王河煤矿矿井涌水量数值模拟及预测

针对岩溶充水矿井涌水量数值模拟中边界条件概化和非均质性刻画难题,采用分别建立区域模型和局部模型的方法解决边界概化问题,运用信息复合技术刻画岩溶介质的非均质性.以具有完整水文地质边界的荥巩矿区为计算区建立区域模型,以区域模型计算出的流量作为边界条件建立王河煤矿矿井涌水量模拟模型(局部模型).在充分分析钻孔、构造、突水、物探等资料的基础上,运用信息复合技术对煤矿充水含水层进行垂向和平面参数分区.在此基础上,利用GMS建立了精细的王河煤矿涌水量模拟模型.利用该模型预测了不同开采工作面的矿井正常涌水量和最大涌水量.结果表明,开采111070、113090、113110、113120工作面时,正常涌水量分别为490、350、560、590 m3/h,最大涌水量分别为690、490、790、830 m3/h.预测结果可为矿山设计部门确定开采方案、布置排水设备和制定防治水措施提供科学依据.      

基于顶板水预疏放的首采工作面涌水规律

为了建立符合蒙陕接壤区煤炭开采防治水技术体系,以纳林河二号矿井首采工作面为例,开展了覆岩破坏规律、水文地质条件、涌水量预计、顶板水预疏放等研究,结果表明:应用钻探取心、钻孔冲洗液漏失量观测和钻孔彩色电视探测手段,实测得到首采工作面导水裂缝带高度为103.23 m,裂高（导水裂缝带高度）采厚比为18.8,导水裂缝带可沟通3段含水层,其中直罗组底部含水层钻孔涌水量92.0~136.0 m3/h、水压4.0~5.6 MPa,呈"水量大、水压高、分布不均"的特点,是威胁工作面回采安全的最主要含水层。回采过程中顶板水主要由静态储存量和动态补给量构成,采用"动静储量结合法"计算得到静态储存量和动态补给量分别为2.596×106 m3和417.6 m3/h。对顶板水开展分段预疏放条件下,整个工作面回采过程中采空区涌水量与推采步距呈正相关关系,随着顶板周期性滞后垮落,导水裂缝带也周期性发育至高点（直罗组底部含水层）,采空区涌水量又呈台阶式增长。最终总预疏放水量4.235×106 m3,采空区总涌水量5.313×106 m3,首采工作面总排水量为622.8 m3/h,与预计排水量596.9 m3/h相差4.2%。涌水量准确预测和顶板水提前预疏放,是实现首采工作面防治水安全的关键,可以为鄂尔多斯盆地北部深埋区提供防治水技术支撑。      

宁东鸳鸯湖矿区梅花井煤矿112201工作面探放水实践

112201工作面是梅花井煤矿首采工作面,位于矿井南端浅部,切眼靠近鸳鸯湖背斜轴部。工作面涌水量从2009年4月份开始回采时的15m3/h,增至2010年3月份的230m3/h。工作面的突然涌水导致大量淋水,从而使采区底板严重泥化,给矿井安全生产带来巨大威胁。分析认为,工作面的主要充水水源为2-1煤的顶板含水层（七里镇砂岩）,主要通道为顶板的采动裂隙带。通过实施探放水和疏放水工程,工作面下隅角的涌水量由180m3/h降至30m3/h以内,极大的减少了含水层突然涌水对工作面的危害,为梅花井乃至鸳鸯湖矿区防治水工作起到了积极作用。     

“分段大井法”预测矿井工作面涌水量

为了准确预测矿井涌水量,保障矿井生产安全及保护地下水资源,以内蒙古自治区鹰俊一号矿井20101和80101掘进工作面为例,按月掘进进度将工作面进行分段。在矿区水文地质勘查、抽水试验获取有关水文地质参数的基础上,对每个掘进分段应用"大井法"预测了将地下水位疏干至二煤底板及八煤底板的矿井涌水量。结果表明:地下水位疏干至二煤底板时20101工作面的最大涌水量为395.1 m3/h,地下水位疏干至八煤底板时80101工作面的最大涌水量为330.4 m3/h。该方法将矿井涌水量预测与矿井水文地质结构和掘进进度紧密结合起来,预测所得的矿井涌水量更加贴近实际。     

