Data Analysis and Key Parameters of Typical Water Hazard Control Engineering in Coal Mines of China

Abstract

Large-scale efforts to control water hazards require knowledge of relevant grouting theories and recognition of their shortcomings. Relationships between key engineering technical specifications and conventional hydrogeological parameters were defined to guide engineering designs. For regional control of working face projects, the main influential parameters and relationships were obtained by gray correlation and regression analysis. The results showed that fluid loss and water absorption of boreholes are the main determinants of grout volume. When the grouting pressure reaches 2–4 times the hydrostatic pressure, the grout volume can be effectively increased by up to 40%. For water pathway cut-off projects, the general relationship between water inrush and grout quantity was obtained by the theoretical derivation and regression analysis. It was shown that there is a quadratic polynomial relationship between the quantity of grout and the volume of water inrush. These results can be used to plan and optimize large-scale water disaster prevention and control projects and estimate the required investments.

抽象

中国煤矿典型水害治理工程的数据分析及关键参数在中国,煤矿领域的水害注浆防治工程主要分为两类:工作面区域治理和突水通道注浆封堵。水害注浆防治技术需要了解注浆相关理论知识和提高对它们优缺点的认知。研究建立了关键工程技术参数与常规水文地质参数之间的关系,用以指导工程设计。对于工作面区域治理项目,采用灰色关联分析和回归分析确定了主要影响参数及其相互关系。结果显示,钻孔浆液漏失量和吸水率是影响注浆量的主要因素;当注浆压力达到静压的2-4倍时,注浆量可有效提高40%。对于突水通道注浆封堵工程,通过理论推导和回归分析获得了突水量与注浆量的一般关系。结果表明,灌浆量与突水总量服从二次多项式分布。研究结果有助于规划、优化大型水害防治工程和估算工程投入。

Zusammenfassung

Die Bekämpfung von Wassereinbruchsgefahren in chinesischen Kohlenminen durch Verpressen kann in zwei Kategorien unterteilt werden: regionale Kontrolle der Abbaufront, und das Abdichten von Zuflußwegen. Großmaßstäbliche Kontrolle der Wassergefahr benötigt die Kenntnis zutreffender Verpresstheorien und die Erkenntnis ihrer Schwächen. Das Verhältnis zwischen technischen Schlüsseldaten und konventionellen hydrogeologischen Parametern wurde bestimmt, um die Bauentwürfe zu leiten. Für die regionale Kontrolle der Abbaufronten wurden die wichtigsten Parameter und Verhältnisse durch Graykorrelation und Regressionsanalyse bestimmt. Die Ergebnisse zeigen, daß vor allem der Fluidverlust und die Wasserabsorption der Bohrungen das Einpressvolumen bestimmen. Wenn der Einpressdruck das 2–4 fache des hydrostatischen Drucks erreicht, kann das Einpressvolumen um bis zu 40% erhöht werden. Für Projekte der Abdichtung von Zuflußwegen wurde das Verhältnis zwischen Wassereinbruch und der Verpreßmenge durch theoretische Ableitung und Regressionsanalyse erzielt. Es ergab sich, daß zwischen der Verpreßmenge und dem Volumen des Wassereinbruchs eine quadratisch polynome Beziehung besteht. Diese Resultate können für Planung und Optimierung großer Projekte zur Vorkehrung von Wasserkatastrophen, für die Projektkontrolle und für die Einschätzung der Kosten genutzt werden.

Resumen

En las minas de carbón de China, el control de los riesgos de inundación mediante lechada puede dividirse en dos categorías principales: control regional de la cara de trabajo y tecnología de corte de la vía de agua. Los esfuerzos a gran escala para controlar los riesgos de la irrupción de agua requieren el conocimiento de las teorías de lechada relevantes y el reconocimiento de sus deficiencias. Para guiar los diseños ingenieriles, se construyeron las relaciones entre las especificaciones técnicas claves de ingeniería y los parámetros hidrogeológicos convencionales. Para el control regional de los proyectos de la cara de trabajo, los principales parámetros y relaciones influyentes se obtuvieron mediante el análisis de correlación gris y análisis de regresión. Los resultados muestran que la pérdida de líquido y la absorción de agua de los pozos son los que determinan principalmente el volumen de la lechada. Cuando la presión de la lechada alcanza 2–4 veces la presión hidrostática, el volumen de la lechada puede aumentarse efectivamente hasta en un 40%. Para los proyectos de corte de la ruta del agua, la relación general entre la entrada de agua y la cantidad de lechada se obtuvo mediante la derivación teórica y el análisis de regresión. Se demostró que existe una relación polinómica cuadrática entre la cantidad de lechada y el volumen de entrada de agua. Estos resultados pueden usarse para planificar y optimizar proyectos de prevención y control de desastres de agua a gran escala y estimar las inversiones requeridas.