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离层积水量估算方法及离层突水预测--以陕西招贤煤矿1304工作面突水为例 被引量：21
1
作者 许进鹏 周宇 +1 位作者 浦早红 庞思远 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第8期3083-3090,共8页
离层水害是近年来中国西部矿井常见且危害较大的水害形式。离层突水的过程是含水层中水首先进入离层空间,然后由于离层空间下部隔水层破裂后进入矿井。因此,计算离层积水量对预测离层突水水量和突水可能性有重要意义。陕西金源招贤煤矿1... 离层水害是近年来中国西部矿井常见且危害较大的水害形式。离层突水的过程是含水层中水首先进入离层空间,然后由于离层空间下部隔水层破裂后进入矿井。因此,计算离层积水量对预测离层突水水量和突水可能性有重要意义。陕西金源招贤煤矿1304工作面发生了3次离层突水,笔者分析总结了离层突水过程中的水位、水量变化规律,建立了离层积水的水文地质模型及水量预测方法并进行了计算,然后对离层突水量进行水量分割,并将分割水量与估算水量进行了对比,研究了积水量与离层空间特别是与离层高度之间的关系,分析了积水量和离层高度对突水的预测预报作用。通过以上工作,得出:①地下水水位异常下降可以作为离层突水的预警依据。如招贤1304工作面第1次离层突水前,水文长观孔的水位提前6 d开始下降,水位累计下降23.39 m,平均下降速度4.253 m/d;②以半无限含水层汇点模型为基础得到的离层积水量估算方法是可靠的,招贤煤矿3次突水案件中,地下水动力学的估算方法与水量分割法得到的离层积水量的误差为0.20%~8.35%;③根据地下水水位下降可以进行离层空间和离层高度的临界值计算,招贤矿3次出水时的离层高度为0.75,1.08,0.87 m,利用此临界值可以进一步预测离层突水可能性。论文提出的离层高度临界值,需要在今后的工作中进行进一步从力学理论方面开展研究和在大量突水案例中总结经验。 展开更多
关键词 水害预警 离层水害 积水量 水文地质模型 离层高度临界值
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巨厚白垩系含水层采动渗透性演化及高位离层积水模型
2
作者 乔伟 孟祥胜 +6 位作者 杨眷 李连刚 梁启敬 刘梦楠 陶志和 韩昌民 孔维滕 《煤炭学报》 北大核心 2025年第2期1047-1061,共15页
离层水作为一种采动突涌水水源,其突水具有瞬时量大、周期性和突水征兆不明显等特点,危害极大,防控难度极高。以陕西省黄陇煤田永陇矿区招贤煤矿为研究区,针对白垩系含水层开展了长期群孔抽水试验,采用基于同步连续线性估计算法(SimSLE... 离层水作为一种采动突涌水水源,其突水具有瞬时量大、周期性和突水征兆不明显等特点,危害极大,防控难度极高。以陕西省黄陇煤田永陇矿区招贤煤矿为研究区,针对白垩系含水层开展了长期群孔抽水试验,采用基于同步连续线性估计算法(SimSLE)的水力层析反演技术,分析了工作面采动过程中含水层渗透性演化规律,最后通过地下水动力学和数值模拟的方法,建立了考虑真空负压作用的采动覆岩渗透性演化–离层积水模型。结果表明:①采动覆岩巨厚白垩系含水层的渗透性整体呈现先增大后减小的趋势,采空区范围内白垩系含水层渗透系数增长为天然状态下含水层渗透系数的23~392倍,采动影响范围内渗透系数增长为天然状态下含水层渗透系数的1~67倍,在平面上,随着工作面的持续推进,工作面前方的渗透性是依次序逐步演化增大的;②以半无限含水层空间汇点概化模型为基础,推导了真空负压状态下的离层积水理论模型,通过COMSOL数值软件建立了经典稳态问题中的“圆岛模型”,数值计算结果与理论模型偏差较小,说明通过COMSOL数值软件建立的离层积水模型是合理的;③区块渗透性逐一发生演化时,离层积水速率仅有小幅度的提升,直至所有区块渗透性均发生演化后,离层空间的积水速率从14.09 m^(3)/h提升到了98.95 m^(3)/h,提升幅度达84.86 m^(3)/h,同时绝对真空状态下相较于标准大气压进水速率高2.5 m^(3)/h。论文提出的含水层采动渗透性演化–离层积水模型可以为高位离层积水速率的预测和演化提供研究思路。 展开更多
关键词 离层水害 水力层析 渗透性演化 地下水动力学 离层积水模型
