基于定向钻孔的底板探放水技术及工程实践

为了解决张集煤矿"A组煤"开采中面临的底板灰岩含水层水害问题,引进目前国内领先的定向钻进技术应用于底板探放水钻孔并取得成功。在-600疏水巷施工定向钻孔工程治理1612A和1613A工作面底板灰岩水害,目前已在该2个工作面疏水巷水害治理工程中施工钻孔15个,总进尺达5480m,探明2个重要出水点,有效地解决了工作面底板灰岩水害探查问题,形成了张集煤矿基于定向钻孔的工作面底板灰岩探放水技术,可在相似矿井广泛地开展工程应用。     

陈四楼煤矿高承压水复杂工作面水害治理技术

陈四楼煤矿工作面受太原组岩溶裂隙承压水影响,在构造发育、承压水水压高的区域,易发生突水事故。为了确保工作面安全回采,开采出受水害严重威胁的煤炭资源,开发了一套完整的高承压水复杂工作面水害治理技术。通过对钻孔出水量、出水次数、注浆量、不同序次钻孔出水情况、灰岩出水量及注浆量分层进行研究,分析工作面的底板各层灰岩含水层富水特征,对工作面底板注浆改造水害治理工程设计、施工、评价具有重要意义。实践表明,水害治理工程效果良好,确保了工作面的安全回采。     

邢东煤矿深部区域奥灰水害探查治理技术

为解决深部区域煤层开采的奥灰水害问题,以邢东煤矿-980 m水平内多个工作面底板探查治理工程为例,通过对矿井及工作面地质、水文地质条件进行分析,确定工作面回采期间的主要充水水源、充水通道及探查治理层位,结合钻探探查和注浆治理工程,通过工程效果检验,完成了研究区奥灰水害的有效防治。结果表明:研究区开采期间的主要充水威胁来源于煤层底板奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层水,主要充水通道为断层构造带。通过钻探工程探查,施工了1个地面主孔,40个地下近水平分支孔,根据伽马测井、水位观测和水温观测等钻探效果检验,确定本次探查到1个隐伏陷落柱(X8)、以及F_(23)等个别导水断层构造。经注浆工程治理,认为煤层底板奥灰岩溶裂隙发育程度不均一、注浆量与多指标相关性差,注浆条件较为复杂;经注浆终压、单位吸水率和现场实际揭露,注浆效果良好。通过本次奥灰水害探查治理工程,确保了矿井深部采区的安全生产。     

黄河北煤田顶底板定向注浆关键技术

为有效解决我国黄河北煤田面临的顶底板含水层双重水害问题,以山东能源邱集煤矿水害治理为例,在矿井水文地质和水害特征分析的基础上,确定了超前主动、区域协同、逢漏必注和安全推进的防治水理念;提出了"顶底板同注+帷幕注浆"的灰岩水害治理技术,采用"梅花式"与"上下穿层式"的钻探方式实现了含水层岩溶裂隙和隐蔽导水通道的有效探查,通过等距离定向钻孔和井上下水文钻孔实时观测技术确保了高质量精准注浆;截至2018年底注浆工程共施工19个主孔,95个分支孔,累计完成进尺64 183.74 m,注入水泥329 035 t、粉煤灰24 845t。结果表明:注浆治理后区域内四五灰和徐灰的水压明显减小,涌水量均小于10 m~3/h,实现了11煤层的安全揭露和工作面试采,说明黄河北煤田定向注浆关键技术可以有效封堵含水层岩溶裂隙和隐蔽导水通道,实现含水层岩溶裂隙和导水通道的高质量精准注浆。     

青龙煤矿长兴灰岩岩溶突水事故分析研究

通过对青龙煤矿11609外工作面突水事故分析,得出突水充水水源为长兴灰岩岩溶(溶洞)水,充水通道为"三带"导水裂隙,并为下一步长兴灰岩岩溶(溶洞)水的水害防治进行研究,为贵州同类矿井减少岩溶(溶洞)水害事故具有借鉴意义。     

