薄层灰岩地面水平分支孔超前探查治理地质构造技术

针对矿井深部煤层开采受底板高承压奥灰水威胁的难题,羊东矿引入水平定向钻探先进技术,对8466工作面进行了地面区域治理。通过研究实践钻进中遇到褶曲、断层寻找大青薄层灰岩的方法,注浆封孔后高效率钻进等关键技术,在厚度为5.5 m的大青薄层灰岩中成功地施工了长距离水平分支钻孔,对地质构造进行了超前精准探查,注浆治理了导水构造和岩溶裂隙带,加固了大青薄层灰岩含水层。采用物探、钻探两种方法,对注浆治理效果进行验证,达到了封堵导水通道和加固煤层底板的目的,保证了工作面的安全开采。     

注浆技术在华北奥灰水害防治中的应用与发展

我国华北型煤田水文地质条件复杂,随着深部资源的大规模开发,煤层底板奥灰突水概率增加,奥灰水害成为华北型煤田深部开采的严重安全威胁。应用注浆技术能够快速封堵突水通道,消除潜在水患,在华北奥灰水害防控方面具有明显优势;历经工作面注浆、井下定向孔注浆和地面定向孔注浆,装备进步推动华北型煤田奥灰水害注浆防治技术持续发展。本文分析了注浆技术在华北型煤田奥灰水害防治中的发展历程,结合奥灰水害超前治理工程案例,分析了实践中地面定向孔注浆技术遇到的问题,指出了区域水害防治地面定向孔注浆技术发展方向。本文对华北型煤田深部开采底板奥灰水害防治具有重要参考意义。     

峰峰矿区深部煤层开采水害问题及防治对策

为了解决峰峰矿区深部煤层开采奥灰突水问题,分析峰峰矿区深部煤层开采的地质和水文地质条件及面临的水害问题,指出深部煤层开采奥灰突水的途径和特点及目前防治水技术存在的不足之处;对深部煤层开采奥灰突水机理进行了研究;提出全面探查、区域治理、煤层底板注浆加固、分区隔离开采、增加矿井排水能力等深部煤层开采防治水技术途径。实践证明:煤层底板构造全面探查、区域治理是最有效的防治深部煤层开采奥灰突水的技术。     

深部矿井奥灰水害防治技术

通过分析峰峰集团防治水现状,对比目前奥灰水害防治技术,针对深部矿井开采奥灰水害情况,提出时间与空间相结合的地面区域超前治理技术。该技术利用地面水平多分支钻进技术对煤层底板隔水层的裂隙进行探查并进行注浆加固补强,切断奥灰含水层与上部含水层的水力联系,进而增强隔水层阻水性能。     

黄河北煤田顶底板定向注浆关键技术

为有效解决我国黄河北煤田面临的顶底板含水层双重水害问题,以山东能源邱集煤矿水害治理为例,在矿井水文地质和水害特征分析的基础上,确定了超前主动、区域协同、逢漏必注和安全推进的防治水理念;提出了"顶底板同注+帷幕注浆"的灰岩水害治理技术,采用"梅花式"与"上下穿层式"的钻探方式实现了含水层岩溶裂隙和隐蔽导水通道的有效探查,通过等距离定向钻孔和井上下水文钻孔实时观测技术确保了高质量精准注浆;截至2018年底注浆工程共施工19个主孔,95个分支孔,累计完成进尺64 183.74 m,注入水泥329 035 t、粉煤灰24 845t。结果表明:注浆治理后区域内四五灰和徐灰的水压明显减小,涌水量均小于10 m~3/h,实现了11煤层的安全揭露和工作面试采,说明黄河北煤田定向注浆关键技术可以有效封堵含水层岩溶裂隙和隐蔽导水通道,实现含水层岩溶裂隙和导水通道的高质量精准注浆。     

峰峰矿区深部矿井水文地质特征及水害防治技术

峰峰矿区煤田深部地质构造复杂且发育隐伏微型陷落柱、裂隙等导水构造,奥灰岩溶含水层埋深近千米仍发育强富水径流带,开采煤层底板承受奥灰岩溶水水压高达10.8～11.2MPa,发生多起灾害性水害事故。针对这些问题,研究新的水害治理理念,创新水害治理思路,在剖析峰峰矿区深部奥灰岩溶水害特点和发生灾害性水害原因的基础上,提出了以矿井保障系统为基础,以多水平分支孔为核心的地面超前区域治理技术,通过大量工程实践,基本控制和消除了奥灰岩溶水害威胁,保证了生产安全。     

峰峰矿区深部矿井开采水害防治技术研究

随着开采深度的加大,大部分矿井开采已进入了深部区域,而传统的水害防治手段已不能完全满足现阶段的防治水工作需要。通过分析峰峰矿区深部矿井开采中的水害因素,确定主要水害威胁为高承压的奥灰水,水害防治的关键在于对隐伏导含水构造即导水通道的探查与治理。提出了包括地面综合物探技术、地面多分支定向水平钻进技术、地面注浆加固技术及井下钻探补强验证技术的深部矿井开采水害防治技术,实现了对导水通道的"探"与"治",并成功应用于九龙矿15445N工作面,为深部矿井开采的奥灰水害防治提供了参考依据,具有很高的推广价值。     

