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含水层下伏近距离工作面安全回采控制技术及应用
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作者 史文豹 苗壮 +3 位作者 袁本庆 许庆钊 刘鹏 闫澳运 《中国煤炭》 北大核心 2025年第4期36-45,共10页
针对松散含水层下伏近距离工作面回采面临的突水风险问题,以五沟煤矿“四含水”层下伏10101工作面为工程背景,通过数值模拟、理论分析和工程类比的方法预测下伏工作面裂缝带发育高度。基于10101工作面上覆基岩的赋存特征,现场采用注浆... 针对松散含水层下伏近距离工作面回采面临的突水风险问题,以五沟煤矿“四含水”层下伏10101工作面为工程背景,通过数值模拟、理论分析和工程类比的方法预测下伏工作面裂缝带发育高度。基于10101工作面上覆基岩的赋存特征,现场采用注浆改造技术对“四含水”层进行水体驱替,实现含水层“无水”改造,确保工作面安全回采。研究结果表明,10101工作面裂缝带发育高度为46.52~63.07 m;注浆改造技术显著降低了工作面回采初期的淋水现象,顶板淋水量控制在1 m^(3)/h以下,经系统排水后,工作面淋水对回采基本无影响;同时该技术的应用提高了工作面回采的安全性,成功实现了10101工作面的安全回采,回采时初次来压步距约为34.65 m,“四含水”层覆盖区周期来压步距约为7.84 m,非“四含水”层覆盖区周期来压步距约为10.45 m,“四含水”层覆盖区矿压显现更加明显。 展开更多
关键词 含水层 下伏近距离工作面 导水裂缝带 注浆改造技术 矿压显现
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深埋大采长工作面导水裂隙带发育高度研究 被引量:1
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作者 张胜军 丁亚恒 +1 位作者 姜春露 李江 《中国矿业》 北大核心 2025年第5期198-205,共8页
为研究深埋大采长工作面顶板导水裂隙带发育高度,以永城矿区城郊煤矿21106工作面为工程背景,采用钻孔注水法和成像法实测了导水裂隙带高度,采用UDEC软件探讨了埋深和采长对导水裂隙带高度的影响。研究结果表明,现场注水漏失量观测和钻... 为研究深埋大采长工作面顶板导水裂隙带发育高度,以永城矿区城郊煤矿21106工作面为工程背景,采用钻孔注水法和成像法实测了导水裂隙带高度,采用UDEC软件探讨了埋深和采长对导水裂隙带高度的影响。研究结果表明,现场注水漏失量观测和钻孔成像结果基本一致,实测得到导水裂隙带高度最大值为49.20 m,裂采比为17.14,比《三下开采规范》公式计算结果大,与《煤矿防治水手册》预计结果接近。采长增加导水裂隙带高度也增加,且埋深越大,增加幅度越大;900 m埋深时,330 m采长比160 m采长工作面的导水裂隙带高度增加10.54%。随着埋深增加,导水裂隙带发育高度也随之增加,采长越大增加幅度越大;工作面330 m采长时,900 m埋深的导水裂隙带高度比500 m埋深增加13.44%。《三下开采规范》和《煤矿防治水手册》公式中误差项范围较大,不易确定工作面煤层顶板导水裂隙带发育具体高度,对于受顶板水害威胁较大的矿井,建议采用现场实测方法准确地确定导水裂隙带高度,为煤矿顶板水害评估及治理提供依据。 展开更多
关键词 深埋矿井 大采长工作面 导水裂隙带 现场实测 数值模拟
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低渗灰岩注浆压力跃变机理与调控工艺研究
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作者 樊振丽 曹路通 +2 位作者 崔勇 张志巍 张风达 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第7期141-153,共13页
【背景】随着我国石炭-二叠纪煤田逐步转入下组煤开采,面临的煤层底板承压水害和岩溶水资源保护问题愈发突出。在煤层底板岩溶水害地面超前区域治理过程中,由于浆液选型与注浆压力调控之间的匹配规律不清,导致参数选择依赖经验性,注浆... 【背景】随着我国石炭-二叠纪煤田逐步转入下组煤开采,面临的煤层底板承压水害和岩溶水资源保护问题愈发突出。在煤层底板岩溶水害地面超前区域治理过程中,由于浆液选型与注浆压力调控之间的匹配规律不清,导致参数选择依赖经验性,注浆加固效果不佳。【方法】针对豫西地区新安煤田奥陶系灰岩(简称奥灰)顶部低渗泥灰岩“升压快、注浆量少”的现象,以孟津煤矿地面区域治理工程中的单液水泥浆、黏土浆和黏土水泥浆注浆材料为研究对象,开展不同类型浆液孔口压力测试、静态流变、液相颗粒分布、Zeta电位、导电率、微观形貌与元素分布等试验,基于水泥颗粒与黏土颗粒的絮凝机理,从物理和化学角度剖析不同注浆材料在注浆过程中起压差异机制。