赵各庄矿深部开采底板突水特征及防治技术

为了研究深部开采高水压条件下的底板突水特征及防治措施,根据赵各庄矿水文地质条件,通过对深部14水平122煤层底板隔水层隔水性能、底板灰岩岩溶发育情况、揭露断层导水性的分析,认为14水平122煤层底板突水特征为断层采动型,预防底板突水的重点是防治断裂带采动滞后突水,并给出了在巷道掘进、回采等方面的防水技术措施,以及合理的防水煤柱宽度.通过计算得出,东Ⅲ断层上、下盘防止突水发生的合理保护煤柱宽度分别为262m、233m.     

科技信息

科研成果改革采煤方法和开采工艺预防突水灾害的研究 1991年3月中国统配煤矿总公司技术发展局组织有关专家对山东矿业学院特采所,开滦矿务局及赵各庄矿研究的该项目进行了鉴定。通过在赵各庄矿3个工作面的底板钻孔压水、钻孔岩移、矿压观测和底板岩层水力压裂的室内及现场实验、实验室相似材料模拟实验和三维有     

赵各庄矿水文地质分区及涌水特征分析

通过对赵各庄矿历年开采中涌水状况及其分布、涌水与地质构造、采动效应等的关系研究,提出了赵各庄矿涌水具有分区特点:山前区(带)以奥灰水及地表水渗漏、逆掩导致顶板破裂、断层切割贯通底板砂岩含水层和采空区及塌陷坑积水引发异常涌水为主;在埋藏深度更大,地层产状变缓的井口区附近至南部开平向斜轴展布处区域内,则具潜在严重涌水风险的区域为特征.由此,将赵各庄矿划分为2个水文地质区:山前水文地质区(Ⅰ)与平原水文地质区(Ⅱ),并进一步细划为5个亚区,提出了开采深度达1200 m以深为主的Ⅱ3亚区,判定断层切穿奥灰和突水系数大干0.1 MPa/m的区域的能否实现安全开采,是该矿亟待解决的问题.     

基于Surfer的煤层底板突水危险性评价

以平禹一矿为例,以同样具备GIS的空间信息叠加功能,但普及度比GIS高和使用便捷的Surfer软件为平台,建立了评价底板突水危险性的脆弱性指数层次模型和突水系数模型。评价结果显示,平禹一矿二1煤层底板标高-60m以浅属于安全区,不受底板灰岩水的影响;标高-60~-400m且不受断层影响的区域属于突水威胁区,带压开采时存在突水隐患;标高-400m以深及标高-60~-400m范围的断层带属于突水危险区,带压开采时底板突水危险性很高。平禹一矿对突水威胁区和危险区的灰岩水害进行了综合防治,使矿井在极其复杂的水文地质背景下,连续10年实现了高效、安全生产。     

煤层底板采动破坏特征及突水危险性分析

以山西某矿9#煤底板带压开采为研究目标,结合研究矿区水文地质工程地质条件,运用数值模拟的方法探究了采动条件下底板应力分布特征、塑性区发育特征,分析得到了底板破坏深度为18 m;同时运用突水系数法公式,计算了该矿4个水文地质钻孔9#煤底板的突水系数分别为0.039、0.064、0.110、0.087,对煤层底板带压开采安全性分析及突水危险性分区有一定的参考意义。     

新安矿煤层开采底板破坏程度及底板水防治技术

根据新安矿底板3#煤层含水层分布情况,研究煤层开采过程中对底板的破坏程度,通过钻孔注水实测和数值模拟相结合的研究方法,确定底板破坏"下三带"分布规律,依据底板"下三带"理论判断工作面底板突水危险程度,得出新安矿底板岩层中完整岩层带偏小,底板破坏深度在18～20 m,突水危险性高。针对地质条件和底板"下三带"破坏情况提出了该煤层开采时底板突水隐患的防治方案。     

