基于GIS的层次分析法在古风化壳隔水性能评价中的应用

为了研究古风化壳隔水性能,了解其对底板突水的影响,通过对研究区大量地质勘探资料的系统整理、统计与分析,建立了隔水性能评价指标体系,运用GIS强大的数据管理与空间分析功能,绘制了隔水性能指标专题图,采用层次分析法确定各指标的权重,应用基于GIS的信息融合型隔水性能评价方法,对研究区中奥陶统灰岩顶部开展了隔水性能的综合评价。     

牛儿庄矿试采下组煤开采技术研究

牛儿庄矿是衰老矿井,上组煤已基本开采完毕。井田内尚有大量的超突水系数的下组煤资源,能否开采成为当前急需解决的一个重大技术课题。牛儿庄井田位于华北地区,该地区型煤田岩溶区的下组煤开采都不同程度地受到基底中奥陶统地层岩溶水的威胁,该岩溶水系统补给区面积广、水源丰沛、传导性强,岩溶发育,富水性强。针对下组煤受到基底中奥陶统地层岩溶水威胁的问题,在研究煤层底板突水机理的基础上,结合矿井水文地质条件,井上采取区域治理技术改造奥灰含水层顶部峰峰组八段,井下在增加强排抗灾泵房的基础上,采取综合探查、局部再加固、监控、水害预警等综合措施,达到减灾、防灾的目的,实现下组煤安全开采。     

葛泉矿北翼三、四采区奥灰突水危险性分析

华北型煤田下组煤开采受多方面因素制约,解决奥灰含水层突水威胁是一项必要的工作。通过分析葛泉矿地层分布、奥灰含水层特征、隔水层隔水性能、奥灰突水危险等,获得了9煤底板至奥陶灰岩顶界面之间的隔水层阻抗水能力较差的结论。为预防奥灰突水,针对奥灰水量大、难疏降的特点,提出增加隔水层厚度和强度的治理措施,降低奥灰突水危险,使下组煤具备带压开采的条件。     

华北型煤田古风化壳隔水性能影响因素的灵敏度分析

华北型煤田下组煤下伏巨厚奥灰强含水层,且煤层距奥灰含水层较近,受奥灰突水威胁严重,部分区域奥陶系顶界存在具有一定隔水性能的古风化壳。为研究古风化壳隔水性能的控制因素及其影响程度,建立了古风化壳隔水性能评价指标体系,运用层次分析法确定各指标相应权重,利用计算出的"隔水性指数"绘制隔水性分区图。采用灵敏度分析法来验证初始权重的合理性,以各因素权重变化后隔水性分区图面积变化率来量化影响程度。     

永红煤矿峰峰组上部隔水性能研究

为了科学评价永红煤矿下组煤受奥灰水威胁的程度,分析研究峰峰组上部岩层的隔水性能,永红煤矿采用了水文地质钻探、抽水试验、压水试验、水化学特征分析等多种技术手段,对井田内峰峰组上部的隔水性能进行了分析和研究。得出了峰峰组上部35m以内具有一定的隔水性能,可视为相对隔水层。     

兖州煤田中深部奥灰含水层水文地质条件研究

基于兖州煤田下组煤开采主要受奥灰水威胁,为了指导该煤田下组煤安全开采,对兖州煤田中深部矿井采用水文地质钻探、水化学测试、岩样测试、抽(放)水试验、含水层水位动态观测等多种探查手段对奥灰含水层进行了综合勘探,并根据勘探成果资料对奥灰含水层进行了综合分析和研究,总结得出了奥灰含水层的水文地质特征规律。研究结果表明:兖州煤田中深部奥灰含水层径流条件较差,相对滞留,但补给充沛,富水性弱到强;Ca~(2+)、Mg~(2+)可作为奥灰水的判别指示离子;奥灰含水层顶部存在有厚度不小于10 m的不富水的相对隔水层段。配合相应的防治水技术措施,实现下组煤安全带压开采是可行的。     

