黄陇煤田煤层顶板水害特征及其防控技术

陕西黄陇煤田是我国主要产煤基地之一,煤层开采主要受顶板巨厚洛河组砂岩水威胁,水害防控形势严峻,分析顶板涌水特征、研究水害防控关键技术对于煤矿安全生产具有重大意义。在收集该区域典型煤矿工作面涌水量资料的基础上,分析顶板水害类型及其主控因素,总结工作面涌水量变化规律,并研究顶板巨厚砂岩含水层水害形成机理,进而提出顶板水害防控关键技术。结果表明:(1)黄陇煤田顶板含水层充水可分为持续涌水式、非持续涌水式和泥砂溃涌式3类,持续涌水式包括可控持续型和高强度持续型,非持续涌水式分为离层涌水型(包括偶发离层涌水型和频发离层涌水型)和脉冲式涌水型,以及泥砂溃涌型共6型。(2)关键隔水层厚度、煤层与洛河组砂岩间距、洛河组砂岩的富水性共同决定顶板涌水形式:当关键隔水层厚度较小甚至缺失,洛河组砂岩富水性弱且与煤层间距较小时,发生脉冲式涌水;当关键隔水层厚度较大且分布稳定,洛河组砂岩富水性中等至强且与煤层间距较小时发生持续涌水;当关键隔水层巨厚,洛河组砂岩富水性弱且与煤层间距巨大时发生离层涌水;当煤层顶板导水裂隙带范围内的侏罗系地层发育胶结不良地质体或煤层出现冒顶现象,容易形成水砂溃涌灾害。(3)地下水位监测预警技术、地面钻孔疏放离层积水技术、井下泄水巷集中排水技术、排水系统建设与维护技术、减水开采技术等是黄陇煤田水害防治的关键技术;工作面精细管理制度、工作面水情日分析制度、专家会诊及对标学习制度等是做好水害防治工作的配套管理对策。      

贵州省腾龙煤矿溃水溃矸事故形成机制分析

腾龙煤矿10903工作面发生了离层水导致的溃水溃矸事故,通过事故现场、涌水情况、溃入物质及支护变化进行了事故类别判断。为研究溃水溃矸的形成机理,通过分析工作面顶板地质结构及含水层特征,阐明了工作面发育离层水的地质条件;基于采场顶板覆岩组成、离层相似模拟试验,指出煤层上部的长兴组灰岩是控制覆岩形成离层空间亚关键层,长兴灰岩水是离层水的主要补给水源。分析研究了事故发生前工作面迎头构造发育、采掘及顶板支护变化,指出离层水发育、断层破坏及支护缺陷导致顶板碎裂岩体架前切冒,形成了溃水溃矸。     

阳泉矿区瓦斯抽放方式及优选原则

针对阳泉矿区瓦斯赋存特点,通过对比分析各类瓦斯抽放方式指标,从而得出经济、技术可行的最优抽放方式;阳泉矿区单一煤层采用U+L型通风方式的工作面,大口径钻孔抽放方式是最佳选择和发展方向;15#煤层综放工作面采用U型通风方式和走向顶板岩巷抽放方式比较优越。      

离层积水存在的矿井工作面涌水量预计

通过对某矿发生特大顶板突水工作面的充水条件分析,认为工作面采动叠加影响,在顶板厚层砂岩中形成的离层积水,是突水的主要充水水源。采用经验类比法和当量流径法,基于工作面涌水量值为正常涌水量与离层裂隙积水引起的涌水量之和,提出了涌水量预计计算理论公式,预计了该工作面未采区段恢复生产的涌水量大小。经实际开采检验,该方法基本可行。      

