深井高承压水工作面底板注浆效果及突水危险性分析

工作面底板注浆加固是防治突水事故的关键技术之一，目前注浆效果评价多采用钻探、物探等方法，往往缺少定量注浆效果评价指标及注浆后底板突水危险性分析。为此，以赵固二矿14030工作面为背景，分析工作面底板含（隔）水层特征展布规律，提出注浆效果评价指标及阈值；基于FLAC3D流固耦合理论分析注浆后采动底板突水危险性。结果表明：注浆后物探低阻异常区范围明显减小/消失，工作面整体注浆效果良好；工作面注浆后钻孔涌水量的评价指标阈值为9.8 m3/h，工作面正常带和断层带钻孔注浆量与注浆前钻孔涌水量之比的评价指标阈值分别为1.81和6.31。流固耦合数值模拟显示注浆后采动底板破坏深度19 m，断层带承压水导升高度7 m大于正常底板5 m；断层影响下底板突水往往通过断层进入底板破坏带所致。     

带压开采煤层底板破坏深度研究

底板破坏深度影响底板注浆改造层位的选择,采取钻孔压水试验、声波测试、钻孔窥视3种实测技术手段,选择桑树坪煤矿下组煤3105工作面进行底板破坏深度综合测试。研究结果表明,钻孔压水试验测试显示底板破坏深度为14.9 m,声波测试显示底板破坏深度为14.7 m,钻孔窥视显示底板破坏深度为15 m,声波测试结果真实合理地反应了工作面回采过程中底板岩层应力、应变变化规律,最终综合评价3105工作面底板破坏深度为15 m,可应用于同一采区其他工作面,为底板注浆加固层位选择提供了技术参数。     

基于注浆钻孔数据集的注浆工作面底板突水危险性评价体系

为了探究注浆加固工作面底板突水机理和注浆治理效果的评价方法,以焦作矿区5个大型矿井为工程背景,以包含13个工作面2 245个注浆钻孔的3类工程信息为依托,建立了基于注浆钻孔数据集的注浆工作面底板突水危险性评价体系。该评价体系从注浆加固工作面突水实例和矿井突水点资料入手,综合考虑研究区地质构造、含水层水头压力、底板导水性、钻孔注浆量等因素,统计注浆加固前后底板钻孔信息与水文地质信息的变化量,提出了在采动影响基本相同的条件下,注浆加固工作面突水主要受底板注浆条件和注浆加固效果的2类影响;确定了4个注浆条件类影响因子,包括工作面突水危险区因子、沿工作面走向出水水源显示因子、工作面底板导水性因子以及工作面严重危险区底板导水性因子和3个注浆效果类影响因子,包括工作面正常带与断层带注浆量差异因子、注浆孔水压与累计注浆量叠加因子以及注浆孔水压、涌水量及注浆量次序变化因子,提出了每个影响因子的等级划分标准、效果评价标准,并归纳了影响因子的8种解析图型;通过对比工作面突水与不突水事例影响因子中指标的差异性,进行显性、一般和隐性的3类显隐性划分;最后提出了一种注浆钻孔的水量、水压、注浆量的动态"三参量"评价方法。以期为分析注浆加固工作面底板突水危险性,评价注浆治理效果提供新研究方式和科技支撑。     

工作面底板含水层的探测与注浆防突水实践

为防止10-428B工作面回采过程中产生底板突水事故,通过采用瞬变电磁技术对底板富水区域和富水性进行探测.根据探测结果,工作面区域底板低阻异常区域数量较多,存在2处低阻异常区,突水危险性较高,且底板岩层节理裂隙发育.基于探测结果和工作面地质条件,确定进行工作面底板注浆堵水,对注浆方案进行具体设计,并在注浆结束后对钻孔涌水量监测.结果表明,注浆完成后底板钻孔的涌水量在0～0.5 m3/h的范围内,成功增强了底板隔水层的隔水能力,确保了工作面回采的顺利进行.     

微震技术在煤矿注浆防治水过程中的检测分析研究

针对龙泉矿4301工作面底板突水问题,采用钻孔注浆法对工作面进行防治水工作,并采用地震检波器构建了微震检测系统,通过监测得到了注浆前及注浆中的工作面顶底板微震事件分布规律,指导了注浆控制注浆量及压力,实现了较好的注浆效果.     