郭庄煤矿14灰、奥灰水对17煤安全开采影响及其分析

通过钻探手段揭露了郭庄煤矿17煤开采直接充水含水层14灰和奥灰,掌握17煤到14灰和奥灰的间距、岩性以及隔水岩组赋存状态和隔水性能,获取14灰和奥灰的相关水文地质参数,揭示了其漏水规律,并根据获取的资料利用突水系数理论,分析14灰水和奥灰水对17煤安全开采的影响,提出了17煤安全开采建议采取的防治水措施,为矿井安全生产提供依据和参考。     

古风化壳隔水能力制约因素分析研究

华北型煤田下组煤开采受到底板奥陶系灰岩含水层威胁,带压开采隔水层是关键,前人进行了大量的研究,提出了奥陶系顶部古风化壳可以作为隔水层的观点并逐渐被广泛接受,但是有哪些因素影响、制约古风化壳的隔水性能没有定论。针对这一问题,通过分析研究,认为古风化壳自身的发育厚度、风化裂隙充填程度、含水层的富水性、地质构造发育程度对古风化壳隔水性能有一定影响。     

基于AHP的模糊综合评价法的深部煤层底板突水脆弱性评价

针对华北型煤田下组煤底板突水脆弱性问题,在综合分析煤层底板突水危险性影响因素的基础上,考虑到影响底板突水因素的多面性和不确定性,建立了煤层底板突水脆弱性总体评价指标体系。以山西紫金煤业11号煤层为例,运用基于改进AHP(三标度)的模糊综合评价法,对煤层底板突水的脆弱性进行了综合评价。评价结果为:从井田中部向东西两侧,底板突水脆弱性依次为中等、较脆弱、脆弱、中等。评价结果合理可靠,为下组煤开采过程中奥灰水的防治提供科学依据。     

《桌子山煤田矿井奥灰水综合防治技术研究》项目通过专家验收

正本刊讯近日,《桌子山煤田矿井奥灰水综合防治技术研究》项目通过专家验收。项目根据桌子山煤田水文地质补勘取得的主要成果,结合野外水文地质调查资料,从奥陶系灰岩岩性及岩溶裂隙发育、奥灰水水化学、构造控水等方面,对桌子山煤田奥灰系灰岩水文地质特征进行了综合研究。以骆驼山煤矿发现的西北地区第一例突水陷落柱为例,详细分析了西北地区岩溶陷落柱形态特征、岩溶陷落柱与构造控制关系及发育分布规律等;模拟分析了煤层顶板覆岩破坏规律和煤层底板采动破坏规律及流固耦合关系。针对桌子山煤田9#煤、16#煤的主要水害类型,评价了桌子山煤田煤层带压开采可行性,提出了矿井防治水总体方案,制定了适合桌子山煤     

白云乌素煤矿奥陶系顶部碳酸岩层隔水性及应用研究

为了解决内蒙古桌子山煤田下组煤安全带压开采问题,依据多年研究成果—"华北奥陶系顶部存在碳酸盐岩隔水层"观点,选择与骆驼山煤矿相邻的白云乌素煤矿为研究试验现场,对下组(16#)煤底板岩层开展了宏观、微观研究和试验开采,结果表明:1)本区煤层底板下伏的奥陶系顶部存在碳酸盐岩隔水层厚约150 m,其岩性为黑灰色泥灰岩局部夹泥岩沉积,真正含水层段在其下的桌子山组青灰色白云岩化石灰岩中;2)克里摩里组黑灰色泥灰岩孔隙直径绝大多数小于5μm,孔隙连通性差,难以形成有效孔喉,天然条件下难以渗流;3)本区新构造运动的表现是大型老断裂的复活和部分小型新断裂的产生,断裂为碳酸盐岩层岩溶发育提供初始通道,也构成岩溶水的主要储移空间和通道;4)桌子山矿区奥灰岩溶水对煤矿安全带压开采的主要威胁是导水断裂和陷落柱等垂直通道部位,白云乌素矿重点防御的是黑龙贵逆断层和F14正断层。白云乌素矿多个工作面的安全开采证实了奥陶系顶部碳酸岩层不仅是隔水层,而且是隔水关键层。     

