深部煤层高承压水底板注浆改造防治水技术的应用

以刘桥一矿Ⅱ666工作面6煤为研究对象,针对矿井断裂构造复杂,与煤层开采关系较大的太原组灰岩岩溶裂隙含水层厚度大、富水性强、水压高、补给源充分、开采深度大、地压高等特点,结合以往相邻采区或工作面深部煤层底板开采时发生多次突水事故的实际,在分析矿井6煤顶底板主要突水点情况的基础上,对Ⅱ666工作面的突水系数进行了计算。结果表明,工作面的最大突水系数超过底板构造破坏带区域突水系数临界值,工作面回采前需采取底板注浆改造措施。根据工作面突水系数、底板隔水层厚度和承受水压大小,把工作面分为2段进行全覆盖注浆改造。运用涌水量对比法、物探探测法和突水系数计算法,对工作面的改造效果进行了评价,结果显示,注浆改造后的钻孔涌水量大幅度减小,甚至为零,物探异常区明显变少,突水系数均0.06MPa/m,达到了预期要求,为保证深部煤炭资源开采系统的正常运行提供了技术保障。     

煤层底板破坏的断层效应模拟及其在防治水中的应用

梁北煤矿已发生5 次寒武系灰岩底板突水事故,造成重大经济损失。根据矿井的水文地质条件,建立了煤层开采的FLAC 数值模型,利用岩石力学及渗流力学理论,分别模拟了无断层和有断层条件下煤层底板采动破坏带的演化规律,重点讨论了断裂深度及断层空间位置对底板破坏深度的影响。结果表明,断层的存在可使底板采动破坏深度增加20%~33%,断层是突水重点防范区域,遇断层前10 m 直到过断层15 m 须加强防治水工作。根据模拟结果设计了梁北矿11041, 11151,11111 三个工作面底板的注浆加固工程,重点注浆层位分别为底板破坏范围和寒武系顶部裂隙发育带,注浆工程增强了底板的阻水能力,实现了工作面的安全回采。     

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。     

敏东一矿软岩区地下水注浆治理技术及应用研究

由于敏东一矿南一采区覆岩岩性较软且粘土成分含量较高,造成采空区垮落带的储水空间有限,煤矿面临的矿井水外排压力和地下水保护问题尤为突出。通过对导致地下水涌漏的原因进行分析,认为煤层开采引起的覆岩导水裂隙是造成地下水涌漏的主要根源,而采用地面钻孔、人工注浆封堵方法隔绝地下水泄流通道,实施帷幕注浆加固技术对巷道导水裂隙进行封堵,可以有效封堵覆岩导水裂隙。实践证明,根据矿区的地质和水文条件,按照隧道帷幕注浆工程设计和施工流程,优选注浆孔位置、间距、注浆材料和浆液配比、钻孔结构和注浆施工参数等,采用孔内止浆花管注浆对巷道软围岩进行帷幕灌浆,使巷道软围岩裂隙得到充分充填和加固,是解决矿区矿井水“零排放”难题、实现地下水保护的重要途径。     

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。      

工作面轨道顺槽附近断层上盘防隔水煤(岩)柱留设研究——以山东省宁阳-汶上煤田义桥煤矿5302工作面YF33断层为例

5302工作面位于五采区东北部,工作面的东部为YF₃₃断层。YF₃₃断层落差较大,3煤底板与奥陶系灰岩顶界面距离较近,隔水层厚度变小,从而使工作面受奥灰水威胁变大,对安全开采有一定的影响。在分析5302工作面附近地质及水文地质条件的基础上,对YF₃₃断层进行了探查,认为在五采区轨道下山与-480m东翼轨道巷、-473m东翼胶带巷附近断层为不含水,不导水断层。为了开采安全,采用《煤矿防治水细则》中的公式计算出合理的防隔水煤柱宽度。     

煤层底板隐伏断层分类及突水防治措施

矿井底板突水系数介于0.06~0.1 MPa/m区域内发育的隐伏断层，是煤矿生产过程中发生突水的关键因素之一，对其进行科学分类有利于制定底板突水防治针对性措施。通过煤层底板隐伏断层特征分析，根据隐伏断层顶界面位置与"下三带"垂向关系，从底板水害防治角度，将煤层底板隐伏断层分为高位、中位及低位3种类型。借助理论与突水案例分析手段，指出存在突水威胁的高位隐伏断层具有全贯通、突发性、水量大及危害程度高等特点；中位隐伏断层具有突水时间难以判断、突水后难以治理的特点。针对高位隐伏断层，提出工作面回采前对煤层底板进行注浆加固等防治措施；针对低位隐伏断层，提出在突水灾害前后采取不同思路的注浆治理措施。研究成果对于煤矿企业应对隐伏断层引起的底板突水灾害提供了重要参考。      