张集煤矿A组煤层底板灰岩水害探查与治理研究

以淮南矿区张集煤矿西三1煤上采区1613A工作面A组煤层底板灰岩水害防治为研究对象,具体阐述了灰岩水害探查、治理及安全评价等一套完整的水害治理技术体系.经防治水工程治理后的综合分析,验证了钻孔出水量和水压值较小,水温未见异常,说明工作面底板下的导水裂隙及面内探明的垂向导水构造被有效封堵.依据工作面相关钻孔资料及理论公式,计算得出工作面底板太灰水和奥灰水的突水系数分别为0.0743 MPa和0.0166 MPa,均小于安全临界值,故底板灰岩水不会对工作面回采造成安全威胁.该水害防治技术经实际工程验证后,为受深部灰岩含水层威胁的其他生产矿井提供了宝贵的经验和方法.     

地面区域水害治理技术在赵固一矿的应用

为了解决赵固一矿18采区煤层底板灰岩含水层水害威胁,在传统的井下注浆堵水技术基础上,结合地面定向水平孔技术,提出了煤层底板水害地面区域超前治理技术,介绍了赵固一矿二₁煤底板L8灰岩地面区域水害治理方案,总结了施工过程中的钻孔和注浆关键技术及其实施过程。采用分支孔“跳孔”注浆技术,在治理区域共注浆43次,注入干料94 277.30 t,水泥33 317.70 t,黏土46 892 m³。区域水害治理施工参数能够较好地反映底板灰岩改性加固效果,在两侧分支孔注浆施工后,中间孔每米注入干料和钻孔单位吸水率均大幅减小,表明前序孔通过注浆施工后,已经对该孔附近的裂隙进行了一定程度的充填和加固,地层的渗透性明显降低,间接验证注浆效果。探孔作业结果表明,应用地面区域水害治理技术已将L8灰岩改造成了弱含水层,治理效果良好。研究成果可为赵固一矿及其他矿区煤层底板含水层治理提供依据。     

城郊煤矿薄层灰岩水害治理技术研究与实践

为解决城郊煤矿井下水害常规注浆治理效果不佳的问题,依托地面水平定向钻进技术形成的区域超前治理技术,为治理该煤矿底板灰岩水害提供了新的技术途径。经过研究论证,该煤矿十四辅助采区地面区域治理选择太原组上段L₁₀灰岩为治理目的层,防止底板水害。通过施工三个地面孔组(D1、D2、D3孔)共35个水平分支孔,对治理区太原组上段L₁₀灰岩地质、水文地质及隐伏含(导)水构造等进行探查,并通过高压注浆治理将目的层改造成有效隔水层;施工的井下验证钻孔涌水量均小于10 m³/h,治理效果良好;治理后计算十四辅助采区F21405工作面最大突水系数为0.044 MPa/m,符合突水系数安全值不大于0.06MPa/m的标准,无突水威胁,可以安全回采。     

皖北矿区构造发育薄层灰岩区域防治水注浆地面定向钻探技术

我国煤矿水文地质条件极其复杂;随着深部资源的大规模开发,矿井水害防治形势十分严峻,面临众多挑战。煤层底板存在高承压岩溶含水层,且富水性强或极强时,采用地面区域治理技术,可改善采煤工作面底板状况,消除煤炭开采时的底板突水水害威胁。联合应用地面多分支定向钻探技术和润滑防塌钻井液技术,可全面覆盖受底板水害威胁区域,降低钻探工程造价,减小钻探施工对环境的影响,解决长距离顺层地面定向钻探成孔难度大、钻具易卡阻的难题。     

河南神火昌平矿水文地质类型划分及突水因素分析

禹州神火昌平矿业有限公司所采煤层埋深浅,区内采空区较多,水文地质类型复杂。矿井的充水水源为大气降水、地下水和采空区积水。矿井主要水害是滞留于采空区的老空水,但太原组上段灰岩岩溶裂隙水、太原组下段灰岩和寒武系灰岩岩溶裂隙水、断层水也不容小觑。最后指出在矿井的生产过程中应严格按照相关规程操作,取防、堵、疏、排、截的综合治理措施,做到大水不淹井、小水不淹面,明确责任,分工负责,杜绝水害伤亡事故。     

