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。     

基于相关性分析的导水裂隙带发育高度预测

以榆神矿区小保当煤矿为研究对象,采用地质比拟方法对 2^-2煤层开采导水裂隙带发育高度进行预测分析。 根据榆神矿区煤层覆岩典型组合结构,确定 2^-2煤层覆岩类型为软岩类、较软岩类和较坚硬岩,并将其划分为硬-软-硬和硬-硬-软组合结构;筛选了覆岩采动裂隙发育的影响因素,以榆神矿区导水裂隙带发育高度实测为例,分析了煤层覆岩结构类型、采高、埋深、工作面跨度与导水裂隙带发育高度的相关性,采用回归分析方法拟合确定了不同主控因素条件下的导水裂隙带发育高度预测公式。 研究成果对小保当煤矿保水采煤、顶板水害防治提供了一定的理论依据。     

煤层为主含水层采动中的覆岩裂隙演化规律研究

小纪汗井田是以2号煤层为主含水层的矿井,为确保煤层安全回采,采用RFPA~(2D)对煤层开采进行数值模拟,分析了煤层为主含水层开采时采动裂隙演化和支承压力特征,对现场进行了实测,得出了煤层为主含水层采动中覆岩裂隙演化特征。研究结果表明:采动裂隙是2号煤层的主要充水通道;利用RFPA~(2D)数值模拟对导水裂隙带发育高度的预测与实测结果吻合良好,但结果比较保守。     

郭家河煤矿水文地质特征及矿井涌水量预测

矿区位于鄂尔多斯盆地南部渭北挠褶带北缘，含煤地层主要为侏罗系中统延安组，可采煤层有2号、3号煤层。矿区含水层主要为第四系孔隙—裂隙潜水含水层，白垩系下统洛河组砂岩、宜君组砾岩孔隙—裂隙含水层，侏罗系中统直罗组砂岩裂隙、延安组煤层及其顶板砂岩裂隙含水层。井田受导水裂隙带影响，地下水以离层水形式参与工作面涌水。采用解析法进行矿井涌水量预测，预测2022—2025年郭家河煤矿1310工作面和2308工作面回采期间，矿井正常涌水量为225.17 m³/h。依据经验，为防灾考虑，矿井最大涌水量按正常涌水量的2倍预计，矿井最大涌水量为450.34 m³/h。研究可为矿井水文地质评价及水害防治提供依据。     

煤层开采对第四系松散含水层影响的研究

为了分析煤层开采对第四系松散含水层的影响,选择潞安矿区漳村矿为试验现场,通过浅部至深部煤层开采项板导水裂隙发育高度的理论分析、数值模拟和实际观测资料对比,研究采高6m,采动导水裂隙发育规律及对松散含水层的影响.结果表明:煤层埋深小于110 m区段,导水裂隙可突破第四系底部黏土隔水层而发育至第四系松散含水层,并对该含水层造成破坏;煤层埋深介于110～190 m区段,导水裂隙仅发育至基岩风氧化带,风化裂隙水可进入采场,对第四系底部松散含水层水影响较小;煤层埋深大于190 m区段,采动导水裂隙发育限制在完整基岩内,仅将顶板砂岩裂隙水引入采场.据此分析,漳村矿对采高6m、埋深大于190 m的中深部煤层的开采对第四系松散含水层几乎无影响.     

采动条件下导水裂隙带发育高度预测

为了给解决小保当井田在煤矿开采时所引起的煤矿安全事故提供参考依据,同时在很大程度上保证矿区人民饮水安全。以小保当延安组四段2_(-2)煤层的先期开采工作面为例,在已有的现场勘察资料和实验资料的基础上,采用经验公式法、理论分析法、FLAC~(3D)数值模拟法以及物理模拟法,分别预测了小保当井田2_(-2)煤层采动条件下导水裂隙带发育高度并对其结果进行对比验证。结果表明,小保当2_(-2)煤层采动条件下覆岩导水裂隙带发育高度154 m(采高为6 m时),裂采比25.6。其研究成果可为榆神矿区煤矿的开采提供一定借鉴和参考。     