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招贤煤矿水文地质特征及涌水量预测研究 被引量：20
3
作者 甘圣丰 乔伟 +3 位作者 雷利剑 李路 单景新 吴卫星 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2018年第7期205-212,共8页
为了准确预计招贤煤矿矿井涌水量,正确地指导煤矿安全生产,在分析矿井水文地质特征的基础上,运用"大井法"、集水廊道法与比拟法对该矿井涌水量进行了计算,对该矿井工作面顶板的涌水量进行了预测,计算出静储量,给出了离层积水... 为了准确预计招贤煤矿矿井涌水量,正确地指导煤矿安全生产,在分析矿井水文地质特征的基础上,运用"大井法"、集水廊道法与比拟法对该矿井涌水量进行了计算,对该矿井工作面顶板的涌水量进行了预测,计算出静储量,给出了离层积水均匀下泄时的涌水量计算方法和公式,通过比拟法确定了灾变涌水量。研究结果表明:工作面采前疏放水工程对顶板含水层有效疏放和不考虑离层积水条件下,1307工作面正常涌水量为110.33 m^3/h,最大涌水量为584.12 m^3/h;考虑离层积水均匀下泄的涌水量为249 m^3/h;考虑离层积水的灾变涌水量为1 100 m^3/h,该研究结果为煤矿防治水提高预测的可靠性与准确性。 展开更多
关键词 矿井涌水量 水文地质特征 大井法 集水廊道法 比拟法
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高位离层水害突水危险性区域预测方法 被引量：1
4
作者 秦庆举 刘梦楠 +4 位作者 孔英权 周宇 刘文武 韩昌民 乔伟 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期368-381,共14页
以黄陇煤田招贤煤矿为例,提出了一种考虑主观决策、客观统计和变权理论修正的离层水害区域危险性预测方法。选取煤层厚度、含水层渗透系数、含水层厚度、含水层单位涌水量、含水层距煤层距离、含水层水头高度、构造、近场顶板岩层泥岩... 以黄陇煤田招贤煤矿为例,提出了一种考虑主观决策、客观统计和变权理论修正的离层水害区域危险性预测方法。选取煤层厚度、含水层渗透系数、含水层厚度、含水层单位涌水量、含水层距煤层距离、含水层水头高度、构造、近场顶板岩层泥岩累计厚度等8个主要因素,在层次分析法(AHP)和熵权法(EWM)的基础上,使用变权法(VWM)对常权值修正,建立了招贤一采区离层突水危险性评价数学模型,得到开采前一采区离层突水危险性综合评价指标。结合招贤工程地质条件,采用地面抽排孔控制离层致灾水源。结果表明:提出的基于AHP-EWM-VWM的高位离层突水区域危险性预测方法可以较为准确地定位突水高风险区,综合权重评价结果表明,降低含水层水位高度是防控离层水害的关键措施;实际开展的地面抽排孔抽水有效降低了采区离层突水风险,证明研究对侏罗系煤田离层水害有效防治具有良好的指导意义。 展开更多
关键词 高位离层 突水因素 层次分析-熵权-变权法 水害预测 群孔抽水
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煤矿顶板离层水害形成机制、致灾机理及防治技术 被引量：65
5
作者 乔伟 王志文 +7 位作者 李文平 吕玉广 李连刚 黄阳 贺江辉 李小琴 赵世隆 刘梦楠 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期507-522,共16页
顶板离层水害对煤炭生产的威胁日益增大,近年来成为矿井水害防治的研究热点。系统整理和归纳了国内外关于煤矿离层水害的研究进展,从煤矿离层水的形成机制、致灾机理、水害预测预警及关键防治技术4个方面,对煤层覆岩离层水害问题进行阐... 顶板离层水害对煤炭生产的威胁日益增大,近年来成为矿井水害防治的研究热点。系统整理和归纳了国内外关于煤矿离层水害的研究进展,从煤矿离层水的形成机制、致灾机理、水害预测预警及关键防治技术4个方面,对煤层覆岩离层水害问题进行阐述。综述了采动覆岩离层研究及覆岩离层水形成机理,将煤层覆岩离层水的形成归纳为3个基本条件:可积水离层、离层周边存在补给水源、离层空间持续时间足够长。