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。     

煤层开采对顶板含(隔)水层的影响探查

以黄陇侏罗纪煤田崔木煤矿为研究背景,结合矿区含(隔)水层与煤岩层的空间组合及覆岩特征,以及工作面精细探查结果,进行综放工作面煤层开采对顶板含(隔)水层影响分析。结果表明,煤层顶板洛河组砂砾岩含水层和安定组泥岩隔水层采动后岩体结构发生改变,主要表现为孔隙率增大、强度降低和结构松弛;岩体结构受采动变化影响,其富水性明显增强。采后主要含水层和关键隔水层上下导通,形成具有水力联系的复合含水层组。含水层组虽与主要含水层水力联系密切,具有联动效应;但其富水性比主要含水层明显减少,并对煤层开采具有积极意义。     

榆横矿区十六台勘查区保水采煤分析

为了分析十六台勘查区的保水采煤条件,通过对其含水层富水特征分析,研究了煤层与覆岩的含(隔)水层空间特征,并计算了导水裂隙带的发育高度。研究表明,研究区生态环境脆弱,萨拉乌苏组潜水含水层是主要的含水层和供水水源,也是保水采煤的目标含水层;主要隔水层第四系离石组黏土结构致密,渗水条件差,发育连续稳定,是萨拉乌苏组潜水赋存储集的重要条件;煤层与覆岩的空间组合具有较好的保水条件,煤层开采时冒落带和导水裂隙带发育高度不会波及到萨拉乌苏组潜水含水层,煤炭开采时采取适当措施可实现保水采煤。     

浅埋煤层群裂隙演化规律及组合承载结构载荷研究

浅埋煤层群高强度开采导致承载岩层破断形成组合承载结构，使覆岩裂隙分布形态复杂化，并对地表造成严重损害。为了研究浅埋煤层群开采覆岩裂隙演化规律与承载岩层承载结构关系及承载岩层保持稳定的支架工作阻力，以陕西北部神府矿区韩家湾煤矿2-2和3-1煤开采为研究背景，通过现场观测及相似模拟试验得到煤层群开采裂隙演化规律、承载岩层组合承载结构及两者相互关系，采用理论计算的方法建立了组合承载结构力学模型，研究组合承载岩层保持稳定的支架工作阻力。研究表明，煤层群开采覆岩裂隙演化过程可划分为4个阶段，分别为上煤层开采快速增长阶段、上煤层开采平稳增长阶段、下煤层开采快速增长阶段、下煤层开采稳定增长阶段；不同承载结构导致地表产生不同的裂隙演化形态及沉降特征，“台阶岩梁”结构地表产生台阶下沉，“铰接岩梁”结构地表产生连续下沉；通过地表沉降形式可间接判断上煤层承载岩层破断结构，由层间岩层充填率和采高得到了下煤层承载岩层破断结构，并揭示了浅埋煤层群开采承载岩层破断组合结构分为“台阶-铰接”结构、“铰接-铰接”结构、“铰接-台阶”结构、“台阶-台阶”结构的组合形态。由承载岩层破断组合结构建立了浅埋煤层群开采承载岩层承...     

永陇-彬长矿区保水采煤及地下水资源开发利用

针对永陇-彬长矿区煤炭高强度开采下白垩系地下水资源保护问题,开展了矿区水资源保护性采煤的水文地质基础研究,论证了矿区实施保水采煤的可行性,提出了保水采煤技术措施,最后探讨了白垩系地下水资源的开发利用方案。研究结果表明:本区对矿井安全开采构成威胁的主要含水层为白垩系洛河-宜君组砂砾岩含水层;综合分析煤系含(隔)水层结构、煤层上覆岩性组合特征和导水裂隙带高度等的基础上,认为本区具备实施保水采煤的地质基础,安定组泥岩是保水采煤的隔水关键层;以此为基础,提出了白垩系地下水保水采煤的有效技术措施,主要包括控制采高、采用分层开采方式及选择合理的工作面推进速度等。     

浅埋煤层群重复采动覆岩运移及裂隙演化规律研究北大核心

为了准确掌握单一煤层和煤层群开采覆岩裂隙演化规律及分布形态特征,通过物理相似模拟实验、现场钻孔勘探、理论计算等方法分析煤层开采过程中覆岩运移破断特征及采动裂隙的分布形态。结果表明:在重复采动条件下,覆岩出现离层裂隙和纵向裂隙并伴随超前裂隙的产生,形成“采空区-工作面”和“采空区-采空区-工作面”结构时,覆岩裂隙经历产生、扩张、闭合、再产生、贯通、再闭合等6个动态循环变化阶段;煤层群在一次采动时形成“梯形”裂隙区,二次及多次采动下,覆岩受上覆载荷作用,裂隙区向工作面两侧煤柱扩展,上煤层受本煤层边界煤柱和下煤层开采形成的“悬臂岩梁”支撑影响,使工作面两侧裂隙明显高于工作面中部,覆岩形成“M”形裂隙分布形态;覆岩受采动影响产生周期性破断,以单岩层或多岩层同时产生变形、运移、破断垮落,由此可见,覆岩中存在控制上部岩层的硬岩层和其控制岩层以组合梁的形式同步运移、破断。根据覆岩破断特征建立了基于Winkler弹性地基煤层群重复采动覆岩破断特征的组合岩梁力学模型,由模型计算得到覆岩裂隙演化高度和相似模拟实验及现场所测高度相近,由此表明,该模型可作为浅埋煤层群重复采动覆岩裂隙演化高度计算的依据。     

