陕北煤田生态潜水保护与矿井水害预防对策

为了在开采陕北侏罗纪煤田煤炭资源的同时对具有重要生态意义的第四系萨拉乌苏组潜水含水层实施有效保护,基于煤田特殊的煤层-地下水空间组合关系,采用试验对比方法,研究了煤炭高强度开采对生态潜水流场的扰动规律,提出了旨在保护地下水资源和预防矿井水害的生态潜水流场优化调控策略。研究结果表明:采煤对生态潜水流场的扰动强度取决于导水断裂带对关键隔水层的破坏程度;导水断裂带发育高度主要受煤层开采强度控制;通过选取限高开采、分层开采、充填开采、限面积开采、条带开采等采煤工艺控制导水断裂带发育高度,使关键隔水层不受破坏,是实现保水采煤目标的有效途径;在条件适宜的井田实施上行开采有利于保护地下水资源和矿井安全。     

煤炭开采对相邻区域生态潜水流场扰动特征

陕北煤炭能源基地高强度开采易影响生态潜水的自然径流条件,针对自然保护区周边煤炭资源开采对地下水流场的扰动问题,以榆神矿区某井田为例,通过构建研究区煤-水空间结构水文地质模型,系统分析研究区生态潜水的赋存特征及其规律;采用物理模拟、数值模拟、现场实测等手段,综合分析煤层覆岩岩性组合结构、煤层与关键层间距、煤层厚度、煤层埋深、工作面长度等因素,利用相关分析方法提出了适合于研究区导水裂隙带高度计算的裂采比公式;根据水文地质条件和煤层采动方式,采用地下水数值分析方法,模拟了煤炭开采后萨拉乌苏组生态潜水流场变化,分析了煤层采动后生态潜水受扰动的特征。研究结果表明:区内萨拉乌苏组生态潜水含水层全区发育,其赋存受基岩面形态控制,生态潜水水位受地形、含水层厚度、地下水分水岭和地表水等影响;下伏关键隔水层(保德组红土)受沉积影响在研究区东南局部缺失,形成"天窗"导水通道;区内覆岩结构以硬-软-硬、硬-硬-软2种组合类型为主,覆岩结构类型对导水裂隙带发育高度及形态有重要作用;统计分析多个导水裂隙带发育高度结果,提出榆神矿区导水裂隙带最大裂采比为28.1倍,该数值对榆神矿区保水采煤及水害防治具有重要指导意义;通过计算发现,煤层开采后,在研究区东南部保德组红土缺失区将造成生态潜水漏失与水位下降,最大降深可达10 m。为保护生态潜水资源,建议开采研究区东南部"天窗"部位的煤层时,必须采取相应的保水采煤技术。     

厚黄土覆盖区煤炭开采对松散含水层影响的 相似模拟研究

为了研究厚黄土覆盖区地下煤层开采对上覆松散含水层的影响机制,以常村煤矿为地质背景,根据相似原理,采用不同采深、不同采高的物理相似模拟试验方法,对煤层采动后的覆岩裂隙发育及上覆松散含水层水位下降速率进行观测记录并对比分析。研究结果表明:地下煤层开采对上覆松散含水层中的地下水的影响存在不同的影响机制,使得含水层受影响的程度不同。煤层顶板导水断裂带是否沟通松散含水层并不是松散含水层破坏、地下水水位下降的唯一条件,松散含水层隔水底板的变形破坏是造成松散含水层破坏的另一关键因素。     

贺西矿底抽巷放水试验及矿井防治水技术探讨

为查明贺西矿山西组4#煤层开采受底板高承压太灰含水层的威胁,基于地下水径流理论,对太灰含水层进行了单孔放水试验,得出4#煤底板太灰含水层的富水性和补给排泄条件。结果表明,太灰含水层岩溶发育且存在一定程度的不均一性,富水性差,地下水径流不畅,且地下水交替和循环条件滞缓,但有较高的水位,位于3#、4#煤层之上,有一定的危险性。在此基础上提出了该矿深部开采以疏水降压为主、注浆为辅的底板防治水技术措施,为保障山西组4#煤安全开采提供了合理依据。     