【结果和结论】(1)带正电荷的水泥颗粒与带负电荷的黏土颗粒容易相互吸附形成三维网状结构的絮凝体,导致黏土水泥浆液中出现粒径大于600µm的大颗粒,且粒径100µm以上的颗粒占比78%,容易堵塞裂隙。(2)黏土水泥浆的导电率(1.87mS/cm)相比水泥浆有所降低,浆液混合后发生黏土颗粒包裹水泥颗粒的现象。(3)水泥浆颗粒粒径较小且静态屈服应力和黏度较低,容易通过地层中狭窄的裂隙通道,注浆压力表现平稳;黏土水泥浆静态屈服应力和静态黏度分别是水泥浆的4.5倍和4.0倍,相对容易堵塞裂隙通道,导致其起压速率是水泥浆的10倍。基于阶梯式缓慢起压原则,提出低压充填、中压扩散和高压加固的“三阶段”黏土水泥浆与水泥浆交替注浆模式,可显著提升治理效果,并为类似条件下的低渗灰岩注浆治理提供参考。 展开更多
关键词 煤矿水害 底板岩溶水害 区域治理技术 注浆材料 絮凝机理 起压差异机制 交替注浆 豫西孟津煤矿
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神府煤田勘查开发的地质科技创新与贡献 被引量:2
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作者 范立民 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第3期1-22,共22页
【背景】神府煤田(即陕北侏罗纪煤田)的发现和探明,是我国“六五”期间煤炭工业最重要的成就,由此拉开了我国煤炭工业战略西移的序幕。神府煤田勘探与发现的道路曲折,科技创新成就珍贵,总结煤田地质勘查和研究进展,对我国西部煤炭主产... 【背景】神府煤田(即陕北侏罗纪煤田)的发现和探明,是我国“六五”期间煤炭工业最重要的成就,由此拉开了我国煤炭工业战略西移的序幕。神府煤田勘探与发现的道路曲折,科技创新成就珍贵,总结煤田地质勘查和研究进展,对我国西部煤炭主产区的地质工作、绿色开发具有重要启示和借鉴。【进展】一是聚煤模式和聚煤规律的研究,从早期的河流沉积和煤层呈鸡窝状分布的不当认识,转变到大型湖泊三角洲沉积以及发育5个连续沉积的煤层(组)的客观认识,促进了普查找煤工程部署和快速完成。二是煤田勘探从早期按部就班套用“规范”,转变到榆神矿区勘探阶段大胆创新,提出了“沙漠煤田综合勘探技术”并推广应用,大幅度缩短了勘探周期,降低了勘探成本,提高了对煤层、地层和各类地质界线的控制程度,在20世纪90年代末期国家地质勘探投入不足的情况下,促成了榆神矿区及早开发。三是保水采煤科学理念的提出和科学技术体系的创建,创新了煤田开发生态环境保护的思路和方法。在神府煤田开发初期就关注到地下水水位管控和生态环境保护,建成了我国首张省级煤矿地下水监测预警网,监测站点涵盖神府煤田所有煤矿和规划区,促进了煤田开发的可持续发展。四是突水溃沙灾害、地面沉降和地裂缝等灾害防控、生态修复技术创新与应用,促进了绿色矿区建设,建成了和谐矿区、绿色矿山。【启示】国家重大需求是推动神府煤田发现与勘探的重要契机,科技创新是推动煤田勘探进展和科学勘探的主要驱动力,产−学−研的有机结合是科技创新和产业发展的最佳途径。【展望】高分辨沉积环境研究、透明地质大模型构建、深部煤层开采矿井水源头减水、高强度采煤条件下含水层结构保护和生态修复,无疑是今后神府煤田地质科技创新的重要方向。 展开更多
关键词 沉积环境 聚煤规律 保水采煤(保水开采) 透明地质 突水溃沙 综合勘探 生态脆弱矿区 神府煤田
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翠宏山铁多金属矿溃砂动水注浆封堵机理与加固效应的模型试验研究
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作者 吴宝富 隋旺华 +4 位作者 韩贵雷 梁龙飞 姚鑫海 冯佳新 徐兴硕 《水文地质工程地质》 北大核心 2025年第4期145-158,共14页
金属矿溃水溃砂在动水条件下具有强破坏力和高突发性,对矿山安全构成重大威胁,亟需有效治理技术。通过物理模型试验,实现注浆过程的可视化与数据采集,探讨翠宏山铁多金属矿动水条件下浆液在破碎岩体中的扩散充填特征及固结效果,并验证... 金属矿溃水溃砂在动水条件下具有强破坏力和高突发性,对矿山安全构成重大威胁,亟需有效治理技术。通过物理模型试验,实现注浆过程的可视化与数据采集,探讨翠宏山铁多金属矿动水条件下浆液在破碎岩体中的扩散充填特征及固结效果,并验证和优化水泥-水玻璃双液注浆方案。结果表明:(1)注浆次序影响浆液扩散速度和范围,早期注浆扩散快但充填固结占比低,三次注浆阶段(Z1、Z2和Z3)依次呈“上坡型”、“拱型”和“盆型”特征,固结体占比分别为50%、80%和90%,Z1和Z2阶段浆液扩散速度为慢—快—慢模式,Z3为缓慢匀速扩散充填,验证了实施二序孔注浆的必要性;(2)土压力增幅与注浆压力、注浆量及地层埋深呈正相关关系,注浆后土压力平均增加724 kPa;渗透压力分别平均增加1.91,1.45,0.57 kPa,前两者表现为“多峰型”,Z3为“平台型”,堵水加固效果显著,其中Z2阶段实现完全堵水,转为静水注浆,指示现场治理策略需做相应调整;(3)基于压力相似比,确定现场一序孔和二序孔最大注浆压力分别为5 MPa和3 MPa,并确定了评估注浆效果的重要判据;现场应用与模型试验的注浆压力及流量演化趋势高度一致,多项评价指标表明了治理效果达到设计预期。本研究验证了模型试验对现场治理的精准指导作用,为金属矿溃水溃砂治理提供了重要的理论依据和技术支撑。 展开更多
