当期目录

2022年 第43卷 第4期 刊出日期：2022-08-25

  

底板太灰控水边界演化的动态精细评价与引流疏降治理

孙亚军, 赵先鸣, 徐智敏, 张成行, 张金陵

2022, 43(4):  1. 

摘要 ( 49 )  

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随着我国东部矿区开采水平逐步向深部转移，受构造、岩溶发育、底板高承压水等静态因素及已有的底板注浆工程、开采工程等人为动态因素扰动，深部采区的水文地质边界与充水含水层的补、径、排特征已经发生巨大改变，给矿井深部采区的安全生产造成重大威胁。以我国东部矿区的城郊煤矿为例，根据矿井内主要控水的分布特征与导水性、底板灰岩含水层的岩溶发育程度等静态因素，将矿井划分为若干个相对独立的水文地质区块，并针对各个区块的水文地质条件、开采方式和水害特征，结合采掘工程进度、底板注浆改造范围、含水层水位监测和不同时段疏降流场等时空动态演化因素，总结人为边界的形成与演化过程，提出了开采过程中矿井水文地质区块化、精细化划分与主要充水含水层富水性动态评价的模式与方法；综合分析城郊煤矿典型水文地质区块的主要控水构造的实际揭露情况、井下放水试验成果以及25个典型工作面施工的2 878个钻孔监测数据，发现了水文地质特征随着开采过程发生巨大改变的演化规律，揭示了矿区受断层边界和人为边界控制的区块化特征及其差异。研究形成了超高承压底板太灰水的“动态引流”疏水降压关键技术，达到了降低水压、平衡水量、消除突水隐患的目的。该技术通过城郊煤矿21304、22006工作面的试采获得了成功验证，取得了显著的经济效益和社会效益。 

国内外煤炭地下气化试验及其对新疆煤炭地下气化的启示

韦波, 李鑫, 田继军, 弓小平, 王文峰, 贾超, 张紫昭, 侯孟芮,

2022, 43(4):  27. 

摘要 ( 36 )  

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开展新疆煤炭地下气化(UCG)工业化试验对于缓减能源供给缺口、发展洁净煤工业有重要促进作用。通过对国内外UCG试验进展进行梳理，分析了国内外UCG技术特点及其对新疆UCG技术的启示意义。结果表明：(1)国外UCG经历了初步理论研究、现场探索、浅层规模实验、控制后退注气点气化、深层煤炭地下气化等阶段。国内UCG经历了探索阶段、有井式气化和“长通道、大断面、两阶段”无井式气化、长通道钻井—压裂贯通—全生命周期监控发展等阶段；(2)新疆未来要强化特殊地质条件UCG炉址地质评价及指标体系精准构建，开展难采煤炭资源UCG试验，研发具有自主知识产权、规模化、适应新疆特殊地质条件的UCG工艺体系并重视生态环境保护与CO2利用，充分利用已有煤炭与煤层气勘探开发成果实施UCG工程；(3)新疆未来要筑牢煤气化与燃烧理论基础，加强科研基础建设，加强UCG研发组织。新疆具备开展UCG试验的资源条件，新疆UCG产业发展对保障我国能源安全具有重要的战略意义。

导水裂缝带研究概述

施龙青, 曲兴玥,

2022, 43(4):  36. 

摘要 ( 61 )  

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通过概述国外矿井水害防治研究历史和现状，阐明国外学者很少涉及顶板水害防治的研究。在系统地阐述“上三带”理论、“上四带”理论形成的历史背景和应用条件基础上，重点论述了相关规程或规范中导水裂缝带高度预计方法的不足之处，总结了导水裂缝带高度最新理论研究成果和探测技术，指出了顶板水害防治理论体系需要在实践中不断地完善。同时提出了顶板水害防治理论有待解决的主要问题，得出了我国顶板水害防治的理论和技术处于世界领先地位的结论。

基于粒子群优化随机森林的煤矿涌(突)水水源机器学习识别技术#br#

胡友彪, 琚棋定,

2022, 43(4):  52. 

