带压开采条件下急倾斜煤层底板隔水性能探查研究

急倾斜煤层带压开采较水平及缓倾斜煤层存在的突水潜在威胁较大。为了有效防范底板突水情况的发生,昌华煤矿在带压开采急倾斜5号煤层时,于井下布置了三个钻孔,采用了钻孔"三量"观测、压水试验和岩石力学测试等方法,对煤层底板隔水层进行了探查。探查成果表明:5号煤层底板至奥灰顶界隔水层隔水性能较好,厚度适中,且奥灰顶面下约50 m亦可作为相对隔水层,对防护开采5号煤层突水危险较为有利。     

山西省柳林西部峰峰组含水特征及其矿井防治水的意义

依据柳林西部中奥陶统峰峰组的岩性，将其划分为四个层段，根据钻孔岩性、抽水试验、水化学分析及岩样压汞试验成果，得出了峰峰组的弱含水特征及其与富含水的上马家沟组之间相对隔水层的存在结论，提出了煤层开采中峰峰组具有相对隔水层的性质。     

基于分形理论的杨柳矿10煤底板岩体结构类型划分

根据分形理论对杨柳矿10煤层底板断裂构造复杂程度进行评价,利用岩体结构和断裂发育程度之间的关系,以分维值为基本特征量,将10煤底板隔水层段岩体结构划分为完整结构、块裂结构、碎裂结构和松散结构。分析认为在矿井的西南部,即F7断层与F11断层之间区域,底板岩体结构处于松散状态,对煤矿开采不利。     

岩溶煤矿床防护层的防护效应评价——以邯郸王凤煤矿为例

煤矿突水现象实际上是防护层煤层底板隔水层水岩相互作用的结果。研究防护层对底板突水的抑制作用,是带水压采煤防止突水及解放水患煤层,特别是解放深部水患煤层的主要研究内容之一。在保护水资源、维护生态平衡的呼声越来越高的今天,大规模疏降煤矿岩溶地下水已经变得越来越不可取。本文在搜集大量实际资料和矿井现场试验、室内模拟试验的基础上,探讨了隔水层的防突机制;扬弃了奥灰底板突水的“下三带”的定性描述,提出了底板突水的新机理;总结出了王凤煤矿安全开采煤层判别式,并指出在无断裂构造的条件下,开采-50水平以上的下三层煤,突水可能性不大。      

煤层底板承压水导升带影响因素正交模拟试验

承压水导升带是煤层带压开采安全评价的重要因素。为了综合研究其影响因素的作用,基于流-固耦合理论,建立了煤层底板突水的水文地质物理概念模型和数值模型,采用FLAC3D数值模拟软件开展了工作面宽度（A）、隔水层厚度（B）、承压水压力（C）、煤层埋深（D）、隔水层渗透系数（E）5个因素5水平的有空列正交模拟试验。结果表明:煤层底板承压水导升高度与底板含水层水压和隔水层渗透性关系密切;各因素对试验结果的影响程度强弱顺序是E>C>D>B>A,其中因素E和C对实验结果影响显著;初始水头压力越大,水头衰减速率就越大,并随着导升高度的增加而加快。改变影响因素而导致承压水压力的变化揭示了煤层开采过程中承压水导升带高度的变化规律,为带压煤层的安全开采提供理论依据。      

平朔矿区杨涧煤矿90102工作面底板堵截技术研究

杨涧煤矿90102工作面底板隔水层厚度约50m,隔水层底板奥灰水压约1.8MPa,经煤矿开采该工作面揭露5个陷落柱,运输顺槽230~290m发生底鼓并多处开裂涌水,分析水源为底部砂岩水,底板隔水层发育的裂隙在近距离厚煤层回采条件下,必将加剧其底板破坏,为确保工作面安全开采,有必要实施底板堵截工程。为此,在矿区岩溶陷落柱发育规律探查、底鼓监测条件下,以XL1陷落柱和底鼓区为例,针对柱体下段、底板破坏带,采用水泥浆液来截断底板出水补给来源的同时加固底板隔水层强度。经钻探验证堵截效果较好。最后对治理方案、注浆层段、注浆参数等进行了详细总结,形成了适用于朔州矿区的注浆堵截技术,可为指导矿区今后防治水实践提供借鉴。     

