华北型煤田深部煤层开采区域防治水理论与成套技术PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 煤层底板突水机理国内外研究现状 2

1.2.1 国外研究现状 3

1.2.2 国内研究现状 3

1.3 深部开采岩体力学研究现状 6

1.3.1 “深部矿井”的概念 6

1.3.2 深部开采岩体力学及工程灾害控制研究 8

1.4 矿井突水主要预防与治理技术 9

1.5 水资源保护开采研究进展 10

1.5.1 国外水资源保护性采煤研究进展 11

1.5.2 国内水资源保护性采煤研究进展 11

1.6 邯邢矿区大采深矿井及带压开采下组煤防治水技术发展及现状 12

1.6.1 试验研究起步阶段（1972～1982年） 12

1.6.2 浅、中深部小规模试采下组煤研究阶段（1982～2000年） 12

1.6.3 浅部大规模试采阶段（2000～2008年） 13

1.6.4 大采深高承压水条件带压开采阶段（2008年至今） 14

第2章 邯邢矿区地质及水文地质条件 16

2.1 邢台矿区地质及水文地质条件 16

2.1.1 矿区自然地理概况 16

2.1.2 矿区地质特征 17

2.1.3 矿区水文地质条件 22

2.2 邯郸峰峰矿区地质及水文地质条件 26

2.2.1 矿区位置与自然地理概况 26

2.2.2 矿区地质特征 28

2.2.3 矿区水文地质条件 31

第3章 高承压奥灰水上安全开采所面临问题及对策 36

3.1 承压开采矿井以往采取的防治水技术路线 36

3.1.1 上组煤开采矿井以往防治水技术路线 36

3.1.2 下组煤开采矿井以往防治水技术路线 37

3.2 深部奥陶系灰岩水对矿井安全开采的影响 37

3.2.1 邯邢矿区底板突水概述 37

3.2.2 邯邢矿区深部煤层底板突水特点 39

3.2.3 导水陷落柱对大采深矿井上组煤安全开采突水威胁大 40

3.2.4 矿井深部极难探查的小型陷落柱造成底板突水 41

3.2.5 高承压水开采条件下底板裂隙带成为导水通道 42

3.3 矿井深部开采奥灰水防治存在的主要问题 43

3.4 大采深高承压带压开采防治水对策 45

第4章 奥灰含水层顶部隔水特性及改造可行性 47

4.1 华北地区奥陶系岩溶发育特征 47

4.1.1 奥陶系岩溶发育分期 47

4.1.2 华北煤矿区奥陶系灰岩储水空间特征 48

4.1.3 奥陶系岩溶发育层控作用 49

4.2 邯邢矿区深部奥陶系峰峰组岩溶发育特征 49

4.2.1 奥陶系峰峰组地层结构特征 49

4.2.2 奥陶系峰峰组岩溶发育特征 49

4.2.3 奥陶系峰峰组富水性特征 51

4.2.4 水化学特征 53

4.3 华北型煤田奥陶系灰岩顶部隔水特性 54

4.3.1 华北型煤田奥灰项部相对隔水段成因 54

4.3.2 奥陶系顶部充填带隔水层特征 55

4.3.3 奥灰含水层顶部“三带”的划分 56

4.3.4 奥灰含水层顶部岩层阻水带及阻水能力确定 57

4.4 邯邢矿区奥灰岩层顶部富水性分析 58

4.4.1 邢台矿区东庞矿奥灰顶部富水性分析 58

4.4.2 章村矿奥灰顶部富水性分析 59

4.4.3 九龙矿奥灰顶部富水性分析 60

4.4.4 梧桐庄矿奥灰顶部富水性分析 61

4.5 邯邢矿区奥灰顶部注浆改造可行性分析 62

第5章 区域超前治理奥灰岩溶水害原理及技术路线 63

5.1 区域超前治理防治水定义及内涵 63

5.2 区域超前治理奥灰水害重要性 64

5.2.1 区域超前治理意义 64

5.2.2 奥灰顶部区域超前治理可行性 66

5.3 区域治理注浆改造原理 66

5.4 区域超前治理防治水指导原则 67

5.4.1 “超前主动”是基础 67

5.4.2 “区域治理”是核心 68

5.4.3 “全面改造”是关键 69

5.4.4 安全“带压开采”是目的 69

5.5 区域超前治理模式及目标 70

5.5.1 区域超前治理模式 70

5.5.2 区域治理目标及技术指标 70

5.6 区域超前治理奥灰岩溶水害技术路线 70

5.6.1 区域超前治理防治水思路 70

5.6.2 区域超前治理防治水管理程序 71

5.6.3 综合评估方法 71

5.6.4 区域超前治理水害技术路线 72

5.6.5 区域超前治理防治水设计及配套安全措施 73

第6章 煤层底板突水危险性区域预评价方法 75

6.1 基于突水系数法的下组煤开采突水预评价 75

6.2 下组煤9号煤层底板突水脆弱性预评价 77

6.2.1 煤层底板突水主控指标体系 78