小保当井田2-2煤潜水采动影响分区研究

针对小保当井田在未来开采过程中造成的地下水资源大量漏失的问题,以小保当井田开采的2^-2煤层为研究对象对潜水资源受煤层采动影响分区进行研究。采用富水指数法通过AHP-熵值法建立评价模型划定了萨拉乌苏组潜水含水层富水性分区,根据相邻煤矿导水裂隙带现场实测类比确定了井田2^-2煤层导水裂隙带发育高度及层位,采用信息融合理论方法综合松散潜水含水层富水性分区和2^-2煤层导水裂隙带发育层位划分小保当井田内潜水资源受采动影响分区,得出结论：井田未来开采2^-2煤层时对松散潜水含水层的采动影响较小,仅存在一般失水区,位于井田南部且范围较小。由于在研究过程中采用了相邻矿井的资料,因此对相邻矿井未来进行相关研究和煤炭开采有一定的指导意义。     

榆横矿区十六台勘查区保水采煤分析

为了分析十六台勘查区的保水采煤条件,通过对其含水层富水特征分析,研究了煤层与覆岩的含(隔)水层空间特征,并计算了导水裂隙带的发育高度。研究表明,研究区生态环境脆弱,萨拉乌苏组潜水含水层是主要的含水层和供水水源,也是保水采煤的目标含水层;主要隔水层第四系离石组黏土结构致密,渗水条件差,发育连续稳定,是萨拉乌苏组潜水赋存储集的重要条件;煤层与覆岩的空间组合具有较好的保水条件,煤层开采时冒落带和导水裂隙带发育高度不会波及到萨拉乌苏组潜水含水层,煤炭开采时采取适当措施可实现保水采煤。     

郝家圪塔井田水文地质条件研究

通过对郝家圪塔井田区域水文地质条件的研究,结合本次施工的钻孔资料,分析井田地表水和气象条件、主要含水层隔水层及地下径流的补、径、排条件,研究地下水对煤层开采的影响,确定井田水文地质类型,为今后煤矿开采提供一定指导作用。     

太平煤矿疏放第四系下含水层水提高开采上限

通过疏放水技术的综合研究,合理经济地疏放3号煤层上覆第四系底部含水层地下水,从而为提高开采上限创造良好条件,研究近松散层开采覆岩破坏规律和第四系底部黏土层的保护作用,探索出类似条件下疏放水提高开采上限的理论与实践。     

麻家梁井田煤炭开采对地下主要含水层的影响

通过对煤层开采后对上覆岩层影响高度进行预计,分析评估麻家梁井田煤层开采后对地下主要含水层产生的破坏和影响程度,为含水层的预防保护和矿井水害防治提供参考依据。     

岳城煤矿3号和9号煤层联合开采 充水条件分析及防治水技术

在对受采掘破坏或影响的含水层富水性、地下水赋存特征、补给、径流条件分析的基础上,采用定量与定性相结合的方法,研究了3号、9号煤层联合开采充水水源、充水因素、充水强度及对矿井安全生产的影响程度,并提出了针对性的防治技术措施。     

干旱地区矿区顶板水力性质变异机理

西北干旱地区的侏罗纪煤田开采极大地破坏水资源,通过锦界煤矿排水量历时变化与水均衡分析,阐明了矿区开采前、后地下水循环模式的变化,基于煤矿开采前后矿区孔隙水、裂隙水以及双层混合水位特征研究,认为矿区顶板水力性质的变异是回采工作面推进过程中顶板隔水层的导通性与隔水层弥合性的统一演化过程诱发的,矿区顶板隔水层的导通性与弥合性改变矿区地下水循环途径,进而形成干旱地区的大水矿床。同时认为基于顶板水力性质变异的实时矿井涌水量预测方法将是下一步矿床水文地质学研究的重点问题。     

