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。     

济宁市王楼煤矿侏罗系含水层水文地质条件分析

王楼煤矿目前正在开采3上煤层,主要水害为顶板水和采空区积水。顶板水主要水源为3煤顶部砂岩水及侏罗系砂砾岩水,其中侏罗系砂砾岩水是矿井防治水工作的主要对象。区内局部地段侏罗系砂砾岩含水层直接覆盖在煤层露头之上,成为3煤层开采的直接充水含水层。运用历年来的抽水试验成果及水位动态变化资料,对侏罗系含水层的水文地质特征进行了分析,并对断裂构造对含水层及矿井充水的影响进行了评价。结果表明:侏罗系下部砂砾岩段大部地区富水性弱-中等,是开采浅部煤层时矿井的主要补给水源之一;上侏罗统砂砾岩裂隙含水层与山西组3上煤层顶底板砂岩水存在较好的水力联系;在区内该含水层除二段上部富水性较弱外,其余的层段富水性均较强,主要接受上部岩浆岩含水层的补给;煤层开采造成的冒落裂隙带在局部地段影响到侏罗系含水层,从而使侏罗系含水层成为煤层开采的直接充水水源。     

解析法在兴隆庄煤矿工作面涌水量预测中的应用

兴隆庄煤矿十采区的主采煤层是3煤层,其直接充水含水层是煤层顶板砂岩水。在分析采区3煤顶板砂岩水充水特征的基础上,采用解析法,预测其静储量总体约为34万m3;根据不同参数值进行分区计算,得到了十采区工作面在不同推进速度下的涌水量。研究结论可为兴隆庄矿十采区下一步的安全开采提供设计和决策基础地质条件保障,同时也可以为其他类似水文地质条件的采区工作面的涌水量预测提供理论依据。     

基于“三图-双预测法”的新疆准南煤田东沟煤矿B_6煤顶板突水危险性评价

新疆东沟井田首采的B_6煤层顶板隔水层厚度较薄且存在数十米的西山窑组孔隙裂隙砂岩含水层,煤层开采时导水裂隙带易导通含水层,发生突水事故。针对煤矿面临的顶板水害威胁,根据煤矿水文地质条件结合"三图-双预测法"的思路选择冲洗液消耗量、岩心采取率、岩石脆塑性比、含水层厚度、物探富水异常等作为主控因素;采用层次分析法建立层次分析模型,结合富水性指数法确定富水性分区;利用surfer进行插值分析、AHP建立的富水性指数模型,结合MapGis空间分析功能对评价区内B_6煤层顶板含水层的突水危险性进行分析预测。     

基于GIS的“三图–双预测法”的应用

针对铁法集团大强煤矿1号煤可能存在的顶板涌(突)水危害问题,运用基于地理信息系统(GIS)的层次分析法(AHP)型“三图–双预测法”,通过对含水层厚度、岩心采取率、单位涌水量、渗透系数、断层等5个主控因素的综合分析,在建立煤层顶板充水含水层富水性分区图的同时,对开采煤层的顶板安全性进行评价及分区。在以上研究的基础上运用GIS多源地学信息复合叠加原理,提出了1号煤顶板涌(突)水条件综合分区的划分方案。根据综合分区结果,运用Visual Modflow软件对即将开采的2-202工作面和三采区进行了涌水量预测。     

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。     

济三煤矿煤层顶板砂岩含水层富水性预测

针对济三煤矿七采区水文地质勘探程度不高,抽（放）水试验钻孔数量有限的实际情况,从岩性结构和构造发育特征出发,综合考虑砂岩厚度、砂-泥组合层数、岩心采取率以及砂岩含量等因素,构建岩性结构指数模型,同时,采用断层分维值来定量表述断层构造特征,通过信息复合建立多因素富水性指数综合评价模型,对煤层顶板含水层进行富水性分区,通过有限的实测单位涌水量数据对评价结果进行验证,取得了较好的应用效果。      

