煤层顶板砂岩裂隙水涌水量预测方法研究

华北石炭-二叠系煤田顶板石炭-二叠系砂岩含水层通常以静储量为主,是众多华北矿井的直接充水含水层。多年来,勘查和生产单位一直在探索实用、可靠的顶板涌水量预测方法。以沁水煤田南部某新建矿井为例,探讨了华北石炭-二叠系煤层顶板砂岩裂隙水涌水量预测方法。应用承压-无压稳定流大井法计算的工作面正常涌水量为23.9 m3/h,用富水系数法计算的涌水量为28.2 m3/h,利用定降深非稳定流大井法计算的工作面最大涌水量为85.76 m3/h。研究表明:稳定流大井法适于勘查阶段或资料较小时的涌水量估算,预测精度较低;富水系数法更适于含水层以静储量直接充水的工作面或矿井,预测结果更可靠;非稳定流大井法适于预测顶板涌水过程和最大涌水量。     

基于井下群孔放水试验的首采工作面涌水量预测

采用"大井法"预测门克庆煤矿首采工作面采后涌水量,反映预报区范围内含水层由承压转无压到疏干过程,预测中试验将形状复杂的群孔放水系统看成是一个"大井"在工作,把不规则的影响边界圈定的面积,等同于大井的面积,整个工作面开采后的涌水量,可以近似应用裘布依的稳定流基本方程求解。基于井下群孔放水试验,较为准确地预测了工作面涌水量,在工作面回采过程中得到了较好的验证。     

富含水层下煤矿开采涌水量预测方法对比研究

综合水文地质和工程地质调查结果、室内岩石力学实验、地下水动力学理论改进传统的"大井法",针对石嘴山矿区西翼采区特殊的地质背景,建立三维数值模型,对工作面涌水量进行预测,并结合传统涌水量预测方法和现场抽水试验结果与改进大井法所得结果进行对比,证明改进大井法对预测特殊边界条件下矿井涌水量更为精确;以及丰富采动过程中矿井涌水量的预测方法,减少水害对煤矿安全生产的威胁.     

司马煤矿1207工作面涌水量预测

涌水量预测能有效地指导工作面水害防治工作。文章利用稳定流大井法、非稳定流大井法和富水系数比拟法对司马煤矿1207工作面涌水量进行预测,结果如下:司马煤矿1207工作面涌水量小于30 m3/h,最大涌水量小于200 m3/h;在无断层、陷落柱等构造的情况不存在水害威胁。     

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。     

导水裂隙带动态发育规律及覆岩含水层涌水量预计

以招贤煤矿1307工作面为例,根据导水裂隙带发育高度是否突破不同含水层而进行工作面分段,结合该工作面工程地质条件分析结果和井下放水试验所求得各分段区域内水文地质参数,采用"大井法"和集水廊道法对采动过程中的涌水量进行分段分层预计。结果表明:该方法将矿井涌水量预测与矿井开采工程时空紧密结合起来,分区段选用不同计算公式进行预测,比较符合工作面开采实际情况,具有一定的实际指导意义;在分段的基础上采用分层"大井法"突破了传统"大井法"将整个矿井或工作面作为大井,概化出的影响半径偏大而导致计算结果偏大的现状;针对宜君组巨厚含水层的条件,看作倒置的大井进行计算,使得导水裂隙带不完全波及巨厚含水层时的涌水量预计更接近实际。     

呼吉尔特矿区深部侏罗系煤田矿井首采工作面涌水量预计

为了获得呼吉尔特矿区侏罗系煤层首采工作面开采过程中的涌水特征,为矿井防治水提供依据,采用"大井法",分别对葫芦素煤矿、门克庆煤矿首采工作面涌水量作了预计。结果表明:葫芦素煤矿首采工作面预计涌水量与实际涌水量相差较大,门克庆煤矿首采工作面预计涌水量与实际涌水量较为接近。通过分析葫芦素井田沉积相和岩相古地理特征,以及直罗组一段含水层富水性分区结果,解释了葫芦素煤矿首采工作面820m位置涌水量突增的原因。     