10101采煤工作面防治水技术设计与优化

矿井水灾已成为制约煤炭安全生产的一个影响因素,采煤工作面的防治水尤其重要。本文结合西山晋邦德煤业有限公司10#煤层首采工作面10101的水文地质条件,采用向工作面底板打垂直钻孔的布孔方式治理底板的高承压水。通过现场实践,取注浆的扩散半径为4 m,钻孔间距的布置:沿着煤层走向间距5 m,沿着煤层倾向间距4 m,得出注浆后工作面的涌水量明显降低,给工作面安全生产创造了良好的条件。     

焦作矿区底板注浆加固工作面富水性分区及加固效果分析

以焦作矿区8个发生突水的底板注浆加固工作面为背景,依据底板钻孔涌水量对工作面进行了富水性分区,研究了工作面底板注浆加固体的空间分布特征,分析了底板突水的机理。研究结果表明:底板突水主要发生在富水区,并受断层带、基本顶来压等多个因素影响。注浆加固有效地降低了大水工作面的突水危险,表明对工作面的富水区、断层带、基本顶来压等特殊位置加大注浆工程量是十分必要的。     

布尔台矿42201工作面底板砂岩承压水防治技术

为了解决布尔台矿42201工作面底板砂岩承压水带压开采问题。根据勘探钻孔资料及上部22201工作面开采过程中封闭不良钻孔出水情况,分析了工作面带压开采水文地质条件。通过计算煤层底板采动破坏深度、有效保护层厚度、阻水能力及突水系数,评价了工作面带压开采威胁程度。采取直流电法探测对底板砂岩含水层富水性异常垂向、平面分布范围、特征进行探查,并对重点富水异常区域进行钻探验证及疏水降压。对工作面内钻孔封孔质量进行了评价,预计了工作面开采时封闭不良钻孔的透水量,并对封闭不良钻孔区域的底板砂岩含水层实施疏水降压及注浆改造。经注浆检查孔验证,该区域疏水降压及注浆改造效果较好,可实现工作面安全开采。     

注浆钻孔数据反演煤层底板灰岩含水层富水特征研究

利用工作面底板注浆钻孔成果数据分析二2煤层底板太原组上段3层灰岩含水层充水裂隙与耗浆量的规律,反演工作面底板灰岩含水层富水特征,通过绘制钻孔涌水量等值线图,圈定太原组上段灰岩富水异常区和构造控水区域,对工作面底板注浆改造工程设计、施工和注浆效果评价有重要的指导意义。     

偃龙矿区奥陶系强岩溶含水层底板注浆改造技术

偃龙矿区地处豫西地区,矿井深部开采二1煤层受奥陶系强含水层岩溶裂隙水威胁,奥灰水压不断增高,煤层底板构造发育、隔水层不稳定等突水因素影响了安全回采。通过水文地质资料分析与瞬变电磁技术进行底板富水性探测,建立了底板注浆改造深度精确计算模型,提出了偃龙矿区二1煤层底板注浆改造水害防治技术,并进行了工业性试验。结果表明:12061工作面底板分布有3种类型富水异常区,富水异常区域岩层节理、裂隙较为发育,异常区覆盖工作面底板大部,工作面底板存在突水危险性;菱形钻孔布置有利于减小孔间距,最终确定底板注浆改造深度为65 m、注浆压力为9 MPa与注浆扩散半径为25 m,对太原组下段及奥陶系灰岩含水层注浆变含水层为相对隔水层,切断了底板奥陶系灰岩含水层与二1煤层的水力联系;底板注浆封堵后,检验孔水量不大于10 m3/h,钻孔孔壁光滑,原5个富水异常区消失,注浆改造效果显著。     

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。     

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。     

煤层底板承压含水层上安全开采技术研究

基于我国华北煤电煤层底板太灰含水层富水性具有明显的差异性,在特定条件下可作为隔水层,为了准确确定底板隔水层厚度,预测底板突水危险性,结合新义煤矿首采区二1煤底板实际情况,运用物探、钻探等手段对其灰岩富水性进行探查分析。结果表明:该矿首采区底板灰岩可作为隔水层,从而将底板隔水层平均厚度增加至54 m左右,运用突水系数法评价得出首采区大部分区域的突水系数均小于正常块段临界突水系数0.1 MPa/m,在前期底板注浆加固基础上可以实现安全带压开采。     