关键词 金属矿 溃水溃砂 物理模型 动水条件 双液注浆 治理效果
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采动活化断层内水砂突涌规律及灾变机制
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作者 张士川 黄普 +2 位作者 李杨杨 王成功 吴振华 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第7期128-140,共13页
【背景】在煤炭地下开采过程中,断层内水砂混合物可能突涌至矿井底板,尤其在断层富水性强、充填物结构松散条件下,突涌灾害更为显著,严重威胁矿井安全生产。现有研究多集中于单一因素对突涌灾害的影响,因此系统研究多因素共同作用下断... 【背景】在煤炭地下开采过程中,断层内水砂混合物可能突涌至矿井底板,尤其在断层富水性强、充填物结构松散条件下,突涌灾害更为显著,严重威胁矿井安全生产。现有研究多集中于单一因素对突涌灾害的影响,因此系统研究多因素共同作用下断层内水砂混合物突涌规律具有重要意义。【方法】基于流体力学与颗粒力学理论推导水砂混合物的失稳条件和流量公式,并通过三因素四水平正交试验方法,利用破碎岩石变形-渗流试验系统,研究黏土质量分数、砂石粒径和初始水压对突涌行为的影响。【结果和结论】黏土对突涌行为具有显著抑制作用,当黏土质量分数达到40%时,突涌现象表现为极低的流量和负荷;初始水压为突涌主要驱动力,其增大会导致突涌强度显著增加;砂石粒径对突涌现象有着非线性调节作用,较小粒径与较大粒径均易使系统失稳,适中的砂石粒径可在渗透性和系统稳定性之间达到平衡;通过多因素统计分析,明确各因素对突涌现象的影响程度由大到小为:黏土含量(即黏土质量分数)、初始水压、砂石粒径,预测使流量、负荷和孔隙水压分别达到最小的最优试验条件组合为:黏土质量分数30%、初始水压0.3MPa、砂石粒径分别为[0.3,0.5]、[1,2)和[0.5,1.0)mm。研究成果可为采动活化断层导致的水砂突涌灾害防治提供理论依据。 展开更多
关键词 煤矿 断层活化 水砂混合物 突水灾变 正交试验 影响因素 失稳条件
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渗流-应力耦合下断层带裂隙岩体渗透演化规律
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作者 赵德康 韩冰 +6 位作者 曾一凡 冯国瑞 席永红 常波峰 李政昊 王鹏威 王立三 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第7期154-165,共12页
【背景】断层构造是煤矿底板突水的重要通道之一,对矿井安全生产构成严重威胁,深入研究渗流–应力耦合下断层带裂隙岩体渗透特性演化规律对煤矿底板断层突水防治具有重要意义。【方法】以山西潞安高河煤矿为工程背景,首先分析断层带裂... 【背景】断层构造是煤矿底板突水的重要通道之一,对矿井安全生产构成严重威胁,深入研究渗流–应力耦合下断层带裂隙岩体渗透特性演化规律对煤矿底板断层突水防治具有重要意义。【方法】以山西潞安高河煤矿为工程背景,首先分析断层带裂隙岩体的微观物理性质及孔裂隙结构特征;然后通过三轴渗流实验研究重复加卸载条件下断层带裂隙岩体渗透性演化规律,建立渗透系数与围压的定量耦合关系;最后以高河煤矿Fw159断层为研究对象,结合力学模型分析,建立断层突水数值模型,分析底板断层带突水通道形成演化规律。【结果和结论】断层带裂隙岩体孔裂隙结构复杂、边缘粗糙、呈不定向发育的微观特征对岩体的渗透性能具有控制作用;渗透系数与围压之间存在负指数关系,渗透压变化对底板破碎带位移及导水通道形成具有显著影响;开采过程中应力扰动先于位移效应发生,且在应力达到峰值后,位移效应逐渐显现,当孔隙水压达到3MPa时,承压水在断层底部聚集,沿断层破碎带向上导升,直至失稳破坏。研究成果阐明了断层带裂隙岩体渗透特性与煤矿底板断层突水之间的内在联系,为煤矿底板突水防治与矿井安全开采提供了理论依据。 展开更多
关键词 底板水害 裂隙岩体 渗流失稳 断层突水 流固耦合 潞安高河煤矿
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断层影响下覆岩离层注浆减沉关键技术研究
