恒源煤矿开采6煤防底板突水治理技术

恒源煤矿6煤层属含水层上带压开采,6煤底板承受的灰岩水压均已超出了隔水层的阻水能力,采前必须将底板部分灰岩含水层,注浆加固成稳定的隔水层,才能避免灰岩水突水事故的发生。由于褶皱构造中关键含水层的层位控制不准,总有部分工作面在投入大量水害探防工程的情况下,出现大量涌水并造成水害事故,为彻底消除复杂构造中底板加固工作面的突水威胁,恒源矿通过"钻孔精确定向、精准判层、终孔层位和孔斜偏差控制"等一系列技术的创新应用,实现了复杂地质构造中强突水危险性工作面的安全高效回采,为同类矿井相似工作面的水患防治,探索出了一套全新的水害防治技术方法。     

坚硬顶板厚隔水层条件下底板突水致灾机理及全周期治理技术

峰峰矿区九龙矿4号煤层顶板为厚3.5 m的坚硬野青灰岩,煤层底板岩层组合为“厚隔水层夹薄层灰岩+奥陶系灰岩”,九龙矿开采4号野青煤以来,发生多起底板奥灰突水事故。针对煤层底板存在厚隔水层且传统井下底板加固甚至区域治理仍无法完全消除奥灰突水的现状,笔者基于零位破坏理论,建立了考虑顶板压力传递的煤层底板采动破坏力学模型,分析了顶板压力传递和承压导升作用下的底板突水致灾机理,提出底板水害“采前-采中-采后”全周期治理技术并通过井下底板验证孔-工作面涌水量-奥灰水位动态变化“三位一体”立体化监测对治理效果进行评价。研究结果表明：(1)坚硬顶板条件下,采空区悬露面积大,周期来压强烈,导致底板破坏深度增加,在煤层底板导水构造阶梯式导升作用下容易发生滞后突水;(2)通过采前区域治理对煤层底板进行全面加固消除致灾因素,采中对煤层底板微震事件多发、构造发育区域进行重点加固达到减水开采,采后补强加固实现保水开采,创建了工作面底板奥灰水害全周期治理模式;(3)治理后,工作面底板薄层灰岩与奥灰无水力联系,奥灰水位与工作面底板涌水量随工作面来压发生变化,但变化幅度较小,工作面涌水量仅为0.46～1.12 m3/...     

带压开采底板破坏因素分析及突水预测研究

为有效防治采动影响导致的底板突水事故,采用塑性理论及经验公式分析总结了底板破坏的影响因素,并将其分为赋存因素与开采设计因素。以上孔煤业15号煤层为研究背景,选取隔水层厚度、底板水压、煤厚及工作面斜长作为主控因素,建立了"赋存-采动"多因素组合模型,利用FLAC3D模拟了不同因素组合下底板垂直应力及塑性区分布规律。结果表明:采动破坏带深度对工作面宽度的变化十分敏感;隔水层厚度及底板水压则对承压水导升带范围起控制作用,且隔水层厚度影响更大;采厚的波动对底板破坏影响微弱。首次提出了等效破坏深度的概念,并将其应用于突水系数法中,预测了15号煤层带压开采突水危险,并建议降低工作面宽度、在煤壁及工作面前方等采场边缘处加强探放水以预防突水。     

庞庞塔煤矿9~#煤层带压开采安全性及治理措施

庞庞塔煤矿9~#煤层工作面为带压开采,以9-101首采工作面为背景,采用极限水压理论及突水系数法探究底板突水的危险性,模拟分析了工作面回采期间底板塑性破坏的深度及底板隔水层注浆加固效果。结果表明,正常条件下底板塑性破坏深度为27 m,底板存在较大的突水危险,注浆后底板破坏深度减小为10 m,奥灰含水层突水的危险性解除。可见,通过底板注浆改造,能够保障庞庞塔矿9-101工作面的安全回采。     

煤层底板采动变形破坏规律的数值模拟研究

以贵州河边煤矿12煤开采为例,利用FLAC3D软件模拟煤层开采后底板采动变形破坏规律,得到了12煤层底板采动破坏深度。模拟结果表明:12煤层底板采动破坏深度为8m左右,大于底板隔水层厚度,因此认为开采12煤层极有可能引起下部茅口灰岩含水层突水。     

深部开采底板破坏及高承压突水模式、前兆与防治

以深部开采底板承压超过5 MPa的特殊条件为研究对象,围绕复杂结构底板隔水层采动破坏及其诱发高承压突水这一核心问题,以大量突水资料为背景,分析了底板突水的形成及影响因素、水岩相互作用、时空分布及规律,总结了底板突水的两类基本模式,即完整型底板突水模式和断裂构造型底板突水模式。采用现场实测、数值模拟及物理模拟等手段,揭示了深部开采条件下底板隔水层的采动破坏规律,即在底板承压超过5 MPa条件下,工作面底板隔水层受超前应力破坏明显,深度一般在25 m左右;在相同底板隔水层结构和开采条件下,随着水压的升高,底板破坏深度及范围不断增大;工作面底板不同位置的破坏范围具有差异性,从工作面正下方往采空区方向由倒马鞍形逐步过渡到倒梯形。利用高承压矿井突水模拟试验系统,设计并完成了单一结构、多层组合结构以及断裂结构底板隔水层条件的底板高承压突水模拟试验,揭示了不同底板结构模型突水的压力及孔隙水压力变化特征,试验结果表明:采动引起的底板压力及孔隙水压力呈周期性波动,与工作面推进距离有关。突水通道形成过程中,各参数均表现为较大幅度升高并剧烈波动;通道一旦形成并发生突水时,压力和孔隙水压力均急剧下降,并稳定在某一范围,试验结果表明,...     

