华北型煤矿陷落柱导水分析及综合预测

陷落柱导水是煤矿突水的重要形式之一,本文分析了华北型煤矿陷落柱的特点及其危害、导水性陷落柱形成的水文地质条件及发生陷落柱导水的基本条件,提出了水文地质预测与综合物理探测相结合预防陷落柱导水的思路和方法,并实例说明其有效性.     

地面物探技术在煤矿隐蔽致灾地质因素探测中的应用

通过勘探实例,介绍了地面电法、三维地震等地面物探手段在采空区、断层及陷落柱探测中的应用,结合地质背景及煤矿采掘情况,对采空区积水、断层及陷落柱的含(导)水性进行了分析,多数解释成果得到了矿方验证,效果良好。根据当前煤炭资源勘查形势,地面物探技术应从煤矿安全生产需求出发,致力于煤矿隐蔽致灾地质因素的探测,注重加强在各种复杂地质条件下物探技术应用研究,将采空区积水、断层及陷落柱导水等精细探测技术作为物探技术的发展方向。     

寻找隐伏导水陷落柱的有效方法——综合探测逐渐逼近

隐伏导水陷落柱的存在是矿井安全生产的重大隐患，是矿井防治水的重点、难点。目前单一探测手段难以准确探测隐伏导水陷落柱。根据地质、水文条件在宏观上圈出隐伏导水陷落柱范围，然后利用三维地震、电磁法、化探、放水试验、水质分析、钻探等综合勘探手段，逐步缩小异常区范围。实践证明，这种从宏观到微观，从整体到局部，有效利用各种勘探手段，逐步逼近，能够准确定位隐伏导水陷落柱。     

矿井电法探测突水陷落柱在任楼煤矿的应用

井下工作面侧帮超前探测技术是矿井直流电阻率探测新技术之一。本文阐述了该技术基本探测原理及其在陷落柱突水前探测采煤工作面内部陷落柱的应用。结果表明,该技术能探测含水导水陷落柱位置及其富水性,从而预防陷落柱突水淹井事故的发生,为煤矿井下防治水起到了重要作用。      

蚌埠隆起北翼陷落柱的发育规律及其导水性判别--以刘桥一矿为例

在分析和总结了大量水文地质资料的基础上,详细地分析了淮北煤田陷落柱的分布规律,并以刘桥一矿为例讨论了陷落柱导水性的判别方法.认为陷落柱的产状、"通天性"和控制断层是判别陷落柱导水性的主要标志.联系华北地区的许多矿区的实际情况,这些标志对华北地区许多矿井的安全生产具有一定的实用价值和指导作用.     

基于定向水平钻陷落柱综合探查与阻水塞立体建造技术

导水陷落柱导致的底板奥灰突水是同煤集团塔山矿的主要水害威胁,矿井8228工作面巷道掘进过程中曾发生陷落柱突水。为查明此导水陷落柱发育边界及其内部充填破碎体分布特征,并对陷落柱进行针对性注浆治理,在井上下综合物探勘探的基础上,采用分层多分支地面定向水平钻钻速录井、钻井液漏失量、岩屑录井、随钻测井等综合探查技术手段,结合数据统计分析,查明导水陷落柱的发育边界、影响带范围和破碎体胶结情况及其分布特征。结果表明,导水陷落柱的长短轴分别为410、200 m,破碎区主要分布在靠近工作面突水巷道运输巷掘进工作面右前方。利用Surpac软件对陷落柱空间结构和发育特征进行三维地质建模,并根据柱体充填物破碎程度将其刻画分区为主通道区、裂隙区和次生裂隙区。针对陷落柱破碎体不同分区,利用定向水平钻进控制技术和阻水塞立体建造注浆工艺分区控制技术,通过充填、挤密、劈裂等不同注浆工艺,对工作面导水陷落柱进行截源、加固等综合治理,最终实现工作面安全回采。定向水平钻分层多分支陷落柱综合探查与治理技术为其他类似工程提供重要的借鉴意义。      

