动水大通道突水灾害治理关键技术

针对动水大通道及地面无法施工直孔的治理技术难题,以潘二煤矿特大隐伏陷落柱突水灾害快速治理工程为例,在分析突水水文地质条件的基础上,提出了采用定向分支斜钻孔同时对过水巷道截流和突水通道堵源的治理方案。根据以往直孔堵水经验,确立了水力射流骨料灌注工艺和分序分段高压注浆工艺,并给出了骨料灌注关键技术和高压注浆结束标准。根据钻探注浆特征分析,结合淮南矿区陷落柱发育基本条件,推测了导水通道形态特征。注浆堵水结果表明:突水点残余涌水量为0,奥灰水位恢复良好,堵水率100%;堵源分支钻孔单位吸水率均小于0.1 Lu,堵源效果良好,彻底切断了奥灰水与突水点之间的水力联系。     

鹤煤公司寺湾井底板注浆加固工程技术实践

寺湾井开采石炭系太原组底部一11煤和一22煤。本溪组灰岩水压为0.4 MPa,奥灰水水位标高为+130 m,上距一11煤底板35 m,奥灰水压为1.1 MPa。带压开采存在奥灰水突水淹井危险。为消除底板本溪灰岩和奥灰岩溶水的突水威胁,开展了一11煤底板加固注浆可行性研究,在1806工作面针对本溪组灰岩进行了底板注浆改造工业性试验。试验证明,底板注浆加固效果明显。     

动水注浆技术在奥陶系灰岩含水层的应用

根据矿井突水资料及突水点处在奥灰岩溶水强径流带上,并结合压水试验,分析出奥陶系灰岩含水层的储水空间特征。选择合理的灰浆配合比和注浆工序,达到注浆堵水效果。     

孟津煤矿奥灰含水层岩溶水赋存特征及应用

孟津煤矿11011工作面受奥陶系灰岩水威胁,并发生过突水。通过对突水的11011工作面奥陶系灰岩含水层注浆过程中钻孔涌水量、注浆量及钻孔串浆情况的研究和分析,得出奥陶系灰岩含水层富水性不均,富水性相对强的区域涌水量大注浆量也大的规律。串浆导致部分注浆孔堵塞,但也说明了奥灰含水层连通性好。通过实施钻孔堵水注浆工程,堵源截流,浆液注入效果明显,突水量明显降低,达到了堵水的预期效果,对其他工作面的开采具有一定的推广价值。     

立体多水平分支定位孔快速封堵特大突水点技术

鹤壁某矿1309工作面发生突水事故,突水量1 700～1 950 m3/h,突水峰值为4 291 m3/h,导致淹井。针对突水点位置及突水通道不确定、突水量特大、水压高、地质构造极复杂(隐伏构造突水)等情况,采用垂向钻孔和立体多水平定向分支钻孔相结合的快速封堵突水点技术,以堵源为主,查堵结合,对突水点所在区域底板奥灰、L2灰岩含水层及F1061断层带主要导水通道进行立体化的注浆封堵与加固,形成帷幕切断深部突水通道,堵水效果显著,达到了快速注浆堵水排水复矿、减少矿井排水量的目的。     

基于灰色关联度分析的矿井陷落柱充水水源判别

为了确定某矿二叠系山西组煤层中揭露的陷落柱的充水水源,采集煤层顶板砂岩裂隙水、煤层底板太原组灰岩水和奥陶系灰岩水3种水源试样进行了水化学特征分析。运用灰色系统理论,计算了3种含水层水质与井下突水点水源的关联度及混合水比例,确定陷落柱突水点的主要充水水源为太原组灰岩水和砂岩裂隙水,混合比例为:太原组灰岩水约占50.2%,顶板砂岩水约占49.8%。分析结果为钻探注浆堵水提供了明确的目的层位和靶区。通过对太原组灰岩含水层实施注浆工程,工作面巷道得以顺利通过,未发生突水。     

裴沟煤矿33采区底板水害评价研究

为评价裴沟煤矿33采区二_1煤底板水害影响程度,统计了33采区地质及水文资料,详细分析了底板太原组L7-8灰含水层、L1-3灰含水层、奥陶系灰岩含水层以及地质构造对矿井充水的影响。本区受滑动构造铲蚀作用,二_1煤与下部奥陶系灰岩含水层间距变小,并且叠加较大的断裂构造,造成奥灰水。应用临界突水系数法对本区奥灰水突水危险性进行评价,划分出奥灰突水威胁区和奥灰突水危险区,并对奥灰突水危险区的涌水量进行了预计,为采区防治水工作和矿井安全生产提供数据。     