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作者 王兵强 郝鸿儒 +2 位作者 李凡 侯成科 才芃 《煤炭工程》 北大核心 2025年第7期8-16,共9页
针对冀中能源峰峰矿区大社矿断层下盘03工作面村庄下压煤这一难题,结合矿区地质条件,对覆岩离层注浆减沉方案予以优化,并提出断层影响下异常工况的处置措施。依据现场钻孔揭露的断层情况,调整钻孔布设位置,实现断层上下盘离层区域及破... 针对冀中能源峰峰矿区大社矿断层下盘03工作面村庄下压煤这一难题,结合矿区地质条件,对覆岩离层注浆减沉方案予以优化,并提出断层影响下异常工况的处置措施。依据现场钻孔揭露的断层情况,调整钻孔布设位置,实现断层上下盘离层区域及破碎带的注浆加固。03工作面累计注灰量17.83万t,总注采比为55%。研究发现:煤层采动会引发断层活化,下盘易形成离层空间,而上盘形成离层空间的能力较差。据此提出,在断层影响下的覆岩离层注浆作业中,应增加上盘治理孔数量以保障治理效果,同时增大下盘注浆量以有效充填离层区域。采用概率积分法预测地表下沉结果显示,常规开采时最大下沉量达2200 mm,经覆岩离层注浆减沉后降至1025 mm,预计减沉率为53.4%。现场监测表明,工作面上方地表最大下沉量为768 mm,位于工作面中部,减沉效果显著。 展开更多
关键词 离层注浆 断层 “三下”采煤 钻孔优化布置 地表沉陷 概率积分法
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陕西省煤矿典型水灾隐患特征及治理技术 被引量:15
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作者 董书宁 樊敏 +5 位作者 郭小铭 刘英锋 郭康 姬中奎 李超峰 薛小渊 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期902-916,共15页
陕西省煤炭资源丰富,2022年煤炭产量达7.46亿t,是我国主要产煤省份之一。由于全省煤矿区地质及水文地质条件差异明显,煤矿水灾类型多样,随着近年煤炭开采强度的增大,水灾事故时有发生,防治水形势较为严峻。以煤炭赋存条件为基础,系统总... 陕西省煤炭资源丰富,2022年煤炭产量达7.46亿t,是我国主要产煤省份之一。由于全省煤矿区地质及水文地质条件差异明显,煤矿水灾类型多样,随着近年煤炭开采强度的增大,水灾事故时有发生,防治水形势较为严峻。以煤炭赋存条件为基础,系统总结区域水文地质结构特征,界定典型水灾类型及各类水灾影响区域分布,论述典型水灾的形成机理及特征,并提出了相应的防控技术。研究表明:(1)陕西省主要煤炭产区分为陕北、黄陇、渭北三大区,陕北侏罗纪煤田主要有顶板松散沙层水灾隐患、厚层砂岩水灾隐患、溃水溃沙灾害,局部区域分布有烧变岩对煤矿造成水灾隐患;黄陇煤田主要受顶板巨厚砂岩水灾隐患、离层溃水隐患、泥砂溃涌灾害隐患威胁;陕北石炭—二叠纪煤田和渭北煤田,主要受到煤层底板奥陶系灰岩水灾隐患威胁。(2)陕北侏罗系煤田顶板水灾隐患主要为顶板含水层受开采导水裂隙带扰动形成,导水裂隙波及砂岩含水层或松散沙层可形成持续大流量涌水,部分区域充水强度较大,在短时间水量较大超过排水系统能力时造成顶板水灾,在薄基岩区域垮落带直接导通松散沙层时可转变为溃水溃沙灾害,导水裂隙带影响到烧变岩富水区域时可形成瞬时水量大且持续的烧变岩水灾;黄陇煤田顶板巨厚砂岩含水层受采动导水裂隙带波及形成高强度持续涌水并可能形成顶板水灾,当含水层下部隔水层厚度较大时,可能形成离层溃水灾害,当近煤层顶板岩层松软遇水易崩解时可转变为泥砂溃涌灾害;陕北石炭—二叠纪煤田和渭北煤田,煤层开采底板扰动破坏带或断层等构造导通奥陶系灰岩含水层时,会引发极为严重的底板突水灾害,该类灾害具突发性强、瞬时水量大的特征。(3)各区域的顶板水灾隐患治理技术主要包括钻孔疏泄、注浆治理、开采参数控制等,底板水灾隐患治理技术主要包括区域注浆加固及封堵等;烧变岩水灾隐患主要采取帷幕注浆与钻孔探放有机结合的防治技术。 展开更多
关键词 陕西省煤矿 溃水溃沙 烧变岩水灾 离层溃水 泥砂溃涌 底板奥灰水灾
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新集矿区深部1煤层底板奥灰岩溶突水危险性评价 被引量:2
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作者 韩锋 詹润 +3 位作者 孙贵 顾承串 李宏泽 雷震 《合肥工业大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2024年第8期1080-1086,共7页
