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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
1
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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煤矿水害事故致因复杂网络分析
2
作者 马莲净 肖海波 +3 位作者 赵宝峰 江松 刘迪 王颂 《中国安全科学学报》 北大核心 2025年第4期35-42,共8页
为有效提升煤矿水害事故综合防治能力,利用复杂网络与鲁棒性分析方法探寻事故关键致因。根据近40年国内发生的111起典型煤矿水害案例报告,构建煤矿水害无权有向网络,计算网络不同尺度下度数、聚类系数、中介中心性等各致因权重,挖掘关... 为有效提升煤矿水害事故综合防治能力,利用复杂网络与鲁棒性分析方法探寻事故关键致因。根据近40年国内发生的111起典型煤矿水害案例报告,构建煤矿水害无权有向网络,计算网络不同尺度下度数、聚类系数、中介中心性等各致因权重,挖掘关键致因,评估3种不同策略下蓄意攻击对致因网络模型的破坏,寻求系统性防治的最优解。研究结果表明:煤矿水害致因网络具有小世界特性,致因间关联紧密;按度数排列攻击对网络破坏最大,相应关键致因包括组织工人进行冒险作业、未落实防治水技术管理责任、未按照要求开展探放水工作、违法违规组织生产作业、安全管理机构不健全、隐患排查工作不到位、煤矿安全监管监察工作存在漏洞、上级单位未履行安全管理职责。 展开更多
关键词 煤矿水害事故 致因网络 复杂网络 聚类系数 规避措施
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F^(-)在煤矿采空区充填矸石中运移规律及其随达西流速变化特征
3
作者 赵丽 贾祥腾 +6 位作者 张庆 许峰 朱开鹏 孔伟芳 邢明飞 金毅 无 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第2期90-98,共9页
煤矿开采过程中,煤矸石的大量堆积及其对地下水的污染影响,已成为亟需解决的生态环境和资源化利用问题。目的将煤矸石充填采空区作为矿井水净化的储水空间,既能实现煤矸石资源化利用,又有助于去除矿井水中的氟化物,是一种经济且环保的... 煤矿开采过程中,煤矸石的大量堆积及其对地下水的污染影响,已成为亟需解决的生态环境和资源化利用问题。目的将煤矸石充填采空区作为矿井水净化的储水空间,既能实现煤矸石资源化利用,又有助于去除矿井水中的氟化物,是一种经济且环保的可行方案。方法本研究以矿井水中F^(-)为研究对象,以保德矿采空区煤矸石为充填介质,根据研究区水文地质条件,在25℃、达西流速6.24,3.12,1.56 cm/h下开展室内柱模拟实验。利用CDE模型和双点位模型对实验数据进行数值模拟,探讨不同流速下F^(-)运移特征。结果结果表明:Cl-作为非反应性示踪剂,其穿透时间与流速负相关,CDE模型可以较好表征其运移规律,弥散作用随着达西流速增加而增大;相较于CDE模型,双点位模型能更好地表征F^(-)运移过程,充填矸石对F^(-)吸附阻滞现象显著,且阻滞系数R和吸附量均随流速减小而增大。F^(-)在煤矸石上的平衡吸附点位占总吸附点位的比值(f值)和分配系数β值随流速减小而增加,而一级动力学吸附速率常数α随流速减小而降低,这表明溶质运移过程中平衡吸附作用随着流速减小逐渐增强。此外,随着淋滤液持续注入,矸石表面的OH^(-)不断被注入的F^(-)通过离子交换吸附作用置换到淋出液中,导致淋出液pH升高,且流速越低,pH升高越明显。结论研究结果为高氟矿井水净化提供了一定的理论依据,有助于提升煤矸石资源化利用途径,具有显著的环境经济效益和推广应用潜力。 展开更多
关键词 煤矸石 氟化物 溶质运移 弥散系数 阻滞系数 双点位吸附溶质运移模型
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陈四楼煤矿地面定向钻孔超前区域治理底板岩溶水害技术 被引量：5
4
作者 赵伟 刘洲 +1 位作者 王琦 李文江 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2024年第1期84-93,共10页