邢东矿深部带压开采底板突水特征及控制技术

针对深部带压开采工作面区域注浆治理后底板突水仍频发的难题,以邯邢矿区邢东矿深部带压开采为工程背景,通过现场调研和理论分析已突水工作面突水过程和开采地质条件,获得了邢东矿深部带压开采底板突水特征和影响因素,确定了邢东矿深部带压开采底板突水主控因素;应用弹塑性力学理论从动静载角度分析了不同来压步距对底板破坏深度和宽度影响规律,进而采用数值模拟研究不同来压步距下底板应力场和塑性区演化规律。研究结果表明:工作面顶板剧烈来压突水是邢东矿深部带压开采底板突水主要特征,顶板难以及时垮落是其关键诱因;随来压步距增大,底板应力集中带和卸荷应力拱逐渐向底板深部岩体传播扩展,顶板垮落易产生强烈来压动载效应,底板采动破坏深度和宽度增大,诱发隐伏导水构造活化及深部岩体破坏,贯通底板隐伏构造带等导水通道诱发底板突水。为此,提出了顶板水力压裂卸压以及底板微震监测、采动应力监测、围岩变形监测和承压水水位监测等多参量监测的防治技术。现场监测表明,试验工作面顶板水力压裂后周期来压步距缩短为9.53 m,相比邻近未压裂工作面减小了61.42%,来压动载系数、应力集中系数和围岩变形速度均较小,奥灰水位相对稳定,未形成底板突水通道,底板突水得到有效控制。     

京府八尺沟矿8~(-2)煤层底板突水危险性分析

通过对京府八尺沟煤矿水文地质条件的分析及对突水系数理论的数值计算,得出该矿施工至奥陶系的5个钻孔对应的突水系数。根据全国各矿区突水资料的统计分析及八尺沟煤矿隔水层的地质条件,得出该矿临界突水系数为0.1 MPa/m,该矿8-2煤层在开采过程中存在底板突水的危险。根据5个钻孔对应的突水系数,对该矿8-2煤层开采底板突水危险性进行了判定及分区,+780 m水平以上的煤层为带压开采安全区,+730~+780 m水平的煤层为带压开采过渡区,+730m水平以下的煤层为带压开采危险区。     

深部煤层开采数值模拟与底板突水预测

为了研究深部煤层开采条件下围岩的变形破坏是否会引发矿井底板突水问题,以鹤煤六矿2115工作面为例,建立FLAC~(3D)煤层开采数值模型,运用突水系数法,借助ArcGIS软件对矿井底板突水问题进行分区预测。结果表明:鹤煤六矿煤层底板最大破坏深度为22.12 m,井田北部和东部为奥陶系灰岩水突水危险区,西部和中部的绝大部分地区为奥陶系灰岩水突水威胁区。     

马堡矿15^#煤带压开采数值模拟研究

针对马堡矿地质构造复杂,主要岩溶含水层富水性强,下组煤距下伏奥灰很近,煤层开采面临着奥灰突水严重威胁的情况,运用数值模拟的方法,研究了工作面斜长对底板破坏规律与突水机理的影响,并对15号煤带压开采进行了安全性评价。研究结果表明:工作面斜长分别取160 m与110 m时开采15号煤产生的采动破坏带均会与承压水导升带贯通,隔水层丧失阻隔水性能进而导致底板突水,而工作面斜长为60 m时则不会发生底板突水。因此,可通过采取控制工作面斜长的方法提高带压开采的安全性。     

汾源井田主采煤层底板突水危险性分析

奥灰水是汾源井田5号煤层开采的主要水害威胁。采用突水系数法对汾源井田5号煤层底板奥灰突水危险性进行研究。分析了5号煤层底板奥灰水压、开采对底板的扰动破坏,隔水层阻水能力、承压水导升高度、奥灰顶部相对隔水层厚度等因素。结合井田钻孔资料,计算了突水系数,绘制了奥灰突水系数等值线图,划分了井田带压开采安全区、相对安全区、相对危险区和危险区。井田带压开采危安区的划分可为汾源矿井带压开采区采掘方案和矿井防治水工作方案的制定提供参考依据。     