榆横北区巴拉素井田不同时期矿井涌水量预测

为准确预测榆横北区矿井不同工作阶段涌水量,以巴拉素井田先期开采地段首采2号煤为例,首先确定导水断裂带高度和波及主要含水层,而后采用5种方法进行涌水量预测,最后选取相对科学合理的方法和结果。结果表明:基建阶段巷道掘进的主要水源为2号煤裂隙水;生产阶段采用裂采比28倍计算导水断裂带高度约107 m,波及延安组和直罗组含水层,预测矿井基建、生产和2101首采工作面等不同工作阶段的正常涌水量分别为1 032、1 865、348 m~3/h,通过对比分析,基建阶段涌水量预测方法为廊道法,生产阶段为大井法+数值法,2101首采工作面为动静结合法。     

工作面顶板涌水量预测及防治措施

为了确保5301工作面免受顶板突水危害,基于邻近工作面涌水情况、工作面主要含水层、隔水层的分析,提出大井法、积水廊道法对工作面突水量进行预测,预测正常涌水量为289 m3/h,最大涌水量为445 m3/h,并制定防治水措施,为保证工作面安全开采提供支持。     

侏罗系煤田顶板砂岩水疏放后采空区涌水规律及预测方法

为了提高侏罗系煤田顶板孔隙裂隙砂岩含水层涌水量预测精度,以宁东马家滩矿区某矿4-1煤首采工作面为例,分析了回采阶段采空区涌水变化规律,从理论上结合"大井"法、"镜像法原理"为代表的解析法,提出了侏罗系煤田煤层回采过程中顶板含水层静储水量释放与动态补给水量时空动态预测方法。研究推算的工作面回采过程涌水量预测公式更能精确地预测涌水量,为工作面回采前顶板水预疏放程度提供依据,保障工作面安全回采不受顶板水害威胁。此外,运用提出的预测方法对宁东马家滩矿区某矿首采工作面涌水量进行了预测,并与实际观测水量对比分析,结果表明:涌水量预测值与实际观测值吻合较好,平均误差约10%。     

传递岩梁初次断裂工作面涌水量预测模型研究及应用

针对采用工作面开采面积类比法预测顶板最大涌水量误差大的难题,基于流体力学理论,建立了工作面顶板涌水量计算的理想化管道涌水模型。依据矿山压力控制理论,推导出传递岩梁初次断裂时顶板涌水量预测的非线性公式,揭示了顶板涌水量和工作面斜长及传递岩梁初次断裂步距之间的正相关性。现场应用表明,利用已开采和正在开采工作面传递岩梁初次断裂时涌水量,以及已采工作面最大涌水量,预计正在开采工作面最大涌水量所得的结果,相对采用工作面开采面积类比法所得的结果更加符合实际。     

基于采动过程的工作面底板涌水量计算

为获得与煤层工作面采动过程节点相关联的最大与正常涌水量实用计算方法，针对“集水廊道法”进行改进研究，理论分析了计算参数的取值方法，以开滦东欢坨矿北二采区煤12_-1首采工作面为例进行了应用与效果检验。结果表明，改进后“集水廊道法”公式中，最大水力梯度与煤层底板初始承压高度有关，稳定水力梯度取决于含水层渗透性，最大水力梯度与稳定水力梯度分别用来计算最大涌水量与正常涌水量；用于涌水量计算的含水层厚度受到工作面倾向斜长的显著影响；廊道计算长度取决于推采长度、工作面总长度与水位影响半径之间的关系。经2224工作面应用检验，实测涌水量介于预测最大涌水量与正常涌水量之间，其变化趋势与预测正常涌水量相似，预测效果良好。     

埠村矿条带开采底板破坏规律分析

针对埠村煤矿911采区首采条带工作面初采阶段发生底板突水的问题,采用数值模拟与现场实测等方法,就工作面宽度对底板破坏深度的影响进行了研究。结果表明:条带采宽为15～20 m时,对应的底板破坏深度均为5～7 m;多个工作面叠加影响后底板破坏最大深度为10m。将采区条带工作面宽度由15 m增至20 m,提高了资源回收率,在保证安全回采的前提下取得了显著的经济效益。     