根据开采条件、覆岩的工程地质条件、导水通道形成原因与突水特点,从多煤层叠加开采下的重复扰动突水、多煤层叠加开采下动力突水、单煤层开采下的静水压涌突水及侏罗系煤田离层水害形成机制4个方面阐述离层水害致灾机理;重点分析了侏罗系煤田3种典型的离层突水形成机制:崔木、招贤煤矿高位离层水害形成机制、新上海一号煤矿间歇式离层突水形成机制、携泥砂型离层水害;根据能量源和表现特征将离层水害归为三大类:离层动力突水、离层静水压涌突水以及离层携泥砂井下泥石流。从可积水离层位置预判、离层突水周期性预测及离层涌突水水量预测3个方面总结了覆岩离层水害预测方面的研究进展。分析介绍了目前主要的离层水害防治方法,结合目前离层水害较为严重的鄂尔多斯盆地侏罗纪煤田,分析了鄂尔多斯盆地侏罗纪煤田离层水害防治的难点:高位离层突水出现的强矿压问题以及离层水害引发的溃砂问题。提出离层水害防治未来的发展与研究方向:开展离层水害采前精准预测分区研究;发展钻探、地球物理探测等勘察技术使覆岩破坏从“灰箱”变为“白箱”;发展离层水害综合防控技术体系。 展开更多
关键词 离层水 矿井水害 形成条件 突水机理 防治方法
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采动覆岩高位离层演化特征及涌( 突) 水前兆信息研究 被引量：21
6
作者 乔伟 赵世隆 +5 位作者 李连刚 甘圣丰 江传文 刘梦楠 张磊 段玉路 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第2期194-205,共12页
采用理论分析、物理模拟和数值模拟相结合的方法,重点研究了招贤煤矿工作面的高位离层的时空演化,并将开采期间水位变化、微震监测数据作为高位离层涌(突)水前兆信息,揭示了特厚煤层综放开采覆岩主控裂隙(纵向主导水裂隙和横向离层裂隙... 采用理论分析、物理模拟和数值模拟相结合的方法,重点研究了招贤煤矿工作面的高位离层的时空演化,并将开采期间水位变化、微震监测数据作为高位离层涌(突)水前兆信息,揭示了特厚煤层综放开采覆岩主控裂隙(纵向主导水裂隙和横向离层裂隙)演化特征及离层水害机理。以永陇矿区招贤煤矿为研究对象,黄陇侏罗系煤田永陇矿区煤层覆岩具有弱胶结、泥质含量高和单层厚度大等特点,侏罗系覆岩之上为巨厚高水压白垩系含水层,厚及特厚煤层开采时易在侏罗-白垩系交界上下形成高位离层积水;当导水裂隙与高位离层积水沟通时,形成离层水害。离层水害具有瞬时性、大流量并伴随强烈矿山压力显现等特点。研究结果表明:当工作面达到充分开采时,采空区两帮离层裂隙较为发育,中部处于压实区,最大横向高位离层位于梯形破坏区顶部;工作面上覆亚关键层的周期性破断造成工作面周期性来压、高位离层空间周期性扩张、闭合,导致宜君组水位周期性异常下降;工作面经长时间停采,恢复开采后,重复扰动覆岩诱发覆岩岩体结构失稳,导水裂缝带沟通离层空间,造成离层涌(突)水;水位突降、水位下降速率突增、微震大能量事件可作为1304工作面突水前兆信息;关键层的破断会引起微震能量事件,伴随关键层的快速回转、下沉扩大离层空间,造成宜君组水位异常下降;工作面多次复采造成覆岩自稳能力逐渐劣化严重,加快离层涌(突)水通道形成,离层涌(突)水通道逐步增大;随着出水次数增加,水位提前下降时间减少,微震能量事件能量降低,涌水量增大;采动过程中离层涌(突)水的前兆信息-白垩系含水层的水位变化以及矿井微震监测数据验证了模拟结果是可信的。 展开更多
关键词 综放开采 离层水害 前兆信息 水害预测
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高位离层突水诱导工作面切顶压架灾害预警研究 被引量：3
7
作者 李正杰 李连刚 +2 位作者 纵峰 王涛 张震 《煤炭工程》 北大核心 2021年第11期91-96,共6页
为解决永陇矿区特厚含水层高位离层突水导致的综放工作面大面积切顶压架灾害预测预报难题,采用含水层水位连续监测和工作面矿压实时监测方法,基于3起突水压架实例分析了含水层水位-工作面矿压的联动效应,从大周期步距、支架工作阻力与... 为解决永陇矿区特厚含水层高位离层突水导致的综放工作面大面积切顶压架灾害预测预报难题,采用含水层水位连续监测和工作面矿压实时监测方法,基于3起突水压架实例分析了含水层水位-工作面矿压的联动效应,从大周期步距、支架工作阻力与动载系数、支架增阻速率、安全阀开启率以及长观孔水位降速6个关联指标,对综放工作面切顶压架灾害预警指标合理阈值进行了研究。研究表明:含水层水位下降-工作面大面积来压-突水压架具有显著的时序性和联动性,并划分了前兆性预警指标和实时性预警指标,并提出了切顶压架两阶段预警方法和两级预警-防治机制。通过现场应用验证了该预警指标及方法的正确性与适用性。研究对陕西永陇、彬长等矿区高位离层水害及切顶压架灾害预警和防治具有借鉴价值。 展开更多