奥灰岩溶裂隙含水层是影响华北型煤矿深部开采的重要水害,在水-岩相互作用下奥灰含水层易导致煤层底板突水。为进一步认识奥灰岩溶突水问题,文章以新集矿区深部1煤层开采为例,利用矿区近些年最新积累的奥灰钻孔资料,选取断层强度指数、... 奥灰岩溶裂隙含水层是影响华北型煤矿深部开采的重要水害,在水-岩相互作用下奥灰含水层易导致煤层底板突水。为进一步认识奥灰岩溶突水问题,文章以新集矿区深部1煤层开采为例,利用矿区近些年最新积累的奥灰钻孔资料,选取断层强度指数、断层交叉点与尖灭点、含水层水压、富水性、隔水层等效厚度、脆塑比7个因素作为奥灰岩溶突水的主控因素,并结合层次分析法(analytic hierarchy process,AHP)确定各主控因素影响权重。运用地理信息系统(geographic information system,GIS)空间分析功能建立各主控因素专题图,通过对专题栅格图归一化处理,将各主控因素按照权重进行空间复合叠加,最终获得1煤层底板奥灰岩溶突水危险性评价分区结果。将评价结果与突水系数法计算结果对比分析可知,基于GIS的煤层底板突水危险性评价方法更符合矿区实际地质情况,可以为矿区深部煤层开采与水害防治工作提供参考依据。 展开更多
关键词 层次分析法(AHP) 地理信息系统(GIS) 新集矿区 1煤层 底板 奥陶系灰岩 突水
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水仓防隔水煤柱安全评价及注浆加固治理研究 被引量:3
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作者 黄欢 杨茂林 +2 位作者 许峰 陈永亮 党亚堃 《中国煤炭》 北大核心 2024年第4期57-62,共6页
某煤矿水仓的砌碹巷道在开采的扰动、防隔水煤柱宽度留设不足、砌碹壁后充填不密实等情况下,使得周边采空区水渗漏至水仓,极大影响了水仓的安全稳定。为进一步加强水仓煤柱的稳定性,运用地面钻孔及井下钻孔相结合的方法进行注浆加固。... 某煤矿水仓的砌碹巷道在开采的扰动、防隔水煤柱宽度留设不足、砌碹壁后充填不密实等情况下,使得周边采空区水渗漏至水仓,极大影响了水仓的安全稳定。为进一步加强水仓煤柱的稳定性,运用地面钻孔及井下钻孔相结合的方法进行注浆加固。采用地面钻孔注浆充填井下硐室,硐室充填沙子245~328 m^(3)、水泥487~650 t,充填材料体积远远大于硐室体积220 m^(3),有效增加了煤柱厚度;利用井下钻孔在砌碹处进行水泥注浆与水化学注浆,使得砌碹裂缝处涌水量由15 m^(3)/h降至为零,砌碹壁后空隙充填效果良好。通过对煤柱及砌碹壁后空隙的注浆充填,有效提高了水仓防隔水煤柱的稳定性。 展开更多
关键词 水仓 排水系统 防隔水煤柱 采空区水 注浆
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煤层底板隐伏陷落柱突水机理及工程应用 被引量:1
12
作者 李昂 李远谋 +5 位作者 刘朝阳 姬亚东 王峰 刘洋 马政和 方刚 《煤炭科学技术》 CSCD 北大核心 2024年第S2期142-152,共11页
华北煤田隐伏陷落柱难勘探、易突水、隐患大,是煤矿安全隐患的典型代表。以澄合矿区山阳煤矿1501工作面底板下隐伏陷落柱为工程地质背景,根据陷落柱的含(导)水特性,将突水事故分为整体剪切破坏和尖端劈裂破坏2种模式,结合高等岩石力学... 华北煤田隐伏陷落柱难勘探、易突水、隐患大,是煤矿安全隐患的典型代表。以澄合矿区山阳煤矿1501工作面底板下隐伏陷落柱为工程地质背景,根据陷落柱的含(导)水特性,将突水事故分为整体剪切破坏和尖端劈裂破坏2种模式,结合高等岩石力学与断裂力学,分别建立突水力学模型,通过临界平衡条件与断裂判据,理论推导得到了底板隔水层可抵抗的临界水压解析解与隔水层厚度的安全阈值。结果表明,临界突水压力由2部分组成,即底板自身抵挡水压力值和围岩抵挡水压力值;临界突水压力与关键层厚度呈正相关,与陷落柱顶部宽度呈先减小后增大的关系;现场实际以陷落柱顶部宽度11.2m为界,小于该值时极限水压力主要受控于有效隔水层厚度,大于该值时围岩水平应力对极限水压力影响较大;陷落柱周边裂隙扩展长度与水压力正相关,与覆岩压力负相关;陷落柱轴线角度在60°~90°更易诱发突水灾变。将研究成果应用于1501工作面底板危险性评价,理论分析给出了在受开采扰动影响下底板临界突水压力0.95MPa不足以抵抗奥灰承压水压力1.2MPa,且开采后陷落柱周边次生裂隙增长发育威胁陷落柱顶部隔水稳定性。根据陷落柱内部疑似的空洞,科学构筑了“堵水塞+双液注浆”处理方法,治理后工作面涌水量由65m^(3)/h降低至0.3m^(3)/h,工作面成功开采。 展开更多
关键词 隐伏陷落柱 煤层底板 突水机理 澄合矿区 “堵水塞+双液注浆”方法
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井下动水截流施工骨料堆积生长机制研究
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作者 苏培莉 杨述 刘锋 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期209-221,共13页