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。     

基于水文地质概念模型的金铜矿区涌水量预测方法研究

黄屯硫铁矿西部的金铜矿区属于新增资源,为查明西部金铜矿体的开采条件,在对矿区水文地质边界条件进行综合分析的基础上,建立矿区水文地质概念模型,运用比拟法与解析法两种计算方法分别对矿区矿坑涌水量进行了预测,结果表明:两种预测方法得出的结果基本相近。从安全因素考虑,建议将比拟法预测的-340 m中段正常涌水量1 001.5 m~3/h(24 036.4 m~3/d)和最大涌水量1 101.5 m~3/h(26 436.4 m~3/d)、-460 m中段正常涌水量1 354.9 m~3/h(32 517.6 m~3/d)和最大涌水量1 454.9 m~3/h(34 917.6 m~3/d)作为矿井防排水系统及相关设计的依据。最后根据预测结果,对矿井防排水系统及相关设计提出了合理建议。     

宁夏石炭井矿区矿井涌水量与充水因素关系研究

石炭井矿区位于宁夏回族自治区贺兰山北段,矿区内矿井的主要充水水源为大气降水、地表间歇性水流、沟谷砂砾石冲洪积层潜水、含水层承压水、采空区积水、断层破碎带充水、封闭不良钻孔、基岩露头和露头剥离带。通过对石炭井矿区的矿井用水量与各冲水因素关系进行分析,并估算了矿井涌水量,研究认为:含水层承压水和采空区积水为矿井主要充水水源。结合历年矿井实测涌水量,并采用2006-2013年的矿井涌水量实际资料作为划分依据,预计矿井三水平全面投产后的正常涌水量175 m~3/h,最大涌水量为181 m~3/h。大气降水、矿井涌水量与大气降水、采深等有明显相关关系,矿井涌水量与大气降水呈现正相关关系,而矿井涌水量与采深则呈现正相关关系。     

煤矿突水危险区疏干涌水及其对地下水流场的影响分析

以鄂尔多斯盆地西南部某井田为研究对象,在煤矿突水危险性分析的基础上,构建煤层开采冒裂带波及上覆强含水层的矿井涌突水预测的地下水三维流数值模拟模型。预测结果表明,煤层开采形成的导水裂隙带是否导通强含水层以及导水裂隙带的渗透性能强弱,对矿井涌突水量以及地下水渗流场影响的差异较大;当导水裂隙带渗透系数小于0.001 m/d,基本为原地层的正常渗透水量;当导水裂隙带的渗透系数大于0.01 m/d,反映原地层遭受较大破坏,矿坑初期涌水为突水量,后期涌水接近稳定涌水量,涌突水对强含水层地下水降深以及流场都影响很大。     

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。      

甘肃省早子沟金矿矿区水文地质特征与矿坑涌水量预测

早子沟金矿是西秦岭地区发现的特大型金矿床。随着开采深度加大,矿坑涌水成为影响矿山生产的主要因素之一。本次采用解析法和比拟法进行矿坑涌水量预测,结果表明：若将早子沟金矿矿山开拓至2 100 m标高,借用等效介质孔隙含水层,运用地下水向潜水完整井运动的裘布依公式预测,正常矿井涌水量为2 976.32 m³/d,矿井最大涌水量为3961.10 m³/d;依据矿区已知井下排水资料,比拟法计算得出正常矿井涌水量为3 704.99 m³/d,矿井最大涌水量为4 350.37 m³/d。综合分析认为,解析法水文地质参数求取容易产生误差,结果只能作为参考;比拟法经验公式计算简洁,计算参数相对可靠,结果更符合矿坑实际情况。因此,早子沟金矿矿坑涌水量预测应采用比拟法。     

