浅埋煤层沟道采动裂缝发育特征及治理方法

黄土沟壑区浅埋煤层开采诱发的地表裂缝灾害相对严重,特别是在沟道底部等煤层埋深极浅区域易与覆岩内部裂隙贯通形成导水通道,致使地表水溃入井下威胁生产安全。为研究黄土沟壑区浅埋煤层回采造成的沟道地表裂缝发育特征及其引发的地表溃水水害防治方法,以陕西省安山煤矿125203工作面菜沟段为研究对象,采用无人机遥感技术和现场实测相结合的方法对沟底裂缝进行填图和动态监测,揭示了采动地表裂缝的平面展布规律、动态发育规律及其与工作面生产进度之间的关系。在此基础上通过实地调查沟道地质条件,提出了沟道地表裂缝不同区域的分区治理方式,并进行了现场实践应用。研究表明:(1)沟底平行开切眼裂缝多以"台阶状"发育,宽度在5 cm以内的地表裂缝占64%,宽度在5～10 cm的地表裂缝占20%,宽度在10～20 cm的地表裂缝占10%,宽度超过20 cm的地表裂缝占6%;(2)沟底平行开切眼裂缝初始发育位置与回采位置基本一致,超前或滞后回采位置不足6 m,裂缝角近似垂直;(3)随着工作面推进,正向坡裂缝呈现出"开裂—稳定"的动态变化特征,反向坡裂缝呈现出"开裂—闭合—稳定"的动态变化特征,平均动态变化时间为3.70 d;...     

中深埋厚煤层开采地下水位动态变化规律及形成机制

煤炭开采对风化基岩含水层和潜水含水层的影响是榆神矿区"保水采煤"研究的重点。为揭示榆神矿区风沙滩地区中深埋厚煤层开采条件下地下水动态变化规律和机理,以榆神矿区中部某矿首采工作面(01工作面)为研究区,采用钻探、地下水位观测、野外实地探查和综合分析等方法,研究了采动地下水动态变化规律及其与覆岩损害和地表下沉之间的耦合关系。结果表明:(1)风化基岩含水层水位随回采表现出"先下降后回升"并恢复至初始水位的动态变化过程,中间可分为"快速下降"、"回升恢复"和"稳定波动"3个阶段,平均持续时间为102 d。在水位快速下降阶段,水位最大降深、平均下降速率均呈正态分布,且与距工作面中心距离呈指数函数关系;水位回升恢复阶段,持续时间和平均回升速率与距工作面中心距离呈负相关关系;(2)当潜水含水层分布局限、侧向补给缺乏时,潜水含水层水位出现"先下降后回升"和"持续下降"至稳定2种动态变化规律,且均未恢复至初始水位;(3)面内风化基岩含水层水位动态变化过程与风化基岩层的剧烈下沉密切相关,风化基岩层下沉速度的增大和减小过程分别对应水位的下降和回升过程,水位下降则与其下沉、临时性裂隙和离层发育有关,水位回升则...     

基于Bayes判别分析模型的风化基岩富水性预测

风化基岩含水层是陕北侏罗纪煤田煤炭开采的主要充水含水层,风化基岩含水层富水性的分区预测是矿井防治水的关键。以红柳林井田中西部为研究区,在分析影响风化基岩富水性控制因素的基础上,选取了风化基岩厚度、岩心采取率、风化程度、岩性组合、风化基岩顶面标高以及砂基比6个因素作为判别指标,以研究区内41组有效风化基岩钻孔抽水试验数据以3∶1的随机分配方式作为训练样本及验证样本,构建了富水性Bayes判别分析模型;采用该模型对红柳林井田中西部未进行过抽水试验钻孔的风化基岩富水性类别进行了预测,得到了风化基岩富水性预测图。结果表明：研究区西一盘区内整体富水性相对较强,强富水性区空间分布不均;北二盘区及南二盘区大部分区域富水性相对较弱;极弱富水性区分布于东南部。通过与实际生产中工作面涌水量及出水点位置对比,该富水性分区预测结果与实际吻合。     

