钻探技术在煤矿水害防治工作中的应用

钻探作为煤矿水害防治工作一种重要的技术手段,得到了广泛的应用。煤矿大口径排水井钻进技术、底板多分支水平井地面定向钻进及注浆加固改造技术、井下定向探(疏)放水钻进技术、注浆封堵突水通道钻探技术和矿井突水灾害快速钻进救援技术等煤矿防治水钻探技术,在煤矿水害防治工作中得到了广泛应用,取得了良好效果。加强防治水钻探配套设备的研发和相关钻探工艺技术研究,将有力促进煤矿水害防治工作的发展。     

矿井电法在煤层采动破坏和水害监测中的应用进展

煤层采动破坏容易引起突水事故,严重威胁了矿井的安全生产。煤矿突水事故防治集中于回采前的隐患探查,对回采过程中发育的导水通道尚缺乏行之有效的探查手段。因此,从煤矿顶、底板突水机理分析出发,对比了煤矿井下采用的多参数传感器监测、微震监测以及电法监测等监测方法,其中电法监测因其对煤岩电阻率变化较敏感,在煤层采动破坏和水害监测中得到了广泛应用。矿井电法监测最初主要被用于煤层顶、底板破坏监测,随着矿井电法监测设备的成功研制,相关学者对采动破坏过程的电场响应特征展开了深入研究,矿井电法监测逐渐向水害监测发展,并在井下现场应用中发展出了不同的观测方法。矿井电法监测数据的处理解释目前一般采用视电阻率断面图或电阻率反演成像,因受数据采集中各种干扰因素的影响成像分辨率较低。广泛应用于近地表探测的时移电阻率成像法,通过改进数据采集方式、对数据进行预处理、优化反演方法以及在反演过程中选择合适的正则化约束方法等手段,大幅提高了监测数据的成像分辨率,该方法可同样适用于煤矿井下电法监测数据的处理解释。早期的矿用电法仪器主要用于工作面水害隐患的静态探测,近年来真正意义上的矿用电法监测设备已经研制成功并进入推广应用阶段。随着新版《煤矿防治水细则》(2018年)的施行,矿井电法监测迎来了新的发展机遇。然而煤矿井下施工环境复杂、观测空间有限,矿井电法用于煤层采动破坏和水害监测时尚面临着电磁干扰、一致性校正、成像方法、多解性及水害预警等问题有待解决。针对上述问题,需要进一步提高监测设备的抗干扰能力,改进数据预处理方法,采用时移电阻率成像提高解释精度,同时加强导水通道发育过程电场响应特征及电性变化与水害风险定性关系的研究,最终达到对矿井水害进行监测预警的目的。     

矿井偶极瞬变电磁技术的应用效果与改进

介绍了矿井偶极瞬变电磁技术在煤矿水害防治方面的应用效果,如探测巷道掘进头前方富水区位置、圈定工作面回采时容易发生顶底板突水的区域、检验煤层底板注浆加固工程的质量等。分析了目前偶极瞬变电磁技术存在的问题及改进方向。     

煤层底板水害预测与超前预治理技术

煤矿水害防治工作是煤矿安全生产工作的重中之重。针对煤层底板水害防治问题,介绍了实际生产过程中针对掘进工作面和回采工作面突水危险性预测的常规方法,对其优缺点进行综合分析,从而进行煤层底板突水危险性的预测评价,进而制定工作面超前预治理的技术方案,主要包括应用煤层底板含水层注浆改造技术对煤层底板突水可能性大的区域进行注浆改造,或利用煤层底板含水层疏水降压技术对危险区域进行疏水降压。上述这些措施的使用,最大限度地避免了水害事故的发生,实现了安全开采。     

三维电法在检测底板注浆效果研究中的应用

该文介绍了井下高密度三维电法探测技术的原理、方法以及在现场的应用,并以肥城矿区白庄煤矿为例,探讨了井下高密度三维电法在探测煤层底板注浆前后富水性研究中的应用。通过实验数据说明,该方法是探测煤层底板富水性比较准确的物探方法之一,并通过对比煤层底板注浆前后两次探测资料达到检测底板注浆改造效果的目的,为肥城矿区井下水害预报和防治提供可靠依据。     