为了进一步提高极复杂地质构造下矿井底板岩溶水害区域治理技术的有效性,降低底板突水的危险性,解决矿井区域水害治理过程中面临的太原组上段灰岩含水层岩溶裂隙发育、水压高、富水性强、井下钻孔工程量大、施工工期长等安全技术难题,... 为了进一步提高极复杂地质构造下矿井底板岩溶水害区域治理技术的有效性,降低底板突水的危险性,解决矿井区域水害治理过程中面临的太原组上段灰岩含水层岩溶裂隙发育、水压高、富水性强、井下钻孔工程量大、施工工期长等安全技术难题,通过分析矿井近年来区域治理后工作面底板出水案例及特征,提出了地面定向钻孔超前区域治理底板岩溶水害技术。以陈四楼煤矿南翼九采区2901、2903试验工作面开采为背景,选取了L8灰岩含水层作为目标层位,设计了地面定向孔组的技术参数,并通过现场试验测试分析了治理前后的二2煤底板水压和各钻孔的吸水率。结果表明:注浆后各钻孔的吸水率呈现明显的下降趋势,Z2和Z3孔组钻孔平均吸水率分别下降97%和94%,经过定向钻孔超前注浆加固底板太原组上段灰岩后,岩溶裂隙得到了有效充填;治理后区内太原组上段L8灰岩内水压下降至1.2~4.2 MPa,且水压分布不再与地层埋深吻合,多呈孤岛状,太原组上段L8灰被改造为等效隔水层,底板突水系数下降至0.023~0.057 MPa/m。技术成功应用实现了极复杂地质构造下强突水危险性工作面的安全高效回采,为同类矿井相似型综采面的底板岩溶水害防治,探索出了一套新的方法。 展开更多
关键词 地面定向钻孔 超前钻探 高承压水 隔水层 注浆加固
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新疆阿艾矿区烧变岩水害特征及防治技术 被引量：2
5
作者 薛建坤 《煤炭工程》 北大核心 2024年第11期90-95,共6页
为了提升新疆阿艾矿区烧变岩水害防治技术水平、减少水害事故发生,分析了研究区烧变岩含水层分布特征、富水特征;根据烧变岩含水层与采掘区域位置关系、导水通道的形成机制及烧变岩来水方向,划分了研究区烧变岩水害类型;提出了采用“地... 为了提升新疆阿艾矿区烧变岩水害防治技术水平、减少水害事故发生,分析了研究区烧变岩含水层分布特征、富水特征;根据烧变岩含水层与采掘区域位置关系、导水通道的形成机制及烧变岩来水方向,划分了研究区烧变岩水害类型;提出了采用“地面疏排+井下疏放”的井上下联合疏放水防治技术治理烧变岩水害;研究了基于疏水量、水位动态变化以及钻探验证的水害治理效果评价方法,并选择典型工作面进行应用。结果表明:阿艾矿区烧变岩水害分为掘进扰动裂隙侧向涌水、采动裂隙顶部涌水、集中导水通道顶部涌水3大类;典型工作面烧变岩水累计疏排水量约219.2万m^(3),含水层水位平均下降约40 m,经钻探验证仅在工作面终采线外侧的补T_(1)孔涌水7.5 m^(3)/h,其余区域无水,表明烧变岩积水绝大部分区域已疏放完毕,疏放水效果显著。 展开更多
关键词 阿艾矿区 烧变岩水害 水害类型 疏放水 水害评价
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我国煤矿水害防治技术新进展及其方法论思考 被引量：129
6
作者 靳德武 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2017年第5期141-147,共7页
为有效防范重特大水害事故的发生,针对近年来我国煤矿水害事故发生特点,分析了突水危险性预测评价、煤层底板灰岩含水层注浆改造、矿井水害监测预警、过水大通道快速封堵等4个方面取得的新进展,如突水案例知识挖掘、顶板涌水量动态预测... 为有效防范重特大水害事故的发生,针对近年来我国煤矿水害事故发生特点,分析了突水危险性预测评价、煤层底板灰岩含水层注浆改造、矿井水害监测预警、过水大通道快速封堵等4个方面取得的新进展,如突水案例知识挖掘、顶板涌水量动态预测、岩溶水害超前区域治理、突水监测技术基础等,这些新进展的取得丰富和发展了矿井水害防治技术体系的科学内涵,为煤炭工业的可持续发展提供了新的技术支撑。在回顾上述4个方面技术新进展的基础上,从哲学方法论角度,构建了岩溶水害防治技术方法体系,提出了"主动、适应、改造"的水害防治三观点,以及"合理性、完备性、协调性、变通性、可靠性"等防治水工程设计五原则,并提出尽快设立水害治理工学、大力推进其工程控制标准研究的建议。 展开更多
