煤层底板水害区域注浆治理影响因素分析与高效布孔方式

对于导、含水岩层进行超前区域注浆改造与加固是华北型煤田煤层底板岩溶水害防治的主要技术手段。根据超前区域注浆改造技术应用的矿井水文地质基本原理,结合煤层底板水文地质结构、采动影响、定向钻进成孔与浆液扩散能力,以及受注岩层边界条件等因素,分析了治理煤层底板薄层灰岩与厚层灰岩水害的超前区域注浆改造与加固的一般应用模式。并从受注岩层地质条件、注浆材料、注浆工艺等方面,分析得出受注层的空隙连通性、开启性、粗糙性、孔隙水承压性,注浆材料的粒度、黏滞性、时变性、结石能力,以及注浆压力、钻孔空间布置、注浆方式等,是影响煤层底板岩溶水害超前区域注浆治理效果的主要因素。另外,依据注浆过程中有效注浆压力计算公式,分析得出浆液在钻孔和裂隙中流动时由于受到钻孔和岩层空隙综合阻力的抑制,水平孔中沿程有效注浆压力逐步衰减,易形成“锥形”浆液扩散范围。最后,针对目前常用的超前区域注浆孔水平段分支孔平行布孔模式,由于间距过大和有效注浆压力衰减可能造成的注浆孔间盲区问题,根据注浆孔水平段有效注浆压力与浆液扩散范围的衰减规律,以消除注浆盲区为目标,提出了长距离错位平行分支孔、长距离逆向互补弧形分支孔、短距离羽状分支孔等3类注浆孔高效布孔模式,可为煤层底板水害超前区域高效治理技术科学应用提供依据。      

煤层底板超前注浆加固定向孔注浆工艺技术

煤层底板突水是矿山建设与生产过程中的主要灾害之一。底板注浆加固技术是目前我国防治底板突水的重要措施和方法。利用定向孔进行煤层底板超前注浆加固,对注浆的层位与注浆材料选取、注浆工艺制定、注浆方法和浆液配置进行了系统研究;针对定向孔的特点对注浆效果检查与评价进行了完善,并通过赵固一矿11151工作面现场进行了验证。试验表明,所采取的注浆工艺技术很好的保障了注浆和钻进施工,注浆加固效果明显,实现了工作面超前区域注浆加固的目的。      

瞬变电磁技术在煤层底板含水层注浆改造中的应用

煤层底板含水层注浆改造技术可以彻底根治底板水害。利用瞬变电磁技术探测煤层底板含水层的赋水性特征,确定工作面内注浆改造重点区域,指导钻孔布置,并在底板改造后检验注浆改造效果。其在焦作矿区的应用效果明显。      

煤层底板水害区域超前治理技术优化及其应用

为了进一步提高煤层底板水害区域超前治理技术的治理效果,应优化注浆工艺,扩大技术的应用范围。总结淮北矿区区域底板超前治理工程实践表明,低压扩散和中压加固阶段压力控制对注浆总量起主要控制作用,进而直接影响灰岩含水层改造效果,推导的不同岩溶裂隙发育程度地层的注浆量预计公式,可以有效指导注浆工程设计。此外,提出了工作面区域内、外双(钻)孔组的水平布设方法,优化注浆工艺的同时,提高了钻孔利用率。针对注浆工程中注浆压力控制及浆液选取等关键技术问题,建立了研究区裂隙发育程度的多源信息判识方法和“微压充填—低压扩散—中压加固—高压劈裂”的“阶段型”注浆压力控制模型,细分了不同注浆阶段的注浆浆液类型,推导了注浆压力的分级阈值和设计公式,实现了注浆压力的分区段高效、精准控制,对煤矿底板水害超前区域治理技术的应用与推广具有重要意义。      

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。     

华北型煤田底板灰岩含水层超前区域治理模式与选择准则

为建立系统的超前区域水害探查治理技术体系，分析概括我国石炭-二叠纪煤田煤层赋存及水文地质条件，从水害治理工程的系统性出发，围绕我国煤层底板水害超前区域治理工程施工过程中钻孔施工条件、层位选取、钻进工艺3个主要因素，概化形成适用于我国华北型煤田地质及水文地质条件的底板含水层注浆改造模式。综合考虑煤层埋深、煤层底板承受水压、底板岩层结构组合等判识指标，确定了各类治理模式的选择准则；结合钻孔布设、注浆材料2项指标，进一步划分出超前区域治理亚类模式。以淮北矿区、韩城矿区2个典型超前区域治理工程实践为例，分析了各区域治理模式的选取原则及工程应用效果。研究成果对指导我国煤层底板含水层超前区域治理工程模式选择与底板注浆工程实施具有重要理论指导作用。      

