神南矿区张家峁煤矿煤层顶板涌(突)水危险性评价

根据对张家峁井田地质及水文地质资料的分析研究,利用GIS多源数据融合方法,采用“三图—双预测法”进行煤层顶板水害危险性预测评价。首先以“富水性结构指数法”对煤层顶板基岩裂隙含水层进行富水性分区评价,然后针对煤矿正在开采的煤层顶板导水裂隙带发育高度进行研究分析,最终将之前得到的富水性分区图与冒落带分区图进行叠加分析,得到顶板含水层突水危险性分区图,进而采取相应的治理措施。研究表明,由于导水裂隙带均发育到其顶板含水层,故涌突水条件主要取决于其含水层的富水性,对于基岩裂隙含水层来说,总体上中部、西南部和西北部突水危险性较高,东部突水危险性较弱,由东至西突水危险性逐渐增大,相关研究在22202工作面涌水量观测结果中得到了验证。     

巷道掘进顶板突水危险性预测研究

煤层顶板水害是威胁煤矿安全生产的重大灾害之一,近年来陕北浅埋煤层矿井巷道掘进时顶板突水事故常有发生,其主要原因是侏罗系风化基岩含水层相对松软,富水性较强,在煤层上覆相对隔水层厚度较薄区域,巷道掘进时围岩扰动沟通了风化基岩含水层,或直接揭露风化基岩含水层而引发掘进面突水,甚至突水溃沙(泥)。因此巷道掘进顶板突水危险区的预测十分必要。以红柳林井田4^-2煤开采为例,选择风化基岩含水层厚度、风化程度、岩性组合、砂岩层数及古地形标高等5个主控因素,采用随机森林(RF)算法对风化基岩含水层富水性进行了分区预测,编制了富水性分区预测图。同时分析了巷道围岩岩性特征,并结合松动圈厚度实测数据构建了松动圈厚度的多元线性与指数函数回归预测数学模型,得到了围岩松动圈厚度预测结果,以巷道顶板正常基岩厚度与松动圈厚度的差值为主要指标进行了巷道掘进顶板安全性分区预测,编制了巷道掘进顶板安全性分区预测图。在此基础上,利用GIS软件将风化基岩含水层富水性分区预测结果与巷道掘进顶板安全性分区预测结果进行了空间叠加分析,得到了巷道掘进顶板突水危险性分区预测图。结果表明：4^-2煤层...     

改进的“三图法”在煤矿顶板水害评价中的应用——以东胜煤田台格庙勘查区为例

通过建立台格庙勘查区首采煤层冒裂安全性分区图和煤层顶板含水层富水性分区图,来对煤层顶板的含水层涌(突)水条件进行评价。针对勘查区煤层厚度变化大、顶板无稳定隔水层,顶板含水层富水性较弱的特点,在传统的“三图法”基础上,充分考虑了含水层的富水性和导水裂缝带发育高度这两个因素,选用导水裂缝带高度与含水层厚度的百分比来表示导水裂缝带发育高度对含水层涌(突)水的影响,在此基础上对首采煤层顶板含水层涌(突)水条件进行综合分区评价。四井田中部及二井田北部地区涌(突)水危险性为较危险区,三井田北部、五井田南部及勘查区南部局部地区涌(突)水危险性为过渡区,其他地段为安全区、较安全区。针对顶板充水含水层涌(突)水条件综合分区,提出了疏放水、注浆、监测等防治水措施建议。     

