巨厚承压含水层精细化勘探方法研究

为查明高家堡井田煤层顶板巨厚洛河组砂岩含水层水文地质条件,介绍了包括地面钻探、井下钻探、常规水文测井和流量测井、单孔及群孔抽(放)水试验、双Packer系统测试、水化学与岩样测试、地下水位长期监测等探查方法。通过高家堡井田首采区白垩系洛河组含水层精细化勘探,人为按"二分法"成功将洛河组划分为上段和下段含水层。     

深埋煤层开采顶板基岩含水层渗流规律及保水技术

我国西部黄陇煤田降雨量少、蒸发强烈,属于干旱半干旱地区,做好煤炭开采过程中对含水层的保护工作极为重要。为研究适用于黄陇煤田深埋煤层开采顶板洛河组砂岩含水层的保水技术,以彬长矿区为研究区,采用砂岩孔隙度测试,结合非线性回归分析方法,研究洛河组地层不同深度砂岩渗透性变化;开展水化学测试,分析非均质洛河组含水层垂向水化学场特征;结合地面和井下水文地质探查,进一步定量化研究洛河组含水介质的非均质性。在查明洛河组含水地层非均质性的基础上,建立含水层下段受裂隙带波及条件下地下水渗流数值模型,研究基岩含水层局部受裂隙带影响条件下的渗流规律。根据渗流规律研究深埋煤层开采顶板基岩含水层保水开采技术,结合彬长矿区工作面开采实际揭露水位变化情况对其进行验证。研究表明,洛河组含水层渗透性随地层深度的增加而呈负指数降低,随着埋深增大含水层水化学类型由HCO_3-Ca型转化为SO_4-Na型,同时上段的单位涌水量约为下段的7倍,可知洛河组含水层上、下段地下水渗流条件不同,垂向非均质性较强。工作面开采裂隙带仅波及含水层下部时,含水层仅受波及层和相邻层的水位下降明显,上部未受到波及段水位降深有限,整个含水层不会出现水位统一下降的现象,而是呈现出不同层位水位降深差不同的差异性渗流规律。鉴于此,提出利用含水层非均质性特征,以控制含水层上段水位降深为核心,允许导高适当波及含水层下段的"控水开采"技术,有助于缓解深埋煤层采煤与保水的矛盾。通过彬长矿区胡家河煤矿现场应用表明,洛河组含水层实际渗流特征符合本次研究成果,控水开采技术可实现洛河组砂岩含水层保水开采的目的。     

洛河组含水层垂向差异性研究及保水采煤意义

为查明彬长矿区白垩系洛河组地层的水文地质条件,从保水采煤角度提出了洛河组精细化勘探概念,给出了可用于承压含水层垂向富水性评价的综合富水性指数法,依据垂向富水性变化规律对洛河组进行分层,并研究洛河组垂向水文地质条件与特征、自然状态和采煤扰动时洛河组垂向各含水层段之间的水力联系、以及洛河组下段存在的保水采煤意义等。给出了富水性指数计算方法:对地层岩性、厚度、孔隙度3个指标分别赋值、分别赋权重为0.3,0.4,0.3,之后将赋值与权重累积得到单个含水层段的富水性指数(f_i),利用F_i=0.5f_i+0.15f_(i-1)+0.1f_(i-2)+0.15f_(i+1)+0.1f_(i+2)计算各地层的综合富水性指数。给出了洛河组含水层垂向富水性分级标准:F0.003 289为隔水层,0.003 289≤F0.012 339为弱富水,0.012 339≤F0.015 504为中等富水,F≥0.015 504为强富水。依据综合富水性指数将高家堡井田T1,T2钻孔洛河组垂向上划分为上、中、下3段。研究结果表明:(1)采用综合富水性指数法可以对承压含水层垂向富水性进行精细化评价,可操作性强;(2)局部地区洛河组内部发育有泥岩地层,但尚未构成区域上的隔水层;(3)洛河组下段地层既可以减缓和阻止煤层顶板导水裂隙带继续向上发育防止对具有供水意义的中上段地层结构的破坏,又可以阻隔中上段含水层水进入矿井,对保水采煤有利;(4)高家堡矿井首采面回采期间洛河组中上段地下水位下降26.71～43.06 m。通过含水层水量、水位、水质等指标分析,采用控制煤层采高等技术实现了对洛河组含水层结构保护条件下的深埋煤层开采。     