开展水害致灾因素普查 防范煤矿水害事故发生

现阶段我国煤矿水害事故基本得到了有效控制，但水害重大事故仍时有发生，事故影响还有增大趋势，开展水害致灾因素普查治理是加强煤矿防治水工作，有效防范各类水害事故的重要举措。总结了我国煤矿水害发生的主要致灾因素，分析了充水水源、充水通道等各类致灾因素的特点；系统论述了我国在煤矿水害致灾因素探测中物探、钻探和智能探测方面的代表性技术和创新性成果，阐述了“三图法”等顶板水害预测预报理论和方法，以及五图-双系数法和“脆弱性指数法”等底板水害预测预报理论和方法，并介绍了地下水和地表水等因素导致水害事故的典型治理技术。研究发现，在目前煤矿水害致灾因素探查方面，老空水探测程度、深部岩溶含水层防控、西部煤矿区顶板砂岩含水层监测及智能化探测技术仍存在缺陷，关闭矿井的矿井水问题尚未得到重视。提出今后需重点在煤矿水害致灾因素综合精细探查、智能化探测及关闭矿井水害致灾因素探查等方面加强研究的建议。     

浅谈煤层底板突水灾害与防治措施

为了做好煤矿煤层底板含水层、赋水层突水防治工作,对辛置煤矿煤层底板含水层特征进行了分析,并针对煤层底板水害隐患,提出了"注浆堵水、疏水降压"综合防治措施,一方面减少了突水量,另一方面有利于加快突水的疏导。此方法在太原组下部石灰岩突水疏导中取得了良好效果,最大程度地降低了矿井损失,具有推广价值。     

煤层底板双含水层突水防治技术研究

随着矿井开采深度的增加,华北型煤田底板承压含水层突水危险性加大,突水事故时有发生。如何有效地防治底板水害成为许多煤矿面临的重要问题,一直以来也是煤矿防治水工作的一个难题。通过对滨湖煤矿16煤开采的水文地质条件进行详细分析、总结突水资料、揭示了断层突水机理,对底板双承压含水层进行了危险性评价,提出了有效的煤层底板水害防治技术途径,为矿井水害防治提供了科学依据。     

邱集煤矿煤层底板突水防治技术研究

邱集煤矿针对煤层底板突水影响范围广、治理难度大的实际情况,从煤层底板破坏深度分析模型和底板突水影响因素两方面对煤层底板突水机理进行了分析,在此基础上,结合邱集煤矿7煤层底板突水的实际情况,确定了包括加强突水隐患监测、底板局部注浆加固技术、疏水降压和留设断层防水煤柱等技术措施的煤层底板突水防治技术,有效防止了矿井开采期间煤层底板突水事故的发生。     

煤矿底板突水定量预警准则及预警系统研究

为研究煤矿开采底板突水预警准则,研发水害监测预警技术,实现底板突水超前预警,采用矿井水文地质分析、力学分析、地球物理勘探等技术手段,分析了矿井底板突水征兆,建立了监测指标体系,研究了水害预警现场布置方式,提出了采动影响下底板破坏深度的实时监测反演方法。根据监测指标及突水力学判据,提出了矿井底板突水定性预警准则和定量预警准则,开发了底板水害预警系统。最后以许厂矿11603工作面为例,布置水害预警系统,实施了底板突水灾害监测预警。结果表明,水害预警系统可以实时监测煤层底板预警指标,反演底板岩体力学变形破坏情况,结合预警准则,实现煤矿底板突水监测预警。     

煤层底板突水的自动化监测技术及其应用

根据“递进导升”的突水机理，监测煤层底板应力场和渗流场的动态变化，煤层底板自动化监测系统能实时、准确地捕捉到突水的重要信息预测底板水情。这一技术对减缓矿井突水很有意义，是微机在水害防治应用的新尝试。     

煤层底板突水的自动化监测技术及其应用

根据“递进导升”的突水机理，监测煤层底板应力场和渗流场的动态变化，煤层底板自动化监测系统能实时、准确地捕捉到突水前的重要信息，预测底板水情。这一技术对减缓矿井突水很有意义，是微机在水害防治应用的新尝试     

我国煤矿水害防治技术新进展及其方法论思考

为有效防范重特大水害事故的发生,针对近年来我国煤矿水害事故发生特点,分析了突水危险性预测评价、煤层底板灰岩含水层注浆改造、矿井水害监测预警、过水大通道快速封堵等4个方面取得的新进展,如突水案例知识挖掘、顶板涌水量动态预测、岩溶水害超前区域治理、突水监测技术基础等,这些新进展的取得丰富和发展了矿井水害防治技术体系的科学内涵,为煤炭工业的可持续发展提供了新的技术支撑。在回顾上述4个方面技术新进展的基础上,从哲学方法论角度,构建了岩溶水害防治技术方法体系,提出了"主动、适应、改造"的水害防治三观点,以及"合理性、完备性、协调性、变通性、可靠性"等防治水工程设计五原则,并提出尽快设立水害治理工学、大力推进其工程控制标准研究的建议。     

