影响榆神矿区大保当井田保水采煤的地质因素及区划

分析了影响保水采煤的地质因素，对保水采煤安全煤柱的设计尺寸，以及大保当井田保水采煤分区提出了建议。     

保水采煤煤柱稳定性的数值模拟

模拟了工作面不同煤柱尺寸时的应力分布、位移大小,运用煤柱上的米赛斯应力分布、上覆岩层的拉应力分布以及顶板的下沉量等模拟结果,分析了煤柱和覆岩的稳定性。研究结论对实现陕北砂土基型地质条件下的保水采煤,从采矿角度防治矿区荒漠化具有重要意义。     

峰峰矿区保水采煤对策研究

峰峰矿区岩溶地下水动态天然状态下,多年呈稳定的周期性的变化,受煤矿疏排水和人工开采影响,呈衰减状态下的周期性变化,且各径流带上由于开采规模不同,呈现不同的变化特点,开采规模大,地下水衰减幅度大,开采规模小,地下水衰减幅度小,煤矿停采后水位大幅回升。据此,科学设计开采矿井布局,在南部径流带上建供水水源地,进行疏干降压供水,减少北部水源地开采量,同时从保护水资源和矿井生产两方面开展防治水工作,提高矿井水利用率,并根据地下水水位、流场及泉流量动态变化,控制地下水人工排泄总量及各径流带人工开采量和矿井疏排水     

渭北煤田地下水特征及保水采煤研究进展

绿色开采已经成为矿山建设的最基本要求。保水采煤作为绿色开采技术体系的重要组成部分,重点在于解决矿区煤层开采过程中地下水资源和生态环境保护问题。通过总结渭北煤田岩溶地下水的水文地质特征,阐明煤层开采与奥灰岩溶水的关系,综述渭北煤田开展保水采煤研究中取得的成果。结果表明:渭北煤田奥灰岩溶水位整体上呈下降趋势,近30年内水位下降了18.5 m左右,下降速率为0.64 m/a。澄合矿区东部及韩城矿区5号煤层均处于岩溶水位水平之下,煤层开采受到岩溶水的严重威胁。5号煤层底板突水机理包括:①底板有效隔水层较厚,断层切割K₂(上石炭统太原组石英砂岩和灰岩含水岩组)与峰峰组二段灰岩含水层之间的铝质泥岩隔水层,水压破坏与采动底板破坏区相互导通,产生突水;②有效隔水层相对较薄,高承压水头产生的破坏区与采动底板破坏区相连,发生突水。将K₂及以下隔水层全面进行注浆改造,使其产生25～30 m的有效隔水层,能实现保水采煤。围绕着注浆改造保水采煤,渭北煤田在地质条件综合探测、注浆材料研发、带压开采预测、地下水监测等方面都取得长足进展。渭北煤田承压水体上保水采煤技术在类似...     

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。     

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。     

浅埋煤层矿区“保水采煤”条带开采的技术参数分析

条带采煤法是目前实现保水采煤的一种行之有效的方法,关键技术是根据具体的水文地质条件,科学设计开采煤层的采留比参数。结合某设计院为陕北榆阳区沙炭湾煤矿设计的保水采煤方案,通过分析其条带开采方案技术参数的合理性,并应用东北大学RFPA2D数值试验程序模拟了不同采留比的条带开采设计中围岩破坏的力学过程,提出了在浅部煤层实施条带保水采煤的条带开采技术参数。指出需要进行“围岩-煤柱群”整体力学模型计算,只有煤柱群的长时稳定,才能保证水体(含水层)不受破坏,以达到保水采煤的目的。     

保水采煤的科学内涵

为保护干旱半干旱矿区含水层及生态系统,通过阐述榆神矿区矿床地质、开采条件、岩层移动特征等,从系统论角度提出了保水采煤的概念和科学内涵,并构建了保水采煤研究基本框架。认为保水采煤适用于干旱半干旱缺水矿区,目标是保护含水层结构和河流基流量基本稳定;主要研究地质条件、岩层移动控制技术、水与生态约束条件和保水采煤关键技术;技术途径包括控制岩层移动抑制导水裂隙带发育、隔水层再造和注浆改造隔水层等。低成本充填技术和沙漠区地下水位相对变浅后的环境效应是保水采煤研究面临的挑战。保水采煤研究是我国干旱半干旱矿区煤炭开采与水资源保护的理论基础和依据。     