侏罗纪浅埋煤层开采典型水害模式及分区

陕北煤炭基地侏罗纪浅部煤层开采面临多种水害威胁,传统煤矿水害危险性评价工作未充分结合研究区典型水害特点,在生产实际中的适用性不强。以红柳林煤矿3~(-1)煤层为研究对象,系统分析煤层开采面临的典型水害特征,计算煤层开采的导水断裂带发育高度,并绘制导水裂隙带发育高度等值线图,利用主要含水层(体)与导水断裂带之间的相对距离关系,提出基于煤矿充水含水层(体)特征的水害模式划分方法,并在研究区内针对不同水害模式进行分区。结果表明:按照区域内充水含水层(体)的不同,研究区水害类型可划分为单一含水层水害模式和复合含水层水害模式和古直罗河水害模式3种主要水害模式;按照充水水源不同,单一含水层水害模式可划分为顶板烧变岩水害型、顶板风化基岩水害型;复合含水层水害模式可分为顶板烧变岩直接-松散层间接水害型、顶板风化基岩直接-松散层直接水害型、顶板烧变岩直接-松散层直接水害型以及顶板风化基岩直接-松散层间接水害型;单一含水层水害模式主要分布于导水断裂带波及顶板风化基岩含水层及开采煤层上方存在隐伏烧变岩含水层区域;复合型含水层水害模式分布于导水断裂带突破风化基岩含水层,直接或间接波及松散层含水层区域;古直罗河水害模式分布于古直罗河及古河流阶地发育之处;对不同水害模式下突水风险性进行分析,烧变岩水害型一般不对煤层开采构成较大威胁,突水风险性较小;顶板风化基岩水害型、顶板复合水害模式及古直罗河水害模式在部分区域为强富水性,且可能通过导水断裂带进入井下,均存在一定突水风险。     

基于AHP与GIS的煤层顶板突水危险性评价

为准确评价赵家寨矿12采区东翼二₁煤层顶板突水问题,选取导水裂隙带高度、导水裂隙带高度范围内的含水层厚度、新近系含水层的富水性、剩余黏土层厚度、断层分维值5个因素作为煤层顶板突水的主控因素,运用层次分析法确定各主控因素对总目标的影响权重,并通过自然分级法确定研究区的分区阈值,最终获得了研究区二₁煤层顶板突水危险性评价模型。评价结果与后期工作面开采的疏水结果相一致,实际疏放水量与预测静水储量吻合度达96.7%,实现了二₁煤层的安全回采。     

煤层直接顶板弱富水性含水层涌(突)水危险性评价

针对当煤层顶板含水层富水性较弱且煤层与含水层之间缺失隔水层时,煤层顶板涌(突)水危险性评价的难题,借鉴"三图法"基本原理,采用基于多源信息融合的富水性指数法对含水层富水性进行评价,绘制出富水性分区图;以垮裂带发育到含水层中的距离与含水层厚度的比值为指标确定垮裂程度分区图;将富水性分区图与垮裂程度分区图复合叠加,根据制定的涌(突)水危险性评价标准,最终获得煤层顶板涌(突)水危险性评价结果。结果表明:该方法较好地反映了垮裂高度对涌(突)水危险性的影响,与实际情况较为吻合,较传统"三图法"更加有效。     

基于GIS与熵值法的煤层顶板突水危险性评价

为了对丁集矿13-1煤层顶板突水危险性进行合理的评价,探讨岩芯采取率、含水层厚度、脆塑性岩厚度比、隔水层厚度、断层影响带高度、渗透系数、断层分维7个影响顶板含水层富水性的主控因素,采用了GIS建立各主控因素专题图,然后运用熵值法确定各主控因素的权重,并对数据进行归一化处理,叠加各主控因素的归一化数据和权重值,获得富水性指数评价模型并建立富水性分区图,再计算顶板导水裂隙带高度和建立顶板冒裂程度分区图,最后分别对富水性分区和顶板冒裂程度分区重新赋值,对赋值后的两个图进行复合叠加,获得顶板突水危险性分区图。结果表明,评价结果与实际基本一致,准确性较高,可以为矿井顶板水害的防治提供参考依据。     

林南仓矿12~#煤顶板突水危险性评价研究

通过对林南仓矿的水质、水压分析,确定了该矿-650水平的涌水水源为5煤层顶板(V)含水层水。应用地理信息系统和AHP技术绘制了12#煤顶板导水裂隙带高度专题图和冒落安全性分区图。并对煤层顶板充水含水层富水性进行了评价与分区,综合评价了煤层顶板充水含水层涌(突)水条件。结果表明,涌(突)水危险区主要集中在东北部地区和西北东区,危险性由南向北逐渐减小。     

