基于地下水流场数值模型的矿井突水量预算

矿井发生特大突水后,第一时间掌握突水水源,并预测突水量的大小,可以为制定水害治理方案提供有力支持。利用前期通过放水试验获取的水文地质参数及建立的井田奥陶系灰岩含水层数值模型,对峰峰矿区九龙煤矿的突水水源及突水量进行了分析计算。结果发现：突水初期与突水点相距2 350m的奥灰观测孔的水位下降趋势与前期奥灰放水试验的基本一致,因此,判断突水水源为煤系地层基底奥陶系灰岩含水层水。实测瞬时突水量为2 778m3/h;利用比拟法得到的Q-S方程预算突水量为2 879m3/h;通过数值模型预算的突水稳定涌水量为2 280m3/h,三者相差不大,以此说明数值模拟在矿井突水量预算中具有一定的实用价值。     

基于EW-FAHP的煤层底板承压水突水危险评价

以平顶山十三矿己四采区底板灰岩的突水危险性评价为例,将熵权法(EW)和模糊层次分析法（FAHP）耦合在一起,确定了突水影响因素的权重,并建立了突水危险性评价模型。结果显示:十三矿己四采区二1煤底板标高-150~-350 m区域,不受底板灰岩水的影响,属于安全区;标高-350~-700 m 且不受断层影响的区域属于较安全区;标高-700 m以下及标高-350~-700 m且受断层影响的区域属于突水危险区。在前期突水资料少和数据量有限的条件下,EW-FAHP法能够较为客观地确定突水影响因素权重。     

开平煤田矿井坑道涌水量预计和水文地质勘探方法的讨论

开平煤田开采历史较长,除个别矿在特定条件下出现奥陶纪石灰岩水大量突出外（如赵各庄1972年在-731m 岩石回风巷突水,突水量52m3/min;范各庄矿1984年在-313m 工作面突水,最大突水量2053m3/min）,正常情况下巷道直接充水含水层是煤系砂岩。本文仅对新生界地层掩盖下的、矿井直接充水的煤系含水层的涌水量计算和勘探工程布置原则进行讨论。      

基于GIS的矿井水害预测系统研究

在分析矿井突水影响因素的基础上,应用信息化手段集成GIS组件技术创建了突水预测模型库,实现了突水点预测、突水危险性分区、区域预测和顶板突水预测。运用该系统对平顶山煤业集团公司五矿首采区庚-采区突水危险进行了全面评价,认为在露头附近存在突水危险性,进而有针对性采用地面物探、井下超前探测以及帷幕注浆等综合防治水措施。经过治理,突水点涌水量由350m3／h减少为40～60m3／h,不仅保证了安全生产,还解放了庚组煤炭储量573．2万t。     

宜万铁路马鹿箐隧道岩溶突水来源分析

马鹿箐隧道是宜万铁路22座长、特长隧道之一,全长7 879m,最大埋深600m。2006年1月21日发生特大突水事故,最大突水量达30×104m3/h,造成重大损失。为查明突水来源,在突水区附近约5km2范围内采集不同类型的水样21个,淤泥样2个,采用水文地球化学方法对这些水样进行水化学分析和同位素分析,还对淤泥和部分水样做了14C测年。通过对比样品分析结果,运用水文地球化学理论和同位素水文地质方法,认为突水来源为年代较老的溶洞封存水。     

新驿煤矿下组煤矿井涌水量预测研究

在系统收集水文地质资料的基础上,运用"大井法"和水文地质比拟法对开采16煤的涌水量进行了预测,利用突水系数法,对八采区16煤底板奥灰突水危险性进行了评价,得出了突水系数分区图。经综合分析对比,采用大井法的预测结果:即开采16煤正常涌水量为482m3/h,最大涌水量为540m3/h;奥灰突水量初期为1 083～10 640m3/h,一般为660～4470m3/h;如对奥灰采取疏排降压方案,疏降排水量预计为770m3/h。此结果可作为矿井回采阶段防治水设计的参考。     

带压开采技术在采面回采中的运用实践

平顶山市瑞平公司张村矿二1-11080采面最低标高-306.0m,最高水位+90m,承受的最大水压3.96MPa,临界突水系数0.088MPa/m,属带压采面。为保证采面回采过程中不发生突水事故,采面首先进行了地面三维地震勘探、瞬变电法勘探,进而在掘进期间又进行了瞬变电磁及高分辨电法仪联合探测,最后结合突水系数法,圈定了采面突水异常区。在生产期间,通过完善排水系统、重点区域的注浆改造,最终实现了采面的带压开采。结果表明,采面涌水量小于5m3/h,采出原煤78万t,经济效益和社会效益显著。     

