巴彦高勒煤矿多相变沉积条件下煤层顶板含水层富水性特征

在区域水文地质条件研究基础上,结合水文地质补充勘探及以往勘探成果进一步研究矿区、矿井及首采区地质条件,着重研究矿井直接充水含水层延安组和直罗组地层的沉积条件、沉积环境、孔隙度、渗透率、顶板水化学特征、覆岩结构特征,评价巴彦高勒矿井多相变沉积条件下顶板含水层富水性特征。结果表明:含水层砂体呈条带状分布,富水性受沉积环境影响分布不均,水量以静储量为主,动态补给有限。研究成果为巴彦高勒矿区顶板水疏放、导水裂缝带发育特征研究等提供依据。     

巴彦高勒煤矿3-1煤层顶板垮落裂缝带发育特征

煤层顶板为高承压砂岩含水层,煤层开采过程中,为解决上覆砂岩含水层带来的顶板垮落及裂隙导水等安全问题,以鄂尔多斯盆地南部巴彦高勒矿井3-1煤层及顶板为研究对象,基于矿井地质、水文地质、开采技术条件及现场矿压显现特征,采用现场压力试验法和数值模拟法相结合,研究3-1煤顶板垮落裂缝带的发育特征,以及煤层在大采深、高矿压、高水压条件下的煤层覆岩运移特征及其主控因素。结果表明:数值模拟和现场压力试验结果基本一致,判断3-1煤开采后,顶板垮落带发育高度为38.7m,顶板垮落裂缝带最大高度为126m,裂采比为23.7。为煤矿预测煤层顶板裂隙带发育高度提供了一种新的方法。研究结果对内蒙古呼吉尔特矿区乃至周边相似地质条件矿区的安全开采和煤层顶板防、隔水煤柱的留设提供测试方法和参考依据。     

顾北煤矿1243（3）工作面提高回采上限覆岩破坏高度研究

提出对顾北煤矿1243(3)工作面回采上限开采产生影响的主要含水层为新生界承压含水层、基岩风化带及顶板砂岩含水层。根据其水文工程地质、勘探和土工试验资料,分析新生界松散层含(隔)水层、基岩风化带及煤层顶板砂岩含水层的水文工程地质特征以及各含水层之间水力联系,结合《"三下"开采规程》、覆岩类型、含水层富水性特征,确定该工作面水体下开采等级为Ⅱ类,并通过类比、公式法、实测研究冒落带破坏高度,确定防水煤柱高度,收作线上口防水煤柱最小,采后冒落带仅发育在二叠系煤系地层中,符合《"三下"开采规程》Ⅱ类水体的有关规定,工作面回采无水害威胁。     

层次分析模型在“三图-双预测”法中的应用——以鹤岗矿区新陆煤矿为例

鹤岗矿区煤层开采的主要充水水源为顶板白垩系石头庙子组砾岩裂隙水。由于含水层富水性不均一、矿区构造发育,煤层开采时,发生顶板突水的危险较大。"三图-双预测法"为评价煤层顶板突水危险性的主要方法之一。在该方法的应用中,如何选择适当因素建立含水层富水性分区图是方法的关键所在。以鹤岗矿区的新陆煤矿为例,通过对井田水文地质条件的分析,选择与石头庙子组砾岩裂隙含水层富水性密切相关的单位涌水量、含水层厚度、构造密度、物探解释的富水异常区等7个因素,应用层次分析方法,建立了"三图-双预测法"主要图件——煤层顶板充水含水层富水性分区图,为"三图-双预测法"评价顶板涌(突)水危险性奠定了基础。     

厚砂砾含水层下特厚煤层综放开采防治水技术研究

水帘洞煤矿地表水系发育,煤系地层上覆的白垩系洛河组和宜君组巨厚层状砂砾岩含水层,含水丰富,对矿井的安全开采构成了威胁。在详细分析矿区顶板含水层特征、隔水层岩性组合特征及隔水性能基础上,采用比拟法计算了综放条件下顶板导水裂隙带发育高度,并用数值法研究了不同采宽条件下顶板导水裂缝带发育规律,预计了工作面涌水量,为评价煤矿综放条件下工作面安全回采可行性提供了科学的依据。     

深部开采覆岩应力变化规律模拟实验研究

为了研究深部开采条件下覆岩结构运动所引发的动力破坏特征及巷道围岩中采动支承压力分布规律,以某矿20180工作面覆岩为研究对象,通过相似材料模拟实验,得出了深部开采条件下覆岩应力变化规律。结果表明:顶板垮落规律显著,初次来压步距较长,周期来压步距基本相似;开采过程中底板与顶板支撑压力是动态变化的,并具有同步性;随着顶板岩层高度的增加,应力集中系数逐渐减小。根据底板和顶板的应力变化规律,将底板和顶板划分为五个区域,为深部开采条件下工作面巷道超前支护,采空区瓦斯抽放及矿压控制提供可靠理论依据。     

