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。      

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。     

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．     

韩城桑树坪煤矿11号煤层带压开采可行性分析

本文在分析桑树坪井田水文地质条件的基础上，通过对煤层带压开采影响因素的分析，提出了充分利用煤层与含水层之间有效隔水层的厚度，充分考虑隔水层的岩性组合、水压及地质构造等因素，提出了对受高压奥灰水威胁的煤层应分采区、分水平带压开采。     

葛亭煤矿1160采区水文地质条件分析

处于济宁煤田鲁西南断块坳陷区济宁地堑西侧的葛亭矿井,构造类型为中等-复杂型.在分析了矿区水文地质条件的基础上,认为第四系含水层岩组,山西组3煤层顶、底板砂岩裂隙水和奥陶系岩溶水是矿井充水的主要水源,断裂带及陷落柱是充水的主要通道.奥灰水会由于强大的水压力向上冲破煤层至奥灰顶界面之间的压盖隔水层而涌人矿井造成奥灰水底鼓.根据对矿区16煤和17煤层突水系数的分析计算,认为16煤层在-265m以浅区域开采是安全的,17煤层在-220m以浅是安全的.在矿井开采过程中,应加强对陷落柱的观测,对主要断层应留足防水煤柱,加强探放水工作.     

唐山矿岳胥区奥灰水带压开采危险性评价

基于唐山矿岳胥区奥灰岩发育特征和水文地质特征,结合安全水头、突水系数、安全隔水层厚度等3个不同指标,对研究区带压开采危险性进行了评价。结果显示:研究区奥陶纪灰岩埋深整体呈北深南浅,且存在一定范围的压煤带,井田内奥灰水水位呈北高南低的趋势,研究区内奥灰水位最高,水位标高-10~-9 m;掘进巷道安全水头值及安全隔水层厚度评价结果显示无带压开采危险,突水系数评价结果则显示研究区存在范围不等的带压开采危险区,突水危险区主要存在于研究区两侧扩大区,应注意开展奥灰水防治工作。      

蔚县矿区奥灰水突水规律分析及防治水对策探讨

蔚县矿区煤系基底奥灰含水层是煤层开采底板进水的主要充水含水层,已发生多次突水灾害,造成了巨大的经济损失。在分析矿区水文地质条件的基础上,对矿区奥灰岩的富水性进行了分区。通过对多年来矿区生产矿井奥灰水突入矿井资料收集整理及突水点的时空特征的研究,得出了矿区生产矿井奥灰水突水规律：首先与奥灰含水层富水性有关;其次是断层,即使是落差不大的小断层也是突水的薄弱地段;开采1号煤层,底板隔水层厚度与水头压力是控制奥灰水突入矿井的主要因素。提出了以防为主、带压开采、封堵结合,避免强行疏排的奥灰水防治水对策,并对矿井防治水措施提出了建议。     

红岭煤矿水文地质特征及充水因素分析

通过对矿区含、隔水层及断层带水文地质特征的分析和井下水文地质现象的观测,认为目前矿井开采煤层较浅,以二1煤顶板直接含水层充水为主,水量不大;但随采掘的延深,煤层下伏的太原组灰岩和奥灰含水层,会在断层的影响下,与其它含水层发生水力联系,对矿井开采形成威胁。根据对矿井充水因素的分析结果,指出目前矿井的充水强度不大,充水通道主要为断层带,在开拓-800m水平时,应注意构造破坏或隔水层薄弱地段,此地段有可能出现奥灰水突入矿井的危险。为防止矿井突水,提出了建立健全地下水观测系统,加强井下钻探和物探工作,重视邻近矿井老窿水监测等矿井水害防治工作建议。     

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.     

岩溶充水矿区煤层底板突水危险性评价方法探讨——以山东新驿井田为例

奥灰是区域性强含水层之一,对开采太原组煤层威胁很大,通过对山东新驿煤矿首采区奥灰水文地质条件的分析,在对其突水影响因素综合分析的基础上,用有效隔水层突水系数法、多层叠加抗压强度比值系数法、安全隔水厚度比值系数法等三种方法从不同角度对突水危险性进行了划区评价,经相互对比验证,效果较为理想.     