谢一矿断层防水煤（岩）柱留设的实践

留设断层防水煤柱是矿井预防断层突水的必要措施之一，特别在开采受岩溶水威胁的煤层而又有导水断层晨显得更为必要。谢一矿在开采４１采区受底板灰岩岩溶承压水的Ａ组煤时，根据具体的水文地质条件，先后计算并留设了Ｆ１３－８、Ｆ１５－１、Ｆ１３－５三条断层的防水煤柱，安全采出了７７．３万吨Ａ组煤。     

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。     

朱集煤矿导水断层边界防水煤柱合理留设研究

朱集煤矿1111(1)工作面以F29断层为北边界,F29断层落差35 m,倾角70°,断层切割上下含水层,为较大导水正断层。在布置采煤工作面时,需留设断层边界防水煤柱。根据淮南矿区经验,留设防水煤柱一般取经验值80～100 m,故1111(1)工作面布置至F29断层前100 m。根据科学计算,得出准确防水煤柱宽度为60 m,这样既能提供矿井安全回采的科学依据,又能减少压煤量,提高回采量。并可为今后其他采煤工作面留设防水煤柱提供参考。     

安徽百善煤矿超薄基岩区地质特征及对煤层安全开采影响

百善煤矿64采区超薄基岩区域地质储量210万t,基岩厚度均小于20m,对安全回采造成了巨大影响。在分析煤矿主采煤层赋存、顶板岩石力学地质特征及水文地质条件的基础上,重点分析了超薄风化基岩及松散层内含(隔)水层的岩石特征及强风化岩石泥化对工作面开采的影响。以理论计算、现场实测数据和开采实践为依据,重点研究分析了风化基岩和含(隔)水层的物理特征及强风化岩石泥化对"两带"发育高度的影响,并设计了合理的安全保护煤柱。实践表明:超薄基岩区域强风化岩石软弱、泥化、风化对工作面回采"两带"发育高度有降低作用,有利于工作面的安全回采。     

基于条带式充填开采的离层注浆减沉技术研究

在浅部资源渐趋枯竭的背景下,针对大量“三下”压覆煤炭,离层注浆减沉技术越来越受到广泛应用。不过目前条带式充填开采基础上的离层注浆工艺研究还比较欠缺,结合邢台某矿条带式充填开采+离层注浆减沉实践,通过充填后采高等效换算,条带开采工作面注浆关键层优化、邻空工作面注浆孔位确定和注浆压力持续控制等关键技术,实现了条带式充填开采回收以往煤柱的地表沉降控制,地表沉降幅度在30mm以内,补充了不同条件的离层注浆工艺研究,对以往条带式开采矿井剩余煤柱的绿色回收有重要意义。     

煤矿开采沉陷区地表岩层移动对公路的影响

为了提高煤炭资源的回采率,合理开采国家一级公路(G301线)下压覆的煤炭资源,确保开采过程中公路的安全运行,在工作面开采至公路下方时,采取避让方法,降低对其破坏程度。在其公路沉陷范围内布设"三下采煤"地表岩层移动观测站,进行动态观测,及时确定地表公路沉降速率,进行准确维护和保养,确保了公路的安全通行使用。结果表明:将盘区设计成两翼开采,且将工作面布设成横、纵向回采,并在公路下方留设三角形块段保安煤柱,以减少地表移动盆地的沉降系数;工作面通过公路下时,降低工作面回采高度,即一次性开采高度约为4.2m,不再进行二次放顶煤,是行之有效的技术措施。     

平朔矿区杨涧煤矿90102工作面底板堵截技术研究

杨涧煤矿90102工作面底板隔水层厚度约50m,隔水层底板奥灰水压约1.8MPa,经煤矿开采该工作面揭露5个陷落柱,运输顺槽230~290m发生底鼓并多处开裂涌水,分析水源为底部砂岩水,底板隔水层发育的裂隙在近距离厚煤层回采条件下,必将加剧其底板破坏,为确保工作面安全开采,有必要实施底板堵截工程。为此,在矿区岩溶陷落柱发育规律探查、底鼓监测条件下,以XL1陷落柱和底鼓区为例,针对柱体下段、底板破坏带,采用水泥浆液来截断底板出水补给来源的同时加固底板隔水层强度。经钻探验证堵截效果较好。最后对治理方案、注浆层段、注浆参数等进行了详细总结,形成了适用于朔州矿区的注浆堵截技术,可为指导矿区今后防治水实践提供借鉴。     

