深部奥灰水特性及其浓缩后在奥灰水害防治中的应用

减少矿井水排放、降低底板注浆费用,以深部奥灰涌出水改性底板注浆材料为研究对象,测试了矿井水的常规离子、悬浮物、微量元素,研究了矿井水加热浓缩后的水质变化特征,对比测试了浓缩矿井水改性黏土浆液和水泥净浆的水理和物理力学性能,并基于改性黄土的膨胀界限抗渗强度设计实施了工作面注浆工程。研究结果表明:矿井深部奥灰水有高矿化度、富含悬浮物、其他特殊物质不超标、高永久硬度等特征,其浓缩后有利于改性浆液的钙离子、硫酸根离子、氯离子等富集,不利于浆液改性的碳酸氢根离子浓度降低,用于改性黏土浆液使得双电层结构絮凝,提高了土样抗压强度,降低了渗透性,用于改性水泥净浆,水泥初凝时间缩短,1,3,28 d强度分别提高1.7~3.3,5.3~7.7,8.3~17.1 MPa。改性后黄土膨胀界限抗渗强度提高了19.5%,应用工作面在减少16%的注浆量下安全回采了煤炭资源。     

基于微震监测的含地质异常体底板注浆加固稳定性研究

为了解决深部矿井受高地应力、高承压水压力及复杂地质构造等影响下所发生的突水灾害,注浆与微震监测相结合的方法成为了重要防治技术,被广泛应用于煤层底板加固与时效破坏评价中。针对目前微震监测分析注浆结构理论与技术支撑基础不足的问题,以淮南矿区张集煤矿1613A工作面为工程背景,构建了针对煤层底板注浆后地质异常体的微震监测系统,分析了采动过程中注浆导水通道地质体的微震响应特征,探究了底板结构体注浆堵水的加固效果。研究结果表明,工作面阶段性回采所诱发的周期来压会造成底板破坏深度增大;在注浆地质体及其围岩区域的C3Ⅱ组、C3Ⅲ组灰岩层未监测到微震事件,导水通道的多分支孔分段注浆治理效果良好;上层C3Ⅰ组灰岩并未通过隐伏断层、垂向导水构造与深层高水压灰岩发生直接水力联系,浆液有效封堵并加固了岩层基质。整个工作面回采过程中无突水风险,实现了高效安全开采。     

厚煤层回采巷道松软破碎围岩注浆加固技术

针对蒲县伊田煤业2107工作面运输巷过陷落柱段围岩变形量大的问题,采用数值模拟的方法分析了浆液的扩散形态,据此确定了注浆参数,经实施并对注浆效果进行了验证。结果表明:注浆加固后,陷落柱内的黄土、矸石得到有效胶结,两帮最大移近量100 mm,顶底板最大移近量为105 mm,有效控制了围岩的变形。     

深部构造应力作用下大断面硐室底鼓控制技术

为解决深部构造应力作用下大断面水泵房底鼓问题,结合胡底矿地质条件分析了水泵房底板围岩的变形破坏机理,认为底板岩层性质、围岩应力、无支护及大断面是造成泵房底鼓的主要原因。对此,提出锚固前先注浆充填底部围岩裂隙和施工高预紧力全长锚固底板锚索的联合支护方案,利用浆液对裂隙围岩进行结构性补偿,提高破碎围岩的残余强度;高预应力强力锚索支护能改善锚固范围内围岩应力状态,从而提高底板围岩的自承载能力。现场应用表明:盘区水泵房采用超前预注浆和高强预应力全长锚固联合支护技术后,有效控制了盘区水泵房底板变形,保证泵房设备基础安全使用。     

粘土水泥浆在煤层底板防突水注浆改造中的应用

在岩层裂隙注浆堵水方面,CL-C型粘土水泥浆与单液水泥浆相比,具有成本低、悬浮性好、抗渗性好、浆液扩散距离远、注浆堵水效果好等优点。葛泉煤矿东井部分9号煤层底板防突水注浆改造工程中,注浆材料选用了CL-C型粘土水泥浆,取得了很好的效果。该浆液在煤层底板防突水注浆改造工程中,可以广泛推广应用。     

工作面底板注浆加固改造质量综合评价方法研究

通过对注浆加固改造后的工作面底板进行原位压水试验,求取注浆目的层渗透系数、单位吸水量,定量评价注浆加固改造的质量;结合注浆终量、终压参数、岩体裂隙浆液充填状况和注浆前后工作面底板视电阻率对比,对工作面底板注浆加固改造质量进行了定性分析、综合评价.     