地面核磁共振技术在隐伏火烧区富水性探测中的应用

煤层隐伏火烧区上覆基岩复合含水层(包括风化基岩和烧变岩含水层)是煤层开采的主要威胁之一, 明确隐伏火烧区的富水性对矿井水害防治具有重要意义。基于此, 以发生过较大突水事故的柠条塔煤矿为研究对象, 利用地面核磁共振(SNMR)技术开展隐伏火烧区含水层富水性探测并对其进行分析和验证。结果表明, 隐伏火烧区共有2个含水层位, 分别为第四系松散砂层含水层和1-2 上煤上覆基岩含水层; 第四系砂层含水层富水性受地表地形及其下隔水层顶部起伏形态影响水平变化较大; 1-2 上煤上覆基岩含水层富水性总体西南较低、北东较高, 该含水层厚度9~30 m, 局部相对较厚, 推测为1-2 上煤火烧区风化基岩和烧变岩含水层的叠加反映; 研究区内1-2 上煤上覆基岩含水层总体呈现出西部及中部偏东南区域富水性相对较大, 其余区域富水性相对较小。利用SNMR得到的含水层富水程度与探放水孔及水文孔的涌水量结果大致相同, 表明该方法的勘探结果相对可靠, 可用于隐伏火烧区富水性的探测。      

松散含水层下上提工作面压架因素敏感性分析与压架预防

为了防止类似淮南顾北矿1202（3）上提工作面再次发生突水压架事故,根据上提工作面覆岩破断特征,建立了自然拱覆岩结构力学模型,推导出低冒拱和高冒拱的拱高计算式,研究了工作面顶板断裂位置对支架载荷的影响,分别计算出松散含水层在自然拱内、拱外两种条件下的覆岩载荷,确定了滑落失稳和挤压变形失稳的压架判据。研究表明,上提工作面受到松散含水层内水的影响时,易形成高冒拱结构,拱内松散层重度增加,铰接岩块之间的接触力减小,承载关键层受到松散含水层内的水压影响,造成支架上的载荷急剧增大,导致上提工作面易发生突水压架事故。然而影响工作面突水压架既有地质因素,又有开采技术因素,盲目地增加支架工作阻力未必能降低工作面压架风险,支护成本必然急剧增加。基于此,定义了无量纲的压架敏感度指标,分析了压架因素的敏感性,并针对压架敏感性较高的因素,提出了“适当控制采高,开切眼顶板强制放顶,防止直接顶悬顶,采前疏水降压,加固工作面煤壁,提高支架支撑力,合理的设备选型,保证合理的工作面推进速度”等防压架对策,为类似条件下上提工作面安全开采提供一些理论指导。     

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。     

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。     

逐阶段安全提高巨厚松散含水层下煤层开采上限研究

为最大限度回收煤炭资源,安全缩小防水煤柱,针对淮北矿区煤层普遍上覆巨厚第四系松散含水层,煤层顶板不稳定情况,淮北刘东煤矿把提高开采上限工作分为防水、防砂两个阶段推进。首先通过研究分析西三采区第四系底部含水层和黏土隔水层等水文地质资料,确定西31000工作面第四系底部含水层为弱富水性,水体采动等级为Ⅱ级;然后通过数值模拟、物理模拟和对比分析等方法研究开采后的覆岩破坏高度,并与井下实际观测值进行对比,确定西31000工作面采后导水裂缝带的发育高度为41.3 m;据此提出了安全、合理的防水开采上限高度。安全回采后,成功解放呆滞储量22万t,为下一步进行防砂安全开采打下了良好的基础。      

神府矿区活鸡兔矿井烧变岩水文地质特征

烧变岩是活鸡兔矿井的顶板充水含水层,直接威胁着矿井的生产安全。烧变岩分布广泛,裂隙发育程度在垂向上规律明显:下剧—中强—上弱。其富水性除受构造、地形和地貌的控制外,还决定于是否接受其他含水层的补给。烧变岩水水质良好,符合国家饮用水标准,供排结合是矿井水综合利用的有效方法。      