工作面突水原因分析与快速治理技术

针对山东珑山矿业有限公司1113工作面地质和水文地质条件,深入剖析了其突水水源及通道,对突水原因进行了总结,确立了动水条件下“截流封源”的主体堵水思路,选择奥灰系灰岩为主要受注层,采用控压注浆方法,取得了良好的快速堵水效果,满足了矿井安全生产需要。     

工作面突水原因分析与快速治理技术

针对山东珑山矿业有限公司1113工作面地质和水文地质条件,深入剖析了其突水水源及通道,对突水原因进行了总结,确立了动水条件下"截流封源"的主体堵水思路,选择奥灰系灰岩为主要受注层,采用控压注浆方法,取得了良好的快速堵水效果,满足了矿井安全生产需要。     

深部下组煤首采面带压试采奥灰突水危险性分区评价

为了探究华北型煤田深部下组煤底板带压开采安全可行性,以济北矿区某煤矿高承压水体下组煤首采面采掘为工程背景,结合在该面施工的9个奥灰钻孔和1个奥灰水文观测孔资料,运用突水系数法和底板岩层综合阻水强度法对正常块段奥灰突水的危险性进行预测评价与分区。分析表明奥灰突水值大于0.1 MPa/m的区域存在2处;而根据底板岩层综合阻水强度法计算,各个钻孔的综合阻水强度值均大于相应的实际水压值,并把实际水压值与其相应的综合阻水强度值作比值进行分析。2种方法对比分析表明,奥灰突水系数偏大的险区和实际水压与其相应的综合阻水强度的比值大的分布区域基本重合,比较符合实际情况。这为济北矿区及地质条件相似矿井煤炭资源向深部带压开采所引起的底板水防治提供了新的评价方法。     

高承压动水条件下裂隙型突水封堵技术研究

基于邢东矿2228工作面出水封堵项目,研究动水条件下出水通道封堵技术。底板突水是威胁我国煤矿安全生产的主要灾害之一,随着我国进入下组煤的开采以及开采煤层深度的加大,煤矿受奥灰承压水的威胁越来越严重。煤层开采后,在采动应力与水压力共同作用下会引起底板岩体破坏失稳,引发底板裂隙奥灰突水,逐步成为主要的底板突水形式。发生底板突水后,首要问题便是对出水通道的封堵,目前对出水通道的封堵局限在静水条件下实施,需对出水通道在动水条件下进行封堵展开研究。     

隐伏岩溶地下水动态特征及水文地质模式分析

以淮南煤田潘二煤矿2次放水试验及"5.25"陷落柱突水等资料为基础,采用地下水系统分析、构造控水理论及统计分析等方法,对区内主要含水层间的水力联系和断层的导(阻)水性进行了系统分析。结果表明:奥陶系灰岩含水层与太原组C3Ⅲ段灰岩含水层之间存在密切水力联系,2个含水层水位响应和变化幅度近乎一致,而与太原组C3Ⅰ和C3Ⅱ段灰岩含水层间水力联系弱;F1断层在太原组C3Ⅰ和C3Ⅱ段灰岩含水层中为阻水断层,而在太原组C3Ⅲ段和奥陶系灰岩含水层为导水断层,DF1断层在太原组C3Ⅰ段含水层为阻水断层,而在太原组C3Ⅱ、C3Ⅲ段和奥陶系灰岩含水层中为导水断层。     

偃龙矿区奥陶系强岩溶含水层底板注浆改造技术

偃龙矿区地处豫西地区,矿井深部开采二1煤层受奥陶系强含水层岩溶裂隙水威胁,奥灰水压不断增高,煤层底板构造发育、隔水层不稳定等突水因素影响了安全回采。通过水文地质资料分析与瞬变电磁技术进行底板富水性探测,建立了底板注浆改造深度精确计算模型,提出了偃龙矿区二1煤层底板注浆改造水害防治技术,并进行了工业性试验。结果表明:12061工作面底板分布有3种类型富水异常区,富水异常区域岩层节理、裂隙较为发育,异常区覆盖工作面底板大部,工作面底板存在突水危险性;菱形钻孔布置有利于减小孔间距,最终确定底板注浆改造深度为65 m、注浆压力为9 MPa与注浆扩散半径为25 m,对太原组下段及奥陶系灰岩含水层注浆变含水层为相对隔水层,切断了底板奥陶系灰岩含水层与二1煤层的水力联系;底板注浆封堵后,检验孔水量不大于10 m3/h,钻孔孔壁光滑,原5个富水异常区消失,注浆改造效果显著。     

