近距离煤层顶板水害立体防控技术研究——以蒙陕深部矿井为例

蒙陕地区深部侏罗系煤层开采水文地质条件复杂,矿井在开采期间面临顶板疏水难度大、排水系统压力大、掘进效率低、经济效益差等难题,提出“低位邻面截流、分区防控、层组治理”的水害防控思路,建立近距离煤层顶板水害立体防控方案和以单孔涌水量、钻孔水压力、静储量为指标的水害立体防控效果评价体系。以呼吉尔特矿区门克庆矿井3^-1,2^-2中煤近距离开采顶板水害防治为例,通过井上下钻探、物探立体探查手段,开展精细探查,建立和完善了井上、井下水文监测系统,在分析研究矿井顶板含隔水层沉积地质展布情况、富水异常区分布范围及层段和地下水流场特征等重要水文地质参数的基础上,实行上行开采的方式,首先有针对性的开展了3^-1煤3101工作面的顶板疏放水工作,并通过疏放水试验精细预测工作面涌水量,建立完善可靠的排水系统,该工作面顶板疏放水钻孔累计疏放水量达2 659.3万m³。在2201工作面掘进期间,通过超前探放水钻孔发现,相较于3^-1煤,其顶板含水层水压、水量均有不同程度的下降,说明先行开采下层3^-1<...     

蒙陕矿区大储量采空区水害综合防治技术创新与实践

纳林河二号矿井31121采空区积水具有储量大、动态补给量大等特点,为了防治31121采空区水害,保障相邻31120工作面回风巷安全掘进,将31121采空区积水分成整体疏放积水区与局部疏放积水区,利用泄水巷布置钻孔、辅回撤通道密闭墙导水管、工作面回风巷硐室密闭墙导水管、回风巷布置钻孔等方法,通过采取分区管理、预测预报、多点疏放、低位布孔、持续畅通、先整体后局部、先观测后分析、先疏放后掘进、效果评价等综合防治技术,成功消除了31121采空区积水的威胁,仅用41 d成功疏放31121采空区积水32.3万m~3,将整体水位降至局部水位以下且局部水位降至1 m以下,保障了31120工作面回风巷掘进安全。     

陕蒙矿区深部开采沿空侧煤自燃特性与分区防控方法

陕蒙矿区深部开采矿井具有矿压大、煤体破碎程度较高的特点,留设窄煤柱沿空掘巷容易形成裂隙造成沿空侧漏风,导致沿空侧浮煤存在煤自燃隐患;为了掌握沿空侧煤自燃特性,以营盘壕煤矿为例,通过程序升温初次氧化和二次氧化实验得到煤氧化过程中的各气体变化规律和自燃特征参数。结果表明：营盘壕煤矿2201工作面原煤和沿空侧氧化煤的临界温度范围为70～80℃和65～75℃,干裂温度范围为105～115℃和120～130℃;氧化煤较原煤的临界温度提前、干裂温度滞后;通过对比2次氧化过程中的耗氧速率和CO产生率,在90～100℃之前,氧化煤较原煤的氧化反应更剧烈,在90～100℃之后相反,说明在低温阶段氧化煤更加容易发生煤自燃,自燃隐患突出。因此,通过加强对沿空侧煤自然发火情况监测,提出了陕蒙矿区沿空侧煤自燃的分区防控方法,构筑了喷浆堵漏、胶体压注和液态CO₂降温等相结合的综合防灭火技术,实现对沿空侧煤自燃灾害的超前防治,有效保障了沿空侧不着火和本面采空区安全推进。     

永陇矿区松软富水顶板灾变机理与防控研究

针对黄陇侏罗纪煤田采场出水压架灾害频发的现状,以永陇矿区4个综放工作面为工程背景,围绕松软富水地层覆岩破断与顶板来压特征、离层水致灾机理及灾害预警防控开展了现场跟班实测与理论研究。研究结果表明:覆岩关键层运移破断与采场矿压及离层水害存在因果关系。由于破断步距大、控制岩层组厚度大,复合关键层破断导致采场大周期来压显现异常强烈;所控岩层组断裂下沉后在洛河组含水层底部产生离层空间。受到离层水压和含水层持续补给等双重作用,离层积水越层下泄引发采场出水。基于以上认识,在实践中探索并完善了离层水害防控对策,构建了以"大周期来压、支架阻力高位预警、水位降速、宏观矿压显现异常"为主的出水压架预警机制;建立了以危险区域划分、采放工艺优化及工作面日常管控为主的防控体系。研究成果已成功指导了多个工作面的顶板水害防控,对类似地层条件的矿井具有良好的示范效应。     