关键词 高位离层突水 切顶压架 预警指标 两阶段预警方法
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导水裂隙带动态发育规律及覆岩含水层涌水量预计 被引量：21
8
作者 李路 乔伟 +3 位作者 甘圣丰 单景新 程香港 赵世隆 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2020年第S01期144-149,共6页
以招贤煤矿1307工作面为例,根据导水裂隙带发育高度是否突破不同含水层而进行工作面分段,结合该工作面工程地质条件分析结果和井下放水试验所求得各分段区域内水文地质参数,采用"大井法"和集水廊道法对采动过程中的涌水量进... 以招贤煤矿1307工作面为例,根据导水裂隙带发育高度是否突破不同含水层而进行工作面分段,结合该工作面工程地质条件分析结果和井下放水试验所求得各分段区域内水文地质参数,采用"大井法"和集水廊道法对采动过程中的涌水量进行分段分层预计。结果表明:该方法将矿井涌水量预测与矿井开采工程时空紧密结合起来,分区段选用不同计算公式进行预测,比较符合工作面开采实际情况,具有一定的实际指导意义;在分段的基础上采用分层"大井法"突破了传统"大井法"将整个矿井或工作面作为大井,概化出的影响半径偏大而导致计算结果偏大的现状;针对宜君组巨厚含水层的条件,看作倒置的大井进行计算,使得导水裂隙带不完全波及巨厚含水层时的涌水量预计更接近实际。 展开更多
关键词 导水裂隙带 涌水量预测 “大井法” 集水廊道法
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应用于煤自燃指标气体体积分数在线监测系统 被引量：18
9
作者 赵晓虎 孙鹏帅 +7 位作者 杨眷 张志荣 张乐文 汤玉泉 孙苗 庞涛 刘旭 徐启铭 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第S01期319-327,共9页
煤炭资源作为主要的化石能源,在国家的经济发展中具有十分重要的地位。煤矿的高产高效是我国未来煤炭行业的发展趋势,而影响煤矿高产高效开采的主要问题是煤矿安全,其中采空区煤炭自然发火又是煤矿主要灾害之一,实时准确监测煤矿采空区... 煤炭资源作为主要的化石能源,在国家的经济发展中具有十分重要的地位。煤矿的高产高效是我国未来煤炭行业的发展趋势,而影响煤矿高产高效开采的主要问题是煤矿安全,其中采空区煤炭自然发火又是煤矿主要灾害之一,实时准确监测煤矿采空区主要指标气体体积分数对防治煤自燃具有重要意义。基于可调谐半导体激光吸收光谱技术和多路复用的锁相技术,设计了一套集成度较高的多种指标性气体实时在线分析监测系统。该系统充分利用不同气体分子的“指纹”吸收谱线特征和DFB激光器的窄线宽、快速调谐的特性,通过检测目标气体的一条孤立的吸收线实现气体体积分数的快速检测,并在系统电路设计中采用多路扫描信号以及无相位误差的正弦调制信号,实现了使用一块锁相放大器,通过分时和自动切换通道对多采样点处的CH_(4),CO_(2),O_(2),CO,C_(2)H_(2)和C_(2)H_(4)等6种指标性气体体积分数同时在线监测。在实验室分别测试了系统对6种指标气体最低检测限分别为9.9×10^(-4),4.73×10^(-4),0.12%,7.2×10^(-7),1.3×10^(-6)和1.28×10^(-5),表明该系统具有较好的稳定度和较低的检测极限。并在合作煤矿通过井下束管抽采系统将采空区的进风巷和回风巷的气样,直接通入井下气体监测系统,完成实时气体体积分数现场试验验证,试验表明该系统可为煤矿安全生产和预警提供有效的数据保障,可以满足煤矿安全检测标准要求,促进对煤自燃特征信息指标体系的建立和分级预警方法的确定,便于实现对煤自燃隐蔽火源危险程度的判识和预警。 展开更多
关键词 可调谐半导体激光吸收光谱技术 煤炭自燃 气体体积分数 在线分析 谐波检测
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