里必井田承压水带压开采评估

煤层底板承压水突出是发生水害事故的原因之一,要减少该类事故的发生,需对底板突水危险性进行准确评价。为保障里必井田承压水带压开采的安全进行,基于煤层底板突水研究理论分析,采用常规突水系数法和等效厚度突水系数法,分别对里必井田内3#煤和15#煤的奥灰水突水危险性进行了研究。研究发现,奥灰水对于3#煤的开采影响不大,但在局部构造及陷落柱发育地段及采区东北部区域仍存在一定的突水可能性;奥灰水对15#煤开采具有较大威胁,大部分区域具有较大突水危险性。等效岩层厚度法计算的突水系数考虑了不同性质岩层的岩石强度和阻水能力,计算更接近生产实际,结果更可靠;且在对突水系数法进一步优化后,其评价的结果可以更精确。     

基于水—岩耦合试验的峰峰组灰岩渗透性规律分析

应用岩石力学试验系统,对奥陶系顶部峰峰组灰岩进行岩体水—岩耦合试验,分析在不同围压和渗透水压条件下,灰岩的强度变化规律、灰岩的变形程度和渗透率变化规律,研究灰岩在应力场与渗流场综合作用下渗透性的变化情况,分析峰峰组灰岩的相对阻隔水性能。     

基于同位素方法的矿井突水水源定量分析研究

在分析山西龙泉煤矿水文地质特征及工作面突水特征的的基础上,研究了矿区各类水体的水化学及环境同位素特征,确定了01工作面突水水源为太灰、奥灰混合水,利用同位素方法定量计算了太灰水占工作面突水来源的46%,而奥灰水占54%。研究结果表明：应用同位素方法能定量、准确判断出矿井突水的主要来源,可为制订有效的防治水措施提供科学依据。     

复杂突水条件下矿井注浆堵水技术

以桑树坪矿"8.7"突水堵水工程为例,论述了因小煤矿越界开采本矿深部煤层导致发生特大突水、在不明过水通道下的注浆堵水技术。为了在突水条件不清楚的前提下进行注浆,桑树坪矿先采用了多种探查手段,之后开展动水注浆。工程实践表明,在过水通道位置不清楚的前提下,首先要通过调查了解小煤矿的采掘情况,并结合本矿采掘系统确定截流段的大体位置;其次采用物探手段对该处过水通道进行探查,并根据物探成果使用井下钻探方法精确查明过水巷道的位置;之后展开动水截流,截流成功后再对煤层底板和奥灰岩顶部进行注浆。     

巷道围岩预注浆防突水技术研究

在对焦作矿区和中马村矿井地质资料调查、整理的基础上分析了巷道突水水源及突水原因;根据岩土有效应力原理建立了巷道突水区围岩本构模型,探讨了巷道围岩保持稳定而不发生突水的基本思想是增加围岩有效应力,减小孔隙水压力。在此基础上对浆液的流变性、流动规律及扩散方式进行深入分析研究;针对中马村矿井现场实际条件,对巷道围岩预注浆技术进行了方案设计和注浆参数的确定;通过现场工程实践检验了巷道围岩预注浆设计方案的合理性,取得了良好的堵水效果,满足了矿井安全生产的需要。     

晋城成庄井田煤层气直井开发后煤层底板突水危险性评价

以晋城矿区成庄井田为依托,分析煤层气开发后煤层底板岩石破裂压力、地应力、煤层底板含水层水压和隔水层有效厚度等条件,建立了煤层气开发后煤层底板突水危险性评价理论与方法,揭示煤层气直井开发对煤炭开采底板突水影响机制。研究结果表明:煤层气井煤层底板完井深度和采动矿压与承压水的水压使煤层底板隔水层形成贯通的破裂,如果隔水层中的最小水平主应力大于承压水的水压,从应力方面,就不会发生突水,如果相反,就会发生突水;煤层气井煤层底板完井深度和采动矿压与承压水的水压未能使底板隔水层形成贯通的破裂,开采煤层承受的水压与煤层到主要含水层间有效隔水层厚度之比,决定了煤层底板突水危险性。根据煤层底板隔水层岩石破裂压力、水压和水压与隔水层厚度比值等关键参数,将煤层底板突水危险性划分为安全(Ⅰ)、中等安全(II)、安全性差或有危险(III)和安全性极差或极有危险(Ⅳ)4类。成庄井田太原组15号煤层距奥灰含水层间距小,且变化大,煤层气垂直井开发后煤炭开采受奥灰水威胁。如果9号煤层气完井深度与煤炭开采底板破坏深度15 m相同计算,煤层底板突水危险性主要为中等安全,仅在深部存在突水危险性;煤层气开发后3号煤层开采过程中不会发生底板突水。