朱仙庄煤矿地面注浆钻井关键技术

朱仙庄煤矿"五含"赋存条件复杂,具有静储量大、动态补给强、水压高等水害特征,严重威胁矿井生产安全,采用"帷幕截流疏干开采"水害治理方法,地面注浆钻井技术是该方法实施的基础。结合矿区地质条件、钻井工艺、注浆工艺等技术参数,对地面注浆井钻井装备、施工工艺、套管固完井及轨迹控制等技术进行系统研究,形成一套适用于朱仙庄煤矿地面注浆井用钻井装备及关键技术。现场应用表明,研究的钻井装备及工艺技术安全可靠、节能环保,注浆效果良好。     

地面顺层孔注浆技术在帷幕截流工程中的应用

为了解决朱仙庄煤矿8煤顶板五含水害问题，提出了“帷幕截流，疏干开采”的治理思路，基于地面顺层孔注浆技术研究了大埋深、巨厚层、极强富水岩溶含水层帷幕截流技术，提出了双排平行错位布孔、内外交叉检验的钻孔方式以及前进式控压、多回次控量注浆的注浆控制工艺，运用 “分序孔注浆指标对比分析—地面钻孔检查—井下放水验证”的三阶段质量检验方法验证了帷幕截流效果。结果表明：地面定向顺层孔注浆可实现煤矿大埋深、巨厚层、极强富水溶隙裂隙含水层的帷幕经济高效建造|注浆改造后的岩石抗压强度提高1.6MPa，孔隙率降低77.5%，弹性模量、密度也略有提高，透水率小于1Lu，注浆效果良好|放水验证帷幕过水量小于40m3/h，截流率大于98%，内外水位差大于350m，帷幕截流效果良好且运行稳定。     

煤层底板注浆改造治理边界水患技术研究

肥城矿业集团公司白庄煤矿井下帷幕截流是在大量水文地质工作基础上,针对井田"三面阻水、一面进水"的五灰水文地质条件和切断边界水患对白庄煤矿下组煤底板五灰的补给而进行的。该文着重介绍了帷幕截流工程在封堵白平边界中五灰突水的应用技术,该技术利用井下巷道布置钻孔,采用井上下结合的粘土水泥浆注浆工艺,形成帷幕带长度2000m,帷幕效果95%以上,解放受水威胁煤层可采储量331.0万t,取得了良好的经济和社会效益。     

砾岩含水层帷幕浆液运移规律与改性效果分析

注浆帷幕截流是深部矿井水害治理的主要技术手段之一,针对淮北矿区朱仙庄煤矿8号煤层水害防治问题,采用CT扫描与室内试验测试得到受注砾岩孔裂隙分布及岩石力学特征,利用COMSOL Multiphysics软件建立了受注砾岩层的孔隙介质与孔隙-单裂隙介质2种数值模型,分析了帷幕墙注浆截流效果。研究结果表明:浆液在孔隙介质中的运移范围随注浆时间的增加而增大,浆液运移稳定后的扩散范围为10.12～10.44 m;孔隙-单裂隙介质数值模型中,浆液运移形态沿裂隙方向对称,浆液运移优先进入裂隙通道,随后沿裂隙方向扩散至孔隙介质中,随注浆时间的增加,浆液运移范围逐渐增大并最终趋于稳定,孔隙-单裂隙介质中浆液的纵向扩散范围为10.05～10.23 m,横向扩散范围为16.30～16.98 m;根据数值计算结果,提出了注浆孔间距为20 m、两排注浆孔交错布置、有效宽度约为40 m的帷幕截流方案。最后,通过注浆前后砾岩物理力学性质对比分析与现场放水试验的方法,验证了帷幕墙截流效果良好、注浆孔间距布置合理。     

基于GMS软件的矿井涌水量预测

矿井涌水量的预测是制定防治水措施的依据,对矿井防治水有重要的意义。通过对朱仙庄煤矿十采区的水文地质条件进行研究,采用GMS数值模拟来预测各种放水情况下含水层的水位变化状态,并结合"大井法"预测工作面和采区的涌水量。结果表明:采用GMS数值模拟和"大井法"预测的结果相近,二者得到相互验证。     

南屯煤矿奥灰放水试验的数值模拟研究

为了查清奥灰含水层水文地质条件,基于矿井的地质及水文地质条件及奥灰放水试验资料,建立了适合本矿井的水文地质模型,利用GMS软件数值模拟功能,对水文地质模型进行了识别和验证,计算了奥灰含水层水文地质参数。为预测奥灰涌水量、认识奥灰水文地质条件提供了依据。     