蒙陕矿区中深部矿井地温参数测试研究

针对蒙陕矿区中深部矿井各可采煤层埋藏深度较大且周边无矿井地温参数借鉴的问题,为对地温情况作出合理的评价和分级,通过原岩温度测定、矿井气候参数观测和地面气候参数观测的方法,对矿井地温参数进行了观测与分析,绘制地温分布图,对不同情况下的温度、湿度进行预测,更加有效地指导井下热害的治理工作,以便提出经济实用的降温方案。     

陕蒙接壤深部矿区区段煤柱诱冲机理及其防治

针对陕蒙接壤深部矿区照搬浅部双巷掘进布置宽区段煤柱导致部分矿井已有冲击地压显现现象,以陕蒙接壤深部矿区B矿为例,采用数值模拟和理论分析的方法,研究区段煤柱的应力演化规律,揭示区段煤柱诱发冲击地压的机理:由于该矿区煤层的强冲击倾向性和高单轴抗压强度,其弹性核积聚弹性能的能力更高,当弹性核区破坏时,能量释放产生的冲击力易超出巷道阻力及支护阻力,致使煤柱侧发生冲击。鉴于此提出降低煤柱上方应力、减弱煤柱弹性核区蓄能能力和增大巷帮阻抗力等防治对策。研究成果应用于B矿31102沿空工作面,解决了区段煤柱造成的沿空巷道频繁强动力显现,实现了工作面的安全回采,对陕蒙接壤深部矿区区段煤柱冲击地压防治具有借鉴意义。     

浅谈陕蒙矿区环境建设

西部大开发使西部资源为我国的经济建设发挥了重要作用,但对环境也带来了巨大的威胁.在开发的同时,如何去保护环境,这就需要国家做出整体的布局和规划,在政策的扶持下,建立全程监控系统,实现矿区的全面绿化和环境建设.现就陕蒙矿区环境建设问题作简要分析和建议.     

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...     

榆横矿区富水煤层井巷开拓期间水害防治技术探讨

为了解决榆横矿区富水煤层井巷开拓期间水害治理难题,借鉴小纪汗、袁大滩、巴拉素等邻近矿井在相同煤系地层中采用地面钻孔疏水、井下超前钻孔降水、煤巷施工疏水等技术解决矿井水害防治问题进行了探索应用,对大海则煤矿以侏罗系中统延安组（J2y）为主富水煤系地层水文地质条件的分析,为大海则矿井以煤层为主含水层防治水技术应用提供了依据,取得了良好的安全经济效益。     

陕蒙矿区深部开采导水裂隙带发育特征与高度预测方法

导水裂隙带发育高度是矿井防治水及安全开采的重要依据。由于陕蒙矿区地层沉积环境和沉积过程的特殊性,使得该区域导水裂隙发育高度与传统认识差别较大。考虑到目前围绕陕蒙矿区导水裂隙带发育高度计算方法缺失问题,以鄂尔多斯市营盘壕煤矿2217工作面为工程背景,采用UDEC模拟研究了不同开采进度下导水裂隙带发育规律及演化特征,分析了大能量事件与导水裂隙带发育的关联关系,进而基于GA-SVR算法,建立了区域导水裂隙带发育高度精准预测方法。结果表明:直罗组砂岩巨厚的特性使得其在覆岩运动中表现出坚硬岩层的特点,裂隙带在其下充分发育,稳定后也形成“马鞍形”;微震监测数据能精准反映区域导水裂隙带发育高度,预测相对误差仅为3.90%;建立的导水裂隙带高度预测模型的决定系数R2为0.81,相对平均误差r为14.55%,预测精度显著优于经验公式(R2<0,r=59.57%)。研究成果对于陕蒙矿区保水开采与安全生产设计及矿井水防治具有重要的实践意义。     

蒙陕矿区深埋工作面顶板水可疏降性及预疏放标准研究

在分析蒙陕矿区深埋煤田区地貌特征、水文地质条件、工作面钻孔涌水和采空区涌水特征等基础上,开展了顶板水可疏降性和预疏放标准研究,结果表明:研究区包括基岩台地、沙地、黄土沟壑3类地貌,其中沙地区第四系富水性强,煤层顶板含水层丰富的充水水源,导致直罗组一段渗透系数和单位涌水量均远大于基岩台地区和黄土沟壑区。不同矿井首采工作面探放水钻孔初始水量和累计放水量分为3类,水量较小矿井,初始水量q₀≤10.0 m³/h,累计疏放水量<5.0×10⁴m³;水量中等矿井,初始水量q₀≤60.0 m³/h,累计疏放水量10.0～100.0×10⁴m³;水量较大矿井,大部分钻孔的初始水量q₀>100.0 m³/h,累计预疏放水量>100.0×10⁴m³;所有矿井首采工作面经预疏放后,可以实现绝大部分钻孔水量<10.0 m     

