西部生态脆弱矿区保水采煤实践进展

“保水采煤”是应鄂尔多斯盆地北部侏罗纪煤田独特的矿床地质条件而提出,经过多年研究和探索,在基础研究、工程实践等领域取得了大量成果。总结了不同阶段保水采煤研究的最新进展和存在的科学问题。基础研究阶段,查明了煤层与含（隔）水层空间关系、煤层覆岩结构类型,划分了保水采煤地质条件分区,编绘了基于地下水位保护的采煤方法规划图,提出了开采区域评价方法和采煤方法等实现“保水采煤”的途径。在工程实践阶段,以生态水位保护为原则,开展了基于含水层结构保护的充填开采、窄条带开采、限高（分层）开采、短壁机械化开采法、快速推进法等“因地制宜”的保水采煤工程实践,开展了基于岩溶承压含水层结构保护的底板注浆加固保水采煤工程实践;以水资源保护、利用为原则,开展了基于地下水转移储存、采空区储水的保水采煤工程实践。     

西部生态脆弱矿区地下水对高强度采煤的响应

为研究榆神府矿区高强度煤层开采对地下水的影响,分析潜水位下降与煤层开采强度的关系,通过资料收集和实地调查两种方法,获取了矿区煤炭资源大规模开采前(1995年)地下水位和煤炭开采后(2014年)地下水位,2者叠加后求取了地下水位变化幅度,并与开采强度分区进行耦合,分析地下水位变化与开采强度的关系。研究区73.0%的区域地下水位未发生明显变化,但有7.3%区域地下水位下降幅度超过8 m,尽管比例小,但面积达758.9 km2,对区域地下水均衡产生了较大影响;高开采强度开采是矿区地下水位下降的主要驱动因素,71.5%的水位明显下降区(8 m)是由高强煤层开采导致的。导水裂隙带和含水层特征是煤层开采过程中控制地下水位变化幅度和范围的关键所在。高强度煤层开采区必须推行保水采煤技术才能达到资源与环境和谐发展的目的。     

哈密煤田生态脆弱区保水采煤的水文地质基础与实践

由于我国西部矿区降雨稀少、蒸发强烈,形成了该区干旱缺水、生态环境脆弱的基本特征。以位于吐哈盆地的哈密煤田大南湖矿区为研究区,开展该生态脆弱区水资源保护性采煤(即"保水采煤")的水文地质基础研究,以及顶板水害防治与保水采煤相结合的可行性探索。在系统评价研究区主要煤层顶板含隔水层结构、隔水保护层的稳定性以及受保含水层开发潜力的基础上,以大南湖五号井1801首采工作面为例,开展了研究区顶板水害防治与保水采煤相结合的实践,提出了矿区高矿化度受保含水层水开发利用的初步方案,通过该工作面的成功试采初步取得了吐哈盆地生态脆弱区水资源保护性采煤的实践经验。提出并实践了吐哈盆地典型生态脆弱区顶板水害防治与保水采煤相结合工程,为指导作为新疆四大煤炭基地之一的哈密煤炭基地煤炭资源的绿色开采具有一定的理论及实际参考。     

西部生态脆弱矿区土壤环境影响评价研究

在对煤矿区土壤环境影响特征分析以及影响识别的基础上,以西部生态脆弱矿区白家海子煤炭采选项目为例,分析了干旱区矿区土壤环境现状特征与主要问题,在地表沉陷预测的基础上,结合地形等高线与地下水位等值线采用图形叠置法预测土壤盐化范围与程度,并从源头与过程控制角度提出土壤盐化的防控对策,以期为我国类似矿区土壤环境影响评价以及跟踪监测提供技术支撑。     