摘要 ( 30 )  

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随着华北型煤田不断向深部开采，突水水源的威胁日益严重，涌(突)水事故不时发生。从宿南矿区的3种含水层中提取了120个水样，基于6个地下水常规离子数据，划分了100个训练集和20个测试集，采用粒子群算法对随机森林的参数进行优化，并结合随机森林建立了水源判别模型。研究结果表明，单一随机森林的测试集综合准确率为85%,粒子群优化的随机森林模型(PSO-RF)测试集水源判别综合精确度为95%。PSO-RF判别模型远高于传统的单一RF模型。因此，提出PSO-RF水源判别模型以提高识别精度有助于矿井水害精准预防与控制。

川东地区茅口组岩溶储层地震响应特征

赵虎, 冯艺丹, 罗鑫, 陈思锜, 韩嵩, 黄晓兵

2022, 43(4):  61. 

摘要 ( 35 )  

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四川盆地川东地区下二叠统茅口组岩溶储层由于岩溶发育规模较小，研究相对较少，岩溶储层地震响应特征认识不清，进而限制了茅口组的勘探工作。因此本文基于岩溶古地貌与地质背景，对典型地震剖面进行解释并建立相应模型进行波动方程正演模拟研究。概念模型表明，当岩溶储层发育距顶20 m以内时，表现为强振幅背景下的弱振幅特征，距顶大于20 m时，表现出振幅增强，“亮点”反射特征，并且这种特征随着厚度增大而变得更明显；典型剖面表明，川东地区岩溶储层发育主要表现为强振幅背景下的弱振幅特征，当断层与岩溶共同发育时，振幅减弱更加明显，有利于识别；当岩溶溶蚀作用较强时，剖面上表现为同相轴下凹，相干体上表现为弯曲、挠曲状，可能为水平层状溶洞的地震响应特征。结合岩溶古地貌及地质背景，认为该区强振幅减弱区和相干体上表现为挠曲状特征的区域为储层发育有利区。本文研究形成的岩溶地震响应特征，对于煤矿开采中岩溶水的防治同样具有参考价值，利用该方法可以预测岩溶水害潜在的区域，为预防底板茅口组灰岩岩溶水灾害提供科学依据。

煤岩物性及地质因素对嘉乐泉煤矿8号煤层瓦斯的耦合控制

王猛, 王继尧, 赵新卓, 张泽宇, 单雅迪, 闫一超

2022, 43(4):  70. 

摘要 ( 42 )  

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瓦斯突出是影响矿井安全生产的主要灾害之一，厘清其赋存规律是矿井开采的必要条件。为厘清西山煤田嘉乐泉煤矿8号煤层瓦斯地质特征及赋存规律，基于研究区钻孔录井信息绘制了瓦斯含量等值线图，并探讨了地质因素和煤岩物性对瓦斯含量的影响。结果表明：8号煤层瓦斯含量整体偏低，为低瓦斯矿井，其含量南北向呈带状分布，东西向集中连片分布，整体呈现北低南高特征；断裂不发育的宽缓单斜利于瓦斯富集；煤层埋深、上覆盖层厚度和顶底板封闭性顶底板岩性控制瓦斯含量的关键；岩溶陷落柱也为瓦斯提供了重要的富集空间。此外，煤层厚度和煤岩物性对8号煤层瓦斯含量也有一定影响，但体现的相关性较弱。研究结果对嘉乐泉煤矿8号煤层瓦斯防治工作有一定的参考意义。

煤矿导水裂隙带高度预测的PSO-SVR法及应用

乔伟, 韩昌民, 李连刚, 单景新, 周宇

2022, 43(4):  77. 

摘要 ( 45 )  

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导水裂隙带高度预测是煤矿水害防治工作中的核心内容之一。本文在分析影响导水裂隙带高度因素基础上，结合灰色关联度理论，选取煤层开采方式、覆岩结构、采高、埋深及工作面斜长5个影响因素进行关联度分析，构建了基于粒子群优化算法(PSO)——支持向量机回归(SVR)的导高预测模型，并将此模型应用于招贤煤矿1307、1304、1305三个工作面导高的预测。结果显示：通过对PSO-SVR导高预测模型与传统经验公式、基于相似条件矿井实测导高曲线拟合方法的预测效果进行综合对比，PSO-SVR导高预测模型预测结果与实测值最为接近，精度较高且准确率更高。研究可以为招贤煤矿及黄陇煤田的矿井水害防治提供理论和技术支撑。

基于改进多元回归模型与GIS的陕北凉水井矿井工作面涌水量预测

王档良, 房亚飞, 邓国伟, 高成跃, 司湘

2022, 43(4):  85. 