福建省仙亭煤矿岩溶含水层突水机理分析

1990年8月至1991年4月,仙亭煤矿在掘进+500 m后洋运输大巷时发生突水事件,最大突水量达423.7 m3/h,以后稳定在230 m3/h。矿井于1991年10月构筑永久性挡水墙进行堵水,把灰岩水突水危险区列为禁采区,关闭煤炭资源量(332+333)1 384.1万t。为探究突水的水害问题,根据煤矿开采历史状况,综合采用硐探、探水钻探、放水试验、重新封孔、帷幕注浆等手段,对突水通道、充水水源进行探测。研究结果发现,滑脱断层F突为突水通道,它切割煤系后连通F灰断层,与下部的岩溶水发生水力联系,突水水源为栖霞灰岩岩溶水。研究成果为盘活煤炭资源,进行矿井水害预防和治理提供了依据。     

硬石膏矿层底板突水预测和评价

基于硬石膏矿层底板灰岩水文地质和工程地质条件计算的矿层开采后导水裂隙带的高度为16m,原位张裂隙带高度为5m。为防止采矿时底板突水,设计预留隔水石膏矿柱80m,其有效隔水层厚度为59m。运用突水系法和阻水强度法计算的有效隔水层厚度分别为61、50和36m。根据技术、经济和安全的原则,分析认为有效隔水层厚度取50m就能达到安全开采的目的。     

厚煤层放顶煤开采底板突水机理及水害探查技术

为研究受奥陶系灰岩(简称"奥灰")水威胁的工作面能否采取放顶煤开采,选择准格尔煤田黄玉川煤矿研究奥灰突水机理。该矿6上煤底板承受奥灰水压为0～4.49MPa,隔水层厚度为54.296～75.78 m,6上煤底板奥灰突水系数为0～0.085 MPa/m,绝大部分区域小于临界突水系数0.06 MPa/m;而一盘区巷道掘进遇断层时曾发生多次突水,说明该区具有不同的突水机理。矿井断层、裂隙发育,存在隐伏陷落柱,对断层、陷落柱的放水试验发现,北北东向地质优势面控制奥灰含水层富水性。在黄玉川煤矿216上01工作面,通过定水头压水试验测得底板最大破坏深度为34.9 m,阐明了准格尔煤田底板奥灰强渗通道耦合底板破坏的突水机理,改变了从纵向上认识底板奥灰突水的传统,从平面上施工小角度定向长钻孔探查垂向强渗通道,并进一步局部注浆加固,解决了采掘过程中的奥灰水害。     

基于BP神经网络的孔隙充水矿井涌水量预测

文章分析了孔隙充水矿井的充水水源和通道,利用非线性的BP人工神经网络建立了徐州韩桥煤矿涌水量短期预测模型,选取每天的降水量作为影响因子,用已有的涌水量资料训练得到权值和阈值来表示充水通道,并对-200m水平、-270m水平、-330m水平和全矿井涌水量进行了预测。结果显示,涌水量的预测值与实测值吻合得较好,说明该模型具有一定实用性。     

井筒冻结孔解冻涌水发生机制及其控制技术

针对冻结井筒解冻后频繁发生涌水灾害的情况,通过工程实例分析了冻结技术、井筒地层条件及解冻涌水特征。结果表明,涌水发生是由于解冻后冻结止水帷幕失效,冻结管周围地层介质渗透性增强,介质接触界面粘结强度降低而致界面缝隙扩大连通,使冻结钻孔连通含、隔水层而形成竖向导水通道,通道内高压水通过井筒薄弱部位发生涌水。采取在井筒外围适宜地层开挖环形巷道,在环形巷道内逐个切断冻结管并向冻结管内外注浆加固,最后将环形巷道用混凝土回填,形成人工隔水塞层。利用RFPA2D-Flow渗流耦合模型验证了该治理方案的可行性,且利用FLAC3D程序计算出环形巷道距离井壁7.50 m是最佳开凿位置。经该措施处理后的井筒涌水由原来的90 m3/h降低至2 m3/h,且井筒保持了稳定。      

栖霞市滑石矿东部矿井突水地质灾害及其防治对策

通过对山东栖霞滑石矿矿区水文地质条件的调查以及63线井-200中段工作面发生矿井突水造成的灾害分析,综合研究分析了矿井突水灾害基本特征及成因,在此基础上,探讨了矿井突水地质灾害的防治对策。     

基于BP神经网络方法的矿井涌水量预测

鉴于矿井涌水威胁煤矿安全生产及其影响因素的复杂性,提出基于BP神经网络的矿井涌水量预测方法.在充分分析新安煤矿＋25m开采水平的涌水影响因素的基础上,选取大气降水、采空区面积和底板构造断裂和采动裂隙三个影响因子,建立了非线性人工神经网络预测模型,对＋25m开采水平的正常涌水量进行了预计.其结果和实际观测数据能够较好地相吻合,表明采用人工神经网络预计矿井涌水量是可行的.     