宁夏红柳煤矿水文地质特征及首采工作面涌水分析

红柳煤矿属宁夏东部大型国有煤矿,投产仅半年,矿井首采工作面就发生较大规模的涌水4次,最大涌水量达3000m3／h,造成了较大的经济损失。在分析矿区水文地质条件和涌水特征的基础上,对矿井水文地质条件进行了评价,总结了工作面涌水特征。研究发现,直罗组砂岩裂隙孔隙承压含水层地下水是井下突水的主要水源．顶板导水裂隙带是矿井的主要充水通道;工作面突水呈现周期性特征,并与老顶周期性垮塌步距基本一致;涌出水总量与工作面推进距离及开采面积呈正相关;随着工作面开采面积的增大,工作面稳定涌水量也随之增大;顶板的岩性及其组合特征为离层储水空间的形成提供了条件;离层水的形成是矿井涌水量较大的主要原因。研究成果对该矿乃至宁东地区煤矿安全生产和矿井防治水措施的确定具有一定的指导作用。     

基于工作面全覆盖的地面瓦斯高效抽采模式研究

针对煤层碎软、渗透性低、工作面瓦斯抽采难度大且效率低的问题，提出两端对接分段压裂顶板水平井组的工作面瓦斯抽采全覆盖模式。选取淮北煤田宿县矿区某矿井为例，依据研究区地应力与工作面展布特征，结合研究区内瓦斯地质条件及煤层力学性质分析，利用交叉偶极子声波测井方法优选水平井水平段布置方位，采用Fracpro PT的压裂模拟技术确定水平井水平段距离7₁煤层的范围，即布置在煤层顶板2 m以内；采用抽采模拟技术对研究区试验工程进行预测，结果显示，抽采3 a后工作面的瓦斯含量和压力都大幅度降低，达到了工作面瓦斯抽采全覆盖的要求。提出的抽采模式为国内类似地质条件煤矿地面瓦斯高效抽采提供一种手段。      

彬长矿区复合煤层联合开采区涌水特征

针对陕西彬长矿区复合煤层联合开采工作面的涌水异常,通过总结涌水特征,找出了涌水与地层、地质构造、地层压力等之间的联系,并从涌水水源、导水通道、涌水机理3个方面分析了涌水异常的原因。分析认为,受开采强度和安定组地层因素影响,洛河组已成为煤层开采的直接或间接充水含水层;褶曲构造产生的大倾角地层利于导水裂隙带发育,是形成密集出水区段条带特征的直接原因;区域地层具备产生离层水的条件,而特殊的煤层组合关系及开采顺序是造成工作面涌水峰值巨大的主要原因。      

帷幕注浆和套管隔离法在穿越采空区瓦斯孔施工中的应用

山西望云煤矿在矿区内施工目的层为15号煤层的大口径瓦斯抽放孔过程中,钻遇3号煤层老窑采空区,为瓦斯抽放孔施工和后续15号煤层开采增加了风险和难度。首先通过地面钻探方式在瓦斯抽放孔半径为6 m的采空区施工一圈帷幕孔,在帷幕孔注浆后使得瓦斯抽放孔周围形成帷幕堵水的效果,进而施工瓦斯抽放孔,最后再用套管对采空区进行隔离,为后续瓦斯抽放孔施工提供了"双保险"。确保了后续瓦斯抽放孔的顺利完工,同时消除了3号煤层采空区积水对后续15号煤层开采的影响,为今后类似工程施工提供经验和借鉴。     

高瓦斯面顶板走向钻孔抽放数值模拟与试验

高瓦斯矿井"U"型通风工作面采空区上隅角容易积聚瓦斯。以渗流理论为基础,根据气体扩散定律和质量守恒定律,建立了顶板走向钻孔抽放采空区瓦斯流场数学模型,并用6点隐式有限差分法进行了求解。以VB6.0为平台,利用工程软件SURFER模拟了抽放钻孔周围瓦斯压力场,并在现场进行了工业试验。理论研究与现场实践均表明:顶板走向钻孔抽放采空区瓦斯是解决高瓦斯工作面上隅角瓦斯积聚的一种行之有效的措施;顶板裂隙程度和状态是影响瓦斯抽放量的主要因素,将钻孔布置在适当的裂隙带中,瓦斯抽放浓度可达30%～90%,抽放负压可达50～55 kPa;数值模拟方法研究采空区瓦斯运移等工程实际问题是可行的。     

掩护支架采煤工作面瓦斯抽放技术初探

介绍了孔李公司掩护支架采煤工作面,以顶板走向钻孔结合老塘埋管抽放技术为主的瓦斯综合治理途径,解决了工作面瓦斯超限及上隅角瓦斯积聚问题,并对抽放效果进行分析,指出了影响抽放率的因素,对矿井安全生产具有指导意义.     