关键词 矿井水害防治 注浆改造 水害监测预警 方法论
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我国煤矿水害事故现状、预测及防治建议 被引量：18
7
作者 孙文洁 李文杰 +1 位作者 宁殿艳 任凌枫 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期185-194,共10页
现阶段我国煤炭资源开发格局发生变化,制约煤矿安全生产的水害事故仍时有发生,为探究我国煤矿水害事故的特征规律,科学研判水害事故演变趋势,以2001−2022年全国煤矿水害事故作为统计对象,从水害事故发生年份、发生区域、事故级别以及水... 现阶段我国煤炭资源开发格局发生变化,制约煤矿安全生产的水害事故仍时有发生,为探究我国煤矿水害事故的特征规律,科学研判水害事故演变趋势,以2001−2022年全国煤矿水害事故作为统计对象,从水害事故发生年份、发生区域、事故级别以及水害事故的影响因素等方面进行研究,构建长短期记忆神经网络(Long Short-Term Memory,LSTM)模型,同时引入等维新息灰色G(1,1)模型作为基准模型,对2023−2024年全国煤矿水害事故百万吨死亡率进行预测,并根据事故发生特征提出相应的防治措施。结果表明:2001−2022年我国水害事故共1103起,死亡人数为4667人,从2016年开始我国煤矿水害事故起数下降至个位数,事故死亡人数控制在每年50人以内,随着我国煤炭资源开发中心西移以及煤炭资源开采深度加大,煤矿水害事故起数和死亡人数又有上升的趋势;我国煤矿水害事故主要发生在华北、华南和东北水害区,表现出明显的集聚性,近两年发生在西北水害区的煤矿水害事故占近两年总起数的36.36%,死亡人数占比高达74.24%;煤矿水害事故规模整体控制较好,特别重大煤矿水害事故从2011年开始清零,重大水害事故波动下降后在近两年又有反弹,较大和一般水害事故发生起数和伤亡人数明显降低;在目前煤炭资源开发格局下,煤炭产量稳步递增导致不确定性水害致灾风险的提高;LSTM模型的预测精度高于等维新息灰色G(1,1)模型,2种模型未来两年全国煤矿水害事故百万吨死亡率预测值分别为0.0041、0.0022与0.0035、0.0012,预测结果均显示我国煤矿水害事故造成的伤亡人数整体呈现下降趋势,安全形势稳定。 展开更多
关键词 煤矿水害 事故特征 演变趋势 统计分析 长短期记忆神经网络 百万吨死亡率 安全
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煤矿水害防治技术工作中几个易混淆概念的分析 被引量：11
8
作者 虎维岳 周建军 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2017年第8期60-65,共6页
在煤矿水害防治工作中,由于对一些关键概念内涵和本质的理解、认识不到位和不统一,常导致在矿井水文地质条件探查、矿井水害特征的分析诊断、矿井涌水量预测预报及矿井水害防治技术方案制定等方面缺少统一规范的标准,工作内容的针对性... 在煤矿水害防治工作中,由于对一些关键概念内涵和本质的理解、认识不到位和不统一,常导致在矿井水文地质条件探查、矿井水害特征的分析诊断、矿井涌水量预测预报及矿井水害防治技术方案制定等方面缺少统一规范的标准,工作内容的针对性和工作成果的实用性不强,使得煤矿水害防治工作经常出现事倍功半的现象。分析了矿井水文地质与水文地质、矿井涌水量与水资源量及疏降水量、矿井采掘工程与水害防治工程等几个关键概念之间的相关性和本质差别,给出了矿井水文地质条件探查、矿井水害特征诊断分析、矿井涌水量预测等工作过程中应注意的关键问题,应取得的重点结果及表征方法,提出了矿井采掘工程与水害防治工程之间的有机联系及协调原则。 展开更多
关键词 矿井水文地质 矿井涌水量 含水层疏降水量 水害防治
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巴拉素煤矿劈裂注浆裂隙扩展机理研究
9
作者 梁向阳 方刚 +3 位作者 武义强 王赋宇 刘洋 张嘉凡 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第4期104-111,共8页
