地面核磁共振技术在隐伏火烧区富水性探测中的应用

煤层隐伏火烧区上覆基岩复合含水层(包括风化基岩和烧变岩含水层)是煤层开采的主要威胁之一, 明确隐伏火烧区的富水性对矿井水害防治具有重要意义。基于此, 以发生过较大突水事故的柠条塔煤矿为研究对象, 利用地面核磁共振(SNMR)技术开展隐伏火烧区含水层富水性探测并对其进行分析和验证。结果表明, 隐伏火烧区共有2个含水层位, 分别为第四系松散砂层含水层和1-2 上煤上覆基岩含水层; 第四系砂层含水层富水性受地表地形及其下隔水层顶部起伏形态影响水平变化较大; 1-2 上煤上覆基岩含水层富水性总体西南较低、北东较高, 该含水层厚度9~30 m, 局部相对较厚, 推测为1-2 上煤火烧区风化基岩和烧变岩含水层的叠加反映; 研究区内1-2 上煤上覆基岩含水层总体呈现出西部及中部偏东南区域富水性相对较大, 其余区域富水性相对较小。利用SNMR得到的含水层富水程度与探放水孔及水文孔的涌水量结果大致相同, 表明该方法的勘探结果相对可靠, 可用于隐伏火烧区富水性的探测。      

宁夏红柳煤矿直罗组下段含水层富水性评价

宁夏红柳煤矿自2009年9月份开始回采以来,矿井首采工作面2#煤顶板多次发生较大规模涌水,造成了较大的经济损失。在综合分析井田水文地质条件基础上,研究影响含水层富水性的多个地学信息,确定了含水层厚度、单位涌水量、渗透系数、脆塑性岩厚度比、岩心采取率、冲洗液消耗量等6个主控因素;应用基于GIS的层次分析法(AHP),确定了各主控因素对富水性影响的权重,计算出了富水性指数,最后建立了富水性分区图,对矿井安全生产具有指导作用。     

山西潞安集团李村煤矿水文地质条件及矿井涌水量预测

李村煤矿为新建矿井,位于潞安矿区西部深埋区,计划开采山西组3号煤,矿井水害为煤层顶板砂岩裂隙水.在分析矿井水文地质条件的基础上,采用瞬变电磁探测成果,对3号煤顶板富水规律进行了研究,认为首采区的各含水层的富水区与构造相差程度高,且为片状分布,主要分布于两个较大倾斜构造和X7陷落柱及工业广场南部的陷落柱附近.采用富水系数法和解析法对井井底车场和首采工作面的涌水量进行了预测,认为富水系数法计算的涌水量成果较为可靠;利用承压含水层非稳定流定降深法对首采区1302工作面的涌水量进行了动态预测,发现顶板砂岩含水层是以疏干充水为特征.该研究对李村煤矿矿井建设及采区生产的防治水工作具有指导意义,同时对于山西潞安矿区西部煤层深埋区新建矿井排水系统及矿井防治水措施具有重要的参考作用.     

鄂尔多斯盆地北部深埋区“地貌—沉积”控水关键要素研究

鄂尔多斯盆地北部深埋煤田区地表主要有沙漠、基岩台地和黄土沟壑等地貌类型,沙漠区工作面涌水量比其他地貌区大1~2个数量级。为了查清煤层顶板直接充水含水层补给水源、导水通道和充水强度的控制要素,从地形地貌和地质沉积方面开展了研究,结果表明:沙漠地貌地势平缓,降水入渗系数大,第四系厚度大、富水性强,为下伏含水层提供了丰富的补给水源;基岩台地和黄土沟壑地貌,地形起伏大,降水入渗系数极小,浅部地层富水性极弱,是下伏含水层补给能力较弱的水源。陆相沉积形成的砂泥岩互层结构,不存在区域性稳定隔水层,各层段均属于弱-中等富水性含水层,3个矿井的白垩系含水层水位下降了20~130 m,证明浅部与深部含水层存在较密切的水力联系。煤层顶板主要发育七里镇砂岩和真武洞砂岩含水层,为厚度较大的中粗砂岩段,直接充水含水层地质沉积条件相似,但是沙漠区工作面顶板钻孔水量、累计预疏放水量和采空区涌水量均远大于其他地貌区,直接充水含水层富水性主要受地貌控制,深部含水层的水源为大气降水和第四系含水层。沙漠地貌区的不同矿井,工作面顶板钻孔水量、累计预疏放水量、采空区涌水量也存在较大差异,该差异与直接充水含水层厚度和岩性等有关,反映了地质沉积条件也是控制含水层富水性的重要因素。地形地貌和地质沉积是控制直接充水含水层富水性和工作面涌水量的关键要素。     