典型高强度开采矿区保水采煤关键技术与实践

神东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,矿区高强度煤炭生产与生态环境的协调发展是该区的重要研究课题。针对神东矿区干旱半干旱地区水资源贫乏、生态环境脆弱等特点,通过研究矿区水文地质结构特征、煤层覆岩结构类型等,提出了矿区的水文地质结构分区和保水采煤分区;以此为基础,针对不同的水文地质结构类型,提出了神东矿区的保水采煤的基本原则,以及矿区重要水源地、厚基岩含水层、烧变岩含水层、水资源转移存贮、矿井水资源化利用等保水采煤的关键技术;最后,结合典型矿井,开展了上述关键技术的现场工程实践,并取得了良好的应用效果。     

准东大井矿区保水采煤开发利用研究

本文以准东大井矿区为研究对象,基于资料分析得到矿井主采煤层B_1均处于Ⅳ含水段,通过常规经验计算方法估算了大井矿区巨厚煤层大采高分层开采和放顶煤分层开采导水裂隙带发育高度,分别为126.8～190.5m、232.9～334.5m和79.1～98.0m、158.2～196.0m,导水裂隙带均可发育至覆岩含、隔水层,从保水采煤角度出发,应减少分层采高,优先采用大采高分层开采方式。矿井涌水量达2 050m~3/d,且属高矿化度矿井水,结合矿区用水现状及企业类型,初步提出可采用蒸馏、电渗析、反渗透和蒸发结晶等水处理工艺,出水可分别作为矿区生产、生活及生态用水。     

彬长矿区保水与采煤分析

通过对保护水资源重要性与采煤条件的分析,指出了在洛河砂砾岩含水层下采煤是目前彬长矿区在理论上和技术上亟待解决的突出难题之一。以某井田为例,通过对其地质条件、水文地质条件、覆岩结构类型的分析、以及综放开采覆岩破坏导水裂隙带高度的预计,确定了洛河砂砾岩含水层下防水煤岩柱留设的原则,着重分析了在工程实践中要注意观测和研究的问题。     

我国保水采煤的扛鼎之作——《干旱半干旱矿区保水采煤方法与实践》评介

我国是煤炭生产和消耗大国,为生产生活提供了70%的能源。煤炭为国民经济的发展作出了重要贡献,但社会对煤炭了解少而责难多。实际上,煤炭不仅有安全问题,在不久的将来,随着产量向中西部进一步扩张,在干旱缺水的地区集中大     

生态脆弱区保水采煤矿井(区)等级类型

水资源保护性采煤是生态脆弱矿区可持续发展的必然选择,如何深化保水采煤研究,使之更好的付诸工程实践,是西北煤炭开发规划和建设生产亟需解决的问题。以陕北榆神矿区为例,结合浅表层水资源(保水采煤目的层)量分布和煤矿开采对浅表层水资源的影响程度两方面,研究了保水采煤矿井(区)类型。首先,分析了研究区生态-水-煤系地层空间赋存结构特征,提出了以保水采煤为目的的生态地质环境类型,将其划分为潜水沙漠滩地绿洲型、地表水沟谷河流绿洲型、地表径流(黄土)沟壑型和区域性(深埋)地下水富集型;其次,计算确定了浅表层水资源单位面积总储存量分布;然后,基于煤层开采对生态层及浅表层水的影响程度,提出了4种保水采煤环境工程地质模式(环境友好型、环境渐变恢复型、环境渐变恶化型及环境灾变型),在分析影响其分区的导水断裂带高度、残余隔水层釆动隔水性等关键指标的基础上,建立了不同环境工程地质模式分区阈值和确定方法;最后,基于浅表层水资源量和保水采煤环境工程地质模式分布特征,提出了保水采煤矿井等级类型划分方法,将其划分为:正常开采矿井、保水采煤一级矿井、保水采煤二级矿井和保水采煤三级矿井,总结了各级保水采煤矿井适用的开采方法与水资源保护、利用方法。     

陕北生态脆弱矿区采煤引起的地表变形研究现状

在叙述陕北生态脆弱地区采煤引起的地表移动变形分布的基础上,从地表移动变形影响因素、采煤沉陷假说、地表沉陷预测、地裂缝机理及防治措施5个方面评述了该区地表移动变形的研究现状,可为生态脆弱矿区煤炭资源可持续开发提供参考。     