目的注浆改造是富水煤矿灾害防治的有效手段,研究富水高压作用下煤体的注浆劈裂效应对实际工程有重要意义。方法基于离散元流-固耦合机理,引入“域”与“管道”概念,对注浆劈裂过程进行流固耦合计算。将流体“域”作为储水“水库”,其... 目的注浆改造是富水煤矿灾害防治的有效手段,研究富水高压作用下煤体的注浆劈裂效应对实际工程有重要意义。方法基于离散元流-固耦合机理,引入“域”与“管道”概念,对注浆劈裂过程进行流固耦合计算。将流体“域”作为储水“水库”,其由颗粒圆心连线构成的三角形区域组成,“管道”为模型中流体的运移通道,将各个流体“域”连接起来,通过光滑平行板模型对其表征。采用单轴压缩试验和巴西劈裂试验标定数值模型细观参数,建立劈裂注浆数值模型,模拟煤岩体劈裂后的力链分布规律,分析注浆压力和侧压力系数对裂隙扩展的影响。结果结果表明:无围压时,孔周煤岩颗粒接触力为0.02~0.10 MPa,有围压时,孔周颗粒接触力为0.06~0.12 MPa;等围压条件下,围压越大,试样应力集中范围越大,劈裂扩散距离越短;同一围压下,注浆压力越大,试样劈裂距离越长;围压不等时,裂隙平行于最大主应力方向发育。结论采用较高注浆压力可有效驱替煤层裂隙中的水体和空气,减少钻孔工程量,降低成本。研究结果有益于注浆参数的选取,可为今后类似工程提供有意义的技术支持。 展开更多
关键词 煤岩劈裂 注浆加固 流固耦合 数值模拟 扩展机理
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深立井筒水害定向钻孔泄水模型构建及应用
10
作者 赵春虎 朱明诚 +8 位作者 姬亚东 王世东 张文忠 朱开鹏 刘英锋 尚宏波 李超峰 樊敏 李凯 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第5期142-149,共8页
【背景】西部侏罗纪煤田深部矿区一般采用立井井筒开拓方式,由于直接揭露巨厚白垩系含水层导致井筒涌水量普遍较大,且立井筒持续携砂涌水冲刷为井壁整体质量带来极大安全隐患。【方法】充分借鉴煤矿井下探放水钻孔出水口低于疏水含水层... 【背景】西部侏罗纪煤田深部矿区一般采用立井井筒开拓方式,由于直接揭露巨厚白垩系含水层导致井筒涌水量普遍较大,且立井筒持续携砂涌水冲刷为井壁整体质量带来极大安全隐患。【方法】充分借鉴煤矿井下探放水钻孔出水口低于疏水含水层底板、出水为自然涌出的无动力泄水优势,以及地面定向钻探空间轨迹控制优势,以西部侏罗纪煤田黄陇煤炭基地彬长矿区某生产矿井深立井筒为研究对象,提出基于定向钻孔超前泄水疏降深立井筒巨厚砂岩水的无损治理技术思路。基于COMSOL多物理场有限元数值仿真平台,采用达西渗流溢出边界和透水层边界数值化处理方法,解决地面垂直井被动抽水解析模型难以科学描述定向钻孔结构及其自然泄水过程的问题,集成建立深厚富水砂岩含水层-地面超前定向泄水孔-深立井筒地下水系统数值仿真模型,定量研究立井筒在地面定向钻孔超前区域泄水条件下井筒涌水量变化与减水效果。【结果和结论】案例井筒涌水模拟结果显示,通过ZX1-ZX4这4个泄水钻孔数值化处理,以及钻孔壁域与井筒壁域地下水流速积分计算,得出4个泄水钻孔涌水量分别为34、27、38、42 m^(3)/h,主副立井残余涌水量分别由21.50、22.10 m^(3)/h衰减至5.82与4.43 m^(3)/h,可见案例深立井筒在4个地面定向钻孔超前泄水下可实现井壁减水目的,且减水效果可达到井筒安全质量要求。研究成果可为西部侏罗纪煤田深部矿井井筒水害科学治理与分析计算提供借鉴。 展开更多
关键词 巨厚砂岩 井筒涌水 定向钻孔 泄水模型 疏水降压
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鄂尔多斯盆地北部典型顶板水害特征及其防治技术 被引量：65
11
作者 李东 刘生优 +2 位作者 张光德 徐会军 赵宝峰 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第12期3249-3254,共6页
