利用连通试验查找导水通道的应用研究

为探查潘北煤矿井田内主要断层的导水、阻水性,及太原组CI3组灰岩含水层与寒武系含水层之间水力联系,采用连通试验方法,即从寒武系观测孔内注入KI示踪剂,在试验放水巷道放水点进行采样,分析示踪剂浓度随时间变化特征,结果表明:寒武系灰岩水仅与CI 3下存在局部水力联系,与CI1、CI2灰岩含水层间无水力联系,同时也表明寒武系灰岩水通过不同尺度的导水断层,对CI3下含水层发生补给.灰岩露头区的F1、DF1均为导水断层.试验成果为在开采A组煤层过程中对底板灰岩水害防治提供了科学依据.     

河南大峪沟煤业集团炭煤矿突水机理分析与治理

结合炭煤矿水文地质特征,分析了主要含水层和隔水层对突水的影响,研究了炭煤矿突水防治问题．结果表明,巷道底板灰岩裂隙发育,水压较高,加之矿压影响是造成奥陶系灰岩寒武系灰岩突水的主要原因．采用先封堵巷道截流再钻探延伸封堵奥陶纪灰岩裂隙治源的综合注浆堵水方案,并在较大面积内加固顶底板,堵水率可达到90％．此方法为解决炭煤矿动水注浆堵水问题提供了参考．     

晚古生代煤田水文地质特征与防治水理论及技术

世界煤矿突水量前5位都发生在中国华北,其水源为石炭-二叠系煤系底板的奥陶系石灰岩岩溶水,突水造成的直接经济损失位列中国煤矿各类事故之首.为了探讨其原因,通过调研,比较了中国与国外晚古生代大煤田煤矿开采防治水的难易程度和防治水技术方法,结论主要包括:1)中国华北、华南及俄罗斯的莫斯科近郊煤田(石炭-二叠系)在世界晚古生代煤田中矿井水文地质条件最为复杂,均受岩溶水威胁,防治水难度大;其余大煤田煤矿开采主要受煤系裂隙水影响,防治水难度相对较小;2)中国煤矿水文地质条件复杂的主要原因是板内构造变形剧烈、构造地质条件复杂,煤层顶底板近距离内即有厚度大且强岩溶化的富含水层,断层、陷落柱和暗河等导水通道多且规模大,而世界其他大煤田和含煤区则处于地盾等构造稳定区域,埋藏封闭条件好、构造简单、断层稀少,煤层顶底板没有较富含水层或很厚的隔水层;3)国外煤矿防治水方法以疏干开采为主,对条件较复杂的区块采取弃采和暂不采的方式,中国以带压、限压、疏降等多种方法并用,对各种条件下的煤层均进行了开采;4)国外重点在疏降水与排水设备及其自动化控制技术上突出,中国以带压开采理论和隔水层加固、含水层改造技术见长.     

五图-双系数法在煤矿突水评价中的应用

为安全开采受承压水威胁的一1煤层,分析了郑州矿区大平煤矿主要底板突水因素,并用单一突水系数公式对底板突水进行了预测分区.研究表明,用单一的突水系数公式来预测突水事故并不准确.在突水系数法的基础上,把含水层奥灰岩富水区、矿山压力、大中型断层、小断层密集带等主要突水因素考虑进去,对突水系数法进行修正,用五图-双系数法对大平矿底板突水进行预测分区,其预测结果可以指导煤矿安全开采.     

底板最大突水量预测

以断层或陷落柱为通道的底板突水 ,在最大突水量时 ,突水通道内壁具有达到最光滑程度的特征 ,据此建立了最大突水量计算的圆形光滑管道模型 .根据流体力学理论 ,推导出采场底板最大突水量预测的非线性公式 ,揭示矿山压力对最大突水量的非线性影响 ,并用实例了说明该公式的可应用性 .     

基于五图双系数法的煤层底板突水危险性评价

为准确预测煤层底板突水的危险性,以平煤八矿为例,利用五图双系数法对二1煤层底板寒武系灰岩水发生突水的危险性进行了预测评估。通过分析隔水层与水压的关系,计算了带压系数和突水系数;利用Surfer绘图软件,绘制了底板水压、水头分布、突水系数的等值线图和突水危险性分区图。该方法比突水系数法更为全面;与脆弱性指数法相比,不需要太多的相关资料。结果显示,突水危险性较大的区域分布在矿区的西北和东北部,面积较小;南部和中部有2个小的区域属于基本安全区;其他区域属于突水危险性较小的区域。整体而言,平煤八矿二1煤层底板寒武系灰岩水发生突水的危险性小。     

中型断层导水通道的井上下联合注浆加固技术研究

通过对焦作矿区地质构造、充水水源和断层充水水害特征的分析,提出了中型断层导水通道井上下联合注浆加固的矿井水害防治技术,并实际应用于九里山矿和演马庄矿中型断层导水通道的防治水工作中.研究表明,井上下联合注浆加固技术对于减弱含水层的富水性并切断断层补给通道,增强巷道围岩及底板隔水层的强度,实现巷道不突水掘进,均具有十分重要的意义.     

