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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

AHP-TOPSIS法在顶板水害危险性评价中的应用

为了对工作面顶板水害危险性进行定量化评价,从顶板含水层水文地质、沉积、构造条件和疏放水措施4个方面选取了11项指标,构建了顶板水害危险性评价指标体系和危险性等级评判标准,利用AHP法确定了各评价指标的权重向量。并以宁东煤田红柳煤矿首采工作面为例,采用TOPSIS法分析贴近度并计算工作面顶板水害危险性等级,评价结果为安全,工作面已实现安全回采,分析结果与实际情况一致。基于工作面地质条件和疏放水措施的水害危险性定量化评价指标体系和AHP-TOPSIS法较全面地考虑了影响顶板水害发生的因素,避免了单一因素的局限性,确定的指标权重具有客观性,评价结果科学合理,可以作为工作面回采前安全性评价的参考依据。     

深埋矿井超大工作面顶板砂岩含水层涌水量预测方法

为预测深埋矿井超大工作面顶板砂岩含水层涌水量,改进了以大井法为基础的涌水量预测方法。利用放水试验确定含水层的疏降影响半径;观测、研究类似矿井工作面回采进尺与涌水量关系,确定模拟大井的引用半径;改变了传统以实际回采区域确定引用半径的方法。根据工作面疏放水钻孔的布置及干扰井群势的叠加理论,推导了干扰井群的疏降水量预测式。根据单个钻场放水孔涌水量降深关系、推导了5个钻场放水量及回采进尺300 m模拟大井的涌水量比拟法计算式,预测工作面正常和最大涌水量。     

基于熵权物元可拓模型的工作面顶板水害评价

为了科学合理评价工作面顶板水害防治的安全等级,综合考虑了工作面顶板含水层水文地质、沉积、构造和疏放水条件,选取了11项因素作为评价指标,利用熵权法确定了各评价指标的权重,并建立了工作面顶板水害防治安全等级评价的熵权物元可拓模型。结合宁东煤田5个水文地质条件较为复杂的工作面进行了实例分析,评价结果均为安全,各工作面实现了安全回采,说明评价结论符合实际情况。基于熵权的物元可拓模型能够定量化评价工作面受顶板水害威胁程度,也可以为工作面回采前安全评价提供理论依据。     

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。     

顶板砂岩水下煤层开采覆岩导水裂隙带发育高度研究

导水裂隙带发育高度是顶板砂岩水下实施安全采煤的重要技术参数之一。以新集矿区某综采工作面为工程背景,针对工作面回采后采动裂隙导通上覆砂岩含水层易发生突水事故的问题,在分析覆岩岩性特征的基础上,采用经验公式估算、基于关键层位置覆岩导水裂隙带高度预测方法、数值模拟及井下仰孔分段注水法对覆岩导水裂隙带发育高度进行研究。结果表明,基于关键层理论导水裂隙带高度预测方法、FLAC3D数值模拟与井下仰孔分段注水试验结果基本一致,而经验公式预测导水裂隙带发育高度数值较小,存在一定的局限性。工作面回采后,导水裂隙带发育高度最大为57.6 m,裂采比为15.2,且发育形态呈“马鞍型”。 研究结果可为工作面顶板水害治理提供地质依据。     

含水层下综放开采膏体充填技术与应用

针对含水层下厚煤层开采时易发生突水灾害的问题,以陕西某矿为工程背景,提出了1种综放开采过渡支架后方膏体充填技术,阐述了该技术的原理和工艺流程,利用数值模拟、现场观测的方法,分析了架后充填开采导水断裂带发育特征及工作面涌水量变化规律。数值模拟结果表明,采用架后充填技术后,工作面导水断裂带发育为矩形,最大发育高度为67.2 m。现场观测结果表明,采用架后充填技术后,架后充实率可达90%,工作面涌水量由220 m^3/h显著下降到90 m^3/h,工作面推进200 m后导水断裂带最大发育高度为76.8 m。研究结论表明,该技术有效地降低了覆岩导水断裂发育高度,可实现含水层下厚煤层安全开采。     

