马城铁矿矿山地质环境保护研究

马城铁矿为大水矿山,矿山地质条件复杂。矿山为地下开采,采用嗣后充填采矿法。在研究矿区水文地质条件和开采可能引发的地面塌陷的基础上,提出相应的防治措施及监测方法,以保证矿山生产安全和经济效益。     

过采空区成井工艺及固井措施

大多数矿山浅部资源基本开采完毕后,急需开挖深部矿产资源,而开发深部资源往往需要通过用钻探手段穿越上部采空区来探明储量或超前治理,采空区成井是钻探施工领域的一道技术难题,大口径钻探过采空区成井工艺和固井是十分有效的方法。     

露天地下开采隔离层稳定性研究

露天地下开采隔离层稳定性分析是矿山中经常遇到的问题。以大宝山矿露天地下开采的工程实例,采用数值分析方法,对隔离层稳定性进行分析计算,发现空区顶板的拉应力是关系隔离层稳定性的关键因素。通过对隔离层的安全厚度数值计算,与5种理论计算方法结果进行了比较,综合求和归一法数据处理和多项式数值逼近得到了不同空区跨度与隔离层安全厚度关系。结果为露天地下开采隔离层稳定性分析的方法进行了验证和补充,也为矿山设计隔离层厚度提供了参考,对指导露天地下开采安全生产施工具有重要意义。     

淮南矿区抽采瓦斯地面钻井施工关键技术应用

针对淮南矿区煤矿瓦斯抽采地面钻井施工,对常规钻进垂直成井与完井工艺的施工设备、钻井方案、下管与固井、垂钻技术、钻井结构进行优化选择,采用国产PDC掏穴钻头与长井段掏穴钻进技术,提高地面钻井稳定性和瓦斯抽采效率。结合生产实际,阐述了此种组合钻进成井工艺技术的特点。     

海底采矿覆岩变形破坏特征及临界开采上限的物理模拟试验研究

海底赋存大量未开采的矿产资源,利用前景广阔。与陆地采矿相比,海底采矿受上覆水体威胁巨大。因此,准确掌握采空区上覆围岩变形破坏规律,设置合理的顶部预留隔水矿柱,对海下采矿工程安全、高效生产具有重要意义。本文以山东三山岛金矿新立矿区这一典型的海底矿床为研究对象,基于滨海矿山复杂的工程地质特征,采用室内地质力学模型试验的方法,重现了海下充填开采过程,阐明了动态开采条件下海底矿山采空区围岩变形破坏规律和特征。试验结果表明,三山岛新立矿区的临界开采高度为- 85 m,顶部预留隔水矿柱的最小厚度为50 m。若开采超过该临界值,采空区和顶部含水层将发生贯通性破坏,其失稳模式为断层活化。研究成果可为新立矿区预留矿柱高度的选取提供理论基础,也可为相似地质条件下矿山安全开采提供参考。     

高水固化材料在南京铅锌银矿中的应用

南京铅锌银矿是地下开采矿山,历史上遗留的大量采空区已严重威胁地面风景区的稳定,区内不断发生地面沉降、塌陷等地质灾害;１９８８年以后,采矿方法更改为分级尾砂充填法后,随之又带来对井下作业环境的污染;选矿后产生的尾泥直接排入长江,造成环境污染。在本项研究中,提出“用全尾砂加高水固化材料充填采空区和生产采场”方案,并进行工业性试验,效果良好,可解决上述三大问题。     

兰坪金满铜矿矿山淹井原因及处理措施

通过对矿山充水水源、充水途径的分析,认为矿山淹井是因为导水断层,及采空区的塌陷破坏了隔水地层的完整性。提出矿坑充填及帷幕灌浆的处理措施,并取得了较好的处理效果。     

穿越采空区氮气钻井工艺应用研究

以寺河矿区穿越采空区氮气钻井试验为背景,通过分析煤层取心测试数据,指出钻井穿越3号煤层采空区抽采9+15号煤层瓦斯的必要性。利用“三带”理论明确了3号煤层采空区顶板以上74.4 m及底板以下22.73 m为钻井漏失带,采用氮气钻井穿越该层段有助于安全高效施工;优化了穿越采空区氮气钻井的三开井身结构;根据穿越采空区氮气钻井工艺需要,配套设计了地面钻井工艺流程。氮气钻井工艺在寺河矿区试验的成功,证明该工艺的可行性,对穿越采空区钻井技术的研究和推广应用具有重要的指导意义。     

青铜沟汞锑矿尾砂充填系统方案设计

尾砂充填是一个复杂的系统,需要综合多个学科的知识。结合青铜沟汞锑矿工程对尾砂充填系统进行研究,青铜沟汞锑矿工程在多年的开采过程中形成了大范围的地下采空区。为了解决采空区安全问题,需要对采空区进行充填。综合考虑地下采空区的分布情况,将尾砂充填分为3个充填单元,采用分区充填方式进行处理。通过4种方案比选,在青铜沟820 m设置充填站为较优方案,为了保证采空区充填质量,选用3种充填料以满足充填需求,建设3个长方形卧式砂仓。结合青铜沟汞锑矿工程经验,从砂料制备、胶结充填料制备、管道铺设、管路选择等方面对充填实施过程进行了详细介绍,可为类似矿山尾矿充填工程提供参考。     

