基于信息化的矿井水文地质信息管理系统

伴随着新一轮的工业革命,推进产业数字化转型,针对目前矿井水文地质信息管理不够精细和智能的诸多问题,在GIS技术基础上研究开发了矿井水文地质信息管理系统。系统主要包括矿井水文地质信息基础数据库、矿井水文地质图形文件管理、矿井采空区积水管理、矿井探放水辅助设计、矿井水害预测预报和矿井水文地质基础信息管理系统6个模块,实现了数据管理、图形处理、图件绘制、水害评价、预测预报一体化的管理能力。并在山东省济宁三号煤矿进行了应用,验证了矿井水文地质信息管理系统的实用性。     

基于水化学和环境同位素的准格尔煤田地下水循环特征

为揭示准格尔煤田地区地下水循环特征,运用水化学技术、水汽轨迹模型和环境同位素等方法分析不同水体水化学特征、环境同位素特征、大气降水主要来源、地表水及地下水转化关系。结果表明:地表水矿化度低,呈弱碱-偏碱性,水化学类型以HCO_3·SO_4·Cl-Ca型水为主;地下水整体矿化度低,偏弱碱性,主要以HCO_3-Na·Ca型、Cl-Na型、HCO_3-Ca·Mg型、HCO_3·Cl-Na型水为主;黄河水δ(D)平均值为-79.6‰、δ(~(18)O)平均值为-10.47‰,第四系地下水δ(D)平均值为-66.25‰、δ(~(18)O)平均值为-9.1‰,白垩系地下水δ(D)值为-70.6‰、δ(~(18)O)值为-9.3‰,石炭-二叠系地下水δ(D)平均值为-77.07‰、δ(~(18)O)平均值为-9.9‰,寒武-奥陶系地下水δ(D)平均值为-75.73‰、δ(~(18)O)平均值为-10.06‰;大气降水受极地气团和季风影响,主要来源为西风带水汽、地表水和地下水水汽蒸发再循环;断层带、褶皱轴部裂隙带为不同含水层间主要导水通道,大气降水和黄河为地下水主要补给来源;高承压水头寒武-奥陶系岩溶裂隙水越流补给第四系松散孔隙水和砂岩裂隙水,第四系松散孔隙水通过地层间不整合接触面裂隙发育带向下补给石炭-二叠系砂岩裂隙水,黄河水对寒武-奥陶系地下水的补给比例受地质构造发育的影响较大。     

非均布高压水对采煤工作面底板隔水岩层破坏特征及其突水条件研究

针对深部煤炭资源开采严重受底板高承压岩溶水害威胁的现实问题,为进一步认识工作面底板岩溶水突出机理,有效评价和防范矿井突水灾害,确保矿井安全开采,从岩溶地质与岩溶发育的根本规律方面研究分析了底板高压水含水介质结构特征及高压水对工作面底板隔水岩层的作用力方式,提出高压水对其上覆隔水岩层具有非均布水压作用力的基本概念,并将非均布水压作用方式概化为4种基本类型。通过数学与力学理论分析和数值模拟计算,分析研究了不同类型非均布水压力对其上覆隔水岩层的破坏特征及其诱发突水的条件,得出非均布水压力对隔水岩层的破坏程度明显小于均布水压的重要认识。在相同的水压力条件下,不同的非均布水压作用方式,对其上覆隔水层的破坏程度有明显差异,在煤层走向上水压作用范围越大则底板破坏范围和深度越大,在煤层倾向上水压作用范围的大小对于底板破坏范围及程度的影响相对较小。     

浅埋煤层水体下控水采煤防治水技术

为解放浅埋煤层受上覆含水层及地表河流等水体威胁煤炭资源,以沁水煤田平定昔阳矿区运裕井田为试验区,通过覆岩破坏规律的研究,以及防水安全煤岩柱、防砂安全煤岩柱及安全采厚计算,对不同控水采煤方案对比分析,开展了浅埋煤层水体下控水采煤防治水技术研究。结论表明:运裕井田15#煤层回采后顶板覆岩裂采比为18、冒采比为11,限厚开采是一种有效的控水采煤方案。     