晋城市坪上煤矿水文地质特征及水害预测防治技术

坪上煤矿位于沁水煤田的北中部,受区域构造影响,井田内发育一系列近南北向和北西向的宽缓背向斜,其含煤地层主要为二叠系下统山西组和石炭系上统太原组,井田内可采煤层主要为3号、15号煤层。井田分布于延河泉域,含水层主要有奥陶系中统灰岩岩溶裂隙含水层、石炭系太原组碎屑岩夹碳酸盐岩类岩溶裂隙含水层、二叠系下统山西组及下石盒子组砂岩裂隙含水层、基岩风化裂隙带含水层、第四系松散岩类孔隙含水层,其中,奥灰水位标高为+490～+545 m。井田水害主要为煤层开采而产生的导水裂隙,使顶板含水层或构造水向矿井充水,可通过疏放钻孔和疏水巷防治;全井田均为带压开采,采用注浆堵水技术可对煤层底板奥灰水进行防治。     

神南矿区张家峁煤矿煤层顶板涌(突)水危险性评价

根据对张家峁井田地质及水文地质资料的分析研究,利用GIS多源数据融合方法,采用“三图—双预测法”进行煤层顶板水害危险性预测评价。首先以“富水性结构指数法”对煤层顶板基岩裂隙含水层进行富水性分区评价,然后针对煤矿正在开采的煤层顶板导水裂隙带发育高度进行研究分析,最终将之前得到的富水性分区图与冒落带分区图进行叠加分析,得到顶板含水层突水危险性分区图,进而采取相应的治理措施。研究表明,由于导水裂隙带均发育到其顶板含水层,故涌突水条件主要取决于其含水层的富水性,对于基岩裂隙含水层来说,总体上中部、西南部和西北部突水危险性较高,东部突水危险性较弱,由东至西突水危险性逐渐增大,相关研究在22202工作面涌水量观测结果中得到了验证。     

榆神矿区中深煤层开采覆岩损伤变形与含水层失水模型构建

煤层开采覆岩变形损伤是含水层失水主要原因,针对榆神矿区中深煤层开采影响下含水层失水规律研究程度不高问题,根据矿区主采煤层覆岩的地质与水文地质结构特征,总结提出中深煤层开采覆岩损伤变形影响下含水层"侧向直接与垂向渗漏"复合失水模式,以COMSOL多物理场耦合数值分析软件为平台,提出了中深煤层开采覆岩变形损伤与含水层失水数值分析模型的构建方法:①利用岩石力学模块,通过建立煤层开采条件下覆岩采动应力、孔隙率与渗透率耦合关系,模拟输出弯曲带覆岩各剖分节点的位移变形量,计算采动渗透系数变化;利用Mohr-Coulomb塑性破坏准则识别出采掘扰动下导水裂隙带的发育范围;②利用COMSOL软件平台中大变形几何体自动重新剖分计算模块,重新进行网格剖分,形成采动变形二次剖分网格;③在达西渗流模块中,根据含水层与导水裂隙带间的地下水运动状态的转化特征,把采动导水裂隙范围数值处理成达西渗流边界,重新输入采动渗透系数参数,以建立含水层地下水失水分析模型。最后以榆神矿区曹家滩煤矿为分析案例,建立工作面尺度上煤层开采覆岩损伤变形与含水层失水分析模型,模拟得出工作面2~(-2)煤层分层开采(5 m采高)条件下导水裂隙最大高度为128 m,发育至直罗与延安组基岩含水层内部,含水层失水总量35.84 m~3/h,其中侧向直接与垂向渗漏失水量分别为23.17,12.67 m~3/h,煤层开采对近地表松散含水层影响小;一次采全高(10 m采高)条件下导水裂隙最大高度为202 m,发育至富水性好的风化基岩含水层内部,失水总量增加至130.31 m~3/h,其中侧向直接与垂向渗漏失水量分别为92.65,37.66 m~3/h,煤层开采对松散含水层影响较大。     

