保水开采

摘要： 区段煤柱参数对相邻采空区间的水力联系具有显著影响,而在煤矿地下水库设计时,区段煤柱参数的确定缺乏科学理论支撑。针对上述问题,以万利一矿4-2煤盘区区段煤柱为研究对象,根据区段煤柱侧向支承压力演化规律设计煤(岩)样渗流试验,获得煤(岩)样渗透率随垂直应力的变化函数,揭示了采空区多孔介质渗透率的分布规律。在此基础上开展了区段煤(岩)柱水渗流特性的CFD数值计算,结果表明:随着采空区水位的降低、煤柱宽度的增大,采空区水流动范围和流动速度均不断减小,水位18.65、28.65、38.65 m条件下采空区水进入相邻采空区的临界煤柱宽度分别为30、50、70 m;当区段煤柱宽度小于10 m时,采空区水可以在底部煤层绕过弹性核区进入相邻采空区;当煤柱宽度超过20 m时,采空区水不能通过底部煤柱进入相邻采空区。

摘要： 随着煤矿绿色开采技术的成熟应用,我国矿区的生态环境得到了明显改善,特别是西部生态脆弱矿区的生态环境实现了正向演替。因此为了量化衡量矿区生态环境的改善效果,反映绿色开采技术对矿区生态环境恢复的作用,基于绿色开采中的保水开采技术,提出了一套以保水开采技术为基础的矿区生态环境评价指标体系。在该评价体系中,采用较为客观的熵权法来对各个指标进行赋权以减少指标赋权时的专家主观性,并且为了兼顾评价信息的随机性与模糊性,采用能够描述信息随机性与模糊性的云模型理论作为建模基础,构建了一套以熵权法和云模型为基础的保水开采生态环境评价模型。该模型能够量化给出保水开采技术对矿区生态环境的改善效果,达到对以保水开采技术为主的矿区生态环境评价的目的。另外,通过实地调研选择神东矿区的哈拉沟煤矿为例,借助本评价模型对哈拉沟矿区生态环境进行评价并对本评价模型的合理性进行验证。结果表明:哈拉沟矿区的生态环境水平位于评语级“优”与评语级“良”之间,总体处于一个较好水平,和哈拉沟矿区生态环境状况相一致,从而验证了本评价模型的合理性;但通过评价云图也可看出评价结果偏向“良”的评语级,也反映了哈拉沟煤矿的生态环境状况还有提升空间,并结合分析结果给出了矿区后期应注意塌陷面积和塌陷深度等方面的改善建议。研究表明:本评价模型能够客观地对保水开采技术实施后的矿区生态环境水平进行量化评价,并能够给出矿区生态环境改善的建议,以达到科学利用保水开采技术,实现矿区生态环境良性发展的目的。

摘要： 岩层采动裂隙是破坏覆岩含水层威胁井下安全生产的直接原因,也是工作面推过后,地表持续下沉变形及生态累积影响的根源。为了解当前覆岩裂隙发生机制、演变规律、研究方法及生态影响与治理进展,实现资源开发与矿区环境的协调、可持续发展,阐述了采动裂隙演化规律与生态治理技术发展现状。介绍了煤矿采动裂隙的形成过程、裂隙类型、研究方法、监测手段及研究发展趋势;从开采影响的空间特征方面,从依覆岩裂隙、底板裂隙与地表裂缝3方面分类介绍了裂隙/裂缝演化规律及分布特征,重点分析了深部开采与我国西部沟壑区高强度开采地表裂缝形成的力学机制;探究采动裂隙在保水开采、煤与瓦斯共采方面的应用及生态治理技术,并给出基于开采参数优化的源头减损技术、覆岩承载结构稳定性维持减损技术、变形调控减损技术、覆岩离层注浆减损技术、采复一体化技术、土壤改良与植物修复技术、采煤沉陷区综合修复技术等,实现采煤同时兼顾对地下水、瓦斯、矸石等资源的合理利用与地表建筑及生态环境的保护。分析认为,采动裂隙多种方法综合运用、力学演化机制及量化描述、深部多物理场耦合、探索新应用领域及控制研究、厘清采动损伤科学内涵及评价方法、明晰矿区生态修复的科学理念、构建采动损伤与生态保护相协调智能化调控系统等将是未来亟需研究的关键科学问题。

