GEOFLUIDS Geofluids 1468 - 8123 1468 - 8115 Hindawi 10.1155 / 2021/5208670 5208670 研究文章 防止水侵入深部煤矿奥陶系含水层:一个案例研究在中国Wutongzhuang煤矿 https://orcid.org/0000 - 0001 - 6172 - 5580 阴 Huichao 1 2 https://orcid.org/0000 - 0002 - 5872 - 4365 徐 本 3 https://orcid.org/0000 - 0001 - 8968 - 9032 阴 Shangxian 3 https://orcid.org/0000 - 0002 - 3298 - 9808 田 尉缭子 3 https://orcid.org/0000 - 0003 - 3734 - 2138 姚 回族 3 https://orcid.org/0000 - 0001 - 7199 - 3570 孟 Haopeng 3 张 Hualei 1 中国矿业大学和技术 北京100083年 中国 cumt.edu.cn 2 防灾研究所 燕郊101601 中国 fzxy.edu.cn 3 华北科技学院 燕郊101601 中国 ncist.edu.cn 2021年 15 9 2021年 2021年 12 5 2021年 6 8 2021年 26 8 2021年 15 9 2021年 2021年 版权©2021 Huichao阴等。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

通过野外观测和理论研究,我们发现Hanxing矿区典型的三元结构在煤矿高含水层的水压力。这个三元结构是奥陶纪石灰岩aquifer-aquiclude包括薄limestones-coal缝。虽然不透水层厚得多,还有一个伟大的涌水风险在矿业在水的压力下深埋藏环境。深部开采底板突水的多维特征进行了总结,包括水迁移向上由奥陶系承压水,突水通道的平面分散,突水的加强提高强度,滞后突水的废水时间和交流,和吸附水的质量。突水机制是澄清的渗透率、膨胀、破裂,并提升奥陶系灰岩含水层的水形成一个平面和扩散流传输,存储和运输的石灰岩含水层。相应的突水风险评估方程也提出了。基于隔水层的厚度,故障区域的厚度,和突水系数,地板不透水层分为五类。而突水不能完全控制的传统地下楼钢筋超不透水层甚至带状灌浆,全面预防和控制全时空四维地板水障碍的概念域。一个立体的预防和控制模型的三维网状的探索,提出了处理、验证和补充。完整的时域技术状况评估的质量控制过程,探索,修复,检查、评估、监控,并保证形成,与完整的时空和水灾害预防方法在深煤矿建立立体的网络。 Case study in the Hanxing mining area demonstrates that the proposed methods are highly effective.

 中华人民共和国教育部的 IRT-17R37 中国国家自然科学基金 51974126 51774136 1。介绍和背景

奥陶系石灰岩含水层含有丰富的水非常高的压力。沉积在煤系地层的底部,存在于许多矿区在中国北部(数字 1和 2)。奥陶系含水层引起了众多含水层在煤矿突水事故。奥陶系含水层的突水是矿山安全的主要危害之一 1]。许多研究已经进行了调查机制和缓解方法在这一领域的水侵入( 2- - - - - - 4]。然而,煤矿在这些情况下主要是在较浅的深度(< 700),埋藏深度和水压力相对较低,和突水事故并不严重。近年来,随着开采深度的增加(深度> 700),原位压力和水压力大大增加在矿区,导致突水变得更加严重和水灾害摧毁了( 3- - - - - - 5]。此外,现有的理论和方法的突水预防不太适合这种新形势 6- - - - - - 9]。因此,至关重要的是要理解新的机制和预防方法,为煤矿水侵入深度。