矿井构造量化特征及其在底板突水危险性分区中的应用

矿井承压开采煤层底板突水是在多种地质因素共同作用下发生的,往往由构造因素引发的突水占大多数。以准格尔煤田某矿为例,对井田内的已知构造进行分析、量化,再结合奥灰含水层富水性、煤层的赋存条件等多种因素,采用层次分析法对矿井奥灰突水危险性进行评价和分区。     

华北型煤田峰峰组碳酸盐岩渗透性特征分析

中奥陶统碳酸盐岩是华北型煤田开采下部煤层的主要充水含水层.为开采深部煤炭,对山西阳泉矿区峰峰组碳酸盐岩进行偏光显微镜、扫描电镜、全应力一应变下的渗透性试验研究,分析了不同岩性沉积岩石的应变-渗透率试验曲线,阐述了不同岩性岩石在变形破坏过程中渗透性变化的规律,得出岩石的一般应变一渗透曲线.研究表明,岩石的应变-渗透率曲线是岩性、结构、应力状态等各种影响因素综合反映的结果,该煤田峰峰组碳酸盐岩可作为隔水层或相对隔水层.     

华北型煤田深部开采底板“分时段分带突破”突水机理

通过对华北型煤田大采深高承压水和下组煤开采条件下10起较典型的煤层底板承压突水实例进行深入系统分析,基于时空4维结构概念,首次提出了"分时段分带突破"的煤层底板突水机理。从空间上即上组煤2号主采煤层至煤系基底奥灰强含水层之间,以薄层灰岩含水层为界分4个隔水地质单元,以因采动影响而产生的各种破坏损伤及原始导升裂隙带等按阻水能力为界划分11个阻水"分带",并建构了6种突水模式;从时间上按煤层底板渗水及突水通道形成进程划分4个"时段";在此时空概念基础上运用地质结构力学、水动力学、线性断裂岩石力学和非线性系统动力学等进行了相关实验及综合分析,给出了相应时段的煤层底板突水判据。     

晋城成庄井田煤层气直井开发后煤层底板突水危险性评价

以晋城矿区成庄井田为依托,分析煤层气开发后煤层底板岩石破裂压力、地应力、煤层底板含水层水压和隔水层有效厚度等条件,建立了煤层气开发后煤层底板突水危险性评价理论与方法,揭示煤层气直井开发对煤炭开采底板突水影响机制。研究结果表明:煤层气井煤层底板完井深度和采动矿压与承压水的水压使煤层底板隔水层形成贯通的破裂,如果隔水层中的最小水平主应力大于承压水的水压,从应力方面,就不会发生突水,如果相反,就会发生突水;煤层气井煤层底板完井深度和采动矿压与承压水的水压未能使底板隔水层形成贯通的破裂,开采煤层承受的水压与煤层到主要含水层间有效隔水层厚度之比,决定了煤层底板突水危险性。根据煤层底板隔水层岩石破裂压力、水压和水压与隔水层厚度比值等关键参数,将煤层底板突水危险性划分为安全(Ⅰ)、中等安全(II)、安全性差或有危险(III)和安全性极差或极有危险(Ⅳ)4类。成庄井田太原组15号煤层距奥灰含水层间距小,且变化大,煤层气垂直井开发后煤炭开采受奥灰水威胁。如果9号煤层气完井深度与煤炭开采底板破坏深度15 m相同计算,煤层底板突水危险性主要为中等安全,仅在深部存在突水危险性;煤层气开发后3号煤层开采过程中不会发生底板突水。     

突水系数法在华晟荣煤矿水上带压开采安全评价中的应用

根据华晟荣煤矿水文地质条件提取评价煤层底板突水危险性关键指标,在工程实践中分析煤层底板突水灾害发生的各方面因素,通过对井田钻探揭露奥灰岩的15个钻孔数据分析确定了隔水层厚度及底板承压水的水压值,分析了突水系数公式的演化,计算出突水系数,确定了华晟荣煤矿3#煤层带压开采分区均处在相对安全区。同时进一步预测了矿井涌水量,核验了矿井排水能力,为华晟荣煤矿3#煤层工作面回采时采用带压系数进行复核验证提供了数据基础,对制定完善带压开采技术措施具有重要的指导意义。     

