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。     

深部煤层开采高承压奥灰水害防治关键技术

以峰峰矿区为背景,针对深部煤层开采亟待解决的奥灰水威胁问题,提出了针对深部煤层开采高承压奥灰水害防治的关键技术。利用定向水平井群技术对煤层底板隔水层的薄弱地带及水文异常区等进行注浆加固,封堵潜在的导水通道,增强底板完整性;同时将奥灰顶部一定范围的岩层改造为相对隔水层,将奥灰含水层的作用点向下移,增加了有效隔水层的厚度,可以解放大量原始状态下不可采的煤炭资源。该技术在峰峰矿区大采深矿井推广应用后,防止了奥灰水害事故的发生,保证了矿井安全生产。     

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.     

煤矿薄煤层定向钻孔水害探查技术研究

从保德煤矿水文地质条件出发,研究了矿区奥灰水突水危险性,计算了8号煤层底板安全隔水层厚度和突水系数。采用薄煤层定向钻探工艺对保德煤矿81312工作面胶带运输巷道和81313工作面辅助运输巷道底板以下岩层及10号煤层进行水害及隐伏构造探查,探明了8号煤层底板岩层地质构造及富水性,形成了区域薄煤层定向钻孔水害探查方法。研究表明,利用定向钻孔的一孔多用功能超前预抽10号煤层瓦斯,可为矿区安全开采提供保障。     

汾源井田主采煤层底板突水危险性分析

奥灰水是汾源井田5号煤层开采的主要水害威胁。采用突水系数法对汾源井田5号煤层底板奥灰突水危险性进行研究。分析了5号煤层底板奥灰水压、开采对底板的扰动破坏,隔水层阻水能力、承压水导升高度、奥灰顶部相对隔水层厚度等因素。结合井田钻孔资料,计算了突水系数,绘制了奥灰突水系数等值线图,划分了井田带压开采安全区、相对安全区、相对危险区和危险区。井田带压开采危安区的划分可为汾源矿井带压开采区采掘方案和矿井防治水工作方案的制定提供参考依据。     

神华集团公司煤矿水害防治技术

通过对神华集团煤矿主要受底板水、顶板水和老空水、个别矿井地表水害威胁的分析,开展水文地质补勘,进一步摸清奥灰含水层特征,加强监测预警,对物探异常区进行钻探验证,完善防治措施。研究结果表明:针对奥灰水重大水害防治,掌握奥灰岩富水性、隔水层厚度、水压及突水系数等水文地质参数,根据物探及钻探结果,分析陷落柱、断层等构造的导水情况,制定落实防止奥灰水突水的措施;针对老空水害,根据采掘工作面上下煤层、相邻工作面、周边小煤矿的空间关系,掌握积水区域和积水量等,提前有针对性地做好探放水工作,消除采空区积水威胁后,组织生产;提高探放水技术水平和手段,做到物探先行、钻探验证,进一步加强矿井水文地质基础工作,完善水害预警系统,提高防治水基础工作水平,杜绝重大水害事故发生。     

准格尔矿区煤矿井下水害综合防治技术

针对准格尔矿区某煤矿井下工作面顶底板水害防治形势严峻,单一探测技术手段不足以满足目前防治水需求的问题;提出采用井下音频电穿透和槽波地震勘探技术初步圈定异常区、地球化学水质化验技术结合定向钻探技术探查异常区的综合勘探技术,运该综合勘探技术,在该矿井下某工作面圈定低阻异常带和槽波能量强衰减区,运用定向钻进技术钻进至圈定异常区,水质化验数据表明定向钻孔出水中的Cl-含量明显高于常规顶板砂岩水;通过定向钻孔采用地面-井下联合注浆方式对异常区进行注浆加固防治,共注水泥浆457.5 t。实际揭露结果表明该区域为地质异常体且地层紊乱,工作面未发生底板奥灰水导水现象;取心钻孔可见水泥样,表明注浆水泥对破碎地层进行了有效胶结固化;该工作面的安全回采表明综合勘探及防治技术在水害防治领域的可行性。     