顾北煤矿1243（3）工作面提高回采上限覆岩破坏高度研究

提出对顾北煤矿1243(3)工作面回采上限开采产生影响的主要含水层为新生界承压含水层、基岩风化带及顶板砂岩含水层。根据其水文工程地质、勘探和土工试验资料,分析新生界松散层含(隔)水层、基岩风化带及煤层顶板砂岩含水层的水文工程地质特征以及各含水层之间水力联系,结合《"三下"开采规程》、覆岩类型、含水层富水性特征,确定该工作面水体下开采等级为Ⅱ类,并通过类比、公式法、实测研究冒落带破坏高度,确定防水煤柱高度,收作线上口防水煤柱最小,采后冒落带仅发育在二叠系煤系地层中,符合《"三下"开采规程》Ⅱ类水体的有关规定,工作面回采无水害威胁。     

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。     

神府矿区活鸡兔矿井烧变岩水文地质特征

烧变岩是活鸡兔矿井的顶板充水含水层,直接威胁着矿井的生产安全。烧变岩分布广泛,裂隙发育程度在垂向上规律明显:下剧—中强—上弱。其富水性除受构造、地形和地貌的控制外,还决定于是否接受其他含水层的补给。烧变岩水水质良好,符合国家饮用水标准,供排结合是矿井水综合利用的有效方法。      

潘谢矿区薄基岩下开采“压架子”影响因素及其成因模式分析

在隐伏煤田浅部薄基岩综采过程中,时常遇到覆岩下工作面中发生"压架子"事故,造成严重安全威胁和巨大经济损失。以淮南潘谢矿区为例,在分析水文地质条件基础上,从底部松散层富水性、风化带厚度与覆岩力学性质的角度系统分析其影响因素,并建立区内"脆性顶板与强富水含水层"与"软弱顶板与弱富水含水层"两种条件下的"压架子"成因模式,为该区及类似条件下的煤层安全开采提供了参考。     

基于全卷积神经网络的钻孔瞬变电磁法岩层富水性预测研究

巷道掘进前方采用钻探或地球物理方法进行超前探测含水层的位置及富水性,提前做好防治水工作对煤矿安全生产至关重要。利用钻孔瞬变电磁法(BTEM)进行超前探测优势明显,目前解释方法是根据计算的电阻率进行岩层富水性的定性分析,还无法实现对含水层富水性等级进行预测。提出利用钻孔瞬变电磁法探测,采用全卷积神经网络(FCNN)方法进行钻孔外围含水层富水性等级的准确预测。首先,依据阿尔奇公式、Kozeny–Carman公式、导水系数公式和单位涌水量公式,建立砂岩含水层单位厚度的电阻率与按钻孔单位涌水量划分的含水层富水性4个等级的对应关系;其次,建立全空间条件下不同富水性岩层的地质–地球物理模型,采用三维时域有限差分法(FDTD)进行全空间瞬变电磁场数值模拟;为了接近实际情况,在正演结果中加入了5%～15%的随机噪声,提取与岩层富水性等级关联的特征参数,采用全卷积神经网络(FCNN)进行了岩层富水性等级预测的训练和仿真测试,测试集预测的富水性等级平均准确率为91.8%;最后,利用某矿煤层水力压裂后的钻孔瞬变电磁法实测数据进行煤岩层富水性等级预测,检验FCNN方法预测效果。研究结果表明:采用全卷积神经网络...     

