浅埋薄基岩强补给含水层水害防治技术

锦界煤矿属于典型的浅埋薄基岩条件下顶板强补给含水层直接充水水害危险矿井,同时伴随溃沙灾害,以31215工作面为研究对象,通过以往地质勘查钻孔、钻孔抽水试验资料和井下顶板探查工程以及顶板水害疏放工程,综合查明工作面上覆岩层的结构和含水层富水性以及松散层的分布特征;编制工作面上覆基岩厚度分布图,圈定基岩较薄区域和红土层缺失或变薄区,并结合井下顶板探查钻孔进一步精细的探查薄基岩段分布区;采用理论和实测相结合的方法确定工作面开采的“两带”高度,依据导水裂缝带最大高度圈定工作面内导通直接充水含水层直罗组风化基岩和松散溃水溃沙的范围,评价溃水、溃沙危险性;采用井下音频电透圈定顶板富水异常区,并针对富水区实施工作面探放水工程,根据结果评价物探、探放水效果,采用比拟法预测了该工作面的矿井涌水量,评估了工作面的排水设防能力;最后,总结成功的实践构建适应于锦界煤矿浅埋薄基岩条件下顶板强补给含水层溃水溃沙的灾害评价与防治技术体系,保障矿井安全、高效开采。     

榆神矿区浅埋煤层多重水体下大采高综采水害影响评价

榆神矿区3煤顶板多重水体并存,对区内浅埋深厚煤层开采构成了水害威胁。以榆神矿区某矿为例,煤层顶板赋存有3类共6重水体,通过分析覆岩水体的赋存条件,确定了不同水体的富水性特征。基于3煤覆岩结构和类似条件矿井开采实践,预计了薄基岩厚土层条件下3煤7m大采高综采的覆岩破坏高度,计算了不同类型安全煤岩柱的尺寸。根据覆岩水体的富水性特征和空间分布,分析了不同水体对3煤大采高综采的水害影响程度,得出基岩风化带含水层、顶板基岩含水层和烧变岩含水层对3煤开采构成直接充水影响;黄土孔隙裂隙含水层对3煤开采构成溃砂影响;萨拉乌苏组含水层、地表十八墩河对3煤开采不构成直接充水影响。为确保安全,在3煤开采前须对基岩风化带含水层局部富水性较好的区域提前疏放,对烧变岩含水层留设20m的侧向防隔水煤岩柱。     

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...     

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。     

西北矿区煤层顶板水害预测及防治技术研究*

针对西北矿区煤层顶板水害特点,提出了煤层顶板含水层富水性探查、煤层顶板水害预测、矿井涌水量预测及其水害防治技术体系,在分析以上方法优缺点的基础上,认为井上下联合探查、钻探与物探并用及“顶板钻探 孔内物探”的思路是顶板含水层富水性探查的方向,基于GIS的煤层顶板水害预测方法的应用是提高其预测准确性的途径之一。     

东胜—神府矿区煤层顶板水害预测及防治

针对东胜—神府矿区煤层顶板水害特点,提出了煤层顶板含水层富水性探查、煤层顶板水害预测、矿井涌水量预测及其水害防治技术体系,在分析以上方法优缺点的基础上,认为井上下联合探查、钻探与物探并用及“顶板钻探+孔内物探”的思路是顶板含水层富水性探查的方向,基于GIS的煤层顶板水害预测方法的应用是提高其预测准确性的途径之一。     

鄂尔多斯盆地北部典型顶板水害特征及其防治技术

为了查明鄂尔多斯盆地北部典型顶板水害的形成机理,并提出有针对性的防治措施,在系统分析区域含水层厚度、赋存特征、分布规律、水文地质参数等矿井水文地质条件的基础上,结合鄂尔多斯盆地北部诸多矿井顶板水害发生的特征,得出鄂尔多斯盆地西缘、东缘和北缘具有不同的顶板水害形成条件和特点,最具典型的水害类型分别为离层水害、薄基岩突水溃沙灾害和巨厚砂砾岩含水层顶板水害。研究了含水层沉积特征和水文地质结构,结合不同类型水害的形成要素和水害发生特征,初步查明了典型顶板水害的形成机理,“束状钻孔,靶向探放”是防治离层水害的有效方法,井上下疏放水和注浆改造是防治薄基岩突水溃沙的有效途径,顶板水超前疏放和加强排水系统是巨厚砂砾岩含水层顶板水害防治的主要方法。大量的工程实践资料验证了对水害条件认识的正确性和水害防治方法的有效性。     

