深部岩溶矿井水化学特征及含水层水力联系研究

近年来，华北型煤矿区上组煤开采中受奥灰岩溶水影响的事件时有发生，威胁巨大，为此，以东滩煤矿为例，采用统计分析、Piper三线图、Gibbs图、氯碱指数等水化学研究方法对研究区地表水及各含水层进行了分析。结果显示：研究区地表及地下水整体偏碱性，水质受岩石风化作用影响为主，部分受到蒸发沉淀作用，大气降水对含水层的水化学性质影响很小；各含水层离子来源主要为硅酸盐、蒸发盐及碳酸盐风化及阳离子交换作用；东滩煤矿奥灰含水层与地表水、第四系、十四灰水力联系密切，侏罗系砂砾岩与3煤顶板砂岩含水层水力联系紧密；未来东滩煤矿开采过程中，一、三采区受奥灰影响较大，突水风险较高，十四采区次之，四采区受奥灰影响突水风险较低，需提前做好预防。     

潘谢矿区深部灰岩水离子来源解析与水循环示踪

采集潘谢矿区太灰水和奥灰水共28个水样,通过piper三线图、因子分析、离子比例系数及氢氧稳定同位素分析,研究矿区深层灰岩地下水离子成分特征及其来源,揭示水岩相互作用与水循环。结果表明：(1)研究区太灰水为低矿化度水,水化学类型主要为HCO3-Na型和Cl-Na型；奥灰水为高矿化度水,水化学类型主要为Cl-Na型；两含水层为碱性水,常规离子变异系数较小,水环境较为稳定；(2)太灰水中Na+不仅来源于蒸发岩的溶解,还来源于硅酸盐矿物的风化作用,奥灰水中水岩交互作用以蒸发岩溶解为主；两含水层均发生了阳离子交替吸附作用,太灰水的交替吸附比奥灰水强烈；(3)太灰水和奥灰水主要源于暖季大气降水的入渗补给,氘盈余均低于全球大气降水氘盈余平均值(10‰),蒸发作用不强烈,空气相对湿度高。     

基于主成分分析法的底板突水危险性评价

在系统收集及分析矿区水文地质资料的基础上,确定影响煤层底板突水的主要因素,并引入主成分分析法对影响底板突水的因素进行定量评价。以新安煤矿为例,利用主成分分析法,确定各突水影响因素的权重,建立煤层底板突水模型,对影响煤层开采的底板奥灰突水危险性进行分区预测,为奥灰水的防治提供了重要依据。     

利用脆弱性指数法评价鲍店煤矿下组煤首采区水害威胁程度

鲍店煤矿下组煤开采的主要充水含水层为十下灰、十四灰、奥灰,其中奥灰为突水危险性最大的含水层,一旦突水将造成巨大的损失。鲍店煤矿利用"脆弱性指数法"综合分析矿井突水的主控因素之间的关系,确定出下组煤首采区受水害威胁的程度,指导矿井安全生产。     

保德煤矿奥陶纪灰岩水H2S形成机理及防治技术

基于保德煤矿不同时期奥陶纪灰岩水水化学资料,采用离子组合比例分析、水文地球化学模拟等方法,通过PHREEQC软件计算饱和指数来分析奥灰水水化学成分沿流程的变化规律,定性分析奥陶纪灰岩水硫化氢气体形成机理及水岩相互作用对硫化氢气体形成的影响,并对硫化氢气体防控关键技术进行研究。结果表明:从径流区到滞流区,水化学类型由HCO_3-Na(Na·Ca)→HCO_3·Cl-Na·Ca(Ca·Mg)→Cl-Na(Na·Ca),SO_4~(2-)离子含量呈总体增加趋势,最终由BSR作用形成H_2S气体。CH_4和C将硫酸盐矿物还原生成H_2S同时生成CO_2、HCO_3~-。根据现场实际情况设计防喷装置和孔口负压抽放装置。     