基于保水采煤理念的地质环境承载力研究

我国西部生态脆弱区采煤引起的水资源破坏和地质环境变化,已经严重制约了矿区经济、社会、环境的可持续发展。通过梳理保水采煤、煤矿区地质环境承载力的研究进展,结合目前西部富煤缺水地区的地质环境现状,提出了基于保水采煤理念的地质环境承载力内涵及基本研究思路。分析认为:基于保水采煤理念的地质环境承载力研究,应将保水采煤理念与地质环境承载力理论有机融合,系统分析"采煤活动—水资源破坏—地质环境效应"作用机理,从寻求煤炭开采、水资源保护、地表生态环境保护3者之间的最优解中阐述内涵。地质环境承载力评价方法研究,可采用属性分析、生态需求分析、数值分析、突变理论等方法,重点研究评价指标的量化方法、综合评价方法、承载能力及承载状态等级划分方法。对于承载能力的计算,可采用模拟实验,取得典型煤矿区承载能力下地质环境与开采强度临界值的关系数据,进而提取出控制和减轻煤矿区地质环境问题的保水采煤技术方法,确定合理的开采强度和规模。在承载力评价和计算的基础上,提出地质环境承载力影响因素的协同监测技术方法,并给出了承载力预警等级判定标准。所提出的基于保水采煤理念的地质环境承载力内涵及基本研究思路,以期丰富和发展保水采煤及地质环境承载力的科学内涵,为西部生态环境脆弱区煤炭资源开发与水资源保护协调发展提供理论与技术支持。     

保水采煤面临的科学问题

保水采煤理念是基于榆神府矿区开发初期采煤引起的潜水位下降、植被退化而提出的。经过多年理论研究和工程实践,已初步建立了保水采煤技术体系,有效指导了生态脆弱矿区煤炭资源开采和生态环境保护。在国家关于生态文明建设标准日益提高的格局下,我国西部干旱半干旱地区煤水资源共生区生态环境保护面临历史考验。首先综述了保水采煤技术取得的成果,认为地质条件探查、岩层移动、保水采煤方法等方面的研究基本解决了单煤层开采中存在的突出问题,而生态脆弱矿区水与生态约束和生态修复与重构方面的研究滞后。其次探讨了保水采煤领域中5个紧密相关的科学问题,包括矿区依赖地下水的植被对煤层开采的约束程度的识别、量化及监测,大采高和重复采动条件下导水裂隙带高度探测与预测方法,有效隔水层厚度的量化与评价,大采高和重复采动条件下采动岩层(覆岩)控制及矿山生态环境影响机制、矿山生态损害监测与评价、矿山土地复垦与生态重建技术、生态修复策略及效果评价等。在新形势下,矿区生态环境保护的责任和任务重大,有待于投入更多研究来支撑我国西部矿山保水采煤理论与技术的突破,促进绿色矿区建设。     

煤炭保水开采技术探究

随着我国煤炭开采规模越来越大,引起地下水资源破坏的问题越来越突出,极大的阻碍了环境与社会经济的协调发展。煤炭绿色保水开采是在不影响区域水文地质条件情况下采煤,可以很好地解决开采对地下水资源的破坏等问题。通过分析开采对地下水的影响,总结了保水开采技术的主要影响因素,论述了实现保水开采的途径及方法     

神南矿区煤炭绿色开采的水资源监测研究

陕北毛乌素沙地地质环境脆弱,水资源贫乏,煤炭绿色开发已经成为陕北煤炭基地可持续健康发展的必然选择,而陕北煤炭基地大规模、高强度的煤炭开采对水资源的影响程度一直是煤炭绿色开采的重要考核指标之一。为了研究陕北煤炭基地以水资源监测为核心的绿色开采监测,完善该地区水资源监测网的内容,以神南矿区柠条塔煤矿、红柳林煤矿、张家峁煤矿3座大型现代化矿井为例开展了水资源监测研究,结果表明:神南矿区内的萨拉乌苏组和风化基岩组为中-强富水性含水层,烧变岩组为强富水性含水层,这3个岩组是区内的主要含水层,神南矿区针对区内不同含水层位共布置了60个监测钻孔,其中布置在萨拉乌苏组8个,烧变岩6个,风化基岩37个,直罗组基岩1个,延安组基岩8个。地下水监测数据通过自动监测系统的无线传输系统传输至数据中心,通过中心的监测管理软件实现数据的远程采集、远程实时监测。地表水监测则是在考考乌素沟上游及下游、肯铁令河、小侯家母河沟、塔沟、肯铁令沟、乌兰不拉沟及常家沟水库等地表水体各布置1个地表水监测点。通过以神南矿区60个地下水监测井、8个地表河流及泉监测点构成的水资源监测网为例,实施矿区水资源动态监控,以期为陕北煤炭基地煤炭绿色开采水资源监测提供借鉴。     