基于GIS和层次分析法的煤层顶板含水层富水性评价

准确的煤层顶板含水层的富水性分区评价,可以指导矿井安全正常持续运转,避免水害发生的重要手段。煤层顶板含水层富水性评价受多种因素的影响,层次分析法可以确定出权重。再运用GIS技术将空间信息整合,形成煤层顶板含水层的富水性评价分区~([3])。     

薄基岩工作面顶板精细化探查技术研究

煤层顶板溃水溃砂严重威胁煤矿安全回采.以赵固一矿为例进行工作面顶板薄基岩区的精细化探查,钻探结果表明冲积层岩性均为黏土,能够有效阻隔冲积层与顶板砂岩含水层之间的水力联系,结合钻探工程、矿井水文地质资料、工作面试采情况对工作面内部断层破碎带和顶板薄基岩区进行注浆加固治理以及煤岩柱的留设.探查和治理结果保证工作面安全回采,...     

银星一号煤矿侏罗系煤层顶板砂岩水害特征及防治技术

针对宁夏银星一号煤矿存在的侏罗系煤层顶板砂岩水害问题,在梳理矿井地质及水文地质条件的基础上,分析了侏罗系煤层顶板砂岩沉积环境与富水性的直接关系,评价了砂岩含水层的富水性;在研究煤层顶板岩层力学性质、矿物成分、水稳性特征以及导水裂隙发育规律的基础上分析了侏罗系煤层顶板砂岩水害机理及特征;提出了综合运用“探、疏、排、截、监”多种措施;以基础性探查工作为前提,重点运用疏水降压技术进行水害治理的思路。110301工作面水害治理效果表明通过疏水降压治理侏罗系煤层顶板砂岩水害是可行的。     

照金煤矿泥砂溃涌灾害形成及防治

针对煤层顶板溃水溃砂灾害,其形成条件多为浅埋薄基岩煤层赋存,当冒落带波及到基岩上覆含水的第四系松散砂层含水层时,在高水压动力条件下水砂一起溃入井下开采空间。根据照金煤矿“4·25”事故发生条件与对普遍认识的“溃水溃砂”灾害完全不同,该事故发生在煤层深埋条件下,溃入井下的物质以泥岩类为主,总体涌水量有限。根据区域及矿井水文地质条件分析,煤层直接顶地层富水性极弱,天然状态下不存在发生该类型灾害性事故的水动力条件。综合现有研究成果,尚未有专门针对深埋煤层综放开采顶板泥砂溃涌灾害形成机理的研究。内蒙古、东北少数矿井曾发生深埋条件下的溃水溃砂事故,但其溃出物质仍以松散流砂为主,是由胶结不良地质体造成,与本次表象和机理均不相同,相应的防治措施则不同。     

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FAHP-变异系数法的风化基岩含水层富水性评价

陕北侏罗系煤田基岩顶部风化作用强烈,形成的风化基岩含水层是该矿井的主要充水水源,对矿井的安全开采造成了严重的威胁,科学评价风化基岩含水层的富水性,对富水性强的区域进行超前疏放是顶板风化基岩水害防治的重要措施。以南梁煤矿为例,根据钻孔资料选取风化指数、岩心采取率、脆塑性岩厚度比、岩石结构指数等4个指标构建评价体系,综合使用模糊层次分析法与变异系数法综合赋权,对南梁煤矿风化基岩含水层进行了富水性评价。研究结果表明：南梁煤矿基岩风化程度受古地形影响较强,第四系下伏沟谷对基岩风化带厚度具有控制作用。结合矿井涌水现状验证评价结果,富水区区域涌水量较大。     

鄂尔多斯盆地侏罗纪煤田典型顶板水害防控技术与应用

为了实现鄂尔多斯盆地侏罗纪煤田受顶板水害威胁的煤炭资源安全开采,基于侏罗纪煤炭资源赋存条件、顶板含水层特征、顶板水害分布范围与防控难题,对离层水害、薄基岩溃水溃沙、厚层砂岩水害和烧变岩水害4种典型顶板水害的形成机理、判识方法、主控因素和防控技术进行了系统研究。侏罗纪煤田离层水害发生的地质条件为砂泥岩互层,泥岩隔水层厚度是控制离层水害发生的主控因素,研发了离层水体精准定位探放技术,实现了离层水害判别与防控技术的定量化;导水沙裂隙带是薄基岩溃水溃沙的主控因素,构建了基于导水沙裂隙带与基岩厚度对应关系的溃水溃沙危险性评价体系,发明了含水松散沙体高效注浆技术,有效避免了薄基岩溃水溃沙的发生;发现了厚层砂岩含水层在垂向上的非均质特性,揭示了递进渗流充水模式,提出了"适当波及,主动防控"的厚层砂岩水害防控新理念,解放了大量受厚层砂岩水害的煤炭资源;揭示了烧变岩的"边界富水"效应,将烧变岩完整断面分为直接露头区、中部埋藏区和火烧边界区,并构建了烧变岩不同断面注浆材料选择准则,提出了双位双向孔序优选引流注浆帷幕技术,显著减少了烧变岩对工作面的补给水量,同时实现了采煤保水。通过将典型顶板水害防控技术在鄂...     