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。     

东滩煤矿奥陶系顶部相对隔水层厚度划分

为了给下组煤层的安全开采提供理论指导,在华北地层奥陶系顶部存在隔水层的理论基础上,对东滩煤矿奥陶系顶部岩层的隔水性进行论证分析。利用揭露奥灰的地质钻探资料和地质水文试验以及钻孔测井等手段,分析奥陶系顶部结构特征和岩溶裂隙发育情况,结合奥灰含水层井下放水试验过程中的钻孔出水量,并借助测井资料的反复对比、验证,从而确定奥灰顶部隔水层的厚度。研究结果对于东滩煤矿高水压下的下组煤开采有借鉴意义,能够更加准确地评价奥灰底板突水危险性,为下组煤开采的防治水工作提供参考。     

坚硬顶板厚隔水层条件下底板突水致灾机理及全周期治理技术

峰峰矿区九龙矿4号煤层顶板为厚3.5 m的坚硬野青灰岩,煤层底板岩层组合为“厚隔水层夹薄层灰岩+奥陶系灰岩”,九龙矿开采4号野青煤以来,发生多起底板奥灰突水事故。针对煤层底板存在厚隔水层且传统井下底板加固甚至区域治理仍无法完全消除奥灰突水的现状,笔者基于零位破坏理论,建立了考虑顶板压力传递的煤层底板采动破坏力学模型,分析了顶板压力传递和承压导升作用下的底板突水致灾机理,提出底板水害“采前-采中-采后”全周期治理技术并通过井下底板验证孔-工作面涌水量-奥灰水位动态变化“三位一体”立体化监测对治理效果进行评价。研究结果表明：(1)坚硬顶板条件下,采空区悬露面积大,周期来压强烈,导致底板破坏深度增加,在煤层底板导水构造阶梯式导升作用下容易发生滞后突水;(2)通过采前区域治理对煤层底板进行全面加固消除致灾因素,采中对煤层底板微震事件多发、构造发育区域进行重点加固达到减水开采,采后补强加固实现保水开采,创建了工作面底板奥灰水害全周期治理模式;(3)治理后,工作面底板薄层灰岩与奥灰无水力联系,奥灰水位与工作面底板涌水量随工作面来压发生变化,但变化幅度较小,工作面涌水量仅为0.46～1.12 m3/...     

煤矿特大突水原因分析与通道探查技术

矿井突水灾害严重威胁煤矿的安全生产,有效防治矿井水害对煤矿安全具有特殊意义.文章以某矿工作面运输巷掘进期间特大突水事件为背景,从矿井开采实践、奥灰水位变化和水质分析结果3个方面综合确定此次突水水源为奥灰水,并根据突水实际情况,分析可能引起此次突水的导水构造,针对突水通道探查的难点制定了相应的通道探查方案.探查结果表明,2~#煤层底板以下存在一条落差为120 m的正断层,使得煤层底板与下盘奥灰含水层的间距不足30 m,剩余隔水层的厚度和强度均不足以抵抗高压奥灰水,致使巷道掘进期间,高压奥灰水突破巷道围岩,发生奥灰特大突水灾害.     

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。     

定向钻探在工作面电法异常探查中的应用

准格尔某矿6煤全区稳定可采,煤层采用综放开采,受煤层底板下伏奥陶系灰岩岩溶水的危害日益加剧,威胁6煤层的安全回采。基于此,通过电法、定向钻探相结合的方式,对61103工作面底板隔水层进行探查,并使用定向钻孔对电法异常探查验证,并对钻孔进行注浆,提高底板有效隔水层厚度范围内的整体强度,保障工作面安全回采。     

煤矿薄隔水层开采奥灰水害定向钻探防治技术

从韩城矿区薄隔水层条件出发,研究了桑树坪矿奥灰突水危险性,计算了奥灰顶部岩层的改造厚度,采用定向钻探工艺及注浆技术对桑树坪煤矿3110工作面奥灰顶部注浆改造治理,探明了煤层底板奥灰岩层地质构造及富水性,并对采后工作面涌水量进行预测,形成了薄隔水层开采奥灰水害防治方法,延伸了矿区安全开采下限。     