古汉山矿煤层底板加固与隔水层保护

随着矿井开采深度的增加,古汉山矿地应力越来越大,工作面回采时煤层底板破坏程度也在增加,煤层底板L8灰岩含水层水压越来越高,造成煤层底板加固的注浆压力不断增大,这样势必会引起在煤层底板注浆加固时破坏煤层底板与L8灰岩之间的隔水层。从而引起回采工作面在回采时底板突水。为防止煤层底板加固时破坏煤层底板与L8灰岩之间的隔水层,古汉山矿11031东回采工作面煤层底板加固时采用控制注浆压力的措施,既加固了含水层又保护了隔水层,效果很好。     

榆树坡煤矿5105工作面底板富水异常区治理技术

榆树坡煤矿5号煤层首采面为带压开采工作面,且工作面内部发育有多条断层,使得该面在回采期间发生底板奥灰突水事故的可能性增加。为了实现该面安全带压开采,在该面回采前,对工作面采取综合物探方法探查构造发育区及富水异常区,底板超前预注浆工艺加固隔水层改造含水层。通过底板注浆治理工艺,该面实现了安全带压开采,取得了良好的经济效益,为该矿井及周边带压开采矿井提供了防治水思路,社会效益显著。     

阳煤二矿15#煤层带压开采安全性评价

阳煤二矿15#煤层存在带压开采的问题,为确定其带压开采的安全性和可行性,采用水文钻孔勘查、理论分析计算等方法研究表明,奥陶系灰岩含水层水头压力为1.6MPa,15#煤层和奥灰水间隔水层厚度为35.0m,隔水性能良好,工作面回采期间底板塑性破坏深度为11.6m,突水系数为0.085MPa/m,突水系数小于0.1MPa/m,极限水压为5.6MPa,远大于实际水压,在完整底板条件下工作面能够安全的进行回采。     

煤层底板破坏带深度研究及其对带压开采的影响

以斜沟煤矿8~#煤层18101和18102综采工作面为研究对象,运用现场钻探压水试验、瞬变电磁探测和数值模拟3种方法,对8~#煤层开采后底板破坏带深度进行了综合测试分析计算。结果表明,煤层开采所引起的18101工作面底板破坏深度为31m,18102工作面底板破坏深度为32m,并以此预计13~#煤层底板破坏深度为31.6m.采用突水系数评价体系和底板隔水层分析,综合评价斜沟煤矿带压开采条件下煤层相对安全,13~#煤层在ZK25-2、SK9、ZK15524、0505钻孔附近底板隔水层厚度值与底板破坏带深度值相接近,面临底板奥陶系灰岩岩溶水突水风险,在防治水工作中应采取注浆加固等安全措施。     

带压开采区超前探目标层位综合确定方法

掘进工作面和回采工作面超前探工作是矿井进行带压开采的重要技术手段,而超前探目标层位是否准确关系到超前探工作的效果,以准格尔矿区中北部6煤带压开采矿井为研究区,通过巷道围岩松动圈计算、底板安全隔水层厚度计算、底板采动破坏带计算,并系统总结底板岩层组合特征及带压开采水文地质特征,提出了带压开采区超前探目标层位综合确定方法。结论表明:准格尔矿区6煤掘进工作面超前探目标层为6煤与9煤之间薄层粗粒砂岩层、回采工作面超前探目标层为9煤与奥陶纪灰岩之间粗粒砂岩层,为准格尔矿区各矿井开展带压开采工作提供技术支撑。     

马堡矿15^#煤带压开采数值模拟研究

针对马堡矿地质构造复杂,主要岩溶含水层富水性强,下组煤距下伏奥灰很近,煤层开采面临着奥灰突水严重威胁的情况,运用数值模拟的方法,研究了工作面斜长对底板破坏规律与突水机理的影响,并对15号煤带压开采进行了安全性评价。研究结果表明:工作面斜长分别取160 m与110 m时开采15号煤产生的采动破坏带均会与承压水导升带贯通,隔水层丧失阻隔水性能进而导致底板突水,而工作面斜长为60 m时则不会发生底板突水。因此,可通过采取控制工作面斜长的方法提高带压开采的安全性。     