蒙陕矿区深井高应力巷道支护技术研究

以蒙陕矿区葫芦素煤矿2-1煤东翼回风大巷掘进为工程背景,详细介绍了深部高应力矿井永久巷道支护技术与现场应用情况。在深部巷道围岩地质力学测试与评估、可锚性试验、锚杆支护作用机理分析的基础上,提出合理的锚网索支护方案。     

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。     

郑州矿区水害与防治技术

介绍了郑州矿区水文地质特征、矿区水害类型及产生水害的原因,阐述了矿区奥灰－寒灰水、石炭系薄层灰岩水、顶板砂岩水、老空水、地表水及封闭不良钻孔导水的治理技术。     

深埋侏罗系煤层顶板水害源头防控关键技术

为解决目前蒙陕矿区深部侏罗系矿井采后采场落地水量大、煤水混杂,以及上部煤层距离强含水层较近,无法安全掘进与回采等一系列问题,提出了深埋侏罗系煤层顶板水害源头防控关键技术。应用沉积控水规律,分析了含(隔)水层在平面与剖面的空间展布规律与含水层富水性分布规律,在此基础上,针对煤层厚度变化较大、顶板含(隔)水层交互成层的特征,通过构建含有沉积环境影响指数、砂岩厚度、岩芯采取率、单位涌水量、渗透系数与导水裂隙带发育高度6个指标在内的评价指标体系,提出了符合深部侏罗系矿井水文地质特征的矿井涌(突)水风险分区评价方法,进而根据"断源截流、集中疏排、源头预防、超前治理"的防治水思路,提出了"上行开采低位截流"、"工作面单侧截流"、"工作面双侧截流"与"工作面方向调整截流"4种地下水截流治理模式,最后以蒙陕矿区的门克庆矿井和母杜柴登矿井进行实例分析。应用结果表明:①直罗组一段砂岩含水层主要为河道相沉积,砂体的空间连续性较好,是深部侏罗系矿井的主要充水含水层;②门克庆矿井首采区3~(-1)煤顶板涌(突)水危险区主要分布在研究区的南部,呈东西向条带状展布,与实际情况较为吻合;③根据门克庆矿井首采区涌(突)水危险性分布规律,应用了"工作面单侧截流"与"上行开采低位截流"两种治理模式并分析了其在实际工程中的应用效果。深部侏罗系矿井水害防治作为一个复杂的系统工程,以源头防控为重点的系统防治技术体系仍是深部侏罗系矿井水害防治需要重点攻关的研究方向。     

焦坪矿区玉华煤矿顶板离层水害治理研究

通过对焦坪矿区玉华煤矿顶板离层突水机理研究,在井下1418工作面钻探确定离层水发育位置,并对离层水进行疏放,达到治理顶板离层水的目的,以保证矿井安全生产。     

大海则煤矿顶板富水含水层下开采水害防治研究

为了解决顶板富水含水层下开采过程中所面临的水害问题,以侏罗纪煤田榆横北区大海则煤矿为例,通过分析矿井水文地质条件,确定了主要充水水源和充水通道,计算了防隔水煤（岩）柱留设宽（厚）度,并预测了矿井开采2号煤层时的涌水量,提出了相应的防治措施。结果表明:矿井开采2号煤层时,其主要充水水源为煤层顶板侏罗系延安组、直罗组含水层水,主要充水通道为覆岩导水裂隙带。通过计算防隔水煤（岩）柱留设宽（厚）度,分析判断其在现有2号煤层开采条件下,不会受到顶板白垩系洛河组强含水层影响。采用解析法和数值法进行矿井涌水量预测,取其算术平均值作为参考。结合矿井条件和现场实际,提出井下钻探、地球物探、水文地质监测等综合防治措施,通过预防、探查、疏排、监测等手段,共同解决矿井水害问题。     

焦作矿区水害治理技术

焦作矿区面对水文地质条件复杂、突水频繁、水害严重的困难，采用煤层底板注浆技术，变被动堵水为主动治水。介绍了煤层底板注浆技术的理论研究成果，实验室分析和现场实施的情况。     

深部特厚顶板富水煤层综放采高分析与安全开采技术

针对陕西永陇矿区崔木煤矿21301首采工作面开采期间发生的12次涌水、多次大面积来压、瓦斯积聚等事故灾害,在研究工作面顶板结构、水文地质条件、工作面和顶板来压及涌水量的基础上,计算了一次采全高、分层综放割煤高度、放煤高度及导水裂隙带高度,分析了含(隔)水层与导水裂隙带的关系,得到了综放开采的安全开采上限,提出了崔木煤矿综放工作面初采、末采及顶板富水等危险区域条件下安全开采技术措施,对于预防工作面重大灾害起重要的指导作用。