为了查明鄂尔多斯盆地北部典型顶板水害的形成机理,并提出有针对性的防治措施,在系统分析区域含水层厚度、赋存特征、分布规律、水文地质参数等矿井水文地质条件的基础上,结合鄂尔多斯盆地北部诸多矿井顶板水害发生的特征,得出鄂尔多斯... 为了查明鄂尔多斯盆地北部典型顶板水害的形成机理,并提出有针对性的防治措施,在系统分析区域含水层厚度、赋存特征、分布规律、水文地质参数等矿井水文地质条件的基础上,结合鄂尔多斯盆地北部诸多矿井顶板水害发生的特征,得出鄂尔多斯盆地西缘、东缘和北缘具有不同的顶板水害形成条件和特点,最具典型的水害类型分别为离层水害、薄基岩突水溃沙灾害和巨厚砂砾岩含水层顶板水害。研究了含水层沉积特征和水文地质结构,结合不同类型水害的形成要素和水害发生特征,初步查明了典型顶板水害的形成机理,"束状钻孔,靶向探放"是防治离层水害的有效方法,井上下疏放水和注浆改造是防治薄基岩突水溃沙的有效途径,顶板水超前疏放和加强排水系统是巨厚砂砾岩含水层顶板水害防治的主要方法。大量的工程实践资料验证了对水害条件认识的正确性和水害防治方法的有效性。 展开更多
关键词 鄂尔多斯盆地 顶板含水层 典型水害 形成机理 防治技术
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铜川玉华煤矿顶板离层水突水机理与防治 被引量：22
12
作者 方刚 靳德武 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2016年第3期57-64,共8页
陕西铜川玉华煤矿一盘区1418工作面,回采期间发生多次突水事故,对煤矿的正常生产和人员的生命安全构成严重威胁。从本井田地质和水文地质资料入手,分析了工作面突水的背景、水源、通道等,得出洛河组下段砂岩裂隙含水层水为离层空间充水... 陕西铜川玉华煤矿一盘区1418工作面,回采期间发生多次突水事故,对煤矿的正常生产和人员的生命安全构成严重威胁。从本井田地质和水文地质资料入手,分析了工作面突水的背景、水源、通道等,得出洛河组下段砂岩裂隙含水层水为离层空间充水的主要水源,煤层采动后形成的导水裂隙带为主要的导水通道。通过理论分析和模拟研究覆岩移动破坏规律,分析确定导水裂隙带发育过程和离层空间可能发育的位置,离层水形成、发展及突水过程,从而总结出玉华井田1418工作面顶板离层水突水机理,为矿井后期实现安全高效生产提出切实有效的防治水措施打好基础。 展开更多
关键词 玉华煤矿 顶板离层水 突水机理 防治措施
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极软中厚煤层越界开采区老空水害防治技术 被引量：9
13
作者 李智 郑士田 +1 位作者 石志远 王宇航 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2021年第6期167-174,共8页
小煤窑越界开采是我国煤炭行业极为普遍的现象。由于越界开采范围、积水量等条件不明,老空水严重威胁着毗邻大型煤矿的安全采掘工作。为快速准确地探查小煤窑越界开采边界并预防老空水的威胁,运用地面定向钻孔轨迹可控、定位精确的特点... 小煤窑越界开采是我国煤炭行业极为普遍的现象。由于越界开采范围、积水量等条件不明,老空水严重威胁着毗邻大型煤矿的安全采掘工作。为快速准确地探查小煤窑越界开采边界并预防老空水的威胁,运用地面定向钻孔轨迹可控、定位精确的特点,提出了以极软中厚煤层精准钻进、不同岩性钻井液配比和采空区井漏预防与封堵为主的极软中厚煤层中地面顺层孔长距离钻进技术,并提出了越界开采区老空水害防治流程。以华北型煤田某煤矿Ⅲ63采区右翼为研究区,应用越界开采区老空水害防治技术体系,通过工程示范准确查明了越界开采边界与越界开采方向,为合理留设矿界防隔水煤柱提供依据。该方法的成功应用为同类矿井的老空水害防治提供了科学的技术,并且为地面顺层孔在探查越界开采边界与极软煤层抽取瓦斯等领域中的应用提供宝贵经验。 展开更多
关键词 老空水害防治 地面顺层孔 极软中厚煤层 越界开采
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煤层底板水害防治智能决策支持系统框架构建 被引量：10
14
作者 靳德武 李鹏 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2021年第1期161-169,共9页