工作面带压开采安全评价及防治水技术实践

针对荣康煤业带压开采存在突水危险的情况,分析了9+10号煤层、11号煤层底板隔水岩层特征及存在的突水因素,并采用奥灰带压开采“突水系数法”进行理论计算,对矿井突水情况进行了安全评价,最后通过理论计算,确定了针对不同性质断层所留设煤柱的宽度要求及底板注浆加固等一系列防治水技术措施。     

底板裂隙型突水机理三维数值模拟研究

 永夏矿区矿井生产受到太原组灰岩水的严重威胁,特别是底板裂隙引起的灰岩突水更是严重影响矿井安全生产和经济效益。根据裂隙切割底板隔水层引发突水的情况,把底板裂隙突水分为导通式裂隙突水和递进导升式裂隙突水两种类型,并利用Flac3d软件对这两种类型的突水机理进行了模拟研究,为底板裂隙突水的防治提供了一定的理论依据.     

带压开采底板突水有效阻水系数法评价在西峪煤矿的应用研究

煤矿开采存在底板带压条件下,能否安全开采,最常用的评价方法是突水系数法。但由于煤层底板突水影响的因素多,在水文地质复杂的情况下,突水系数法还存在一定的局限性。综合考虑水压、隔水层底板厚度、岩性组合及特征、导升高度、煤岩层产状、构造等自然条件,以及工作面的采长、开采后的底板破坏深度等人为因素对煤层底板隔水能力的影响,采用有效阻水系数法评价了太原西峪煤矿9号煤开采的间接底板奥陶系峰峰组岩溶水突水危险性,其评价结果与实际情况对比分析表明,有效阻水系数法评价更加合理,是复杂水文地质条件煤层底板突水安全性评价的有效方法。     

煤层底板承压水导升规律数值模拟

为了研究煤层底板承压水导升规律,基于流固耦合理论,在对煤层底板突水机理进行分析的前提下,建立了煤层底板突水的水文地质物理概念模型和数值模型,模拟了在不同方案下(不同的底板隔水层渗透系数、不同底板水压)原始导升高度与再导升高度的变化规律。     

多模型融合评价煤层底板灰岩岩溶突水危险性

在我国华北型石炭—二叠系煤田中,煤层底板灰岩岩溶突水现象尤为突出。为准确地评价煤层底板灰岩岩溶突水危险性,防治煤矿水害事故,实现承压水体上煤层安全开采。基于未知测度-集对分析理论,选用含水层厚度、单位涌水量、充水含水层渗透性、水压、断层影响因子、含水层厚度、含水层岩性组合特征以及底板破坏深度8个指标评价煤层底板灰岩岩溶突水危险性。采用有序二元比较量化法和区间数模糊决策矩阵EA-TOPSIS排序模型分别确定煤层底板灰岩岩溶突水主控因素权重。在此基础之上,基于冲突证据理论将二者进行耦合,得到煤层底板灰岩岩溶突水主控因素组合权重,保证了对动态模型指标相对重要性的有效评价。基于未知测度-集对分析理论,构建单指标直线型未知测度函数及非直线型未知测度函数,并以新汶煤田煤层开采为例,将30个监测点处实测的8个指标值代入,建立多指标综合测度矩阵。引入"置信度"评价准则判定样本数据X_i所属的危险性等级。并通过集对分析,进一步表征新汶煤田煤层开采过程中煤层底板灰岩岩溶突水风险总体态势。研究表明,评价结果与矿山实际情况相吻合。在此基础之上,依据搜集的大量华北煤矿突水案例,以其中典型的15个为例,将建立的模型推广到整个华北煤田底板突水危险性的评价。通过与矿井实际突水情况对比可以发现,模型确定的矿井突水危险性等级与实际相吻合,表明该模型对于评价整个华北煤田底板灰岩岩溶突水危险性具有一定的适宜性。     