近水平层状坝基岩体渗透结构及其工程意义

查明坝基岩体的渗透结构对于大坝工程防渗方案的制定具有重要意义。以黄河古贤水利枢纽工程近水平分布的红层坝基岩体为研究对象,使用“连续、高分辨率”压水试验数据处理与统计方法,分析了岩体透水率与高程、岩性及顺层剪切带的关系,阐明了坝基岩体的渗透结构,提出了工程防渗建议。研究发现,坝基岩体渗透结构表现出结构性和随机性双重特征。结构性表现为岩体透水率随高程的降低而减小;随机性表现为岩体透水率会因岩性和剪切构造等随机变化。对于河床及滩地坝基岩体,风化卸荷带底高程在450 m附近,1 Lu关键透水率指标界线的底高程位于340 m附近。对于岸坡坝基岩体,3 Lu关键透水率指标界线的底高程位于560～580 m。在坝基勘察深度范围内,350～360 m高程段连续分布具有一定厚度的软岩类岩体,剪切构造不发育且岩体透水微弱,可视为相对隔水层,对坝基防渗帷幕优化设计具有指示意义。文章提出的统计、分析方法具有一定普适性,可为类似工程所借鉴。     

三峡工程永久船闸高边坡岩体卸荷松弛特征研究

三峡工程永久船闸高边坡岩体卸荷松弛特征明显,采用地质调查、钻孔声波测试、内外部变形监测、现场变形试验、钻孔芯样力学试验、压水试验、孔壁录像、钻孔弹模测试等手段进行综合研究,结果表明,边坡岩体可划分为强、弱、微三个卸荷带,强、弱卸荷带岩体力学性质有明显弱化,微卸荷岩体力学性质无明显变化。在卸荷带内未产生新的结构面,但卸荷引起了结构面的进一步扩展和张开。岩体变形是结构面张开和岩块变形的综合反映,主要受开挖卸荷影响,锚索对于限制结构面张开作用明显。     

矿井防治水专家郑纲

<正>郑纲(1968.8-),男,汉族,山东泗水人,工学博士,研究员。现任中煤科工集团西安研究院有限公司水文地质研究所专家。郑纲多年来主要从事水文地质、矿井防治水领域的科研与生产管理工作。在承压水上带压开采技术方面,提出了高承压水上煤田下组煤水文地质勘探的技术理论体系、带压开采分区的综合技术方法,解决了带压开采条件下的矿井涌水量计算方法问题,使涌水量计算的准确度大大提高;深入研究煤矿底板突水的断裂力学效应和岩体水力学效应,确定了用水压致裂技术测定临界应     

赵各庄煤矿深部带压开采可行性研究

赵各庄矿14水平的提升高度为-1 200 m,而奥灰水头压力为11.76 MPa.通过研究赵各庄矿底板隔水层厚度及其阻隔水能力,讨论了充分利用有效隔水层,采用局部实施疏水降压开采等防治水技术的可能性;采用突水系数法及弹塑性力学分析法,论证了赵各庄矿深部带压开采煤炭资源的可行性.     

太原东山煤矿750下山带压开采研究

在介绍东山矿区地质、水文地质及开采条件的基础上,论述了本矿区15号煤层的带压开采条件,通过详细分析矿区水文地质条件及15号煤层隔水层底板厚度的变化规律,对煤矿的带压开采区划分了3个带,并提出了带压开采建议。      

对上榆泉煤矿奥灰水的研究

上榆泉煤矿位于山西省忻州市河曲县,地处黄河东岸,距黄河1．2km,井田面积29．7837km^2,井田内共赋存5层可采煤层,分别是9#、10#、11#、12#、13#层,煤种为长焰煤。矿井设计生产能力300万吨／年,矿井采用平硐加斜井综合开拓,水平标高850米,现采9、10#煤层,有一个综采面一个综放面,四个综掘队。井田内部分煤层处于奥灰水水位标高之下,且奥灰顶部隔水层厚度仅为50m,奥陶系地层缺失峰峰组,属于薄隔水层带压开采．     