地图视图的位置Hanxing煤田和其他在华北煤田煤田:(a)奥陶系水文地质系统在华北和(b)南北Hanxing面积单位。

下安全开采承压含水层水压力是指煤矿。自第一个奥陶系石灰岩含水层突水的发生在1920年的开平煤田( 10),不同模型对矿业在水的压力下,提出了预测水侵入 1]。迄今为止,水压力下的矿业的发展历史分为三个阶段。第一阶段从1950年代初到1980年代中期,在系统的技术和理论已经基本形成 11]。一些系统的研究排水的主要技术措施,为承压水降压或灌浆隔水层进行了( 12],矿业的概念在水的压力下和突水系数的风险评价方法。在压力下采矿技术的系统 13),包括采矿方法和控制技术,如勘探、预防、和保证,已经基本形成,理论( 14),包括突水机制、安全评价、和突水预测,也初步构建。第二阶段,从1980年代末到2009年,是推广应用阶段的理论和技术。随着开采深度的加速,矿业在水的压力下降低煤层形成面临的危险条件突水系数 T > 0.06 MPa / 米 水侵入的频率增加,灌浆加固层的地下治疗不透水层或薄石灰石变换已被广泛应用,和大量的煤炭资源安全开采( 15]。第三阶段是指最近10年,深部开采区域超前注浆技术的开发。浅层煤炭资源被耗尽,不得不转向深部开采,面临一个更危险的处境的突水系数 T > 0.1 MPa / 米 ,地板水侵入的频率高,水涌入很大,浅挖掘的处理技术是显然不适合深部开采。水平钻井技术的帮助下,该地区超前注浆技术趋于成熟 6, 7, 9]。

煤层开采深度增加,中国北方煤矿面临的各种安全问题与浅挖掘不同。原位应力、构造应力、水压力和温度不断增加。煤炭开采深层地层,特别是安全开采深层煤地层在水的压力下,面临新的挑战,这是由于蓄水层控制特点,水充填规律的深奥陶系灰岩岩溶蛀牙,煤矿底板突水的主要控制因素,从根本上改变突水机制。安全开采的理论和技术在水的压力下也发生了深刻的变化。

Hanxing矿区由三部分组成:峰峰,邯郸、邢台矿区是一个典型的中国北方煤田(图 1)。它在中国是主要的煤炭生产区域,煤炭年产量7930吨。煤岩层在这个领域有一个典型的三元策略模型,即。,the coal seams are above the Ordovician limestone but separated by aquicludes and thin limestones (see Figure 3)。奥陶系石灰岩含水层富水和高水压力是一个地区主要供水来源( 16]。然而,它也可能由充电薄煤层的开采石灰岩含水层的煤措施,即。Benxizu,大庆,Shanfuqing Yeqing石灰岩从下到上。煤炭开采不仅可能导致煤矿突水和洪水还引起含水层水位急剧下降,影响水资源和生态环境 2]。煤矿区域内主要转向深部开采。在这种情况下,水压力的奥陶系灰岩可高达10 MPa和突水系数超过0.1 MPa / m。根据国家规定,不能利用煤层不采取额外的措施。为了利用或下组煤岩层深处,纬向超前注浆方法的基础上开发传统浅强化我的地板上。虽然大大减少水侵入的风险,但它仍然不能消除水侵入的风险。主要原因是深的水压力下安全开采理论尚未建立的技术体系。

2。深部开采突水预防理论在水的压力下

水压力下安全开采最初意味着矿业安全利用自然能力的抗承压含水层底板隔水层。因为它的简单的概念和简单的应用程序,突水系数法仍在中国广泛使用,它可以用于浅或深挖掘,不管隔水层的条件。根据相关研究,该方法仅适用于条件,隔水层的厚度小于60 - 80,和水压力小于4 MPa。此外,深部开采环境的巨大变化,挖掘的理论和技术在水的压力下也需要改善。

<年代ec id="sec2.1"> 2.1。深和浅开采突水预测的区别

根据矿业的现状,中国开采深度设置为700到1500米。最浅的岩体在弹性应力状态,同时深深度、岩体可能显示高地壳应力下的大变形和采矿扰动。实践表明,预测和评价理论、检测方法、监控工具,和治疗技术用于浅挖掘难以实现有效控制深部突水灾害。突水的风险评价方法,即。,water inrush coefficient, based on thin plate theory [ 17),可能不是有效的在深深度。因此,提出了深部开采的概念从矿井突水防治的角度。情商形成的表面。 1)在空间被定义为浅深度和深深度之间的接口,与它下面浅深度上面和深深度。方程( 1)来源于在水力压裂地层破裂压力(例如, 18): (1) P 0 = 3 σ 3 − σ 1 − P p + R 米 ,