采动覆岩离层注浆对矿井安全的影响评价

煤矿采动覆岩离层注浆技术中,注浆层位与采场覆岩导水裂隙带的水力联系是影响矿井安全的重要因素。为了评价五阳煤矿采动覆岩离层注浆对矿井安全的影响,通过覆岩岩性特征及富水空间性质划分3#煤层上覆岩体含、隔水层层位,利用地震及测井等物探方法探明工作面范围内断裂构造的分布,采用经验公式法和数值模拟法综合确定采场覆岩导水裂隙带的发育高度。基于以上研究,综合分析论证了注浆层位与导水裂隙带间的隔水层保护能力及断层能否使注浆层位与导水裂隙带或煤层间产生水力联系,结果表明,导水裂隙带顶部与注浆位置之间有2层较厚的隔水层阻断其水力联系,构造离层注浆浆液及浆液析出水不会通过工作面范围内的7处断层进入导水裂隙带或矿井内,本工作面实施的采动覆岩离层注浆施工不会对矿井安全造成影响。     

基于构造—层次分析法的含水层富水性评价

构造裂隙是含水层富水性的重要影响因素,也是矿井充水通道之一.渭北煤田某矿井5煤直接顶板为山西组砂岩含水层,是煤层采掘中的直接充水水源.对井田内已知构造进行了分形、量化,并结合含水层岩性特征、层位特征等多种主控因素,采用富水性指数法对煤层直接顶板含水层富水性进行了评价和分区,指导了矿井防治水工作的开展.     

大柳塔煤矿浅埋厚煤层开采覆岩“三带”分布规律研究

煤层覆岩“三带”的分布研究对于煤矿安全生产至关重要。针对浅埋深、厚煤层的“三带”分布问题,以大柳塔井5^-2煤层52306工作面为研究背景,通过地质分析、勘查钻探、理论计算和现场实测的方法,确定了“三带”发育高度。对比了常用“三带”计算经验公式和大柳塔井的“三带”计算拟合公式的结果,发现结果之间差异较大,具有一定的局限性,但理论计算值为施工过程提供了参考。通过计算结果与勘查资料对比分析,导水裂缝带可发育至3号煤组,该区导水裂隙带实际发育高度与经验公式计算值存在差异,因此可能导通2^-2煤层及以上各含水层,成为矿井的主要充水通道,形成矿井安全隐患。为了确保矿井安全开采,建立设岩移传感器监测5^-2煤层开采时“三带”实时发育过程。该研究结果与方法对矿井其他相似条件工作面具有一定的指导意义。     

曹家滩煤矿顶板富水性分析及防治措施研究

为了避免西部高强度开采矿区发生工作面顶板溃水溃沙灾害，以地表生态脆弱的榆神矿区曹家滩矿井的首采工作面为研究背景，分析了首采工作面煤层的地质概况，确定了影响工作面发生水害事故的充水因素，将物理探测和“三图”法相结合对首采工作面煤层顶板富水性特征及分区进行了综合论证分析。结果表明：大气降水和地表水是矿井的间接充水水源，煤层顶板导水裂隙带波及范围内的延安组、直罗组和基岩风化带含水层的水为直接充水水源|导水裂缝带是矿井发生水害事故的主要充水通道|矿井风化基岩含水层富水性较强，延安组为弱含水层。通过FLAC 3D研究了覆岩裂隙运动破坏规律，工作面推进至180m后，导水裂隙带发育速度增加，推进至240m后达到最大值约159m，覆岩的裂采比为26.5。结合上述分析，提出了以完善矿井水害监测系统和建设防排水系统、合理确定回采参数和培训防治水专业人员相结合的防治水技术改进措施。     

张家峁煤矿15204工作面导水裂隙带高度探测

张家峁井田含煤5层,研究采煤工作面导水裂隙带发育高度,不仅涉及矿井充水含水层分析和涌水量预测,而且对于含水层结构和常家沟水库水源地保护都具有重要价值。通过对开采5-2煤层的15204长壁综采工作面的探测,确定了导水裂隙带高度为65.10~69.17 m。其4-2煤层开采导水裂隙带局部地段已延伸至地表。5-2煤层开采导水裂隙带已延伸至4-2煤层底板以上,在接近沟谷上覆基岩厚度较薄地段已延伸至土层,局部地段延伸至地表。虽然各煤层间含水层含水性极弱,层层累加的采空区积水可能会对矿井造成较大危害。     