煤层底板突水是华北型煤田煤矿生产过程中一种常见的水害类型,为解决水害防治工程的科学决策问题,进一步提高防治水工程的可靠性,提出构建智能决策支持系统的技术思路。智能决策支持系统是传统决策支持系统与人工智能技术相互融合的产物... 煤层底板突水是华北型煤田煤矿生产过程中一种常见的水害类型,为解决水害防治工程的科学决策问题,进一步提高防治水工程的可靠性,提出构建智能决策支持系统的技术思路。智能决策支持系统是传统决策支持系统与人工智能技术相互融合的产物,在分析底板水害防治决策支持功能需求的基础上,提出“数据-模型-方案”一体化设计流程,从数据导入、模型驱动、智能决策等3个层次构建底板水害防治智能决策支持系统的基本框架。将模型驱动层进一步细分为方法库、模型库、知识图谱构建3项专业化服务,模型库包括底板突水空间点预测模型、疏水降压数值模拟模型、注浆改造工程可靠性分析模型、隔离工程设计模型及底板水害监测预警模型。系统最终输出的决策方案包括底板突水危险性分区、疏水降压Q-t-s方案、区域注浆改造设计及工程可靠性评价、隔离工程设计、底板突水监测预警警情发布。系统通过注浆过程的反馈-控制、突水监测预警的深度学习、疏水降压方案的动态优化等实现其智能决策。智能决策支持系统将会在煤层底板水害防治可靠性保障方面提供新的技术支撑。 展开更多
关键词 底板水害 智能决策支持系统 数据–模型–方案 模型驱动 决策方案
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煤矿“Y”型断层分支底板断裂力学判据及模拟研究
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作者 李昂 孙靖昕 +5 位作者 张文忠 张壮 杨宇轩 王伟东 吕伟 范六一 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期92-105,共14页
【目的】断层分支作为主断层的一部分普遍存在,不易引起人们重视,但断层分支是引起突水的主要因素之一。【方法】以安徽刘庄煤矿为工程地质背景,在考虑Mohr-Coulomb准则岩体压剪断裂判据基础上,建立断层分支渗流与应力双重影响下的断裂... 【目的】断层分支作为主断层的一部分普遍存在,不易引起人们重视,但断层分支是引起突水的主要因素之一。【方法】以安徽刘庄煤矿为工程地质背景,在考虑Mohr-Coulomb准则岩体压剪断裂判据基础上,建立断层分支渗流与应力双重影响下的断裂力学灾变模型,分析得出断层分支发生劈裂破坏时的临界水压及断层分支到底板破碎区最小安全距离,研究断层倾角、最小主应力、主断层长度和渗透水压对临界水压及最小安全距离的影响规律和主控影响因素,并模拟分析断层分支在采动影响下塑性区及渗流场的演化特征,开展现场压水试验的验证工作。【结果和结论】结果表明:(1)断层分支倾角越大越易发生突水;最小主应力越大,断层分支裂隙越不容易发生扩展;(2)当主断层倾角为60°且断层分支与主断层夹角为60°时,模拟分析结果显示在工作面推进至断层分支正上方位置时,断层导升通道整体活化贯通;当工作面推过断层分支正上方10 m后,断层分支尖端裂隙与工作面底板破坏带贯通并引起底板突水;(3)通过现场压水试验验证了理论计算的正确性,证实断层分支会造成底板裂隙提前与断层相互贯通,引起工作面出水。研究结果可为煤矿采场底板含此类断层分支时的防水煤柱留设提供一定参考。 展开更多
关键词 底板突水 “Y”型断层分支 断裂力学模型 断层突水 数值模拟 现场试验
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煤矿防治水智能化技术与装备研究现状及展望 被引量：62
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作者 靳德武 乔伟 +1 位作者 李鹏 樊娟 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2019年第3期10-17,共8页