在哪里 σ3和 σ1最小和最大原位应力, P p 奥陶系含水层的水压, R 米 岩石的抗拉强度。

由于采矿后垂直压力的缓解,情商的评价标准。 1)不同 P 0 ≥ σ 3 + R 米 。根据冲水特征,深部开采的治疗在地板上然后从集中式转向大规模灌浆通道治疗,所以深突水防治带状超前灌浆形成的方法。

2.2。奥陶系灰岩的突水预测浅挖掘

在传统的浅采矿、底板隔水层的厚度一般在60 ~ 80米,和承压水压力低于3.0 ~ 4.0 MPa。在这种情况下,突水系数法适用于评估水压力下安全开采的风险。根据中国政府颁布的规定,正常开采的条件在水的压力下,地上的突水系数在该地区地质结构一般不大于0.06 MPa / m和地板在正常面积不大于0.1 MPa / m。突水系数可以表示在以下( 2]: (2) T = P / 米 ,

在哪里 T 突水系数, P 是水压力, 米 隔水层的厚度。

基于经典薄板理论在弹性力学中,临界突水的水压力(图 2黑线)可以表示为 (3) P = 0.0011 米 2 + 0.0019 米 + 0.1 。

理论和统计分析的水压力和含水土层厚度对矿业在水的压力下。

的经验方程临界突水的水压力(图 2从测量数据获得,浅蓝色线)可以写在下面: (4) P = 0.1409 e 0.0583 米 。

突水系数法也显示在图 2(蓝线)。相比之下,这些突水预测方法实际突水统计数据,每个预测都有其局限性。因此,结合方法需要一个良好的预测。

在工作面临浅和middepth,突水的特征图 2可以概括如下:

工作面临着可以安全地提取条件下承压水压力小于2.0 MPa和地板隔水层的厚度超过35米,或压力小于1.2 MPa和厚度超过20米

最显著的特征是,大多数地板水侵入时不透水层的厚度小于30 m和承压水压力小于3.0 MPa

水侵入浅挖掘多半来自当前岩溶径流区或水丰富的区域,有丰富的和低盐度水主要由Ca-HCO<年代ub>3或Ca·Mg-HCO<年代ub>3,他们的渠道主要集中在大中型水通路paleosinkholes和断层等地质结构,与巨大的水量

2.3。奥陶纪灰岩突水特征在深部开采

随着开采深度的增加,承压含水层的突水威胁下的奥陶系灰岩煤层变得越来越突出( 19- - - - - - 21]。据统计,自1995年以来,突水事件(表13例 1)发生在Hanxing深矿区,和他们都是水进行地质结构和采动造成的骨折。

统计的水从煤层底板侵入Hanxing深矿区。

不。 我的 发生时间(year.month.day) 发生的地点 大量(m<年代up>3·h<年代up>1) 通路类型
1 Wutongzhuang我 1995.12.3 主要和辅助轴连接道路 34000年 轴下沉造成的奥陶系灰岩突水在水中进行的错
2 Wutongzhuang我 2000.5.14 隧道北主回风巷道 160.2 奥陶系灰岩水流出的地板断裂区进行paleosinkhole连接到水
3 兴东矿 2003.4.12 隧道2903工作面 7000年 流出水进行paleosinkhole开车
4 Wutongzhuang我 2004.8.10 2101工作面开采 180年 奥陶系灰岩水流出的地板断裂区与水进行的错
5 林场我村民介绍 2006.12.16 0915工作面开采 4200年 煤矿由小型水下沉进行断层
6 九龙矿 2009.1.8 15423 N工作面开采 7200年 奥陶系灰岩水的地板流出区域连接到paleosinkhole骨折
7 黄沙矿 2010.1.19 隧道2124工作面 7200年 奥陶系灰岩水流出通过小断层连接到大型水导电的错
8 北兴东矿 2010.11.15 92081工作面开采 1500年 奥陶系灰岩水流出的地板断裂区
9 兴东矿 2011.4.13 2127工作面开采 125年 奥陶系灰岩水外流从隐藏的微断层破碎带连接
10 黄沙矿 2011.12.11 2106工作面开采 24000年 奥陶系灰岩水的地板流出区域连接到一个隐藏的paleosinkhole骨折
11 Wutongzhuang我 2014.7.25 2306工作面开采 11250年 奥陶系灰岩水通过小断层连接到一个隐藏的paleosinkhole流出
12 九龙矿 2017.1.17 15252 N工作面开采 300年 奥陶系灰岩水从一个隐藏的paleosinkhole流出
13 兴东矿 2018.3.5 2228工作面开采 2649年 奥陶系灰岩水流出一群的缺点

