厚松散冲积层下防水煤柱的留设方法

为了合理确定厚冲积层下开采时防水煤岩柱的高度,以开滦钱家营矿业公司八采区2871西工作面为例,对松散冲积层厚度与防水安全煤岩柱高度的关系进行了综合分析,定义了"松散含水层透水系数"的概念,提出了厚松散层条件下的防水安全煤岩柱留设方法。该方法的应用使2871西工作面防水煤柱降低约13.0m,实现了煤柱的合理留设。     

工作面防水煤岩柱合理宽度设计

松散含水层下采煤也称水体下采煤,防水煤柱留设过大,则资源浪费严重;过小,则安全无法保障.针对三2-11031工作面的地质及水文地质条件进行分析,结合相邻矿井成功提高回采上限的实践经验,在充分论证的基础上将工作面的回采上限由-170 m提高至-120～-130 m,防水煤岩柱由50 m缩小至12～ 15m,煤炭资源得以充分安全回收,缓解了采掘接替紧张的局面,经济效益显著.     

缩小冲积层防水煤柱的开采技术

冲积层为开滦矿区煤系地层上覆的强含水层，原来均已按规程留设了足够的防水煤柱。为了提高煤炭资源采出率，东欢坨矿对缩小冲积层煤柱的2081工作面进行开采试验并采取了有效的防范措施，实现了安全生产。     

巨厚松散层薄基岩下安全煤岩柱的留设方法实践

为了合理确定厚松散层薄基岩下开采上限和安全煤岩柱的高度,解放浅部安全煤柱资源,结合赵固一矿实际工程背景,对东一盘区巨厚松散层及薄基岩的含水层富水性和隔水性能进行分析,确定了防水煤柱改为防砂煤柱的可行性,再通过理论计算及数值模拟的方法计算垮落带高度为17 m、防砂煤柱高度为36 m,根据现场地面勘探钻孔确定东一盘区的开采上限标高。最后经工程应用,最大限度地回收了煤炭资源,取得了显著的经济效益,为同类型矿井提供了借鉴和指导。     

淮南潘集矿区部分块段可缩小防水煤柱开采探讨

潘集矿区矿井设计采用留设８０ｍ防水煤柱作为防治上覆巨厚含水松散层水害的安全技术途径。通过对回采面开采水文地质条件的全面对比分析，认为是否会发生充水主要与煤层露头上方新生界直接充水含水层的原始沉积环境、岩性组合、富水性等有关；进而对全矿区能否部分块段缩小防水煤柱开采进行了分析预测，提出了可缩小防水煤柱开采的范围及可行性。     

利用支柱载荷推算覆岩破坏的高度

覆岩破坏高度,即垮落带和导水裂隙带(简称两带)高度,是确定含水冲积层下采煤要素——开采上限、防水煤柱尺寸等的重要依据。此值历来采用地面或井下打钻法获得。随着巨厚含水冲积层下采煤工作的开展,用地面打钻法观测“两带”高度,已越来越不适应试采的需要。邢台煤矿在巨厚(250米)含水冲积层下缩小防水煤柱的试采工作中,除     

多煤层开采防水煤柱高度的确定

一马煤矿北翼充填采区防水煤柱是针对极富含水性的第四系含水层留设的,为了确定一马煤矿单煤层和多煤层开采复杂开采条件下的防水煤柱高度,首先计算似膏体充填的等效采高,然后依据《三下采煤规程》和《矿井水文地质规程》依次确定了单一煤层开采和多煤层开采的防水煤柱高度。     

残留煤柱回采技术研究与应用

通过对不同煤柱工作面的分类,选择不同的回采工艺,在巷道布置、合理支护强度计算、工作面过废巷技术等环节进行了有效的尝试,达到了增产增效的目的,也是衰老矿井延长服务年限的有效途径。回收残留煤柱不仅可以回收看似报废的煤炭资源,还可以解决因顶板大面积垮落引发的地质灾害,意义十分重大。通过对残余煤柱的实践开采,取得了良好的经济效果,对相似条件下残留煤柱回采具有推广和借鉴作用。     