摘要 ( 29 )  

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工作面涌水量的准确预测是预防煤层顶板水害的关键。通过调查收集凉水井矿区14个工作面的实测涌水量数据，利用多元回归模型进行公式拟合，使用层次分析法(AHP)与熵权法(EWM)相结合的方式确定因素的权重，得到基于多元回归模型与层次分析法、熵权法结合的工作面涌水量预测方法。与其他涌水量预测公式(大井法、水文地质比拟法)相比，基于多元回归模型与层次分析法、熵权法结合的涌水量预测方法预测误差最小，平均误差仅为11.6%。以凉水井煤矿42201、42202、42203、42205工作面为例，进行工作面涌水量预测，取得较好的应用效果，进一步验证了公式的适用性与准确性。该方法可准确预测凉水井矿区工作面涌水量，可作为该矿区涌水量预测的一种新方法。

衰老矿区松散含水层下提高残煤资源开采上限研究

徐智敏, 陈天赐, 李剑锋, 陈忠胜, 罗武贤, 何也

2022, 43(4):  93. 

摘要 ( 53 )  

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我国东部衰老矿区浅部松散层普遍发育较厚，为避免松散层水害事故，矿井在煤层露头区普遍留设了防水煤柱，滞留了大量优质煤炭资源。各矿区经过长期开采，浅部松散含水层的水文地质条件发生了重大变化，为回收浅部块段大量残煤资源提供了可行性。针对衰老矿区长期开采条件下水文地质条件发生重大改变的实际条件，通过系统研究并揭示长期开采扰动下松散层水文地质条件全生命周期的演化过程及规律、松散层下—近距离煤层—重复采动条件下覆岩变形破坏过程及规律，在此基础上，提出了松散含水层下开采水文地质条件发生重大改变后残煤资源安全回收的评价方法体系：首先，通过数值模拟精确刻画研究区松散含水层“富水性弱化”的演变过程与规律，系统评价残煤资源回收的水文地质条件；其次，通过数值模拟、相似材料模拟、现场实测及实测数据拟合对比等水文地质决策与综合探查验证的手段分析煤层开采条件下覆岩变形破坏特征及“两带”发育高度，多种方法互相验证以确保评价结果的准确性；最后，利用数据拟合获取的垮落带计算新公式进行煤柱留设优化计算与可行性评价，确保残煤资源的安全回收。利用该评价方法，已在徐州、两淮及鲁西南矿区5座煤矿、13个工作面取得了成功试采并得到工程验证，累计安全回收煤柱资源458万t,经济与社会效益显著，证明衰老矿区松散含水层下提高残煤资源安全开采上限研究方法可行。 

彬长矿区含水层地下水水化学演化规律研究

李超峰, 王疆霞, 刘峰, 刘基, 胡扬, 徐中华

2022, 43(4):  102. 

摘要 ( 26 )  

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为了研究彬长矿区主要充水水源水化学特征，系统采集雨水、泾河水、洛河组和延安组地下水样并进行水质检测，将洛河组地下水和延安组地下水按不同体积比混合后进行水质检测，进行洛河组岩样溶解于纯水、侏罗系岩样溶解于纯水和洛河组水等溶解试验。研究表明：按照雨水、泾河水、洛河组水、延安组水的顺序，随着含水层埋深增加，各水样Na+、SO42-、Cl-离子含量显著增大，矿化度和总硬度逐渐增大，反映其径流条件趋于滞缓；洛河组水和延安组水混合后，随着延安组水体积占比逐渐增大，混合水样SO42-、Cl-、Na+离子含量也随之增大，矿化度和总硬度显著增大；水岩溶解作用主要发生了硅酸盐和石膏矿物等溶解于水的化学反应。洛河组岩样溶解于纯水时，其硅酸盐和石膏溶解于水的量较大；侏罗系岩样溶解于纯水或洛河组水时，其硅酸盐和石膏溶解于水的量相对有限。

沙曲一矿厚煤层110工法工作面地表裂缝观测及分布规律探讨

梁椿豪, 王炯, 刘义鹏

2022, 43(4):  111. 