陕北生态脆弱区保水采煤地质条件分区类型研究

生态脆弱区如何实施水资源保护性采煤是一项重大的研究课题,开展相关水文地质工程地质条件勘探测试,进行地质条件分区的研究,是实施保水采煤的重要基础和前提。以陕北典型矿井为例,在勘探测试的基础上,进采前、采后现场压水试验及室内模拟开采覆岩变形破坏过程渗透性变化试验测试等,结果表明煤层采动对上覆岩土体渗透性有不同程度影响。基岩中粉砂岩、泥岩开采前渗透性较小,可作为弱隔水层;煤层开采后,整体移动带内基岩的渗透性出现不同程度的增大,渗透系数提高了约1个数量级,而红黏土渗透性变异不明显,表明红黏土为采后的关键隔水层。按照采动后潜水漏失量、补给量和水位变化关系,将生态脆弱区保水采煤条件划分为不失水区、轻微失水区、一般失水区和严重失水区4种类型,依据水均衡原理推导出4种类型的条件分区确定公式,并给出了应用实例。     

基于改进型突水系数法治理底板奥灰水害技术

针对渭北煤田下组煤底板超薄隔水层条件下,煤层开采过程中底板奥灰水害防治技术难题,依托渭北煤田韩城矿区桑树坪煤矿奥灰水害治理课题,基于煤矿井下近水平定向钻进技术,提出底板奥灰岩层顶部利用与注浆改造的防治水思路。(1) 考虑底板破坏带失去阻水能力的因素,结合突水系数法确定奥灰顶部利用与注浆改造的临界厚度,采取自工作面两端相向钻进的方式开展定向钻孔探查,依据探查情况,结合压水试验结果,确定钻孔注浆工艺及参数,分析注浆效果。(2) 采用地面三维地震、地面瞬变电磁探查采区低阻异常和构造发育情况,采用直流电法或瞬变电磁探查巷道工作面前方富水区,待巷道系统形成后,采用直流电法测深、音频电透视探查巷道和工作面底板下的富水区,采用无线电波透视探查工作面构造及煤厚变化情况。最后根据物探和定向钻探的探查结果,实施检查技术,综合评价带压开采的可行性。研究表明,奥灰顶部富水性弱,可作为相对隔水层利用,突水系数已降至0.073 MPa/m以下,为今后进一步完善《煤矿防治水细则》突水系数临界值的确定提供坚实的依据,确保了工作面安全回采,形成了修正的突水系数法结合“探查?注浆?检查”的奥灰水害防治技术体系,延伸了矿区安全开采下限。      

轩岗矿区刘家梁煤矿5号煤层带压开采突水危险性分析评价与防治

为了分析评价奥灰含水层对轩岗矿区刘家梁煤矿5号煤层开采威胁程度,确保矿井安全开采,根据矿井以往相关地质及水文地质资料,本文以刘家梁煤矿5号煤层底板带压开采水文地质条件为基础,通过对煤层底板奥灰含水层的富水性、隔水层的岩性组合特征、底板采动破坏深度等综合分析,利用煤层底板采动破坏深度计算分析和5号煤层底板突水系数计算等评价方法,对煤层开采发生底板奥灰突水的危险性进行了综合分析评价,得出了在完整底板情况下5号煤层可以安全回采,同时还提出了煤层带压开采的防治水技术措施。     

浅埋采空区大采高条件下覆岩破坏规律

浅埋采空区下远距离煤层开采覆岩破坏直接影响本煤层工作面安全开采和上覆采空区稳定性。针对神东矿区大柳塔煤矿开采实际,采用相似模拟试验、数值计算和现场实测方法研究了2-2煤采空区下伏的5-2煤层开采覆岩运动及裂隙发育规律。研究结果表明,大柳塔煤矿5-2煤层一次采全高开采,覆岩裂隙带贯穿层间岩层导通2-2煤采空区,层间岩层的破断会诱发上覆岩层大面积垮落,工作面出现强烈的矿压显现,同时加剧了上覆采空区围岩结构失稳及地表沉陷。现场实测也表明大柳塔煤矿5-2煤层大采高开采覆岩破坏高度137. 32 m,裂采比20. 2,与模拟结果一致。这些成果可以为大柳塔矿5-2煤层工作面安全开采提供理论依据。     

