榆横南区煤层顶板富水性探查研究及治理评价

煤层顶板水害严重威胁着陕北地区诸多煤矿的安全生产。以榆横南区魏墙煤矿为例进行顶板富水性探查研究,根据矿井及工作面水文地质条件分析,确定其充水水源为侏罗系延安组—直罗组砂岩裂隙含水层水,充水通道为导水裂缝带。结合物探工程和钻探工程,对煤层顶板进行探查,有效疏放顶板水约20 000 m³,同时对顶板水进行水质特征分析,判断其水质类型为SO₄-Na型。根据物探、钻探成果及水质特征分析结果,确定该矿1301工作面顶板富水区域以静储量为主,动储量补给有限,通过钻孔疏放,顶板水对工作面安全生产影响较小,可以进行正常回采。     

采煤工作面顶板含水层井下疏水钻孔涌水规律数值分析

通过向采煤工作面顶板充水含水层集中施工探(疏)放水钻孔,预先疏降覆岩含水层中的地下水是顶板水害治理的主要手段,而疏水含水层水文地质参数(水压、渗透能力、含水层厚度等)与疏水钻孔空间结构(钻孔倾角、深度、孔径等)是影响井下疏水钻孔涌水规律主要因素。通过分析充水含水层与井下疏水钻孔间的流态转化特征,研究了钻孔涌水量动态衰减规律,以COMSOL软件为模拟分析平台,提出采用无限元域方法把疏水含水层概化成无限无补给含水层、有限元三角四面体结构剖分模型,钻孔单元、钻孔孔壁概化成达西渗流溢出边界,以及以孔壁为域通过实时达西流速积分计算钻孔涌水量的工作面疏水钻孔涌水数值模型构建方法。以彬长矿区某采区首采工作面井下单降深似稳定流放水试验为背景,模拟得出疏水钻孔涌水达到似稳定状态时等水头面以疏水钻孔为中心呈"反漏斗"状态,模拟计算的钻孔涌水量衰变曲线与实测结果基本一致,符合一阶单指数衰变数学模型。多场景模拟研究了不同含水层水文地质特征、疏水钻孔结构参数影响下单疏水钻孔的涌水衰变规律,结果显示:随着含水层初始水头、渗透系数增加,井下疏水钻孔峰值水量、似稳定水量呈线性增加趋势,对钻孔涌水似稳定周期影响不大;随...     

8.8m超大采高综采工作面顶板水害动态监测技术研究

针对上湾煤矿8.8 m超大采高综采工作面回采过程中顶板可能存在的水害隐患,采用视电阻率监测系统对工作面回采至石灰沟段顶板裂隙导通上覆含水层的情况进行了分段动态监测,结合地面水文观测孔及工作面涌水量对监测结果进行验证,并划分顶板水害预警级别。结果显示:在采空区内有明显的高阻异常发育,分析为煤层采空后顶板冒落导致上覆岩体裂隙增大所致。随着工作面的推进,在距离切眼1576～1766 m、1842～2260 m范围内存在低阻异常区,分析认为导水裂隙带导通了上覆含水层;通过查看井下采空区涌水和地面水文孔观测数据,验证了视电阻率监测结果。根据视电阻率监测情况对12401工作面顶板水害预警级别进行了评估,该工作面水害风险预警级别为二级预警,水害风险一般。     

煤层顶板砂岩水定向钻孔预疏放效果检验

煤矿井下定向钻进技术具有钻孔轨迹可精确控制、有效距离长、一孔多用等优点。针对唐家会矿顶板水害,采用定向长钻孔进行预疏放,通过首采工作面的疏放水实践以及穿层钻孔检验,顶板水疏放效果明显,为工作面掘进和回采提供了安全保障。     

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.     

