量化评价,评价结果表明工作面已经达到了安全回采的水文地质条件。通过实例分析,对工作面水文地质条件进行精细化探查,采用“动—静”水量的工作面涌水量预测方法,结合顶板含水层疏放水效果定量化判别方法,可以保障工作面的安全开采。     

榆神矿区浅埋煤层减水开采中预疏放标准确定方法

榆神矿区地处干旱半干旱地区,生态环境十分脆弱。疏放水是榆神矿区顶板水害防治的主要手段,但过度疏放不仅增加矿井排水负担,而且不利于保护浅层地下水资源。因此,在确保防治水安全的前提下,计算预疏放残余水头、确定预疏放阶段和回采阶段第四系松散含水层漏失量,从而实现总漏失量最小是煤炭减水开采中的重点研究问题之一。以榆神矿区锦界煤矿为例,在分析井田含、隔水层赋存特征的基础上,建立了煤层开采的2种充水模式,并对顶板含水层进行了富水性分区;以矿井涌水量实测数据为基础,分析了涌水量变化规律及其构成比例;采用Drain边界刻画多工作面连续回采内边界,建立了锦界煤矿采掘扰动条件下地下水流数值模型,研究了两种充水模式下预疏放残余水头在不同工况下的第四系松散含水层总漏失量变化规律,确定了工作面预疏放结束标准。结果表明:锦界煤矿煤层顶板为典型的沙(层)-土(层)-基(岩)型结构,主要充水水源为风化基岩水,主要充水模式为土层未缺失风化基岩充水型及土层缺失风化基岩和松散层混合充水型。采用GIS多元信息融合技术划分的井田富水性分区结果显示,相对强富水区位于井田二盘区局部地段、三盘区和四盘区大部分地段,与现场实际基本一致。矿井疏放水量与工作面回采残余涌水量曲线变化趋势基本一致,各占矿井涌水量的50%左右。通过数值模型计算得出两种充水模式下工作面预疏放结束标准为将充水含水层疏放至煤层底板以上15~20 m,保留一定的残余水头可进行回采,无需继续疏放。此时,第四系松散含水层水资源总漏失量最小,可起到减水采煤的作用。研究成果为榆神矿区浅埋煤层提供了“减水开采”的新思路。     

弱胶结砂砾岩含水层下安全开采水害防治技术研究

为了解决煤层开采顶板弱胶结砂砾岩含水层带来的水害威胁问题，提出了“综合探查、提前疏放、采前评价”的综合防治技术体系，并对新疆某矿21105工作面进行了综合防治研究。研究结果表明，21105工作面疏放水效果明显，但仍存在溃水溃砂风险区，且排水系统薄弱，从防治水角度暂不具备回采条件。     

西部浅埋煤层开采顶板含水层水量损失动力学过程特征

受保护含水层水量损失的定量计算是"保水采煤"理论发展目前面临的瓶颈问题。利用覆岩破坏数值模拟方法,将陕北榆神矿区典型覆岩结构下煤层开采顶板水量损失过程划分成单一风化基岩失水和萨拉乌苏组、风化基岩复合失水模式;基于系统动力学理论,构建了2种水量损失模式动力系统模型,建立了实际疏放与无疏放状态水量损失过程之间的数学关系,求解了水量损失动力系统模型参数,确定了水量损失峰值及发生位置、水量损失动态平衡值及发生位置;通过开采扰动区水流数值模拟,计算了2种模式单位走向长度水量损失强度。结果表明:覆岩组合特征控制着煤层采动含水层动、静储量叠加释放过程,决定了工作面采动顶板水量损失模式; 2种水量损失模式相比,复合模式下水量损失峰值和动态平衡值均较大;钻孔疏放水显著削减了推采过程水量损失峰值强度,改变了水量损失方式和时机,但采动过程水量损失动态平衡值及顶板水资源损失总量并未发生变化;两种模式下工作面采动,水资源损失总量以及水资源损失强度中松散层和风化基岩水占比计算结果,揭示了古近系黏土隔水层对于萨拉乌苏组潜水保护的重要意义。研究结果为"保水采煤"理论在工作面尺度含水层水量损失及保护的定量计算提供了新思路。     

矿井顶板水探测方法及富水区成因分析

某矿1303工作面为三采区首采工作面，顶板含水层主要为第四系含水层、K₁₀和K₈砂岩裂隙含水层。为了解顶板K₁₀和K₈砂岩裂隙含水层的富水性，在1303工作面运输巷布置了覆盖全工作面的10个钻场（46个顶板探放水钻孔）进行探测，结合地表钻孔的顶板覆岩规律以及抽水试验结果可知，K₁₀和K₈砂岩裂隙含水层属于弱富水含水层，在2号钻场和8号钻场周边局部存在局部富水区；局部富水区均与构造有关，2号钻场位于背斜翼部，8号钻场位于向斜轴部，而背斜翼部和向斜轴部易出现砂岩裂隙带，成为地下水的富集区。     

基于定向钻孔的底板探放水技术及工程实践

为了解决张集煤矿"A组煤"开采中面临的底板灰岩含水层水害问题,引进目前国内领先的定向钻进技术应用于底板探放水钻孔并取得成功。在-600疏水巷施工定向钻孔工程治理1612A和1613A工作面底板灰岩水害,目前已在该2个工作面疏水巷水害治理工程中施工钻孔15个,总进尺达5480m,探明2个重要出水点,有效地解决了工作面底板灰岩水害探查问题,形成了张集煤矿基于定向钻孔的工作面底板灰岩探放水技术,可在相似矿井广泛地开展工程应用。     

特厚煤层开采顶板突水危险性预测及防治措施

在分析朱仙庄矿水文地质条件的基础上,采用经验公式、数值分析、相似模拟等方法,分析了8105特厚煤层工作面覆岩顶板的裂隙发育过程,考虑采动应力与渗流的耦合作用,研究了随工作面的推进上部含水层的渗流演变规律,进而对顶板突水危险性预测。结果表明:随工作面不断推进,8105回采工作面采空区裂隙发育高度为72m,与经验公式法的计算结果基本一致;通过数值模拟分析得到含水层受采动影响发生渗流现象,孔隙水未进入到回采工作面采空区;对相似模拟、数值模拟所得结果进行综合分析,裂隙最大发育高度与岩层孔隙水之间的距离为15m。为保证8105工作面的正常回采,本文提出了"预先打孔监测钻孔涌水量""留设合理防水煤柱""不良钻孔及时封堵"等防治措施,研究结果对类似工程条件下的煤层开采具有一定的借鉴意义。     

小沟煤矿定向探放水设计与应用

针对新疆天富小沟矿业井下66101工作面顶板砂岩含水层进行了定向探放水设计,给出了主钻孔及分支钻孔的详细布置位置。以探放水钻孔参数为依据,进行钻场位置选定、钻探方法及钻进工艺的设计,提出了施工技术主要要求,并对施工机具进行了介绍。