深部带压开采:传承与创新

回顾了带压开采的传承与创新发展历程。阐述带压开采的概念及充要条件,以带压开采的内涵为基础,定义侵蚀基准面为浅部和深部带压开采的分界线（面）,明确承压水上采煤为带压开采,而含水层“下”采煤不属于带压开采范畴,纠正《煤矿安全规程》中有关“顶、底板带压”的不妥表述。梳理了直接为带压开采服务的理论和技术,探（探查）、治（防治）、保（保障）3项技术,机理（致灾机理）、评价（危险性评价）、预测（灾变预测）3项理论,即构成带压开采理论技术体系;华北煤田奥陶系岩溶随深度增加发育减弱,由此推断,空间上深部岩溶径流带多形成在古岩溶系统中,而现代岩溶径流带则发育于现代岩溶中。深部隔水层损伤裂隙增多,为采后承压水导升奠定物质基础。总结对比了浅部和深部底板岩溶水害特征,阐明深部奥陶纪灰岩（简称奥灰）水突水机理,沿裂隙渗透、扩容、压裂,薄层灰岩中转,不断向上导升,形成大面积散流突水。从理论上说明突水系数已不适用隔水层厚度超出80 m的情形,提出厚、巨厚隔水层带压开采评价方法:p₀ > 3σ₃-σ₁-p_p+s_T;依据隔水层厚度、底板破坏带、奥灰导升带、突水系数等因素将底板类型划分为5类隔水层,提出相应5级带压开采条件以及5种治理模式;针对深部带压开采复杂条件,倡导应用“全时空”水害综合防治思想理念及技术。面向未来,地质体+水流的本构模型仍是学术界需攻克的最大难题,现实的“卡脖子”难题,如深部岩溶发育规律、精细探查技术、水害机理及评价预测、综合治理技术等,是实现安全带压开采的关键。      

巴彦高勒煤矿3-1煤层顶板垮落裂缝带发育特征

煤层顶板为高承压砂岩含水层,煤层开采过程中,为解决上覆砂岩含水层带来的顶板垮落及裂隙导水等安全问题,以鄂尔多斯盆地南部巴彦高勒矿井3-1煤层及顶板为研究对象,基于矿井地质、水文地质、开采技术条件及现场矿压显现特征,采用现场压力试验法和数值模拟法相结合,研究3-1煤顶板垮落裂缝带的发育特征,以及煤层在大采深、高矿压、高水压条件下的煤层覆岩运移特征及其主控因素。结果表明:数值模拟和现场压力试验结果基本一致,判断3-1煤开采后,顶板垮落带发育高度为38.7m,顶板垮落裂缝带最大高度为126m,裂采比为23.7。为煤矿预测煤层顶板裂隙带发育高度提供了一种新的方法。研究结果对内蒙古呼吉尔特矿区乃至周边相似地质条件矿区的安全开采和煤层顶板防、隔水煤柱的留设提供测试方法和参考依据。     

带压开采煤层底板突水安全可靠性分析

为合理评价孙疃煤矿10煤层带压开采的安全可靠性,建立了10煤层隔水底板稳定性可靠度分析模型。考虑底板隔水层厚度、底板岩石容重、抗拉强度等参数为随机变量,采用斯列萨列夫安全隔水层厚度计算公式建立极限状态方程。在研究随机变量概型的基础上,采用JC法、最优化法以及基于最优化的蒙特卡罗法计算隔水底板的可靠度以及失效概率,并探讨了该矿10煤层安全开采的可靠指标,避免了单纯依据定值作为突水判据的某些不合理性。     

三峡工程地下电站主厂房围岩渗透性研究

利用压水试验资料分析了主厂房区岩体在水平方向和垂直方向的渗透性。在水平方向,主厂房区岩体的渗透性以微透水-弱透水为主,部分甚至不透水,个别岩体中等透水,厂房位于比周边岩体渗透性弱的区域上。在垂直方向,主厂房区大部分岩体的渗透性随深度的增加而递减,但也有小部分岩体的渗透性变化不明显,并非随深度的增加而递减。导致这种现象的原因是这部分岩体中高倾角的裂隙和断层比较发育。在同一高程上,断层端点对岩体透水率有较大的影响,断层端部发育聚集的地方,岩体的透水率大。