古汉山矿煤层底板加固与隔水层保护

随着矿井开采深度的增加,古汉山矿地应力越来越大,工作面回采时煤层底板破坏程度也在增加,煤层底板L8灰岩含水层水压越来越高,造成煤层底板加固的注浆压力不断增大,这样势必会引起在煤层底板注浆加固时破坏煤层底板与L8灰岩之间的隔水层。从而引起回采工作面在回采时底板突水。为防止煤层底板加固时破坏煤层底板与L8灰岩之间的隔水层,古汉山矿11031东回采工作面煤层底板加固时采用控制注浆压力的措施,既加固了含水层又保护了隔水层,效果很好。     

3种典型水玻璃浆液在黄土中的凝胶特征

结合黄土地区工程需要,通过试验,分析比较了水玻璃单浆和水玻璃氯化钙浆液在黄土中的固化情况、水玻璃和乙酸乙酯浓度对水玻璃乙酸乙酯浆液凝胶时间的影响、水泥水玻璃浆液强度在饱和黄土中随时间的变化规律等。试验结果对黄土地区注浆工程有一定的参考价值。     

注浆加固技术在陈四楼煤矿防治煤层底板突水中的应用

陈四楼煤矿在开采过程中受到煤层底板承压充水含水层的水害威胁,针对该情况,陈四楼煤矿应用不同注浆材料对该矿某区进行注浆加固。阐述了研究区注浆试验钻孔设计,并应用不同的注浆材料对研究区进行注浆加固。结果证明,注纯水泥浆液岩心及注蒙脱石和水泥等混合浆液岩心的抗压强度均较大,加固煤层底板强度的效果较好,而且注蒙脱石与水泥混合浆液扩散半径较大,相同情况下,一次注浆可以节省人力、物力,且蒙脱石的价格也比水泥低,更经济实用。     

基于微震与数值模拟的区域改造煤层底板破坏演化机理研究

为揭示淮南矿区开采区域改造A组煤煤层底板破坏深度演化规律，基于潘二煤矿12123工作面生产地质及注浆工艺资料，模拟分析了采场未注浆和注浆2种工况的采动响应，对比了不同注浆扩散半径下的底板破坏深度；根据回采过程中的微震监测数据，运用SPSS软件对其集中范围进行了聚类分析；讨论了具有相似地质条件的但未注浆的邻近1612A工作面底板破坏微震监测情况。研究表明：注浆条件下的底板破坏深度明显小于未注浆条件下的底板破坏深度，初步验证了底板区域注浆的治理效果；微震显示完整底板区的平均破坏深度约为25 m，与数值模拟结果相对应；实际底板区域注浆扩散半径为25～30 m；揭示了实际注浆前后底板破坏类型差异性，再次验证了注浆治理对底板破坏的影响。     

煤层底板水害预测与超前预治理技术

煤矿水害防治工作是煤矿安全生产工作的重中之重。针对煤层底板水害防治问题,介绍了实际生产过程中针对掘进工作面和回采工作面突水危险性预测的常规方法,对其优缺点进行综合分析,从而进行煤层底板突水危险性的预测评价,进而制定工作面超前预治理的技术方案,主要包括应用煤层底板含水层注浆改造技术对煤层底板突水可能性大的区域进行注浆改造,或利用煤层底板含水层疏水降压技术对危险区域进行疏水降压。上述这些措施的使用,最大限度地避免了水害事故的发生,实现了安全开采。     

基于RFPA数值模拟的底板突水危险性评价

为解决杨村煤矿十采区下组煤开采受底板突水威胁问题,运用RFPA数值模拟软件对杨村煤矿十采区16上煤层开挖过程中的底板破坏规律进行了研究。通过建立符合实际条件的数值模型,计算出了煤层在分步开挖过程中底板受矿井压力作用影响下的破坏深度和发展规律。在此研究基础之上,利用考虑煤层底板破坏深度的突水系数法对研究区煤层开采过程中的底板突水危险性做出了合理评价,并将研究区划分为较危险区和危险区2个等级。该研究成果为杨村煤矿十采区16上煤层的安全开采提供了可靠依据,可以有效地指导采区开采过程中的底板水防治工作。     

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。     

高承压动水条件下裂隙型突水封堵技术研究

基于邢东矿2228工作面出水封堵项目,研究动水条件下出水通道封堵技术。底板突水是威胁我国煤矿安全生产的主要灾害之一,随着我国进入下组煤的开采以及开采煤层深度的加大,煤矿受奥灰承压水的威胁越来越严重。煤层开采后,在采动应力与水压力共同作用下会引起底板岩体破坏失稳,引发底板裂隙奥灰突水,逐步成为主要的底板突水形式。发生底板突水后,首要问题便是对出水通道的封堵,目前对出水通道的封堵局限在静水条件下实施,需对出水通道在动水条件下进行封堵展开研究。     