陕北榆神府矿区保水采煤方法研究

论文研究了陕北榆神府矿区与保水采煤有关的地质因素,结合采空区上覆岩层的移动规律,提出了矿区保水采煤的采煤方法划分体系。对矿区进行了保水采煤的采煤方法区划,对不同区划提出相应的保水开采方法,为矿区保水采煤的宏观决策提供了参考和依据。     

生态脆弱矿区煤层覆岩隔水特征及保水开采实验研究

对薄基岩浅埋煤层覆岩的隔水性进行了分析,采用相似材料模拟的方法,研究了薄基岩浅埋煤层覆岩的物理力学特征和上覆岩层移动破坏规律。研究表明,覆岩的矿物成分以石英、钾长石等为主,其含量高达75.4%~92.0%;岩石的单向抗压强度远大于抗拉强度,属于典型的脆性岩石。风化岩石的膨胀性增强,塑性增加,强风化带内,结构致密的粉砂岩、细粒砂岩的物理力学性质无明显变化。相似模拟实验表明:在煤柱附近和采空区中央,沿顶板方向覆岩移动表现出明显的分区性,在同一层位水平变形引起的压缩区和拉伸区交错出现;导水断裂带最大高度约为94 m,是采高的27倍。在此基础上,对薄基岩浅埋煤层保水开采的条件进行了评价,提出了保水开采的关键技术措施。     

榆神府矿区保水采煤技术研究进展

榆神府矿区是我国煤炭资源主要产区之一,为了实现该区煤炭资源绿色化开采,保护当地生态环境,要求必须采取保水采煤技术。查阅了近年来公开发表的关于保水采煤技术的文献资料,归纳总结了保水采煤技术理论发展现状和工程实践现状,并据此指出了该领域的发展趋势。研究结果表明,实现保水采煤核心是要准确预测导水断裂带的发育高度;根据主采煤层覆岩水文地质条件和岩层物理力学性质,确定煤层、主关键层与含水层三者之间的空间位置关系,精确预测导水断裂带高度和研究地下水转移储存条件,是保水采煤的发展趋势。     

生态脆弱矿区含(隔)水层特征及保水开采分区研究

研究发现,沙漠区植被对地下水水位埋深具有很强的依赖性,揭示了陕北榆神府矿区内合理生态地下水位埋深为1.5~5.0 m,煤层开采的导水裂隙导致地下水位下降,表生生态退化,控制地下水水位是生态脆弱矿区科学开采的核心。室内模拟实验和开采实践表明,当煤层上覆隔水岩组厚度≥33~35倍采高时,煤层开采不会导致地下水位下降;煤层上覆隔水岩组厚度≤18倍采高时,煤层开采会破坏隔水层,导致水位下降;18~35倍采高时,可采取"限制采高"等措施实现保水开采。剖析了煤层、含水层的空间关系,划分了保水开采条件分区,提出了区域采煤方法规划方案,指出以控制地下水水位为目标,以采动隔水层稳定性分区为基础,以采煤方法规划为手段的开采方法是生态脆弱矿区煤炭资源科学开采的有效途径。     

生态脆弱矿区松散含水层下采煤保护土层合理厚度

为保护生态脆弱矿区的生态潜水位,对采煤保护土层厚度的合理厚度进行研究。基于地下水动力学,分析了采动潜水位越流变化机理,并采用水-电相似模拟技术,模拟了采后不同有效隔水层厚度及其物理特性条件下潜水位变化规律。研究结果表明:煤炭开采,越流水位差越大,采后有效隔水层隔水能力越差,采动潜水位降深越大。研究区典型地质条件下,采后有效隔水层为42.6 m的离石黄土或21.0 m的保德红土时,潜水不会显著漏失。多种软件耦合实现了煤炭开采工作面水-电相似模拟,得到了研究区典型采矿地质条件下不同有效隔水层厚度与潜水位降深的关系,水-电模拟结果与理论研究结果相吻合,并得到了工程实践的初步验证。     