里必井田承压水带压开采评估

煤层底板承压水突出是发生水害事故的原因之一,要减少该类事故的发生,需对底板突水危险性进行准确评价。为保障里必井田承压水带压开采的安全进行,基于煤层底板突水研究理论分析,采用常规突水系数法和等效厚度突水系数法,分别对里必井田内3#煤和15#煤的奥灰水突水危险性进行了研究。研究发现,奥灰水对于3#煤的开采影响不大,但在局部构造及陷落柱发育地段及采区东北部区域仍存在一定的突水可能性;奥灰水对15#煤开采具有较大威胁,大部分区域具有较大突水危险性。等效岩层厚度法计算的突水系数考虑了不同性质岩层的岩石强度和阻水能力,计算更接近生产实际,结果更可靠;且在对突水系数法进一步优化后,其评价的结果可以更精确。     

深部开采底板突水危险评价的应用研究

深部煤矿开采易发生底板突水问题,为保证煤矿安全开采,研究地质结构,分析突水原因,评价突水危险十分重要.由于深部开采具有高承压等特点,采用一般突水系数法进行突水危险性评价已不适用云冈矿深部开采的实际情况,对此,在突水系数法的基础上引入单位涌水量q,提出一种改进型的评价办法:突水系数-单位涌水TS-q评价法.以云冈矿深部开...     

深部下组煤首采面带压试采奥灰突水危险性分区评价

为了探究华北型煤田深部下组煤底板带压开采安全可行性,以济北矿区某煤矿高承压水体下组煤首采面采掘为工程背景,结合在该面施工的9个奥灰钻孔和1个奥灰水文观测孔资料,运用突水系数法和底板岩层综合阻水强度法对正常块段奥灰突水的危险性进行预测评价与分区。分析表明奥灰突水值大于0.1 MPa/m的区域存在2处;而根据底板岩层综合阻水强度法计算,各个钻孔的综合阻水强度值均大于相应的实际水压值,并把实际水压值与其相应的综合阻水强度值作比值进行分析。2种方法对比分析表明,奥灰突水系数偏大的险区和实际水压与其相应的综合阻水强度的比值大的分布区域基本重合,比较符合实际情况。这为济北矿区及地质条件相似矿井煤炭资源向深部带压开采所引起的底板水防治提供了新的评价方法。     

晋城成庄井田煤层气直井开发后煤层底板突水危险性评价

以晋城矿区成庄井田为依托,分析煤层气开发后煤层底板岩石破裂压力、地应力、煤层底板含水层水压和隔水层有效厚度等条件,建立了煤层气开发后煤层底板突水危险性评价理论与方法,揭示煤层气直井开发对煤炭开采底板突水影响机制。研究结果表明:煤层气井煤层底板完井深度和采动矿压与承压水的水压使煤层底板隔水层形成贯通的破裂,如果隔水层中的最小水平主应力大于承压水的水压,从应力方面,就不会发生突水,如果相反,就会发生突水;煤层气井煤层底板完井深度和采动矿压与承压水的水压未能使底板隔水层形成贯通的破裂,开采煤层承受的水压与煤层到主要含水层间有效隔水层厚度之比,决定了煤层底板突水危险性。根据煤层底板隔水层岩石破裂压力、水压和水压与隔水层厚度比值等关键参数,将煤层底板突水危险性划分为安全(Ⅰ)、中等安全(II)、安全性差或有危险(III)和安全性极差或极有危险(Ⅳ)4类。成庄井田太原组15号煤层距奥灰含水层间距小,且变化大,煤层气垂直井开发后煤炭开采受奥灰水威胁。如果9号煤层气完井深度与煤炭开采底板破坏深度15 m相同计算,煤层底板突水危险性主要为中等安全,仅在深部存在突水危险性;煤层气开发后3号煤层开采过程中不会发生底板突水。