再论煤层顶板涌(突)水危险性预测评价的“三图-双预测法”

针对煤层直接顶板隔水层缺失或沉积较薄、且上覆充水含水层富水性较弱条件下的顶板水害评价预测,在“三图-双预测法”理论与方法指导下,分别从顶板冒裂程度和含水层富水性强度2个方面入手再次讨论了顶板含水层涌(突)水危险性评价方法。顶板冒裂程度以导水裂缝带扰动破坏上覆含水层距离作为评价指标;含水层富水性评价方法则进一步提升,以富水性指数法为依托,一方面充分挖掘地质和水文地质勘查数据中与含水层富水性相关的信息,包括渗透系数、砂岩厚度、冲洗液消耗量、岩芯采取率和脆塑性岩厚度比等,并将其作为主控地质因素,另一方面将数量有限的单位涌水量作为含水层富水性的实测指标对富水性指数法的评价结果进行校正,解决了在水文地质勘查程度较低情况下含水层富水性合理准确评价与分区难题。在此基础上运用Visual Modflow的DRN边界子模块对天然状态下和采取防治水措施状态下工作面的涌水量进行了动态预测。最后以台格庙矿区为例,说明了特殊水文地质结构条件下煤层顶板涌(突)水危险性评价和涌水量预测方法的具体实施步骤。     

隐伏向斜扬起端构造控水规律分析——以开滦东欢坨矿为例

针对基岩裂隙含水层复杂、不均匀富水规律,以开滦东欢坨矿北二采区8煤层顶板含水层为例,综合分析了隐伏向斜中基岩裂隙含水层地下水富集的构造控制因素。得出向斜构造仰起端控制上覆水源含水层厚度、过水断面面积及风化带渗透性,影响基岩裂隙水补给;褶皱和断层的伴生裂隙与层面裂隙构成导、储水裂隙网络,断层发育密度、断层走向与地下水径流方向的关系对含水层局部富水性差异具有重要影响。     

宁正矿区新庄煤矿首采区侏罗系延安组8号煤层顶板涌（突）水危险性评价

针对新庄矿井水文地质条件特别是矿井水的涌（突）水水源和机理认识不清,直接影响新庄煤矿的安全、高效、绿色开采这一问题,通过水质分析和计算导水裂隙带发育高度,判定新庄矿井8号煤层顶板涌（突）水水源;同时在含水层的厚度、单位涌水量、物探含水层富水异常区、钻孔消耗量、岩芯采取率、地层脆塑性比6个主控因素的含水层富水性分析和综放开采条件下冒裂安全性分析基础上,通过多结果叠合对首采区8号煤层顶板涌（突）水危险性进行评价。结果表明：矿井顶板涌（突）水水源为下白垩统志丹群洛河组砂岩孔隙-裂隙含水层和中侏罗统直罗组、延安组上、中部(煤8层顶板以上)砂岩复合承压含水层,其中下白垩统志丹群洛河组砂岩孔隙-裂隙含水层是主要致灾水源。首采区内8号煤层导水裂隙带发育高度均能沟通洛河组砂岩含水层,首采区全区域为冒裂危险区。8号煤层顶板涌（突）水危险区中Ⅰ区主要分布在首采区的北部及中西部,Ⅱ区主要分布在首采区的中部及中西部,Ⅲ区主要分布在首采区的中东部及南部,Ⅳ区主要分布在首采区的东部及南部。     