陈四楼煤矿岩溶微观发育特征及水害治理

通过对陈四楼煤矿南翼主采煤层底板灰岩进行钻探取心研究,陈四楼煤矿主要发育L7-L11共5层灰岩,并对其孔隙、裂隙、填充物等进行微观描述,得出陈四楼煤矿太原组岩溶总体发育特征表现为:受灰岩厚度控制,岩溶发育程度上弱下强,太原组岩溶具有向下增强的总体特征;灰岩岩溶发育整体规模较小,以小型孔洞发育、小型闭合-半闭合溶隙发育为主;岩溶主要分2期形成,前期岩溶发育强烈,后期岩溶发育规模和数量较少,灰岩开放性好,具流水痕迹;对陈四楼煤矿进行太原组岩溶子系统的划分,并提出"分区治理、一区一策、突出重点"的水害治理路线。     

五阳煤矿3煤层底板突水危险性评价

为了对五阳煤矿3煤层底板进行突水危险性评价,保障五阳煤矿在承压水威胁条件下进行安全开采,在详细分析五阳煤矿水文地质条件和矿井揭露特征的基础上,从主要含水层、隔水层、水压、地质构造及采掘活动等方面对五阳煤矿3煤层底板突水危险性进行评价,通过在突水系数中考虑隔水层岩性—结构特征和开采活动的影响,建立了3 煤层底板突水危险性评价体系。研究表明,五阳煤矿3煤层底板奥陶纪灰岩岩溶水突水危险性极大,随着开采深度的增加,底板受采动影响破裂越严重,发生突水的危险性进一步增加。     

山西省阳坡泉煤矿水文地质特征及水压带开采技术研究

阳坡泉煤矿位于鄂尔多斯聚煤盆地东缘的河东煤田中段东边缘。通过对矿区钻井、测井资料、含水岩性组合及出露特征分析,主要含水层为奥陶系石灰岩岩溶裂隙含水层、碎屑岩裂隙含水层、松散岩类孔隙含水层。大气降水、地表水、含水层水、奥灰水是煤田的主要充水来源。根据突水系数法对矿井西翼盘区各主采煤层进行了带压开采安全性评价,10、11、13号煤层最大突水系数值分别为0014、0015、0027 MPa/m,在构造破坏地段工作面回采有可能发生突水。依据该矿井奥灰突水带压评价,提出了该矿井带压开采的路线和安全保障措施,加强导水构造和底板薄弱带的探查与治理,以保障矿井安全开采,同时希望能够为广大同行提供一定的借鉴。     

工作面底板注浆改造施工技术及效果评价

陈四楼煤矿南五、南十五采区所有工作面在回采过程中均发生不同程度的底板灰岩突水,给矿井的安全生产造成较大影响。研究了工作面底板注浆改造施工技术,主要包括断层发育区注浆改造情况、物探异常区施工情况、钻探揭露富水区施工情况以及底板注浆改造情况分析,然后对物探验证方法、钻探验证方法和突水系数评价进行评价。     

煤层底板薄层高压灰岩水害超前区域治理技术研究

针对煤层底板薄层高压灰岩水害问题,以桃园煤矿Ⅱ4采区10煤底板三灰含水层治理加固为例,通过施工地面定向钻孔组,进入未采区底板三灰后顺层钻进,揭露灰岩裂隙,并进行高压注浆治理,通过分段“探注结合”施工,有效封堵三灰溶隙、裂隙,最终将三灰含水层改造为隔水层,阻隔三灰及三灰下含水层水。结果表明,煤层底板薄层高压灰岩水害超前区域注浆封堵技术是安全和可行的,为其他矿区薄层灰岩水上带压开采提供了依据。     