山东省宁汶煤田鑫安煤矿3煤层开采水害隐患分析

为了查明鑫安煤矿开采3煤层的水害隐患类型,分析水害对矿井的潜在威胁和空间分布特征,采用现场质询、资料收集、井下踏勘的方法,逐一分析了煤矿大气降水及地表水、第四系砂砾层、新近系砂砾层、白垩系砂岩、3煤层顶底板砂岩、三灰、十下灰、奥灰、老空积水对3煤层开采的影响,排查分析出影响3煤层开采的水害隐患类型为3煤层顶底板砂岩、奥灰水和老空积水;采用“采后导水断裂带内含水层总厚度值”和“突水系数法”对开采3煤层的顶板砂岩充水危险性和底板奥灰突水危险性进行等级划分。研究分析出开采3煤层水害隐患的空间分布特征为3煤顶板水害主要影响矿井中部、老空水主要影响矿井浅部、奥灰水主要影响矿井东部。     

郭庄煤矿14灰、奥灰水对17煤安全开采影响及其分析

通过钻探手段揭露了郭庄煤矿17煤开采直接充水含水层14灰和奥灰,掌握17煤到14灰和奥灰的间距、岩性以及隔水岩组赋存状态和隔水性能,获取14灰和奥灰的相关水文地质参数,揭示了其漏水规律,并根据获取的资料利用突水系数理论,分析14灰水和奥灰水对17煤安全开采的影响,提出了17煤安全开采建议采取的防治水措施,为矿井安全生产提供依据和参考。     

采煤驱动下峰峰矿区奥灰水中氢氧同位素漂移特征研究*

为了综合评估采煤驱动下奥灰水中氢氧同位素的漂移特征,本文分别采集了峰峰矿区不同径流区的奥灰水样品27件,通过分析氢氧同位素D和₁₈O的漂移特征和水-岩作用,阐明了其漂移过程。研究结果表明：煤矿开采后,南部径流区,奥灰水中的氢氧同位素组成呈背景特征,未发生漂移现象。东部径流区,同位素D漂移现象显著,漂移率为57.14％,部分样品D和₁₈O双项漂移。北部径流区,同位素D和₁₈O双项漂移明显,漂移率为27.27％。同位素D漂移与奥灰水和硅酸盐矿物的水岩反应有关,水-岩相互作用中伴随有同位素D的交换平衡反应。同位素₁₈O漂移与奥灰水和碳酸盐矿物的水岩反应有关,水-岩反应伴随有同位素₁₈O的交换平衡反应。D和₁₈O的双项漂移现象的发生则是奥灰水与碳酸盐和硅酸盐水-岩反应共同作用的结果。     

邢台煤矿下组煤首采区带压开采设计优化

在分析奥灰水文地质条件的基础上，确定了邢台煤矿开采下组煤的首采区。以不扰动奥灰含水层天然流场为目标，以预防奥灰突水为主线，对首采区的开拓方案进行了优化布置，提出了工作面开采的最佳尺寸。为该矿下组煤首采区的开采成功提供了较为可靠的水文地质保障和安全开采模式。     

高河煤矿奥灰水带压开采防治技术研究

根据高河煤矿煤层底板与奥灰之间岩层的特点,分析了复杂水文地质条件下煤层底板突水的影响因素,对矿井底板突水危险性进行了深入分析,并制定了可行的奥灰水防治技术措施,对于类似条件下奥灰水带压开采具有一定的借鉴意义。     

洁净煤开采技术和资源化

传统的煤炭开采过程中产生的废气和废水等造成环境污染,洁净煤开采技术和相应的处理技术可以变废为有用的资源,特别是煤层气的开采不仅有利于缓解我国能源紧张,而且给煤炭企业带来很高的经济效益。     

S矿区采动覆岩破坏的实例研究

煤矿地下开采造成水资源的破坏和污染,为了保护S矿区地表水资源和保证安全开采,在分析了该矿区覆岩工程地质特征的基础上,根据该矿区岩层柱状图,建立了煤层覆岩的力学模型,利用FLAC软件计算了煤层开采工作面推进到不同距离时覆岩的应力场,绘出了覆岩塑性区分布图,分析了薄基岩厚松散层下开采煤层时覆岩的应力特征和破坏高度,得出在煤壁和开切眼处覆岩以剪切破坏为主,而采空区上部以拉伸破坏为主;随着工作面的推进,覆岩破坏波及到第四系底部;进一步分析第四系底部粘土层的物理力学性质,得出该粘土层有良好的隔水性,指出工作面可以安全开采,并得到工程验证。     