基于GIS的煤层顶板含水层富水性评价

为减少单一赋权法在评价含水层富水性方面的不足,以韩家湾煤矿为例,在综合分析矿井地质、水文地质条件的基础上,选取含水层的厚度、岩心采取率、砂岩粒度指数、砂地比以及砂泥交互层数作为影响富水性的主控因素,分别利用模糊层次分析法、CRITIC法获得各主控因素的主、客观权重,通过博弈集合理论得到综合权重,进而基于GIS平台对含水层的富水性进行分区评价。结合钻孔单位涌水量、矿井出水点的分布结果对含水层的富水性分区结果进行验证。结果表明:研究区富水性整体呈现由中部向两侧逐渐减弱的趋势,该模型的评价结果与实际情况相吻合。     

锦界煤矿水文地质特征与矿井充水危险性预测

矿井充水危险性预测是矿井水害防治的重要工作。通过锦界煤矿矿井水文地质特征的研究,总结了煤矿地下含(隔)水层的发育特征及其与煤层的4种空间组合关系。分析得出矿井的主要充水水源为直罗组风化基岩裂隙含水层,充水通道为煤层采后所产生的导水裂隙带,计算并实际验证了导水裂隙带发育高度。依据采动条件下隔水层隔水性的判据,预测圈定了3-1煤层采后地表松散沙层与风化基岩含水层遭受破坏有可能发生充水的危险地段及充水危险性。      

基于ArcGIS的洛河组含水层富水性评价

含水层富水性评价是矿井涌水量预测与水害防治的重要基础。选取彬长文家坡煤矿41盘区4号煤层顶板白垩系洛河组含水层的厚度、孔隙度、含水率、上段视电阻率、下段视电阻率和冲洗液消耗量6个主控因素,利用层次分析法（AHP）确定各主控因素的权重。在ArcGIS数值可视化软件上对各影响因素的矢量图进行归一化处理和叠加分析,构建了基于多因素融合的含水层富水性评价模型,并对41盘区富水性进行了分区评价。利用钻孔单位涌水量和4101工作面涌水量变化数据对洛河组富水性评价结果进行了验证分析,结果表明该模型的分区评价结果与实际符合,为彬长矿区洛河组含水层富水性评价提供了重要依据。      

蒙陕接壤区深埋煤层开发过程中矿井涌水量变化特征

蒙陕接壤区侏罗系深埋煤层开采过程中,掌握不同阶段矿井涌水量变化规律,是保障煤矿安全的关键。从含水层发育特征、巷道掘进进尺、采空区半径等方面开展了相关研究,结果表明:蒙陕接壤区煤层顶板导水裂缝带范围内的3层复合含水层,富水性差异较大,分别对巷道掘进阶段和工作面回采阶段涌水量影响较大。煤矿建井阶段,矿井涌水量随着巷道掘进进尺增加而增加,但单位进尺涌水量变化不大,平均涌水量为0.008 32 m3/（h·m）。工作面回采前将钻孔水量降至5.0 m3/h以下,水压降至1.0 MPa左右,实现了顶板含水层静储量充分疏放目标。首采面和接续面回采阶段,矿井涌水量呈"阶梯式"平稳增加,矿井涌水量与采空区半径呈线性正相关关系。通过对侏罗系深埋煤层开采过程中矿井涌水量变化规律和影响因素的研究,可以为其他矿井建设和工作面回采提供安全保障和科学依据。      

榆神矿区煤矿防治水的几点思考

为了科学解释榆神矿区矿井涌水量较大的涌（突）水事件,为煤矿防治水奠定基础,分析了近年来区内发生的突水事件及矿井较大涌水情况,提出矿井较大涌水形成机理、红土层水文地质性质、矿井涌水量预测的准确性等疑问,阐述了突破“井田”范围,从区域上研究地下水系统和突水水源,关注延安组、直罗组、安定组、洛河组等砂岩弱富水含水层,从导水裂隙带中寻找突水水源,科学评价各岩（土）层的水文地质条件,采动岩层（含水层）渗透性演化以及探索矿井水害源头预防和区域治理思路等几点思考,提出应该从区域上认识水文地质条件及对煤矿涌（突）水的“贡献”,揭示矿井较大涌水形成机理,进一步加强水文地质补充勘探,准确识别含水层、隔水层及其空间赋存关系,探测大采高、大采面环境下导水裂隙带发育规律,并提出从区域上识别地下水强径流带和局部富水区的基础上,制定矿井水害防控措施的思路,为榆神矿区煤矿水害防治提供借鉴和帮助。      