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。     

鄂尔多斯盆地煤炭基地含水层及其保护研究

鄂尔多斯盆地周边分布着神东、陕北、黄陇和宁东四个大型煤炭基地,煤炭资源丰富,但开采利用程度低,是我国＂十二五＂期间重点开发的矿区。在系统分析盆地内侏罗系煤层顶板白垩系裂隙含水层和第四系萨拉乌苏组孔隙含水层富水性的基础上,揭示了含水层与煤层的叠置关系;以煤炭开采破坏含水层、煤层与含水层距离、煤层与地表距离、含水层富水性为依据,将含水层破坏模式划分为：破坏顶板萨拉乌苏组含水层亚区、煤层埋藏浅破坏顶板含水层及生态环境亚区、破坏顶板含水层富水性较好亚区、破坏顶板含水层富水性较弱亚区,并对含水层破坏程度进行了分区评价;最后提出了含水层保护措施,为煤炭开采后的防治水工作提供了依据。     

榆神矿区古河道研究与时频分析技术

受区域地质构造及水文地质条件影响,榆神矿区煤系上覆地层中存在较厚的松散岩类孔隙潜水含水层。含水层因厚度不同导致富水性存在差异,其厚度与富水性强弱呈正相关关系,通常古河道及低洼中心区域沉积较厚,富水性较强。在榆神矿区地震勘探工作中,为解决煤层上覆松散岩层厚度及古河道空间展布规律,应用时频分析技术,对地震数据进行频谱分解处理,选择对地质体响应较好的频率进行成像,定量揭示了古河道及松散岩层的精细分布。应用表明,该技术对解决古河道等隐蔽性地质体成像具有显著的优势。     

红柳林井田烧变岩富水性分区与水害防治措施

烧变岩是陕北浅埋煤层上覆的重要含水层之一,烧变岩水是威胁矿井安全生产的重要水源,同时也是河谷径流的重要补给来源。科学评价烧变岩含水层富水性,有利于保护生态水资源与矿井安全。以红柳林井田为例,根据原岩烧变程度不同,将烧变岩分为类熔岩、烧结岩和烘烤岩3大类。研究区各煤层烧变岩分布面积3.07 km²,烧变岩泉6处,泉流量0.014～6.984 L/s。根据烧变岩泉流量、钻孔单位涌水量、瞬变电磁物探综合成果,将烧变岩含水层富水性分为中等—弱类型。结合研究区内的烧变岩分布和富水特征,给出了烧变岩水的防治措施建议。烧变岩水尽管威胁矿井安全生产,但也具有重要的生态价值,煤炭开采在做好矿井防治水工作的同时也应尽量对烧变岩水进行保护。     

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。     

厚松散层下风氧化带内煤层安全开采关键技术的研究

根据百善煤矿开采试验工作面的大量现场观测资料，①底含水层的水文地质条件及其渗透稳定性，②煤层开采以后覆岩变形破坏移动规律，③控制软弱顶板尤其是存在弱面的顶板控制技术。对两淮煤田浅部煤层的安全开采具有参考价值。     

宁夏红柳煤矿直罗组下段含水层富水性评价

宁夏红柳煤矿自2009年9月份开始回采以来,矿井首采工作面2#煤顶板多次发生较大规模涌水,造成了较大的经济损失。在综合分析井田水文地质条件基础上,研究影响含水层富水性的多个地学信息,确定了含水层厚度、单位涌水量、渗透系数、脆塑性岩厚度比、岩心采取率、冲洗液消耗量等6个主控因素;应用基于GIS的层次分析法(AHP),确定了各主控因素对富水性影响的权重,计算出了富水性指数,最后建立了富水性分区图,对矿井安全生产具有指导作用。     

呼吉尔特矿区深埋煤层顶板“七里镇砂岩”富水特征研究

为了查清呼吉尔特矿区深埋煤层顶板"七里镇砂岩"直接充水含水层富水特征,在确定地质结构特征和关键含水层空间展布的基础上,研究了不同尺度(工作面、单个矿井、煤矿群)下涌水演化和水位变化规律。结果表明:研究区顶板疏放水钻孔涌水量具"两侧小、中间大"的特点,顶板疏放水钻孔涌水量与"七里镇砂岩"厚度对应性较好,显示"七里镇砂岩"含水层是该地区煤层顶板最主要的直接充水含水层。对煤层顶板直接充水含水层进行大型煤矿群(近4 000万t产能)超大型疏放水,矿区涌水量随着井下采掘活动强度的增加而持续增加,2018年已达到7 029.75 m~3/h,且未出现稳定或衰减现象,表明"七里镇砂岩"动态补给较好;这个过程中"七里镇砂岩"含水层水位下降明显,白垩系水位则基本不变,表明浅部含水层与深部含水层之间水力联系较差,"七里镇砂岩"以侧向补给为主。综上,呼吉尔特矿区煤层顶板"七里镇砂岩"具有水量大、水压高、富水性不均一、补给好的特点。