高坑井田承压水上采煤安全开采边界的研究

对高坑井田底灰承压水上采煤安全开采边界进行了分析研究，提出了安全开采边界的确定方法，对相类似承压水体上安全开采具有很好的参考价值。     

渭北奥灰承压水矿区煤炭开采对水资源的影响及保护

随我国煤炭开采向深部发展,奥灰承压水体上开采导致底板突水与其生态水位下降之间的矛盾日益突出。在分析渭北澄合矿区典型工作面5号煤层含(隔)水层组合特征的基础上,采用理论计算与现场实测综合确定5号煤层开采的底板破坏深度,从含水层结构破坏、生态水位、水质等方面研究了煤层开采对底板承压水的影响。结果表明:澄合矿区5号煤层开采底板破坏深度8~10.8 m,不同工作面斜长与底板岩性组合是影响该区底板破坏深度的主控因素,工作面斜长与底板破坏深度呈正相关,与底板含(隔)水层组合为负相关关系,煤层开采对底板含水层结构影响程度由大到小分别划分为Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ级区,其中,Ⅰ级区主要分布于中南部和北部,面积为6.78 km2,占总面积的45.2%;煤层开采尚未对含水层水位、水质造成明显影响。提出以底板注浆加固技术为主保护水资源,稳定生态水位,为渭北地区煤炭工业健康发展找到有效途径。     

黄土覆盖区采煤地表裂隙垂向延伸规律-以神南矿区为例

黄土覆盖区煤炭开采地表裂隙向下延伸深度,直接影响采煤塌陷区植被的生长和水的垂直渗漏。为此,采用土力学理论分析、地表观测、物理相似模拟和钻孔微电阻率扫描成像测井等多种手段,研究了神南矿区黄土覆盖区煤炭开采地表裂隙垂向延伸规律。研究结果表明:依据摩尔库伦理论,研究区煤炭开采地表裂隙极限显现深度为-4.2m,地表观测到的裂隙显现深度均小于该值。物理相似模拟实验结果显示,研究区煤炭开采地表裂隙垂向延伸深度为-15m,说明在黄土覆盖区地表裂隙极限显现深度下存在隐伏裂隙。现场实测显示黄土覆盖区煤炭开采0～6m深度裂隙较发育,-6～13m深度小裂隙发育不连续,-13～15m深度有隐伏的连续裂隙,-15m以深无裂隙发育,验证了物理模拟和理论研究结果。研究结果为保水采煤工程提供了依据。     

神府矿区大型水库旁烧变岩保水开采技术研究

神府矿区是我国重要的煤炭生产基地和典型的高强度开采矿区,同时也是我国典型的干旱半干旱生态环境脆弱区,烧变岩水是区内的主要地下水资源之一。为研究区内烧变岩水对采煤的影响和烧变岩水的保护问题,以张家峁井田首采区首采地段5-2煤开采为例,通过对水文地质结构系统和5-2煤顶板导水裂隙带的分析,查明了研究区的水资源类型和特征,确立了5-2煤保水开采对象,划分了5-2煤保水开采分区,提出了烧变岩注浆帷幕截流保水开采新技术。研究结果表明:研究区的水资源类型主要有6类,其中仅有4-2煤烧变岩水具有保水开采意义,5-2煤开采划分为4-2煤烧变岩水无水开采区和保水限采区。5-2煤保水限采区设计的帷幕墙空间形态、帷幕线位置及数量、注浆钻孔排间距及结构合理,制定的钻探和注浆施工工序和工艺科学,实施的双位双向引流注浆、烧变岩全断面分区注浆、防渗截流效果即时检验等注浆帷幕关键技术可行。保水限采区5-2煤工作面采前上覆4-2煤烧变岩水预疏放和采后工作面涌水量实测结果表明,保水限采区内4-2煤烧变岩水静储量约20 000 m3,动态补给量不足5 m3/h,注浆帷幕截流实现了帷幕内外4-2煤烧变岩水的有效隔离,大幅减少了4-2煤烧变岩水及与其有直接水力联系的常家沟水库水的排放,水资源保护性开采效果显著。     