高承压水体上采煤危险性的多因素综合评价研究

基于高承压含水层上采煤产生的水文地质工程地质问题的复杂性,建立了高承压水体上采煤危险性多因素综合评价模型,通过分析永煤公司陈四楼煤矿水文地质、工程地质及开采技术条件可知,影响研究区高承压水体上采煤安全性的因素多且复杂,确定了煤层底板破坏深度、煤层底板抗压强度、煤层底板隔水层厚度、煤层底板水压、煤层底板标高和断层密度6个因素影响该研究区煤层高承压水体上开采的主控因素。以21111工作面高承压水体上采煤为例,应用高承压水体上采煤危险性多因素综合评价模型,获得工作面的开采危险性指数分区等级图,根据评价结果指导矿井的煤层底板注浆改造,通过煤层底板注浆改造,21111工作面回采时,整个工作面的涌水量约为5 m³/h,主要为顶板砂岩水,底板基本无水。     

薛湖煤矿矿井充水主控因素与矿井涌水量预测研究

河南薛湖煤矿在开采过程中受到了水害的影响,为了确保煤矿安全、高效生产,分析了矿井水文地质条件,研究了矿井冲水的主控因素,并对矿井涌水量进行预测计算。研究结果表明,薛湖煤矿矿区发育六大含水层（组）和三大隔水层（组）,煤系地层的二叠系砂岩裂隙含水层是危害矿井生产的主要含水层,随着生产的进行,顶板砂岩水多被疏干,对生产的安全不会造成很大的影响。二2主采煤层的直接充水水源为二叠系二2煤层顶板砂岩裂隙承压水,间接充水水源为二2煤层底板和奥陶系灰岩岩溶裂隙承压水,矿井的自身采空区积水是薛湖矿的充水水源之一。二2煤的导水途径主要有裂隙、断层和封闭不良钻孔3种,高角度正断层可能成为导水通道。越往深部开采水压将会越大,构造和裂隙的发育增加了底板水涌入矿井的危险。选取比拟法和稳定流解析法对采区矿井涌水量进行计算,比拟法计算的全矿井正常涌水量656 m 3/h、最大涌水量787 m 3/h比较符合近年来矿井充水的实际情况,可以作为下一步矿井开采的依据。但随着开采水平的不断延深,太灰岩溶水向矿井突水的概率也将大大提高,若出现短期内多点突水情况,将会超过比拟法预算的最大涌水量。     

煤矿深部采区底板含水层放水试验

随着煤层开采深度的增加,煤层底板承压充水含水层发生水害的可能性随之增加,对基础地质参数补充和再认识具有重要的意义。以陈四楼煤矿南部深部采区为研究对象,通过非稳定流放水试验分析了陈四楼煤矿南部采区灰岩岩溶含水层的水文地质条件及其与奥灰水的水力联系,计算了灰岩含水层的水文地质参数。试验表明:区域内的太灰含水层属中等富水性至强富水性,不存在降不下去的高水位异常区,可以采取疏降和底板注浆加固的办法防止底板突水。     

顾北煤矿A组煤首采区灰岩水害探查治理技术探讨

通过对淮南矿区以往A组煤开采实际生产情况的分析,发现煤层底板灰岩水害是威胁矿井安全生产的主要因素之一。以顾北煤矿A组煤层开采为背景,对A组煤首采区的灰岩水可疏放性进行了分析研究发现,C₃ I组灰岩含水层为A组煤开采的直接充水水源,与下部灰岩含水层之间水力联系不密切,以静储量为主、补给差,具有可疏放性的特点。对所研究区域的灰岩水害治理效果进行了验证评价。     

深部煤层底板寒灰水突水脆弱性评价

平顶山十一矿因靠近寒武系灰岩岩溶水补给区,水文地质条件复杂,受煤层底板的突水威胁严重。为了查明寒武系灰岩岩溶承压水对二1煤开采的威胁,对突水影响因素进行了综合分析,采用基于AHP的脆弱性指数法对平顶山十一矿深部煤层底板突水进行了突水危险性评价。结果表明:4个寒灰水突水点都分布在相对脆弱区、相对较脆弱区和过渡区,拟合点与评价分区基本吻合,拟合率接近100%。