焦作矿区煤层底板注浆加固工作面突水原因与防治

焦作矿区水文地质条件极为复杂,煤层底板受到承压水的严重威胁,为此对工作面煤层底板进行了注浆加固改造。但近几年底板注浆加固工作面仍发生突水事故,严重影响了矿井的正常生产,并构成了安全隐患。通过对焦作矿区近年来8起底板注浆加固工作面突水事故进行调研,详细分析了突水工作面主要充水水源、注浆加固改造情况、突水情况及原因,总结归纳了注浆加固工作面突水影响因素,利用实例计算验证了易突水位置,并进一步提出了水害防治措施。      

底板注浆加固法防治淮北杨庄矿底板突水

杨庄矿主采山西组6煤层,二水平投产以来,曾3次发生底板灰岩突水,临界突水系数0.65.深水平底板突水威胁严重.本文讨论了三水平Ⅲ612工作面不具备疏水降压和带压开采条件;介绍了采用钻孔注浆,局部底板加固和含水层改造工艺及注浆效果,证明采用底板加固法不仅保障了综采如期接替,三水平开拓延深正常进行,而且保护了地下水资源,产生了巨大的经济效益和资源效益.     

基于水平取心的煤层底板注浆加固检验方法研究及应用

地面多分支水平井钻井煤层底板注浆加固技术的研发和推广应用,有效消除了奥灰水灾害性突水通道,实现了奥灰水害区超前带压开采。目前一些对加固效果的检验方法,虽然可在一定程度上验证注浆改造效果,但对于加固后阻水能力的评价方面稍显不足。基于底板注浆加固检验需要,研发了适用性的水平井取心工具,并进行了取心试验,岩石力学测试结果表明,底板注浆后抗压能力显著提高。将本方法与已有方法相互结合,优势互补,可形成较为完整系统的煤层底板注浆加固检验技术体系,保障煤矿生产安全。     

煤层底板水害超前区域治理理论框架与关键技术

随着我国华北型煤田浅部煤炭资源开采殆尽,深部煤炭资源受底板灰岩岩溶水害威胁严重,常规井下直孔注浆方式存在施工位置受限、钻遇含水层孔段短、注浆盲区大、目标位置不准确等问题。为此,提出了基于顺层定向钻孔进行注浆改造的超前区域治理技术,系统研究了顺层近水平注浆孔浆液运移规律、底板水害超前注浆模式、注浆参数控制工艺、隐伏导水通道超前判识探查与注浆效果检验与评价等。通过系统研究,构建煤层底板水害超前区域治理理论框架与技术体系,具体包括5方面内容:提出煤矿底板水害超前区域治理模式分类和选择准则,概化形成适用于我国华北型煤田地质及水文地质条件的底板含水层注浆改造模式;形成隐伏导水通道水平定向钻超前判识治理技术;建立超前区域治理关键注浆参数控制工艺体系;提出了注浆全过程的多指标定性、定量效果检验与评价技术。上述研究成果在煤层底板水害超前区域治理工程中成功应用,对底板水害超前区域治理起到重要的理论和技术支撑作用,为我国华北型煤田深部煤炭资源安全开采提供保障。     

蒲白矿区无线电波坑透仪的应用

无线电波抗透视仪在薄白矿区３个矿５个工作面的应用结果表明，无线电波透视法对煤中小断层具有较好的可解释性，断层落差、断面倾角、断层形态以及断层带宽度与电磁波能量的衰减有密切的关系。     

厚煤层内小断层的反射槽波探测技术及应用

厚煤层、巨厚煤层工作面内的小断层一般断距或延展长度的规模较小,目前的探查方法和仪器受分辨率限制一般难以探查这类小断层,而小断层探查不清,将会对智能化工作面高效回采带来较大影响。针对这一问题,开展厚煤层内小断层反射槽波探测的数值模拟及现场实验工作。在数值模拟方面,采用交错网格有限差分法对厚煤层(6 m)、巨厚煤层(20 m)两种环境下含小断层(落差小于3 m)的数值模型进行三分量弹性波模拟,在对数值模拟结果进行频谱分析的基础上研究不同模型中的直达槽波与反射槽波的特征。在实际探查方面,通过不同矿区厚煤层、巨厚煤层实际发育断层进行透、反射数据综合研究,分析和比较透射与反射槽波方法对小断层的探查情况。研究表明,工面内构造发育相对简单的条件下,反射槽波对厚煤层、巨厚煤层工作面中小断层的探测较透射槽波有更强的识别性及准确性。      