科技动态

邢台煤矿自1975年开始在冲积层下试采,将防水煤柱由原来的60 m逐渐缩小到20 m,局部达到18 m。开始用普采,后来发展到高档普采和综采。截止到1986年底,共采了12个工作面30个层次,安全采出原煤535.7万t,占矿井自1968年投产以来总回采量的27.5％。试采的成功提高了矿井产量,连续两年原煤产量突破180万t,实现了翻番。     

五沟煤矿矸石充填开采提高回采上限可行性研究

五沟煤矿第四含水砂层严重威胁着10煤层的开采,为了保证矿井安全开采,需留设较大的防水砂安全煤岩柱,但由此造成煤炭资源的极大损失。基于提高煤炭采出率,研究了运用综合机械化充填采煤技术提高水体下采煤回采上限的可行性。根据等价采高模型理论,计算了充填开采"两带"的发育高度和防水安全煤岩柱留设高度。研究表明,综采充填技术实现了采空区完全充填,有效地控制了上覆岩层的下沉破坏,减小了导水裂隙带发育高度,提高回采上限30 m以上,开采提高至-260 m水平,对于五沟煤矿及皖北矿区类似条件下采煤具有重要现实意义。     

Water-inrush Assessment Using a GIS-based Bayesian Network for the 12-2 Coal Seam of the Kailuan Donghuantuo Coal Mine in China

The Donghuantuo coal mine is geologically unusual, with 60 normal faults, 18 reverse faults, and 1 syncline. The coal seam floor is highly fractured and the fractures act as conduits for groundwater, which flows from the Ordina limestone aquifer into the no. 12 coal seam. From 2005 to 2010, there were 7 water-inrush disasters through the floor of this coal seam. The largest water-inrush event exceeded 63?m3/min; there are five points where the water-inrush continues to exceed 1.0?m3/min. Comprehensive modeling of the probability of water-inrush through the floor is required to reduce the likelihood and severity of such events. The water-inrush situation was assessed using a GIS-based Bayesian network (BN). In the developed BN-GIS model, the geometry of the coal mine working face was incorporated in suitable detail and resolution. The results of the modeling compared well with field water-inrush observations. Based on documented water-inrush events, the accuracy of the fit of the model data is 83.4?%, and the probability of making an incorrect prediction is less than 0.5, which means that using this method could significantly enhance coal production at the mine.     

基于非达西流模型的煤矿突水渗流机制数值模拟

突水是威胁煤矿安全生产的重大灾害之一。以义安煤矿704工作面突水事故为例,采用非线性渗流模型模拟突水瞬态流动全过程,探讨突水过程中流速和压力的变化规律,揭示矿山突水全过程的流态转捩机制。研究表明：义安煤矿突水达到最大涌水量时,含水层的压力在0.2～0.3 MPa之间,突水实际上是一个降压加速的过程,含水层压力骤降是突水发生的前兆,且突水通道进出口压力和流速是动态变化的,3个流场有机地组成一个不可分割的整体。撑子面处突水流体涡旋是层流向紊流过渡的空间响应,表明矿山突水存在流态转捩过程。通过进一步研究发现突水通道的导水性能越强,发生突水灾害时危害越大。研究结果可为反演确定合理的工程渗流力学参数和突水通道的几何结构提供参考。     