晋城成庄井田煤层气直井开发后煤层底板突水危险性评价

以晋城矿区成庄井田为依托,分析煤层气开发后煤层底板岩石破裂压力、地应力、煤层底板含水层水压和隔水层有效厚度等条件,建立了煤层气开发后煤层底板突水危险性评价理论与方法,揭示煤层气直井开发对煤炭开采底板突水影响机制。研究结果表明:煤层气井煤层底板完井深度和采动矿压与承压水的水压使煤层底板隔水层形成贯通的破裂,如果隔水层中的最小水平主应力大于承压水的水压,从应力方面,就不会发生突水,如果相反,就会发生突水;煤层气井煤层底板完井深度和采动矿压与承压水的水压未能使底板隔水层形成贯通的破裂,开采煤层承受的水压与煤层到主要含水层间有效隔水层厚度之比,决定了煤层底板突水危险性。根据煤层底板隔水层岩石破裂压力、水压和水压与隔水层厚度比值等关键参数,将煤层底板突水危险性划分为安全(Ⅰ)、中等安全(II)、安全性差或有危险(III)和安全性极差或极有危险(Ⅳ)4类。成庄井田太原组15号煤层距奥灰含水层间距小,且变化大,煤层气垂直井开发后煤炭开采受奥灰水威胁。如果9号煤层气完井深度与煤炭开采底板破坏深度15 m相同计算,煤层底板突水危险性主要为中等安全,仅在深部存在突水危险性;煤层气开发后3号煤层开采过程中不会发生底板突水。     

岩溶山区倾斜煤层开采条件含水层再造方法研究

本文针对矿区主要含水层特征分析,确定重点保护T1j含水层,其次为P3c含水层,提出了采用封闭不良钻孔重新启封段注浆和离层裂隙带压力注浆两种含水层再造方法修复含水层,着重分析了最优压力注浆的层位在位于拉伸区T1f7隔水层,其次是P3l/P3c浅层离层裂缝带,最后划分了含水层再造的有利区位,为岩溶山区煤矿水害防治和地下水资源优化利用提供理论依据。     

Geochemistry,Hydraulic Connectivity and Quality Appraisal of Multilayered Groundwater in the Hongdunzi Coal Mine,Northwest China

This study assessed the geochemistry and quality of groundwater in the Hongdunzi coal mining area in northwest China and investigated the mechanisms governing its hydrogeochemistry and the hydraulic connectivity between adjacent aquifers. Thirty-four groundwater samples were collected for physicochemical analyses and bivariate analyses were used to investigate groundwater quality evolution. The groundwater in the mine was determined to be neutral to slightly alkaline, with high levels of salinity and hardness; most samples were of SO₄·Cl–Na type. Fluoride and nitrate pollution in the confined aquifers were identified, primarily sourced from coals. Natural geochemical processes, such as mineral dissolution, cation exchange, and groundwater evaporation, largely control groundwater chemistry. Anthropogenic inputs from agricultural and mining activities were also identified in both shallow unconfined aquifers and the deeper confined aquifers, respectively. It was determined that the middle confined aquifer has a high hydraulic connectivity with the lower coal-bearing aquifer due to developed fractures. Careful management of the overlying aquifers is required to avoid mine water inrush geohazards and groundwater quality deterioration. The groundwater in the mining area is generally of poor quality, and is unsuitable for direct human consumption or irrigation. Na⁺, SO₄^2?, Cl^?, F^?, TH, TDS, NO₃^?, and COD_Mn are the major factors responsible for the poor quality of the phreatic water, while Na⁺, SO₄^2?, F^?, and TDS are the major constituents affecting the confined groundwater quality. This study is beneficial for understanding the impacts of coal mine development on groundwater quality, and safeguarding sustainable mining in arid areas.     