开滦钱家营矿1495E疑似陷落柱探查及综合治理

岩溶陷落柱在我国华北石炭二叠纪煤系地层中广为分布,由于陷落柱贯穿于岩溶发育的奥灰和煤系地层之间,即使陷落柱在天然条件下不导水,但由于后期开采活动对其导水性能的改造,陷落柱往往成为奥灰与煤系地层之间联系的通道,井巷或采煤工作面一旦接近或揭露陷落柱时,可能产生突水,破坏采区划分秩序,严重影响煤矿安全生产。2009年,钱家营矿业公司在1495E风道掘进过程中首次揭露地质异常体,高度怀疑为岩溶陷落柱。该公司采取地面微动地震探测、井下直流电法和井下瞬变电磁等多种物探手段与现场钻探相结合,对地质异常体实际赋存状况进行探查。结果表明,该异常体不含水。但考虑到对物探成果必要的检验以及后续井巷工程和相邻工作面回采对异常体围岩应力平衡的破坏导致可能突水,矿方对异常体实施了钻探探查、建立密闭墙以及异常体注浆治理。治理方案的实施为矿山生产建设顺利展开奠定了基础,保证了工作面、采区科学合理划分,且为同行提供了借鉴经验。     

瑞利波技术超前探测掘进工作面构造异常

掘进工作面前方存在断层、溶洞、陷落柱、含水层等地质构造,常常导致透水、冒顶等灾害性事故。采用YTR (D)瑞利波探测仪对山西潞安集团五阳煤矿7603掘进工作面进行超前探测,并对现场采集的数据进行处理和分析。结果显示,2个测点共发现9处异常区,通过后期工程验证,有7处探测异常区与实际揭露的结果基本一致,探测与实际揭露异常区域位置误差均在4 m以内。      

矿井涌水注浆治理技术探究

为解决矿井三采区变电所区域开采10#煤层时出水点相对分散、涌水通道复杂、涌水量大的问题,分析了采区的地质及水文地质条件,并依据井下瞬变电磁勘探成果,认为充水水源主要来自直接顶板K_2石灰岩含水层,奥陶系石灰岩含水层是间接充水水源。K_2石灰岩含水层的充水方式是采掘直接揭露,奥陶系石灰岩含水层突水的途径主要是导水陷落柱,其次为断层。出水点治理时,钻孔设计原则是封堵推-X-348陷落柱中奥陶系石灰水的导水通道;钻孔施工顺序是先探查陷落柱位置(探查孔)→封闭陷落柱上部渗水通道(封闭孔)→注浆封堵陷落柱通道(注浆孔)。封堵后,涌水量由200m~3/h减少至40m~3/h,效果明显。     

直流电透视三维反演技术在探测含水陷落柱中的应用研究

随着煤矿资源开采深度的增大,矿井突水事故时有发生,尤其是陷落柱、断层导含水引发的淹井事件屡见不鲜,查明底板陷落柱的位置和富水性成为矿井防治水工作的重中之重。针对广泛应用于陷落柱导含水性探查的矿井直流电透视解释技术进行研究,以直流三维正反演程序与直流电透视方法相结合,采用共轭梯度算法求取模型修改量,提高反演速度,同时用一次拟正演求取雅克比偏导数矩阵与一个向量的乘积来降低计算机内存的占用,缩短了计算时间。首先利用有限差分数值模拟方法和常规视电阻率计算公式,研究了陷落柱的视电阻率曲线特征。利用物理实验对数值模拟结果进行验证,与模拟结果曲线趋势相吻合,反演结果表明反演程序对目标定位准确。与其他解释手段相比,三维反演技术定位准确、图示简单明了,能有效反应地层相对电阻率值。     