集贤井田煤层顶板危险性综合评价与防治对策研究

以集贤井田主采煤层9~#煤为例,在收集大量地质资料和水文地质资料的基础上,建立了煤层顶板的水文地质概念模型。运用"三图"理论,将煤层顶板导水裂缝带高度与其顶板含水层覆岩厚度进行比较,确定煤层和煤层顶板充水含水层的导通关系,进而根据导通关系建立冒裂安全性分区图;建立基于GIS与AHP的煤层顶板直接充水含水层的富水性指数模型,生成煤层顶板直接充水含水层富水性分区图;叠加冒裂安全性分区图和富水性分区图,建立了煤层顶板直接充水含水层涌(突)水危险性综合分区图。运用基于采掘进程的数值法对矿井涌水量进行预测预报,并提出相应的防治水措施。     

煤矿顶板突水机理探讨

通过黄陵一号煤矿顶板突水案例,分析了突水原因,从导水裂隙带的发育高度、煤层顶板有效隔水层厚度以及含水层水压等方面对煤矿突水机理进行了探讨。     

陕北榆神矿区煤层开采顶板涌水规律分析

榆神矿区是我国陕北煤炭基地的重要组成部分,针对榆神矿区煤层开采顶板覆岩含水层涌水规律研究不足等问题,通过系统分析地质与水文地质结构特征,将矿区开采煤层覆岩划分为松散孔隙、基岩与风化裂隙、烧变岩孔洞裂隙4个含水层组,以及主、亚2个隔水保护层组;根据煤层采动导水裂隙与覆岩含(隔)水层组不同组合关系下的含水层涌水特征,提出了浅埋煤层侧向直接涌水、中深煤层侧向与垂向复合涌水,以及深埋煤层侧向涌水与垂向弱涌水3种含水层涌水模式;并采用数值分析方法,以榆神矿区典型矿井为研究对象,构建了采煤工作面尺度上煤层开采3种模式涌水分析模型,模拟结果显示,浅埋煤层侧向直接涌水型(凉水井井田),主采煤层为4^-2煤层,采动导水裂隙直接发育至松散含水层,工作面顶部含水层被疏干,总涌水量为47 m³/h,地下水流场受采动影响大;深埋煤层侧向涌水与垂向微涌水型(小壕兔1号井田),主采煤层为1^-2煤层,采动导水裂隙发育至基岩含水层,总涌水量为21.87 m³/h,以侧向涌水为主,由于主、亚隔水层复合保护,垂向涌水微弱;中深煤层侧向与垂向复合涌水型(曹家滩井田),主采煤层为2^-2煤层(均厚约为11 m),在分层开采条件下导水裂隙发育至基岩含水层内部,其侧向涌水量为23.17 m³/h,垂向涌水量为12.67 m³/h,地表松散含水层地下水流场变化较小,在一次采全高条件下导水裂隙突破亚隔水层,发育至风化基岩含水层底部,总涌水量增至131 m³/h,对松散含水层影响较大。此外,当导水裂隙带高度小于180 m、不能沟通风化基岩含水层时,随导水裂隙带高度增加涌水量增加幅度不大,当导水裂隙带高度大于180 m、导水裂隙揭露富水性较好的风化基岩含水层时,涌水量增加幅度较大,由此可见,抑制导水裂隙发育高度与覆岩强含水层的接触关系,是控制煤层覆岩涌水的一项重要措施。     

陕北侏罗纪煤田浅埋煤层区巷道掘进突水危险性分析

以榆神矿区张家峁井田为例，开展了浅埋煤层区井下巷道掘进突水危险性分析研究。在井下巷道掘进突水条件分析基础上，分别对充水含水层富水性、围岩扰动带范围及煤水空间关系进行分析，得到风化基岩含水层富水性预测图和井下巷道掘进围岩安全性分区预测图，基于GIS平台通过空间叠加功能，得到张家峁井田4-2煤巷道掘进突水危险性分区预测图，经与井下实际突水资料对比分析，预测效果较好，表明所建模型适用于浅埋煤层区井下巷道掘进突水危险性评价。     