地面定向钻进技术在导水断层治理中的技术研究与应用

随着煤矿开采,上组煤资源逐渐枯竭,矿井向下组煤延伸。开采下组煤主要的水害威胁为奥陶系灰岩承压水,在煤层带压开采过程中,预防奥灰突水成为下组煤开采过程中水害防治的重中之重,其中导水断层为诱发奥灰突水最主要的导水通道之一。为了有效的封堵由断层产生的导水通道,冀中能源股份有限公司邯郸郭二庄矿采用地面定向钻进结合地面注浆技术,对已探查出的采煤工作面附近的张性断层(F292断层)进行注浆加固改造,最终达到封堵断层导突水裂隙、降低奥灰突水风险的目的。实践结果表明,该项工程的实施有效的对F292断层导水性进行改造治理,实现安全生产。     

大采深矿井地面区域治理奥灰水害关键技术研究

为安全开采邯邢矿区深部煤炭资源,提出了"区域超前治理"奥灰岩溶水害理念,开展了华北型煤田大采深高承压水安全开采成套技术研究课题;从理论上研究得出"分带分时段突破"底板突水机理;采用阻水系数法评价试采区底板隔水层承压能力;成功地研究出地面多分支近水平定向钻探关键技术;从岩石力学和水动力学阐述了裂隙含水层中水平孔注浆浆液扩散机理,并给出了孔距计算公式;对于钻遇岩溶或断裂构造状况,研究出了铺底浆液控制技术。地面区域超前治理奥灰水害成套技术在九龙矿成功应用,取得了显著技术经济与环境效果。     

古书院矿15号煤层突水机理分析及防治

古书院矿开采半个世纪以来,矿井的水文地质条件日趋复杂。文章通过分析矿井的充水水源、充水通道、充水强度等充水条件,认为目前对矿井构成威胁的主要充水水源为奥灰水、K2灰岩水和老空水,主要的导水通道是底板采动裂隙和断裂构造;井田受白马寺逆断层影响,并伴生许多小断层、陷落柱等小构造,且这些小构造导水性良好,是古书院矿水文地质条件复杂的主要因素之一;通过采动裂隙计算公式,得到局部地段采动裂隙大于隔水层厚度,可成为煤层底板导水的通道,以上因素加剧了古书院矿水害的严重性。     

水力压裂顶板控制技术在矿井水害防治中的应用

邢东矿煤层埋深大、承受奥灰水压大,开采深度超1 000 m后,先后发生过5次工作面底板出水事故,对工作面开采产生不同程度的影响,其中,2018年2228工作面突水量较大,峰值水量达2 649 m3/h,给矿井生产及接替带来较大影响。虽然2228工作面回采前进行了综合物、钻探探查工作,并利用先进的地面顺层分支孔技术对工作面底板奥灰含水层进行了探查治理,但回采过程中仍发生了奥灰突水,因此亟需开展超高承压水条件下矿井水害防治措施研究,确保工作面的安全开采。     

定向钻进技术在唐家会煤矿区域水害防治中的应用

矿井水害严重制约煤炭的安全高效绿色开采.唐家会煤矿主采6号煤层,煤层顶板受砂岩水威胁,底板受奥灰水威胁,且井田内导水构造发育.采用定向钻孔进行底板隔水层探查,探明了61303工作面底板隔水层的水文异常,通过观测放水量及水质参数变化情况,发现D1、D1-1及D2三个定向钻孔在孔深400 m后存在水文异常区,且存在下部奥灰水的补给,为该工作面的安全生产提供了基础资料.顶板疏放水及底板探查治理的实践表明,井下定向钻探技术能够实现水害的超前探查和防治,在煤矿井下水害防治中具有显著优势.     

堡子公司9~#煤层带(水)压开采防治水综合技术研究

堡子公司9#煤层受到奥灰水害威胁,为了保障带压工作面的安全回采,特对矿井9#煤层开采水文地质条件进行分析,研究底板奥灰水文地质条件,对底板注浆加固和疏水降压两种治理技术进行分析研究,确定了该矿带压开采工作面防治水措施。     

张集煤矿A组煤层底板灰岩水害探查与治理研究

以淮南矿区张集煤矿西三1煤上采区1613A工作面A组煤层底板灰岩水害防治为研究对象,具体阐述了灰岩水害探查、治理及安全评价等一套完整的水害治理技术体系.经防治水工程治理后的综合分析,验证了钻孔出水量和水压值较小,水温未见异常,说明工作面底板下的导水裂隙及面内探明的垂向导水构造被有效封堵.依据工作面相关钻孔资料及理论公式,计算得出工作面底板太灰水和奥灰水的突水系数分别为0.0743 MPa和0.0166 MPa,均小于安全临界值,故底板灰岩水不会对工作面回采造成安全威胁.该水害防治技术经实际工程验证后,为受深部灰岩含水层威胁的其他生产矿井提供了宝贵的经验和方法.     