大量的在深部开采突水案例表明,有几个特点的水侵入。水侵量逐渐增加,而高峰值远低于那些浅矿业,流入的渠道分散,大量涌入的延迟发生。大量涌入的水质与阳离子高盐度主要Na<年代up>+或Na<年代up>+和Ca<年代up>2 +。具体行为的水侵入深部开采中列出如下:

突水来源。奥陶纪灰岩一般来源,承压含水层中的水压力是动力。薄石灰岩存储和积累奥陶系含水层中的水和作为连接路径。与高压水向上移动通过骨折通过从奥陶系含水层的底层薄石灰岩,搬到上层的薄石灰岩直到突破煤层地板上,形成矿区突水

突水通道。分散的压裂区在地板上,这可能连接到隐藏的地质结构,是主要的输水渠道。例如,在2014年7月25日,矿井水灾事故发生在2306年Wutongzhuang开采的工作面。开采深度达到700米,水压力高达6.5 MPa,和距离的矿区奥陶系石灰岩含水层是160米。在这次事故中突水涌入高达11264米<年代up>3/小时。虽然流入渠道地板断裂区,它连接到隐藏paleosinkhole奥陶纪灰岩

突水强度。奥陶系灰岩承压水的流到地板上,不断骨折地板岩石、输水渠道增加和更多的水流入渠道,和水流入了一步增长趋势,最终形成突水灾害。水侵量通常到达峰值通过几个甚至几十个步骤生长从一个小到一个较大的值(图 4),然后根据供水稳定或减少奥陶系含水层的情况

突水。与初始或周期性的采动压力引起的煤层坍塌的屋顶,地板变形、胀出现在采空区区域,这可能会导致突水。由于地板的延迟压裂过程中,水流入具有明显的延迟现象( 22, 23]

突水来源和质量。高矿化水的水质深度奥陶系灰岩不同于正常的石灰岩,水逐渐从Na的变化<年代up>+或Na<年代up>+和Ca<年代up>2 +对Ca<年代up>2 +或Ca<年代up>2 +和钠<年代up>+和从<年代ub>42 -·Cl<年代up>- - - - - -或氯<年代up>- - - - - -·所以<年代ub>42 -对HCO<年代up>- - - - - -在初始阶段的涌入(图 5)

2.4。深部开采突水机制

奥陶系含水层的突水可以被假定为一个典型的三元结构模型的奥陶纪limestone-thick隔水层-(或薄石灰岩)煤层。由于围岩的应力平衡和水压力开采之前,的承压水含水层提升到一定高度内裂缝在地板上地层和保持静态。一旦矿业开始在工作面,上覆地层的垂直压力移除在开采区域,导致地板层几乎处于二维应力状态。在高水压力下,在奥陶系灰岩承压水漏,扩张,和骨折在地板上地层裂缝,不断向上移动。薄水进入到第一层后的石灰石,薄的石灰石是由奥陶系灰岩水(图 6)。继续向上流动的水第二第三的薄层灰岩,直到它到达的采矿扰动区和失败区煤层地板和形式在矿区突水(图 6)。

突水系数表达的情商。 2方程式等)和其他方程。( 3)和( 4)呈现在图 2可以应用于估计突水势。然而,水侵入和深部开采的煤层地板失败从浅挖掘不同的行为。因此,只有用方程式。( 2)- ( 4)是不够的,和不同的预防模型需要考虑,如以下部分所述。此外,需要应用数值分析,分析岩石的失败和突水可能性基于突水机制如图 6。

2.5。风险评估的方法,在深部开采水压力

安全开采水压力是指煤炭开采与承压水含水层压力。一般来说,它是指矿业在自然条件下实现安全目标,即。,only using the floor aquiclude to resist the aquifer water pressure rather than taking prevention measures to decrease water level by drainage and pressure reduction or local grouting reinforcement. At present, most of coal mines in North China coalfields adopt this method but taking appropriate measures. In deep mining, this method is no longer applicable.