赵庄矿峰峰组碳酸岩层隔水性能研究及应用

为解决山西晋煤赵庄矿下组煤水压高、传统隔水层薄所带来的安全带压开采问题,采用水文地质钻探、抽水试验、压水试验、地应力测试及室内试验等技术手段,通过对奥灰顶部岩性、裂隙岩溶充填情况、钻探漏水、岩石力学指标及渗透性试验等各方面的综合研究,论证了下组15#煤底板奥灰顶部峰峰组岩层的相对隔水性。结果表明：赵庄矿15#煤下伏的奥陶系顶部峰峰组上段岩性为深灰色厚层石灰岩,致密坚硬,局部夹白云质灰岩和泥灰岩,强度较高,裂隙多呈不规则状且大量被充填,构成渗透性很差的岩层|本区奥灰峰峰组顶部至少存在30m厚度的相对隔水层段,15#煤底板隔水层厚度在38.75～67.25m之间,平均厚度为57m,且隔水性能较好|采用突水系数法对赵庄矿开采下组15#煤突水危险性评价,说明利用奥陶系顶部相对隔水层可使突水危险性大幅降低,从而解放大量煤炭资源。     

中奥陶统顶部地层富水性规律研究

矿井11号煤层最低开采标高+230 m,井田中奥陶统灰岩含水层水位标高+360 m,煤层开采存在奥灰水带压开采问题,而11号煤层底板至中奥陶统顶面隔水层平均厚度20 m,因而中奥陶统顶部峰峰组一段和上马家沟组三段地层的富水性,以及是否可以作为相对隔层利用,对煤层承压开采至关重要。通过水文钻探、放水试验和压水试验,分析了中奥陶统顶部地层的岩性特征、富水性特征、渗透性特征。综合试验结果表明,中奥陶统顶部地层主要以泥质白云岩、泥质灰岩为主,顶部18 m地层隔水性能良好,揭露大部层段属弱富水性含水层,透水率小于10 Lu,属极微透水至弱透水,为煤层承水压开采奠定有利的地质条件。     

隔水层再造——西北保水采煤关键隔水层N_2红土工程地质研究

西北干旱-半干旱区浅表层水(河流湖泊水、沟谷径流水、第四系砂层潜水等),是维系区域生态地质环境(生态层)的珍贵水源,是煤层开采水资源保护的主体。根据区域浅表层水含隔水层地质结构,西北煤田煤层覆岩之上广泛分布新近系N_2红土,为浅表层水底部的直接隔水层或沟谷径流的下垫层,对区域保水采煤、生态环境保护,起到至关重要的作用,是关键隔水层。在分析N_2红土区域分布特征、基本物理-水理-力学性基础上,采用N_2红土采动破裂钻孔原位压水试验、蠕变渗透性测试、水-土相互作用试验等,对N_2红土不同程度采动破裂前后及其采后应力恢复蠕变的隔水性能变化特征进行了深入研究分析,发现N_2红土隔水性能受采动破坏后,具有很好的自我恢复功能,并从其地质结构组成、水-土相互作用及其流变特性方面,解释了隔水性自然恢复机理;由此提出隔水层再造及其应具备的主要工程地质属性。     

五龙煤矿水文地质特征及水害分析

为进一步查明五龙煤矿的水文地质条件,对矿区的地层条件、地质构造、井田含(隔)水层、水力性质等方面进行了论述,分析了矿井充水因素、奥灰水突水危险性,预测计算了矿井涌水量。得出:矿井正常涌水量为39.85亦/h,最大涌水量为52.47 m3/h;12#煤层最大突水系数0.0465 MPa/m,15#煤层最大突水系数0.0806 MPa/m,未达到突水危险的临界值0.15 MPa/m,为带压开采加强隐伏导水构造探查和防治水设计提供了依据。