断层破裂带附近采场采动效应的流固耦合分析

矿井底板突水是一个复杂的多物理场耦合问题,结合含断层破裂带条件下采场开采的工程背景,通过离散元流固耦合分析,研究了采场工作面推进过程中断层带的变形与受力情况以及底板支承压力、渗流矢量和渗流速度的动态发展规律和分布特征。相关模拟结果表明,采场中煤层的开采与断层破裂带之间是相互影响的,以支承压力为代表的采动应力是底板破坏形成导水裂隙带及断层“活化”突水的一个主要诱因,而断层的存在也使得工作面与断层带范围内的围岩应力更加集中,增大了底板破坏突水的危险性。采动过程中,底板破坏所形成的导水裂隙带主要集中在工作面前方及下方围岩中,这些区域渗流速度较大,是形成突水的主要通道。     

辽宁灯塔西马煤矿充填式开采地表变形预测

针对建筑物保护煤柱的煤炭资源回收问题,根据西马煤矿具体地质采矿条件,选择概率积分法对西马峰村保护煤柱开采后引起地表移动变形进行预计;并以1326工作面似膏体充填开采结果为基础,计算出充填采区工作面的等效采高;预计结果表明,如按设计开采方案布置工作面,西马峰村建筑物损害等级为Ⅱ级,不符合预先制定的标准;将开采方案进行一定的调整后再进行预计,结果表明,西马峰村建筑物所处地表的移动变形值均在建筑物损坏等级I级所规定的范围内,即建筑物在不用维修或简单维修的情况下可以正常使用,则西马峰村保护煤柱似膏体充填开采是可行的。     

华北下组煤底板突水及涌水量预测方法浅析

华北地区下组煤资源丰富,却深受奥灰水困扰,有必要进行煤层底板突水评价及矿井涌水量预测。文章首先简要介绍了常见的底板突水评价及矿井涌水量预测方法,指出了各自的优缺点及适用条件。之后以显德汪矿9#煤层为例开展案例研究,研究结果表明：矿区中南部可划为底板突水危险区;若将突水危险区-200m水平奥灰水压降至安全水压,预测涌水量为2 000m3/h;目前实际开采9#煤突水过渡区,在使用必要的注浆措施后,发现回采是安全可行的。本研究在提升煤炭资源保障能力、延长矿山开采年限和加强煤炭安全生产方面具有理论与实践意义。     

数值模拟在回坡底煤矿底板突水防治中的应用

随着煤矿开采深度的不断增加,将面临高承压水的严重威胁,带压开采已成为深部煤炭资源开采的主要方式。应用RFPA2D-Flow系统对煤层底板破坏深度进行了数值模拟,得出了回坡底煤矿采煤工作面煤层底板岩层的破坏深度约为12 m;同时,当回采到110 m处时,自切眼向掘进方向50～80 m处出现漏斗状底板破坏区,该破坏区将可能导通底部奥灰水,使煤层底板发生突水。     

冲积层防水煤柱上提工作面的防治水对策

开滦矿区煤系地层上覆由于防水煤柱留设过大，造成了大量的煤炭储量呆滞。为了提高煤炭资源回收率，确保安全生产，开滦林南仓矿在西二采区进行了工作面采后的导高观测试验研究，测量导水裂隙带岩层的漏失情况，为提高开采上限提供了地质依据，防水煤柱由原来的65m缩小到53m，成功地在1221上工作面进行了试验开采。     

孤岛工作面底板破坏深度微震测试与模拟分析

针对孤岛工作面煤层开采底板损伤问题,以河北葛泉煤矿11913孤岛工作面为研究对象,采用微震方法分析其底板破坏深度;并通过数值模拟对首采、跳采及孤岛3种工作面回采过程中围岩采动应力与底板破坏的规律进行了对比分析。微震测试结果显示11913工作面回采过程中微震事件主要发生在下巷,识别出工作面最大破坏深度20~25 m;基于COMSOL的11912首采、11914跳采及11913孤岛3个工作面数值模拟结果显示,11912首采与11914跳采条件下煤柱地应力集中状态变化不大,最大破坏深度小于11.56 m,仅发育至工作面底板的注浆改造层内部;而11913孤岛回采条件下,受到重复采动影响,工作面两侧煤柱应力集中状态骤增,最大破坏深度剧增至23 m,已发育至煤层底板的本溪组灰岩含水层。研究结果对于华北型煤田下组煤层开采底板破坏规律分析与不同类型工作面回采条件下底板水害防治有一定的参考价值。