宁东鸳鸯湖矿区红柳煤矿顶板砂岩突水机理分析

宁东鸳鸯湖矿区地处西北干旱地区,但其红柳煤矿1121综采工作面在初采期却经历了4次较大规模的突(涌)水,最大突水量达3 000m3/h,工作面被迫两次停产.通过对采场水文地质条件及覆岩离层分布规律的深入分析研究,可以认定该工作面的周期性突水为煤层开采后顶板砂岩中聚集的离层水所致.在此基础上,总结了开采过程中对煤层顶板砂岩含水层离层水进行有效疏放的方法与成功经验.该研究对宁东鸳鸯湖矿区及其他开采侏罗系煤层矿井的防治水工作具有同等重要意义.     

近距离煤层开采水害防治技术研究

东滩煤矿三采区计划开采2、3煤层,该区具有断层裂隙发育、向斜轴部易积水、2煤层与3煤层间距较小等特点,充水条件相对复杂,回采工作面受水害威胁较严重。为确保矿井安全生产,在分析矿井三采区地质及水文地质条件的基础上,对含水层富水性进行了分析,认为2、3煤层顶板砂岩含水层和3煤层底板砂岩含水层均为极弱至中等富水性含水层;根据已有资料对2、3煤层底板等高线进行了分析,对煤层开采后采空区积水进行了预测;得出了三采区开采2、3煤层充水含水层为2、3煤层顶部砂岩及3煤层底板砂岩,涌水形式以工作面顶板来水为主,采后采动裂隙是回采工作面充水的主要通道,在此基础上,进行了工作面涌水量预计,并制定了工作面开采综合防治水措施。     

SF_6气体示踪法测定低透气性高瓦斯煤层瓦斯抽放半径

针对目前应用较多的瓦斯抽放半径测定方法——相对瓦斯压力测定法与实际情况偏差较大问题,以神华乌海能源公司平沟煤矿16号低透气性高瓦斯煤层为研究对象,在井下1606工作面施工瓦斯抽放试验钻孔,采用SF6气体示踪法测定工作面瓦斯的抽放半径,并比较了不同抽放半径的瓦斯抽放效果。实测结果表明,SF6气体示踪法所测定的瓦斯抽放半径使瓦斯抽采效率显著提高,该方法为煤层预抽瓦斯钻孔间距的设计提供了依据,可以在低透气性高瓦斯煤层的瓦斯抽放半径测定中推广使用。     

复杂地层顶板大直径高位定向钻孔试验

针对煤矿地层条件复杂,常规钻进工作量大、单孔深度不足、难以成孔、瓦斯抽采浓度低等诸多问题,开展了煤矿复杂地层中施工顶板大直径高位定向钻孔试验。以东保卫煤矿施工为依据,根据煤层顶板地质实际情况,在36号煤层顶板施工6个?120 mm大孔径顶板高位定向钻孔,其中孔深>300 m钻孔成孔率达到83.3%,最大孔深510 m。利用顶板大直径高位定向钻孔进行瓦斯抽采,其抽采浓度比原有工作面常规瓦斯钻孔抽采浓度增加66.7%,取得显著瓦斯抽采效果。顶板大直径高位定向钻孔的成功应用,为东保卫煤矿以及相似条件矿区推广应用提供了技术支撑。     