基于钻孔水文监测信息的顶板水害分析

为掌握补连塔煤矿31401工作面顶板突水致灾机理,通过施工井下放水孔、水文观测孔及地面钻孔,分别监测各钻孔的水流量、水位、水位—流量耦合信息,并对上述信息进行挖掘,用于分析顶板渗透性、覆岩变形规律及其与含水层水位变化关系、裂采比与垮采比。分析结果表明：顶板含水层原生裂隙不发育,采前渗透性弱;覆岩破断变形过程经历了张开、闭合过程,并且砂质泥岩遇水泥化、膨胀,填堵导水通道,同时,覆岩变形与含水层水位下降存在必然联系,水位下降滞后周期来压初始时间;采前原生裂隙不发育,采后裂采比为31.93～34.98,垮采比为3.88～4.48。确定该工作面多次出现的周期性顶板突水通道为回采后的导裂带。     

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。     

定向分支钻孔在煤矿顶板水害探查治理工程中的应用

为了阻断上部含水层的水通过垂向导水通道涌入工作面,消除顶板水害对工作面回采的威胁,采用定向分支钻孔探查注浆治理垂向导水通道,加固顶板局部层位使其具有一定的强度及柔性,起到阻水作用,达到治理目的。从工程注浆治理、钻探施工质量控制、施工成果及治理效果评价方面开展分析研究,总结地面定向分支钻孔探查治理煤矿顶板水害的适宜性。通过项目实施,应用情况良好。     

余吾煤业S1206工作面过F_(77)逆断层导水危险性评价

余吾煤业S1206工作面回采里程548~630 m区间可能受F_(77)逆断层导水影响,为保证工作面安全回采,对工作面主要水害类型(地表水、3号煤层顶板水、钻孔水、构造导水、奥灰水等)进行分析,确保安全回采。     

营盘壕煤矿首采工作面顶部砂岩含水层分布规律研究

营盘壕煤矿首采工作面回采过程中面临的主要水害问题为顶板砂岩水害,顶板砂岩水害防治的关键是对工作面采后导水裂缝带发育范围内含水层水进行超前预疏放。通过对工作面导水裂缝带范围内含水层分布规律的研究,全面掌握煤层顶板砂岩含水层厚度、分布及空间状态,为工作面顶板砂岩水探放及防治提供可靠科学依据。     

彬长矿区综采工作面导水断裂带发育规律

针对彬长矿区侏罗系煤层开采受顶板洛河组含水层水害影响严重,煤层顶板导水断裂带发育规律不明确的问题,以亭南煤矿综采204工作面为研究对象,采用冲洗液消耗量观测和简易水文观测方法,辅助开展钻孔彩色电视窥视综合探查手段,研究综采大采高工作面煤层开采顶板导水断裂带发育规律。结合国内针对综采工作面煤层顶板导水断裂带发育高度经验公式分析,修正得出适用于彬长矿区综采工作面的导水断裂带发育高度确定方法。     

蚂蚁追踪技术在煤层上部裂隙预测中的应用

高家堡井田主采煤层埋藏深度较大,上覆地层洛河组厚度巨厚,距主采煤层间距较小,并且属强富水层。通过矿井回采井下出水规律分析,在工作面回采过程中随着采面的不断推进,矿井水量不断增大;再通过矿井的水质化验分析,确定矿井的涌出水为洛河组水,因此确定煤层顶板至洛河组底板之间存在原生裂隙。使矿井煤层在回采过程中,受顶板水害威胁程度加重,同时也使矿井防治水工作难度增加。为探测出裂隙的发育情况,通过蚂蚁追踪技术,精细刻画出煤层至洛河组底板裂隙发育高度及裂隙发育方向,为煤矿开采中顶板水害防治工程设计提供地质依据,科学预防地质灾害,有效降低煤矿顶板水害的地质风险。     