摘要： 义棠煤矿9号、10号煤层埋藏深、带压大,存在奥灰水突水的可能,给100602工作面的安全开采带来严重影响。通过理论计算、数值模拟和现场实测等手段对底板破坏深度进行确定:理论计算确定工作面斜长为70 m时,底板破坏深度范围为9.56~11.61 m;工作面斜长为140 m时,底板破坏深度范围为14.53~17.26 m。数值模拟确定工作面斜长为70 m时,底板破坏深度范围为8.3~9.6 m;工作面斜长为140 m时,底板破坏深度范围为16.2~17.3 m。在现场实测中,工作面实际采高为5.4 m,工作面斜长为140 m,测得底板破坏深度范围为17.10~17.58 m。奥灰水系距离工作面底板30 m左右,可以实现保水开采。

摘要： 孟加拉国Barapukuria矿水文地质结构复杂,矿井水害、冲击地压和采空区自燃等多种灾害并存,严重影响矿井安全生产。在分析矿井地层构造和水文地质条件基础上,开展孟巴矿厚煤层分层开采对覆岩结构影响。运用UDEC模拟不同开采高度对结构关键层破坏情况,分别计算3 m和5 m开采高度覆岩结构和垂直应力演化规律。实践表明,通过在孟巴矿应用分层开采,控制开采高度,可实现开采工作面顶板能量分次释放,有效避免应力集中,保证覆岩结构关键层的稳定性;可控制覆岩破坏范围,抑制导水裂隙带发育高度,防止LDT隔水层被击穿,有效保证底板水分次疏放。研究结果显示,孟巴矿厚煤层分层开采高度小于5 m,可满足开采后结构关键层的稳定性,降低矿井灾害影响。

摘要： 煤炭是我国支柱性不可再生能源之一,其总量在长久的开采作业中持续下降,逐渐成为了紧缺资源。并且,矿山开采作业往往伴随着较为显著的环境污染,其作业环境也具有一定的危害性,与我国社会的可持续发展原则相悖。基于此,结合当前矿山开采的现状,重点分析了在煤矿开采作业中应用绿色开采技术的优势及具体策略,同时提出数条优化煤矿开采作业的措施,希望能够促进煤矿企业的绿色发展。

摘要： 为满足煤水共采相似模拟试验材料对物理、力学、水理等性质的特殊要求,以石英砂、重晶石粉和滑石粉为骨料,以C325白水泥为粘结剂,以硅油为调节剂,使用电动平板夯振动压实成型,研发了一种低强度、吸水率可调、遇水不崩解且容易制作的新型煤岩体流固耦合相似材料。通过正交试验、极差分析法和方差分析法获取了材料的各类参数及影响规律,试验结果表明,材料密度可控范围为1.87~2.21 g/cm^(3),单轴抗压强度可控范围为0.75~5.24 MPa,弹性模量可控范围为117.76~505.05 MPa,吸水率可控制在1.85%~23.55%,各参数可通过石英砂含量、重晶石粉含量、水泥含量和硅油含量进行精确调节。采用该材料开展了多煤层开采煤矿地下水库模拟试验,试验中煤柱坝体裂隙发育与现场情况一致,离层裂隙和采空区具有较强的储水效果,而区域垂向裂隙导水效果更明显,验证了该材料的可行性与适用性。

摘要： 榆神矿区是陕北煤炭基地建设的核心地区,矿区地处沙漠边缘,水资源贫乏,浅埋煤层开采对浅层地下水影响显著,并造成水位下降和生态环境变化。榆树湾煤矿是榆林能源集团榆神煤电公司的主力矿井,核定生产能力1 000万t/a,近年来矿井涌水量一直保持在800 m^(3)/h以上,目前地表水对矿井涌水危害不大,影响矿井涌水的因素是采空面积和开拓长度的增大,采掘破坏影响的顶板含水层向矿井充水通道变多,导致矿井涌水量逐渐增大。分析矿井水文地质条件、矿井充水因素,矿井涌水量与大气降水、采掘面积等因素的关系,提出从区域上研究水文地质条件,分析矿井涌水量持续来源的途径,建立矿区地下水动态、井下出水点监测系统,采取一系列保水措施,从根本上解决矿井涌水量较大的难题,促进煤矿产能提升,服务绿色矿区建设。

