大同矿区多层采空区综合探测技术

大同矿区为石炭-二叠系与侏罗系"双系"煤田,可采煤层多达26层,煤层开采后的采空区内积水、积气等对下组煤开采乃至矿井安全形成威胁,为此大同矿区多年以来在采空区探测治理方面投入大量资金、运用多种技术手段,总结探索出一套以资料收集追溯、物探、钻探等多种手段相结合的多层采空区综合探测技术,有效解除了采空区积水、积气影响。     

同忻双系煤层千万吨级矿井设计优化分析

大同煤田为双系煤田,即侏罗系煤层和石炭二叠系煤层重叠赋存。由于上覆侏罗系煤层分为多矿井生产,井田内煤炭资源接近枯竭,需对下伏石炭二叠系煤层开采进行研究。通过对石炭二叠系煤层储量和科学产能的分析,评估了同忻矿千万吨现代化生产矿井设计的可行性,提出了对石炭二叠系大型煤炭资源进行整体规划和集中开发的思路,突破了上部已有矿井开采的条件限制,形成了完全独立的资源开发体系。对矿井生产和运输系统进行了全面分析,并根据石炭系煤层赋存条件,将大巷均在煤层中沿垂直方向上重叠布置,实现了"一柱多用",减少了煤柱损失,简化了开采系统,为综采工作面高产高效生产创造了良好条件。     

马脊梁矿河床及采空区下煤层安全开采研究

以晋能控股煤业集团马脊梁矿为研究对象,针对河床及采空区共同影响下,石炭系煤层安全开采问题,采用现场踏勘方式查明了地表径流形态、周期性水量变化情况;采用物探手段初步圈定了上层侏罗系采空区积水区域,并采用钻探进行了验证;根据岩移角临界值及空间分布特征计算出了石炭系煤层开采断裂带高度数值;综合物探、断裂带分布、煤厚变化和顶板特征,划定了石炭系8117工作面分区开采高度。结果表明:侏罗系煤层采空区局部沟通地表径流,且在中部存在积水区;石炭系煤层开采断裂带未扩展至侏罗系煤层采空区。     

大同矿区双系特厚煤层相互影响下安全高效开采技术

针对多煤层开采后当各煤层覆岩裂隙发育联通,采空区间积水、有害气体下泄等问题,以大同矿区双系煤层开采相互影响为工程背景,采用物理相似模拟、现场实测的研究手段确定了双系煤层开采覆岩裂隙联通,在分析确定了大同矿区双系煤层开采覆岩裂隙联通的基础上,针对双系联通带来的上覆采空区积水下泄、双系采空区漏风的技术难题,分别研究了多层采空区积水综合探测和立体排放水技术体系以及双系采空区流场动态平衡多点调控技术与装备,有效解决了上覆侏罗系煤层采空区积水威胁,避免了矿井自燃火灾与工作面有毒有害气体超限问题,保证了矿井的安全高效生产。     

上覆不明采空区突水危险性分析及积水范围探测

针对整合矿井上覆不明采空区工作面易发生老空水害的工程难题,以重组整合矿井胜利煤矿太原组10号煤层开采为例,运用力学模型分析、经验公式计算以及数值模拟方法,综合分析研究了10号煤层及上覆6号、2号煤层开采后的导水裂隙带高度、底板破坏带深度情况。研究结果表明:10号煤层及上覆6、2号煤层开采后的最大导水裂隙带高度分别是54.94、30.49、33.67 m,最大底板破坏带深度分别是12.24、3.12、1.25 m,基于其相对空间位置,判断出2号煤层采空区积水不会影响10号煤层开采,而6号煤层采空区积水会直接进入10号煤层,对10号煤层安全生产造成重大影响;利用调查资料、地面物探、井下物探相结合的方法对6号煤层不明采空区积水范围进行了精准确定,为后续钻探放水提供了依据,为相似工程条件下上覆采空区突水危险性分析及积水范围探测提供借鉴。     