波兰煤矿瓦斯高效抽放技术特点

目前,在波兰41对主要生产矿井中,有23对高瓦斯矿井进行了瓦斯抽放。2004年瓦斯平均抽放率为30%,平均利用率为39%。根据瓦斯地质条件、瓦斯涌出特点和采区通风方式,着重介绍了波兰煤矿强化煤层、围岩和采空区瓦斯抽放,提高矿井瓦斯抽放效率的工艺技术特点。在工作面的瓦斯排放中,注重开采、通风与瓦斯抽放一体化,通过优化抽放钻孔布置,取得钻孔瓦斯抽放的最佳效果,是波兰煤矿瓦斯治理的一项成功经验,成为煤矿持续安全高效生产的重要技术保障。     

淮南刘庄煤矿定向水平井施工技术研究

刘庄煤矿的定向水平井,为首采工作面的沿煤层定向水平瓦斯抽排井,成井总进尺为1116.60m,终孔直径215.9mm。根据淮南矿区13-1煤层开采显现的三带岩移规律和瓦斯抽放效果的具体分析,该抽排井水平段的设计位置在内错风巷30m和13-1煤层顶板之上25m左右,基本上按照13-1煤层的走向延伸。施工后的实际结果为:水平方向,水平段内错上风巷最小19.88m,最大34.98m;垂直方向,水平段距13-1煤顶板最小距离20.79m,最大距离26.8m;与设计目标基本一致,后期瓦斯抽放效果良好。从介绍该井的井身结构和剖面设计入手,着重对该井在施工过程中的钻具组合、钻探施工、下管固井技术和定向技术进行了详细的说明,最后分析了该定向水平井施工技术取得的主要成效。     

大水头煤矿综放工作面瓦斯综合防治技术研究

大水头煤矿为高瓦斯矿井,地质构造复杂,煤层具有自然发火特征,煤尘具有爆炸性。结合煤矿矿井瓦斯地质,确定了适合本矿的综放面瓦斯综合防治技术。在工作面采用一进二回"B"型、一进一回"U"型通风系统以及采前预抽、边采边抽、采空区埋管抽采等综合抽采方法,保证了工作面上隅角、回风顺槽等瓦斯浓度不超限,防止了瓦斯事故的发生,实现了矿井的安全生产。     

煤层顶板次生离层水体透水机理及防治技术

为了研究以煤层顶板弱富水含水层为直接充水水源的顶板透水机理,并探索防治方法,以宁夏宁东煤田红柳煤矿1121工作面开采期间发生的4次大规模透水为切入点,通过理论分析、数值模拟并结合井下钻探等工程技术手段,得出该工作面透水是由煤层开采后顶板岩移形成的次生离层水体引发,提出了煤层顶板覆岩中隔水关键层是造成次生离层水体透水的必要条件;研究了隔水关键层位置、尺寸及其水理性质对次生离层水体周期性透水的控制作用;确定了临界隔水关键层厚度为18 m,并提出了次生离层水体致灾前疏放的最佳时机为次生离层水体形成且周期垮落前,最佳位置垂向上为煤层A主隔水关键层顶板,平面上位于下顺槽距煤帮1/6~1/3工作面斜长范围。      

鱼田堡煤矿水文地质特征及深部突水模式分析

通过对鱼田堡煤矿各生产水平、开采区域、开采煤层涌水观测资料,以及水质化验、连通试验等资料的分析与研究,查明了该矿深部煤层开采的突水水源及突水通道——浅部与采空区融为一体的“地下水库”及深部K3（4#煤层）开采时在煤层顶板以上发育的采动离层裂隙带,为防治矿井深部突水提供了较为切合实际的水文地质依据。     

工作面顶板动态离层水治理研究

2005年5月21日淮北矿业集团海孜煤矿745工作面发生了瞬时水量达3887m^3/h的特大溃水事故.经分析发现,此次溃水事故的水源来自7煤层顶板砂岩离层积水,是在复杂水文工程地质条件下,采煤工作面顶板产生的一种动态突水水源.针对离层突水的动力特点,在工作面回采影响以外的下山方向布置钻孔,并采取在工作面采前、采中和采后持续放水的措施,有效地阻止了离层水源的产生,保证了工作面安全生产.