煤层顶板钻孔疏放水技术优化

为解决对疏放工程优化布置、疏放效果评价等缺乏深入研究造成的顶板含水层过度疏放或者疏放不足等问题,以柠条塔煤矿S1200-3工作面为研究对象,进行钻孔疏放水优化。针对以往工作面疏放水存在的问题,在明确含水层水文地质特征及矿井涌水量影响因素后,实施井下疏放水试验,分析疏放水效果定量化指标,并在此基础上进行煤层顶板水疏放效果优化;通过灰色关联度理论,提出了疏放水效果判别准则。通过对所施工钻孔进行集中统一、持续疏放,可减少上覆含水层对工作面回采的影响,相关方法可以为实现矿井安全开采、降低疏放水成本提供一定借鉴。     

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。     

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。     

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。     

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。     

顶板含水层采前预疏降安全水位确定方法及应用

为合理确定工作面顶板含水层采前预疏降的安全水位,提出基于工作面排水能力确定安全水位的方法。应用数值模拟方法,根据钻孔资料建立开采区域岩层的三维地质模型,通过抽水、放水和注水试验数据对疏放水目标含水层初始流场进行富水性分区和参数率定。通过建立工作面采前预疏降的地下水流场概化模型,计算分析了不同疏水强度条件下含水层终态水位变化趋势,并根据不同疏水强度的终态水位,模拟计算了工作面生产期间的最大涌水量,总结形成了依据工作面排水能力,确定顶板含水层采前预疏放安全水位的方法。现场应用结果表明,该方法计算值与工作面实际涌水量接近,可作为顶板含水层采前预疏放安全水位的判定依据。     

基于沉积分析的顶板疏放水技术研究

为了提高深部侏罗系煤层顶板含水层的疏放水效果。以呼吉尔特矿区某矿为例,运用沉积分析方法对含水层进行精细划分,制定总体设计、分段施工、可控疏放、定量评价的疏放水技术路线。结果表明:2-1煤顶板直罗组含水层富水性不均一;受沉积控水影响,富水条带显现;直罗组二段富水性强于一段,是疏放水的关键层位;在静储量疏放完全的情况下,单孔疏放至水压1MPa、水量5m3/h以下,可以保障工作面的安全回采。     

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。     

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。     

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。     

定向长钻孔超前疏放顶板水技术在枣泉煤矿的应用

枣泉煤矿是我国西北侏罗系顶板裂隙水害典型代表矿井,主要受顶板直罗组砂岩含水层威胁,且存在大量烧变岩水,严重影响矿井正常生产。为了解决常规钻孔疏放顶板水时存在的施工工期和疏放周期长等问题,在11202工作面形成前,采用随钻测量定向钻进技术施工的定向长钻孔及分支孔对顶板直罗组砂岩含水层和烧变岩水进行了超前疏放,共完成4个定向长钻孔和5个分支孔,总进尺2589m,最大钻孔深度603m,单孔最大瞬时放水量64.8m~3/h,疏放周期三个月时共放水57440m~3,解除了顶板水害隐患,减少了工作面准备时间,确保了巷道掘进和工作面回采的安全。     

煤层底板强含水层超前疏放分析与应用

为实现对煤系地层中裂隙强含水层的整体高效疏放,以开滦东欢坨煤矿12-2煤层底板强含水层疏放为实例开展研究。从含水层水文地质参数空间分布、地质构造控制作用、含水层揭露部位的涌突水特征与含水层露头补给条件方面,综合分析了含水层特征,得出含水层于-500水平以浅富水且顺层水力联系良好,走向上划分为3个次级富水单元。采用数值模拟方法预测了已揭露出水点在目标期内的疏放水效果与强径流区。以此为依据,确定了3个疏降水中心与钻孔布设方案。通过实施疏放水方案,成功实现了含水层在目标期的整体强烈疏放,保障了首采工作面的安全开采。     