榆神府矿区保水采煤的实验与数值模拟研究

针对榆神府矿区开采引起的生态环境恶化、荒(沙)漠化扩展问题,提出保水采煤的开采方法,并通过相似模拟实验和数值模拟得出保水采煤开采方法的有关参数。     

西部缺水矿区地下水库保水的库容研究

利用井下采空区进行水源蓄存和循环利用的地下水库技术是实现西部矿区保水采煤的有效措施,研究确定采空区的合理储水容量对于地下水库技术的安全高效实施至关重要。综合采用理论分析、模拟实验与现场实测等手段,就地下水库储水容量计算、以及极限库容与合理库容的确定等问题进行了研究,结果表明：地下水库的储水容量即为储水范围内覆岩垮落带破碎岩块间自由空隙量与裂隙带断裂岩层离层裂隙量的总和;基于覆岩垮落带类抛物空间形态模型的构建,得到了考虑煤层倾角条件下垮落带岩体空隙量的计算公式;利用覆岩采动裂隙分布的“O”形圈理论模型,获得了覆岩各层关键层底界面及相邻关键层间断裂岩层的离层空隙量确定方法;由此根据储水水位在覆岩垮裂带内的不同位置,建立了地下水库储水容量的数学表达式,形成了地下水库极限库容与合理库容的确定方法,指导了李家壕煤矿地下水库工程实践。     

陕北榆神府矿区保水采煤工程地质条件研究

以煤田地质勘探资料为基础,结合野外工程地质测绘、原位测试和室内试验,分析总结了榆神府矿区与保水采煤相关的工程条件特点,进行了工程地质条件分区,在此基础上,初步讨论了不同荛叶质区保水采煤的可能性。     

我国西部生态脆弱矿区煤-水共采问题分析

煤炭在我国能源结构中占有主导地位,是我国能源战略安全的重要组成部分。我国煤炭能源时空赋存特征及国内外政治经济环境决定了当前以西部生态脆弱矿区煤炭资源开发为主的格局,该区域已成为我国煤炭能源供给的重要战略基地。根据已有的研究成果可知,大规模高强度开发已超过该区域部分矿区的生态环境承载能力,极有可能造成生态环境的不可逆破坏。我国能源的赋存特征又决定了必须科学有序开发该区域煤炭资源,兼顾考虑国家能源战略安全与生态环境长期稳定与恢复是当前亟待解决的关键科学问题。其中,保水开采与采空区储水(地下水库)技术的推广应用在一定程度上缓解了煤炭开采与生态环境保护的矛盾。但是,从长远来看,该矛盾将伴随着煤炭开采全生命周期及其后煤炭开采时期。分析认为,应建立国家西部生态脆弱矿区煤炭资源开发与环境保护协调中心,由国家发改委能源局主导协调多部门参与,以煤炭开采与生态环境保护为主线,制定考虑生态环境承载能力的煤炭开采中长期规划,建立开采前充分论证评价,开采中与开采后连续监测的全周期煤炭开采技术体系;同时,应加大该区域煤炭开发的科技投入,采矿、生态环境保护与监测、人工智能等多学科交叉融合解决煤炭开采与生态环境保护矛...     

底板承压水保水采煤技术与工程实践

为解决底板承压含水层上带压采煤问题,以董家河煤矿为例,在研究5号煤层下伏含(隔)水层特征及煤层开采底板破坏深度的基础上,分析了突水危险性,制定了承压水体上保水采煤技术体系。结果表明:奥陶纪灰岩峰峰二段含水层是本区5号煤层开采主要充水水源,突水系数大于0.06MPa/m的区域占矿区面积的43%,K2及K3含水层既可成为奥灰水突水通道,也可改造成隔水底板,对5号煤层安全开采意义重大。同时提出了"监测预报,超前探测,探治结合,综合防治"四位一体综合保水采煤技术体系,并在澄合矿区进行了工程实践,既指导本区安全生产,又保护奥陶系375 m水位。