祁东煤矿构造控水特征和地下水运移规律

以祁东煤矿为例,通过研究矿井地下水运移规律及其所在区域的构造控水特征,以期为煤矿水害的超前精准治理和区域防治提供借鉴参考。利用构造控水理论结合祁东煤矿及其所在矿区、煤田的地质构造背景,对构造控水的逐级控制作用和构造控水作用方式进行研究,结果如下：祁东煤矿基岩地层形态整体受宿南向斜控制,局部受魏庙断层等构造控制,新生界地层形态亦受到构造的间接控制;在宿南向斜控制下,矿井内或矿井外南部风化后的二叠系煤系砂岩裂隙含水层、太灰、奥灰与四含角度不整合接触;在魏庙断层控制下,在矿井南部采区部分二叠系煤系砂岩裂隙含水层含水层再次露头,与四含角度不整合接触,不整合接触使得含水层间可产生水力联系。总结分析结果,认为：(1)地质构造通过对地层形态的控制,对地下含水层水起到控制作用;(2)地质构造通过控制含水层间的接触,对含水层间的水力联系起到控制作用。为进一步验证含水层间的水力联系,利用水位变化的对比分析和皮尔逊（Person）相关系数,对放水试验期间南部采区四含、太灰和正常水位观测期间四含、太灰、奥灰的钻孔水位观测结果进行分析,得出：(1)南部采区放水试验期间,四含（SQ10-14）与太灰（ST4）水位...     

越层水文地质现象及对煤矿防治水的影响研究

地层沉积作用直接影响地下含水层的发育条件,尤其是不整合接触地层界面含(隔)水层特征会发生差异性变化;通过对地层不整合接触面处发育的风化带、古河床性质分析,利用沉积规律与水文地质结构概化和水文地质勘探方法,提出了地层不整合界面易造成地层界线与水文地质边界不重合的越层水文地质现象,即含水层跨过地层界限同时发育于不同地层之中。对不同类型的越层水文地质现象进行了分类分析,概化出"平行-减薄"型、"平行-增厚"型和"侵蚀-增厚"型3种主要的越层水文地质结构模型。结合我国现阶段主要产煤区的沉积地质及水文地质条件进行分析,研究了鄂尔多斯盆地侏罗系煤田顶板直罗组砂岩含水层和华北地区石炭-二叠系煤田底板奥陶系灰岩含水层存在的越层水文地质现象及其对煤层开采的影响,并提出了考虑越层水文地质现象时矿井综合防治水措施。研究表明:侏罗系煤田开采顶板延安-直罗组地层间越层水文地质现象使得隔水层厚度减小,矿井水文地质条件更加复杂;石炭-二叠系煤层开采过程中,由于底板奥灰顶部的越层水文地质现象,使得底板隔水层厚度增加,可将部分奥灰地层作为隔水层进行利用,有助于煤层开采过程中的底板奥灰水害防治。     

徐庄煤矿16、17煤层底板充水因素分析研究

为进一步获取十二灰、十四灰、奥灰的水文地质参数以及近几年各含水层水位变化情况,以指导16、17煤层工作面开拓,现通过单孔放水试验、连通放水试验及含水层水质化验等技术手段获得实验数据,计算出开采16、17煤时的底板充水因素。     

黄河北煤田顶底板双灰岩水害分析及防治技术

为了研究黄河北煤田下组煤开采所受水害问题并制定防治方法,通过分析区内主要水害类型及其对矿井安全生产的影响,得出11煤开采主要受直接顶部四五灰涌水及底板徐灰突水威胁,同时两含水层均与奥灰存在密切水力联系;基于黄河北煤田11煤特殊水文地质条件,提出"顶板灰岩帷幕截流,底板灰岩区域治理"方法治理顶底板双灰岩水害,并应用于区内典型矿井,同时探讨了水害治理效果。结果表明底板徐灰治理效果较好,顶部四五灰帷幕需全部搭接才能检验截流效果。     

再论霍州老矿区保水开采可行性及水资源利用——以团柏矿为例

霍州矿区煤炭开采引起的岩溶水害与生态环境问题是山西煤炭资源与环境矛盾的缩影。从团柏井田水文地质条件分析入手,针对性地提出了保水开采技术方案,即先期对采空区涌水通过查通道、堵通道方式进行局部治理,大幅减小矿井涌水量,后期通过帷幕注浆截流的方式,截断开采涌水对郭庄泉奥灰水的袭夺通道,达到保水采煤的目标。最后对矿井现有排水的综合利用提出了见解,是对未来霍州老矿区实现煤炭资源绿色开采之路的一次思考和探索。     