为了解决煤矿充水条件的精准探测、有效预测、动态监测和水害的可靠治理问题,人工智能和信息化技术在我国煤矿水害防治技术和装备中获得广泛应用并取得重要进展。依据智能感知、智能判断和智能执行等智能化技术三要素,将煤矿防治水智能... 为了解决煤矿充水条件的精准探测、有效预测、动态监测和水害的可靠治理问题,人工智能和信息化技术在我国煤矿水害防治技术和装备中获得广泛应用并取得重要进展。依据智能感知、智能判断和智能执行等智能化技术三要素,将煤矿防治水智能化定义为水害致灾因素的有效筛选、自动识别和精准控制的过程。从5个方面系统地总结了煤矿防治水智能化技术现状:即探测装备的智能化芯片应用及数据处理智能算法、含水层富水性分区的信息融合法及煤层底板突水预测的统计学习法、基于智能化传感器及智能算法的矿井水情(害)实时监测预警系统、水害治理工程的信息化设计及智能控制注浆系统、紧急避灾最优路径搜索及突水水源快速识别。结果表明:水害探测装备及解释方法的智能化提高了装备的抗干扰能力,实现了探测数据的快速准确处理;煤层底板突水预测的统计学习法使突水预测精度由82%提高到91%;网络并行电法监测仪在五沟煤矿提前2 d成功预报了工作面底板突水;智能化注浆系统形成了高度定制化的制浆-注浆数字化解决方案,实现全自动造浆30 m3/h;避灾抢险智能化为矿井灾害情景下的井下人员合理疏散和应急救援提供了辅助决策支持平台。提出随着智慧矿山、透明矿井技术的不断发展与完善,多源时空智能化探(监)测、玻璃水文地质、水害监测大数据挖掘、井下救援机器人等将会成为热点研究方向,并最终形成煤矿防治水智能化技术体系。 展开更多
关键词 充水条件 智能矿井 多源时空监测 玻璃水文地质 救援机器人 水害预警 透明矿业
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含水煤层水害形成机理及防治技术 被引量：17
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作者 王皓 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2019年第3期117-123,共7页
在煤炭开采过程中,煤层常被视作隔水或弱透水地层。然而,孟加拉国巴拉普库利亚煤矿(简称孟巴煤矿)主采的Ⅵ号煤层平均厚度为33 m,富水性较强,开采过程中多次突水,表现出煤层成为含水层的特殊水文地质现象,与我国东北、西北侏罗纪煤田局... 在煤炭开采过程中,煤层常被视作隔水或弱透水地层。然而,孟加拉国巴拉普库利亚煤矿(简称孟巴煤矿)主采的Ⅵ号煤层平均厚度为33 m,富水性较强,开采过程中多次突水,表现出煤层成为含水层的特殊水文地质现象,与我国东北、西北侏罗纪煤田局部地区出现的煤层含水现象类似。综合分析了煤层空隙特征、储水结构及地下水补给条件这3项含水层形成的必备要素,揭示了孟巴煤矿特厚煤体含水层的形成机制。从煤体的微观结构、物理力学性质及区域构造发育特征着手,对煤体是否具有储存地下水的空间进行了研究;结合室内岩石渗透性测试及现场大型抽水试验,分析了煤层顶、底板岩层的透水/阻水特性,对煤层是否具备含水层的储水结构进行了研究;采用水力连通试验等手段,查明了特厚煤体含水的主要补给水源。研究表明,有机质的煤化作用和后期地层应力作用,使得煤体自身结构存在大量的含、导水裂隙,在具备较好的补给条件并满足含水层储水结构的情况下,煤体可成为含水地层。针对煤体含水层的水害特点,提出特厚含水煤层“疏”、“排”结合的水害防治技术,为煤体含水地区煤矿安全开采提供技术支撑。 展开更多
关键词 厚煤层 煤体含水层 形成机制 水害防治
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基于云服务的煤矿水害监测大数据智能预警平台构建 被引量：64
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作者 乔伟 靳德武 +2 位作者 王皓 赵春虎 段建华 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第7期2619-2627,共9页