摘要： 煤炭是我国能源安全的压舱石,在保障煤炭资源开发安全的前提下,最大程度地实现对水资源的保护,是黄河流域煤炭工业高质量发展面临的重大科学难题.以鄂尔多斯盆地侏罗系煤田为背景,对不同水文地质和采矿条件下覆岩结构类型、导水裂缝带发育规律、地表裂缝分布特征、采动隔水层稳定性以及疏控水方案等方面进行了系统研究.针对厚基岩浅层地下水保护,监测分析了导水裂缝带与地表裂缝发育特征及其连通性,研究了保证隔水层稳定性的保水开采技术;针对浅埋薄基岩厚土层条件下的地表水体保护,探讨了黏土隔水层对导水裂缝带的抑制作用和采动影响下的阻水特性,研究了基于采动黏土阻水效应的保水开采技术;针对深部多重高压含水层,提出了"先疏后采与边采边疏相结合"的疏控水技术,实现了安全开采前提下的最大程度的对水资源的保护.

摘要： 为降低煤矿开采对周围生态环境的破坏程度,达到资源开采相互之间及与生态环境相协调的一种状态,提出了开采和生态保护为一体的现代煤炭开采生态保护系统和技术体系.在阐述绿色开采概念的延伸和补充的基础上,对涉及关键层岩层控制理论与隔水层重构理念进行了论述,构建了煤炭绿色生态开采技术体系和框架,并重点介绍了海绵矿井技术、煤泥水处理技术、矸石零排放技术以及废弃矿井利用技术.分析认为,要实现绿色生态开采,必须提前布局,优化设计、统筹考虑、提高资源综合利用技术,以确保煤炭绿色生态开采的健康持续发展.

摘要： 本文以乌兰木伦矿12403工作面为研究对象,在其地质剖面图上选取覆岩厚度不同的两个区域,运用实验室相似模拟实验,研究了工作面推进过程中覆岩厚度的不同对保水开采的影响,实验结果表明当覆岩厚度较大时,开采过程中上覆岩层内的竖向导水裂隙带不会扩展至第四系的含水层,从而实现保水开采.

摘要： 介绍了绿色保水开采技术在哈拉沟煤矿的应用,哈拉沟煤矿浅埋深、薄基岩、富含水的厚松散层条件,在开采过程中顶板岩石的破断必然波及上覆潜水含水层,造成地下水资源流失与突水事故,给自然环境与矿井安全生产带来严重危害.在这种地质条件,哈拉沟煤矿采用保水开采技术,让上覆潜水含水层经导水断裂带渗流入采空区,采空区转移储存地下水并利用采空区矸石吸附过滤净化方法,使水质指标达到井下生产用水标准,实现水资源转移储存和井下水复用,为煤矿保水开采技术提供参考.

摘要： 陕北侏罗纪煤田煤炭资源富集,正在建设陕北、神东2个大型煤炭基地,但矿区生态环境脆弱,区内唯一具有供水意义和重要生态价值的含水层位于煤层之上,研究揭示了区合理生态地下水位埋深为1.5～5.0 m,煤层开采的导水裂隙导致地下水位下降,表生生态退化,控制地下水位是生态脆弱矿区科学开采的核心。开采实践和室内模拟实验表明,当煤层上覆隔水岩组厚度≥33～35倍采高时,煤层开采不会导致地下水位下降；煤层上覆隔水岩组厚度≤18倍采高时,煤层开采会破坏隔水层,导致水位下降；18～35倍采高时,可采取“限制采高”等措施实现保水开采。以控制地下水位为目标,以采动隔水层稳定性分区为基础,以采煤方法规划为手段的开采方法是生态脆弱矿区煤炭资源科学开采的有效途径。