神东矿区煤矿水害类型及水文地质特征分析

运用水文地质分析、岩相古地理分析等方法研究了神东矿区不同类型水文地质结构特征、分布规律、水文循环特征和岩相古地理成因,基于突水案例分析了神东矿区各类水害水文地质特征.研究表明:神东矿区包含两类典型水文地质结构,一类为下侏罗统煤层顶板薄基岩上覆中至强富水第四系厚层松散孔隙水系统,矿井水害以浅埋深、薄基岩条件下的厚松散砂层突水和溃砂为典型;另一类为下侏罗统煤层顶板厚基岩上覆中至强富水下白垩统裂隙孔隙裂隙水系统,矿井水害类型以厚基岩条件下白垩系突水为典型.矿区西部较完整保存的直罗组为实现神东矿区白垩系保水采煤提供了天然屏障.本研究为神东和鄂尔多斯盆地其它矿区矿井水害防治及保水采煤奠定了可靠研究基础.     

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。     

厚覆基岩下煤层开采突水溃砂机理研究

为了揭示较厚上覆基岩煤层开采顶板突水溃砂灾害的形成机理,以照金煤矿突水溃砂事故为例,结合最新补勘地质资料,从导水通道、充水水源、物源、储水空间、动力源和地质构造等多方面对该类型灾害机制进行综合分析。研究结果表明:在采动条件影响下,富水性弱～中等的洛河组含水层也可能发生破坏极大的水害事故;较厚上覆基岩煤层开采顶板突水溃砂的发生并非单一因素造成,而是由多个因素相互作用最终造成水砂混合流运移和突溃的现象;照金矿202工作面综放开采产生的导水裂隙带导通洛河组含水层,水进入宜君组与直罗组之间的离层空腔,随着积水量增加,渗入煤系含水层和古河床相松散体中形成似泥石流体,并会沿工作面切落形成的集中通道瞬间溃入工作面,导致煤层顶板上覆较厚基岩发生突水溃砂。     

薛庙滩井田水文地质条件研究

薛庙滩井田为榆神矿区新建的一处大型矿井,井田内主要含水层是萨拉乌苏组,厚度21.95~51.40 m,富水性强。侏罗系碎屑岩类风化裂隙含水层,富水性相对较好。3#煤层直接充水含水层是延安组第四段底部砂岩,富水性弱,对煤矿生产建设不会构成危害。在局部的沟谷地段,煤层上覆基岩厚度较薄,地表水和萨拉乌苏组地下水会成为直接充水含水层,并可能形成突水溃沙地质灾害。论述了含水层特征及矿井充水因素,提出了防治水对策。     

金庄煤矿侏罗系底砾岩富水规律及突水机理

山东滕南煤田侏罗系上统底砾岩含水层充水空间发育较好,而3下煤层顶板砂岩含水层自身富水性较弱,但因受侏罗系底砾岩含水层的直接补给,对3下煤层的开采仍具有较大的威胁性,曾多次发生突水事故。通过对金庄煤矿侏罗系底砾岩富水性的分析,逐步认识矿井的底砾岩富水规律,从而揭示其突水机理,为该地区类似矿井防控底砾岩水害事故提供借鉴,保证矿井的安全生产。     

常村煤矿煤层顶板涌(突)水危险性分区预测研究

针对矿井顶板水害问题,运用"三图—双预测"法对煤层顶板涌(突)水灾害进行定量评价,利用GIS的层次分析法(AHP)的耦合技术叠加分析富水性,通过GIS强大的数据管理与空间分析功能对AHP的计算结果进行处理,提出了煤层顶板充水含水层富水性分区。在煤层顶板充水含水层富水性分区与顶板冒落安全分区研究的基础上,运用多源地学信息复合叠加原理,完成了煤层顶板涌(突)水危险性的综合分区。