龙王沟煤矿水害隐患普查治理技术及经验

准格尔煤田属晚古生代石炭二叠纪煤田,区域内奥灰水补、迳、排系统较复杂、构造发育,煤层底板奥陶纪灰岩水害已成为制约准格尔煤田矿井安全生产的重大风险因素。针对准格尔煤田特厚煤层综放开采受奥灰承压水害威胁的实际情况和智慧矿山建设的具体需要,介绍了龙王沟煤矿水文地质致灾因素智能精准普查治理的具体应用和科学探索,着重阐述了奥灰承压水探测与注浆治理工艺、智慧矿山水害防治装备与系统建设等内容,形成了一系列具有普遍推广价值的承压水害防治技术与装备体系,在实现龙王沟煤矿安全高效生产的同时,为煤炭行业打造安全高效生产矿井提供了实例参考。     

瞬变电磁技术在井下防治水中的应用与研究

介绍了瞬变电磁技术在煤矿井下防治水中的各种应用，如评价工作面回采时的水害安全性、圈定易突水地段；探测巷道掘进工作面前方及周围岩层的富水区（体）位置；划分煤层底板含水层注浆改造重点区域、检验注浆改造效果等。并研究了瞬变电磁技术在井下应用中需注意的若干问题。     

霍宝干河煤矿10号煤层底板突水危险性评价与防治

为评价煤层底板突水风险,采用脆弱性指数法对霍宝干河煤矿10号煤层底板突水危险性进行了评价和预测。研究表明:干河煤矿10号煤层底板奥灰突水可能性整体较大,其相对安全区主要分布在矿井东南部,较脆弱区主要分布在矿井中北部,而脆弱区主要分布在构造较发育地带的矿井北部和矿井其他部位;已有钻探拟合点揭露附近的水文地质条件与文中评价结果吻合,表明该煤层底板突水脆弱性评价分区成果较为准确。最后,依据所获得的干河煤矿10号煤层底板突水危险性评价结果,提出了相对应的水害防治建议与对策。     

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。     

基于微震数据及模型的煤矿水害“双驱动”预警体系构建与应用

现阶段,我国越来越多的矿井进入深部开采和下组煤开采期,煤层开采受岩溶水害威胁严重,矿井深部突水隐患探查不清,采掘过程中缺乏科学有效的突水监测预警手段,是造成矿井突水灾害的主要原因。为夯实水害预警监测基础,提出“双驱动”煤矿水害微震预警架构,利用数据驱动与模型驱动,实时动态监测工作面底板突水风险等级及范围,对突水风险趋势智能预测预报。在数据驱动的框架下,以微震事件时空演变规律为切入点,通过对微震事件震源机制反演与属性分析,为导水通道形成判断提供依据,结合水文动态数据变化,建立相应突水判据,对突水风险进行评价。在模型驱动的框架下,构建含分类预测、聚类分析等多种算法的深度学习模型,将典型微震事件群作为模型输入,定量动态预测未来微震事件发生的空间范围与聚集度,继而确定突水风险等级与危险区域。基于微震数据及模型的煤矿水害“双驱动”预警技术,开发了相应的区域性煤矿水害三维智能预警平台,实现了水害风险特征的动态智能预警预测和危险区域的三维可视化显示。实践证明,采用确定性数据研判与智能模型预测的“双驱动”微震预警体系,对突水风险等级和范围的预测效果显著,实现了对底板水害高风险区域的精确预警与防控。     

龙固煤矿深部开采底板防治水方案及注浆加固技术

针对煤矿突水事故发生次数和死亡人数多、造成的经济损失大的实际,提出注浆加固为防治煤矿突水的有效方法。龙固煤矿开采-550 m水平以深的21煤,其无构造块段已处于突水临界状态,为保证深部煤层的安全回采,需要对奥灰分布规律及顶部岩层进行分析,在巷道掘进过程中加强底板富水性探测并制定防治水方案。介绍了龙固煤矿21煤东三采区底板防治水方案的建立及注浆加固技术。利用现有资料对龙固煤矿水文地质条件进行研究分析,建立合理的方案并明确注浆加固技术,可以有效加固煤层底板并保证煤矿的安全回采,有效延长矿井寿命。     

矿井超前精细探测技术方法与应用

为了预测煤矿掘进工作面的水害,采用矿井瞬变电磁法、矿井直流电法、矿井瑞利波法、矿井反射波法4种井下超前探测技术。通过井下数据采集、处理和反演计算,形成可视化图件,来解释矿井含水体及构造的范围和位置特征,建立了一套适合煤矿掘进过程中井下物探动态监测水害的技术方法。结果表明:矿井瞬变电磁法可探测掘进工作面正前方、前方顶板、前方底板和前方侧帮含水体;矿井直流电法可探测掘进工作面正前方含水体;矿井瑞利波法(或矿井反射波法)可以探测前方构造及采空区边界。