钻孔单位涌水量换算的理论与实践

单位涌水量是评价煤矿区含水层富水性强弱和划分矿井水文地质类型的重要指标之一。分析了单位涌水量换算的意义及煤矿钻孔实际抽水资料,研究了具有三次降深、二次降深及一次降深资料单位涌水量换算的方法,结合某煤矿的实际抽水资料进行了验证,计算结果符合该煤矿区含水层富水性的实际情况。      

基于含水层沉积和构造特征的富水性分区

为了更加科学合理的开展矿井防治水工作,需要对威胁煤层开采的含水层进行富水性分区。根据含水层的沉积和构造特征,选取了含水层的砂地比、砂岩厚度、粗砂岩厚度、砂岩层数、断层分维值和褶皱分维值作为富水性的影响指标,采用灰色关联度法确定了含水层富水性与其各影响指标之间的相关性,并利用语气算子比较法确定了各影响指标的权重。在此基础上,运用模糊综合评价模型,对含水层富水性进行了分区。通过与研究区内各工作面实际涌水量对比,发现基于灰色关联度-模糊综合评判法对含水层进行的富水性分区与实际情况较为一致,说明含水层沉积和构造条件是影响含水层富水性的主要因素。     

宁夏红石湾煤矿涌水量评价

在分析红石湾煤矿区地质及水文地质条件的基础上,对矿井的充水因素进行了论述,认为区内的古近系孔隙水含水层分布广,厚度大,富水性较强,但由于其距首采区的主采煤层(三煤)较远,导水裂隙带的最大破坏高度尚未达到该含水层,且其间有近20m厚的隔水层,所以该含水层对煤矿开采影响较小;影响区内煤矿涌水量的主要含水层为二叠系石盒子组砂岩含水层和山西—太原组砂岩含水层。采用富水系数比拟法、狭长水平巷道水动力学法、大井法对煤矿涌水量进行了计算,通过对各种计算方法适应性的评述及计算结果的对比,最后选用狭长水平巷道水动力学计算结果作为矿井正常涌水量,大井法计算结果作为矿井的最大涌水量。     

厚表土深立井基岩段探水预注浆施工技术

山东单县煤田陈蛮庄煤矿松散层厚度为527.5m,预注浆段井深为750.-758.40m,预计涌水量为26m^3/h,为有效治理工作面水害,确保井筒的安全施工和进度质量,根据基岩段围岩条件及水文地质条件设计了10个预注浆孔,注浆段混凝土材料由C40变为C70,确定含水层预注浆的止浆垫厚度为10m,预留岩帽厚度为4.5m。在注浆时采取高压分段注浆的方法,结果使主井涌水量减少到2.4m^3/h,效果显著。通过此次注浆,总结出了＂探、注、堵＂等一套深立井基岩含水层综合注浆堵水施工技术,对深立井井筒工作面探水预注浆和安全施工具有借鉴意义。     

常家梁煤矿含（隔）水层特征及充水因素

叙述了常家梁煤矿含（隔）水层水文地质条件及矿井充水因素,矿坑直接充水水源为各煤层顶板基岩裂隙水,该含水层较厚,但富水性相对较弱,突水危险性较小。第四系萨拉乌苏组在煤矿内全区分布,富水性较好,导水裂隙带最大高度均小于煤层上覆基岩的厚度,为矿床充水的间接充水水源,当煤矿采空区较大时,萨拉乌苏组可能会成为直接充水水源。     

利用脆性岩石含量指数预测裂隙型含水层富水区

裂隙型含水层因其裂隙连通性较差,常规的矿井涌水量预计方法有时不适用。利用脆性岩石含量指数划分强、弱富水区不失为一种新的方法。一定厚度的地层内脆性岩石所占的比例越大,则受力后越容易产生张性裂隙,充水空间较发育,相应地其富水性也越强。本文将脆性岩石厚度占地层总厚度的百分比定义为脆性岩石含量指数,通过脆性岩石含量指数划分砂岩裂隙型含水层富水区。脆性岩石含量指数法不仅能进行富水性定性分区,结合已采区涌水量资料也可尝试进行未开采区涌水量预计,这为矿井防治水工作以及防排水系统的设计提供了一种新的技术支持。