榆神矿区中深煤层开采覆岩损伤变形与含水层失水模型构建

煤层开采覆岩变形损伤是含水层失水主要原因,针对榆神矿区中深煤层开采影响下含水层失水规律研究程度不高问题,根据矿区主采煤层覆岩的地质与水文地质结构特征,总结提出中深煤层开采覆岩损伤变形影响下含水层"侧向直接与垂向渗漏"复合失水模式,以COMSOL多物理场耦合数值分析软件为平台,提出了中深煤层开采覆岩变形损伤与含水层失水数值分析模型的构建方法:①利用岩石力学模块,通过建立煤层开采条件下覆岩采动应力、孔隙率与渗透率耦合关系,模拟输出弯曲带覆岩各剖分节点的位移变形量,计算采动渗透系数变化;利用Mohr-Coulomb塑性破坏准则识别出采掘扰动下导水裂隙带的发育范围;②利用COMSOL软件平台中大变形几何体自动重新剖分计算模块,重新进行网格剖分,形成采动变形二次剖分网格;③在达西渗流模块中,根据含水层与导水裂隙带间的地下水运动状态的转化特征,把采动导水裂隙范围数值处理成达西渗流边界,重新输入采动渗透系数参数,以建立含水层地下水失水分析模型。最后以榆神矿区曹家滩煤矿为分析案例,建立工作面尺度上煤层开采覆岩损伤变形与含水层失水分析模型,模拟得出工作面2~(-2)煤层分层开采(5 m采高)条件下导水裂隙最大高度为128 m,发育至直罗与延安组基岩含水层内部,含水层失水总量35.84 m~3/h,其中侧向直接与垂向渗漏失水量分别为23.17,12.67 m~3/h,煤层开采对近地表松散含水层影响小;一次采全高(10 m采高)条件下导水裂隙最大高度为202 m,发育至富水性好的风化基岩含水层内部,失水总量增加至130.31 m~3/h,其中侧向直接与垂向渗漏失水量分别为92.65,37.66 m~3/h,煤层开采对松散含水层影响较大。     

急倾斜煤层综放面泥砂流事故防治技术

梅河四井为急倾斜特厚煤层,采用水平分层综合机械化放顶煤开采,曾经多次发生采空区泥砂流溃入工作面事故,严重影响了安全生产.通过研究认为畅通的疏水可使采空区内不积水或少积水,使采空区残留煤、泥和砂由流态变为固态,从而保证工作面不出现泥砂流事故.同时也探索了一套"留管排水、钻孔疏水、大采高放水"的综合防治技术,不仅消除了泥砂流事故隐患,而且给企业带来经济效益.     

煤矿开采对水资源的影响分析与防治对策研究

煤炭开采对水循环、水资源量及水环境影响较大。矿坑大量排水改变了地下水的运移规律,损害了矿区生态环境。在采煤过程中,最大限度地减小含水层结构破坏程度,控制地下水位下降幅度,是矿井建设面临的难题。以三交河煤矿煤炭开采为例,通过分析各煤层及其覆（伏）岩结构特征,计算导水裂隙带发育高度和采煤破坏的水资源量,认为上组煤开采对上覆含水岩组破坏较大,造成矿区水位超常下降,甚至疏干;下组煤开采对奥灰水影响较小。针对分析结果,提出了实施保水采煤以减少对覆岩含水层的破坏、加强对水资源的综合利用等应对措施。     

煤炭开采与保水开采技术

煤炭开发与地下水资源保护之间的矛盾日益突出,煤炭开发在促进社会经济发展的同时也给当地生态环境带来了较大破坏,尤其对地下水资源的影响更为显著。如何实现煤炭开发与水资源保护间的相互协调是当前煤矿开采面临的巨大难题。通过分析煤矿开采对水资源尤其是对顶底板含水层的影响,进一步阐述了煤炭开采与水资源保护技术的技术进展情况及当前可实现保水开采的2种基本技术途径:以“堵截法”和“疏导法”为理念的保水开采技术的适用性和面临的技术难题,提出矿井要在不断探索实践中科学合理地选择适用于矿井自身的保水开采技术,对解决当前煤矿开发与水资源保护之间面临的双重难题,对矿井可持续发展具有一定的指导作用和借鉴意义。