煤层顶板砂岩裂隙水渗流场数值模拟研究

以顾桥矿南二采区11-2煤层开采为例,通过分析其顶板砂岩赋存条件,利用FLAC3D软件中应力—渗流耦合模拟分析研究顶板砂岩裂隙水渗流场规律,从而判断该煤层开采对上覆煤层开采的影响,以及顶板突水的可能性。模拟结果表明:煤层开采过程中,如果在工作面开采初始阶段没有发生顶板突水,那么在之后的开采过程中,在开切眼一侧发生顶板突水的可能性很小,而在迎头位置危险性较大;且开采11-2煤层对上覆煤层的安全开采影响不大。     

蒙陕接壤区纳林河二号矿井首采工作面顶板富水性探查

在充分掌握地质勘探资料的基础上,利用井下物探和钻探等技术,对鄂尔多斯盆地蒙陕矿区深埋煤层首采工作面顶板水文地质条件进行了深入研究。结果表明,31101工作面顶板导水裂缝带范围内共发育三层含水层,从下往上依次为3-1煤顶板含水层、2-1煤顶板含水层和直罗组下段含水层;富水区域主要分布于2-1煤层顶板到直罗组下段岩层之间,岩性为中粒砂岩、中粗粒砂岩。切眼附近和旧回撤通道附近钻孔涌水量和水压波动较大,这两个区域顶板水富水不均一性较明显;中间位置顶板含水层发育较稳定,钻孔涌水量和水压也相对稳定,富水性比较均一。井下物探在切眼附近和旧回撤通道附近圈定的低阻异常区,主要由地层岩性和富水性等引起。     

基于AHP与独立性权系数综合确权的煤矿含水层富水性评价

为克服传统多源信息融合方法在评价含水层富水性中多采用单一主、客观赋权的不足,以徐庄煤矿为例,在充分考虑影响7煤顶板(即山西组7煤至下石盒子组底界之间的层段)砂岩含水层富水性各因素的基础上,确定了断裂分维、平面变形系数、断层强度、砂岩含水层厚度、砂泥比、岩芯采取率、钻孔冲洗液消耗量、井下涌(突)水点涌水量作为影响其富水性的8大主控因素;采用AHP法和独立性权系数法分别计算了各主控因素的主、客观权重,通过乘法合成归一法得到综合权重,结果表明:褶皱平面变形系数、断裂分维对7煤顶板砂岩含水层富水性影响大,钻孔冲洗液消耗量、岩芯采取率、砂泥比对其富水性影响小;建立了基于AHP与独立性权系数法综合确权的含水层富水性指数法评价模型,通过ArcGIS得到了研究区含水层富水性分区图,并通过已知突水点的分布,对该评价模型进行识别与检验,验证了该模型评价效果的准确性,圈定了顶板防治水的重点靶区。本研究成果为预测矿井含水层富水性强弱、防治顶板水害问题提供了有益参考。     