按埋深划分煤炭开采类型界定指标与特征

提出以煤层埋深、煤层上覆岩层组成、煤层上覆岩层处理方法、长壁回采工作面覆岩活动规律、长壁回采工作面顶板“结构”、开采事故灾害隐患特征、回采空间围岩环境、巷道围岩变形特征等指标组成的煤炭开采类型界定指标体系及划分方法；并按界定指标重要性排序，给出各煤炭开采类型的主要特征．     

煤炭开采对相邻区域生态潜水流场扰动特征

陕北煤炭能源基地高强度开采易影响生态潜水的自然径流条件,针对自然保护区周边煤炭资源开采对地下水流场的扰动问题,以榆神矿区某井田为例,通过构建研究区煤-水空间结构水文地质模型,系统分析研究区生态潜水的赋存特征及其规律;采用物理模拟、数值模拟、现场实测等手段,综合分析煤层覆岩岩性组合结构、煤层与关键层间距、煤层厚度、煤层埋深、工作面长度等因素,利用相关分析方法提出了适合于研究区导水裂隙带高度计算的裂采比公式;根据水文地质条件和煤层采动方式,采用地下水数值分析方法,模拟了煤炭开采后萨拉乌苏组生态潜水流场变化,分析了煤层采动后生态潜水受扰动的特征。研究结果表明:区内萨拉乌苏组生态潜水含水层全区发育,其赋存受基岩面形态控制,生态潜水水位受地形、含水层厚度、地下水分水岭和地表水等影响;下伏关键隔水层(保德组红土)受沉积影响在研究区东南局部缺失,形成"天窗"导水通道;区内覆岩结构以硬-软-硬、硬-硬-软2种组合类型为主,覆岩结构类型对导水裂隙带发育高度及形态有重要作用;统计分析多个导水裂隙带发育高度结果,提出榆神矿区导水裂隙带最大裂采比为28.1倍,该数值对榆神矿区保水采煤及水害防治具有重要指导意义;通过计算发现,煤层开采后,在研究区东南部保德组红土缺失区将造成生态潜水漏失与水位下降,最大降深可达10 m。为保护生态潜水资源,建议开采研究区东南部"天窗"部位的煤层时,必须采取相应的保水采煤技术。     

陕北沙漠区浅埋厚煤层开采潜水位及生态响应

煤炭开采造成上覆岩层破裂、移动,破坏了矿区含（隔）水层结构,改变了地表水及地下水循环演化状态,对浅表层生态环境造成严重影响,引发一系列环境地质问题。为深入研究沙漠地区厚煤层开采给潜水位及生态环境造成的影响,以毛乌素沙漠金鸡滩矿为例,对水文地质条件进行了研究,采用数值模拟的方法,模拟了沙漠区厚煤层开采潜水位的变化,并通过采动潜水位监测数据验证了预测结果。调查分析了研究区及周边地表生态环境现状,预测采后潜水位基本满足植物生长需求,对生态环境影响不大。     

巨厚砂砾岩含水层下特厚煤层保水开采分区及实践

以永陇矿区崔木煤矿为研究背景,分析矿区含(隔)水层与煤层的空间组合及覆岩特征,结合导水裂隙带发育高度探查结果,开展巨厚砂砾岩含水层下特厚煤层保水开采分区及实践研究。结果表明:该区导水裂隙带发育高度为煤层采厚的19.93~23.23倍,已波及上覆白垩系含水层。以所确定的保水开采保护层厚度30 m为阈值,将研究区划分为自然保水开采区、可控保水开采区和保水限采区,并提出各分区相应的保水开采途径。实践表明:巨厚砂砾岩含水层下保水开采的有效途径主要包括控制导水裂隙发育高度,选用适当的工作面布局及推进速度,以及隔水层采动破坏后的恢复与再造。     

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。     

钱家营煤矿1621E工作面采动覆岩破坏特征研究

工作面开采过程中上覆岩层破坏易产生安全事故,通过数值模拟的手段,得到了1621E工作面开采后煤层覆岩的位移和垂直应力分布特征,分析得出工作面开采后,上覆岩层的最大下沉量为3.1 m,上覆岩层的垂直应力下降。     

