复杂条件下工作面涌水量预测及排水系统优化研究

锦界煤矿涌水水源主要来自风化基岩孔隙裂隙潜水和第四系上更新统萨拉乌苏组潜水含水层,结合近年大量观测数据,确定回采工作面(含准备面疏放水)及采空区涌水占矿井涌水量的95%以上,是矿井涌水量预测关键所在,利用钻孔流量实测数据的回归分析,得到了钻孔流量衰减特性及其计算公式,并分类计算工作面回采涌水量,并与现场实测结果进行了验证,实现了矿井涌水量快速、精准预测。在此基础上利用研究结果对工作面排水系统进行优化和改进,采用分区关联排水技术,极大地提高了排水系统运行效率。     

宁夏王洼煤矿矿井涌水分析与涌水量计算

 在分析宁夏王洼煤矿地质及水文地质条件的基础上,对矿井的充水因素进行了论述,认为区内的第四系遍布全区,普遍含孔隙潜水,但由于其钻孔揭露最大厚度较小,导水裂隙带的最大破坏高度尚未达到该含水层,所以该含水层对煤矿开采影响较小;影响区内煤矿涌水量的主要含水层为中奥陶系、上三迭统延长群、下侏罗统延长群、中侏罗统直罗群、上侏罗统安定群、第三系、下白恶统六盘山群。采用富水系数比拟法、狭长水平巷道水动力学法、矿井实测排水量对煤矿涌水量进行了计算,通过对各种计算方法适应性的评述及计算结果的对比分析,认为采用大井法预测矿井涌水量比较合理。     

基于FAHP-变异系数法的风化基岩含水层富水性评价

陕北侏罗系煤田基岩顶部风化作用强烈,形成的风化基岩含水层是该矿井的主要充水水源,对矿井的安全开采造成了严重的威胁,科学评价风化基岩含水层的富水性,对富水性强的区域进行超前疏放是顶板风化基岩水害防治的重要措施。以南梁煤矿为例,根据钻孔资料选取风化指数、岩心采取率、脆塑性岩厚度比、岩石结构指数等4个指标构建评价体系,综合使用模糊层次分析法与变异系数法综合赋权,对南梁煤矿风化基岩含水层进行了富水性评价。研究结果表明：南梁煤矿基岩风化程度受古地形影响较强,第四系下伏沟谷对基岩风化带厚度具有控制作用。结合矿井涌水现状验证评价结果,富水区区域涌水量较大。     

陈家山煤矿矿井充水特征与充水规律分析

在收集大量资料基础上,分析了矿井的充水特征与规律。研究表明,陈家山煤矿的主要水害为采空区水和顶板水;矿井主要的充水通道为煤层开采形成的导水裂隙带;影响矿井涌水量大小的主要因素为采空区积水,次为开采面积与煤产量。研究成果对煤矿防治水有重要指导价值。     

榆神矿区浅埋煤层减水开采中预疏放标准确定方法

榆神矿区地处干旱半干旱地区,生态环境十分脆弱。疏放水是榆神矿区顶板水害防治的主要手段,但过度疏放不仅增加矿井排水负担,而且不利于保护浅层地下水资源。因此,在确保防治水安全的前提下,计算预疏放残余水头、确定预疏放阶段和回采阶段第四系松散含水层漏失量,从而实现总漏失量最小是煤炭减水开采中的重点研究问题之一。以榆神矿区锦界煤矿为例,在分析井田含、隔水层赋存特征的基础上,建立了煤层开采的2种充水模式,并对顶板含水层进行了富水性分区;以矿井涌水量实测数据为基础,分析了涌水量变化规律及其构成比例;采用Drain边界刻画多工作面连续回采内边界,建立了锦界煤矿采掘扰动条件下地下水流数值模型,研究了两种充水模式下预疏放残余水头在不同工况下的第四系松散含水层总漏失量变化规律,确定了工作面预疏放结束标准。结果表明:锦界煤矿煤层顶板为典型的沙(层)-土(层)-基(岩)型结构,主要充水水源为风化基岩水,主要充水模式为土层未缺失风化基岩充水型及土层缺失风化基岩和松散层混合充水型。采用GIS多元信息融合技术划分的井田富水性分区结果显示,相对强富水区位于井田二盘区局部地段、三盘区和四盘区大部分地段,与现场实际基本一致。矿井疏放水量与工作面回采残余涌水量曲线变化趋势基本一致,各占矿井涌水量的50%左右。通过数值模型计算得出两种充水模式下工作面预疏放结束标准为将充水含水层疏放至煤层底板以上15~20 m,保留一定的残余水头可进行回采,无需继续疏放。此时,第四系松散含水层水资源总漏失量最小,可起到减水采煤的作用。研究成果为榆神矿区浅埋煤层提供了“减水开采”的新思路。     

