华北型煤田煤层底板水害防控关键技术与装备

本书系统阐述了我国华北型煤田开采水文地质条件，建立了“采前主动预防”与“灾后快速治理”的煤层底板水灾防控技术体系；运用水文地质学、工程地质学、采矿工程学、机械设计等多学科的理论与方法，综合研究并揭示了煤层底板灰岩含水层突水机理，论述了主要的水害评价方法和水灾隐患探查新技术，构建了煤层底板灰岩含水层水患超前区域治理技术体系，创建了矿井突水过水大通道快速封堵截流技术，并介绍了配套研发的高水压硬岩层顶水定向钻进智能化专用钻机、智能化快速制浆注浆系统及装备。

序一
序二
序三
前言
第1章 绪论 1
1.1 研究背景与意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.2.1 采动底板突水机理 2
1.2.2 煤层底板注浆改造技术 4
1.2.3 巷道截流堵水技术 9
1.2.4 注浆堵水技术 10
1.3 本书主要内容 12
第2章 华北型煤田煤层底板水害成因及评价 14
2.1 煤层底板灰岩沉积演化与发育特征 14
2.1.1 构造运动与沉积演化 15
2.1.2 奥陶系灰岩发育特征 17
2.1.3 石炭系地层灰岩发育特征 20
2.2 基于主应力状态转换的采动底板水害形成机制 23
2.2.1 煤层底板充水因素 23
2.2.2 底板岩层采动应力扰动程度判据 24
2.2.3 底板岩样加载-卸压应力路径下的损伤特征 27
2.2.4 底板采动应力时空演化特征 36
2.3 矿井水文地质条件和水患探查新技术 43
2.3.1 双封隔器分层抽水精细探查技术 43
2.3.2 煤矿巷道快速掘进“长掘长探”技术 45
2.3.3 煤矿井下随掘地震监测技术 46
2.3.4 煤矿采煤工作面随采地震探测技术 47
2.4 煤层底板突水危险评价方法 50
2.4.1 突水系数法 50
2.4.2 脆弱性指数法 51
2.4.3 五图双系数法 53
第3章 煤层底板灰岩含水层超前区域治理技术 55
3.1 超前区域治理模式分类和选择准则 55
3.1.1 超前区域治理模式分类 55
3.1.2 超前区域治理模式选择准则 62
3.2 水平孔倾斜裂隙注浆浆液扩散规律 62
3.2.1 水平孔倾斜裂隙注浆浆液扩散理论模型 62
3.2.2 水平孔倾斜裂隙注浆浆液扩散物理模拟 72
3.2.3 不同因素影响下水平孔倾斜裂隙注浆浆液扩散规律 83
3.3 超前区域注浆参数优化与工艺 88
3.3.1 钻孔群注浆管理模型建立 88
3.3.2 注浆工程参数设计与优化 88
3.3.3 超前区域注浆工艺 96
3.4 隐伏导水通道超前判识与治理 106
3.4.1 隐伏导水通道类型与特征 106
3.4.2 隐伏导水通道判识指标 108
3.4.3 隐伏导水通道判识方法 113
3.4.4 隐伏导水通道探查钻孔施工方法 117
3.4.5 导水通道探治应用实例 118
3.5 注浆效果评价与检验 123
3.5.1 注浆效果定性评价方法 123
3.5.2 注浆效果定量评价方法 128
3.5.3 注浆效果孔中物探检验设备及配套工艺 137
3.5.4 注浆效果综合检验技术 146
第4章 过水大通道快速封堵截流技术 148
4.1 过水大通道快速封堵截流机制 148
4.1.1 过水大通道内保浆袋囊受力状态及力学模型 148
4.1.2 保浆袋囊变形移动规律及流场变化特征 155
4.2 过水大通道封堵系统模拟试验平台搭建 159
4.2.1 恒流恒压试验舱 160
4.2.2 投袋试验舱 162
4.2.3 试验舱稳压稳流系统 163
4.2.4 骨料灌注系统 165
4.2.5 试验系统流程 165
4.3 钻孔控制注浆装置及系统研究 165
4.3.1 钻孔控制注浆钻具结构 166
4.3.2 钻孔控制注浆钻具类型 170
4.3.3 钻孔控制注浆配套机具 171
4.3.4 超薄高强度保浆袋囊制作 176
4.4 保浆袋囊充填注浆封堵过水大通道技术 183
4.4.1 过水通道保浆袋注浆材料 183
4.4.2 保浆袋囊对骨料快速灌注作用机制 190
4.4.3 保浆袋囊对水泥-水玻璃双浆液快速封堵作用机制 194
4.4.4 不同阻水体阻水能力差异试验 197
4.4.5 动水巷道快速截流数值模拟分析 199
4.5 现场试验 220
4.5.1 突水过程 220
4.5.2 矿区地质概况 221
4.5.3 注浆堵水方案设计 225
4.5.4 治理方案实施 228
4.5.5 封堵效果分析 233
第5章 煤层底板水害防控关键装备 236
5.1 井下硬岩层高水压顶水定向钻进装备 236
5.1.1 煤矿井下硬岩层高水压顶水定向钻进装备系统 236
5.1.2 电液控制智能化定向钻机 237
5.1.3 冲击螺杆马达研制 251
5.1.4 钻杆内孔高压逆止阀研制 260
5.1.5 孔口旋转防喷器研制 261
5.1.6 钻进轨迹控制技术 265
5.2 智能化快速注浆系统及装备 266
5.2.1 系统总体设计 266
5.2.2 连续制浆系统 269
5.2.3 高能注浆系统及装备 272
5.2.4 液压动力系统 276
5.2.5 电气控制系统 280
5.2.6 现场试验 285
第6章 煤层底板水害防治技术展望 289
参考文献 291