矿井煤层底板突水预测新方法研究

本文针对煤矿矿井煤层底板突水系统为一非线性系统的特性,提出采用对非线性问题具有良好适用性的人工神经网络系统（以下简称神经网络）,进行煤层底板突水预测。以作者们研制,使用神经网络的实践为基础,阐述系统、建模方法、适用条件和应用问题,并在焦作矿务局演马庄矿、焦作金科尔集团方庄煤矿对所建立的煤层底板突水预测神经网络进行生产性检验,取得良好的结果,说明该系统应用于煤层底板突水预测的可靠性。     

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。     

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。      

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.     

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。      

焦作矿区突水灾害研究综述

本文首先对焦作矿区地质构造与采矿复合型人为突水灾害在时、空域上的表现特征进行了论述，并按照突水水源与突水成因对突水灾害进行类型划分，在此基础上，系统地总结了焦作矿区底板突水灾害的预测预报研究方法，提出了突水灾害的具体防治对策。     

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。      

煤层底板承压含水体上带压开采研究

渭北煤田5、10号煤层底板以下的奥陶系灰岩强含水层,水头压力大,对采煤的威胁严重,历史上曾经发生多次底板突水事故,造成重大人员伤亡。以澄合矿区为例,研究了带压开采防治水的技术路线,提出了底板注浆加固的防治水方法,并成功应用于董家河煤矿,不仅安全开采了5号煤层,而且保护了渭北地区岩溶水的统一水位标高,使区内各岩溶大泉流量稳定、黄河湿地生态安全得以保证,促进了生物多样性和工农业用水安全,为渭北及华北型煤田底板承压水体上带压安全采煤找到了技术途径。     

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。     

淮北袁店煤矿101、102采区煤层底板突水危险性综合评价

为有效控制煤层底板带压开采突水发生,同时解决突水系数法评价底板突水的局限性,引入灰色模糊聚类法综合评价煤层底板突水危险性。以袁店煤矿101、102采区为例,通过对10煤层水文地质条件、底板充水水源和充水通道深入分析,提取评价煤层底板突水危险性关键指标,综合考虑岩溶裂隙发育、地质构造、隔水层厚度、裂隙含水层富水性、灰岩含水层厚度5个突水主控因素,并进行底板突水危险性分区。结果表明：101采区底板突水危险性较小,102采区危险性较大。建议对102采区局部富水地段进行注浆加固,以达到防治突水的目的。     

Mechanism of water inrush driven by grouting and control measures—a case study of Chensilou mine,China

Water inrush into coal mines from aquifers underlying coal seams often causes serious casualties and economic losses. The key to preventing the disaster is to discover a water inrush mechanism suitable for specific geological and hydrogeological conditions and apply reasonable control measures. A case of the Chensilou mine is studied in this paper. Complex geological and hydrogeological conditions, such as 12 aquifers in the floor and small distance between coal seam and aquifer, make the mining face in the synclinal basin have a great risk of water inrush. In addition, as an important way to prevent the disaster, grouting will aggravate the risk of water inrush from the floor. The slurry will drive groundwater in the limestone aquifers L₈, even L₇ and L₆ along the horizontal (fracture zone in L₁₁~L₈) and vertical (Fs1 ~Fd1) water flow channel into the mining face and synclinal basin. A new water inrush mechanism driven by grouting is formed. In order to prevent this disaster, based on statistical law of hole deviation, the relative error of vertical depth and the angle between the borehole and the rock formation are obtained. Finally, an improved grouting method is proposed, which is useful to ensure the safe production of coal mine and reduce the cost of grouting.     