基于群孔大型放水试验的寒灰水疏放可行性研究

为了进一步查明平禹一矿寒武系灰岩的富水性及连通性,正确评价寒灰岩溶水疏放难易程度,利用三采区17个寒灰放水孔,技改井车场附近25个放水孔,对寒灰含水层进行了三个落程的群孔放水试验.从结果可以看出,寒武系灰岩含水层富水性强,连通性好;技改井对今后矿区排水起着重要的作用;各个观测孔在历时相当长时间后水位并没有达到稳定的状态,而是表现为水位降幅减小,表明寒武系灰岩水是可以疏放的.矿井排水依然为今后主要的防治水方法.     

煤层底板灰岩含水层突水危险性评价

在对某矿含水层富水性、地质构造、隔水层等影响底板突水因素综合分析的基础上,采用突水系数法和安全水头压力值对4号煤层底板主要灰岩含水层突水危险性进行了评价,分析结果表明,伏青灰岩水对-550m标高以下4号煤层的开采具有突水危险性,而对其他含水层均不构成突水威胁,这为矿井防治水和安全生产奠定了理论基础．     

煤矿隐伏断层突水的断裂力学模型及力学判据

针对导水断层和底板塑性滑移场的空间关系,把导水断层和底板塑性滑移场的最短距离视为断层突水的关键路径,建立了底板隐伏断层突水的简化断裂力学模型.利用断裂力学理论分析了含斜裂缝有限板裂缝尖端的应力强度因子计算公式,推导了导水断层发生劈裂破坏的临界水压力以及影响因素.结果表明:发生断层突水的临界水压力随着断层长度增加而减小、随着断层到底板距离的增加而减小、随着水平压力增大而增大的趋势.根据压剪裂缝扩展时翼型分支裂纹扩展理论,获得底板隐伏断层突水的必要条件是承压水达到临界水压力,充分条件为断层到煤层底板的最短距离达到一个的临界值以及相应的理论公式.     

煤层气开采后成庄矿15号煤层底板突水危险性评价

研究煤层气开采后煤层底板突水机制及危险性评价,对于煤炭安全开采具有重要的理论和实际意义.从岩石力学和地质力学两方面对煤层气开采后煤层底板突水进行理论分析,并以山西晋煤集团成庄矿15号煤层底板奥陶系含水层为例,建立突水危险性评价模型.结果表明:煤层气开采后,若煤层底板与奥陶系含水层导通,煤层底板突水的主控因素按权重从大到小依次为底板最小主应力、底板含水层水压、有效隔水层厚度、地质构造;若煤层底板与奥陶系含水层未导通,底板突水控制因素按权重从大到小依次为底板含水层水压、有效隔水层厚度、含水层富水性、地质构造、岩石破裂压力和底板最小主应力;采用层次分析法确定主控因素权重,利用分形-脆弱性指数法进行突水危险性分区,即研究区西部脆弱性较强,中北部为过渡区,东南大部为安全区.该评价模型可为煤层气开采后煤层底板突水危险性评价提供参考.     

冯营矿矿井突水机理分析

针对冯营矿矿井水文地质条件复杂、水害严重的现状,研究了矿井充水水源、充水通道等充水条件,认为石炭系L8灰岩水、顶板砂岩空隙裂隙水和L2灰岩水是主要充水水源,断裂构造是主要的导水通道．研究表明：煤层顶板砂岩含水性相对较弱,太灰和奥灰含水层属中等-强富水性;断裂构造是沟通煤层底板太原组L8,L2灰岩和奥陶系（O2）灰岩的主要通道,也是矿井突水且突水量较大的主要因素之一．井田断层发育且导水良好,形成矿井突水的潜在威胁;对煤层底板采动裂隙影响的计算表明其有效隔水层较薄,加之矿压对底板的破坏,可构成煤层底板导水通道．以上因素导致冯营矿水害频发．     

冯营矿矿井突水机理分析

针对冯营矿矿井水文地质条件复杂、水害严重的现状,研究了矿井充水水源、充水通道等充水条件,认为石炭系L8灰岩水、顶板砂岩空隙裂隙水和L2灰岩水是主要充水水源,断裂构造是主要的导水通道．研究表明：煤层顶板砂岩含水性相对较弱,太灰和奥灰含水层属中等-强富水性;断裂构造是沟通煤层底板太原组L8,L2灰岩和奥陶系（O2）灰岩的主要通道,也是矿井突水且突水量较大的主要因素之一．井田断层发育且导水良好,形成矿井突水的潜在威胁;对煤层底板采动裂隙影响的计算表明其有效隔水层较薄,加之矿压对底板的破坏,可构成煤层底板导水通道．以上因素导致冯营矿水害频发．     

基于分形-脆弱性指数法的煤矿底板突水预测——以王行庄煤矿为例

针对脆弱性指数法在煤矿底板突水预测中主控指标选择和权重确定具有较大主观性的问题,提出了分形-脆弱性指数法,即以单位涌水量、含水层渗透系数、含水层水压及隔水层有效厚度4个主控因素量化含水层和隔水层的性质,以断层分维量化断层的综合性质,利用层次分析法确定以上5个主控因素权重,利用GIS进行权重叠加。并用该法对王行庄矿二_1煤层底板太原组L_(1-4)灰岩含水层突水危险性进行了预测。结果显示,王行庄矿二_1煤层底板脆弱区位于矿山西北部,占全区面积的10.38%,且实测突水点位于预测分区图的脆弱区。分形-脆弱性指数法减少了主控因素的数量(以往研究对断层的量化至少需要3个指标),提高了模型预测精度,可以更好地指导煤矿安全生产。     

