深埋煤层开采顶板泥砂溃涌灾害多源信息评价

深埋煤层采场顶板泥砂溃涌灾害是由于泥岩顶板遇水发生松散崩解,在矿压作用下泥砂集中溃入井下的综合性灾害,其灾害发生受到含水层、矿山压力、地质构造等多因素影响。以黄陇煤田照金煤矿为研究区,在灾害发生机理研究的基础上,讨论了灾害发生的主要影响因子,最终选取洛河组含水层富水性、煤层到洛河组含水层距离、宜君组砾岩厚度、煤层上覆杂色泥岩厚度、煤层到杂色泥岩距离、单位面积断层密度、褶皱构造分布和煤层开采厚度8个主控因素,采用层次分析权重赋值方法,确定影响灾害发生的各主控因素权重,构建煤层顶板泥砂溃涌灾害危险性评价数学模型;绘制主控因素专题图并进行栅格赋值,通过信息融合叠加方法将各因素进行叠加,最终形成多源信息融合的照金煤矿煤层顶板泥砂溃涌灾害综合分区。研究结果表明,照金煤矿ZF202工作面所在区域该类灾害发生的危险性高,与实际开采过程中曾发生的“4·25”重大事故发生区域较为吻合,说明本次危险性评价模型构建合理,分区结果可用于指导矿井的开采布设与泥砂溃涌灾害防治。移动阅读      

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.     

铁法煤田大明矿EW416综采工作面顶板离层水成因分析

大明矿EW416综采工作面在回顺施工瓦斯抽放孔时,6#瓦斯抽放孔发生滞后涌水,给工作面安全生产和正常接续造成很大影响。在分析工作面地质及水文地质条件的基础上,通过对涌水水量变化以及水质情况的现场观测,并结合对工作面涌水与第四系水井水样的分析对比,以及测线视电阻率曲线的分析和顶板导水裂隙带高度的计算,综合分析认为:工作面涌水源为工作面上部厚层火成岩下层间离层水,其类型为煤层顶板"空腔型"离层水。依据"空腔型"离层水的形成条件,进一步分析了火成岩侵入体附近煤层离层水的形成条件与涌水机理,为铁法煤田煤层顶板离层水防治提供了参考。     

神府?东胜矿区高强度开采顶板涌水特征及防治技术

针对我国西部矿区煤炭开采顶板水害威胁问题,以神府?东胜矿区为研究对象,统计了50个工作面的涌水量数据,总结了不同煤?水组合下5种典型的工作面顶板涌水特征:动态补给主导的持续增长型;“动?静”储量共同作用的先增后稳型;微涌水持续稳定性;水文地质条件差异化局部凸显型以及静储量主导先增后减型。针对每种涌水规律,分析了其成因机制,并提出相应的水害防治思路及措施:当工作面受侧向补给较强时,根据实际水文地质条件可采用帷幕截流措施为主、疏水降压措施为辅的防治手段;当工作面受顶板含水层静储量补给为主时,可提前疏水降压,削峰平谷;当工作面受顶板含水层局部富水区域或采空区涌水补给时,可有针对性地采取疏放、注浆治理等综合措施,消除局部水患等。研究成果对于受顶板水害威胁的西部矿区水害防治工作具有借鉴意义。      

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。     

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。     

淮北刘桥二矿七含涌(突)水机理研究

刘桥二矿在开采4煤过程中，七含突水次数达38次之多，严重影响煤矿安全生产。文章在系统地分析刘桥二矿七含涌突水概况的基础上，提出了该矿七含涌突水的主要机理为断裂构造的控制作用和矿山压力的促进作用；指出了砂岩含水层的裂隙发育程度和富水性强弱、煤层的厚度、断层的作用以及4煤与含水层之间隔水层厚度的大小等，是影响工作面涌水的主要因素。研究结果对煤矿砂岩水害的有效防治具有重要的指导意义。     

青东煤业1034工作面开采安全性评价

为了防止和减少水害事故,安全开采1034工作面,采用井下钻探的方法,设计施工了防治水工程。通过分析、总结防治水工程,查明了工作面区域"四含"不发育,富水性弱,浅部缺失,对工作面回采无影响;10煤层顶板砂岩裂隙含水层的富水性弱,在构造和裂隙区域砂岩水较为富水,对生产影响不大,但需注意工作面周期来压期间,动态顶板裂隙水的影响;10煤下-太原组第一层石灰岩间隔水层较为稳定;太原组石灰岩岩溶裂隙含水层富水性中等,需合理疏放;BF43断层不含水、不导水,对工作面回采无影响。综合分析认为,1034工作面可以安全开采。     