突水从地板上可分为两个基本机制( 24, 25:微裂缝的厚板和薄板的失败(关键层)。薄钢板标准是最终的弯矩理论: 米 p ≥ 米 年代 ( 米 p 代表实际弯矩, 米 年代 代表临界弯矩)。厚板的微裂缝标准是一个机械的标准: P 0 > 3 σ 3 − σ 1 − P p + R 米 (类似于情商。 1))。根据突水机理和突水案例的统计数据,突水系数法适用于薄板理论。典型的三元结构模型的奥陶纪limestone-thick不透水层煤层,隔水层的厚度远超过80,和水系数不再是适合这个岩石结构的风险评价模型。厚和超不透水层,从理论上讲,整体打破了厚板是不可能发生的。没有直接的假设下通过结构性通道存在,只有这样,奥陶系灰岩水可以通过裂缝性转移向上提升的输水骨折。因此, P 0 > 3 σ 3 − σ 1 − P p + R 米 可以用来评估的突水风险深奥陶系灰岩和薄煤层底板下石灰岩。

2.6。预防模型在水压力下安全开采

根据隔水层的厚度( 米 ),地板上的失败深度( h d ),水的高度进行区奥陶系灰岩( h r )和突水系数( T ),五类地板隔水层进行分类( 26, 27]。超薄,薄、中厚,厚,和超不透水层的形成,预防和5模型水压力下的安全开采提出了相应地(图 6)。

而0 < 米 ≤ h d + h r < 30. 米 和 T > 0 ,不透水层分为超薄隔水层。对于这一类,只要挖掘是在压力下,也就是说,承压水压力存在,并从地板会发生突水

对于这种情况,灌浆应在奥陶系石灰岩含水层和灌浆的岩石的选择主要应满足的条件 T ≤ 0.1 MPa / m和考虑水奥陶系石灰岩的丰富特性。

而 h d + h r < 米 ≤ 80年 米 , T > 0.06 MPa / 米 ,这是一个薄隔水层。根据薄板理论和统计的突水情况下,当隔水层的厚度是在60 - 80 m,突水系数法适用于水侵入的风险评估,和隔水层的厚度80米的临界值。在这一类,突水风险很高

在这个类别,灌浆顶部的奥陶系石灰岩含水层以及灌浆加固地板隔水层应该进行。注浆岩层的选择主要应满足的条件 T ≤ 0.1 MPa / 米 ,还需要考虑水丰富的奥陶系灰岩的属性。地板的钢筋应选择在地板下面的岩石失败区。

而 h d + h r < 米 ≤ 80年 米 , T ≤ 0.06 MPa / 米 ,它是中厚含水土层。在这个类别,水侵入的风险很低

在这个模型中,地板的灌浆加固应该采用不透水层,和灌浆层应该选择下面的岩石地上失败区。

而 80年 米 < 米 h d + h r < 米 , T > 0.1 MPa / 米 ,它是归类为不透水层厚。在这个范畴,虽然突水风险相对较高,实际的水侵入的可能性不高,除非大型地质结构存在于地板上

在这种情况下,关键的方法来防止水侵入是探索和防止大中型地质结构。

而 80年 米 < 米 h d + h r < 米 和 T ≤ 0.1 MPa / 米 ,它是超不透水层。在这类、水侵入的风险和水侵入的实际概率非常低,除非大型地质结构存在于地板上

