煤系砂岩含水层富水性模糊综合预测与评价——以卧龙湖煤矿七含为例

针对卧龙湖煤矿砂岩裂隙含水层水文地质条件复杂的问题,以6~8煤顶底板砂岩含水层(七含)为研究对象,基于岩性结构指数、断裂构造分维值和褶皱变形系数3个定量指标,采用模糊聚类综合评判方法对该含水层富水性进行了综合评判。研究结果表明,卧龙湖煤矿七含以中等富水性为主,弱富水性区域主要分布于矿区北部和中西部,强与极强富水性区域集中分布在矿井南部;基于冲洗液最大消耗量和岩芯采取率等水文地质信息,验证了模糊聚类综合评判结果的可靠性。     

煤层底板注浆前后采动效应数值模拟对比分析

针对注浆前和注浆后不同强度煤层底板,建立两种地质模型,采用数值模拟的方法研究其采动效应的差异性。研究结果表明,由于煤层底板经过注浆改造,其强度得以增强,采煤工作面底板破坏深度较未注浆的煤层底板破坏深度明显减小,说明注浆改造对采煤工作面底板起到了加固效果。     

基于相似模拟试验的断层防水煤柱留设研究

为研究煤层回采过程对断层的影响,以龙东煤矿东二采区边界断层F孙断层为原型,通过相似模拟试验,对7号煤层开采过程中的断层带岩体变形破坏特征、煤层底板应力及位移情况进行监测分析。试验结果表明,随着煤层开采的不断推进,断层带会受到采动作用的影响而发生变形甚至开裂现象;近断层处应变发生改变,煤层底板应力变化明显;并随着断层煤柱宽度的减少,断层带两侧岩体开始出现位移差,断层出现活化的趋势。为防止断层活化导水,应避免断层带两侧岩体出现位移差,据此确定了F孙断层防水煤柱的宽度应不少于50m,并通过经验公式计算,验证了相似模拟试验结果的可靠性。本研究成果为确定合理的断层防水煤柱宽度、保证煤矿安全生产提供了有益依据和参考。     

临涣矿区太原组灰岩岩溶发育控制因素研究

在充分收集临涣矿区的地质和水文地质资料的基础上,从灰岩成分、灰岩结构、岩层组合结构、地形地貌和构造等方面对岩溶发育的控制因素进行了分析。结果表明临涣矿区岩溶发育整体较差,在平面上和垂向上发育存在不均一性,各因素对岩溶发育的控制较明显。     

闭坑矿井采空区积水过程分析

为研究闭坑矿井采空区积水问题,以岱河煤矿为研究对象,根据该煤矿矿井地质、水文地质条件及已有工作面采空区探放水资料,选用回采空间法计算了该煤矿闭坑后采空区积水体积,并分析了闭坑后采空区积水过程。分析结果表明:(1)岱河煤矿闭坑后采空区积水体积共6 208 267.20m~3,包括4 808 923.58m~3的工作面采空区积水体积和1 399 343.62 m~3的废弃巷道积水体积。假设单位涌水量为80 m~3/h,预计3 233.47d后积水充满矿井。(2)岱河煤矿闭坑后积水高度H与时间td关系表达式为H=2×10~(-8)t_d~3-7×10~(-5)t_d~2+0.131 7t_d-415.29。     

闭坑矿井矿界煤柱采动损伤及其安全性评价

闭坑矿井矿界煤柱受采动损伤后其隔水能力降低,易导致闭坑老空水破坏矿界煤柱进入相邻生产矿井,影响矿井安全生产。以淮北矿区两相邻矿井即闭坑矿井沈庄矿和生产矿井袁庄矿的矿界煤柱为研究对象,采用FLAC 3d数值模拟和理论计算方法,对沈庄矿S2Ⅱ313工作面和袁庄矿Ⅲ3142工作面矿界煤柱采动损伤区宽度进行研究,根据研究结果确定矿界煤柱采动损伤区宽度为13.1 m,表明矿界煤柱已被破坏,两相邻矿井边界煤岩层已不具备阻水能力。在此基础上对矿界煤柱安全性进行了评价,得出现有矿界煤柱存在渗水和溃水危险性,需采取布置阻水帷幕或注浆加固等措施。     

