《煤炭科学技术》“矿井水防治与资源化利用”研究领域 · 热文精选

煤矿防治水工作是煤矿安全高效生产的重要保障。为了协助读者了解矿井水防治与资源化利用研究领域内的研究热点和前沿问题，促进学术交流与合作，编辑部根据论文的下载、引用等指标，整理了20篇《煤炭科学技术》2022年至今刊出的“矿井水防治与资源化利用”研究领域最受关注论文，以飨读者。以刊期排序。

行业视野: 煤炭科学技术
类别; 99个
关键词; 101位
专家; 20篇
论文; 4484IP
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煤层底板水文地质结构划分及阻隔水能力定量评价方法研究

作者(Author)：徐智敏, 刘栓栓, 李剑锋, 陈天赐, 骆俊峰, 李鑫, 陈歌

摘要：新桥井田内构造发育，在沉积环境、断层以及大型褶曲构造的共同作用下，使得新桥井田内呈现出区块化特征，各个区块间二2煤底板隔水层在岩层厚度、岩层组合关系等方面呈现出差异性，其结构组合形式成为影响底板隔水层阻隔水能力的重要因素。基于上述背景，统计了井田内勘探钻孔资料，选取典型钻孔柱状图，提出并利用“三层段”结构划分方法，将井田范围内二2煤底板隔水层划分成a、b、c、d四类结构模型；从“三层段”中各层段所抵抗的破坏类型以及自身岩层的性质定性评价4类结构模型，得出阻隔水能力由大到小为：a类>b类=d类>c类；以2301工作面为典型工作面，通过对底板隔水层补勘取样和测试分析，得到：Ⅲ层（杂砂岩层）岩石力学强度高；Ⅳ层（粉砂质泥岩层）岩石渗透性能极差。根据采动条件下底板破坏深度现场实测结果和经验公式计算结果的对比分析，确定Ⅲ层（杂砂岩层）为抗采动破坏关键层；并建立以c类结构模型为基础的评价模型，通过定性分析确定了结构对底板隔水层阻隔水能力的影响；最后，对4类结构模型分别进行质量比值系数和强度比值系数与岩层厚度加权计算，分析计算结果并比较了2种计算方法的优缺点。基于上述分析，初步提出了综合考虑隔水层厚度的结构比值系数的概念，为进一步研究阻隔水能力定量评价方法奠定了理论基础。

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煤炭科学技术

2022年第02期

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东胜煤田导水裂隙发育及其分区特征研究

作者(Author)：鞠金峰, 马祥, 赵富强, 刘阳军, 王业征, 刘乐, 许家林

摘要：东胜煤田是我国西北部能源供给的重要基地，煤炭资源丰富但赋煤条件多变，导致不同矿区采动导水裂隙的发育存在显著差异；研究揭示东胜煤田采动导水裂隙发育的分区特征对于科学指导区域煤炭绿色高效开发具有重要意义。基于东胜煤田17对主力矿井30个工作面的导水裂隙发育特征统计与实测，获得了赋煤条件变化对导水裂隙带高度(简称“导高”)的影响规律；通过对东胜煤田赋煤条件的典型分区，提出了不同分区覆岩“导高”的预计方法。结果表明，相比深部开采，浅部煤层采动引起的覆岩“导高”波动程度更为显著，尤其在埋深200～300 m，裂采比上下波动范围可达2.55倍。覆岩导水裂隙的发育受控于关键层的破断运动，顶板7～10倍采高范围之外最近一层关键层底界即为导水裂隙发育的顶界；据此合理解释了浅/深埋煤层“导高”波动性差异的原因。浅埋煤层覆岩关键层数量相对偏少，极易出现主关键层进入7～10倍采高范围的情况，造成导水裂隙直接发育至基岩顶界，引起“导高”值的异常大幅度波动。而对于深部煤层，覆岩7～10倍采高范围之外关键层数量相对偏多、间距偏小，当因地质条件改变而引起关键层位置变化时，“导高”的波动范围仅限于7～10倍采高范围附近关键层与其上部相邻关键层之间的间距，难以出现“导高”的大幅度波动现象。据此提出，在埋深低于500 m条件不能直接使用采高倍数法进行“导高”预计，应根据关键层位置及其对破断裂缝导水性影响规律进行判断；而当埋深超500 m时，可按17～24倍采高的统计值进行简单估算。

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2022年第02期

402

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采动诱发充填断层活化滞后突水机制研究

作者(Author)：张鹏, 朱学军, 孙文斌, 杨辉, 杨帆

摘要：构造致灾突水一直是煤矿安全开采的焦点问题，现有研究缺少对于断层带缓冲作用的考虑以及构造内部特征对于构造本身演化影响的考虑，为了解决这一问题，从构造内因入手，基于岩体极限平衡理论对底板隔水层极限水压进行推导，建立了断层影响下采动应力力学模型，获得了采动影响下断层活化力学判据；依据断层活化的力学判据，获得了承压水作用下断层内部裂隙扩展演化形成突水通道的演化特征，初步提出了由于断层充填物的不均匀性导致断层内部受力不均衡导致突水通道的连通滞后进而引发底板滞后突水的观点。利用RFPA2D-FLOW二维数值模拟软件对底板断层活化以及最终形成滞后突水的过程进行了模拟。基于理论分析和数值模拟对采动诱发底板断层活化及滞后突水的特征进行了深入的研究，获得了采动影响下诱发断层活化及滞后突水机制。结果表明:当工作面回采过断层后，当断层附近围岩体应力极限平衡状态被打破，极易促使断层活化诱发底板突水灾害发生，同时由于断层充填物的不均匀性及其缓冲作用使得突水滞后。该突水机制为目前存在断层活化及底板滞后突水事故风险的工作面的水害防治提供了参考。