在这种情况下,关键的方法来防止水侵入也探索和防止大中型地质结构。

 3所示。一个案例研究在Wutongzhuang煤矿 3.1。概况

Wutongzhuang煤矿位于南部峰峰煤田,研究区是6号的矿区位于南方的矿区,其中包括工作面临的2601号,2602号,2603号,2602号,2604号,工作面是第一个罢工长度为834米和256米的长度。煤层地板的海拔是-704.3米~ -775.5米,和埋深约900米。煤层的厚度为3.7米,是单斜结构,其倾向是8°~ 20°平均14°。在工作面正常故障相对发达,总共5故障在运输巷道和断路器巷道,与断层位移 H = 0.7 ~ 4.2 米 。采用综合机械化全高度挖掘技术。

Fenfeng煤田地层的形成在年龄(从旧到新的)古生代寒武纪、奥陶纪(水丰富的承压含水层)的Carboniferous-Permian(煤层)、侏罗纪、早第三纪、晚第三纪。

3.2。治疗的方法在水压力下深煤层的安全开采

2014年7月25日,突水事故发生在2306号Wutongzhuang矿井工作面,和水侵量的峰值达到11264米<年代up>3/小时。煤炭开采之前,大量的钻井勘探和灌浆工程启动实施使用浅地下楼加固技术( 28]。灌浆钻孔几乎覆盖整个工作面地板上。高密度的水井和规模的项目是从未见过类似的情况,但突水事故仍然无法避免。

这个事故的原因分析表明,突水通道是一个深埋paleosinkhole,虽然paleosinkhole的顶部是100多米远的地方,煤层,和现有的治疗方法应用于浅层开采情况下是无效的。当时,纬向超前注浆方法刚刚被应用于深部开采与一些成功案例。该方法引入完成6号和8号面板矿区先后。在对待工作的脸,地下勘探Yeqing和Shanfuqing石灰岩。结果表明,仍有许多水井水量很大的煤矿开采后流出;因此,切断液压的目标奥陶纪灰岩和薄灰岩之间的联系并没有完全实现。这表明纬向超前注浆方法仍有一些缺陷。

因此,灌浆方法在研究区得到改善,并补充项目设计。首先,奥陶系灰岩中的灌浆从单层双层灌浆,灌浆两薄层灰岩是补充道。其次,不同的定向钻粉灌浆钻孔设计在不同灌浆层,这样的探索和预防的多级模式形成的三维网络。这大大提高了勘探的精度和pale-sinkholes或大中型断层控制,所以洪水的风险可以被消除(图 7)。

项目完成后,验证物探和钻探的探索进行了再一次,和数字的水井涌水量显著降低。在一个小数量的异常的水井,灌浆是补充,直到异常消除。因此,实现了安全开采深层水压力。

3.3。技术深度水压力下安全开采

突水防治技术在深部开采形成了基于Wutongzhuang煤矿的成功经验,并广泛应用于阳东九龙,和兴东煤矿,取得了较好的结果。

这种技术提供了一个全面的预防突水含水层的奥陶系灰岩、薄灰岩在时间和空间域。在整个时间域,这种技术集成技术操作和质量控制的各个方面,从突水评价,预测,煤炭地板勘探,灌浆处理,灌浆检查、运行监控和质量保证。这种技术也有三维突水预防体系建设,包括表面和地下,多层和多级网络治疗,和双目标层检查在一个完整的空间域(图 3)。

奥陶系灰岩地层结构模型和石灰岩在煤层和薄煤层底板岩层的灌浆处理防止突水。

动态变化的突水涌入(a)和水压力(水位)(b)中描述的事故Wutongzhuang我的。

水数量和水位变化前后2228年观测钻孔突水兴东煤矿工作面。

奥陶系灰岩突水的机理,在深部开采薄石灰岩。

多级工作流图和三维区域治疗模式在深部开采煤层底板突水。

勘探和治疗项目的原理图在2602号Wutongzhuang开采的工作面。

 3.4。Wutongzhuang煤矿的应用 3.4.1。对水文地质条件的评估

的化学成分、结构、岩性组合和骨折在奥陶纪灰岩控制水轴承的特点。垂直,奥陶系灰岩可分为三个形态和八个间隔。其中,第三形成位于顶部,其厚度与相对浅埋藏103和丰富的水分。进一步勘探和评价后,下面的层-米和20 - 30米奥陶系石灰岩的顶面含有丰富的水,他们的理想层灌浆。