摘要 ( 38 )  

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基于长壁开采切顶短壁梁理论及其110工法，取消区段煤柱，通过切顶促进覆岩冒落，增大岩石的碎胀系数，填充采空区，减小地表下沉，通过现场观测、归纳分析，对沙曲一矿厚煤层4502工作面110工法和4306工作面传统121工法的地表裂缝分布进行观测比对，验证了110工法可减少台阶下沉，减轻地表变形和对地面构筑物的影响，可供相似条件下开采参考。

张集煤矿厚煤层工作面底板灰岩突水监测预报研究

方恩才, 余国锋, 赵一鸣

2022, 43(4):  116. 

摘要 ( 29 )  

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针对工作面底板突水灾害制约煤矿安全高效开采问题，以张集煤矿典型深部大采高工作面为工程背景，融合水文监测手段、微震监测技术和大数据智能处理预测分析平台等，构建了张集煤矿大采高工作面底板灰岩突水灾害预测预警系统，实现了工作面水文数据、微震数据和工作面地面水位观测数据信息融合分析。现场应用表明，该系统可以实现底板突水灾害的有效监测和分析预报，可为类似矿井底板突水灾害防治提供借鉴和参考。

煤层底板双重灰岩水害治理方案研究及效果评价体系

朱献德, 赵先鸣

2022, 43(4):  122. 

摘要 ( 42 )  

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泉店煤矿位于禹州煤田东南部，许禹背斜东部南翼，井田地质构造复杂程度为中等。其二1煤开采受太原组和寒武系灰岩岩溶水的双重威胁。根据《煤矿防治水细则》相关规定，要实现研究区内二1煤层的安全开采，需对底板灰岩含水层进行探查与防治。通过论证传统井下底板水害治理方法与地面区域治理方法的利弊，旨在为研究区提供高效可行、经济合理的治理方案，并对所选方案的关键工艺和预期效果评价体系提出建设性意见，实现对煤层底板含水层加固注浆改造，保障矿井安全生产，为类似工程设计提供参考。

煤层底板双重灰岩水害治理方案研究及效果评价体系

尹志龙, 高攀

2022, 43(4):  127. 

摘要 ( 32 )  

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对鸟山煤矿千米深井软岩大变形致灾破坏机理进行了分析，提出了定向聚能爆破技术进行切顶卸压的控制措施。通过理论计算和现场爆破试验确定了合理的爆破参数：切缝深度14.0 m,切缝角度70°,封孔长度3.0 m,孔间距500 mm,保证巷道顶板在预裂爆破后可以按设计切断与采空区顶板的应力传递，从而达到切顶卸压的目的。采用FLAC3D对回采后留巷巷道围岩应力情况进行数值模拟分析，结果表明，切缝侧应力增高区距实体煤帮5 m,垂直应力峰值较小；非切缝侧相比切缝侧应力增高明显，应力峰值较大，应力集中区距实体煤帮3.5 m。通过顶板定向聚能预裂爆破切顶，减少深部放顶煤开采巷道和采场应力集中，增强了巷道稳定性，降低了冲击地压发生的可能，有效减少软岩大变形问题引发的矿井地质灾害事故。

大巷煤柱工作面巷道掘进及防治水技术

郭向阳, 刘宏, 李军文

2022, 43(4):  134. 

摘要 ( 28 )  

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永红煤矿计划对3号煤层各大巷煤柱进行遗留煤体回收。大巷煤柱回收存在3方面问题：大巷煤柱所处应力环境与孤岛工作面类似，工作面与回采巷道存在复杂剧烈的矿压现象；大巷煤柱宽度较小，若留设较宽保护煤柱，煤炭资源经济可采性低；大巷煤柱三面为采空区包围，采空区中可能富集积水，若留设窄煤柱，会有从煤壁薄弱处发生透水的可能。为改善回采巷道应力环境，采用沿空掘巷回收3号煤层大巷煤柱，采用极限平衡分析、数值模拟方法确定工作面两侧保护煤柱最小宽度分别为8 m和5 m。同时根据采空区及保护煤柱分布特征，采用分段疏水降压防治措施。现场实践结果表明，巷道掘进40 d后，巷道围岩变形趋于稳定，巷道围岩变形量整体处于可控范围内；采用分段疏水降压措施，实现了将采空区积水按规定路线有效运移排放，保证了安全生产。

井下高承压大流量奥灰长观孔套管断裂处理技术

刘海全, 王磊, 胡东祥, 钱自卫,

2022, 43(4):  142. 