砂岩孔隙型地热资源高效勘查成井

本文以临清御临苑地热井的勘查成井工作为例,分析水热型砂岩孔隙型地热资源的高效勘查及钻井成井工艺,以期为本区及类似区地热资源的高效勘查开发利用提供一些思路。前期通过收集分析有关资料大致了解地热地质条件,选择视电阻率测深研究隐伏地层及断裂特征,推测有利的地热成矿区;再通过大地电场岩性测深了解不同点位的含水层厚度及深度,优选地热井点位;根据地层及其岩性特征选择不同的钻具组合及配置适当的泥浆进行钻进,结合多参数测井确定成井结构和适宜的封固止水完井工艺,总共耗时68天,最后获得了一口水温较高、水量较大、质量优良的较大口径地热探采井,达到了经济高效勘查成井的目的。     

过采空区抽采下组煤煤层气技术及工程应用初探 ——以晋城寺河井田为例

晋城矿区寺河井田3号煤层经多年的煤矿开采,形成了大面积的采空区,大面积的卸压提高了下组煤(9号、15号)的渗透率,但由于采空区阻隔和煤层气地面预抽技术的局限,致使下组煤煤层气尚未得到有效抽采。为保证煤矿的安全生产和产能的释放,结合采空区特征,采用过采空区钻完井及压裂工艺新技术,分析施工参数及后期产能情况,评价过采空区抽采下组煤煤层气技术的应用效果。结果表明:地面钻井开发过采空区下组煤煤层气资源时,应首先进行井位优选及井身结构优化,以保证钻井的成功率;采用氮气置换套管钻井工艺及低压易漏注浆加固等穿采空区钻完井技术,不仅可以有效降低采空区煤层气自燃甚至爆炸风险,而且保证了穿采空区段固井质量;优化采空区下组煤层压裂施工参数并设计不同井位的煤层气井压裂工艺,有效扩展裂缝长度,同时也避免了“压穿”等压裂事故发生;精细化排采管控措施可以有效扩大泄流半径,提高单井产能。现场一百余口过采空区煤层气井排采实践表明,单井最高产气量达到8 832 m3/d,日均产气量达到2 694 m3,验证了过采空区抽采下组煤煤层气技术可行,可推广应用。      

基于InSAR三维分解技术的贵州省贞丰某煤矿地下采空区反演

贵州是我国主要煤炭产地之一, 成本与地方条件的限制使贵州贞丰县山区出现大量的非法小煤窑, 其大多开采一年、半年便废弃煤矿, 调查其地下开采范围对矿区生态修复、土地资源再利用、煤矿越界开采监测等有一定意义。本文利用升、降轨观测共16期3 m空间分辨率的L波段PALSAR-2影像为数据源, 在贵州省贞丰县采用InSAR技术对煤矿采空区开展了短期动态地表沉降监测, 结合研究区地质条件、地下开采条件、开采时间、范围等信息, 计算了该地区煤矿开采沉陷影响角的规律与变形时间滞后关系; 而后利用上述参数及地表变形信息, 在其附近一处废弃煤矿, 对其地下采空范围及开采时间进行反演:(1)研究区煤炭开采走向影响角为83°、上山影响角75°、下山影响角80°, 地表变形时间与地下开采时间差约1个月; (2)计算反演出研究区废弃煤矿地下开采范围为380 m×150 m; (3)在反演煤矿采区, 对比FLAC3D数值模拟计算结果和野外现场调查, 验证了InSAR计算结果基本准确, 验证了此方法对煤矿采区反演的合理性与可靠性。     

综合电参数在采煤地区拟建城市区地质结构识别及其评价研究

贵州黔西北地区煤矿资源丰富,因由于煤矿开采导致城市地下地质结构变化而引发安全问题。城市地下空间是城市未来发展的重要增长极,拟建城市规划区地下空间地质结构的识别及评价工作极为重要。文中提出基于电场理论、采空区氧化还原环境及煤区地质规律,综合电阻率、电流、自然电位等多个电参数对采煤区拟建城市区地质结构快速识别的方法,并对强风化层、老窑采空区、煤矿采空区等地质结构特征进行评价,取得成果与实地踏勘、已有工程一致,可为城区建设场地地质灾害危险性评价和地下空间开发利用提供重要依据。该方法具有无损、高效、绿色、低成本等优势,值得进一步研究推广。     

瞬变电磁法在采空塌陷灾害中的应用——以神东煤矿采空区调查为例

由人工采矿及天然作用形成的地下空洞是引起地面塌陷、地裂缝等多种环境地质灾害的根源之一。在煤矿开采区,地下空洞主要是煤矿采空区,采空区受水文地质条件和开采时间的影响,呈现积水和不积水状态。利用瞬变电磁法对神东矿区采空区进行了调查勘探,用最原始的归一化二次电位解释采空不积水区及采空积水区,并根据地下空洞发育的时间长短及积水程度的不同,会呈现高阻异常或低阻异常,在视电阻率断面图上呈现出十分显著的特征。给瞬变电磁法勘探应用于采空区及采空积水区的探测提供了实例,对预测和防治采空区引起的塌陷环境地质灾害具有重要意义。      