摘要： 针对我国部分金属矿山矿体上覆存于厚大的第四系岩层中,近矿围岩为奥陶系灰岩、井下涌水量大,地表有村庄、农田不允许塌陷,尾矿库已饱和等复杂的开采环境,提出了符合金属矿山绿色开采理念的技术措施:①保水开采技术,提出了地表井下联合以帷幕注浆为主的外截内排的防治水方案和近矿帷幕注浆技术;②无沉降充填开采技术,采用理论计算、经验公式及计算机模拟等手段,提出了一套矿柱留设及稳定性计算方法,并采用空场采矿嗣后充填法,利用尾砂胶结料及时对空区进行充填,为采空区顶板和注浆帷幕的稳定性提供保障,避免地表塌陷;③研制了一种适合2种进料方式的地表充填站和大产能充填系统,将采掘过程中所产生的废石和选厂排放的尾砂充填至采空区,不但解决了废弃物堆放问题,而且阻止了空区顶板冒落,保护了矿区地表环境.上述技术措施应用结果表明:①井下正常涌水量大大减少,节省了排水费用且保护了地下水资源;②采用的空场采矿嗣后充填采矿法避免了地表塌陷,减少征地及迁村的费用,同时回采率得以提高;③选用尾砂作为充填料,有效解决了尾砂堆放的问题.

摘要： 浅埋煤层特殊保水开采区的保水开采方法是当前采矿界的技术难题，也是实现浅埋煤层保水开采的关键。采用局部充填方法保障采空区项板隔水层的稳定性，是实现浅埋煤层特殊保水开采的有效途径。本文利用物理相似模拟实验，揭示了局部充填长壁开采的项板垮落规律和稳定性，论证了合理的充填宽度与间隔宽度，为局部充填保水开采的进一步研究提供了基础。

摘要： 以基岩厚度在30 m以下及土层在25 m以下的砂土基型浅埋煤层为研究对象,分别采用岩体破裂过程分析(RFPA2D)系统及物理相似模拟试验,观测工作面连续推进距离与顶板断裂带高度的关系.试验结果表明,以顶板裂隙之上红黏土隔水层厚度不小于8～15m作为地下潜水在开采中水位不下降标准,则当采高为2m时,工作面留煤柱开采保持厚8.0m的黏土层隔水性不受影响的保水安全推进距离应为42～50m.

摘要： 以榆神矿区榆卜界煤矿为例,论述了基于生态水位保护的浅埋煤层开采的工作面参数.榆卜界煤矿主采2-2煤层,平均厚度5.8m,埋深110m.开采系统采用长壁布置,开采条带中部开掘切眼.工程实践表明,采用"采12留8"的开采方式,基岩的稳定性可以得到保证,生态水位可得到保护.

摘要： 晋陕蒙接壤的榆神府区已成为我国重要的原煤生产基地,2009年原煤产量2.11亿t,每年以30Mt以上的速度递增.该区地处沙漠生态脆弱区,宝贵的地下水赋存于煤层之上浅部的萨拉乌苏组中,隔水岩组厚度小,煤层开采导致地下水渗漏,诱发地下水位下降、生态环境问题突出、社会矛盾凸显.研究发现榆神府区植被对地下水水位埋深具有很强的依赖性,合理生态水位埋深为1.5～5.0m,控制地下水水位是陕北保水开采的核心.通过室内模拟实验研究和开采实践,揭示了采动导水裂隙发育的基本规律,建立了煤层覆岩隔水性判据,为进行保水开采分类控制提供了科学依据.根据陕北隔水岩组性质和4～6m采高条件,基于覆岩隔水性,提出当煤层上覆隔水岩组厚度大于33～35倍采高时,长壁开采不会导致地下水位下降;煤层上覆隔水岩组厚度小于18倍采高时,煤层开采会破坏覆岩隔水性,导致水位下降;当隔水岩组为18～35倍采高时,可采取"限制采高"等措施实现保水开采.论文提出以控制地下水水位为目标,以隔水岩组采动隔水性判据及其保水开采分区为基础,以采煤方法规划为手段的开采方法是榆神府生态脆弱区煤炭资源科学开采的有效途径.

摘要： 隔水层的采动稳定性模拟是开展煤层采动水土流失规律和保水开采控制研究的关键,隔水层相似材料的研制与配比变化规律研究是隔水层稳定性模拟的基础和前提.针对黏土隔水层物理力学特性及水理性,选取多种原料进行正交试验对比,得出硅油是最佳的低强度非亲水胶结剂,而凡士林为最佳的塑性变形的胶结剂,黏土对强度、塑性以及水理性都具有显著影响.通过强度、塑性和水理性的配比试验,可以模拟隔水层的应力-应变全程相似和水理性相似的"固-液"耦合模拟材料配比,解决隔水层塑性和水理性模拟难题.根据榆树湾煤矿地质原型,进行长壁工作面开采的"固-液"耦合相似模拟试验,验证相似材料配比的可行性,实现塑性隔水层的相似模拟,发现影响隔水层采动稳定性的关键因素是上行裂隙和下行裂隙.