灌注骨料形成阻水屏障实现截流降速是井下治水工程的关键所在。为定量描述骨料堆积生长的时空演化机理,提出了将骨料沉降堆积过程切分为具有一定厚度的片状颗粒层堆叠过程的分析计算方法,以及动水环境中骨料灌注后从沉降到堆积全过程关... 灌注骨料形成阻水屏障实现截流降速是井下治水工程的关键所在。为定量描述骨料堆积生长的时空演化机理,提出了将骨料沉降堆积过程切分为具有一定厚度的片状颗粒层堆叠过程的分析计算方法,以及动水环境中骨料灌注后从沉降到堆积全过程关键参量(颗粒水平移距xd,动水休止角ψ,未接顶区流速U,骨料留存临界流速U_(cr))的理论计算公式,在此基础上构建了骨料堆积体生长预测模型。通过CFD-DEM双向耦合算法研究了骨料灌注期间流场分布演化特征和骨料堆积形态差异,并验证了预测模型合理性。研究表明:空间上,依据初始流速U_(s)是否超过骨料起动流速U_(c)或骨料留存临界流速U_(cr),可将截流初期骨料沉积主域的所在位置划分为3个区域,若沉积主域位于③区,则将其视为无效灌注;时间上,骨料堆积体生长过程可归结为3个阶段:高度快速增长阶段、高度长度同步生长阶段、仅水平向伸长阶段;初始流速决定了第1阶段的有无,而灌注条件(骨料粒径、灌注速度)主导着第1阶段所持续的时间;基于泥沙运动力学中推移质输沙率、起动流速等概念,得出了堵孔现象发生及骨料能否留存的临界判据;数值模拟试验结果表明,预测模型能够较好地刻画骨料灌注后的堆积生长规律,骨料堆积稳定后,理论计算值与模拟试验值相对误差小于10%。 展开更多
关键词 煤矿突水 骨料灌注 临界流速 沉积主域 固–液两相流
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煤岩体突水通道骨料灌注运移堆积机制试验
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作者 苏培莉 杨述 刘锋 《科学技术与工程》 北大核心 2024年第11期4446-4455,共10页
为揭示突水通道中骨料运移堆积的演化规律,开展了动水条件下骨料灌注试验,得到了骨料的初始沉积位置、堆积体形成方向以及堆积体极限堆积高度与水流速、骨料灌注速度等影响因素的内在关联。结果表明:在1.0 m/s高流速动水环境中,骨料堆... 为揭示突水通道中骨料运移堆积的演化规律,开展了动水条件下骨料灌注试验,得到了骨料的初始沉积位置、堆积体形成方向以及堆积体极限堆积高度与水流速、骨料灌注速度等影响因素的内在关联。结果表明:在1.0 m/s高流速动水环境中,骨料堆积体形成方向为先逆水流方向生长至投料孔底后转为顺水流方向生长;在0.3 m/s低流速条件下,采用口径36 mm漏斗投料同口径18 mm相比,骨料灌注总量相同时,其堆积体的极限高度提升了41%。基于数值力学模型——计算流体动力学-离散元方法(computational fluid dynamics and distinct element method,CFD-DEM),研究了骨料灌注期间突水通道内流场的时空分布特征以及骨料堆积体的过水阻力作用对突水通道内静水压力的影响机制。 展开更多
关键词 煤矿突水 骨料灌注 堆积形态 固-液两相流
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底板突水危险性评价研究进展 被引量:6
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作者 姚辉 尹慧超 +5 位作者 尹尚先 侯恩科 毕梦 连会青 夏向学 梁满玉 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期183-191,共9页
回顾了煤层底板突水危险性评价的发展历程,提出其危险性评价的体系:指标(指标体系的建立)—方法(评价方法的选取)—工具(处理工具的革新),并对3个环节进行总结。指出指标体系的发展不再是因素集的扩充,而是因素与因素之间非线性关系的... 回顾了煤层底板突水危险性评价的发展历程,提出其危险性评价的体系:指标(指标体系的建立)—方法(评价方法的选取)—工具(处理工具的革新),并对3个环节进行总结。指出指标体系的发展不再是因素集的扩充,而是因素与因素之间非线性关系的处理以及对以开采条件及地质条件为两大基本要素集的化繁为简;将现有方法依据处理数据的逻辑分为3类:以数据的基础信息为基准,将原始数据对评价对象所产生的大小、高低、优劣性影响进行考量、排序及综合形成评价结果的第一类方法;对数据列进行人工评判、加工分析、拓展和延伸,挖掘数据的潜在信息,并形成最终评价结果的第2类方法;整理具有相同指标的数据集,通过数据信息处理技术发现数据间的共有信息,从而获得最终评价结果的第3类方法。指出未来评价方法的发展方向一方面是对突水系数法的传承,修正其在厚、巨厚、极薄隔水层的不良表现,另一方面是对机器学习新型方法的创新,对其本身及组合模型进行开发与应用。提出了处理工具所需实现的三大目标:矿井立体化模型的建立、评价结果的动态化演示、“定位、定量、定概率”三定指标的实现。分别探讨了三者面临的问题并阐述具体解决手段。在上述基础上,总体阐明了煤层底板突水危险性评价体系各环节的研究展望。 展开更多