基于双指标的底板突水危险性评价方法

底板突水危险性评价是进行矿井底板水害防治的基础性工作,其结果直接影响到所采取的防治水措施是否合理。以准格尔矿区6煤带压开采矿井为研究区,在突水系数法基础上引入富水性评价指标,提出了双指标评价的判别标准,将评价区划分为相对安全区、过渡区、危险区,并分别细分为1、5、3个亚区,且制定了双指标评价流程。结果表明:研究区北部基于突水系数单指标评价的相对安全区提升为双指标评价的过渡区、西南部的危险区降级为过渡区,既提高了整个矿区底板突水危险性分区的客观性,又解放了受底板承压水压覆的煤炭资源,科学有效地指导了研究区底板水害防治工作。     

带压开采区超前探目标层位综合确定方法

掘进工作面和回采工作面超前探工作是矿井进行带压开采的重要技术手段,而超前探目标层位是否准确关系到超前探工作的效果,以准格尔矿区中北部6煤带压开采矿井为研究区,通过巷道围岩松动圈计算、底板安全隔水层厚度计算、底板采动破坏带计算,并系统总结底板岩层组合特征及带压开采水文地质特征,提出了带压开采区超前探目标层位综合确定方法。结论表明:准格尔矿区6煤掘进工作面超前探目标层为6煤与9煤之间薄层粗粒砂岩层、回采工作面超前探目标层为9煤与奥陶纪灰岩之间粗粒砂岩层,为准格尔矿区各矿井开展带压开采工作提供技术支撑。     

不连沟井田岩溶水水化学特征及其演化规律研究

岩溶水害是准格尔煤田安全生产的重大隐患之一,在分析准格尔煤田东北部不连沟井田水文地质条件的基础上,运用水文地球化学和数理统计的方法,查明研究区水化学特征及演化规律,为矿井水害治理提供科学依据。研究结果表明:(1)研究区岩溶地下水p H值为7.5～8.35,呈弱碱—偏碱性,TDS小于1 000 mg/L,整体为淡水;岩溶水水化学类型包括HCO₃-Na·Ca·Mg型水、HCO₃·Cl-Na·Ca型水和Cl-Na型水;Na⁺、Ca²⁺、HCO₃^-、Cl^-、SO₄^2-为岩溶水的主要阴阳离子。(2)岩溶地下水水化学组分主要受水岩作用及阳离子交替吸附作用的影响;Na⁺、Cl^-主要来源为盐岩的溶解或阳离子交换作用,Ca²⁺、Mg²⁺、HCO₃^-主要来源为方解石、白云石的溶解,...     

煤矿水害智能化防控平台架构及关键技术

推动煤矿水害防治由信息化向智能化转变是保障煤炭工业高质量发展的关键环节。立足煤矿水害智能化防控的多重需求,引入云计算、大数据、人工智能技术,针对煤矿水害基础数据综合管理效率不高、水害超前防控精细程度不足、水灾应急决策时效性不强以及水灾事故发生后难以快速准确鉴定等技术难题,系统剖析了实现煤矿水害智能化防控的主要技术方法;开展了煤矿水害大数据管理、采掘三维地质体模型动态精细构建、水害超前数字化评价与防治、水灾过程应急决策远程辅助及灾后事故计算机辅助诊断技术研发;形成了基于多源信息融合的煤矿水害大数据管理系统、煤矿采掘三维地质体动态精细建模系统、煤矿水害分析评价与超前防治数字化系统、水灾事故应急响应远程辅助系统以及水灾事故远程诊断分析系统;构建了煤矿水害智能化防控平台,并在煤矿现场进行了推广应用,有效提高了煤矿水害超前防控、灾中治理与灾后诊断各阶段的数字化、智能化技术水平。研究成果将有力推动我国煤矿水害防治技术的进步,可为煤炭企业开展基础数据管理与水害评价与防治,行业专家及国家安监部门开展水灾应急决策和事故诊断提供支持,是传统水害防治技术数字化、智能化转型发展的重要支撑。     

煤矿防治水“产研”合作模式及技术示范体系的建设与应用

为解决煤炭行业发展规模与安全生产之间存在的固有矛盾,满足大水矿区对防治水技术与统筹管理方法创新的迫切需求,提出了生产企业与科研院所优势互补的“产研”合作模式,构建了适用于复杂条件下大水矿区的煤矿防治水安全技术支撑与管理体系,实现了防治水技术与管理理念的协同创新,为探索适用于深部煤炭资源开采的防治水配套技术与管理方法提供了参考。