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。     

深部底板奥灰薄灰突水机理及全时空防治技术

奥陶系灰岩+厚隔水层夹薄层灰岩+煤层的地层结构模式是我国石炭二叠系煤田带压开采的典型存在形式。尽管隔水层巨厚,由于其中夹有薄层灰岩含水层,导致深部开采时突水灾害仍然频发。由于突水系数的局限性,依据隔水层厚度、底板破坏带高度与奥灰导升带高度之和、突水系数将底板隔水层类型综合划分为极薄、薄、中、厚及巨厚5种类型,淡化突水系数在极薄、厚及巨厚隔水层中的应用。阐述了薄层灰岩在串连奥灰与煤层形成水害的独特作用,定义了深部底板奥灰及薄灰水害概念及突水模式,总结了其五维度特征,概括为充水水源的总源递进、充水通道的面状分散、充水强度的台阶增长、充水时间的滞后出水、充水水源水质的交换吸附,阐明了奥灰水渗透、扩容、压裂、导升经薄灰中转储运形成面状散流的突水机理,提出了相应的突水危险性评价公式P_03σ_3-σ_1-P_p+R_m。针对巨厚隔水层且传统井下底板加固甚至区域治理仍无法完全控制深部突水的现状,创新了全时域与全空域四维度奥灰及薄灰水害的"全时空"综合防治理念,空域上井上下相结合、奥灰及薄灰多层次区域治理与井下薄灰钻孔探治验相结合的全空间多层次立体网状防控布局,创建了全空域立体交叉网络探查、治理、验证、补充的"全空域"立体防治模式,形成了条件评估、探治验补、检验评价、监测保障的全时域"四位一体"技术质量控制流程,创立了"四位一体"立体网状全时空深部底板奥灰及薄灰水害防治方法。以邯邢矿区梧桐庄井田2603工作面为工程案例,确定奥灰顶面以下40～60 m和20～30 m、薄灰大青和山伏青灰岩为目标实施多层段地面超前区域治理及补充治理,配合野青和山伏青为目标井下补充治理和验证,形成立体网络治理;采用奥灰薄灰水文地质条件评估确定治理目标,用地面区域探查治理、补充探查治理以及传统井下查缺补漏验证前期治理效果,以治理效果检验、底板完整性评价、突水危险性评价、涌水量预测、排水能力评价等全面评估能否回采工作面,回采过程中采取水文监测、微震系统、矿压系统等综合监测手段紧盯薄层灰岩关键层,实现了工作面安全回采。     

环工作面电磁法底板突水监测技术

为了监测煤层底板在工作面回采过程中导含水构造裂隙的实时动态发育情况,避免底板突水事故的发生,提出了利用环工作面电磁法对煤层底板突水进行监测的方法技术。通过数值模拟,研究总结了全空间条件下采煤工作面底板不同空间位置异常体在环工作面电磁法观测方式下的响应特征。设计了环工作面电磁法底板突水监测观测系统,并提出了电磁法突水系数的概念。根据底板下导含水裂隙与工作面底板之间距离的大小将电磁法突水系数划分3个等级：突水提醒阈值Cr、突水警告阈值Cw和突水报警阈值Ca。     

基于微震监测技术的巷道底板监测准确性研究

由于葛泉矿煤层底板受大青灰岩和奥陶系灰岩含水层的威胁,为保护工作面回采时底板不受突水危害,采用KJ959微震监测系统对11913运输大巷及周边区域布置拾震传感器进行实时监测,监测回采工作面底板下"三带"裂隙发育情况,并通过定位标定炮位置研究了巷道微震监测定位的准确性。     

汾源矿5~#煤底板奥灰原始导高测试与研究

以汾源矿5#煤底板施工注浆钻孔资料为基础,分析了汾源矿奥灰原始导高发育情况及其对煤层开采的影响,得出汾源矿奥灰上马家沟组顶面存在9.1~49.25 m的原始导高;5-101首采面部分区域奥灰原始导高可发育至底板破坏带以上,首采工作面回采存在一定的奥灰突水危险,对5-101工作面进行底板隔水层注浆加固及含水层改造可起到防治水作用,并且对发育有奥灰原始导高的矿井防治水工作也有一定的指导意义。     