6.2.2 章村矿三井9号煤层底板突水脆弱性评价模型 80

第7章 大采深高承压水煤层底板“分时段分带突破”突水机理 98

7.1 煤层底板岩层力学性质及影响因素分析 98

7.1.1 岩性（相）对岩石力学性质影响分析 98

7.1.2 岩石水理性质试验 100

7.1.3 围岩围压对岩石力学性质影响 103

7.2 岩石渗透性及变化规律 104

7.2.1 岩石渗透特性研究现状 104

7.2.2 岩石三轴全应力应变渗透试验 105

7.3 采场底板岩体扰动与破坏深度理论分析 108

7.3.1 回采工作面支承压力分布特征 108

7.3.2 回采工作面基本顶来压强度 109

7.3.3 采场底板岩体破坏带形成机制分析 110

7.3.4 底板破坏带形成机理 117

7.3.5 原位张裂带形成机理分析 122

7.4 底板整体地质力学结构“分带”机制与突水模式 123

7.4.1 底板阻水“分带”机制分析 123

7.4.2 底板“分带突破”突水模式 125

7.5 底板突水通道“四时段”形成机理及阻渗能力分析 128

7.5.1 底界面水压裂及原始导升时段 128

7.5.2 高渗压条件下非Darcy流裂隙岩体渗透时段 129

7.5.3 Darcy渗流时段 131

7.5.4 “管涌”至突水时段 134

7.6 大采深高承压水条件煤层底板“分时段分带突破”突水机理 134

7.6.1 底板承压突水理论分析 135

7.6.2 底板阻水“分带”岩层高渗透细观分析 135

7.6.3 底板“分时段分带突破”机理 136

第8章 大采深4.0～5.0m煤层开采底板采动破坏深度测试 140

8.1 初次来压时工作面底板破坏深度理论计算 140

8.1.1 工作面初次来压时底板岩体破坏深度理论分析 140

8.1.2 工作面初次来压底板破坏深度计算举例 141

8.1.3 周期来压时工作面底板破坏深度计算及影响因素 142

8.2 邢东矿大采深2225综采工作面底板采动破坏深度实测 143

8.2.1 监测内容及目的 143

8.2.2 顶底板破坏深度监测方案 144

8.2.3 监测数据分析 145

8.2.4 2225综采工作面监测数据分析 148

8.3 1128综合机械化充填开采底板破坏深度测试 148

8.3.1 监测内容及目的 148

8.3.2 顶底板破坏深度监测方案 149

第9章 采场底板隔水层阻水性评价方法 154

9.1 煤层底板隔水层结构及性质对底板突水影响 154

9.1.1 隔水层力学性质与阻水作用 154

9.1.2 隔水层不同岩性组合阻水能力分析 154

9.1.3 煤层底板隔水介质条件分析 156

9.1.4 软岩与阻水性能关系 159

9.2 下组9号煤开采底板隔水层阻水性能分带及评价方法（Ⅰ） 159

9.2.1 底板扰动深度及应力分布规律 160

9.2.2 底板隔水层阻水能力测试与量化方法 162

9.2.3 底板隔水层阻水能力判别模型 167

9.3 原位地应力测试评价方法（Ⅱ） 169

9.3.1 原位地应力测试理论基础 169

9.3.2 测试工程设计 170

9.3.3 9100采区及9103工作面地应力测试 171

9.3.4 底板原位地应力测试成果 171

9.3.5 9103工作面突水危险性评价 174

9.4 下组煤底板隔水层阻水能力评价方法（Ⅲ） 176

9.4.1 测试原理简介 176

9.4.2 测试设备 177

9.4.3 底板导渗条件 178

9.4.4 裂隙导渗通道 179

9.4.5 采动底板阻渗能力评价模型 180

第10章 裂隙含水层水平孔注浆“三时段”浆液扩散机理与数值模拟 184

10.1 水平注浆孔浆液扩散机理 184

10.1.1 垂向裂隙中水平孔注浆浆液扩散形态 184

10.1.2 裂隙岩体中注浆“三时段”划分 186

10.1.3 裂隙岩体中浆水分区模型 187

10.1.4 水平孔注浆“三时段”与浆液扩散机理 187

10.1.5 注浆“三时段”的注浆压力做功分析 193

10.2 注浆改造目标层边界条件与注浆工艺 194

10.2.1 注浆改造目标层选择及边界条件 194

10.2.2 注浆浆体与工艺要求 195

10.3 有上边界时垂向裂隙中浆液扩散数值模拟方法（Ⅰ） 196

10.3.1 注浆参数δ求解 196

10.3.2 有上边界时垂向裂隙中浆液扩散形态演变数值模拟 197

10.4 有上边界时水平注浆孔浆液扩散数值模拟方法（Ⅱ） 200

10.4.1 FLAC3D软件基本原理 200

10.4.2 渗流-应力耦合基本方程 200