特厚煤层奥灰水带压开采下工作面探放水设计与应用

为了防治带压开采下工作面发生奥灰水突水事故,针对13103工作面地质条件,对工作面进行突水危险性评价,编制探放水设计方案,对巷道顶、底板含水岩煤层进行探放水处理。结果表明:13013工作面属于相对安全带压开采区,奥灰水对开采影响不大。设计的探放水方案对主要砂岩裂隙含水层进行了验证,并且论证导通奥灰水的可能性较小。探水及放水钻孔的施工,使含水层得到有效疏放,效果良好,工作面可以正常回采。     

蒙陕矿区深埋工作面顶板水可疏降性及预疏放标准研究

在分析蒙陕矿区深埋煤田区地貌特征、水文地质条件、工作面钻孔涌水和采空区涌水特征等基础上,开展了顶板水可疏降性和预疏放标准研究,结果表明:研究区包括基岩台地、沙地、黄土沟壑3类地貌,其中沙地区第四系富水性强,煤层顶板含水层丰富的充水水源,导致直罗组一段渗透系数和单位涌水量均远大于基岩台地区和黄土沟壑区。不同矿井首采工作面探放水钻孔初始水量和累计放水量分为3类,水量较小矿井,初始水量q_0≤10.0 m~3/h,累计疏放水量<5.0×10~4m~3;水量中等矿井,初始水量q_0≤60.0 m~3/h,累计疏放水量10.0～100.0×10~4m~3;水量较大矿井,大部分钻孔的初始水量q_0>100.0 m~3/h,累计预疏放水量>100.0×10~4m~3;所有矿井首采工作面经预疏放后,可以实现绝大部分钻孔水量<10.0 m~3/h、水压<1.2 MPa,具有很好的疏降性。根据矿井水的顶板水疏放过程中水量和水压变化规律,建立了工作面预疏放标准,q_0=0～10.0 m~3/h的矿井,不需要开展预疏放;q_0=0～60.0 m~3/h的矿井,对钻孔初始水量>20.0 m~3/h的富水条带开展预疏放;q_0>60.0 m~3/h的矿井,以600.0～1 000.0 m为工作面回采段,提前3个月进行顶板水预疏放,实现回采前90%钻孔水量≤10.0 m~3/h、水压≤1.2 MPa。     

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。     

缓倾斜地层倾角对钻孔疏放水影响的数值模拟

针对缓倾斜地层中地层倾角对钻孔疏放水的影响，通过建立缓倾斜地层与仰斜钻孔组合地下水数值模型，在设定倾斜钻孔为定流量井边界与定水头井边界排水条件下，模拟分析含水层水位、排水量动态。结果表明：高水压富水含水层疏放初期，当含水层能够排出水量受钻孔排水能力限制保持定流量排水时，倾角较大的含水层水压不易疏降；一般情况含水层经短期疏放，在钻孔位置水压降至其位置高程而保持定水头井排水时，倾角较大的含水层排水量更大，含水层水压疏放更显著；当地层倾角达到25°时，地层倾角对钻孔疏放水的影响明显化。     

筛管护孔技术在弱胶结砂泥岩交互地层疏放水工程中的应用北大核心

工作面顶板水预疏放是我国西部矿区煤矿水害防治的主要手段之一。受到普遍发育的弱胶结砂泥岩交互地层影响,疏放水钻孔极易塌孔、缩径,堵塞疏水通道,导致钻孔涌水量短时间内迅速衰减。通过在钻孔中安装总长度大于不稳定层深度的钢制筛管可以有效解决塌孔问题,采用钻孔涌水量衰减率和疏放水总量作为疏放水效果评价指标,安装筛管后钻孔30 d疏放效率较未安装前提升了49.3%,且相同时间段内钻孔疏放水量增加了10倍。     

太平煤矿疏放第四系下含水层水提高开采上限

通过疏放水技术的综合研究,合理经济地疏放3号煤层上覆第四系底部含水层地下水,从而为提高开采上限创造良好条件,研究近松散层开采覆岩破坏规律和第四系底部黏土层的保护作用,探索出类似条件下疏放水提高开采上限的理论与实践。     

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。     

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。