榆神矿区中深埋厚煤层开采覆岩破坏规律研究

中深埋煤层覆岩破坏规律及裂隙发育特征与煤矿安全开采密切相关。为揭示陕北侏罗纪煤田中深埋工作面高强度开采下的覆岩破坏规律以及导水裂隙带发育规律,以榆神矿区小保当一号煤矿112201工作面为研究区域,采用数值模拟和现场实测相结合的方法开展了风沙滩地区中深埋煤层高强度开采下的煤层覆岩破坏规律研究。研究表明:112201工作面的初次来压步距约为100m,2-2煤充分采动后,导水裂隙带最终发育高度为169.2m,裂采比为29.27。根据高密度三维地震探查,导水裂隙带发育高度为178.42m,裂采比为30.87。研究成果可为中深埋煤层开采矿井水害防治和水资源保护提供指导。     

刘庄煤矿11-2煤层底板砂岩富水规律及水化学特征研究

采用水化学测试、统计分析、水文地球化学分析等方法,对刘庄煤矿11-2煤层底板砂岩富水性规律及水化学特征进行系统研究。研究结果表明：井田范围内11-2煤底板砂岩类型、沉积厚度、裂隙发育、富水性以F25断层为界分区性明显,水质类型为Cl·HCO₃—Na或HCO₃·Cl—Na型,以采区边界断层为界,主要离子含量存在较大差异性,并分析了水样中阳离子Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺主要来源。研究成果可为查清砂岩裂隙含水层分布规律、富水性和水化学特征提供指导,为制订矿井防治水方案提供重要依据。     

浅埋煤层群开采覆岩导水裂隙带发育规律

神南矿区各矿逐步进入煤层群开采,顶板矿压、漏风、突水、地表损害等问题凸显。针对红柳林煤矿4^-2号煤层(上煤层)与5^-2号煤层浅埋煤层群开采条件,通过现场实测和物理模拟,研究了红柳林煤矿浅埋煤层群覆岩导水裂隙带发育规律。现场施工观测SK1和SK2钻孔,钻孔观测的平均冒采比为5.5。物理相似模拟和数值计算得出,4^-2号煤层工作面顶板冒落带高度为14.5～15.8 m,是采高的5.05～5.5倍;覆岩稳定后裂隙带高度91 m,为采高的31.7倍。5^-2号煤层工作面顶板冒落带高度为26.4 m,为采高的4.4倍;裂隙发育高度到达地表,约为采高的31.7倍。研究成果可以为红柳林煤矿煤层群高效绿色开采提供理论依据。     

阜康市西黄草沟井田水文地质特征及矿井水害防治措施

准南煤田西黄草沟井田煤炭资源丰富,煤种为优质的炼焦用煤,水文地质条件比较复杂,矿井开采的直接充水含水层为八道湾组下段煤层顶、底板砂岩类孔隙裂隙含水层组,富水性较弱;但第四系松散岩类孔隙间歇含水层、烧变岩含水层富水性较强,通过孔隙、裂隙向矿井充水,成为影响矿井开采的主要充水因素。因此,开展对该井田水文地质特征及矿井水害防止措施的探讨,对煤矿开采的安全性具有非常重要的现实意义。     

浅谈乌兰木伦煤矿2-2煤盘区方案设计

乌兰木伦煤矿1号煤二盘区已经回采完毕,矿井1^-2煤层进入回采后期,2^-2煤层压覆3^-1煤层,为矿井薄厚配采,提高矿井煤质,解决压茬关系,需对2^-2煤进行回采工作。因此,集团公司委托设计公司进行乌兰木伦煤矿2^-2煤四盘区开采初步设计的编制工作。根据矿井2^-2煤地质资料     

华亭煤矿水文地质条件分析

华亭煤矿目前主采煤层为煤5层,根据近期进行的水文地质补充勘探,并结合以往资料对水文地质条件进行了分析,矿井开采主要充水因素为地下含水层水及采空区、巷道积水.井田内含水层按其含水性、含水类型及水力特征,划分为5个含水层,其中第一、二、三含水层为直接充水含水层,但其富水性弱,对未来井田开采影响不大;煤5层开采后所形成的导水裂隙带全部没有进入第四、五含水层,因此煤层正常开采及构造不发育地段情况下,第四、五含水层对矿井充水影响不大.华亭煤矿目前开采2501采区,受工作面回采影响,部分工作面存在采空区积水,在煤层开采过程中需引起注意.