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。      

黄陇煤田煤层顶板水害特征及其防控技术

陕西黄陇煤田是我国主要产煤基地之一,煤层开采主要受顶板巨厚洛河组砂岩水威胁,水害防控形势严峻,分析顶板涌水特征、研究水害防控关键技术对于煤矿安全生产具有重大意义。在收集该区域典型煤矿工作面涌水量资料的基础上,分析顶板水害类型及其主控因素,总结工作面涌水量变化规律,并研究顶板巨厚砂岩含水层水害形成机理,进而提出顶板水害防控关键技术。结果表明:(1)黄陇煤田顶板含水层充水可分为持续涌水式、非持续涌水式和泥砂溃涌式3类,持续涌水式包括可控持续型和高强度持续型,非持续涌水式分为离层涌水型(包括偶发离层涌水型和频发离层涌水型)和脉冲式涌水型,以及泥砂溃涌型共6型。(2)关键隔水层厚度、煤层与洛河组砂岩间距、洛河组砂岩的富水性共同决定顶板涌水形式:当关键隔水层厚度较小甚至缺失,洛河组砂岩富水性弱且与煤层间距较小时,发生脉冲式涌水;当关键隔水层厚度较大且分布稳定,洛河组砂岩富水性中等至强且与煤层间距较小时发生持续涌水;当关键隔水层巨厚,洛河组砂岩富水性弱且与煤层间距巨大时发生离层涌水;当煤层顶板导水裂隙带范围内的侏罗系地层发育胶结不良地质体或煤层出现冒顶现象,容易形成水砂溃涌灾害。(3)地下水位监测预警技术、地面钻孔疏放离层积水技术、井下泄水巷集中排水技术、排水系统建设与维护技术、减水开采技术等是黄陇煤田水害防治的关键技术;工作面精细管理制度、工作面水情日分析制度、专家会诊及对标学习制度等是做好水害防治工作的配套管理对策。      

基于全卷积神经网络的钻孔瞬变电磁法岩层富水性预测研究

巷道掘进前方采用钻探或地球物理方法进行超前探测含水层的位置及富水性,提前做好防治水工作对煤矿安全生产至关重要。利用钻孔瞬变电磁法(BTEM)进行超前探测优势明显,目前解释方法是根据计算的电阻率进行岩层富水性的定性分析,还无法实现对含水层富水性等级进行预测。提出利用钻孔瞬变电磁法探测,采用全卷积神经网络(FCNN)方法进行钻孔外围含水层富水性等级的准确预测。首先,依据阿尔奇公式、Kozeny–Carman公式、导水系数公式和单位涌水量公式,建立砂岩含水层单位厚度的电阻率与按钻孔单位涌水量划分的含水层富水性4个等级的对应关系;其次,建立全空间条件下不同富水性岩层的地质–地球物理模型,采用三维时域有限差分法(FDTD)进行全空间瞬变电磁场数值模拟;为了接近实际情况,在正演结果中加入了5%～15%的随机噪声,提取与岩层富水性等级关联的特征参数,采用全卷积神经网络(FCNN)进行了岩层富水性等级预测的训练和仿真测试,测试集预测的富水性等级平均准确率为91.8%;最后,利用某矿煤层水力压裂后的钻孔瞬变电磁法实测数据进行煤岩层富水性等级预测,检验FCNN方法预测效果。研究结果表明:采用全卷积神经网络...     

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。     

基于脆弱性指数法的韩城矿区11号煤层底板突水危险性评价

在全面分析韩城矿区地质与水文地质条件的基础上,应用相关因素分析方法,提出研究区煤层底板奥灰含水层突水的指标体系,并以多个典型煤矿为例,重点分析了受奥灰含水层威胁最严重的11号煤层底板突水的影响因素;构建了有效隔水层厚度、褶皱规模、含水层富水性、断层规模4个评价指标;采用脆弱性指数评价方法对11号煤层底板突水的危险性进行了分区。      