摘要 ( 29 )  

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山东某矿井下O2-7奥灰水文长观成孔初期出水量为100 m3/h,水压5.1 MPa。安全运行7年后，在该孔周圈区域突然出现大流量的分散出水现象，水量达到75 m3/h。分析认为，其水害主要由底板破裂、底鼓造成的钻孔套管断裂引起，水源为奥灰。O2-7孔水害治理采用安装三级套管为核心的治理方式，主要工序为：扫孔→下放三级套管→固三级套管。实际施工过程判断套管断裂位置为孔深3.6 m。治理完成后，关闭O2-7孔孔口阀门，钻孔水压高达5.0 MPa,钻孔周圈区域无任何出水现象，水害治理取得成功。相关治理经验已被李唐煤矿T13奥灰水文长观孔水害治理所采用。

彬长矿区巨厚顶板水减水思路与技术对策

张彪

2022, 43(4):  146. 

摘要 ( 40 )  

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彬长矿区是我国侏罗系煤田的典型代表，受顶板巨厚砂岩水害影响，矿井涌水量居高不下，威胁煤矿安全开采的同时造成大量水资源浪费。在总结相关工程经验的基础上，从减水技术体系构建的角度出发，以水文地质条件精细探查和含水层分层研究、导水通道探测、采动裂隙发育规律研究为基础，提出了减水技术对策。研究可为彬长矿区相关煤矿顶板减水提供参考，为国内其他煤田顶板水减水试验提供借鉴。

下组煤层工作面导水裂隙带发育特征研究

马金飞, 范永平, 温兆翠,

2022, 43(4):  152. 

摘要 ( 28 )  

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导水裂隙带发育高度是确定煤体开采后是否与上覆含水层及采空积水沟通的关键参数。导水裂隙带发育沟通上采空积水区，将导致采空水经由新生裂缝涌入工作面。为确定下组15号煤层2101工作面导水裂隙带发育高度，采用理论计算、现场观测方法对覆岩层导水裂隙带的发育特征进行了观测研究。结果表明，现场实测裂隙带垂直发育高度为105.0 m,裂采比为13.13,裂隙带高度不会沟通上组煤层采空区，研究为矿井水害防治及保护矿区生态潜水提供了科学决策依据和技术支持。

张双楼煤矿井下四灰涌水减量治理与节能减排技术

袁慧卿, 徐智敏, 罗武贤, 李南骏,

2022, 43(4):  157. 

摘要 ( 30 )  

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在煤矿生产活动中不可避免地产生矿井涌水，为保障安全生产，巨大的排水费用给企业增加了经济负担。张双楼煤矿针对底板四灰水长期的“疏水降压”使得四灰水位有明显下降，随着部分工作面采掘完成，一些井下四灰涌水点存在减量治理的可行性。针对该问题，通过对矿井典型涌水点进行实地调查、水样分析以及理论计算等方法，对涌水点封堵可行性进行评价并制定了相应减量治理方案。

浅析地面抽排技术在防治侏罗系特厚煤层离层水中的应用

周宇, 乔伟, 韩昌民, 张磊, 孟祥胜,

2022, 43(4):  164. 

