高原高寒矿区生态地质层修复中冻土层构建与应用

冻土层在高寒地区的生态平衡中起着重要作用,但冻土层的修复与保护在高原高寒矿区生态环境治理中经常被忽略,鲜有研究。以木里矿区聚乎更区生态环境综合整治实践为例,通过对原始冻土层的平面分布、垂向分布、地层结构、地温变化等特征的分析,针对破坏的土壤层、地表层、冻土层、煤层顶板岩层等不同研究对象的生态地质层剖面,按照模拟季节性冻土、多年冻土差异变化特征及其生态地质功能的思路,在利用构建人造冻土层和回填层二元结构冻土生态地质层剖面模型的基础上,提出了以冻土概况调查、剖面模型建立、搭接融合、确定回填时间、设计表层保水、布设截排水沟、地貌重塑为流程的人工构建冻土层的修复技术,以实现人造冻土层在物质结构、地下含隔水层结构及水力联系、水源涵养等方面的功能基本达到原始冻土层的水平,同时提供更多对冻土保存有利的条件。采用探坑、钻孔岩心取样和孔内长期地温监测等不同方法手段在以往矿区渣山区和新回填修复采坑内对比实验,证实了原渣山压覆区域多年冻土顶界在稳定抬升,采坑内新回填区已经开始形成新的冻土层;通过对比渣山区自然恢复冻土层和采坑内人工修复冻层形成的时间和厚度,表明人造冻土层构建更有助于该区冻土快速恢复。     

铜矿区排土场生态恢复工程实施效果评价

以复垦后的某铜矿区排土场生态系统为研究对象,从植被恢复、水土保持、地形地貌、污染治理效果等方面,系统分析了其生态修复工程的实施效果。结果表明：生态恢复区土壤酸性问题得到有效改善,土壤pH值提高至7.64～8.01,区域酸性水源头减量化明显,年产生量减少约18.14万m³。治理区植物品种达17种,生物多样性高,植被覆盖度达95%以上。建设了截水沟、导水沟和排水沟,有效防止了地表汇水径流和平台积水对坡面土壤的冲刷作用。因势造形和修整坡面,提高了边坡稳定性和修缓坡面,复垦区域生态系统已进入正常的演替过程。本研究对生态恢复工程的实施效果进行系统评估,为矿区生态重建提供理论和实践依据。     

阳城煤矿断层导水灾害“挡-堵”多体系防治技术

为解决深部断层影响下巷道围岩突水问题,以阳城煤矿1308运输巷为例,针对断层导水灾害,构建了井下+井上的"挡-堵"多体系防治方案。首先构筑井下挡水隔离带:双重挡水墙+墙间注浆,达到了排除奥灰水突发变大的危险,其次建立地面堵水系统:从地面施工3个注浆孔,通过注浆孔向季庄断层断层面及奥灰含水层注浆,以达到封堵导水裂隙及水源的目的。该"挡-堵"多体系治水系统,彻底封堵和切断了突水通道,再无补给水压,同时节省每年排水费用100万元;彻底消除了奥灰水水害威胁,保证了矿井的生产安全。     

曹家滩煤矿顶板富水性分析及防治措施研究

为了避免西部高强度开采矿区发生工作面顶板溃水溃沙灾害，以地表生态脆弱的榆神矿区曹家滩矿井的首采工作面为研究背景，分析了首采工作面煤层的地质概况，确定了影响工作面发生水害事故的充水因素，将物理探测和“三图”法相结合对首采工作面煤层顶板富水性特征及分区进行了综合论证分析。结果表明：大气降水和地表水是矿井的间接充水水源，煤层顶板导水裂隙带波及范围内的延安组、直罗组和基岩风化带含水层的水为直接充水水源|导水裂缝带是矿井发生水害事故的主要充水通道|矿井风化基岩含水层富水性较强，延安组为弱含水层。通过FLAC 3D研究了覆岩裂隙运动破坏规律，工作面推进至180m后，导水裂隙带发育速度增加，推进至240m后达到最大值约159m，覆岩的裂采比为26.5。结合上述分析，提出了以完善矿井水害监测系统和建设防排水系统、合理确定回采参数和培训防治水专业人员相结合的防治水技术改进措施。     