赵庄矿峰峰组碳酸岩层隔水性能研究及应用

为解决山西晋煤赵庄矿下组煤水压高、传统隔水层薄所带来的安全带压开采问题,采用水文地质钻探、抽水试验、压水试验、地应力测试及室内试验等技术手段,通过对奥灰顶部岩性、裂隙岩溶充填情况、钻探漏水、岩石力学指标及渗透性试验等各方面的综合研究,论证了下组15#煤底板奥灰顶部峰峰组岩层的相对隔水性。结果表明：赵庄矿15#煤下伏的奥陶系顶部峰峰组上段岩性为深灰色厚层石灰岩,致密坚硬,局部夹白云质灰岩和泥灰岩,强度较高,裂隙多呈不规则状且大量被充填,构成渗透性很差的岩层|本区奥灰峰峰组顶部至少存在30m厚度的相对隔水层段,15#煤底板隔水层厚度在38.75～67.25m之间,平均厚度为57m,且隔水性能较好|采用突水系数法对赵庄矿开采下组15#煤突水危险性评价,说明利用奥陶系顶部相对隔水层可使突水危险性大幅降低,从而解放大量煤炭资源。     

中关铁矿工作面顶板突水机理及防治对策

中关铁矿属于奥陶系石灰岩岩溶大水矿山,井建期间一直受到严重的水害威胁。根据中关铁矿-260 m中段掘进工作面顶板突水特征,以突水构造条件和地下水动态监测相结合的分析方法对突水机理进行了研究。结果表明:人工采动揭露使X1隐伏断层处于顶板变形张拉区,多次发生顶板垮塌,X1断层由阻水断层活化为导水断层,形成导水通道,沟通了与上覆奥陶系岩溶含水层的水力联系,引发突水事故。在此基础上,提出了-260 m井建工程中"有掘必探,先探后掘;以堵为主,疏堵结合"的顶板岩溶突水防治对策,实现了-260 m中段复杂岩溶条件下井建工程安全、高效的施工效果。     

煤矿工作面顶板倾斜钻孔疏放水井流计算方法

以顶板疏放水中常用的倾斜钻孔为对象,以空间点源理论为基础,运用反映法,建立了均质各向异性无限水平承压含水层中非完整倾斜钻孔的井流计算方程,讨论了多个倾斜钻孔同时工作时,多孔叠加的疏放水井流计算方法。在此基础上,运用陕北某矿顶板含水层疏放水工程实例,验证了此方法的有效性。形成了一套集分析、模拟、预测为一体的倾斜钻孔疏放水计算方法。     

突水系数法在华晟荣煤矿水上带压开采安全评价中的应用

根据华晟荣煤矿水文地质条件提取评价煤层底板突水危险性关键指标,在工程实践中分析煤层底板突水灾害发生的各方面因素,通过对井田钻探揭露奥灰岩的15个钻孔数据分析确定了隔水层厚度及底板承压水的水压值,分析了突水系数公式的演化,计算出突水系数,确定了华晟荣煤矿3#煤层带压开采分区均处在相对安全区。同时进一步预测了矿井涌水量,核验了矿井排水能力,为华晟荣煤矿3#煤层工作面回采时采用带压系数进行复核验证提供了数据基础,对制定完善带压开采技术措施具有重要的指导意义。     

洛河组含水层下厚煤层开采导水裂隙带高度探测与分析

以亭南煤矿二盘区巨厚洛河组下开采条件为背景,采用理论和工程探测方法,对不同工作面采厚情况下采动覆岩导水裂隙的发育特征进行了探测和分析。研究结果表明,在204面采高6m条件下,实探导水裂隙带高度为144.0m|206工作面采放总厚度7.5m情况下,实探导水裂隙带高度为140.2m|206工作面采放总厚度9m情况下,实探导高为148.3m,导水裂隙带高度并没有因采高的变化而明显变化,均至宜君组底界附近,同时受控于覆岩中关键层的位置。实测结果也验证了基于关键位置的导高判别方法的正确性及其在亭南煤矿巨厚洛河组覆岩条件下的适用性。研究成果可为亭南煤矿后续盘区合理采放高度设计和顶板水防治提供参考和借鉴。     