煤层为主含水层矿井水害防治技术研究

煤层为主含水层是一种特殊的地质条件,极易造成突水等水害事故。本文以小纪汗煤矿为例,在分析矿井水文地质条件和煤层富水特征的基础上,研究了煤层为主含水层的地质成因,并建立了矿井水害防治体系。研究表明:顶板砂岩遇水松散且裂隙易于封闭、煤体渗透率高、煤层裂隙发育以及丰富的裂隙水补给是煤层为主含水层的主要地质成因;建立了煤层揭露时"地面疏水,井下排水,注浆封堵"结合、巷道掘进时"拉顶泄压,水仓集水,集中排放"和工作面回采时"提前排水,矿压控制"的综合水害防治技术体系。研究成果在小纪汗煤矿11203工作面进行了工程应用,应用效果良好。     

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。     

曹家滩煤矿导水裂隙带高度确定及水害防治

导水裂隙带发育高度是确定煤体回采后是否与上覆含水层及采空积水沟通的关键参数。特厚煤层回采导致上覆岩体破坏高度较大,导水裂隙带发育沟通采空积水区,将导致采空水经由新生裂缝涌入工作面,影响地下水赋存条件,进而影响矿山安全生产。为确定曹家滩煤矿122108工作面导水裂隙带发育高度,采用理论计算、数值模拟相结合的方法对覆岩层导水裂隙带的发育特征进行分析,并提出相应的水灾预防及应急措施。分析结果表明,随着煤层走向开采距离的增大,导水裂隙带高度逐渐增大,煤层充分采动后导水裂隙带高度趋于稳定,约为207～233 m,裂采比为20.7～23.3,为矿井的水害防治及矿区生态保护提供了科学的决策依据和技术支持。     

厚松散层薄基岩坚硬顶板工作面覆岩破坏电法监测

掌握导水裂缝带发育高度对于厚松散层薄基岩煤矿工作面安全开采具有重要的意义。在煤层采动影响前,在工作面巷道向煤层工作面顶板施工1个仰孔,布置孔中电极电缆,形成钻孔电法监测系统。在巷道中连接并行电法仪器和钻孔电缆,数据采集方式称为AM法。随采煤工作面位置逐渐接近并进入钻孔控制范围,监测电极电流值和视电阻率值发生变化。结果表明:对潘北煤矿厚松散层薄基岩坚硬顶板工作面电法监测显示,弯曲下沉带电极电流值和视电阻率值较为稳定,受采动影响程度较小;导水裂缝带内,电极电流值明显下降,视电阻率值明显升高;顶板高度0~40 m采动超前影响范围可达410 m左右;工作面坚硬顶板砂岩地层为控制覆岩破坏的关键层,采空区上方坚硬顶板岩层垮落滞后工作面9~16 m;工作面导水裂缝带高度为37 m,导水裂缝带未发育到基岩面,风化砂质泥岩裂隙在采动应力作用下存在闭合现象。     

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。     

滑动构造条件下顶板砂岩水防治技术

针对告成煤矿滑动构造特殊地质条件下顶板涌水严重问题,通过计算机模拟技术模拟开采过程中导水裂隙带发育高度。利用物探方法解决滑动构造顶板砂岩含水层富水性分布不均的问题,重点查明导水裂隙带发育高度内砂岩含水层富水性问题。为减小顶板砂岩含水层对正常开采的影响,告成煤矿采取了顶板疏水巷和疏水钻孔提前进行区域疏放的措施,并在工作面回采时采用导流钻孔进行局部疏放补充;为减少老孔积水对工作面的影响,采取了底抽巷施工导流孔和采空区预埋导流管的方法解决采空区积水问题。     

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。     

古书院矿15~#煤层顶板裂隙演化规律及高位钻孔优化设计

上隅角瓦斯超限一直是综采工作面瓦斯治理的重点,顶板裂隙带是瓦斯的富集区,将高位钻孔布置在采空区顶板裂隙区内进行瓦斯抽采能有效解决上隅角瓦斯超限问题。在对古书院煤矿15#煤层顶板岩层采动裂隙形成"三带"高度进行研究的基础上,对回风巷高位钻孔布置方案进行优化设计,解决了15#煤层回采工作面上隅区瓦斯浓度超限问题。