近距离煤层开采导水裂隙带发育高度数值模拟研究

为解决邵寨煤矿2号、5号煤层重复采动面临的覆岩破断及两带发育高度问题,以及研究此情形下导水裂隙带演化规律,运用数值模拟计算方法,采用3DEC数值模拟软件,通过对近距离煤层条件下工作面的回采进行模拟实验,获得导水裂隙带的演化趋势,以及工作面回采结束后的两带最终发育高度。模拟结果表明,导水裂隙带高度沿工作面倾向是从零开始逐渐增加的,最终当工作面回采360 m时,导水裂隙带高度增加至100 m,而走向导水裂隙带初始为煤2层采动造成的高度为78 m,随着煤5层的回采导水裂隙带高度保持不变,当工作面回采至220～260 m时向上延伸至100 m,随后继续保持稳定,导水裂隙带最终发育高度为100 m,贯穿了延安组岩层达到安定组岩层但并未到达洛河组含水层,可以保障井下的安全生产。     

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。     

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。     

大海则煤矿顶板富水含水层下开采水害防治研究

为了解决顶板富水含水层下开采过程中所面临的水害问题，以侏罗纪煤田榆横北区大海则煤矿为例，通过分析矿井水文地质条件，确定了主要充水水源和充水通道，计算了防隔水煤（岩）柱留设宽（厚）度，并预测了矿井开采2号煤层时的涌水量，提出了相应的防治措施。结果表明:矿井开采2号煤层时，其主要充水水源为煤层顶板侏罗系延安组、直罗组含水层水，主要充水通道为覆岩导水裂隙带。通过计算防隔水煤（岩）柱留设宽（厚）度，分析判断其在现有2号煤层开采条件下，不会受到顶板白垩系洛河组强含水层影响。采用解析法和数值法进行矿井涌水量预测，取其算术平均值作为参考。结合矿井条件和现场实际，提出井下钻探、地球物探、水文地质监测等综合防治措施，通过预防、探查、疏排、监测等手段，共同解决矿井水害问题。     

水库下采煤水情在线自动监测系统

为确保水库下特厚煤层综放开采安全,针对大平煤矿水文地质条件,结合矿井上下工业环网通讯平台,建立了由水库水位监测系统、白垩系含水层水位监测系统和井下矿井工作面涌水量监测系统组成的水库下采煤水情在线自动监测系统;在Windows98/2000/XP环境下,实现了从数据采集处理到水情信息发布的自动化。通过N1S2工作面回采期间运行应用,监测成果反映出白垩系含水层下部含水段底板隔水层破坏、导水,上部风化带含水段与工作面涌水间无水力联系,库下采煤安全可靠。     

超大采高工作面过沟回采精准防治水技术

超大采高工作面开采造成上覆岩层剧烈运动，导致覆岩裂隙发育，为地表及含水层水体提供流动通道，成为了矿井安全生产的隐患。以上湾煤矿12402超大采高工作面为背景工程实践，进行离散元数值模拟，揭示了工作面回采过程中上覆岩层导水裂隙带高度发育规律，结果表明导水裂隙带能够贯通地表，沿工作面倾向上覆岩层导水裂隙形态呈现“马鞍形”分布，由于采空区中部区域压实作用，工作面斜巷对应上覆区域成为防治水重点区域|同时该工作面上方为石灰沟，沟内积水量约10万m3，且地表下沉变形量达7.19m，在降雨量较大季节时易造成地面积水，对井下防治水工作提出了挑战。针对此，提出了井上下一体化精准防治水技术，包括地面采用提前疏放和塌陷坑回填措施、设置地面水文观测孔自动监测水位、井下调整工作面开采参数、精准探放水、优化设置排水设施安装地点和管路参数，制定防治水应急预案。工程实践表明，应用上述技术措施，能够有效降低大采高工作面涌水量，确保井下安全生产。     

Dynamic Characteristics of Water Inflow from a Coal Mine’s Roof Aquifer

The static and dynamic inflow of water from the roof aquifer changes as mining progresses. We used a second-order dynamic model to describe the water inflow process. The parameters of the water inflow model were solved using actual drainage from roof aquifers at nine working faces in the Yuanyanghu mining area of the Ningxia Autonomous Region, China, as well as the peak water inflow values, their locations, the equilibrium values of water inflow, and their initial occurrence locations. The parameters of the second-order dynamic model of water inflow were inversely calculated. The peak values of water inflow without drainage were also calculated. The results indicate that pre-drainage of roof water significantly weakens the intensity of water inflow during the mining process, reducing peak values by more than 72%. The characteristics of the water-conducting fractured zones determine the major drainage locations, while the water-rich and water-conductive nature of the direct discharge aquifer affects the water inflow equilibrium values and initial occurrence positions. The results show that the model parameters and characteristic values of water inflow are determined by the hydrogeological nature of the roof strata, water-conducting fractured zone(s), and mining speed.