地面防治水钻探技术在双系煤层上覆采空区积水治理中的应用

针对双系煤层上覆采空区积水对下部煤层开采构成的威胁,提出在地面布置钻孔,穿越上部多层采空区,施工探放水孔与大直径抽水井的防治水钻探技术。采用该技术在大同矿区上覆侏罗系采空区的积水治理实践表明,地面探放水孔能够实现采空积水区与下部石炭系开采煤层巷道的贯通式放水,大直径抽水井可实现超大流量的采空区积水抽放,施工的9个地面探放水累计疏放采空区积水398.1万m3,5个大直径抽水井累计抽排采空区积水200余万立方米,取得了较好的贯通式放水和抽排效果。介绍了地面探放水孔与大直径抽水井钻探技术在同煤集团同忻矿上覆侏罗系采空区积水治理中的应用,可为其它类似开采条件的矿井上覆采空区积水治理提供参考。     

矿井综合物探方法在采空区富水性探测中的应用

采空区水害防治是矿井水害防治的重点之一。在多煤层开采矿区,上部煤层开采后形成采空区积水,在近距离煤层开采时,易对下部煤层开采形成威胁。为消除南梁煤矿30205工作面回采期间形成的导水裂隙带沟通上覆2-2煤层工作面采空区积水隐患,采用音频电透视和矿井瞬变电磁法2种物探方法探查30205工作面上覆采空区富水性分布情况。后期井下探放水工作依据物探成果布置钻孔,验证物探成果准确性,并对上覆煤层采空区积水疏放。实践表明,矿井综合物探近距离探测煤层上覆采空区富水性具有较好的效果,对采空区探放水具有指导意义。     

平朔井工三矿9~#煤层充水因素分析及水害防治

分析平朔井工三矿的充水因素,认为开采9#煤层的最大隐患是顶板石炭-二叠系砂岩突水,大气降水、地表径流以及大沙沟水补给下部含水层导入矿井也是不可忽视的因素,并利用导水裂隙带高度计算结果对煤层顶板水冒落安全性进行分析评价,为矿井水害防治提供了决策依据。     

燕子山井田水文地质特征及突水安全性分析

为了分析燕子山井田石炭系主采煤层开采过程中水害条件的安全性,依据钻探和物探地质勘探手段,对井田范围内的石炭系开采煤层上覆的侏罗系采空区积水和下伏寒武系灰岩水水文地质条件进行研究。水文试验观察表明,矿区主要含水层中地下水矿化度较高,富水性差,水体径流缓慢。瞬变电磁法探测数据处理的结果表明太原组上覆侏罗系采空区有多个积水区。水文孔试验资料结果分析表明,寒武系岩溶水的水头标高均大于太原组可采煤层的底板标高,太原组5~#煤层和8~#煤层皆属于带压开采;突水系数法计算结果表明,在钻孔控制范围内5~#煤层底板突水系数整体小于0.06 MPa/m,而8~#煤突水系数整体大于0.06 MPa/m。在煤矿开采过程中,应重点防治上覆采空区积水和8~#煤底板承压水带来的矿井突水安全隐患。     

采空区下煤层开采覆岩破坏规律数值模拟

基于古书院矿煤层的实际地质资料,利用RFPA2D分析软件对采空区下15#煤层开采覆岩破坏进行了模拟,观察开采后15#煤层坚硬顶板的裂隙发育状况,研究采动覆岩中三带的发育高度,并对结果从采场上覆岩层移动破坏规律、15#煤层顶板位移及应力变化特征方面进行了分析。通过对15#煤层三带分布研究,编制矿井冒落带和导水裂隙带高度的等值线图,确定15#煤层的导水裂隙带最大发育高度,预测在15#煤层回采过程中,9#煤层采空区积水下渗的可能性。根据裂隙发育情况,结合顶板岩性,为15#煤建立抽放系统、治理瓦斯的论证提供依据。