强富水灰岩区下矿体绿色开采理念与实践

针对吴庄铁矿井下涌水量大,地表有村庄,农田不允许塌陷,尾矿库已饱和等复杂的开采环境,提出了适合该矿的绿色开采理念及技术措施。采取“地表井下联合以帷幕注浆为主的外截内排”的防治水方案,即在地表灌溉渠浇筑、锚喷以阻断地表水体对井下的间接补给,地面帷幕注浆封堵富水断层,阻断水源通道,以及井下浇筑堵水墙防止注浆液从突水点涌出、流失的地面井下联合防治水措施。选用分段空场采矿嗣后充填法,利用尾砂胶结料及时对空区进行充填,为空区顶板和注浆帷幕的稳定性提供了保障,避免了地表塌陷。 研制了一种适合2种进料方式的地表充填站,取自尾矿库的干料采用自卸汽车运输至充填站,由大倾角皮带机输送至砂仓,而选厂排放的尾砂,直接经管道泵送。项目实施后,井下正常涌水量由原来的1 260 m3/h减少到300 m3/h,降低了76%,节省了排水费用,并且保护了地下水资源;采用的充填采矿法避免了地表塌陷,减少了征地及迁村的费用,同时将回采率由原来的67%提高到89%;而选用尾砂作为充填料,又有效解决了尾砂堆放的问题。     

采动含水层生态功能修复研究进展

地下采煤活动显著影响,甚至改变地下水系环境,对区域生态环境和矿井安全生产极为不利;研究实施促进采损含水层恢复其生态赋存状态的修复技术和方法对实现煤矿绿色开采意义重大。受采煤扰动程度差异的影响,不同采损条件对应其含水层的生态功能修复策略也不同。含水层未受采动裂隙或破坏带沟通时,其赋水仅发生区域富集和流场变迁,不出现水体流失,但易出现地下潜水出露地表形成积水的不利局面,多以景观改造对其开展生态治理。含水层受采动破坏时,则形成了注浆封堵采动含水层导水通道以阻隔水源补给或流失路径的修复技术与方法,成功实现了底板采动含水层的加固与改造,但应用顶板采动含水层注浆修复时,常面临注不进、堵不住、成本高等问题;据此利用采动岩体导水裂隙易呈现水渗流能力自然降低的"自修复"特性和规律,探索提出了人工引导裂隙自修复的含水层生态恢复方法。针对已有修复手段侧重以"改造"或"防治"思路,从近自然生态修复角度对采动含水层生态功能修复尚需研究的问题进行了总结,提出了利用裂隙自修复特性开展含水层引导恢复研究的必要性。     

大柳塔煤矿井下中转水仓自动化改造

大柳塔煤矿井下排水系统中分布有很多中转水仓,可以蓄水、沉淀净化水质、缓解主要水仓排水压力。为解决中转水仓分布范围广距离远、抽排水主要依靠岗位工巡视等难题,实现排水泵的自动启停、水仓液位及排水开关的远程集中监控、供电系统的远程集中监控等功能,开展了中转水仓自动化改造。从系统改造目标及设备选型出发,论述了水泵控制器控制方式、上位机远程集中控制、中转水仓系统运行方式等内容。实践表明,自动化改造后的中转水仓实现了上位机的集中监控,大幅减员增效,提高了矿井安全生产能力,为生产指挥与管理决策提供了依据。     

隔水层再造——西北保水采煤关键隔水层N_2红土工程地质研究

西北干旱-半干旱区浅表层水(河流湖泊水、沟谷径流水、第四系砂层潜水等),是维系区域生态地质环境(生态层)的珍贵水源,是煤层开采水资源保护的主体。根据区域浅表层水含隔水层地质结构,西北煤田煤层覆岩之上广泛分布新近系N_2红土,为浅表层水底部的直接隔水层或沟谷径流的下垫层,对区域保水采煤、生态环境保护,起到至关重要的作用,是关键隔水层。在分析N_2红土区域分布特征、基本物理-水理-力学性基础上,采用N_2红土采动破裂钻孔原位压水试验、蠕变渗透性测试、水-土相互作用试验等,对N_2红土不同程度采动破裂前后及其采后应力恢复蠕变的隔水性能变化特征进行了深入研究分析,发现N_2红土隔水性能受采动破坏后,具有很好的自我恢复功能,并从其地质结构组成、水-土相互作用及其流变特性方面,解释了隔水性自然恢复机理;由此提出隔水层再造及其应具备的主要工程地质属性。