呼吉尔特矿区矿井涌水特征及其沉积控制

鄂尔多斯盆地呼吉尔特矿区属于“水压高、水量大、富水性不均一”的深埋侏罗纪煤田区,各矿井面临较严重的水害防治压力,为了弄清该地区矿井涌水特征及其沉积控制条件,开展了沉积相与顶板钻孔出水层位、钻孔涌水量、工作面涌水量等方面的相关性研究,结果表明:呼吉尔特矿区导水裂缝带范围内,主要发育曲流河沉积相的延安组真武洞砂岩段和直罗组七里镇砂岩段,岩性为细粒-中粗粒砂岩。直罗组早期发育了一套河流相沉积,对延安组顶部的强烈冲刷侵蚀,导致矿区中部的门克庆、母杜柴登井田范围内2-1煤层缺失,并形成了较厚的七里镇砂岩段;矿区两侧的2-1煤层较完整,其上覆七里镇砂岩较薄。七里镇砂岩含水层是工作面回采过程中的最主要充水含水层,各矿井的工作面顶板疏放水钻孔涌水量差异显著,古河床冲刷带中部的矿井钻孔涌水量普遍大于古河床冲刷带两侧,与顶板地质沉积相有较好的对应关系。煤层顶板地质条件（沉积相）的差异性,控制了各矿井工作面回采过程中涌水量大小;直罗组古河流冲刷带两侧广泛发育的富水条带,则影响工作面涌水量的变化规律。      

两淮煤田煤层底板灰岩水害区域超前探查治理技术

煤层底板灰岩水害区域超前探查治理技术是近几年刚刚兴起的一种灰岩水害防治新技术,具有探查治理时间超前、探查治理空间范围大、水害隐患整体消除效果好等特点。分析了两淮煤田煤层底板灰岩水害基本特征,研究了煤层底板不同类型灰岩水害区域超前探查治理的技术方法和工程工艺。提出针对淮北煤田煤层底板存在高压复合强富水薄层灰岩含水层水害威胁的矿井,应采用定向水平井钻探和"高密度低压充填+低密度高压劈裂式注浆"探查治理技术;针对淮南煤田煤层底板发育厚层非完整隔水层的矿井,应采用定向水平井钻探和低密度连续高压劈裂注浆探查治理技术,通过典型矿井的工程示范,取得了良好的水害治理效果。      

黄陵二号煤矿充水因素分析

通过对黄陵二号煤矿充水因素的分析,结合矿井实际涌水量,认为矿井在开采延安组2号煤层时,延安组中部含水层为矿井的直接充水含水层,直罗组下段含水层为矿井主要的间接充水含水层;上部的洛河组砂岩水是矿井井筒充水的主要水源,也是矿井充水的间接充水含水层;矿井的主要充水通道为开采沉陷裂隙,充水方式为顶板进水。最后指出,该矿井开采2号煤层的最大隐患是直罗组下段砂岩顶板突水和井筒洛河组砂岩涌水。     

蒙陕深埋矿区工作面涌水量全生命周期演化规律

蒙陕深埋矿区属于新开发矿区,煤炭开采扰动下水文地质特征仍不清楚,基建和生产过程中发生了多种类型的水害问题,其中工作面回采过程中和回采结束后的涌水变化特征研究处于空白,给井下排水系统设置和防治水工作开展增加了难度。为查清工作面回采前后的全生命周期涌水量演化规律,开展顶板含水层分布、导水裂隙带发育、涌水量变化等方面的实测研究。结果表明:煤层顶板地层均属于河流/河湖相沉积,空间上呈含隔水层互层状展布,隔水层的主要岩性为泥岩、砂质泥岩;受控于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡的单斜构造,含煤地层高程在蒙陕接壤区最低,其顶板侏罗纪煤系含水层属于区域性地下水滞流区。煤层顶板地层在中生代沉积旋回作用下,发育了3层直接充水含水层,其中直罗组七里镇砂岩(Ⅰ号含水层)距离3-1煤层顶板77.4~109.4 m,呈富水强、水压高的特点;导水裂隙带实测高度为103.4 m,裂采比18.8,工作面回采过程中导水裂隙带将发育至Ⅰ号含水层。工作面回采前期,随着导水裂隙带向上发育沟通不同含水层,采空区涌水量呈阶段性增加,工作面回采至300 m左右,采空区涌水出现第一个峰值;工作面回采中后期,导水裂隙带持续周期性发育,导致顶板含水层破坏范围不断扩大,采空区涌水量仍呈台阶式增加;工作面回采结束前后,采空区范围内顶板导水裂隙带发育最强烈、范围最大,出现采空区涌水量最高值;工作面回采结束后,在其顶板隔水层中泥质组分的自弥合作用下,隔水层逐渐再造,导水裂隙宽度变窄、数量变少,采空区涌水量“缓坡式”衰减(每小时几十立方米以内)。对工作面涌水量实现全生命周期演化规律掌握,可以为蒙陕深埋矿区井下工作面防治水工作提供科学依据。      