摘要 ( 40 )  

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黄陇侏罗系煤田永陇矿区地层中白垩系的洛河组、宜君组，厚200～500 m,以长石石英砂岩为主，砂岩砾岩为主要含水层；其至下伏侏罗系主采延安组煤层之间为侏罗系安定组、直罗组和延安组，主要为软弱泥质岩层。工作面回采过程中，白垩系巨厚含水层与其下伏的侏罗系软弱泥质岩层易形成高位离层积水，典型矿井包括崔木煤矿、郭家河煤矿、招贤煤矿等。招贤煤矿仅2020年就先后发生3次透水事故，水害治理迫在眉睫。针对此，研究确定地面抽排技术为该矿离层水治理措施并得到现场应用。应用结果表明，该技术科学有效，含水层水位大幅降低，解除了回采工作面顶板离层水害威胁，同时也为相似地质条件矿井离层水防治提供了参考和借鉴。

巷道破碎顶板多点渗淋水多层次注浆治理技术

郑凯凯, 吴现帅, 钱自卫,

2022, 43(4):  168. 

摘要 ( 41 )  

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巷道顶板长期多点渗淋水将恶化巷道运行环境、弱化支护强度，影响巷道使用安全，治理难度较大，对注浆工艺、材料及施工技术要求较高。以柴家沟煤矿埋深370 m的轨道大巷相对破碎顶板渗淋水治理为例，分析了巷道渗淋水的现状及地质条件，设计了锚索眼专门注浆封堵、深孔帷幕注浆及注浆封堵围岩集中水点的多层次治理方案，选择超细水泥浆与化学浆组合使用，采用单孔单次注浆及二次套孔复注的施工工艺。注浆后治理段水量降低90%以上，达到淋水封堵与围岩加固的双重治理效果，治理经验可为类似井巷渗漏水害防治提供参考。

深埋工作面断层爆破弱化防冲研究

马壮, 朱广安, 刘海洋

2022, 43(4):  173. 

摘要 ( 33 )  

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为探究断层区域煤体在动静载共同作用下产生滑移进而诱发冲击地压现象，提出了对断层区域进行爆破卸压的防治思路，利用连续元数值计算进行模拟爆破后断层带应力重分布情况，再与现场微震监测数据进行对比分析。结果表明，断层带顶板预裂爆破措施可有效地降低静载应力集中，增大动载的衰减，与数值计算结果较为符合，该措施在3206工作面现场应用效果良好。

鹤煤九矿陷落柱注浆加固技术探究

朱斌, 倪惠宁

2022, 43(4):  178. 

摘要 ( 33 )  

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针对鹤壁九矿3103下底板抽放巷外段掘进期间揭露的陷落柱，通过钻探取心工作来确定该陷落柱的范围、地质及水文地质的分布情况以及含水、导水特征，根据分析结果采取合理的防治水措施，以井下底板注浆加固为主，对该陷落柱进行底板注浆加固治理，综合评价对该陷落柱的研究治理效果，为下一步采区工作面的布置提供可靠的技术资料依据，为矿井及企业的防治水工作提供新的技术支持。

宁夏王洼矿区矿井水害类型及防治对策

罗成云, 鹿存金, 郑德志, 王创, 牛风旭

2022, 43(4):  183. 

摘要 ( 36 )  

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针对宁夏宁南煤田王洼矿区存在的矿井水害问题，在梳理王洼矿区地质及水文地质条件的基础上，分析了各含水层地下水对煤层开采的影响；以充水水源空间位置及水害形成条件为标准，将矿区内矿井水害类型分为大气降水、老窑及采空区积水、煤层顶板水与煤层底板承压水4大类。其中，煤层顶板水害又细分为地表水害、原生冲刷带水害、煤层顶板含水层水害以及可能的离层水害。针对不同类型水害对矿井的威胁程度及防治难易程度，提出了适合王洼矿区复合水害的防治水对策。

倾斜长钻孔疏放上部采空区积水技术与研究

杜志峰, 陈振江, 刘义鹏

2022, 43(4):  191. 

摘要 ( 33 )  

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以某矿上部工作面采空区积水疏放为工程背景，通过分析估算上部采空区积水量，采用倾斜长钻孔疏放技术，将上部采空区积水提前疏放，原计划单孔出水量119 m3/h,实际钻孔出水量达130 m3/h,加快了疏水进度，累计放水2 052 m3。防水结束后，补孔验证采空区无积水，回采过程中无渗水涌水现象，解决了下部工作面开采期间受上部积水区突水威胁问题，且通过孔口管注浆固结的方式解决了钻孔塌孔、冲蚀的问题。研究可为类似工程条件下的矿井防治水提供借鉴。