关于突水系数的讨论

煤层底板突水在我国华北型煤田矿井采煤过程中经常发生。带压开采条件下,预测底板突水和评价突水危险程度的主要方法是突水系数法,但是关于突水系数计算、临界突水系数的确定等还存在一些值得讨论和研究的问题。在阐述带压开采和突水系数理论的基础上,给出了突水系数的各种计算公式及公式中有关参数确定方法,详细说明了临界突水系数的由来和应用条件,提出了计算突水系数的新公式。新公式不仅考虑了水压和隔水层厚度,而且考虑了底板破坏深度、导升高度和奥灰顶部隔水段等因素,为计算和统计分析确定突水系数新的临界值奠定了基础。      

保安煤矿西翼3煤层开采安全性研究

通过对矿区水文地质条件的分析,认为开采3煤层时的主要充水含水层为顶板砂岩裂隙水和底板奥灰水,以奥灰水最为突出。采用突水系数法及阻水系数法计算煤矿西翼3煤层开采的有效隔水层厚度为37.6m,运用大井法计算工作面开采过程中最大涌水量为98.3m3/h。研究认为：工作面可以进行带压开采,在巷道和工作面开拓中必须在井下施工探放水孔,在富水区进行疏水降压,达到安全开采的目的;开采F20、F35断层附近时应留足防水煤柱,并对奥灰进行疏水降压,以免发生突水事故。     

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。     

杨柳煤矿太原组灰岩含水层突水危险性评价

结合杨柳矿10煤底板至太原组一灰顶隔水层的有效厚度、岩性组合、原始导高、岩体结构特征、及断层的导含水性能以及物理力学实验的结果,运用分形理论对矿区的10煤底板隔水层进行完整的分析,得出隔水层的隔水性能。最后,运用灰色模糊综合评价法建立数学模型,对底板的突水危险性进行评价和分区。     

晋城西区3#煤层带压开采研究

在阐述晋城西区奥灰水赋存状态及水文地质条件的基础上,通过对地下水流场,隔水层厚度的变化规律及突水系数数等因素的分析论证,采用数理统计方法对矿区水文地质条件进行了定量论述,分带及提出了晋城西区3#煤层带压开采中防治水的重点。     

研究煤层底板突水的形变电阻率法

阐述了形变电阻率法在井巷中应用的前提,对底板隔水层、奥灰水导升高度、含水构造等实例探测效果作了简单介绍。      

浅析安阳大众煤矿水文地质特征及充水因素

通过对大众煤矿的水文地质条件,含、隔水层特征,地下水动态及含水层间的水力联系等因素的分析,认为现矿井在中、浅部开采,以二1煤底板岩溶水充水为主,今后随着采掘深度的不断延伸延深,下伏太原组灰岩水和奥灰水将可能成为矿井主要充水水源,这对有效地防治矿井透水,消除或降低淹井事故的发生,具有重要的现实意义。为矿井开采水害防治提供了参考资料和决策依据。     

基于数字检波器的奥灰内部溶洞地震成像技术研究

针对淮北矿区常规地震勘探中奥灰反射弱且成像效果不佳的问题,在建立奥灰数字模型和总结碳酸盐岩地震响应的基础之上,利用数字检波器无畸变记录低频信息的优势,开展全数字高密度地震勘探处理方法研究,在保护低频、补偿高频、速度更新和偏移等环节进行改进,总结出了一套针对奥灰地层成像的处理方法,获得了煤层下伏奥灰顶界面以及灰岩内部溶洞的成像。结果表明:数字检波器记录的低频信息是解决煤层屏蔽难题的前提,奥灰顶界面的成像是灰岩速度精确求取的关键,叠前时间偏移技术是奥灰内部溶洞成像的核心。     

章村三井隔水层微观研究及煤系地层叶腊石的发现

通过采用传统的岩石薄片显微鉴定和现代化扫描、透视电子显微镜、X射线衍射分析、差热分析等方法对9煤至奥灰间隔水层岩石的结构、构造、矿物成分进行了综合测试，微观研究表明，区内9煤至奥灰问地层中铝含量较高，隔水层中泥质岩粘土矿物主要以叶腊石、伊利石、高岭石为主，大部分岩石遇水后稳定，无崩解现象。其中在煤系地层中发现大量叶腊石。初步分析认为是受后期强烈岩浆岩活动影响，发生热液蚀变而形成。通过压汞实验测试了10个隔水层岩样空隙结构，原岩状态下，9煤至奥灰含水层间隔水层空隙度很低，呈现致密状态，因而应具有良好的隔水能力。     

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。