煤层底板突水综合监测技术及其应用
发布时间：2021-06-11 20:17
底板岩溶水害是华北型煤田较为普遍存在的问题,因其具有隐蔽性、突发性的特点,防治水工作面临巨大的问题和挑战,因此,底板突水监测预警已成为煤矿安全生产过程中的必要措施。底板水害的形成和发生都有一个从孕育、发展到发生的演变过程,在此过程的不同阶段,底板裂隙、岩层视电阻率等均会释放出对应的突水征兆,及时、准确、有效地采集这些信息,根据这些信息判别突水过程中的具体水文地质特征,为建立突水监测系统奠定了基础。根据突水三要素,在葛泉煤矿东井11916工作面,利用井–地–孔微震监测技术和视电阻率监测技术构建了底板突水综合监测系统,对引起突水的导水通道和水源2个要素进行实时监测。监测结果表明:正常情况下,11916工作面回采过程中底板破坏深度为20～25 m,但是在2019年9月14日工作面推进到中间巷道时,运料巷和中间巷来自顶板的压力对底板破坏的叠加作用,以及附近的陷落柱原有破裂,致使该位置底板破坏深度加大,达到30～35m,底板本溪灰岩水通过导水通道进入运料巷,底板出水2m3/h,从视电阻率监测结果中不难发现1个低阻异常体从底板下逐步向上发育的过程。利用井–地–孔微震监测技术和视电阻率监测技术构建的...
【文章来源】：煤田地质与勘探. 2020,48(04)北大核心CSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
“井–地–孔”微震监测定位原理
回采工作面视电阻率监测系统是专门用于监测煤矿顶底板裂隙带是否与含水层导通的仪器。工作原理如图2所示，在工作面2侧巷道顶板或者底板布置电极，一侧发射人工激发的电场，另一侧接收，2侧巷道全部接收和发射完成后，利用拟高斯–牛顿法对接收的数据进行全空间三维视电阻率反演，反演数据体为顶底板岩层中每个5 m×5 m×5 m网格的视电阻率值，利用多次监测结果，分析顶底板视电阻率的异常变化，并且对破坏裂隙的导水性进行判识，实现工作面水害风险的动态评估和预警。回采工作面视电阻率监测系统由地面服务器、通信分站、监测分站、数据传输电缆、电极、配套的数据采集与处理软件等组成[39]。
冀中能源股份有限公司葛泉矿东井设计生产能力为90万t/a，可采煤层为9号煤(底板标高为–128 m)，工作面布置采用走向长壁以及倾向长壁方式，综合机械化开采，11916工作面设计走向长度约1 080 m，倾向宽度约70 m，煤层呈单斜构造，倾角7°～21°，平均厚度5.5 m，两巷高差约20 m,11916运料巷西北侧是11915工作面采空区，如图3所示，工作面底板至本溪灰岩间距平均约20.3 m(图4)。隔水层岩层结构以铝土质粉砂岩、中细粒砂岩、粉砂岩为主，阻水性能中等。工作面底板至奥陶系灰岩含水层的隔水岩层厚度为36.0～43.6 m，平均41.1 m。隔水层岩性组合以粉砂岩、细砂岩、中细砂岩、灰岩和铝土质粉砂岩为主，其中，粉砂岩、细砂岩占总厚度的47.5%左右；可塑性比较强的铝土质软岩类厚度占总厚度的32.7%左右，本溪灰岩厚度约占总厚度的19.8%。这种软硬相间且具有一定厚度的隔水层结构在未受构造破坏的情况下，具有较好的阻水性能。赋水性中等、厚度较薄的本溪组岩溶裂隙含水层(简称“本灰”)以及赋水性好、巨厚层状奥陶系岩溶裂隙含水层(简称“奥灰”)是工作面的主要含水层，其中奥灰岩溶水是矿井主要水害防治对象。9号煤底板隔水层将承受1.71～2.21 MPa的奥灰水压，计算得出该工作面突水系数为0.047～0.061 MPa/m，工作面存在底板岩溶突水威胁。图4 9号煤层底板水文地质综合柱状示意图
【参考文献】：
期刊论文
[1]井–孔联合微震技术在工作面底板破坏深度监测中的应用[J]. 段建华,闫文超,南汉晨,张庆庆,樊鑫. 煤田地质与勘探. 2020(01)
[2]基于充水要素的矿井水害类型三线图划分方法[J]. 虎维岳,赵春虎. 煤田地质与勘探. 2019(05)
[3]深厚煤层开采底板变形特征的光纤监测研究[J]. 张平松,翟恩发,程爱民,许时昂,孙斌杨. 地下空间与工程学报. 2019(04)
[4]矿井并行电法技术体系与新进展[J]. 刘盛东,刘静,戚俊,曹煜,吕荣其. 煤炭学报. 2019(08)
[5]基于微震监测的董家河煤矿底板突水通道孕育机制[J]. 原富珍,马克,庄端阳,王振伟,孙兴业. 煤炭学报. 2019(06)
[6]煤矿底板突水定量预警准则及预警系统研究[J]. 刘德民,尹尚先,连会青,赵东云. 煤炭工程. 2019(04)
[7]矿井电法在煤层采动破坏和水害监测中的应用进展[J]. 鲁晶津,王冰纯,颜羽. 煤炭科学技术. 2019(03)