杨庄矿6煤底板深部岩溶裂隙水体特征研究

为了防止杨庄矿6煤深部开采时底板灰岩岩溶裂隙水涌入工作面,对杨庄矿6煤底板灰岩水进行了水文地质特征调查研究.运用钻探资料统计分析,并结合放水试验、抽水试验、示踪试验等现场水文地质勘探试验成果研究了石灰岩岩溶发育与岩层和垂深的关系.研究结果表明:薄层太灰岩裂隙随埋藏深度增加呈现出闭合状态,而巨厚层奥灰岩溶不受排泄基准面控制,在垂向上普遍发育;岩溶裂隙垂向发育规律说明当深部煤层开采时,有一类深部矿井水体存在弱富水、高水压的水文地质特征.依据杨庄矿6煤底板深部岩溶裂隙水体特征提出以一灰、二灰为治水关键层的深部岩溶裂隙水害治理方案.     

地面顺层钻进在煤层底板高压岩溶水害区域超前治理中的应用

朱庄煤矿深部采区太原组灰岩含水层具有高承压、强富水、补给充沛、无垂直分带性、存在强径流带和垂向导水通道、与奥灰有水力联系等特点,自6煤开采以来多次发生底板灰岩突水事故,最大涌水量1 400 m3/h,严重威胁矿井的安全生产。Ⅲ631工作面回采过程中发生多次灰岩涌水,针对Ⅲ631工作面水文地质条件及底板水害特征,通过引入石油领域地面水平井钻探工艺,采用地面顺层水平井和侧钻分支水平井钻探手段对涌水段及未采段进行精确有效探查,再结合高效的地面高压注浆控制工艺,对探查到的涌水通道及原生溶隙、构造裂隙等进行注浆改造,完成了工作面涌水快速封堵及区域超前治理。     

准格尔矿区井下水害区域超前探查防治技术

针对准格尔矿区西部6号煤层受底板奥灰水和顶板砂岩水双重威胁,水害事故频发,严重制约着煤炭安全高效开采等问题,提出采用井下超长水平定向钻孔技术,对煤层顶板砂岩水进行预疏放,对煤层底板岩溶陷落柱及裂隙进行探查与封堵。分别从目的层位优选、钻孔轨迹控制、钻孔注浆工艺、钻孔施工等方面对井下水害区域超前探查防治技术进行了研究。并在准格尔煤田龙王沟煤矿61605工作面进行现场应用,钻孔孔深普遍大于1100m,岩层最大孔深达1227m,钻进过程中局部裂隙发育,裂隙注浆量460.42t,未发现大的导水通道及强富水区,为煤炭安全可持续开采提供了重要的地质依据。     

晋城市坪上煤矿水文地质特征及水害预测防治技术

坪上煤矿位于沁水煤田的北中部,受区域构造影响,井田内发育一系列近南北向和北西向的宽缓背向斜,其含煤地层主要为二叠系下统山西组和石炭系上统太原组,井田内可采煤层主要为3号、15号煤层。井田分布于延河泉域,含水层主要有奥陶系中统灰岩岩溶裂隙含水层、石炭系太原组碎屑岩夹碳酸盐岩类岩溶裂隙含水层、二叠系下统山西组及下石盒子组砂岩裂隙含水层、基岩风化裂隙带含水层、第四系松散岩类孔隙含水层,其中,奥灰水位标高为+490～+545 m。井田水害主要为煤层开采而产生的导水裂隙,使顶板含水层或构造水向矿井充水,可通过疏放钻孔和疏水巷防治;全井田均为带压开采,采用注浆堵水技术可对煤层底板奥灰水进行防治。     

工作面老空水形成原因分析及其防治

针对赤城煤矿2301工作面开采期间存在老空水突水危险问题,研究分析了该工作面老空水形成的主要充水来源及充水通道,结果表明,该工作面老空水来源于煤层底板灰岩岩溶裂隙水和奥灰含水层,主要充水通道为煤层底板采动裂隙导水通道和断裂构造导水通道。结合矿井实际情况,采取在临近2301工作面采空区区域范围内划分出积水线、探水线和警戒线。根据各区域的不同情况采取在探水线区域进行探放水、在警戒线区域进行观察警戒等分区治理措施。应用结果表明,该工作面自开始生产到回采结束未发生过突水事故,应用效果良好。     

深部煤层开采高承压奥灰水害防治关键技术

以峰峰矿区为背景,针对深部煤层开采亟待解决的奥灰水威胁问题,提出了针对深部煤层开采高承压奥灰水害防治的关键技术。利用定向水平井群技术对煤层底板隔水层的薄弱地带及水文异常区等进行注浆加固,封堵潜在的导水通道,增强底板完整性;同时将奥灰顶部一定范围的岩层改造为相对隔水层,将奥灰含水层的作用点向下移,增加了有效隔水层的厚度,可以解放大量原始状态下不可采的煤炭资源。该技术在峰峰矿区大采深矿井推广应用后,防止了奥灰水害事故的发生,保证了矿井安全生产。