煤层底板突水综合监测技术及其应用

底板岩溶水害是华北型煤田较为普遍存在的问题，因其具有隐蔽性、突发性的特点，防治水工作面临巨大的问题和挑战，因此，底板突水监测预警已成为煤矿安全生产过程中的必要措施。底板水害的形成和发生都有一个从孕育、发展到发生的演变过程，在此过程的不同阶段，底板裂隙、岩层视电阻率等均会释放出对应的突水征兆，及时、准确、有效地采集这些信息，根据这些信息判别突水过程中的具体水文地质特征，为建立突水监测系统奠定了基础。根据突水三要素，在葛泉煤矿东井11916工作面，利用井-地-孔微震监测技术和视电阻率监测技术构建了底板突水综合监测系统，对引起突水的导水通道和水源2个要素进行实时监测。监测结果表明:正常情况下，11916工作面回采过程中底板破坏深度为20~25 m，但是在2019年9月14日工作面推进到中间巷道时，运料巷和中间巷来自顶板的压力对底板破坏的叠加作用，以及附近的陷落柱原有破裂，致使该位置底板破坏深度加大，达到30~35 m，底板本溪灰岩水通过导水通道进入运料巷，底板出水2 m3/h，从视电阻率监测结果中不难发现1个低阻异常体从底板下逐步向上发育的过程。利用井-地-孔微震监测技术和视电阻率监测技术构建的底板突水综合监测系统能够捕捉到底板突水征兆，对于预测重特大水害事故的发生具有重要意义和实用价值。      

顶板离层水突涌模式及预防技术模拟研究

为预防顶板离层水突涌产生的安全事故,提出了部分充填方案进行模拟研究。首先通过现有资料总结分析全国发生的多种离层水害事故,深入研究离层积水致灾模式;然后以陕西某矿首采区1307工作面的离层水害事故为例,分析其水文地质条件、上部含水层和离层水突涌的关系,利用3DEC数值软件模拟工作面顶板离层空间发育特征;最后根据该矿的实际情况,提出部分充填开采方式预防离层水突涌的技术措施,并对该矿的部分充填方案进行优化模拟研究。研究结果表明:根据发生条件的不同将离层水突涌划分为5种模式,离层积水过程分为初始积水期、积水至满期和裂隙扩展期;在保持充填率不变的情况下,随着走向采宽和充填宽度的同时同量增加,充填体对上覆岩层支撑作用逐渐增强,离层下部隔水层出现两侧应力增大现象,最佳部分充填方案为采宽80 m,充填宽度80 m,为顶板离层水害的预防提供新的思路。      

滇东南高原岩溶盆地区普阳煤矿的深层涌水趋势分析

普阳煤矿位于一断陷盆地的浅部新近系地层中,矿区被3种类型的水文地质边界圈闭。煤层分布标高低于暗河出口100～230 m,煤田四周及盆地基底均为岩溶含水层,其承压水头高于煤层底板67～268 m,预计最低开采标高的平均承压水头约206 m。为解决矿区地下水突水威胁,监测普阳河水流入和流出的水量,根据水均衡原理及矿坑充水要素,制定中长期排水方案。研究结果表明,矿区岩溶发育垂向分带特征清楚,煤层底板以下岩溶含水层以弱岩溶带为主,单元内93%的地下水通过普阳暗河集中排泄,加之煤层以下有一定厚度的隔水层阻隔,故深层开采时可能发生局部突水危害,但水量不大,最大涌水量仅限于自然状态下补给普阳河的地下水径流量。结合矿坑充水控制因素及地下水动力学分析,采用水均衡法评价突水量,方便可行。      

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。      

贵南高铁朝阳隧道出口平导6.10突水突泥事件分析

2018年6月10日,朝阳隧道出口平导发生岩溶突水突泥,持续时间约1 h,突水突泥总量约1.6×106 m3。为完善施工掘进方案及排水方案,需分析突水突泥产生原因,评价后续施工带来的突水突泥风险,计算隧道涌水量。文章分析了隧道位置的地形地貌、工程地质、水文地质条件,阐述了发生突水突泥的平导掌子面超前地质预报实施情况及突水突泥发生过程,补充调查了灾害影响范围的工程地质、水文地质条件,完成了长达1年的平导涌水量－降雨量关系动态观测。平导突水突泥掌子面前方有水头高达84 m的巨型溶腔及管道系统,施工开挖揭穿溶腔底部后,填充于整个岩溶水系统的有压水流携带泥砂快速涌入平导并以较大动能冲出洞外,导致了6.10突水突泥事件的发生。隧道出口段岩溶水系统接受降雨入渗补给且径流通畅,洞内涌水对应的汇水面积为6.423 km2,计算极端暴雨后平导最大涌水量5×104 m3·h?1。突水突泥发生后山体内的静储量已得到充分释放,地下水位已降至平导底板高程,后续施工中再遭遇突水突泥的风险低。