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。     

许厂煤矿11603工作面带压开采安全性评价

针对许厂煤矿11603工作面受底板十三灰、奥灰含水层威胁问题,开展了工作面带压开采安全性评价。分析了带压开采影响因素,并对工作面防治水工程效果进行了评价。采用突水系数法对十三灰、奥灰突水危险性进行了预测与评价,按疏降试验方案,十三灰疏降至安全水头情况下,对11603工作面安全开采影响较小;奥灰含水层突水系数小于临界值0.1 MPa/m,但已接近临界值,开采过程中应加强奥灰含水层的监测。     

寺河煤矿5310工作面断层对底板突水的影响及防治

寺河煤矿5310工作面内揭露一断层,而且为带压开采,为了确保回采面不受底板奥灰水的影响,并确保工作面的安全生产,应用FLAD3D软件对工作面进行模拟分析,得出随着工作面的回采,回采面距离断层越近,工作面及断层四周应力集中化程度越高,应力的高度集中导致了底板裂隙带的产生;计算得出3~#煤层突水系数为0.073 MPa/m,表明工作面底板存在突水的危险;应用注浆技术对底板进行注浆改造,注浆完成2个月内底板涌水量均在正常范围内,回采过程中未发现异常突水情况。     

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.     

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。     

高水压孤岛工作面底板突水防治技术研究

为解决邢东矿深部带压开采顶板来压剧烈导致底板突水的难题,采用现场调研、理论分析以及应力监测和微震监测等手段,研究了2129工作面底板突水危险性和防治技术。研究结果表明：2129工作面开采地质条件复杂,顶板剧烈来压时底板突水危险性较大|减小基本顶来压步距可有效减小底板采动破坏深度,提出了顶板水力压裂卸压底板突水防治技术|2129工作面平均来压步距为5.25m,较2222工作面减小了近76%,来压动载系数最大值为1.47|微震监测结果表明底板破坏集中在浅部岩层且未形成导水通道,该防治技术可有效降低底板突水危险性,保障高水压下孤岛工作面安全带压开采。     

水库下采煤水情在线自动监测系统

为确保水库下特厚煤层综放开采安全,针对大平煤矿水文地质条件,结合矿井上下工业环网通讯平台,建立了由水库水位监测系统、白垩系含水层水位监测系统和井下矿井工作面涌水量监测系统组成的水库下采煤水情在线自动监测系统;在Windows98/2000/XP环境下,实现了从数据采集处理到水情信息发布的自动化。通过N1S2工作面回采期间运行应用,监测成果反映出白垩系含水层下部含水段底板隔水层破坏、导水,上部风化带含水段与工作面涌水间无水力联系,库下采煤安全可靠。     

偃龙矿区奥陶系强岩溶含水层底板注浆改造技术

偃龙矿区地处豫西地区,矿井深部开采二1煤层受奥陶系强含水层岩溶裂隙水威胁,奥灰水压不断增高,煤层底板构造发育、隔水层不稳定等突水因素影响了安全回采。通过水文地质资料分析与瞬变电磁技术进行底板富水性探测,建立了底板注浆改造深度精确计算模型,提出了偃龙矿区二1煤层底板注浆改造水害防治技术,并进行了工业性试验。结果表明:12061工作面底板分布有3种类型富水异常区,富水异常区域岩层节理、裂隙较为发育,异常区覆盖工作面底板大部,工作面底板存在突水危险性;菱形钻孔布置有利于减小孔间距,最终确定底板注浆改造深度为65 m、注浆压力为9 MPa与注浆扩散半径为25 m,对太原组下段及奥陶系灰岩含水层注浆变含水层为相对隔水层,切断了底板奥陶系灰岩含水层与二1煤层的水力联系;底板注浆封堵后,检验孔水量不大于10 m3/h,钻孔孔壁光滑,原5个富水异常区消失,注浆改造效果显著。     

陈四楼煤矿21109综采工作面底板灰岩水治理技术研究

在水文地质条件相似的情况下,与21109综采工作面临近的21301综采工作面发生了底板灰岩突水事故。通过分析陈四楼煤矿21109综采工作面水文地质条件,实施工作面底板瞬变电磁法勘探探测底板富水异常区,采用底板扰动破坏深度数值模拟及基于BP神经网络的底板扰动破坏深度模型等方法预测了21109综采工作面底板扰动破坏深度,优化设计了底板注浆改造钻孔,杜绝21109综采工作面突水事故的发生,保证了工作面安全生产。     

深部带压开采底板突水分析及防治技术研究

为了解决深部带压开采造成底板突水的问题,详细分析云冈矿51041工作面发生底板突水的原因,采用水力压裂防治技术.设计水力压裂钻孔方案,明确施工工艺,对工作面周期来压、超前支承压力、巷道围岩变形以及奥灰水位进行现场监测.结果表明:在采用水力压裂技术后,工作面顶板的周期来压步距为9.53 m,超前支承压力集中系数为1.65...     