我国露天煤矿水害特征与防治水技术

露天开采是我国煤矿开采的两大方式之一。与地下开采煤矿类似，露天煤矿在开采过程中同样面临防治水问题，由于我国露天煤矿水害类型相对单一，国内学者鲜有对露天煤矿的水害特征和防治水技术进行深入研究。以我国露天煤矿分布范围为出发点，从充水水源、充水通道、充水强度3方面分析露天煤矿水害特征，得出大气降水、地表水和浅层地下水是主要充水水源；人为开挖形成的直通式通道、强渗透含水层或透水层、垂向导水钻孔、滑坡形成的地表裂缝等是主要充水通道；季节性变化明显、疏排水周期长、排水量大是露天煤矿疏排水主要水害特征的结论。归纳目前我国露天煤矿常用的7种防治水技术，提出露天煤矿由远及近、由上而下、由面至点的立体防治水技术体系。从地下水资源保护和生态环保角度出发，为实现露天煤矿绿色开采和可持续发展，提出以切断补给通道、减小矿坑疏排水量为目的的帷幕截流技术是今后露天煤矿防治水的主要技术方法。      

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。     

极软中厚煤层越界开采区老空水害防治技术

小煤窑越界开采是我国煤炭行业极为普遍的现象。由于越界开采范围、积水量等条件不明,老空水严重威胁着毗邻大型煤矿的安全采掘工作。为快速准确地探查小煤窑越界开采边界并预防老空水的威胁,运用地面定向钻孔轨迹可控、定位精确的特点,提出了以极软中厚煤层精准钻进、不同岩性钻井液配比和采空区井漏预防与封堵为主的极软中厚煤层中地面顺层孔长距离钻进技术,并提出了越界开采区老空水害防治流程。以华北型煤田某煤矿Ⅲ63采区右翼为研究区,应用越界开采区老空水害防治技术体系,通过工程示范准确查明了越界开采边界与越界开采方向,为合理留设矿界防隔水煤柱提供依据。该方法的成功应用为同类矿井的老空水害防治提供了科学的技术,并且为地面顺层孔在探查越界开采边界与极软煤层抽取瓦斯等领域中的应用提供宝贵经验。      

大面积采动矿区水环境灾害特征及防治措施

矿山采动前后,相应伴生水系调整和水体污染,产生水环境灾害。以阜新新邱矿区为研究对象,在对环境地质情况调查分析基础上,主要从水资源流失、废旧地下采场和露天矿坑积水、矿区地表和地下水质污染等方面探讨了矿区水环境灾害的形成及特征。大面积的开采,造成矿区水资源流失严重,矿山停采后,地下水位逐渐恢复;废旧地下采场和露天矿坑形成的积水,在入渗过程中,通过运移累积、吸附转化、溶解解析和离子交换等水岩作用对地下水产生污染;矿区矿井抽排水和河流水质污染物不同程度超标。针对矿山水环境灾害,建议采用矿山地质环境治理、修建防排水及净水设施、水环境监测等手段进行防治,以使矿区环境得到根本改善。     

钻孔瞬变电磁方法探测越界开采采空区的应用

煤矿井下越界开采扰乱煤炭资源开发秩序,同时存在巨大的安全隐患,准确探测越界开采采空区及其边界对安全采掘极为重要。常规的矿井瞬变电磁探测方法容易受到巷道中的金属和电磁信号干扰,探测精度有限,难以满足采空区边界精准解释的需求。为了解决这一问题,提出一种钻孔中收发信号的钻孔瞬变电磁方法和施工工艺,利用其远离巷道和靠近异常体的特点,提高异常信号在实测数据中的占比;并研究可行域约束的OCCAM反演算法,进一步减小体积效应影响,实现了对越界开采采空区的电阻率精细成像。结合山西某煤矿的工程实践,对该方法精准探测邻矿越界开采采空区规模、性质的实用性和有效性进行了检验。结果表明,钻孔瞬变电磁方法是矿井地球物理技术与钻探工艺技术的高效结合和有益补充,基于可行域约束的OCCAM反演算法能够有效应用于越界开采采空区的边界精确成像解释。      

东胜煤田乌拉素矿区水文地质特征及充水因素研究

近年不断发生的突水事故,给煤矿安全生产带来严重威胁,研究矿区水文地质特征,分析矿井充水因素有重要现实意义。根据东胜煤田乌拉素矿区地质勘探和水文地质资料,对煤层开采导水裂隙带高度进行计算,结果表明:直罗组底部、含煤系地层的裂隙承压水含水层和上部煤层采空区内的积水,是煤层开采时矿井涌水的主要充水水源,矿井充水通道有断层裂隙带、封闭不良钻孔、采动导水裂隙带;其中导水裂隙带会将上部煤层采空区积水导通,使充水强度增大,矿坑涌水量增加。建议开采过程中要做到边探边采,探采结合,预防突水问题。