曹村煤矿十采区水文地质条件与突水危险性分析

通过对曹村煤矿十采区综合研究分析,认为K8砂岩、第四系空隙含水层是2#煤开采时的主要充水含水层;十采区下组煤主要受到顶板K2灰岩含水层和底板奥灰水突水的影响;通过对奥灰水突水危险性的定量计算,并对突水危险性进行分区,在Ⅰ区突水危险性较小,应重点加强对Ⅱ、Ⅲ区探测和监测工作,对局部富水地段进行注浆加固,以增加隔水底板的有效厚度和强度,达到防治突水的目的。     

基于断层影响因子与断层分维特征的断层突水危险性定量化分析

断层是诱发矿井突水事故的重要影响因素,新汶煤田受奥灰岩溶突水威胁严重,针对断层诱发突水问题,在系统总结新汶煤田矿井断层构造分布特征基础上,建立了断层对奥灰岩溶突水影响定量化分析体系。引入断层影响因子概念,对底板突水危险性进行了定量分析;采用非线性理论对煤矿地质构造发育特征进行定量化研究,揭示了矿井断层分维特征,提出了断层分维特征及其对突水影响危险性分区的原则及方法。采用断层影响因子等值线和断层分维等值线相互融合技术,得到新汶煤田协庄煤矿奥灰岩溶裂隙分布规律。根据不同单元岩溶的富水性,圈定出煤层突水危险区,对煤炭开采防治突水灾害具有指导意义。     

多煤层底板单一含水层矿区突水变权脆弱性评价与应用

针对煤层底板突水脆弱性常权评价中存在的不能反映各主控因素在不同组合变化状态下对底板突水的控制与影响作用,以及我国大范围多煤层底板单一含水层矿区突水的统一规范评价技术难题,以大屯矿区为例,采用基于变权的脆弱性指数法分别对7^#,8^#和21^#煤层底板奥灰突水进行了脆弱性评价和分区研究.通过采用对各主采煤层底板突水主控因素的统一归一化,构建相同变权状态向量,划分统一的各主控因素变权区间,确定统一的变权脆弱性指数分区阈值等关键技术,实现了大屯矿区7^#,8^#和21^#煤层底板奥灰突水脆弱性的统一评价与分区,首次对多煤层底板单一含水层类型矿井采用变权理论开展了突水脆弱性评价.本文还从区域大尺度范围,采用基于变权理论的底板突水脆弱性指数法对同一水文地质单元内的大屯矿区进行了统一评价和分区,并与常权脆弱性评价进行了对比.结果表明:基于变权的脆弱性评价能够更真实地反映各主控因素在不同组合状态下对底板突水的动态控制作用和煤层底板突水的复杂非线性动力作用过程.     

平煤西部矿区灰岩水赋存特征及涌水量预测

对平煤西部矿区含水层特征、富水性强弱、隔水层隔水性能以及灰岩水的补、径、排条件进行了分析研究,同时采用稳定流法对研究区采掘揭露灰岩时可能产生的涌水量进行了预测,最后得出矿区内对矿井充水影响较大的含水层是碳酸盐类岩溶裂隙含水层（组）,主要包括寒武系灰岩含水层、石炭系太原组灰岩含水层及第三系灰岩含水层,隔水层主要是页岩和泥岩,通过分析灰岩承压水的赋存特征得出其赋存的规律,即灰岩地下水的赋水性同灰岩的埋藏深度呈负相关的关系.通过以上分析为矿井防治灰岩水提供一定的依据.     

带压开采工作面底板突水规律相似模拟试验

为研究带压开采工作面底板破坏规律和突水形成机制,以焦作矿区赵固一矿首采工作面底板为研究对象,使用自主设计的底板突水机理物理模拟试验系统进行相似模拟试验。通过对回采过程中底板突水过程以及突水前后岩层的视电阻率进行模拟和观测,研究了承压含水层威胁下底板破坏和发生突水的一般规律,揭示了矿山压力引发的破裂构造是导致底板突水的重要因素,并得出底板破坏深度。研究结果可为评价赵固一矿带压开采提供理论基础,为揭示带压开采底板突水的力学机制提供参考。     

米村矿一1煤底板奥灰水突水危险性分析

带压开采过程中,防止底板突水是安全生产的关键.为了解突水原因,通过对生产现场地质资料进行疏理,并运用地质理论和矿山压力理论,对拟开采的一1煤层突水危险性进行了分析,认为煤层直接底板本溪组铝土质泥岩隔水层厚度过薄,井田内小断层比较发育,间接底板奥陶系灰岩的富水条件是矿井突水的主要因素.分析结果可为今后预测一1煤底板突水危险性提供理论依据.