10.4.3 计算模型建立 202

10.4.4 数值模拟及结果分析 203

10.5 现场试验及注浆参数选取 206

第11章 区域超前治理奥灰岩溶水害系列支撑技术 208

11.1 地面多分支顺层定向钻进关键技术 208

11.1.1 地面多分支顺层定向钻进原理 208

11.1.2 顺层定向钻进与注浆总体技术路线 209

11.1.3 顺层定向钻进设备及工艺 210

11.1.4 随钻测斜仪 215

11.1.5 钻进泥浆质量控制及固液浆 216

11.1.6 径向射流造孔钻进技术简介 218

11.2 井下定向钻进技术 219

11.2.1 井下随钻测量定向钻进原理与面临的问题 219

11.2.2 井下定向钻进系统及装备 220

11.2.3 定向钻进保障技术 222

11.2.4 定向钻进成孔工艺 225

11.3 长距离水平孔高压注浆关键技术 226

11.3.1 注浆材料 226

11.3.2 注浆系统及设备 230

11.3.3 奥灰顶部区域治理水平孔注浆工艺 233

11.3.4 薄层灰岩区域改造注浆工艺 238

11.4 区域超前治理效果检验 240

11.4.1 区域治理效果物探检验 240

11.4.2 地面区域治理效果验证方法 242

11.5 带压开采底板突水实时监测预警技术 243

11.5.1 监测项目及系统 243

11.5.2 监测工程 244

11.5.3 监测数据分析 246

第12章 大采深高承压水矿井区域超前治理水害工程示范 254

12.1 巨厚奥灰含水层顶部地面区域治理改造 254

12.1.1 工程背景 254

12.1.2 地面多分支顺层定向钻进技术 258

12.1.3 区域注浆改造工艺 261

12.1.4 区域超前治理效果验证 266

12.2 大青薄层灰岩含水层地面区域治理改造示范工程 270

12.2.1 工程背景 270

12.2.2 开采及水文地质条件 271

12.2.3 构造及导含水性简要分析 271

12.2.4 矿井防治水技术路线 271

12.2.5 地面区域治理工程设计 272

12.2.6 施工工艺 272

12.2.7 井下钻探验证 274

12.2.8 地面区域治理工程与效果 275

第13章 薄层灰岩含水层改造区域超前治理防治水技术 277

13.1 带压开采条件分析 277

13.1.1 主要充水水源及水患类型 277

13.1.2 主要充水通道及重点防范水患类型 279

13.1.3 东井带压开采条件分析及治理方法 279

13.2 9号煤带压开采防治水技术路线 280

13.3 井下区域超前治理防治水技术 282

13.3.1 掘进“条带”超前钻探及治理 282

13.3.2 采前区域超前治理技术 284

13.4 区域超前注浆加固及改造技术 285

13.4.1 钻孔设计布置要求 285

13.4.2 注浆改造工艺 285

13.5 井下区域超前治理防治水工程示范 288

13.5.1 11914回采工作面开采条件概述 288

13.5.2 11914工作面防治水技术路线 289

13.5.3 9号煤底板加固及本灰改造 289

13.5.4 11914工作面底板注浆改造效果分析 291

13.5.5 综合物探分析及验证 296

13.5.6 SF5、SF9断层及X1陷落柱注浆加固分析 297

13.6 带压开采煤层底板突水预警技术示例 300

13.6.1 突水监测方案 300

13.6.2 底板突水监测 301

第14章 保水开采技术与矿井水循环利用模式 304

14.1 岩溶陷落柱空间位置探查及快速治理技术 305

14.1.1 陷落柱探测及探查 305

14.1.2 一期工程综合注浆法建造“阻水墙”技术 306

14.1.3 陷落柱综合治理技术 307

14.2 矿井水控制-处理-利用-回灌与生态环保五位一体技术 312

14.3 矿井“疏水-供水-回灌-生态环保-安全开采”五位一体利用模式 314

14.3.1 矿井排（疏）水 315

14.3.2 矿井供水 315

14.3.3 回灌 316

14.3.4 “五位一体”优化管理模式 317

14.3.5 邢台矿区矿井水资源化的可行性 317

14.4 矿井水资源化实例 320

14.4.1 章村矿矿井排水系统 321

14.4.2 生产单元内部水循环利用 321

14.4.3 生产单元之间水循环利用 322

14.4.4 矿井水地面回灌或井下压注回灌减排方案 322

14.4.5 章村矿井水资源化效果 323

参考文献 325

后记 329