微地震监测在特厚煤层底板突水评价中的应用

特厚煤层综放开采对底板扰动大,在底板下方有承压含水层时,存在原生裂隙导水、采动裂隙导水、构造活化导水等底板突水灾害,动态监测底板裂隙的萌生、发展、贯通直至破坏过程是底板突水灾害有效预测、预警的关键。以平朔地区特厚煤层综放工作面回采过程中底板突水问题为研究背景,在工作面建立了一套自主研发的高精度微地震监测系统,实时获取采动过程中采场围岩破裂的三维特征,采用动突水系数法,对该工作面底板突水可能性进行了分析。研究表明:工作面向斜轴部以西90 m突水危险性增大,动突水系数达到峰值,但小于带压开采突水危险标准,认为工作面回采期间无突水危险。通过对比,动突水系数峰值位置与底板最大破裂深度位置具有明显的时空差异,且底板破裂深度峰值超前于动突水系数峰值,为通过底板破裂深度进行突水危险的实时预警提供了依据。     

带压开采工作面底板注浆加固防治水技术研究

针对带压开采工作面底板抗水能力差的问题,通过对底板突水性分析,得知底板受动压影响较为破碎,而且受到地质构造带影响,极易引发突水事故。基于此提出了对底板隔水层和灰岩顶部岩层进行注浆加固方案,以实现工作面安全高效回采。     

断层影响下底板突水通道研究

基于岩体极限平衡理论,综合考虑断层本身性质和矿山压力中应力降低区的作用,解得底板隔水层的极限水压解析式,推导出底板突水力学判据,结合华泰煤矿7502工作面,解得底板隔水层的极限水压大于实际承压水水压,底板隔水层中没有形成突水通道;基于FLAC3D流固耦合理论,建立了断层影响下煤层开采的数值模型,得出断层带中的承压水导升高度(8m)较正常岩层(6m)高,断层影响下底板岩体应力呈非对称分布,断层附近的底板采动破坏深度(24m)大于未受断层影响的底板破坏深度(20m),底板破坏区与断层导通,承压水通过断层进入破坏区,形成突水通道,发生底板突水。结果表明:断层影响下的底板突水,往往不是底板隔水层破坏导致,而是承压水通过断层进入采动破坏区所致。     

小纪汗煤矿11203工作面开采底板岩体破坏深度研究

煤层底板为砂岩裂隙含水层,在矿井高强度开采过程中,煤层下的承压水冲破底板隔水层涌入工作面,极易造成突水事故。以陕北榆横矿区小纪汗煤矿2号煤11203工作面为研究对象,从力学角度研究计算底板采动破坏深度,建立符合实际的数值模拟模型,分析工作面随着推进距离的变化,煤层底板变形特征和塑性区分布特征,运用应力应变法从物探角度进行现场探测,最终确定底板采动破坏深度。     

高承压灰岩水上煤层开采可行性评价

八矿寒武系灰岩含水层距己16.17煤层约80m,二水平己组煤层安全开采时将受到约3.9MPa水压的影响。为确保安全带压开采,采用经验与理论计算分析了己组煤层开采时底板岩层破坏变形情况,对底板灰岩水的突水性进行评价分析,得出隔水层厚度在80m左右时己组煤层可以实现带压安全开采。在正常疏水降压的基础上,采用瞬变电磁仪探测隔水层厚度变化,在隔水层变薄的情况下采取底板注浆等措施实现安全开采。     

隔水层等效厚度的评价确定

矿井带压开采是解放受底板突水威胁的下组煤的有效方法之一,对下组煤底板突水危险性的评价是确保煤矿安全开采的重要手段,其中下组煤底板隔水层阻隔水能力的确定是评价矿井突水危险性的重要因素,但是在突水危险性评价中隔水层的等效厚度往往难以有效确定。为了评定隔水层等效厚度,以新阳井田为例,从岩性组合、岩层抗压强度与隔水能力、底板采动破坏深度等多个方面综合研究,最终确定评价了井田下组煤底板隔水层的等效厚度,为类似煤矿下组煤底板隔水层等效厚度的确定提供了综合的评价方法。     

承压水上采煤底板破坏深度研究

某矿7608工作面属承压水上开采,大青灰岩含水层距工作面底板30 m,为保证工作面的安全回采,防止突水事故的发生,利用理论分析和数值模拟手段研究了7608工作面的底板破坏深度,然后采取直流电法对底板破坏深度进行了实测。结果表明:由于充填采空区,7608工作面底板实际破坏深度10.2 m,同理论计算和实验室模拟结果可以较好的吻合,底板岩层中存在厚20 m的隔水关键层,工作面没有突水的危险。     

超千米采深煤层底板应力分布物理模拟研究

深部岩体构造应力显著,超千米采深煤层在开采时矿压显现剧烈,底鼓及底板破坏严重,底板应力影响深远,存在扰动承压水导升带,从而导通含水层造成突水的危险。本文根据华北型煤田邢东矿超千米采深工作面实际开采情况,建立室内物理模拟模型,在煤层底板布置应力盒,研究大采深工作面推进过程中底板应力分布特征。试验结果表明,底板近煤层水平向,超前支承压力影响范围为100 m;采动对底板的应力影响范围到达伏青灰岩含水层附近,应力影响深度为底板以下90 m。反映底板破坏带之下还存在一定区域,随回采产生了应力扰动。研究成果对于大采深煤层的安全回采具有理论指导意义。