山东省宁汶煤田鑫安煤矿3煤层开采水害隐患分析

为了查明鑫安煤矿开采3煤层的水害隐患类型,分析水害对矿井的潜在威胁和空间分布特征,采用现场质询、资料收集、井下踏勘的方法,逐一分析了煤矿大气降水及地表水、第四系砂砾层、新近系砂砾层、白垩系砂岩、3煤层顶底板砂岩、三灰、十下灰、奥灰、老空积水对3煤层开采的影响,排查分析出影响3煤层开采的水害隐患类型为3煤层顶底板砂岩、奥灰水和老空积水;采用“采后导水断裂带内含水层总厚度值”和“突水系数法”对开采3煤层的顶板砂岩充水危险性和底板奥灰突水危险性进行等级划分。研究分析出开采3煤层水害隐患的空间分布特征为3煤顶板水害主要影响矿井中部、老空水主要影响矿井浅部、奥灰水主要影响矿井东部。     

汾源煤业矿井高承压水上采煤安全性研究

石炭系太原组5号煤层开采范围内煤层底板标高为+1 100~+1 360 m,低于奥陶系灰岩含水层水位标高(+1 467 m),且处在倾斜煤层带压开采的特殊条件下,受奥灰水害威胁较大。通过对影响承压水上安全开采的主控因素综合分析,研究了隔水层的阻水能力,计算了矿井灾害涌水量,评价了5号煤层承压水上开采可行性及安全性,认为5号煤开采受奥灰水威胁比较大,突水可能性及危害性大。提出了科学的防治水措施,对矿井今后带压开采防治水有借鉴作用。     

宝雨山煤矿底板岩溶水突水危险性评价及防治对策

为了查明和评价保护层开采期间水文地质条件及水害威胁程度,宝雨山煤矿经过1 a的努力,对工作面底板进行了瞬变电磁勘探、水文钻探、防水试验和超前探放水工作。基于现场资料,隔水层厚度平均为46 m,按工作面最高水位（+258 m）和工作面最低标高（+20 m）计算,作用在煤层底板的水压最大值为2.4 MPa,煤层底板承压水突水系数为0.05。结果表明：保护层工作面煤层底板寒灰岩溶水系数小于临界突水系数值,可进行安全回采。     

李堂煤矿9-2煤水文地质条件综合探查及防治水技术研究

利用井下钻探、岩层结构探查等手段查明研究区的水文及工程地质条件;查明9-2煤顶板主要含水层(四灰和五灰含水层)和底板十灰、十一灰和奥灰含水层,由浅部至深部的岩溶发育规律、富水性变化规律、补径排条件等,根据以往施工中对边界断层(DF24、DF27、DF1)揭露情况,分析边界断层的导水性;结合探查工程开展9-2煤顶底板隔水层的抗破坏能力评价、采动破坏规律研究以及顶底板突水危险性评价等;评价9-2煤顶底板的突水危险性,划分危险区,提出相应的水害防治对策。     

定向长钻孔在小沟煤矿探放水中的应用

煤矿水灾是煤矿建设和生产的主要灾害之一,施工探放水钻孔是解决水害的重要手段。传统探放水钻孔受钻孔深度浅、轨迹无法控制、钻场位置等条件限制,导致钻孔探查范围及精度有限,因此探放水定向长钻孔工艺的研究应用对解决煤矿水害问题具有重要意义。项目利用定向钻孔工艺在小沟煤矿成功施工1个采空区探放水钻孔,最大主孔孔深达714 m,并开分支孔分别从煤层、煤层顶板、煤层底板钻入采空区,单孔出水量达140 m3/h。实际应用情况表明:当老采空区位置不明时,从煤层顶板钻入采空区,疏放水效果最佳,且钻孔风险最小。     

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。