河南唐河周庵矿区井采矿坑涌水量预测研究

随着我国矿业经济的发展,金属矿山浅部资源的开采日趋贫乏,部分金属矿产资源的供需矛盾突出,以河南唐河周庵铜镍矿区为研究对象,对矿区岩体埋藏特征和矿区水文地质条件进行分析,查明该矿区主要充水水源为地下水,通过对矿区矿坑涌水量进行预测结果发现:-310 m开采层段涌水量预测结果为正常涌水量为1 520.54 m~3/d,最大涌水量为74 667.95 m~3/d;-810 m段开采层段涌水量预测结果为正常涌水量为567.41 m~3/d,最大涌水量为75 235.36 m~3/d。为防止矿区在竖井施工中发生涌水现象,在日常施工中应对含水层进行预注浆处理后再行掘进。同时在地表建立多个地下水位长期观测孔。研究结果为同类地区井下开采中类似水文地质难题提供基础依据。     

山东济宁三号煤矿上组煤水文地质条件分析

济宁三号煤矿目前开采的煤层为上组煤的3煤(3上、3下煤),自投产以来,发生多次涌水,如13下01综放面侏罗系底部含水层最大涌水量达533.84m3/h,63下01综放3煤顶板砂岩最大涌水量527m3/h,曾一度出现工作面局部被淹而导致停产,对矿井的安全高效生产构成了极大的威胁。在综合分析研究上组煤顶板各含水层的水文地质特征和充水条件的基础上,认为上组煤(3上、3下煤)开采时的直接充水水源为3煤顶板砂岩含水层;间接充水水源是侏罗系含水层水以及局部地区对侏罗系含水层起补给作用的第四系含水层;部分地区侏罗系含水层被采动裂隙导通而成为直接充水水源,大部分地段第四系底部均为粘土,有效的阻隔了第四系与下伏侏罗系含水层的水力联系,对下伏含水层补给微弱;充水通道主要有断层、采动裂隙、封闭不良钻孔和破坏的井筒。为指导下一步煤矿生产预防水害事故提供了依据。     

代池坝煤矿深部水文地质条件研究及涌水量预测

代池坝煤矿进入深部开采,通过对矿区深部水文地质条件研究与矿井充水因素分析,认为矿床充水含水层为富水性弱~中等的砂岩裂隙含水层,各含水层间水力联系差,深部开采面临含水层地下水水压变大,具有一定的危险性。矿井主要充水水源为大气降水、含水层砂岩裂隙水、地表水和采空区积水。矿区主要充水通道是煤层开采后形成的导水裂缝带和矿区范围内11个报废钻孔。采用了比拟法的计算:深部标高+320~+50m范围内正常涌水量为234m~3/h,最大涌水量为509m~3/h。     

含水层富水性分区及工作面疏放水后涌水量分段预测

风化基岩与烧变岩含水层严重威胁着陕北侏罗纪煤田矿井的安全生产,精确预测其富水性与工作面涌水量对矿井防治水具有重要意义。针对具有密切水力联系的风化基岩与烧变岩含水层,以陕西红柳林煤矿15217工作面所在区域为研究区,选取含水层厚度、岩性组合指数、岩石烧变及风化程度指数、岩心采取率为评价指标,提出了基于蝠鲼觅食算法优化支持向量机的含水层富水性预测方法,通过对风化基岩与烧变岩含水层富水性的精准分区预测,将工作面划分为不同富水等级的区段。在此基础上,分析经过长时间井下疏放水后的工作面采前水文地质条件,利用动静储量法对工作面不同富水等级区段的涌水量进行预测,与矿井生产过程中的涌水量实测数据相比,涌水量预测结果误差整体较小,介于0.30～6.98 m³/h,表明此预测方法可行度与准确率较高,为红柳林煤矿及类似条件矿井工作面涌水量预测提供了新的思路与方法。     