MSP技术在任楼煤矿巷道超前探测中的应用

煤矿巷道中的断层、陷落柱和煤岩体结构破碎带等不良地质条件不但影响掘进施工,同时也存在突水、瓦斯突出等安全隐患。断层、陷落柱等地质异常构造与围岩在密度、速度等物性方面存在较大差异,因此可利用多波多分量地震反射法探测煤矿井下异常构造。近两年来,任楼煤矿针对矿井巷道前方的未知隐伏构造做了多次MSP震波超前探测。以Ⅱ7322机巷为例,在巷道j19点前76m处,分别于巷道的左帮及右帮对迎头前方进行了两次超前探查,2次探测解释的2个异常界面位置分别为82m、101m和85m、102m,实际揭露2个断层位置为82m、109m,探测结果与实际基本相符,实现了对掘进巷道内地质构造带的准确超前预测预报。     

巷-孔瞬变电磁法在探测含导水构造中的应用

掘进迎头超前探水钻要探清楚含导水构造的空间位置比较困难。常规矿井瞬变电磁在含导水构造探测方面得到了广泛应用,但其存在巷道干扰因素较多等问题。巷-孔瞬变电磁三分量探测技术在钻孔中使接收位置更靠近异常区,降低了巷道内的电磁干扰对测量结果的影响,可针对性地对钻孔附近异常进行三维探查,具有探测精度高、对含导水构造反映敏感等优点。以某煤矿6煤西翼辅运大巷为例,利用掘进工作面超前探放水钻孔,使用巷-孔三分量瞬变电磁超前探测技术探测掘进工作面迎头前方含导水构造的范围及位置。结果表明:巷-孔瞬变电磁探测法可以探测钻孔径向30m以内的含导水地质构造的空间位置与异常大小,效果良好。     

岩溶陷落柱探查范围确定及其特征分析——以淮南煤田顾北矿为例

随着淮南煤田浅部煤炭资源的不断枯竭,向深部开采成为必然趋势,而开采深度增大,直接受到岩溶水害直接威胁问题。为对岩溶陷落柱探查范围确定及其特征进行研究,以安徽淮南煤田顾北矿为例,在分析该矿水文地质条件基础上,对矿区地球物理勘探中的异常区进行解释,并对研究区水文地质进行勘探验证,最终确定陷落柱的探查范围、边界、影响范围及结构特征,结果可知:矿区太灰及以下地层具弱～极强富水性,陷落柱属强导水类型,但为相对封闭独立含水体,其垂向上的富水性及导水性较好,可能对后期的二叠系煤层开采有影响,因此在后期矿井开拓过程中要进一步加强探测与研究。分析结论为后期矿井实际生产采取对策提供了基础依据。     

煤田水文地质勘探中瞬变电磁法的观测时窗和观测区域

在煤田水文地质勘探中,TEM法观测时窗的选择对取得好的探测效果关系极大对包括有陷落柱、含煤地层、构造的导、含水性的地质任务来讲,应采用较长的观测时窗,这样有基岩、奥灰界面参与益于解释深度的控制;对单纯的已知陷落柱含水性探测,可采用较短的观测时窗,在保证探测效果的前提下降低施工成本;用大回线-中心探头装置,观测不能超过其中心的三分之一,而且在观测区域的边缘,根据情况要做一些校正工作.     

