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。     

山西新阳矿太原组下组煤层底板岩溶水突水安全性评价

新阳矿9-10-11号煤层底板低于奥灰岩溶水位,承受水压较高,存在带压开采问题。依据矿区水文地质勘查资料,通过对9-10-11号煤层底板隔水岩层隔水性能、奥灰岩溶水富水程度、底板断裂构造发育情况、煤层底板承压大小以及采煤扰动底板破坏深度等突水因素分析,表明井田西南部断裂构造发育地段为突水危险区。分别采用突水系数法和突水危险度法对全井田9-10-11号煤层底板突水危险性进行评价,评价结果显示井田南部及断裂构造发育地段为突水危险区。理论分析与定量评价结果基本一致。针对9-10-11号煤层底板突水安全评价结果,提出了相应的防突水对策。     

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.     

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。      

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。      

实测阻水系数评价奥灰突水危险性方法研究

开采受奥灰水威胁的煤层时,通常都把突水系数作为安全评价的依据,此方法存在一定局限性。采用室内小尺寸水力压裂试验测得煤层底板的阻水系数;用实测的阻水系数对兴隆庄煤矿首采区下组煤(16_上煤、17煤)带压开采时奥灰水的突水危险性进行了评价。结果表明,该方法评价奥灰突水危险性直观、清晰、简洁,值得推广。      

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.     

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。     

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。     

山西南阳矿奥陶系岩溶水赋存运移特征及下组煤底板突水危险性评价

南阳矿未来开采太原组下组煤15号煤层时,井田中西部存在奥灰岩溶水带压开采问题。通过水文地质补充勘探,研究分析矿区奥灰岩溶水赋存运移特征和15号煤层突水的危险性。结果显示:该区奥灰岩溶水水位标高在626～617m,地下水流向由北偏西向南,整体富水性从西北向东南由弱至中等,径流条件从东向西由较好变差;15号煤层在尹家沟村以西属于带压开采,突水系数最大为0. 079MPa/m,属于相对安全区,在底板无断裂构造沟通下不影响其安全开采。     

太原西峪煤矿9号煤层带压开采危安区的划分

西峪煤矿位于太原西山岩水系统的晋祠岩溶水亚系统内的非主径流带上，由于本矿区9号煤层除最南端有小部分9号煤层底板高于水头外，其余全部处于水头之下，因此，奥陶系灰岩水已严重地威胁着9号煤层的安全开采，特别是在底板隔水岩柱薄弱地带或断裂陷落柱构造破碎带，已存在着岩溶水突破隔水岩柱溃入矿坑的危险性，本文着重研究并划分了矿区9号煤层带压开采的安全区与危险区，目的是为煤矿带压开采提矿坑的危险性，本文着重研究并划分了矿区的9号煤层带压开采的安全区与危险区，目的是为煤矿带压开采提供宝贵的资料。     

山西省离柳矿区沙曲井田数值模拟及矿井涌水量预测评价

沙曲井田位于山西河东煤田离柳矿区的中部,处在柳林泉域岩溶水系统的径流区。矿区奥灰水水量大,水位标高为+797～+802m,其中的4#煤底板承受奥灰水压2～5MPa,10#煤底板承受奥灰水压3～6MPa,属带压开采矿井。利用井田以往的地质及水文地质勘探资料,应用GMS软件建立矿区三维立体模型和地下水渗流的数学模型,实现水文地质结构三维可视化,使数学模型能正确地反映预测区的水文地质条件,达到数值仿真效果;应用有限差分数值法,对开采上组煤(3#+4#)和下组煤(8#+9#、10#)时,石炭系太原组灰岩含水层和奥陶系峰峰组含水层的疏降进行矿井涌水量预测,为矿井的安全生产和防治水工作提供依据。     

煤层底板承压含水体上带压开采研究

渭北煤田5、10号煤层底板以下的奥陶系灰岩强含水层,水头压力大,对采煤的威胁严重,历史上曾经发生多次底板突水事故,造成重大人员伤亡。以澄合矿区为例,研究了带压开采防治水的技术路线,提出了底板注浆加固的防治水方法,并成功应用于董家河煤矿,不仅安全开采了5号煤层,而且保护了渭北地区岩溶水的统一水位标高,使区内各岩溶大泉流量稳定、黄河湿地生态安全得以保证,促进了生物多样性和工农业用水安全,为渭北及华北型煤田底板承压水体上带压安全采煤找到了技术途径。     

霍西煤田汾西矿区奥灰水资源赋存特征及分布规律

汾西矿区奥灰岩溶水属郭庄泉域岩溶水系统，它和整个系统既有密切的水力联系，又有其独特的赋存特征。根据多年勘探资料和郭庄泉的研究成果，探讨了矿区内奥灰岩溶水的赋存特征，并结合构造分布和水文地质规律，分析了岩溶水的富集和运移特性，初步总结了奥灰水在本矿区的分布规律。     

山西七元矿岩溶水赋存运移特征及底板突水分析

七元煤矿位于山西省寿阳县东部,主釆煤层为太原组15号煤,煤层底板之下的奥灰岩溶水对釆煤存在潜在危胁。为此对该矿区奥灰岩溶水的赋存运移特征及15号煤层底板突水情况进行分析,结果显示：井田位于区域奥灰水径流区的中部,,径流条件较好;15号煤层的水位线总体特征为北西部高,东南部低,地下水自西北至东南径流。经计算,采区的突水系数为0.047MPa/m,推测该区碱奥灰岩溶水对15号煤层的开釆没有影响。