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。     

万福井田水文地质特征及矿井涌水量预测

在分析井田水文地质特征的基础上,对矿井的充水因素进行了论述,认为山西组砂岩、太原组第三层灰岩属煤层开采的直接充水含水层,对煤层开采有直接影响。采用了地下水动力学中的"大井法"对矿井的涌水量进行了预测,得到正常涌水量为286 m3/h,最大涌水量为405 m3/h的结果,为万福井田及其它煤矿的安全生产提供了重要的依据和借鉴的价值。     

赵官矿井水文地质条件及防治水研究

通过对区域及矿井水文地质条件的分析研究,认为对矿井安全生产有影响的含水层为太原组四、五灰,太原组的下层岩浆岩,本溪组徐灰及奥陶系灰岩含水层;太原组四、五灰为富水性中等-强的含水层。并与下层岩浆岩穿插合并,相互联系,构成了开采10煤层的底板充水含水层组;徐灰下距奥灰的间距平均7．62m。奥灰水可以通过大小断层连通,在垂向上越流补给徐灰,存在底鼓水突水危险。运用大井法计算,在7、10煤层开采条件下,-415m水平以浅排水能力可按正常涌水量788m^3／h,最大涌水量1103m^3／h进行配备;以深可按正常涌水量1065m^3／h,最大涌水量1491m^3／h进行配备。根据该矿井水文地质条件,提出超前探水、疏水降压、合理留设防水煤柱等水患防治建议。     

叙毕铁路斑竹林隧道水文地质条件分析及涌水量预测

斑竹林隧道水文地质条件复杂,地下水以岩溶水及裂隙水为主,富水性中等-强。通过综合勘察及分析,获取了相关水文地质参数,分别采用简易水均衡法、地下水动力学法、经验公式法等对隧道涌水量进行预测。经综合分析,推荐隧道正常涌水量为13 175 m~3.d~(-1),最大涌水量为38 241 m~3.d~(-1);隧道涌水主要集中在可溶岩含水层及洞身浅埋段块石土孔隙水含水层,约占全隧道正常涌水量的77%;隧道在施工中有遇岩溶暗河、涌水、突泥的可能,应加强止水、抽排水措施,防止并减轻造成地表水漏失、地面塌陷等生态环境问题。     

叙毕铁路斑竹林隧道水文地质条件分析及涌水量预测

斑竹林隧道水文地质条件复杂,地下水以岩溶水及裂隙水为主,富水性中等-强。通过综合勘察及分析,获取了相关水文地质参数,分别采用简易水均衡法、地下水动力学法、经验公式法等对隧道涌水量进行预测。经综合分析,推荐隧道正常涌水量为13 175 m~3.d~(-1),最大涌水量为38 241 m~3.d~(-1);隧道涌水主要集中在可溶岩含水层及洞身浅埋段块石土孔隙水含水层,约占全隧道正常涌水量的77%;隧道在施工中有遇岩溶暗河、涌水、突泥的可能,应加强止水、抽排水措施,防止并减轻造成地表水漏失、地面塌陷等生态环境问题。     

六盘水矿区马临煤矿延伸开采区段充水因素及涌水量预测研究

根据六盘水矿区马临煤矿地质条件背景以及矿井地质资料的分析,论述了矿井水文地质特征、充水因素,并在此基础上采用比拟法及解析法对研究区矿井涌水量进行了预算。结果显示:开采C8煤层以上煤层以裂隙含水层为主,属于水文地质条件简单的矿床类型;开采C12煤层时,煤层间接底板茅口组灰岩岩溶含水层对矿床充水将占主导地位,水文地质条件转变为复杂的岩溶充水矿床类型,存在较大的突水危险;根据含水层水文地质条件的不同,研究区含煤地层涌水量采用比拟法预算,结果为2402.43 m~3/d;茅口组岩溶含水层采用解析法预算,结果为7570.68m~3/d;研究区最大涌水量为平均涌水量的2.4倍,建议采用23935.45m~3/d作为今后矿井选择排水设备的依据。