复杂地质条件下无线电波透视技术的应用

开滦赵各庄矿地质条件极其复杂，小构造发育和煤层赋存条件差一直是困扰矿井发展的重要因素。近年来，在对无线电波透视技术不断研究的基础上，结合矿井构造和煤层赋存特点，通过对坑透仪工作参数的正确选择和采探对比，逐步形成了适合该矿实际的无线电探测、解释、采探对比系统，为矿井安全、生产提供了有效的地质保障。     

煤层横向预测的地震技术研究——以鄂尔多斯煤盆地南部煤矿采区勘探为例

依据鄂尔多斯煤盆地南部侏罗纪煤田地质特征,提出了层位标定法、波形分析法、测井约束地震反演等适合本区的煤层横向预测方法。实践表明,利用三维地震资料的煤层横向预测方法,可精细描述埋深500m左右的煤层尖灭、冲刷带、变薄带、分又合并带、厚度变化等赋煤状态。     

黄土塬煤层采空区弹性波多波波场特征

黄土塬已知煤层采空区的弹性波多波波场研究表明,反射波、散射波、天然源面波和人工源面波等各种弹性波波场显示出表征性特点。借助于这种波场特征,对于煤层采空区的地震勘探具有一定的指向意义。     

断层模型约束反演在煤层横向预测中的应用研究

在精细断层解释的基础上,以地震层位为趋势面,通过对趋势面局部微调,使各层面的变化趋势和空间关系更加合理。通过网格精度和地层厚度有控制构建包含断层在内的精细构造框架模型,并根据波阻抗的差异特征,利用断层模型约束波阻抗反演实现煤层的横向预测。实例表明,基于断层模型约束反演技术的煤层横向预测方法,可精细描述煤层尖灭、变薄、分叉合并、厚度变化等赋煤形态,经实际钻井资料验证吻合较好。     

印度冈瓦纳系煤层槽波探测技术的适应性

冈瓦纳系煤田占印度国家煤炭储量的99%。槽波探测技术是印度国家煤炭部第一次引进的矿井小构造物探成套技术。通过在A2、A3两个面的槽波探测工作,初步了解了其主采煤层的槽波条件、波速、频率和槽波穿透距离。      

煤层顶底板反射波的干涉效应

理论分析与实际资料证实,煤层顶、底板反射波的干涉,在煤层厚度所产生的时差小于半个周期时,导致反射波的振幅随着煤层厚度的减小而减弱,且在煤层厚度较小（趋于0m）的情况下,仍然是可以连续对比追踪的;大于半个周期时,反射波的振幅与干涉效应无关。通过实际资料的分析计算发现,在煤层厚度趋于0m时,其顶、底板反射波的干涉所形成的振幅极限值仍然是砂、泥岩界面反射波振幅的3倍,依据这个特征可有效识别煤系地层中的薄、无煤带。     

基于F-K变换的井下多道瑞利波频散曲线提取

井下瑞利波勘探中频散曲线的提取多采用基于两道之间互相关的表面波谱分析法,此方法仅能提取基阶模式的瑞利波频散曲线.为了能够获得多阶模式频散曲线,提高煤矿井下瑞利波勘探的探测距离和精度,运用基于F-K变换的多道瑞利波频散曲线提取方法处理井下地震数据.针对井下地震数据的特点对方法进行了改进,在利用合成数据验证方法的有效性后,将其应用于工作面内部构造探测中,并从中获取了具有多阶模式的瑞利波频散曲线,从而证实了当煤层中存在断层时多阶模式瑞利波的存在.     

高分辨率地震及大能量瑞雷波法在采空区探测中的应用

采空区由于原始地层错动、裂缝，地层结构破坏，其地球物理特性也发生了变化。地震波在通过采空区沉降地层时，将会产生同相轴错动，有时会伴生明显的绕射；在地面沉陷区域，层状结构被打破，瑞雷波速度存在明显差异，特别在冒落区和煤柱上方，其速度断面图多呈“V”字型分布。利用高分辨率地震波的识别方法及大能量瑞雷波法“V”字型分布特征进行探测，进而综合分析探测成果，可以十分有效地圈定采空区的赋存状态，精度高，定位准确。