煤层底板含水层注浆改造技术应用

为防止工作面回采过程中受底板灰岩承压水威胁,通过对底板改造钻探工程信息、突水事件进行分析,建立起二2煤底板三带结构模型、煤层底板垂直改造观等技术,发现二2煤底板存在三类异常带,分别是砂岩裂隙带、原始导高带、灰岩含水层富水带。发现矿区底板改造钻孔浆液运移以沿纵深裂隙作垂直运动为主,而不是顺层水平运动为主的规律,通过对2209工作面进行底板注浆改造减少近170 m~3/h的排水量,效果明显。     

超化煤矿三软煤层采煤工作面底板承压水的防治

在带水压开采条件下,为了消除采煤工作面底板承压水的威胁,结合郑州矿区超化煤矿煤层底板含、隔水层情况,采用突水系数法划分底板突水威胁区域,通过物探、钻探查明底板富水区的分布情况,对煤层底板薄层含水层进行注浆以将含水层变为隔水层,在工作面生产过程中保持均衡推进以减少前方移动支承压力对底板隔水层的破坏.实践表明:采取物探、钻探、注浆和均衡推进等综合防治水的方法能有效减少工作面底板的涌水量,降低底板承压水的突水概率;对三软煤层底板主要强含水层以上地层进行加固改造,可以提高底板岩层的隔水厚度和隔水性能,有效防治底板承压水.     

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。     

多分支水平井注浆技术在防治灰岩水害中的研究与应用

采用多分支水平井注浆技术能较好地解决煤层底板高承压奥灰水突水问题，不同地区水文地质条件有所差异，需对其关键技术进行优化。以界沟煤矿东一10号煤层下太灰含水层为研究对象，系统阐述了多分支水平井注浆防水的技术原理和工艺流程，对比了水泥浆液、水泥—水玻璃浆液等性能，优选出注浆液；计算确定出水平井分支长度、分支间距、注入压力、注浆量等注浆关键参数，对现场应用效果进行了评价。结果表明:以水泥浆为注浆材料，水平分支长度在800 m左右，分支间距50 m，注入终压10 MPa，预测注浆量62 635 t；通过注浆成功封堵含水层，使三灰含水层及以上成为有效隔水层，为东一10号煤层开采提供了安全保障。     

新集二矿1煤层底板破坏深度模拟研究

通过分析新集二矿1煤层水文地质条件,在获取力学参数的基础上,采用数值模拟软件FLAC3D对1煤层底板的破坏深度进行了模拟,结果表明:1煤层底板最大破坏深度为19.17 m;底板最大破坏深度出现在工作面推进30～40 m位置,此处最容易发生突水事故。研究结果对于实现新集二矿1煤层的安全开采,为后期工作面的防治水方案设计以及防治水措施制订提供了科学依据。     

Risk Assessment of Water Inrush in an Underground Coal Mine Based on GIS and Fuzzy Set Theory

A systematic method was developed to evaluate the risk of water inrush through a coal seam floor using the geographic information system (GIS) and the fuzzy set theory. The main geological and hydrogeological indicators that control water inrush were first considered using a fuzzy mathematics approach, in which fractal analysis was carried out to quantify the fault’s characteristics. The degree of membership was determined using GIS, the weight of every factor was considered by calculating the entropy in accordance with Shannon’s information entropy theory, and the level of risk of the evaluated object was derived using the maximum membership principle. The approach was validated by a case study at the Chensilou mine in Henan Province, China, where the aquifers that underlie an exploitable coal seam, II_2, were made impermeable by grouting. Data from Nov. 2014 to April 2016 shows that the risk of water inrush was reduced in Panel 2517 of the II₂ coal seam, that there were no serious disturbances in this panel and no groundwater inrush through the floor. This method can be a powerful tool for systematically assessing the risk of water inrush through the floor, since the influence of several factors can be quantitatively considered in accordance with the geological and mining conditions.