摘要： @@澄合矿区位于渭北石炭二叠纪煤田中段，远景煤炭资源量68亿t，现有生产矿井8处，其中澄合矿务局4处，地方煤矿4处，生产能力420万t/a。根据规划，在今后6年内将建成12处矿井，使原煤产量达到1980万t/a（后期目标3000万t/a），成为陕西省重要的原煤产地。

摘要： 本发明涉及模拟保水开采效果技术领域，具体的说是一种用于模拟保水开采效果的实验装置，包括套筒、保水结构、紧固结构、顶板、防护结构及导液孔；通过紧固结构利于使套筒插入模拟煤层内部，对套筒进行支撑，利用紧固结构对煤层气开采管道进行导向支撑，利于开采管道稳定进入煤层内部进行煤层气的模拟开采，通过保水结构对煤层内部进行支撑加固，防止模拟煤层出现断裂、塌陷状况，利于煤层内部的保水，通过调节保水结构，利于保水结构滑动调节位置进行煤层气内部不同位置的保水效果试验，提高试验的真实性，利于运用于煤层气真实开采中的提高保水效果，通过保水结构和防护结构的配合使用，利于对保水结构进行注油润滑。

摘要： 本发明公开了一种控制顶板含水层破坏的保水开采装置，其包括巷道架体、顶紧调节组件、顶紧支撑件以及顶板注浆组件；所述巷道架体置于巷道中，以便与所述巷道之间构成调节空间，所述调节空间沿着巷道的走向延伸；所述调节空间中布设有多个固定在巷道架体上的顶紧调节组件，且相邻两个所述顶紧调节组件之间设置有所述顶紧支撑件，用于顶撑所述巷道顶板；且，每个所述顶紧调节组件的顶部均顶撑有所述顶板注浆组件，所述顶板注浆组件能够向顶板深层进行注浆保水，从而提高了巷道顶板的强度。

摘要： 本发明公开了一种带渗流装置的保水开采“声发射‑红外辐射”实验系统，包括实验模具、双向加载系统、渗流测试系统、声发射监测系统、红外监测系统和数据采集系统，模拟现场实际地层情况制作模型，通过对模型轴向和侧向加压和前后侧固定约束，还原煤层开采时的三向应力状态，渗流测试系统对模型注水模拟采动覆岩中水的渗流特征，声发射监测系统能够监测模拟地层破裂过程中的声发射信号，红外监测系统能够监测实验过程中模型表面温度变化，数据采集系统能够对实验过程中的压力、位移、流量、声发射振铃数以及温度等数据进行实时记录。本发明可以直接观测采动全过程中覆岩及隔水层的裂隙发育及渗流特征，可为研究保水开采及隔水层再造提供基础。

摘要： 本发明涉及水位监控技术领域，具体的说是一种保水开采用的地表水位实时监控装置，包括防护机构、清理机构、监控机构、调节机构及参照机构；监测机构的侧壁设有防护机构，在监测水位的时候实现了对监控机构进行防护，避免有波浪时监控机构周围的水晃动，保证周围水的稳定性，利于读出监控机构数据的准确性，同时监控机构可拆卸、防护机构可收缩，方便收纳、搬运；监控机构的侧壁滑动连接有参照机构，可以换茬参照机构在监控机构侧壁的位置，通过人工或者电子的手段快读的辅助读出水位数据；监控机构的侧壁安装有清理机构，反复推动防护机构，转动清理机构实现清理机构与监控机构抵触，实现了对监控机构侧壁的青苔杂物进行清理，利于下次读出数据。