工作面底板放水孔封孔超前距的确定

为减小工作面回采过程中超前支承压力对工作面周围放水孔的影响,有必要研究底板放水孔封孔超前距。以杨庄煤矿Ⅲ610孤岛工作面为例,建立了工作面工程地质模型,采用FLAC~(3D)数值模拟软件,对工作面回采过程中超前支承压力影响范围进行了研究,结果表明该工作面超前支承压力影响范围为20~30m。对工作面超前支承压力影响范围进行了理论计算,考虑重复采动影响时的结果为29.81m,与数值模拟结果基本一致。根据数值模拟、理论计算及现场实测结果,确定Ⅲ610孤岛工作面底板放水孔封孔超前距为30m,并通过实践验证了该封孔超前距的合理性。     

基于AHP-熵权法耦合的含水层富水性评价研究

为了对影响徐庄煤矿7煤开采的分界砂岩含水层富水性进行评价，选取了分界砂岩含水层厚度、砂岩粒度特征、岩芯采取率和断裂分维值作为影响分界砂岩含水层富水性的主控因素；选用层次分析法（AHP）确定了各项主控因素的主观权重，利用熵权法确定了各项主控因素的客观权重，通过AHP-熵权法耦合得到了各项主控因素的综合权重；应用ArcGIS建立了基于AHP-熵权法耦合的分界砂岩含水层富水性评价模型，将研究区分界砂岩含水层划分为强富水区、较强富水区、中等富水区、较弱富水区和弱富水区5个级别，研究区东部以强、较强和中等富水区为主，西部以较弱和弱富水区为主，并采用钻孔漏失量数据、已知涌（突）水点的分布，对分界砂岩含水层富水性评价结果进行了验证分析，结果表明该模型的评价结果与实际相符合，为预测含水层富水性、防治顶板水害提供了有益参考。     

地面瓦斯抽放孔诱发工作面顶板突水机理

针对卧龙湖煤矿由于地面瓦斯抽放孔套管错断导致8101工作面顶板异常出水的问题,采用数值模拟方法对突水机理进行探究。通过数值模拟,分析研究了随着工作面推进,顶板瓦斯抽放孔围岩的应力、位移变化情况。分析结果表明:随着工作面不断推进,当通过瓦斯孔10 m后,顶板应力出现3个应力大幅度降低点,位移同步大幅度增加,离层发育;继续推进,通过瓦斯孔20~30 m时,应力继续大幅度降低,基本达到最大降幅,位移同步增加,之后随着煤层推进应力、位移变化幅度微小,与现场顶板异常出水现象较好对应。说明由于离层导致瓦斯孔套管错断,顶板砂岩裂隙水从错断的套管中汇入工作面。     

淮南矿区地热地质特征与地热资源评价

为了探索淮南矿区地热地质特征和矿井深部热害防治对策,系统收集和分析了淮南矿区钻孔井温测井资料,基于近似稳态测温数据,拟合了测温孔孔底温度校正曲线,对简易井温测井钻孔孔底温度进行了校正;采用浅钻孔测温法,对井下巷道围岩温度进行了测定;计算了各井田的地温梯度,并结合110块煤系地层煤岩样品的热导率测试结果,计算得出淮南矿区的大地热流值,编制了淮南矿区现今地温场、地温梯度和大地热流分布图,在此基础上,系统论述了该区现今地温场、地温梯度和大地热流的展布趋势以及煤系岩石的热物理性质,探讨了地温场分布的构造控制作用,并对矿区地热资源进行了评价。研究结果表明:①淮南矿区测温井底温度恢复与静井时间符合指数函数关系,并据此建立了简易井温测井钻孔孔底温度变化的校正公式;②淮南矿区地热参数表现为地温梯度为1.00～4.00℃/hm,平均值为2.8℃/hm;大地热流值变化在31.87～92.68 mW/m~2,平均值为65.50 mW/m~2;-500 m水平平均地温为29.96℃,-1 000 m水平为41.84℃,-2 000 m水平为69.62℃;岩石热导率在0.37～5.22 W/(m·K),平均值为2.93 W/(m·K);③平面上地温梯度、地温场、大地热流总体呈现为西低东高、南低北高的分布趋势;④矿区现今地温场和大地热流分布主要受控于地质构造,表现为褶皱型、逆掩断层阻热型和导水断层传热型3种构造控温模式;⑤基于地热资源评估,该区热储层地热资源量为2.32×10~(16) kJ,可采热能储量为2.64×10~(15) kJ,矿井水和矿井回风余热资源量为0.97×10~(13)～1.26×10~(13) kJ/a,是一个可再生的低温热源,潜在效益显著。研究成果为淮南矿区深部煤炭开发热害防治和地热资源综合开发利用提供了地质依据。加强煤矿区深部地热资源和矿井余热资源的评价、利用研究,应是煤矿区可持续发展的方向之一。