关键词 带压开采 底板突水 危险性评价 突水系数 神经网络
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生态脆弱煤矿区水体中微生物群落特征及矿井充水指示 被引量:5
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作者 范立民 李涛 +2 位作者 高颖 白如鸿 孙强 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期255-266,共12页
我国生态脆弱矿区水资源整体匮乏,但局部地区矿井涌水却异常巨大。对生态脆弱矿区异常矿井充水水源识别,对矿区生态环境保护意义重大。研究以涌水量超过1 000 m^(3)/h的榆树湾煤矿为背景,在分析矿井涌水量特征的基础上,采集了研究区主... 我国生态脆弱矿区水资源整体匮乏,但局部地区矿井涌水却异常巨大。对生态脆弱矿区异常矿井充水水源识别,对矿区生态环境保护意义重大。研究以涌水量超过1 000 m^(3)/h的榆树湾煤矿为背景,在分析矿井涌水量特征的基础上,采集了研究区主要含水层和矿井涌水点的30个水样,开展了水样高通量微生物测序研究。对测序结果采用Alpha多样性分析、Beta多样性分析及微生物构成差异分析,系统研究了矿井水体中微生物群落特征,分析了矿井充水来源。研究结果表明:高通量测试结果通过了Coverage指数检验,验证了其用于矿井充水识别的可行性。但人类活动密切接触的水样显示出微生物更加丰富,需要在取样中有效规避。榆树湾煤矿浅表松散含水层中微生物丰富度和多样性都较高,以新鞘脂菌属(Novosphingobium)、梭杆菌属(Fusobacterium)和硫属(Sulfuricum)等微生物丰度最高;直罗组为代表的基岩含水层微生物丰富度较低,但微生物多样性较高,以丛毛单胞菌属(Comamonas)、蛲虫属(Vermiphilaceae)和巴氏杆菌(Paeniglutamicibacter)等微生物丰度最高。所有水样中最为优势的门类为变形菌门,占比达到35.5%~89.7%。Alpha多样性、PCoA和NSDM分析揭示了榆树湾矿井充水水源主要来自松散含水层和直罗组含水层。但Beta多样性分析发现,随着直罗组静储量的释放,松散层中离石组黄土充水比例进一步增大。综合分析显示,榆树湾煤矿目前为基岩含水层快速释水+离石组含水层持续释水模式的充水模式,矿井涌水统计分析结果验证了这一结论。研究为相似化学成分含水层充水识别,提供了新的方法。 展开更多
关键词 保水采煤 高通量测序 矿井充水 微生物群落 涌水规律
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隐伏火烧区烧变岩含水层水害治理技术研究 被引量:6
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作者 王海 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期88-97,共10页
我国西北地区烧变岩分布范围广、孔隙裂隙发育、富水性强,是当地的主要含水层,其中的隐伏火烧区烧变岩地表遗迹不明显、发现难度大,煤矿开采一旦导通烧变岩含水层将导致水害事故,同时会破坏烧变岩含水层水资源。为治理隐伏火烧区烧变岩... 我国西北地区烧变岩分布范围广、孔隙裂隙发育、富水性强,是当地的主要含水层,其中的隐伏火烧区烧变岩地表遗迹不明显、发现难度大,煤矿开采一旦导通烧变岩含水层将导致水害事故,同时会破坏烧变岩含水层水资源。为治理隐伏火烧区烧变岩水害并保护烧变岩含水层水资源,分析我国烧变岩分布特征及烧变岩水对煤矿开采影响,研究隐伏火烧区烧变岩探查和治理技术,开展隐伏火烧区烧变岩含水层水害治理的示范应用,结合现场监测数据分析评价陕西柠条塔煤矿南翼隐伏火烧区含水层水害治理和水资源保护效果。结果表明:我国烧变岩主要分布于以昆仑山-秦岭-大别山为界的北方地区,隐伏烧变岩主要分布在鄂尔多斯盆地东北部、伊犁盆地南缘,被第四系松散层覆盖;隐伏火烧区烧变岩含水层与风化基岩含水层大多直接接触且连为一体,水力联系密切;烧变岩水害防治措施主要有留设烧变岩含水层防隔水煤柱、疏降烧变岩含水层积水和帷幕截流,其中截水帷幕可有效解放烧变岩含水层压覆的煤炭资源,解除烧变岩水害威胁并保护烧变岩含水层宝贵的地下水资源;通过精确探查出隐伏火烧区范围、布设注浆钻孔,将隐伏火烧区烧变岩含水层隔离为若干个含水体,断绝截水帷幕内外的水力联系,可保障工作面不受烧变岩水威胁,同时实现烧变岩水资源保护;柠条塔煤矿S1232工作面和S1233工作面隐伏火烧区烧变岩含水层治理后,其回采期间涌水量降至20m^(3)/h以内,工作面得以安全回采,截水帷幕内侧水位下降,外侧水位逐渐抬升,烧变岩水资源得到有效保护。 展开更多