[8]微震监测技术在矿井水害防治中的研究进展[J]. 陈歌,孙亚军,徐智敏,刘钦,冯琳. 金属矿山. 2019(01)
[9]超大采高工作面顶板电阻率监测可行性试验[J]. 鲁晶津,李德山,王冰纯. 煤田地质与勘探. 2019(03)
[10]煤矿顶板岩体微震分布规律研究及其在顶板分带中的应用——以董家河煤矿微震监测为例[J]. 程关文,王悦,马天辉,唐春安,陈通,马克. 岩石力学与工程学报. 2017(S2)
本文编号：3225212
【文章来源】：煤田地质与勘探. 2020,48(04)北大核心CSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
“井–地–孔”微震监测定位原理
回采工作面视电阻率监测系统是专门用于监测煤矿顶底板裂隙带是否与含水层导通的仪器。工作原理如图2所示，在工作面2侧巷道顶板或者底板布置电极，一侧发射人工激发的电场，另一侧接收，2侧巷道全部接收和发射完成后，利用拟高斯–牛顿法对接收的数据进行全空间三维视电阻率反演，反演数据体为顶底板岩层中每个5 m×5 m×5 m网格的视电阻率值，利用多次监测结果，分析顶底板视电阻率的异常变化，并且对破坏裂隙的导水性进行判识，实现工作面水害风险的动态评估和预警。回采工作面视电阻率监测系统由地面服务器、通信分站、监测分站、数据传输电缆、电极、配套的数据采集与处理软件等组成[39]。
冀中能源股份有限公司葛泉矿东井设计生产能力为90万t/a，可采煤层为9号煤(底板标高为–128 m)，工作面布置采用走向长壁以及倾向长壁方式，综合机械化开采，11916工作面设计走向长度约1 080 m，倾向宽度约70 m，煤层呈单斜构造，倾角7°～21°，平均厚度5.5 m，两巷高差约20 m,11916运料巷西北侧是11915工作面采空区，如图3所示，工作面底板至本溪灰岩间距平均约20.3 m(图4)。隔水层岩层结构以铝土质粉砂岩、中细粒砂岩、粉砂岩为主，阻水性能中等。工作面底板至奥陶系灰岩含水层的隔水岩层厚度为36.0～43.6 m，平均41.1 m。隔水层岩性组合以粉砂岩、细砂岩、中细砂岩、灰岩和铝土质粉砂岩为主，其中，粉砂岩、细砂岩占总厚度的47.5%左右；可塑性比较强的铝土质软岩类厚度占总厚度的32.7%左右，本溪灰岩厚度约占总厚度的19.8%。这种软硬相间且具有一定厚度的隔水层结构在未受构造破坏的情况下，具有较好的阻水性能。赋水性中等、厚度较薄的本溪组岩溶裂隙含水层(简称“本灰”)以及赋水性好、巨厚层状奥陶系岩溶裂隙含水层(简称“奥灰”)是工作面的主要含水层，其中奥灰岩溶水是矿井主要水害防治对象。9号煤底板隔水层将承受1.71～2.21 MPa的奥灰水压，计算得出该工作面突水系数为0.047～0.061 MPa/m，工作面存在底板岩溶突水威胁。图4 9号煤层底板水文地质综合柱状示意图
【参考文献】：
期刊论文
[1]井–孔联合微震技术在工作面底板破坏深度监测中的应用[J]. 段建华,闫文超,南汉晨,张庆庆,樊鑫. 煤田地质与勘探. 2020(01)
[2]基于充水要素的矿井水害类型三线图划分方法[J]. 虎维岳,赵春虎. 煤田地质与勘探. 2019(05)
[3]深厚煤层开采底板变形特征的光纤监测研究[J]. 张平松,翟恩发,程爱民,许时昂,孙斌杨. 地下空间与工程学报. 2019(04)
[4]矿井并行电法技术体系与新进展[J]. 刘盛东,刘静,戚俊,曹煜,吕荣其. 煤炭学报. 2019(08)
[5]基于微震监测的董家河煤矿底板突水通道孕育机制[J]. 原富珍,马克,庄端阳,王振伟,孙兴业. 煤炭学报. 2019(06)
[6]煤矿底板突水定量预警准则及预警系统研究[J]. 刘德民,尹尚先,连会青,赵东云. 煤炭工程. 2019(04)
[7]矿井电法在煤层采动破坏和水害监测中的应用进展[J]. 鲁晶津,王冰纯,颜羽. 煤炭科学技术. 2019(03)
[8]微震监测技术在矿井水害防治中的研究进展[J]. 陈歌,孙亚军,徐智敏,刘钦,冯琳. 金属矿山. 2019(01)
[9]超大采高工作面顶板电阻率监测可行性试验[J]. 鲁晶津,李德山,王冰纯. 煤田地质与勘探. 2019(03)
[10]煤矿顶板岩体微震分布规律研究及其在顶板分带中的应用——以董家河煤矿微震监测为例[J]. 程关文,王悦,马天辉,唐春安,陈通,马克. 岩石力学与工程学报. 2017(S2)
本文编号：3225212
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