黄河流域陕北煤炭开采区厚砂岩对覆岩采动裂隙发育的影响及采煤保水建议

煤炭开采活动导致的煤层顶板覆岩地质条件变化及采动裂隙发育是损害地下关键含水层的直接原因,也是造成矿区生态环境退化的根源。煤层顶板覆岩结构中发育的厚砂岩作为一种典型的地质条件,其对覆岩采动裂隙的发育规律具有重要的影响。为此,在分析研究区主采煤层赋存地质条件及其分布规律的基础上,选择陕北煤炭开采区曹家滩煤矿主采2?2煤层顶板覆岩为地质原型,采用FLAC3D数值模拟平台模拟分析了厚砂岩不同厚度和位置对覆岩采动裂隙发育形态和发育高度的影响,并以此提出了相应的“采煤保水”建议。结果表明:研究区2?2煤层顶板覆岩中厚砂岩平均厚度25 m,距2?2煤层平均间距76 m;厚砂岩距煤层30 m时,覆岩采动裂隙表现为“矩形—L形—马鞍形”的动态变化特征,距煤层70 m时表现为“L形—倒梯形—马鞍形”变化特征,距煤层大于95 m时全程表现为“马鞍形”特征;覆岩采动裂隙最大发育高度随厚砂岩层位的升高而先减小后增大;厚砂岩厚度H≥30 m、距煤层间距L>95 m,或H≥60 m、L>60 m时,可有效阻挡采动裂隙向上发育贯穿厚砂岩;在充分考虑厚砂岩对覆岩采动裂隙发育规律的影响,选择合适的空间位置和开采阶段进行合理的覆岩减损和保水防治,实现“边采边治、边采边护”的绿色开采模式。该研究成果可为黄河流域中游陕北煤矿区煤炭开采与生态环境保护协调发展提供理论指导。      

灵新煤矿导水裂隙带发育高度数值模拟研究

煤矿的开采利用给国民经济发展带来巨大的收益,但也引发了许多环境地质问题,特别在煤层开采过程中,煤层上覆基岩变形破坏形成的裂隙通道极易发生矿井涌（突）水事故,时刻威胁着井下工人的生命安全。本文以灵新煤矿051505工作面为研究对象,利用Flac3D数值模拟软件,对14号主采煤层上覆基岩导水裂隙带高度进行了模拟研究。模拟结果表明：当煤层开采厚度为2.5 m时,导水裂隙带发育最大高度为59.5 m。同时选取经验公式法对导水裂隙带高度进行了计算。最终通过钻孔实测法得到的结果与前两种方法对比分析,数值模拟结果与钻孔实测结果基本吻合,认为数值模拟方法能够高效、简单、合理达到预测导水裂隙带高度的目的,也为同类矿井安全、绿色生产提供一定的借鉴。     

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      

基于灰熵法的深部煤层瓦斯含量影响因素分析及预测

为了提高深部煤层瓦斯含量的预测精度,提出了采用灰熵分析法对瓦斯含量影响因素进行研究,以潘三矿深部11-2煤层为例,根据灰熵关联度的大小选取不同的影响因素分别建立了GM（1,3）、GM（1,4）和GM（1,5）预测模型,依据精度检验结果选择精度更高的瓦斯预测模型。研究结果表明,影响潘三矿深部11-2煤层瓦斯含量的因素重要程度从大到小依次为:主断层距离、煤层埋深、煤厚、顶板砂泥比、煤层倾角。由此建立的3个模型的预测精度都在合格以上,其中GM（1,4）模型预测精度达到了1级,平均相对误差为5.063 6%,可采用该模型对11-2煤层瓦斯含量进行预测,为深部煤与瓦斯安全高效开采提供可靠依据。      

薄互层条件下围岩变化对煤层反射波的影响研究

为研究薄互层条件下围岩变化对煤层反射波的影响,以地震勘探中λ/4薄层范围内含煤地层为研究对象,建立围岩岩性、厚度与结构变化三类模型,基于薄层反射系数谱理论中Brekhovskikh方程,计算并总结围岩变化对煤层AVO曲线、属性及道集的影响。研究结果表明:λ/4范围内围岩岩性变化会对煤层AVO响应产生显著影响,其中顶板为砂岩会使得煤层AVO截距和梯度属性明显增大,顶板为泥岩会使得煤层AVO截距和梯度属性增大,且顶板岩性不同,对应的煤层AVO道集特征也会发生变化;λ/4范围内围岩互层结构和厚度变化会对煤层AVO响应产生一定影响,但是影响较小,其中围岩互层结构的变化会使得煤层AVO道集特征产生变化,围岩厚度的变化会使得煤层AVO截距属性产生变化;基于界面型的Zoeppritz方程不适用于薄互层含煤地层的正演模拟,应选取更适用于薄互层的Brekhovskikh正演方程或者其他模拟方法。