针对华北型煤田煤层底板突水监测预警问题,以底板“下三带”理论为基础,开展了微震-电法耦合系统水害监测预警。在分析微震-电法耦合系统监测数据基础上,采用Flume设计数据迁移子系统,以流处理方式对监测源数据进行预处理,对关键目标数... 针对华北型煤田煤层底板突水监测预警问题,以底板“下三带”理论为基础,开展了微震-电法耦合系统水害监测预警。在分析微震-电法耦合系统监测数据基础上,采用Flume设计数据迁移子系统,以流处理方式对监测源数据进行预处理,对关键目标数据进行采集、聚合和传输,实现了有效监测数据的实时迁移。此外,针对煤矿水害多源监测预警过程中数据规模大、数据实时处理要求高等特点,结合多源异构数据关联分析和时空属性数据分析处理需求,基于Spark和HDFS设计实现了具备TB级数据存储处理能力的煤矿水害多源监测大数据存储平台。该平台采用HDFS设计构建统一的多源时序大数据存储体系,通过MapReduce实现大数据并行处理,利用YARN实现资源的调度与管理,为海量数据存储提供支撑。平台采用Spark Streaming框架搭建了数据实时处理中心,通过流处理方式实现监测数据高速处理,并通过智能预警算法模块和远程服务接口为预警系统现场应用提供支撑。在智能预警技术方面,结合监测数据的时空属性特点,提出了基于深度学习时空序列预测方法——长短时记忆循环网络智能预警模型的底板突水模型预警技术。该预警技术基于LSTM方法,以“下三带”理论为基准对模型进行初始化,形成初始预警判据;将电法、微震监测数据作为输入变量,实际涌(突)水事件作为干预输出量,对智能预警模型进行半监督分类学习训练,形成动态化、参数最优的模型预警准则,将监测数据动态划分为4个预警等级,从而实现了水害智能动态预警和数据可视化表达。在冀中能源葛泉矿东井的实际应用中发现,该平台能够基本达到预期目标。 展开更多
关键词 煤矿水害 水害预警 大数据处理 数据迁移 智能算法
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煤矿水害智能化防控平台架构及关键技术 被引量：25
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作者 王皓 董书宁 +5 位作者 姬亚东 乔伟 尚宏波 朱开鹏 周振方 宁殿艳 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期883-892,共10页
推动煤矿水害防治由信息化向智能化转变是保障煤炭工业高质量发展的关键环节。立足煤矿水害智能化防控的多重需求,引入云计算、大数据、人工智能技术,针对煤矿水害基础数据综合管理效率不高、水害超前防控精细程度不足、水灾应急决策时... 推动煤矿水害防治由信息化向智能化转变是保障煤炭工业高质量发展的关键环节。立足煤矿水害智能化防控的多重需求,引入云计算、大数据、人工智能技术,针对煤矿水害基础数据综合管理效率不高、水害超前防控精细程度不足、水灾应急决策时效性不强以及水灾事故发生后难以快速准确鉴定等技术难题,系统剖析了实现煤矿水害智能化防控的主要技术方法;开展了煤矿水害大数据管理、采掘三维地质体模型动态精细构建、水害超前数字化评价与防治、水灾过程应急决策远程辅助及灾后事故计算机辅助诊断技术研发;形成了基于多源信息融合的煤矿水害大数据管理系统、煤矿采掘三维地质体动态精细建模系统、煤矿水害分析评价与超前防治数字化系统、水灾事故应急响应远程辅助系统以及水灾事故远程诊断分析系统;构建了煤矿水害智能化防控平台,并在煤矿现场进行了推广应用,有效提高了煤矿水害超前防控、灾中治理与灾后诊断各阶段的数字化、智能化技术水平。研究成果将有力推动我国煤矿水害防治技术的进步,可为煤炭企业开展基础数据管理与水害评价与防治,行业专家及国家安监部门开展水灾应急决策和事故诊断提供支持,是传统水害防治技术数字化、智能化转型发展的重要支撑。 展开更多
关键词 煤矿水害 多源信息 智能化防控 平台构建 数字化
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越层水文地质现象及对煤矿防治水的影响研究 被引量：10
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作者 王新 郭小铭 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2020年第8期150-156,共7页
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... 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。 展开更多
关键词 不整合接触面 越层水文地质现象 矿井防治水 风化带
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