弱胶结巨厚砂砾岩含水层离层突水机制研究

安新煤田主采煤层上覆巨厚弱胶结砂砾岩含水层,富水性弱,但多个工作面回采期间发生突水,查明突水机制是矿井水害防治的关键。通过水文地质特征分析,阐明了砂砾岩含水层厚度分布特征和富水性分区特征。采用岩石单轴抗压强度、三轴声发射、X衍射试验等方法,获得了顶板隔水层岩石物理力学性质。基于关键层理论分析、导水裂隙带与采动富水异常区层位关系及相似模拟试验成果,建立了4种条件下巨厚砂砾岩含水层突水的水文地质结构模型,揭示了砂砾岩含水层不同条件下的突水机制,并明确了研究区突水点的突水机制,提出了隔水保护层失稳导致突水的工程判据。研究结果表明：研究区东部局部区域含水层富水性中等,以往多次突水均发生在弱富水区;砂砾岩含水层下顶板泥岩中黏土矿物含量达到59.6%,亲水性强,具有良好的隔水作用;但在采动作用下顶板隔水层岩体卸压后强度降低,厚度较薄时,受上部岩层载荷和采动富水区静水压力作用易发生破坏,成为良好导水通道;砂砾岩含水层物理力学性质特殊,采动扰动后孔隙裂隙发育,形成了富水变化异常区;弱胶结砂砾岩突水的强度与下部基岩特征、导水裂隙带发育高度、隔水保护层厚度等因素相关;研究区弱胶结砂砾岩发生突水的工程判据为...     

辛置煤矿10#煤层顶板直接含水层突水危险性评价分析与研究

本文针对辛置煤矿东四延伸采区10#煤层顶板含水层突水危险性及直接含水层(K2灰岩)的主要影响,通过分析顶板破坏特征,采用AHP层次分析法,得出导水裂隙带发育高度,K2灰岩含水层突水危险性分区图,由此可知突水危险区主要位于采区中部,为矿井安全生产提供了指导.     

基于概率神经网络的煤层顶板砂岩含水层富水性预测

以谢桥矿为例,分析了8煤层开采最大导水裂隙带发育的高度,确定了顶板砂岩水预测的范围,研究了顶板富水性的影响因素,建立了评价指标体系,在此基础上利用概率神经网络预测了煤层顶板砂岩的富水性。     

烧变岩及风化基岩层富水性探查

张家茆煤矿13101、13102工作面顶板疏放水资料表明3-1煤上覆风化基岩富水性及2-2煤层火烧区富水性不均一,导水裂隙较为发育,容易成为影响3-1煤安全回采的隐患。为查明煤层上覆烧变岩与风化基岩含水层的富水性,采用高分辨率电测深和音频电穿透技术对13103工作面顶板上方岩层富水异常区的分布范围及相对强弱进行了探查。根据探查结果对为该工作面探放水工作的设计、实施和疏放水钻孔的布置提供参考依据。     

曹家滩煤矿顶板富水性分析及防治措施研究

为了避免西部高强度开采矿区发生工作面顶板溃水溃沙灾害，以地表生态脆弱的榆神矿区曹家滩矿井的首采工作面为研究背景，分析了首采工作面煤层的地质概况，确定了影响工作面发生水害事故的充水因素，将物理探测和“三图”法相结合对首采工作面煤层顶板富水性特征及分区进行了综合论证分析。结果表明：大气降水和地表水是矿井的间接充水水源，煤层顶板导水裂隙带波及范围内的延安组、直罗组和基岩风化带含水层的水为直接充水水源|导水裂缝带是矿井发生水害事故的主要充水通道|矿井风化基岩含水层富水性较强，延安组为弱含水层。通过FLAC 3D研究了覆岩裂隙运动破坏规律，工作面推进至180m后，导水裂隙带发育速度增加，推进至240m后达到最大值约159m，覆岩的裂采比为26.5。结合上述分析，提出了以完善矿井水害监测系统和建设防排水系统、合理确定回采参数和培训防治水专业人员相结合的防治水技术改进措施。