白云乌素煤矿奥陶系顶部碳酸岩层隔水性及应用研究

为了解决内蒙古桌子山煤田下组煤安全带压开采问题,依据多年研究成果—"华北奥陶系顶部存在碳酸盐岩隔水层"观点,选择与骆驼山煤矿相邻的白云乌素煤矿为研究试验现场,对下组(16#)煤底板岩层开展了宏观、微观研究和试验开采,结果表明:1)本区煤层底板下伏的奥陶系顶部存在碳酸盐岩隔水层厚约150 m,其岩性为黑灰色泥灰岩局部夹泥岩沉积,真正含水层段在其下的桌子山组青灰色白云岩化石灰岩中;2)克里摩里组黑灰色泥灰岩孔隙直径绝大多数小于5μm,孔隙连通性差,难以形成有效孔喉,天然条件下难以渗流;3)本区新构造运动的表现是大型老断裂的复活和部分小型新断裂的产生,断裂为碳酸盐岩层岩溶发育提供初始通道,也构成岩溶水的主要储移空间和通道;4)桌子山矿区奥灰岩溶水对煤矿安全带压开采的主要威胁是导水断裂和陷落柱等垂直通道部位,白云乌素矿重点防御的是黑龙贵逆断层和F14正断层。白云乌素矿多个工作面的安全开采证实了奥陶系顶部碳酸岩层不仅是隔水层,而且是隔水关键层。     

谢桥井田水文地质条件分析

通过对谢桥井田地面水文勘探资料、东风井-440 m回风道灰岩水害治理工程、东翼采区岩溶陷落带及影响区水文地质条件探查工程及以往水文地质调查工作,系统总结出矿井含隔水组及之间的水力联系,对充水因素分析,并对矿井防治水难易程度进行评价,为矿井制订合理的防治水方案,有效地进行防治水工作,确保矿井安全生产提供水文地质保障。     

五龙煤矿水文地质特征及水害分析

为进一步查明五龙煤矿的水文地质条件,对矿区的地层条件、地质构造、井田含(隔)水层、水力性质等方面进行了论述,分析了矿井充水因素、奥灰水突水危险性,预测计算了矿井涌水量。得出:矿井正常涌水量为39.85亦/h,最大涌水量为52.47 m3/h;12#煤层最大突水系数0.0465 MPa/m,15#煤层最大突水系数0.0806 MPa/m,未达到突水危险的临界值0.15 MPa/m,为带压开采加强隐伏导水构造探查和防治水设计提供了依据。     

Hydrogeochemical Evolution of an Ordovician Limestone Aquifer Influenced by Coal Mining: A Case Study in the Hancheng Mining Area,China

Statistical analysis was used to study the hydrogeochemical evolution of an Ordovician limestone aquifer group in the Hancheng mining area. Before mining, the groundwater flowed from northwest to southeast, the water type was primarily SO₄–HCO₃, and was mainly controlled by the tectonic structure and the specific hydrogeological conditions. After 40 years of mining, two large groundwater depression cones had formed, centered on the Sangshuping and Xiangshan coal mines in the north and south zones, respectively. The groundwater dropped by ≈?20 m in the center of the depression cones due to over-exploration and mine water inrush, which changed the groundwater flow field significantly. Both the total dissolved solids and the concentrations of major ions increased 2.3- to 4.7-fold, and the water type changed to SO₄–Cl. The saturation indices (SI) of the minerals along the two simulated paths both increased, indicating that the groundwater would dissolve minerals as it flowed, which verified the groundwater flow field. Groundwater quality deteriorated due to a mixture of old acidic pit water and hypersaline water intruding from the deep district. When studied vertically, the concentrations of major ions and SI of calcite and limestone increased, due to the limited cycling of water from shallow to deep. The coincidental Ca²⁺ and Mg²⁺ increases were caused by calcite-replacing dolomitization reactions. To summarize, long-term coal mining adversely affected the area’s groundwater flow field and hydrogeochemical evolution, and effective action should be taken to prevent the Ordovician groundwater from continuing to deteriorate.     

中关铁矿堵水帷幕内外水位变化规律

中关铁矿位于水文地质条件复杂、透水性强的奥陶系石灰岩中,该矿在井建期间一直受到严重的水害威胁。在详细分析矿区含水层特征、富水性变化规律及地下水运动特征的基础上,对中关铁矿堵水帷幕内外的水位随季节及年份的动态变化规律进行了分析。结果表明：帷幕内外地下水的动态变化规律不仅受区域地下水径流条件和季节更替的影响,还受帷幕本身及帷幕区域内井巷工程施工及疏干排水作用的影响。根据对矿区水文地质条件及帷幕内外水位变化规律的宏观认识,提出了矿井建设过程中的突水防治对策：工作面超前探水、修建蓄水水仓、矿坑内进行超阶段疏干及对地下水水位和矿井涌水量的持续观测等。