胡家河煤矿涌水特征及防治水思路

通过分析胡家河煤矿水文地质特征和已回采工作面防治水经验,发现矿井的主要充水水源是地下水和采空区积水,主要充水通道是采动裂隙、断裂裂隙和封闭不良钻孔,以此得出了矿井涌水变化特征。结合矿井涌水量变化特征和开采技术条件等因素,提出了符合矿井实际的防治水思路：即允许覆岩导水裂隙带适当波及洛河含水层下段,以建立完善工作面、采区、矿井排水系统为重点,以白垩系洛河组含水层自然疏排为主,以侏罗系富水异常区探查及预疏放为辅,主动实施超前注浆加固防范断裂构造水害,按照清浊分离、压力自流的原则防治采空区积水。     

陕北榆神矿区煤层开采顶板涌水规律分析

榆神矿区是我国陕北煤炭基地的重要组成部分,针对榆神矿区煤层开采顶板覆岩含水层涌水规律研究不足等问题,通过系统分析地质与水文地质结构特征,将矿区开采煤层覆岩划分为松散孔隙、基岩与风化裂隙、烧变岩孔洞裂隙4个含水层组,以及主、亚2个隔水保护层组;根据煤层采动导水裂隙与覆岩含(隔)水层组不同组合关系下的含水层涌水特征,提出了浅埋煤层侧向直接涌水、中深煤层侧向与垂向复合涌水,以及深埋煤层侧向涌水与垂向弱涌水3种含水层涌水模式;并采用数值分析方法,以榆神矿区典型矿井为研究对象,构建了采煤工作面尺度上煤层开采3种模式涌水分析模型,模拟结果显示,浅埋煤层侧向直接涌水型(凉水井井田),主采煤层为4^-2煤层,采动导水裂隙直接发育至松散含水层,工作面顶部含水层被疏干,总涌水量为47 m³/h,地下水流场受采动影响大;深埋煤层侧向涌水与垂向微涌水型(小壕兔1号井田),主采煤层为1^-2煤层,采动导水裂隙发育至基岩含水层,总涌水量为21.87 m³/h,以侧向涌水为主,由于主、亚隔水层复合保护,垂向涌水微弱;中深煤层侧向与垂向复合涌水型(曹家滩井田),主采煤层为2^-2煤层(均厚约为11 m),在分层开采条件下导水裂隙发育至基岩含水层内部,其侧向涌水量为23.17 m³/h,垂向涌水量为12.67 m³/h,地表松散含水层地下水流场变化较小,在一次采全高条件下导水裂隙突破亚隔水层,发育至风化基岩含水层底部,总涌水量增至131 m³/h,对松散含水层影响较大。此外,当导水裂隙带高度小于180 m、不能沟通风化基岩含水层时,随导水裂隙带高度增加涌水量增加幅度不大,当导水裂隙带高度大于180 m、导水裂隙揭露富水性较好的风化基岩含水层时,涌水量增加幅度较大,由此可见,抑制导水裂隙发育高度与覆岩强含水层的接触关系,是控制煤层覆岩涌水的一项重要措施。     

宁夏某矿4~#煤层充水因素分析

依据大量勘探资料分析某矿井的充水因素,研究得出4~#煤层的直接充水水源是山西组裂隙含水层与二叠系孙家沟组、石盒子组裂隙含水层,古近系及基岩风化带孔隙裂隙含水层为间接充水水源,矿井主要充水通道为断层和煤层开采形成的导水裂隙带。     

红石岩煤矿水文地质特征及矿井充水因素分析

红石岩煤矿随着开采面不断扩大和开采程度不断加深,矿井水文条件对煤矿正常生产影响越来越大。结合矿井含水层和隔水层分布规律,分析了大气降水、井田水、地表水对矿井充水的影响,通过对导水裂隙带发育高度计算,对矿井充水通道进行分析,结果表明矿井在未来开采过程当中,随着煤炭产量的加大,采空区面积和导水裂隙带高度的增大,矿井涌水量会进一步增加,矿井充水强度也必然会增大。     

垞城井田矿井充水因素分析

分析了垞城井田下石盒子组、山西组砂岩裂隙含水层，太原组灰岩岩溶裂隙含水层的涌水特征；矿井开采1、2、7、9煤的直接充水、间接充水含水层。得出了直接充水含水层顶板砂岩裂隙含水层、间接充水含水层太原组上部岩溶裂隙含水层富水性较弱，矿井涌水量自上而下呈衰减趋势且深部水平以静储量为主，故对矿井充水影响较小的结论。