郭家河煤矿含水层富水性对比分析

为防治郭家河煤矿回采工作面受离层水害威胁,以1310、1308工作面水文地质条件、附近钻孔情况为基础,通过在工作面前后施工地面钻孔,进一步查清了煤层回采前后富水性特征,得出的洛河组含水层水文参数,表明煤层回采后洛河组含水层富水性明显增强,这对矿井防治水工作具有指导意义。     

矿井涌水模式及顶板水害防治关键技术

针对高家堡矿井煤层回采受到顶板白垩系洛河组含水层充水影响和水害威胁,建立了上覆含水层充水模式,分析了地下水流场和影响含水层涌水的主要因素,提出了对洛河组上段"以防为主"、对洛河组下段"以疏为主"的防治水工作思路。     

古交矿区峰峰组与上马家沟组水力联系及意义

为了进一步了解古交矿区带奥灰水压开采的水害水源与突水机理,对中奥陶统峰峰组和上马家沟组两个主要含水层的水力联系进行了研究。依据矿区水文地质勘探成果、峰峰组和上马家沟组岩石学及水文地质特征,划分出不同的含水层与隔水层,通过34个水文钻孔水位和1980年以来奥灰水位的动态变化,证明峰峰组含水层实际位于其上段,上马家沟组含水层位于其中、上段,两者之间存在明显的隔水层,即峰峰组下段,两者之间水力联系差,是两个相互独立的含水层。距离煤层较近的峰峰组含水层是影响矿区带压开采的主要水源,但峰峰组在该区域富水性弱,由于其与上马家沟组水力联系差,对矿井安全影响较小,是古交矿区带压开采的有利条件。     

黄陇煤田顶板巨厚含水层防供水综合技术研究

为了有效治理黄陇煤田4号煤层顶板巨厚洛河组含水层水害威胁,提出通过布置井下疏放水钻孔对含水层下段进行适当疏放,利用含水层各向异性条件而形成的双层水位使得洛河组含水层下段得到疏放,同时利用井下供水管网将其直接利用。以亭南矿为例,采用改进的钻探技术和方法施工井下大仰角、大深度钻孔达到洛河组含水层疏放目的,从而减小了工作面正常涌水量并延缓工作面出水时间。不仅有效解决了洛河组含水层不可疏干与威胁矿井安全之间的矛盾问题,同时为黄陇煤田顶板水害防治提供了新的思路。     

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。     

沙拉吉达煤矿保水采煤的水文地球化学特征研究

利用水文地球化学研究了深埋煤层开采对浅部水源地的影响。结果表明:浅部含水层补给、循环交替积极,矿化度较低,深部含水层径流条件较差,地下水年龄较老;分层聚类分析发现,第四系水和洛河组水属于同一来源,侏罗系三段含水层水属于同一来源。     

大佛寺煤矿主要水害类型及防治工程实践

陕西彬长大佛寺煤矿水文地质条件较为复杂,多年的开采实践过程中,曾发生多次水害事件,严重威胁人员安全并影响矿井正常生产。尤其是近年来复合开采条件下,水害影响由单纯延安组弱含水层水害变为洛河组含水层与离层水害叠加影响以及侧向、上覆采空区水害威胁。通过系统分析矿井的水文地质条件,以实际工作面揭露情况总结出各类型水害的表现特征,并以现场实际应用为基础,列举各类水害防治的典型案例。基于多种水害综合分析,总结出大佛寺煤矿切实有效的防治水措施,科学指导矿井防治水工作,并为彬长矿区条件相似矿井提供参考。