薄石灰岩含水层是异构的,其厚度从上到下逐渐增加,平均厚度的Yeqing Shanfuqing,和大庆灰岩是2.5米(5.4米)的最大5.5米,和5 - 6米(最多10 m),分别。评估后,这三个含水层都可以作为目标层钻孔和灌浆。和Yeqing Shanfuqing可以作为理想层地下灌浆结果的验证和补充注浆。

3.4.2。在三维网络综合勘探和治疗

(1)超前灌浆层从40到60 M奥陶纪灰岩顶面以下。根据设计,纬向超前钻孔灌浆在6号进行面板,包括完全2主要水井和25水平分支的水井在奥陶纪灰岩(图 8),分支钻孔计划和钻在一个鱼骨头的形状(coss-section如图 7),50 - 60米的钻孔间距。总共钻探钻孔的距离是21437米,井漏发生的24倍,共有34845吨水泥浆注入。纬向治疗后,岩溶裂隙顶部的奥陶系石灰岩含水层在6号面板有效密封。

(2)灌浆处理和验证Yeqing和Shanfu石灰岩。地球物理方法用于检测2602工作面。根据检测结果,17个验证孔设计总钻井长度2337米(coss-section见图 7)。然而,由于大量的水涌入许多水井钻探期间高水压力和高水温,额外的验证钻孔必须不断补充道。最终,106水井钻探总钻井长度12671米和998.77吨水泥浆注入。

地下的效果验证项目进行了复查。在70年最初的设计和施工,钻孔设计通过Yeqing钻Shanfuqing石灰岩和结束。蓄水层暴露的时候,大部分的水井有异常水大量和不正常的温度,和水在这些钻孔取样表明这些含水层水特征的奥陶系灰岩展出。这表明Yeqing和Shanfuqing含水层与奥陶系含水层。当钻孔穿过Yeqing石灰石、57 70钻孔有水。15的水井有水大量超过10米<年代up>3/小时,3水井有水大量超过60米<年代up>3/小时。最高水温为45.7°C,和水压力接近Yeqing含水层的最高水平。钻孔后Shanfuqing石灰石,67 70水井的水涌入,28水井有水流入超过10米<年代up>3/ h、6水井有水流入超过60米<年代up>3/小时。最高水温为45.9°C,和水压力接近Shanfuqing含水层的最高水平。

综合分析水文数据的验证漏洞和排水进行了测试数据。这表明Shanfuqing含水层仍然收到奥陶系灰岩水补给,和奥陶系灰岩含水层的垂直补给并没有完全切断治疗项目。因此,有必要进一步的补充治疗项目。

(3)补充注浆封的奥陶系灰岩和大庆Shanfuqing薄石灰岩。基于上面的灌浆处理,补充注浆的优化设计。层20 - 30米以下的奥陶系灰岩设计灌浆和交叉与现有的灌浆层,即。,- m低于奥陶系石灰岩的顶部。与水平分支钻孔在大庆和Shanfuqing带状排列设计,形成三维灌浆网络密集的探索和治疗。总共6主要水井和21个分支水井构造辅助项目,包括16个分支钻孔在奥陶系石灰岩,1分支井眼在大庆石灰岩,水井在Shanfuqing石灰岩(图4分支 8)。总共有23000.9米的钻探工作完成,7066.5吨水泥注入,井漏发生的20倍。灌浆体积最大的泄漏点是1126吨,和其他泄漏点的灌浆体积还不到1000吨。

3.4.3。测试和评估治疗的有效性

(1)评估薄石灰岩。在治疗之前,水井的数量与水大量占较大比重:Yeqing 106水井总数的69.8%,92.4% Shanfuqing,大庆的100%。治疗后证实水井的数量与水大量非常小,水体积小于10米<年代up>3/ h,薄的裂缝灰岩吃饱了,液压连接有效地切断。