黄河中游榆神府矿区采动含水层失水模式及保护技术

“煤-水”矛盾已成为制约榆神府矿区煤炭安全高效绿色开采的主要因素。为缓解区内煤炭开采与水资源保护之间矛盾,切实保护水资源和生态环境,以榆神府矿区内典型煤矿为例,研究揭示了煤水赋存特点,构建了采动含水层失水模式,初步探讨了水资源保护整体思路和技术。研究成果表明:榆神府矿区内存在地表水和地下水2大类水资源。地表水以海子、地表径流以及泉的形式赋存,地下水则有萨拉乌苏组潜水、烧变岩水和风化基岩水3种重要类型。按照含水层与导水裂隙带的位置关系,将其分为低位含水层和高位含水层2类。低位含水层失水模式为导通漏失型,高位含水层存在非导通垂向渗失和渗流溢出蒸发散失型2种失水模式,前者发生于高位承压含水层中,后者则主要是高位潜水含水层的失水模式。低位含水层可通过导水裂隙带发育高度控制技术、采后顶板注浆加固技术实现水资源保护,高位含水层可通过人工隔水层再造、离层注浆以及协调开采技术实现水资源保护。对于无法实施原位保护流入采空区的水则可通过地下水库存储、净化循环利用和深部回灌等矿井水综合利用技术处理间接实现水资源保护。     

浅埋煤层过沟开采覆岩破坏特征及裂隙演化规律研究

浅埋煤层覆岩破坏规律及裂隙发育特征是影响矿井涌水有关系,尤其在地表沟谷区,由于剥蚀作用使煤层埋深减小,为了研究清楚浅埋煤层过沟开采时,上覆岩层的扰动破坏规律与裂隙发育特征,以榆神矿区张家峁煤矿14213工作面的过沟段为研究对象,通过相似材料物理模拟与数值模拟的方法,对覆岩的破坏规律及裂隙发育特征进行了研究。结果表明,煤层开采过程中,顶板覆岩会伴随产生层间离层与切穿岩层的垂向裂隙,回采至60 m时,煤层顶板悬露面积达到极限发生垮落,原有层间离层伴随垮落消失,新出现的层间离层继续向上发展,离层空间与垂向裂隙交替发育,回采至105m时,垂向裂隙导通至地表,离层结构完全破坏,岩层发生整体下沉。裂缝的动态发育规律是:斜坡裂缝的宽度随着开挖的进行由小变大并趋于稳定,坡脚裂缝的宽度则是由小变大、再变小至闭合,沟底裂缝的宽度由小变大再变小的趋势。地表裂缝的这种演化规律主要与地形和地表应力状态有关。坡肩和斜坡上部,采动裂缝形成后受斜坡拉应力的影响而宽度增大;坡脚采动裂缝形成后受坡脚压应力的影响而宽度变小甚至闭合;沟底采动裂缝形成后受压应力和坡段岩块压实调整宽度变小。     

导水裂隙带发育特征地震识别方法

导水裂隙带发育高度是保水采煤的关键参数,但导水裂隙带散射波、多次波发育,成像质量差,地震识别难度大,很难精确获取导水裂隙带发育特征。为进一步解决导水裂隙带地震识别问题,并揭示导水裂隙带空间发育特征,通过测井、钻探资料分析和三维模型正演对导水裂隙带的地震特征进行了研究。研究结果表明：电阻率、自然伽马、自然电位和冲洗液漏失量均能表征导水裂隙带发育高度,但单一因素解释误差较大,准确度低;谱分解、相干体、瞬时频率和蚂蚁追踪4种叠后地震属性分析能够不同程度地反映出导水裂隙带发育位置、高度特征,但只能对导水裂隙带部分部位实现较准确判断,无法准确反映导水裂隙带三维整体形态和发育特征。在综合地质、地震资料的基础上,根据电阻率、自然伽马、自然电位和冲洗液漏失量数据,利用主成分分析建立了导水裂隙带定量解释指标,通过地震属性优选、叠后确定性反演、叠前弹性阻抗反演、各向异性检测,结合裂隙指示曲线,利用神经网络反演形成裂隙指示数据体,对导水裂隙带发育高度和发育特征进行了定量描述,提出了适宜回采工作面导水裂隙带发育特征的地震识别方法,并成功识别了陕北某矿首采工作面导水裂隙带发育特征。实践结果表明：综采工作面走向方...     