封闭不良钻孔矿井瞬变电磁法超前精细探测研究

封闭不良钻孔不同程度地连通含水层,形成隐蔽性较强的导水通道,对巷道掘进和工作面回采构成水害威胁。基于全空间瞬变电磁理论,构建掘进工作面前方封闭不良钻孔三维地质-地球物理模型,模拟研究封闭不良钻孔影响区模型的全空间瞬变电磁场响应特征,进而探讨矿井瞬变电磁法用于封闭不良钻孔超前探测的有效性。数值模拟结果表明,封闭不良钻孔附近含水体在感应电动势多测道图上表现为幅值增强,异常特征明显。结合宁夏双马煤矿I0104₁08工作面运输巷掘进工作面前方封闭不良钻孔超前探测工程开展应用研究,探测结果显示,在钻孔位置的煤层顶板出现局部低阻,表明该钻孔具有一定的导水性,引起顶板局部相对富水性增强。研究结果表明,封闭不良钻孔导致的局部富水性增强可以引起典型且易于识别的瞬变电磁场响应。采用矿井瞬变电磁法进行超前探测,并结合精细化处理解释可以有效查明钻孔附近岩层的相对富水特征,进而对封闭不良钻孔的导水性进行评价,为封闭不良钻孔的治理提供依据,保障矿井安全生产。     

华北型煤田岩溶陷落柱某些问题研究

华北型煤田中发育的岩溶陷落柱是一种特殊类型的岩溶塌陷。本文在专题调查的基础上 ,总结了华北型煤田陷落柱的空间分布规律 ,初步提出了陷落柱宏观预测指标体系 ;从生产实践角度分析了影响陷落柱导水性的相关因素 ,讨论了三种与陷落柱有关的突水通道类型 ,并对陷落柱的鉴别及其与断层突水的区别进行了剖析。     

含煤地层富含水构造的瞬变电磁法探测

陷落柱、煤系砂岩水和断层导水是我国华北型含煤地层常见的水文地质问题.瞬变电磁场方法(简称TEM)对低阻体敏感,工作效率高,是探水的主要方法之一.皖北煤电集团刘桥第一煤矿探水结果表明,TEM是进行此类探测的有效物探方法.     

井下瞬变电磁法在煤矿陷落柱探测中应用

潘三矿12318面在回采过程中发现一陷落柱,为查明其分布范围、赋水、导水情况,采用井下瞬变电磁法进行探测。基于矿井内切眼、风巷、机巷的位置,采用U型观测系统布设了三条测线。将不同方向视电阻率断面图进行对比,解释该陷落柱距风巷的垂直距离在70m左右。依据视电阻率断面图高阻值在面内延伸的形态,确定了该陷落柱的长轴方向及分布范围,并断定其无富水异常。经钻孔验证,与解释结果一致,表明瞬变电磁法应用于井下进行陷落柱探测具有较高的准确性。     

矿井瞬变电磁法探测非煤巷道岩层不整合界面

西部某煤矿处于大巷开拓阶段,巷道掘进过程中揭露寒武系地层有多处出水点,造成巷道底板大量积水。为保证巷道掘进施工安全,防止水害事故发生,采用矿井瞬变电磁法扇形探测技术对掘进工作面前方水文地质情况进行探查。对探测数据进行处理分析后,运用标准差标准化方法对深度校正后的视电阻率值进一步分析,处理结果表明巷道掘进前方存在低阻异常。标准化处理以后,岩层界面反映更为明显。根据物探成果,制定钻探方案,并对揭露的裂隙发育、导水区段等进行帷幕注浆堵截。综合钻探成果及掘进通过后现场查勘情况,异常区域存在岩层不整合剥蚀面。     

矿井水预测探查及预警保障技术

阐述了矿井水灾地质保障技术的现状及发展趋势。监测预警系统以突水机理、构造预测探测及突水量预测理论为基础。为此,划分了三种突水模式:正常岩层底板突水模式、断层裂隙带突水模式、陷落柱突水模式。归纳出完整厚板整体剪切断裂导水、厚板微观压裂导升、薄板宏观整体破断导水三种基本的突水机理。在宏观预测的基础上,形成了构造及其导水性的预测探查规范程序。以微变形和破坏两种情况下流-固耦合实验结果为基础,建立了矿井涌水量预测流程,实现了区域微变形和局部采动破坏共存条件下的突(涌)水量预测。依据灾害发生的监测预警指标体系,建立了矿井水灾预警的硬件系统和识别系统。