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2022年第03期

235

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基于混沌-广义回归神经网络的矿井涌水量预测

作者(Author)：李建林, 高培强, 王心义, 赵帅鹏

摘要：针对矿井涌水量预测研究中存在的相关影响因素考虑较少、模型预测精度不高和适用性不强的问题，建立了混沌理论与广义回归神经网络耦合的新的预测模型（Chaos-GRNN模型）。从理论上分析了矿井水文系统产生混沌现象的机理；由混沌理论得到涌水量序列相空间重构后的嵌入维数、时间延迟和最大Lyapunov指数，以此确定GRNN的输入层神经元个数、取值和预测时长；采用交叉验证法获得GRNN的光滑因子，建立Chaos-GRNN模型；对平煤十二矿涌水量（2014年1月至2015年12月）进行模型验证。结果表明：矿井水文系统演化过程的循环迭代是产生混沌的根本原因，其表象特征为演化过程的不可逆性、非平稳性和演化结果的多样性；平煤十二矿涌水量时间序列具有混沌特征，其嵌入维数m=7，即涌水量的影响因素为7个，GRNN输入层神经元个数为7；时间延迟τ为13个月，由此确定了GRNN输入层神经元的取值；最大Lyapunov指数为0.053 0，确定了GRNN预测时长为19个月；Chaos-GRNN模型预测精度达到了94.98%。该预测模型利用混沌理论量化了广义回归神经网络的输入层和预测时长，充分考虑了矿井涌水量的影响因素，提高了预测精度和适用性。

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2022年第04期

135

303
基于组合权-改进灰色关联度理论的矿井突水水源识别

作者(Author)：朱赛君, 姜春露, 毕波, 谢毫, 安士凯

摘要：基于组合权和改进灰色关联理论，针对潘谢矿区4个含水层中提取的35个学习样本，建立了矿井突水水源识别模型，并利用该模型对7个检验样本进行了水源识别。结果表明：相同含水层的学习样本和检验样本中Na++K+,Ca2+,Mg2+,Cl-,SO2-4和HCO-3等6项化学指标值的含量变化趋势更为接近，符合灰色关联理论。组合权重综合考虑了主客观权重，避免人为因素的干扰，同时考虑了识别指标的实际情况。组合权方法计算的6项识别因子中，Ca2+,Mg2+,HCO-3的权重分别为0.231,0.383,0.203，且3者的权重值相加占总值的81.7%，说明3项指标在矿井突水水源识别中起主要作用。采用建立的组合权-改进灰色关联度模型对7个检验水样进行识别，除1个水样外，其余均与实际结果一致，识别准确率达到86%，表明该模型在矿井水源识别中具有一定的适用性。

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2022年第04期

151

312
我国厚及特厚煤层高强度开采导水裂缝带发育高度区域分布规律

作者(Author)：张玉军, 申晨辉, 张志巍, 李友伟

摘要：收集了国内厚及特厚煤层综放和大采高综采条件下导水裂缝带高度实测数据，共计179组，其中坚硬覆岩51组，中硬覆岩100组，软弱覆岩28组。在此基础上按照我国14大煤炭基地分布分别列出了不同覆岩类型条件下的导水裂缝带高度和裂采比的范围,绘制了我国煤矿导水裂缝带高度分布图，以此数据为基础回归了导水裂缝带高度（简称“裂高”）预计公式，并重点分析了3个典型矿区导水裂缝带高度分布特征和主要影响因素,以及实测导水裂缝带高度数据之间存在较大差异性的原因，取得以下研究成果:从全国区域来看，实测平均裂采比随着岩性由软弱、中硬到坚硬依次递增，坚硬覆岩的平均裂高分别是中硬覆岩和软弱覆岩的1.52倍和2.29倍，中硬覆岩平均裂高是软弱覆岩的1.5倍；不同覆岩岩性的导水裂缝带高度都随着采厚的增加而增加，且坚硬覆岩条件下增加的速率明显要高于中硬和软弱覆岩；裂采比则随着采厚的增加而降低，且减小速率随着采厚达到一定厚度有趋于稳定的趋势。黄陇基地永陇-彬长矿区属于中硬覆岩类型，导水裂缝带高度和裂采比明显高于我国东部矿区，工作面长度大于170 m时导水裂缝带发育高度受工作面长度影响较大，其高度及裂采比随着工作面长度增加，呈增高增大趋势。蒙东（东北）基地扎赉诺尔矿区属于极软弱类覆岩，针对该类型覆岩条件，依据导水裂缝带发育高度长期实践数据，最小裂采比仅为5，采厚达到16 m时仅为全国软弱覆岩平均裂采比的68%，并提出采用趋势分析方法来预计极软弱覆岩条件下的导水裂缝带发育高度。神东基地浅埋矿区具有埋深浅、基岩薄、土层厚、高强度开采的特点，实测获得的导水裂缝带高度差异性极大，裂采比集中在19～28，最大达到35，明显高于全国尤其是东部矿区中硬覆岩条件的裂采比；但是部分矿井由于厚层红土层赋存对导水裂缝带发育具有明显抑制作用，实测裂采比7.16～7.78，较类似软弱顶板条件下开采裂采比仍降低了15%～53%。由实测数据回归得到的导水裂缝带预计公式具有较好的适用性，可为全国不同覆岩类型条件下厚及特厚煤层高强度开采导水裂缝带高度计算提供依据。