洛河组含水层下厚煤层开采导水裂隙带高度探测与分析

以亭南煤矿二盘区巨厚洛河组下开采条件为背景,采用理论和工程探测方法,对不同工作面采厚情况下采动覆岩导水裂隙的发育特征进行了探测和分析。研究结果表明,在204面采高6m条件下,实探导水裂隙带高度为144.0m|206工作面采放总厚度7.5m情况下,实探导水裂隙带高度为140.2m|206工作面采放总厚度9m情况下,实探导高为148.3m,导水裂隙带高度并没有因采高的变化而明显变化,均至宜君组底界附近,同时受控于覆岩中关键层的位置。实测结果也验证了基于关键位置的导高判别方法的正确性及其在亭南煤矿巨厚洛河组覆岩条件下的适用性。研究成果可为亭南煤矿后续盘区合理采放高度设计和顶板水防治提供参考和借鉴。     

基于排水沟数值模型的工作面涌水量预测

采煤工作面的涌水量预测是煤矿生产过程中防治水工作开展的基础。通过对煤矿采空区水文地质条件概化研究,结合地下水数值模拟软件Visual MODFLOW中各类源汇项的水文地质模型的分析,提出采空区涌水在数值模拟过程中需将其概化为具有面状排水特征的排水沟边界条件,利用面状排水沟边界和局部水均衡分析,可计算得出工作面回采后采空区涌水量。利用本研究得出的采空区概化方法,对黄陇煤田亭南煤矿303工作面进行涌水量数值模拟预测,结果表明其方法合理可靠,流场刻画和水量预测结果均优于以往采用群孔抽水井的概化模型。     

陈四楼煤矿主要水害及防治研究

通过对陈四楼煤矿水文地质、工程地质及开采条件的分析研究,对矿井涌水量进行了预测,并对矿井主要水害进行了分析,提出了多种水害防治措施,基本遏制了采掘工作面底板突水,有效控制了太原组灰岩水对生产造成的不利影响。     

深部首采工作面顶底板涌水量预计

在深部工作面受多种含水体影响的情况下,通过对工作面采矿地质条件深入研究,根据综放开采条件下覆岩破坏和底板下"三带"的经验公式,预计了开采对顶底板造成破坏的范围,对各含水层向工作面充水危险进行了分析。参考类似条件工作面出水的实例,最终预计工作面底板将出现小型涌水,工作面实际涌水量符合预计结果。     

水力测试法在煤层底板破坏探测试验中的应用

针对团柏煤矿下组10#媒带压开采的现状,对该煤层10-115工作面开采引起的底板破坏深度采用水力测试法进行了探测.结果表明:①从定压进水量测试结果看,在煤层开采过程中底板岩层因矿压增减发生了裂隙收缩与扩张,采面距在0～25 m阶段底板最为薄弱,此后底板裂隙进入收缩的恢复阶段,但裂隙的闭合性又远远低于原始状态;②从起始水压测试结果看,10#煤底板的矿压直接破坏深度为9.4m,其下的扰动带岩层抗水压强度明显减弱,矿压与扰动破坏深度共计12 m.     

煤矿工作面推采采空区涌水双指数动态衰减动力学研究

基于系统动力学理论,提出了煤矿工作面推采采空区涌水双指数衰减动力学模型,选取宁东煤田鸳鸯湖矿区典型工作面推采顶板涌水过程为研究对象,进行了双指数动力衰减模型拟合,利用麦克劳林公式等方法确定了具有物理意义的模型参数的近似解,以及工作面推采过程采空区峰值水量及发生位置,动态平衡水量及发生位置,探讨了主要参数的影响因素。结果指示:以动、静两种形态涌入采空区的水量共同作用,控制采空区涌水变化特征,但动态补给量是主控因素;在顶板含水层特征类似,构造影响可忽略条件下,推采速度决定了峰值水量和动态平衡水量发生位置,峰值水量和动态平衡水量受采厚、顶板岩性特征、含水层特征等条件共同影响。研究结果为形成趋势合理、精度较高的工作面涌水量预测方法提供了新思路。     

工作面宽度对采动裂隙“O”形圈发育形态的影响规律

以阳泉三矿K8206工作面为工程背景,采用离散元数值模拟软件UDEC和实验室相似模拟实验研究了工作面宽度对采动裂隙"O"形圈发育形态的影响规律。模拟结果表明:工作面宽度的变化对采动裂隙"O"形圈宽度有着显著影响,在一定的覆岩关键层结构条件下,采动裂隙"O"形圈的宽度随工作面宽度增加而增大;采动裂隙"O"形圈的高度受工作面宽度的影响很小,工作面宽度在一定范围内变化时采动裂隙"O"形圈高度均止于覆岩主关键层。