含水层底部单孔非完整疏放水井渗流特征砂槽试验

为研究含水层底部疏放水井渗流特征，设计研发了一种60°扇形体渗流砂槽系统，以潜水含水层底部疏放水为例，开展了不同井长单井非完整井疏放水渗流砂槽试验，研究结果表明：疏放水引起浸润线的下降，并在其上方形成饱和毛细水带负压区；疏放水过程中含水层底部非完整井上部可划分为上层毛细水带、支持毛细水带、饱和毛细水带及自由水饱和带，饱和毛细水带可有效阻止上部空气进入井内；非完整井井片内部压力P存在4种水压分布形态，即P=0、P>0、P<0以及P_up<0且P_down>0,根据井内压力及井片上部自由水饱和带、饱和毛细带的分布，含水层底部非完整井疏放水似稳定流态水压分布可概化7种模型；非满管段的形成导致其上部自由水压力不能连续传递，其分布不再是满管时的由下至上递减规律，当井片上方存在浸润线时，压力水头分布由下至上呈先增加后减小的规律；当井片上方存在自由水饱和带或较大范围的饱和毛细水带时，渗流量随井内压力减小而增加，当自由水饱和带消失且饱和毛细水带垂直分布较小时，井内压力的减小对渗流的增加效应不明显；非完整井井长的增加可有效增加渗流量，但当井...     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

王庄煤业3401采空区积水探放技术应用

针对王庄煤业3号煤层3401采空区积水问题,通过超前钻探精确掌握了采空区分布范围,根据采空区位置,设置专用钻场布置3个疏放水孔对采空区进行疏放水,通过对疏放水增量及钻孔水压监测,结果表明疏放水量增加21333.6 m 3后趋于稳定,疏放水孔水压也由1.58 MPa降低到了0 MPa左右,证明采空区积水已经疏放完毕,为矿井消除了水患影响,保证了矿井安全生产。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

蒙陕接壤区深埋煤层顶板水疏降效果

为了实现工作面安全回采前顶板水的充分疏降,根据特大型煤矿深埋煤层的井下特点,研究了"管路放水+落地放水"与"中转水仓+水沟"相结合的顶板水疏降方法。结果表明:工作面切眼附近44个疏放水钻孔的总涌水量基本稳定在150 m3/h,且在增加或减少疏放水钻孔疏放数量后,总涌水量基本不变,钻孔涌水量主要为动态补给量;疏放水中心区域的T16-5孔水压从4.8 MPa降至0.9~1.0 MPa,且其它观测孔水位、水压均已达到稳定状态,形成稳定的降落漏斗。     

基于工作面顶板疏放水的含水层水力联系研究

为了弄清蒙陕接壤区深埋煤层某矿井白垩系志丹群与3-1煤层顶板含水层之间的水力联系情况,在首采工作面顶板疏放水过程中,开展了大气降水、含水层水位和水化学变化等方面的研究,结果表明:通过对首采工作面顶板水提前疏放,使切眼附近钻孔涌水量降至3~5 m3/h,水压降至1.0 MPa左右,形成了较稳定的降落漏斗。在疏放水过程中,志丹群含水层水位基本保持稳定,3-1煤层顶板含水层水位则下降明显;志丹群与3-1煤层顶板含水层水在矿化度、水化学类型等方面差异明显,且放水过程中水化学特征基本不变,表明志丹群低矿化度水未进入3-1煤层顶板含水层。安定—直罗组地层未发育沟通上下含水层的导水通道,志丹群与3-1煤层顶板含水层之间水力联系较差,为矿井安全生产提供了必要的地质保障。     

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。     

煤矿厚层砂岩裂隙水精细疏放与综合利用技术研究

通过对建北井田洛河组砂岩裂隙含水层水文地质条件、埋藏条件、分布特征以及富水性变化规律、水质特征的系统分析,结合对疏放水钻孔流量的估算结果,选择在辅助运输大巷附近布置3个疏水孔对洛河砂岩水进行预疏放,并设计1#疏水孔终孔高度为237m,并分成孔口管段、封隔管段和裸孔段,有效隔绝了不符合生活用水标准的其他含水层水。同时1#疏水孔的实际水量与预测值差距较小,且水质优良,可以直接做生活用水。该技术的应用实现了疏放水孔兼具生活用水井的功能,在减小矿井水害威胁的同时,高效综合利用了井田水资源,为建北煤矿创造了较高的经济价值。