关键词 水害治理 保水采煤 隐伏火烧区 烧变岩 注浆帷幕
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蒙陕深埋煤层首采工作面顶板富水性和涌水量差异研究 被引量:3
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作者 马国逢 刘洋 +1 位作者 杨建 王强民 《煤炭工程》 北大核心 2024年第2期87-91,共5页
针对蒙陕接壤区存在水文地质条件不清、水害问题多发、水资源漏失严重等问题,通过分析区内呼吉尔特矿区4个矿井首采工作面顶板地质水文地质特征、回采过程中涌水量变化及差异性,查清了矿区煤炭开采初期扰动下的水文地质条件,结果表明:... 针对蒙陕接壤区存在水文地质条件不清、水害问题多发、水资源漏失严重等问题,通过分析区内呼吉尔特矿区4个矿井首采工作面顶板地质水文地质特征、回采过程中涌水量变化及差异性,查清了矿区煤炭开采初期扰动下的水文地质条件,结果表明:四个矿井首采工作面涌水量,均随着工作面回采呈逐渐增加趋势,其中葫芦素和巴彦高勒矿井首采工作面最大涌水量分别为645.0 m^(3)/h和494.0 m^(3)/h,且七里镇砂岩含水层不同区域存在富水性差异,导致涌水量的增加呈台阶式,波动性较大,与该区域七里镇砂岩含水层厚度较薄、富水性较弱的特征一致;门克庆和母杜柴登矿井首采工作面最大涌水量分别为1372.0 m^(3)/h和938.0 m^(3)/h,且七里镇砂岩含水层整体富水性较强、富水性较均一,涌水量的增加呈平稳增加态势,波动性较小,与该区域顶板七里镇砂岩含水层厚度较大、富水性较强的特征一致。 展开更多
关键词 深埋煤田区 七里镇砂岩 首采工作面 涌水量 相邻矿井
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南方某石灰石矿矿坑涌水治理效果评价 被引量:1
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作者 孔雅茜 《中国矿业》 北大核心 2024年第S01期392-396,408,共6页
岩溶地区露天采坑涌水问题严重影响矿山正常生产,给矿山企业带了巨大的经济负担,且破坏生态环境,并可能引发灾害或造成生产安全事故。目前,帷幕注浆技术越来越多的运用于岩溶地区矿山防治水工程,以南方某石灰石矿矿坑涌水治理工程为例,... 岩溶地区露天采坑涌水问题严重影响矿山正常生产,给矿山企业带了巨大的经济负担,且破坏生态环境,并可能引发灾害或造成生产安全事故。目前,帷幕注浆技术越来越多的运用于岩溶地区矿山防治水工程,以南方某石灰石矿矿坑涌水治理工程为例,基于矿山的基本情况和涌水情况,通过在采坑边界分步实施帷幕注浆防渗体系达到治理目标,根据工程实施情况,提出了评价内容、评价标准和评价方法,分别对帷幕墙体质量和堵水效果进行了详细的评价,治理效果显著。 展开更多
关键词 石灰石矿 涌水 帷幕注浆 治理效果
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煤矿井下防治水定向钻孔定点注浆封隔器设计与应用
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作者 管强盛 《煤炭工程》 北大核心 2024年第12期1-6,共6页
针对煤矿井下防治水定向钻孔采用普通孔口法兰注浆工艺存在浆液易沉淀、注浆量小、全孔段被注实,造成注浆效果不理想和大量重复进尺的问题,在煤矿注浆用止浆塞分段注浆和煤矿井下水力分段压力技术的基础上,结合井下施工特点,设计了一种M... 针对煤矿井下防治水定向钻孔采用普通孔口法兰注浆工艺存在浆液易沉淀、注浆量小、全孔段被注实,造成注浆效果不理想和大量重复进尺的问题,在煤矿注浆用止浆塞分段注浆和煤矿井下水力分段压力技术的基础上,结合井下施工特点,设计了一种MX-100型裸眼封隔器,具有单通道双流向结构、长胶筒设计和易脱开保护套设计等特点。通过室内试验验证了封隔器的工作性能,同时对煤矿井下封隔器定点注浆技术进行了研究,形成了一套封隔器注浆工艺方法。该技术在新安矿15150工作面下部底板巷底板灰岩定向钻孔1号孔施工中进行了试验,出水点孔深为391 m、出水量为44 m^(3)/h,封隔器设置在孔深280 m处并成功进行了坐封,坐封压力为10 MPa,最终注浆压力达到设计的8 MPa,总注浆干料达514 t。相较于同类型定向钻孔采用孔口注浆工艺注浆时,明显提高了注浆量,同时也减少了280 m定向钻孔的重复进尺。试验结果表明,该封隔器能够在裸眼钻孔中坐封牢固,能够实现近水平定向钻孔孔内分段定点注浆,同时也减少了不必要的重复进尺,为煤矿井下防治水工程实现降本增效提供了更好的技术支撑。 展开更多
关键词 煤矿井下 防治水 定向钻孔 定点注浆 封隔器
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