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。     

复杂突水条件下矿井注浆堵水技术

以桑树坪矿"8.7"突水堵水工程为例,论述了因小煤矿越界开采本矿深部煤层导致发生特大突水、在不明过水通道下的注浆堵水技术。为了在突水条件不清楚的前提下进行注浆,桑树坪矿先采用了多种探查手段,之后开展动水注浆。工程实践表明,在过水通道位置不清楚的前提下,首先要通过调查了解小煤矿的采掘情况,并结合本矿采掘系统确定截流段的大体位置;其次采用物探手段对该处过水通道进行探查,并根据物探成果使用井下钻探方法精确查明过水巷道的位置;之后展开动水截流,截流成功后再对煤层底板和奥灰岩顶部进行注浆。     

渭北奥灰承压水矿区煤炭开采对水资源的影响及保护

随我国煤炭开采向深部发展,奥灰承压水体上开采导致底板突水与其生态水位下降之间的矛盾日益突出。在分析渭北澄合矿区典型工作面5号煤层含(隔)水层组合特征的基础上,采用理论计算与现场实测综合确定5号煤层开采的底板破坏深度,从含水层结构破坏、生态水位、水质等方面研究了煤层开采对底板承压水的影响。结果表明:澄合矿区5号煤层开采底板破坏深度8~10.8 m,不同工作面斜长与底板岩性组合是影响该区底板破坏深度的主控因素,工作面斜长与底板破坏深度呈正相关,与底板含(隔)水层组合为负相关关系,煤层开采对底板含水层结构影响程度由大到小分别划分为Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ级区,其中,Ⅰ级区主要分布于中南部和北部,面积为6.78 km2,占总面积的45.2%;煤层开采尚未对含水层水位、水质造成明显影响。提出以底板注浆加固技术为主保护水资源,稳定生态水位,为渭北地区煤炭工业健康发展找到有效途径。     

深部开采底板突水灾变模式及试验应用

深部采场高地应力、高岩溶水压和强开采扰动条件使得底板突水相比浅部采场形成特定构造、水-岩-应力及采掘工程相互作用影响下的复杂岩体水力学问题。基于不同地质构造受采动影响特征及其诱发煤层底板突水机理,将深部开采底板突水灾变模式划分为完整底板裂隙扩展型、原生通道导通型和隐伏构造滑剪型3种类型,并分析了对应的突水判据。研究认为完整底板裂隙扩展型归结于承压水影响下裂隙扩张造成彼此贯通引发承压水导升高度大于有效隔水层厚度,原生通道导通型归结于构造活化引发局部位移扩展与保护煤柱底板压缩区连通裂隙发生沟通,隐伏构造滑剪型归结于构造上方断面岩层失稳发生剪切破坏造成承压水以最短距离涌入采空区。利用深部采动高水压底板突水相似模拟试验系统探寻了3种突水灾变模式下突水通道的时空演变过程,验证了突水判据的准确性。     

带压开采底板突水预测研究

为了有效预测工作面在带压开采下底板突水,以上孔煤业15#煤层为研究背景,通过塑性理论和经验公式分别计算底板的破坏深度|考虑采动与赋存因素影响,基于修正的突水系数法,提出极限突水系数公式,确定合理的工作面尺寸,提高突水预测精度。现场施工水文钻孔探查底板涌水情况,并根据岩芯测得底板隔水层物理力学性质,与理论推算结果对比,对15#煤层底板突水可能性进行有效预测。研究结果表明：底板主要隔水层属于中等坚硬岩石类,具有较好的隔水性能,底板含水层含水性弱,不具备底板突水的条件。极限突水系数计算结果显示,15#煤层在底板完整区段无突水危险,受构造破坏的区段具有底板突水的危险,建议减小工作面尺寸,查明底板地质特征,并加强在构造等薄弱区域的探放水以预防突水危险发生。     

高承压灰岩水上煤层开采可行性评价

八矿寒武系灰岩含水层距己16.17煤层约80m,二水平己组煤层安全开采时将受到约3.9MPa水压的影响。为确保安全带压开采,采用经验与理论计算分析了己组煤层开采时底板岩层破坏变形情况,对底板灰岩水的突水性进行评价分析,得出隔水层厚度在80m左右时己组煤层可以实现带压安全开采。在正常疏水降压的基础上,采用瞬变电磁仪探测隔水层厚度变化,在隔水层变薄的情况下采取底板注浆等措施实现安全开采。