复合强富水含水层帷幕薄弱带识别方法与靶向加固技术

为了治理复合强富水含水层帷幕薄弱带,以朱仙庄煤矿侏罗系灰岩含水层帷幕为研究对象,分析研究了帷幕薄弱带形成的主要原因与薄弱带识别方法,提出了以钻孔布置原则和靶向注浆技术为核心的帷幕薄弱带治理技术体系。结果表明：含水层各向异性、高速动水条件、地下水冲击或侵蚀作用以及构造条件是薄弱带发育的主要原因|加固钻孔布设在帷幕墙外主径流方向上,距离帷幕0.5～1倍扩散半径,孔间距及钻孔个数由浆液扩散距离和薄弱带长度决定|利用井下疏降产生的水压差形成动水条件,将传统加固方式发展为靶向注浆加固,可以使浆液有针对性地加固帷幕薄弱带。研究成果减少了注浆盲目性,降低了治理成本,实现了复合强富水含水层帷幕截流目标。     

隐伏岩溶地下水动态特征及水文地质模式分析

以淮南煤田潘二煤矿2次放水试验及"5.25"陷落柱突水等资料为基础,采用地下水系统分析、构造控水理论及统计分析等方法,对区内主要含水层间的水力联系和断层的导(阻)水性进行了系统分析。结果表明:奥陶系灰岩含水层与太原组C3Ⅲ段灰岩含水层之间存在密切水力联系,2个含水层水位响应和变化幅度近乎一致,而与太原组C3Ⅰ和C3Ⅱ段灰岩含水层间水力联系弱;F1断层在太原组C3Ⅰ和C3Ⅱ段灰岩含水层中为阻水断层,而在太原组C3Ⅲ段和奥陶系灰岩含水层为导水断层,DF1断层在太原组C3Ⅰ段含水层为阻水断层,而在太原组C3Ⅱ、C3Ⅲ段和奥陶系灰岩含水层中为导水断层。     

新集二矿推覆体下1307综采工作面出水机理研究

新集二矿在特定推覆体水体下的煤层开采,13-1煤开采水文地质条件尤为复杂。本文对1307综采工作面出水、远距离推覆体夹片奥灰含水层水位大幅异常下降的机理进行分析,加深对13-1煤水文地质边界条件的认识。     

煤矿井下疏水保水开采技术应用

山西新潮煤矿岩溶地下水丰富,大量涌水,给矿井施工和开采造成很大困难。为确保煤矿正常生产,经过对矿井岩溶水系统水文地质条件的分析研究,采用打疏水钻孔的疏水技术,将矿井太原组灰岩含水层的涌水疏排到下部奥陶系灰岩含水层中,疏干太原组灰岩含水层中的水,并将水储藏于奥陶系水层中,收到了预期效果,实现了绿色保水开采的目的。     

单家村煤矿八采区奥灰突水机理研究

本文以单家村煤矿八采区奥灰滞后突水实例为主,分析了大小组合断层共同作用形成地垒、造成奥灰上抬出露于巷道,引发滞后出水的突水原因;结合奥灰水文观测孔长期、动态观测数据,分析得出了八采区奥灰含水层特征,最终研究得出地质资料不准确导致采掘活动直接揭露奥灰引发突水、断层抬升奥灰含水层,导致3煤层与下部含水层之间隔水层厚度不足引发奥灰突水、采掘活动引起断层活化,改变其导水性引发奥灰滞后突水三条奥灰突水机理。研究成果填补了兖州煤田区域巷道掘进过程中断层导致奥灰滞后突水方面的空白,为八采区水害防治工作提供了技术依据,也为同类受水害威胁的矿井提供了重要借鉴。     

陈四楼煤矿太灰水渗流场数值模拟

首先建立了陈四楼煤矿研究区的水文地质模型,然后运用Visual Modflow软件对研究区太原组上段灰岩含水层进行了数值模拟计算,获得的地下水流场与实际情况相符,水文地质参数与实际条件相符,模拟试验结果进一步说明了太灰岩溶含水系统地下水径流条件较好,降落漏斗迅速扩展后,保持缓慢的发展趋势,说明太原组上段灰岩含水层静储量较小,渗透系数较大,有一定的侧向补给量。