干旱矿区采动顶板导水裂隙的演化规律及保水采煤意义

随着我国煤炭资源开发重心的逐步西移,西部地区目前已成为我国煤炭的主产区。总体上,我国西部矿区降雨稀少、蒸发强烈,形成了该区极度干旱缺水、生态环境脆弱的基本特征。以新疆哈密煤田大南湖矿区为例,针对该区侏罗系含煤地层具有成岩时间晚、物理力学强度低、遇水易泥化崩解等特征,采用相似材料模拟、数值模拟等手段,结合邻矿现场实测对比,全面研究了该区顶板采动导水裂隙的发育与演化过程、发育高度与形态特征、渗透性演化规律以及在该区进行水资源保护性开采(保水采煤)的可行性。研究结果表明:研究区侏罗系含煤地层采动导水裂隙的发育裂采比一般在13.09～15.67,整体形态呈"梯台型"特征;采动影响范围内裂隙发育、演化以及渗透系数的演化均呈现"稳定增加-波动变化-恢复稳定"变化特征,导高影响范围内含水层的渗透系数明显增大,一般达到3～5倍;研究区主采煤层顶板具有"多含水结构下的高位隔水层"结构特征,具备了保水的基本水文地质前提条件;结合保护层的稳定性、III-1上段含水层的静储量、开发潜力以及在研究区进行保水采煤可行性的综合评价,探讨了在干旱矿区水资源保护性开采的重要意义。     

近距煤层高效保水开采理论与方法

地下煤炭资源开采极易导致珍贵的浅表水资源流失,从而造成地表植被死亡和生态系统失衡。为保护维系西部矿区生态环境的浅表层水(河流湖泊水和第四系砂层潜水),尤其是为保护地下潜水(生态)水位,基于前期已取得的浅埋单一煤层保水开采理论成果和岩层控制工程经验,提出保(生态)水位和突水防治一体化的近距煤层水资源保护性采煤构想。以"高效保水采煤"为目标,针对近距煤层与极近距浅表水下开采条件,研究解决反复开采扰动区区域覆岩导水裂隙协同控制、极薄阻隔层低损伤控制,以及采掘面涌(突)水灾害监测预警等技术难题。提出长壁保水采煤方法、壁式连采连充保水采煤方法和采掘面突水红外监测辐射预警方法,实现近距煤层安全高效保水采煤,具体包括近距煤层岩层控制、采动覆岩导水裂隙带高度计算、隔水层变形计算和承载煤岩红外辐射响应等理论和特征,以及反复开采扰动区域导水裂隙控制、充填体主动接顶和"采-支-运"快速作业等技术。最终确定了保水开采薄弱区,形成基于水资源保护的浅埋近距煤层工作面优化布置、采煤方法配置与水资源运移监测的高效采煤理论与方法体系。研究成果已在陕北与华北等矿区进行了保水采煤实践,为实现我国煤炭资源的绿色化开采提供支撑。     

我国西北煤炭开采中的水资源保护基础理论研究进展

围绕西北煤炭开采中水资源保护基础理论研究中的关键科学问题,介绍了西北煤田地层结构特征、采动覆岩结构与隔水层稳定性时空演变规律和水资源保护性采煤机理与控制理论等方面的研究进展情况。构建了西北矿区不同生态地质环境类型生态-水-煤系地层空间赋存结构模型,分析了浅表层水分布特征与水循环运移规律;提出了覆岩裂隙表述和重构方法,构建了上位隔水层-中位阻隔层-下位基本顶结构协同变化模型和渐序变化模型;构建了该区初/复采煤层保水开采技术适用性分类方法体系,探索了新式短壁保水采煤方法,为构建基于水资源保护的西北煤炭科学开采方法体系奠定基础。     

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。     

承压水体上保水采煤注浆材料及技术

针对薄隔水层低承压灰岩含水层涌入工作面造成黄河生态湿地水位下降问题,采用数值模拟、现场实测、数理统计等手段综合剖析采动底板破坏带发育规律,并基于室内实验及注浆工业化试验研究了底板黄土高效注浆关键技术。应用结果显示,在底板破坏深度以下注入改性的黄土基浆液可降低矿井涌水量90%以上,其中,黄土基浆液主要由除砂后黄土加入奥灰水中快速搅拌而制得,高强度开采未造成半干旱地区生态湿地进一步退化,生态效益显著。     

煤炭绿色开采技术及其在西北矿区的应用前景研究

绿色开采的理念是针对煤炭开采造成的严重环境问题提出的,目标是取得最佳的经济效益、环境效益和社会效益.构建的绿色开采技术框架包括保水开采、减沉开采、煤与煤层气(瓦斯)共采、矸石减排、煤炭地下气化等.西北地区自然气候条件恶劣,地质条件差,降水少且集中,旱涝灾害频繁,植被稀疏,水资源短缺,存在着沙漠化、水土流失、滑坡、崩塌、泥石流及草场退化、耕地面积减少等严重生态环境地质问题.基于以上问题,本文提出了绿色开采在西北地区的应用.     

陕北浅煤层房柱式保水开采设计与实践

针对陕北干旱缺水的实际,分析了房柱式保水开采的设计原则.以六道沟煤矿为例,通过分析煤柱的稳定性、顶板垮落高度等,证明了房柱式保水开采的合理性.采后3a现场实地调查发现,老采空区煤柱完整,没有出现片帮、剥蚀、外鼓和颈缩现象,仅局部地段存在极少量积水,地面的六道沟水库仍保持正常使用,表明合理的房柱式开采后未破坏上覆岩层含水层和地表水体.