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2022年第05期

333

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裂隙岩体水平孔注浆浆液扩散规律研究

作者(Author)：尚宏波, 王皓

摘要：华北型煤田深部开采过程中受底板水害威胁愈发严重，水平孔注浆技术是治理此类水害的主要手段，其中浆液扩散规律的研究对注浆工程设计与施工具有重要意义。现有研究主要针对垂直孔注浆水平裂隙中浆液的扩散问题，当工程中采用水平孔注浆时浆液的扩散规律异于垂直孔。为此开展裂隙岩体水平孔注浆浆液扩散规律研究，将裂隙岩体中的孔裂隙系统等效为开度相同的裂隙，构建了等效裂隙岩体模型。选取等效单裂隙建立了水平孔注浆浆液扩散力学模型，推导了任意倾角的等效单裂隙在考虑浆液自重时浆液扩散区内的压力时空分布方程，进而得到注浆压力与注浆时间及扩散距离的理论关系式。结果表明：采用COMSOL建立水平孔注浆垂直裂隙三维数值计算模型，分别对考虑重力和未考虑重力的2种工况进行计算分析，未考虑重力时浆液的扩散形态呈轴对称圆形扩散，考虑重力时浆液优先沿着重力方向进行扩散。在重力的影响下，浆液扩散过程中地下水对浆液分散与搬运作用更为强烈。重力对水平孔注浆浆液扩散形态、扩散距离及注浆终压影响较大，水平孔注浆工程中不能忽视重力对浆液扩散规律的影响。通过对比理论分析与数值计算结果，两者得到的注浆压力与注浆时间、注浆终压与扩散距离的变化趋势基本一致，理论与数值计算结果的误差控制在10%左右，进一步验证了所建立的水平孔注浆浆液扩散力学模型的正确性。研究成果能够为水平孔注浆工程中注浆终压、注浆方式及扩散距离的设计提供科学依据。

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煤炭科学技术

2022年第07期

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穿越富水煤层段井巷防治水技术研究

作者(Author)：方刚, 刘柏根, 靳德武, 梁向阳, 刘洋, 夏玉成, 王春刚, 徐圣集

摘要：为解决陕北侏罗纪煤田内个别矿井受到的严重煤层水害问题，以榆横北区巴拉素井田为例，对其井巷工程穿越富水煤层段防治水技术进行研究。巴拉素井田2号煤层裂隙发育、沟通联系密切，局部存在高压强富水地段，通过井上下联合的钻探、注浆工程对其巷道通过富水煤层段进行水害超前防治。具体主要采用钻孔探查、帷幕注浆、水化学测试、理论分析、孔中窥视、揭露验证等方法，探究了该类水害条件下的矿井防治水技术。结果表明：井下局部煤层水压可达3.81 MPa，单孔最大涌水量198 m3/h；通过钻孔高压注浆形成局部阻水帷幕，单孔起压至约10 MPa可完成煤层水封堵；治理后的钻孔出水pH值在12.20～12.58，平均约12.32，呈强碱性，水质类型大多为OH·SO4-Ca·Na型，证明其注浆材料已充分进入煤层裂隙中；各钻孔之间存在水力联系，结合一次注浆、二次扫孔后的地面注浆压力、钻孔水量水压等数据变化情况，分析判断其封堵效果良好，计算总水量衰减约97.5%以上；通过钻孔窥视进行直接观察，发现注浆治理后的煤岩层段裂隙基本不再出水；根据施工验证钻孔发现注浆改造区域钻孔涌水量不足1 m3/h，巷道实际揭露时的掘进涌水量为1.2 m3/h，最终实现了掘进巷道通过富水煤层段的煤层水害有效防治。本次研究针对陕北侏罗纪煤田榆横北区的煤层水害隐患，提出了“钻孔探查、地面制浆、井下注浆、测试分析、窥视验证”的综合防治水技术，确保了矿井巷道通过2号富水煤层段的安全掘进，为区内条件类似矿井的煤层水害防治工作提供了实际借鉴依据。

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煤炭科学技术

2022年第07期

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