中埋深煤层综采地表裂缝发育规律研究

为揭示陕北侏罗纪煤田中埋深工作面高强度开采诱发的地表裂缝发育规律、空间形态及深度特征,以小保当煤矿首采工作面为研究区,采用地表裂缝填图、裂缝宽度变化动态观测和裂缝示踪开挖观测等方法开展了风沙滩地区中埋深煤层高强度开采地表裂缝静态、动态演化规律及空间形态的研究.研究表明:112201工作面地表裂缝主要有边界裂缝和面内裂缝两类,前者沿平巷、切眼发育,后者于面内平行切眼发育.边界裂缝和面内裂缝宽度小于1.0 cm占73％,宽度大于5.0 cm仅占3％;裂缝整体发育程度较弱;面内裂缝宽度一般小于2.0 cm,两侧无落差,滞后回采位置发育,平均滞后距30.14 m,滞后角84.1°;面内裂缝宽度随时间呈单峰型变化即表现为先开裂、后闭合(半闭合)型动态变化特征,平均活动时间约为7.8 d且缝宽增大和减小的时间基本相等,结合地表移动观测资料给出了裂缝活动时间T的计算公式;平行平巷边界裂缝呈"带状"分布在工作面平巷内侧56 m、外侧18 m的范围内,裂缝宽度则呈现开裂-增大直至稳定的变化特征;工作面地表裂缝空间形态分为楔形,梭形和分叉形3类,沙土层内发育深度不超过2.5 m.宽度小于5 cm的裂缝在采后2个月内被风积沙自然掩埋而难觅踪迹,宽度大于5 cm的裂缝在采后6个月内大多被风积沙自然掩埋.这一研究结果对风沙滩地区生态环境治理和水资源保护具有重要参考价值.     

基于深度学习的地震多属性融合技术在导水裂隙带探测中的应用"

导水裂隙带发育高度是"保水采煤"的基础参数,准确揭示导水裂隙带发育规律有助于实现保水开采。三维地震技术具有数据横向连续、纵向分辨率较高的特点,在一定程度上能够弥补钻孔资料的不足。为了研究陕北某煤矿不同开采阶段导水裂隙带发育范围及其演化规律,以该矿30101,30102工作面为研究对象,采用以漏失量为监督数据的深度前馈神经网络方法融合多种地震属性对研究区分层开采全垮落式采动损害导水裂隙带发育高度进行探测。首先,在钻孔冲洗液漏失量观测数据分析的基础上,优选地震属性,并进行有监督的深度学习;然后,融合多种属性信息建立裂隙模型,利用裂隙模型分析确定采动覆岩结构破坏和导水裂隙带的三维空间范围、形态特征、垂向岩石破坏程度及导水裂隙带发育高度;最后,通过分析2个工作面的开采时间差异,揭示导水裂隙的发育、闭合规律。研究表明30101工作面断裂带发育最大高度为120 m,30102工作面断裂带发育最大高度为133 m,以高角度裂隙为主,主要沿垂直、平行工作面方向发育。导水裂隙带的裂隙发育是先增大后降低,断裂带上部裂隙闭合较好,断裂带下部和工作面边缘裂隙闭合较差,采动后18个月裂隙比采动后4个月减少了21...     

榆神府矿区采煤地表裂缝发育规律及特征

榆神府矿区是陕北一个重要的原煤产地，煤炭开发利用规模大、强度高，但区内生态环境脆弱，采煤诱发的矿山地质环境问题尤为显著。为全面掌握榆神府矿区采煤地表裂缝“静”、“动”态发育规律、揭示其形成机理，以榆神府矿区的安山煤矿、柠条塔煤矿和小保当一号井的典型工作面为对象开展研究。研究结果表明:① 地表裂缝分为台阶型、挤压隆起型、滑动型和拉张型4种类型以及“塌陷槽”、“平行并列”2种组合方式；② 榆神府矿区地表裂缝平面展布规律具有相对统一性，而地表裂缝表现特征具有差异性，且与采深采厚比呈负相关关系；③ 极浅埋煤层开采、浅埋煤层开采以及中深埋煤层开采地表裂缝分别具有滞后回采位置1.0 m、超前回采位置8.5 m和滞后回采位置30.14 m的动态展布规律，且地表裂缝滞后距与采深采厚比之间存在多项式的函数关系；④ 边界裂缝和面内正向坡裂缝具有“只开不合”的活动特征，面内逆向坡裂缝具有“先开后合”的活动特征，面内平坦区裂缝则具有“先开后合再开”和“先开后合”两种裂缝活动特征，平均活动时间3.7～7.0 d；裂缝“先开后合再开”的活动受覆岩运移控制，“只开不合”和“先开后合”的裂缝活动受地表移动变形控制，而斜坡裂缝活动机理则与坡体滑移密切相关。研究成果可为榆神府矿区地表裂缝治理和生态修复提供指导。