摘要： 本发明涉及煤层开采技术领域，具体的说是一种用于模拟倾斜煤层保水开采效果的实验装置，包括底座、活动机构、操作机构、实验机构、限位机构和调节机构；使用时，将操作机构设于底座的顶部，通过一系列的齿轮传动，方便实现对操作面角度的调节，从而便于研究煤层倾斜分布时的变化规律；将实验机构设于操作机构上，通过设有两组实验机构，方便实现对照实验，提高实验的准确性，此外，通过两组齿轮传动，方便对化学药剂进行定量的添加，避免添加的不均，进一步提高实验的准确性；进一步的，将限位机构安置于实验机构上，通过限位机构对实验机构的辅助限位作用，进一步的方便实验机构的使用。

摘要： 本发明为一种重复采动条件下膏体充填围岩控制与保水开采方法，通过设置单体液压支柱对条带采空区的顶板围岩进行主动支撑，使得充填体也会对顶板围岩主动支撑，减小甚至克服原不可控下沉；通过清除部分松弛区，并保留一定宽度的松弛区，既能提高覆岩控制效果，又能保证条带煤柱回采巷道利于掘进与支护；将上煤层的回采巷道布置于下煤层条带采空区中部上方的应力释放，利于掘进与维护；设置充填穿层孔简化充填管路工程量，减小膏体充填对于下煤层矸石充填工作的干扰，且通过矸石充填与膏体充填相混合，使得矸石不用上井；采用仰斜开采，提高了矸石的投放速度以及膏体的流动速度，使得膏体材料完全接顶。

摘要： 本发明提供了一种浅埋煤层的保水开采方法，包括如下步骤：S2通过地表裂缝确定覆岩中导水裂隙位置，划定封堵区域；S3利用冻结法在划定的封堵区域封堵导水裂隙；S4通过注浆法对隔水层的导水裂隙进行修复。本发明方法提供了一种新的保水开采方法，针对浅埋高强度开采煤层，在不减少资源采出的基础上，通过对于覆岩破坏规律的研究，提出了一种先利用冻结法封堵再利用注浆法修复的保水开采方法。相较于直接进行注浆，本发明不但减少了在采动期间对含水层的破坏，而且还利用覆岩的自修复过程减少注浆量降低了成本，是一种适用于我国西部矿区的保水开采方法。

摘要： 本发明涉及一种浅埋煤层保水开采与地下水库构建一体方法，创造性的提出对采空区垮落带部分充填以减小对含水层的损伤，并给出了一种采空区垮落带部分充分方法，在液压支架后面的煤层底板上沿倾向成列铺设一层II或III形预制块，采用预制块且包含充填腔体保证施工效率且施工轻便，而充填腔体充填后还能够保证强度；将充填施工区域设置在回风巷道，可以提高施工效率，减小与采煤的干扰，并可利用自重实现一定的自流；而设计的特殊结构的轨道可以大大提高预制块的铺设效率，减小劳动量。与此同时，铺设的预制块形成底板隔水层、结合对周向煤壁的防水处理，最终在圆台状的导水裂隙区内形成一个地下水库，实现保护开采与地下水库构建一体。

摘要： 本发明涉及煤矿开采模型试验技术领域，特别涉及可模拟煤层保水开采与岩层运动的阵列式试验系统及方法，包括反力框架、基座和回采装置，所述回采装置与所述基座之间设有密封结构，所述回采装置包括：回采辅助台，安装在所述基座下部；若干回采模拟单元，阵列布置在所述回采辅助台上，所述回采模拟单元包括导向机构、支撑板和螺杆，所述螺杆与所述支撑板转动连接；其中，所述螺杆配置有驱动且与所述回采辅助台螺纹配合，所述导向机构与所述回采辅助台滑动连接，所述驱动安装在所述导向机构，在所述驱动的作用下，所述螺杆、所述驱动及所述导向机构同步升降；本发明能够试下定量模拟、给定变形模拟以及保水开采模拟。

摘要： 本发明提供了一种矿井保水开采技术。矿井保水开采技术包括：在地表上向下施工钻孔，直至钻孔后形成的第一通孔与地表以下的含水层连通；通过第一通孔向含水层内注入冷冻液，以使含水层冻结，在间隔预设时间段后，检测含水层的冻结情况；在含水层的冻结情况满足预设要求时，对工作面进行开采；其中，冷冻液为液氮或者液态二氧化碳。本发明有效地解决了现有技术中针对含水层内水液的处理方式影响矿井开采安全性的问题。