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。     

“十”字形交错采场覆岩破坏规律研究

针对某煤矿4300采区煤层空间交错工作面形成"十"字型采场开采的情况,并根据采区煤层赋存情况,采用模拟软件FlAC3D建立"十"字型采场开采的三维模型,逐步开挖3上煤层工作面,上覆岩层运动稳定后再逐步开挖3下煤层工作面,获得各开采阶段的上覆岩层破坏形态及应力场分布特征,同时分析出3上煤层开采后覆岩运动规律以及3下煤层开采中覆岩运动规律,取得了良好的效果。     

厚黄土覆盖区煤炭开采对松散含水层影响的相似模拟研究

为了研究厚黄土覆盖区地下煤层开采对上覆松散含水层的影响机制,以常村煤矿为地质背景,根据相似原理,采用不同采深、不同采高的物理相似模拟试验方法,对煤层采动后的覆岩裂隙发育及上覆松散含水层水位下降速率进行观测记录并对比分析。研究结果表明：地下煤层开采对上覆松散含水层中的地下水的影响存在不同的影响机制,使得含水层受影响的程度不同。煤层顶板导水断裂带是否沟通松散含水层并不是松散含水层破坏、地下水水位下降的唯一条件,松散含水层隔水底板的变形破坏是造成松散含水层破坏的另一关键因素。     

黄河流域煤矿区生态环境修复关键技术与战略思考

针对黄河流域煤矿区所处的战略地位,剖析了该流域生态环境面临的主要问题,认为水资源短缺是该流域中上游生态环境治理的瓶颈,现有技术与方法还不能支撑黄河流域煤矿开采与生态环境的协调发展,理论与技术的创新将成为新的关注热点。分析了国内外煤矿开采的岩层结构及采动裂隙演化规律、地下水资源保护、煤炭开采对水和生态环境影响的研究现状,提出了黄河流域煤矿区生态环境修复应结合煤层赋存特点和煤层开采工艺技术,对上覆岩层产生的裂隙发育特征与展布格局,裂隙与地表水和矿井水的导通与耦合关系,裂隙对地表生态发育与退化作用,生态环境修复关键技术与方法等进行了系统描述。提出黄河流域中上游煤矿区生态环境修复关键是水的保护与利用,要采用四维综合监测方法,揭示采矿全周期的地下水、表层水运移及地表生态环境演变规律。要针对黄河流域不同煤矿区开发过程对水土资源受损的影响程度与范围,研究并形成黄河流域煤矿生态环境修复关键技术,构建黄河流域煤炭开发的生态安全评价体系及调控模式。要改变传统认为煤炭开采只是对生态环境破坏的旧观念,充分利用煤炭开采过程对上覆岩层产生裂隙这一类似"松土"的作用动力,减缓干旱半干旱地区极易形成的次生盐碱化现象,...     

急斜煤层开采覆岩非均衡破坏机理分析

在急斜煤层开采条件下,由于岩层受切向力大于法向力、采空区上山方向端部煤体的抽冒以及采空区下山方向受滚落矸石的充填等因素的综合作用,采场上覆岩层一般呈现出非均衡破坏特点.急斜煤层开采岩层移动也不同于缓斜煤层开采呈现出的冒落带、裂缝带和弯曲带分区特征。本文基于急斜煤层开采岩层受力特点,根据岩层弯曲变形假设、岩体拉张破坏准则,分析了急斜煤层开采岩层的破坏形态及弯曲变形和滑移变形分布特征,提出了楔形破坏区和滑移变形区的岩层移动分区模型,并与相似材料模型试验和现场实测结果进行对比分析.急斜煤层非均衡破坏机理的研究为急斜煤层开采覆岩稳定性评价、地表移动预计等技术研究提供了理论基础.     

深部侏罗系岩层综合隔水性能研究

为了解蒙陕矿区纳林河二号矿井岩层隔水性能,基于蒙陕矿区纳林河二号矿井开采深度大,主采煤层受多层含水层威胁、且上覆泥岩隔水层较薄的地质条件,采用统计分析和实验室试验的方法,研究了3-1煤层覆岩的岩性组合特征、岩石力学强度、水理性质以及全应力-应变渗透特性,并确定了3-1煤层覆岩的类型,评价了综合隔水性能。结果表明:3-1煤层覆岩以砂岩为主,渗透性好;泥岩属于水稳性很强的非膨胀型、非崩解性泥质岩;因此该类型覆岩受采动开裂受压后,其隔水性不易恢复,隔水性能较差;总体属于中硬偏坚硬型覆岩类型,综合隔水性能一般。     

煤层开采弱透水层厚度变化对上覆松散含水层影响研究

在研究煤矿区地质、水文地质及采矿条件等的基础上,采用Visual MODFLOW进行煤层开采弱透水层厚度变化对上覆松散含水层影响的数值模拟研究。结果表明:在模拟期间,松散含水层地下水位下降幅度随着弱透水层厚度增大逐渐减小。研究成果为煤矿区松散含水层地下水保护提供了依据。     

西部生态脆弱矿区保水采煤研究与实践进展

"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。