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。      

鄂尔多斯盆地北部深埋煤层工作面涌水量预测方法

鄂尔多斯盆地北部侏罗纪深埋区中生代地层以河流相沉积为主,呈分阶段的多旋回演化特点,导致煤层顶板含隔水层交替分布;由于地表大部分为毛乌素沙漠,降水入渗补给系数大,第四系松散层储水能力强,充足的补给水源造成煤层顶板直接充水含水层富水性较强,其中最主要的充水含水层为七里镇砂岩,以七里镇砂岩为关键层,将煤层至七里镇砂岩概化为一个直接充水含水层。承压水井大降深抽水时,当井中水位低于含水层顶板,井附近的含水层会出现无压水流区,形成承压–无压水井,采用分段法计算流向井的流量,包括无压水区和承压水区。实际工作面回采过程中,井中水位已降低至煤层底板;传统的承压–无压水井公式假设条件为井径较小(≤m级),而实际工作面回采过程中,随着覆岩导水裂隙带对七里镇砂岩关键充水含水层的破坏,导致整个煤层顶板形成巨大的采空区疏水井(102~103 m级),且该采空区疏水井半径逐渐增大,传统公式适用性不高。基于《地下水动力学》中的承压–无压水井公式,结合鄂尔多斯盆地北部深埋煤炭开采过程中采空区疏水井演化过程,建立适合于深埋区开采扰动下的采空区疏水井承压–无压水公式;以葫芦素煤矿首采工作面为研究对象,利用地质勘探和井下揭露获得的相关水文地质参数,计算葫芦素煤矿首采工作面回采过程中涌水量。结果表明:工作面回采初期,由于导水裂隙带未充分发育,尚未沟通七里镇砂岩,此阶段实际涌水量偏小;中后期导水裂隙带发育至七里镇砂岩,涌水量计算值与实际值较为接近,证明深埋煤层工作面涌水量计算公式可较准确地预测研究区工作面回采过程中的涌水量。本次建立的深埋工作面涌水量计算公式,广泛适用于我国西部侏罗纪煤田区,可为深埋煤田区煤炭资源安全开采提供科学的水害防治依据。      

矿井继生充水含水层的涌水特征及其水害防治措施

通过对彬长矿区综采放顶煤工作面煤层赋存条件、裂隙带影响高度与开采工艺的研究,结合生产实践经验,提出了矿井继生充水含水层及离层、裂隙储水空间概念,分析了此类矿井的防治水方法。经综合试验证实了矿井继生充水含水层的存在,实现了井下导排水。研究结果显示:洛河组砂砾岩含水层为主要充水水源,涌水量的大小与开采方式有着密切关系,矿井继生充水含水层是现代采矿工艺下特有的地质现象。      

门克庆井田水文地质条件对矿井开采顺序的影响

门克庆矿井水文地质类型为"复杂型",矿井达产时,设计布置3-1煤1个工作面和2-2中煤1个工作面,2层煤之间平均距离为34 m,2煤层回采过程中主要的充水含水层均为直罗组底部七里镇砂岩含水层。该含水层水压力大,达到4 MPa,疏放水钻孔单孔涌水量最大达到180 m3/h,富水性相对较强,且距离2-2中煤距离多小于5 m,导致2-2中煤巷道掘进过程中出现顶板淋水严重,锚索锚固困难等现象,无法保障2-2中煤的安全生产。笔者提出先开采下层3-1煤,待七里镇砂岩含水层水量、水压被疏降至可以保障2-2中煤顺利掘进和生产时,再开采上层2-2中煤的"反层序"采煤方法。生产实践证明,该方案是可行的。      

Key Groundwater Control Factors of Deep Buried Coalfield by Landform and Sedimentation in the Northern Ordos Basin

There were three landforms (i.e. desert, bedrock platform and loess gully) in deep-buried coalfield of northern Ordos Basin. Water inflow of working face in desert area was 1~2 orders of magnitude larger than that in other landform areas. In order to find out the key controlling factors of the directly water filled aquifers on the roof of the coal seam, we carried out research from the aspects of topography, landform and geological sedimentation. The results showed that desert landform provides abundant recharge water for underlying aquifers because of gentle topography, large precipitation infiltration coefficient, thick and water-rich quaternary system. While bedrock platform and loess gully landform were the water sources with weak recharge capacity of underlying aquifers. The sandstone-mudstone interbedding structure formed by continental deposits resulted in the absence of regional stable aquifers in Jurassic and Cretaceous strata on the roof of coal seams. Pumping tests of boreholes showed that all strata belong to weak to medium water-rich aquifers. The groundwater level of Cretaceous aquifer decreased by 20~130 m in three mines. There was a close hydraulic relationship between shallow and deep aquifers. The Mesozoic strata belonged to fluvial deposits. Qilizhen sandstone and Zhenwudong sandstone aquifers were mainly developed on the roof of the coal seam, which were characterized by thick medium-coarse sandstone sections. The geological and sedimentary conditions of direct water-filled aquifer were similar, but the amount of borehole water, cumulative pre-drainage water and water inflow from goaf in desert geomorphic area were much larger than those in bedrock platform and loess gully geomorphic area. The water-rich of the aquifer was mainly controlled by geomorphology, and the water sources of the deep aquifers were meteoric precipitation and Quaternary aquifer. In different mines with similar Quaternary conditions in Mu Us Desert, there were also great differences in the amount of borehole water, cumulative pre-drainage water and water inflow from goafs. The difference was related to the thickness and lithology of the aquifers. It reflected that the geological sedimentary conditions of the coal seam roof were also important factors to control the water-rich of the aquifers. Topography, landform and geological sedimentation were the key factors to control the water-rich of the aquifer directly and the water inflow from the working face.     

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。