侏罗系宝塔山砂岩突水风险预测及限制边界疏降技术

内蒙古上海庙矿区新上海一号煤矿发生国内首次也是目前唯一的侏罗系煤层开采底板宝塔山砂岩突水淹井事故;开展了侏罗系煤层开采底板强富水宝塔山砂岩突水危险性评价方法和防控技术的研究工作。首先,明确了“11·25”事故的突水水源为侏罗系延安组下部的宝塔山砂岩含水层,且煤层与底板宝塔山砂岩之间隔水层具有强度低、软化系数小、胶结性差的特点,属地质软岩。其次,以“含水层厚度、含水层富水性、含水层渗透性、含水层水压力及18煤底板隔水层有效厚度”为主要指标建立突水评价体系,将宝塔山砂岩含水层突水危险性分区被划分为安全区(32.21%)、威胁区(37.53%)及危险区(30.26%)三种类型,并通过实例验证了评价模型的准确性。最后,结合底板隔水层工程地质特性,分析采用“断层注浆形成局部限制边界+群孔疏降”的方法防控宝塔山砂岩突水。设定“疏放水开始至1号钻场退出疏放水工作、2号、3号和4号钻场持续进行疏放水工作至3号钻场退出、2号和4号钻场持续进行疏放水工作至模型补排平衡”的疏降方案。依据规范得出注浆后最大帷幕渗透系数为2×10^-2 m/d,当断层注浆后帷幕渗透系数为2×10^-...     

软岩矿区顶板弱含水层高强度携沙突水机理研究

近年来西北侏罗纪煤田由弱含水层引起的顶板高强度携沙突水案例多发,为查明弱含水层出大水的机制和沙源,以便于制定防治措施,从分析软岩特点入手,提出了采后覆岩移动力学结构模型"新四带"观点及实践依据,指出了形成离层水害的4个条件,明确了离层汇水作用强化了弱含水层的突水强度、泥沙自封堵作用决定了间歇式突水模式。通过案例分析,证明了上述观点的正确性,为此类事故防治提供了理论根据。     

弱富水软岩水-沙混合型突水机制与防治技术——以上海庙矿区为例

近年来我国西北侏罗纪煤田弱富水软岩水-沙混合型间歇式突水事故多发,短时水(沙)量大,缺少有效的防范技术措施,严重威胁矿井安全生产。为揭示其形成机制以便于制定相应的防范措施,以内蒙古上海庙矿业新上海一号煤矿为研究对象,室内测试了岩石力学强度、软化系数等参数,井下实测了围岩松动圈,综合判定为典型的软岩地层;正交偏光镜下显示砂岩成熟度低,黏土质矿物胶结;水理性试验表明砂岩颗粒间泥质胶结物易产生溶蚀现象,能够形成固-液双相混合物,在水动力下具有流沙属性;泥岩极易吸水膨胀、泥化。根据含水层水位和地表岩移长期观测结果,推定低位覆岩内和高位覆岩内均可以产生离层裂隙,且离层裂隙具有汇集水源功能。将111084工作面突水溃沙过程中含水层水位历时曲线与水量历时曲线叠合考察,突水量与突水含水层水位升降变化之间有明显的相关性。初时突水量大、水位下降幅度也大;水量在趋于衰减过程中出现几次跃升,含水层水位在趋于回升过程中出现几次相应的跃降;跃升(跃降)的幅度梯次减小;两次跳跃时间间隔梯次延长。综合以上信息,提出离层裂隙的汇水作用可以强化弱含水层短时突水强度观点,弱胶结砂岩提供了混合突水的沙源;离层水体释放过程中水动力发生强弱变化,随着离层水体释放水动力减弱,大量泥沙封堵突水通道,表现出泥沙自封堵效应。覆岩持续压缩,离层裂隙储水能力逐渐弱化,表现为突水量梯次减小;离层水补给路径逐渐扩展,表现为突水休止期梯次延长。汇水—突水—封堵—再汇水—再突水—再封堵的过程交替进行,揭示了间歇性水-沙混合型突水模式的突水机制。离层水害发生需要具备水源(富水性)、时间、空间、通道、压力等5个必要条件,强调导水裂隙突水通道的重要性。工程应用表明,顶板水预疏干可以改变含水层的富水性条件,预置导流管改变离层空间封闭性和汇水时间条件,突水通道和压力条件,可以有效避免此类事故发生,保障矿井安全生产;同时可实现无顶板淋水、采空区无涌水状态下开采,优化采场作业环境、弱化软岩劣化效应,促进矿井高效生产。     

湖口节制闸下条带采煤方案设计及实践

建(构)筑物下压煤开采,采用地表移动变形概率积分叠加原理及相关的计算公式预计变形量,通过煤柱的宽高比、极限荷载和实际荷载、安全系数等确定留设煤柱宽度,从而最终确定采留比。实践表明该理论及方法可以应用于后期其它建下压煤开采。     

Surfer在煤层顶板富水性预测方面的应用

为提前预测鹰骏三号井田2煤层顶板岩层富水性情况,为顶板探疏放水提供依据,本文以2煤层顶板导水裂隙带范围内岩层富水性指数数据为基础,通过Surfer软件绘制出富水性等值线图。图形显示2煤层顶板东北方向和西南角富水性较强,是采掘活动中探疏放水工作的重点。     

多因素评价地层富水性技术的分析与应用

近年来，融合多因素评价砂泥质沉积建造富水性技术日趋成熟，但在应用中经常出现数据采信不规范导致评价效果不理想、盲目追求数据多样化导致“技术”过于复杂影响普适性的问题。为此，提出目标层段概念，富水性评价的实质是目标层段内地层的富水规律评价，在目标层段约束下可以排除大量的无效数据；从实践角度分析常用的地学参数数据现实来源及其可靠性，得出多种参数同时具备的案例极少、可采信的数据量不大的结论。在地学参数种类少、数据量小的现实条件下，可以利用常规的办公手段实现信息融合以规避复杂的数学工具和较难掌握的软件应用。通过完整的案例说明富水性评价过程中数据筛选、权重确定、归一化处理、数据融合、成果图绘制的方法，技术难度低、容易被基层工程技术人员掌握。工程实践表明，虽然采用的地学参数少、数据量较小，由于与采矿工程结合密切，评价效果较好。     

大埋深高地压建筑物下条带开采方案研究

星村煤矿煤层埋藏深,地压大,地质构造复杂,地面村庄压煤占井田面积的80%。从经济技术方面比较,条带开采法是首选的采煤方法。根据当前条带开采最新研究成果,提出了星村煤矿开采条带宽度及留设煤柱宽度,并通过煤柱的宽高比、煤柱承受的极限荷载及实际荷载、煤柱的安全系数等进行检核,最终确定了方案设计。     

王楼井田“两水源三通道”充水实例

王楼煤矿建井前由于水文地质勘探投入较少,对充水水源认识不清,矿井涌水量预计不足,投产初期曾发生过淹面停产事故;生产过程中不断地进行探查和研究,确定了矿井充水水源、查明了充水通道,总结出"两水源三通道"水文地质特点;分析了直接充水水源与间接充水水源、主要充水水源与次要充水水源的关系;针对不同的充水水源和充水通道分别提出相应的防治措施。