采煤工作面水害电法精细探测技术

为了避免工作面回采过程中形成突水威胁,在工作面形成通风系统后,通过采用矿井瞬变电磁法和矿井音频电透视法等较为成熟的工作面内部区域电法探测技术,对工作面区域富水性进行有效监测,建立了煤矿工作面回采前预报含水体的精细技术方法。结果表明:矿井瞬变电磁法可以多角度多层位探测,对工作面顶、底板方向不同深度含水体能较好的圈定分布范围;矿井音频电透视法可以单层位定向探测,对工作面内部煤层层位进行较好的圈定含水体;综合采用矿井瞬变电磁法和矿井音频电透视法对工作面内部区域进行全面的探测,可以实现工作面区域全方位精细探测。     

孤岛型工作面冲击地压预测预报及防治对策

该文系统分析了深部6195面末采期间处于本面和6196工作面采空区以及断层形成的孤岛工作面,冲击地压危险预测预报应用了KJ550应力在线监测系统监测为主,煤粉检验为辅的预测预报技术,治理技术采取大直径钻孔提前卸压、重复卸压、煤层注水卸压等解危措施,有效地防治了皮带巷卸压困难条件下的冲击地压危险,在同类冲击地压矿井中具有较强的实际指导意义。     

深部下组煤首采面带压试采奥灰突水危险性分区评价

为了探究华北型煤田深部下组煤底板带压开采安全可行性,以济北矿区某煤矿高承压水体下组煤首采面采掘为工程背景,结合在该面施工的9个奥灰钻孔和1个奥灰水文观测孔资料,运用突水系数法和底板岩层综合阻水强度法对正常块段奥灰突水的危险性进行预测评价与分区。分析表明奥灰突水值大于0.1 MPa/m的区域存在2处;而根据底板岩层综合阻水强度法计算,各个钻孔的综合阻水强度值均大于相应的实际水压值,并把实际水压值与其相应的综合阻水强度值作比值进行分析。2种方法对比分析表明,奥灰突水系数偏大的险区和实际水压与其相应的综合阻水强度的比值大的分布区域基本重合,比较符合实际情况。这为济北矿区及地质条件相似矿井煤炭资源向深部带压开采所引起的底板水防治提供了新的评价方法。     

水力测试法在煤层底板破坏探测试验中的应用

针对团柏煤矿下组10#媒带压开采的现状,对该煤层10-115工作面开采引起的底板破坏深度采用水力测试法进行了探测.结果表明:①从定压进水量测试结果看,在煤层开采过程中底板岩层因矿压增减发生了裂隙收缩与扩张,采面距在0～25 m阶段底板最为薄弱,此后底板裂隙进入收缩的恢复阶段,但裂隙的闭合性又远远低于原始状态;②从起始水压测试结果看,10#煤底板的矿压直接破坏深度为9.4m,其下的扰动带岩层抗水压强度明显减弱,矿压与扰动破坏深度共计12 m.     

渭北奥灰承压水矿区煤炭开采对水资源的影响及保护

随我国煤炭开采向深部发展,奥灰承压水体上开采导致底板突水与其生态水位下降之间的矛盾日益突出。在分析渭北澄合矿区典型工作面5号煤层含(隔)水层组合特征的基础上,采用理论计算与现场实测综合确定5号煤层开采的底板破坏深度,从含水层结构破坏、生态水位、水质等方面研究了煤层开采对底板承压水的影响。结果表明:澄合矿区5号煤层开采底板破坏深度8~10.8 m,不同工作面斜长与底板岩性组合是影响该区底板破坏深度的主控因素,工作面斜长与底板破坏深度呈正相关,与底板含(隔)水层组合为负相关关系,煤层开采对底板含水层结构影响程度由大到小分别划分为Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ级区,其中,Ⅰ级区主要分布于中南部和北部,面积为6.78 km2,占总面积的45.2%;煤层开采尚未对含水层水位、水质造成明显影响。提出以底板注浆加固技术为主保护水资源,稳定生态水位,为渭北地区煤炭工业健康发展找到有效途径。