(2)地球物理异常区域的钻探验证和评估。地区灌浆处理项目的完成后,8异常低电阻率的地区划定的地球物理方法消除,验证了地下开采。在采矿、排水试验之前进行Yeqing薄石灰石和证明薄石灰岩含水层水力联系是有效控制。

(3)不透水层的完整性和稳定性工作面下的地板上。的距离2号煤层Yeqing, Shanfuqing,大庆灰岩和奥陶系石灰岩37-42 m, 71 - 76, 107,和148,分别。层地层的岩石类型的不透水层中细砂岩、粉砂岩、页岩和泥岩,包含良好的可塑性和软岩渗流阻力和良好的抗变形性的硬岩石。不透水层具有良好的层完整性的原始状态。通过灌浆加固、岩石强度和地下蓄水层的稳定性也得到改善。

在隧道工作面,总共有5的缺点暴露,这都是正常的断层位移为0.7至4.2米。这些缺点都暴露和治疗通过7号到9号验证孔,和断裂带的耐水性得到加强。

(4)突水的风险评估。煤矿的突水风险的压力下在煤层突水系数2可以评估的情商。 2)根据国家规定。

带状灌浆后,60米奥陶系石灰岩的岩石可能被视为不透水层如上分析。因此,突水系数从0.072 MPa /米到0.0536 MPa /米,小于0.1 MPa / m的临界值所要求的规定。因此,煤矿操作是允许的。

(5)工作面涌水量的预测。在2602工作面开采,水从砂岩含水层以上2号煤层和薄煤层下石灰岩含水层二可以进入工作面采空区。使用类比法和水文地质分析方法,从屋顶正常涌水量岩石是26.5米<年代up>3/小时,水流入Yeqing和Shanfuqing石灰岩是60米<年代up>3/ h和35米<年代up>3分别/ h。总流入预计121.5<年代up>3/ h与最多240米<年代up>3/ h,这属于正常涌水量和安全由采矿作业。

(6)排水能力的工作面6号面板。有三个脱水系统总共6号矿区的面板,通过审核,系统的最大排水能力600米<年代up>3/小时,2.5倍的最大涌水量预计在上面的部分。脱水能力完全满足要求。

3.4.4。监控安全采煤方法

使用薄石灰岩含水层作为监测指标,三观察点的水井,三个长期观测孔,和脱水系统监控点装备在上部和下部之间的道路,分别形成一个动态水文地质监测系统。监测结果表明,在萃取没有异常发生

12个监视点的微震监测系统和两个监测变电站安装在上、下道路和断路器在工作面巷道。提取过程中,两个异常发生但没有水文地质异常

在提取的过程中,现有的矿山压力监测系统被用来专心监视涌水量的变化在第一次和周期性的支承压力和工作面长度和宽度时大约相同的情况下,作为一个补充系统监控从地板上的水流入地层

4所示。结论

通过理论研究突水机制和预防方法和系统的案例研究中,以下的结论是水压力下的深部开采:

有多维特征的水侵入深部开采煤层底板,包括水向上迁移受奥陶纪承压水、突水通道的平面分散,增加了突水流入,滞后突水的流动时间,交换和吸附水的质量

突水机制是澄清的渗透率、膨胀、破裂,并提升奥陶系灰岩含水层的水形成一个平面和扩散流的传输,存储和运输的薄石灰岩含水层。提出了相应的突水风险评价方法

基于隔水层的厚度,地板的失败深度和奥陶系灰岩水进行区高度,和突水系数、地面不透水层划分为五类:超薄,薄,中厚,厚,和超不透水层的形成。五个预防模型相应的提出了水压力下的安全开采

水灾害预防方法和全时空在深层煤矿建立立体的网络。案例研究表明,突水预防技术,包括地下大面积注浆和四维时空综合水灾害控制,可以达到一个很好的结果

数据可用性

图和表的数据用于支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

摘要部分由美国国家科学基金会支持的中国(51774136,51974126),在大学创新研究团队项目由中国教育部(IRT-17R37)。作者感谢张先生Jincai他的时间,他的洞察力提高这个手稿。

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