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。     

Experimental simulation of water-inrush disaster from the floor of mine and its mechanism investigation

Mine water inrush is very common in China and can cause hysteretic and severe damages to the safety production of coal mines. Essentially, water inrush from coal floor can be attributed to the connection of cracks and the formation of water channel in floor rocks under the interaction of stress field and seepage field. In this paper, the interaction between cracks, stress field, and seepage field in floor rocks was studied by physical simulation; the evolution law of water inrush from floor cracks was obtained under the fluid-solid coupling effect, and the monitoring of rock stress and seepage pressure was realized by virtue of soil pressure and pore-pressure sensors. The results indicated that the permeability of floor rocks had regional and temporal characteristics due to the cyclical variation of in-situ floor stress. The high-permeability zone occurred under the early mining stress area, and gradually extended and connected inside the floor. As a result, more confined water could flood into the connected cracks and thus changed the seepage field in front of working face. This work provides new approaches and knowledge for researching coal floor water inrush and has important significances for the prevention of coal water disasters.     

铜川玉华煤矿顶板离层水突水机理与防治

陕西铜川玉华煤矿一盘区1418工作面,回采期间发生多次突水事故,对煤矿的正常生产和人员的生命安全构成严重威胁。从本井田地质和水文地质资料入手,分析了工作面突水的背景、水源、通道等,得出洛河组下段砂岩裂隙含水层水为离层空间充水的主要水源,煤层采动后形成的导水裂隙带为主要的导水通道。通过理论分析和模拟研究覆岩移动破坏规律,分析确定导水裂隙带发育过程和离层空间可能发育的位置,离层水形成、发展及突水过程,从而总结出玉华井田1418工作面顶板离层水突水机理,为矿井后期实现安全高效生产提出切实有效的防治水措施打好基础。      

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。     

华北煤层底板突水的随机—信息模拟及预测

在我国华北煤矿田,回采工作面煤层底板突水问题严重困扰着煤矿经济效益的正常发挥。针对回采工作面煤层底板突水的特点,提出了采用随机－信息方法解决突水预报问题,为此建立了信息判据,并对大量的实例进行了验证,取得了满意的效果。     

带压开采煤层底板破坏深度理论分析及数值模拟——以陕西澄合矿区董家河煤矿5号煤层为例

随着煤矿开采深度的不断增加,带压开采已经成为深部矿井普遍应用的一种采煤方法,而带压水上采煤的关键问题之一是确定采动引起的底板破坏深度。针对董家河煤矿5号煤层开采引起的底板采动破坏深度开展相关研究,以该矿的507综采工作面开采为工程背景,采用理论分析和数值模拟相结合的办法,动态再现了整个底板岩层渐进破坏过程,并得出底板岩层的最大破坏深度为10~11 m,该结果与现场实测结果一致;同时给出了该矿底板岩层破坏深度与工作面斜长和埋深关系的经验公式。该结论为董家河煤矿带压开采工作面煤层底板突水预测与防治提供了科学依据。      

峰峰矿区九龙矿隐伏突水陷落柱治理实践

峰峰矿区九龙矿的隐伏突水陷落柱发育于奥陶系石灰岩含水地层,发育高度至石炭系大青灰岩、伏青灰岩。由于其发育范围小,又隐伏于可采煤层以下。一般勘探手段很难给予精确解释,导致矿井开采过程中发生突水灾害。通过对矿区隐伏突水陷落柱的治理工作实践,介绍了其探查及治理过程：按照”探治结合”的治理原则,首先采取对矿区工作面三维地震资料进行精细解释,然后以注浆钻孔定向钻探施工技术进行验证的方法,确定突水构造的类型和空间发育形态,进而实施注浆治理,达到堵截突水通道、保障矿井安全生产的目的。本方法的成功实践,为今后华北型煤矿突水灾害的治理工作提供了的范例。     

焦作矿区防止突水淹井事故的对策

通过分析焦作矿区17次突水淹井事故原因,提出了强化领导、严格管理、加强基础地质工作、合理留设防水煤柱、加强断层探测、完善防排水设施、选择合理的防治水措施等对策,使焦作矿区21a来未发生突水淹井事故。这些措施对类似矿区的防治水工作具有一定的参考价值。