陕北榆神矿区煤层开采顶板涌水规律分析

榆神矿区是我国陕北煤炭基地的重要组成部分,针对榆神矿区煤层开采顶板覆岩含水层涌水规律研究不足等问题,通过系统分析地质与水文地质结构特征,将矿区开采煤层覆岩划分为松散孔隙、基岩与风化裂隙、烧变岩孔洞裂隙4个含水层组,以及主、亚2个隔水保护层组;根据煤层采动导水裂隙与覆岩含(隔)水层组不同组合关系下的含水层涌水特征,提出了浅埋煤层侧向直接涌水、中深煤层侧向与垂向复合涌水,以及深埋煤层侧向涌水与垂向弱涌水3种含水层涌水模式;并采用数值分析方法,以榆神矿区典型矿井为研究对象,构建了采煤工作面尺度上煤层开采3种模式涌水分析模型,模拟结果显示,浅埋煤层侧向直接涌水型(凉水井井田),主采煤层为4^-2煤层,采动导水裂隙直接发育至松散含水层,工作面顶部含水层被疏干,总涌水量为47 m³/h,地下水流场受采动影响大;深埋煤层侧向涌水与垂向微涌水型(小壕兔1号井田),主采煤层为1^-2煤层,采动导水裂隙发育至基岩含水层,总涌水量为21.87 m³/h,以侧向涌水为主,由于主、亚隔水层复合保护,垂向涌水微弱;中深煤层侧向与垂向复合涌水型(曹家滩井田),主采煤层为2^-2煤层(均厚约为11 m),在分层开采条件下导水裂隙发育至基岩含水层内部,其侧向涌水量为23.17 m³/h,垂向涌水量为12.67 m³/h,地表松散含水层地下水流场变化较小,在一次采全高条件下导水裂隙突破亚隔水层,发育至风化基岩含水层底部,总涌水量增至131 m³/h,对松散含水层影响较大。此外,当导水裂隙带高度小于180 m、不能沟通风化基岩含水层时,随导水裂隙带高度增加涌水量增加幅度不大,当导水裂隙带高度大于180 m、导水裂隙揭露富水性较好的风化基岩含水层时,涌水量增加幅度较大,由此可见,抑制导水裂隙发育高度与覆岩强含水层的接触关系,是控制煤层覆岩涌水的一项重要措施。     

Prediction of Water Inrush Areas Under an Unconsolidated,Confined Aquifer: The Application of Multi-information Superposition Based on GIS and AHP in the Qidong Coal Mine,China

The complex geological and hydrogological conditions under the unconsolidated and confined aquifer in the Qidong coal mine have resulted in serious water-inrush hazards. Multi-information superposition was used to predict water inrush areas. Six controlling factors (the specific yield, the effective thickness and load transfer coefficient of the aquifer, the fractal dimensional value of bedrock faults, the effective thickness of the protective bedrock layer, and the distance between the key hard stratum and the primary mineable coal seam) were selected, and a multi-information superposition model was established. Relatively safe areas and medium and higher risk areas were identified using a geographic information system (GIS) and the analytic hierarchy process (AHP). Using the no. 7₁ primary coal seam in the northern portion of the Qidong mine as an example, the water-inrush areas predicted by the model aligned with observed conditions, which validates the multi-information superposition model. Potential inrush areas of the no. 6₁, 8₂, and 9 primary coal seams in the southern portion of the Qidong mine were subsequently identified using this method, which will aid future mining operation.     

矿井涌(突)水源混合水识别模型研究

根据不同含水层在水化学特征上的差异，提出基于水化学原理判别矿井涌(突)水水源的混合水判识模型。以开滦荆各庄矿为例，通过绘制Piper三线图判断待识别水样来源，运用PHREEQC软件建立矿井水源混合模型，并以6大常规离子和pH值为识别因子，提出了根据欧氏距离计算结果判断矿井混合水突水水源的模型。结果表明，通过Piper三线图与欧氏距离结合的模型判别，涌水水源的水80%来自K6—12煤砂岩裂隙含水层(Ⅲ)，20%来自9煤—7煤砂岩裂隙含水层(Ⅳ)，经与实际化验结果对比，该结果符合实际。