浅埋煤层保水开采的研究进展

分析了陕北榆神府矿区浅埋煤层保水开采的水文及工程地质条件,对砂基型保水开采地质条件进行了分类,推导出浅埋煤层导水裂隙发展计算公式;通过一系列不同地质条件下的固—液耦合相似材料模拟实验,得出了不同砂基型条件下及河流下的间歇式保水开采参数;建立了保水煤柱稳定性分析的三维数值模拟模型,计算了煤柱和基岩保护层的稳定性。通过地质分析、实验研究、数值模拟,对榆神府矿区实行保水开采的可行性进行了综合分析。     

陕北神府矿区浅部煤层的赋存特征

从含煤地层沉积特征入手，对浅部１＾－２，２＾－２煤层赋存范围，可采特征，结合地质发育史及构造，第四纪地质，地貌等特征，论述了煤层赋存特征及原生，后生因素对煤层赋存的影响，进行了剥蚀期次的划分。     

榆神府矿区水体湿地演化驱动力分析

为分析榆神府矿区生产对区内水体及湿地的影响,应用3期Spot遥感对比数据,研究了榆神府矿区1990年、2001年、2011年3个时期的水体、湿地分布及其面积动态变化规律,得出：水体面积在研究期内呈现持续下降趋势,1990-2001年及2001-2011年的减少率分别为17.73%和22.39%;湿地面积先增大后减小,即1990-2001年湿地面积增加了65.91%, 2001-2011年,湿地面积减少了50.92%;水体面积在外力驱动下衰减的过程中演替为湿地及其他类型用地,使湿地面积在20 a间基本保持不变;气候变化、煤炭资源开采、生态环境建设和水源地兴建等是水体湿地面积变化的主要驱动因子。通过模糊层次分析法确定了各驱动因子对地表水体湿地面积变化的作用大小（权重）和序关系,分别为煤炭开采0.375,气候因素0.292,水源开采0.208和生态需水0.125;为保护区内水体湿地,推行保水采煤、减少地下水抽采及减少高耗水植被是行之有效的措施。     

榆神府矿区含水层富水特征及保水采煤途径

榆神府矿区地处毛乌素沙漠与黄土高原的接壤地带,生态环境脆弱,水资源匮乏,区内各主要含水层分布与富水性不均,含水层富水性及矿井涌水对煤矿生产影响差异较大,因此矿井水资源的综合利用与含水层的有效保护对煤矿生产与地区生态建设意义重大。通过分析萨拉乌苏组、烧变岩、风化基岩层等各主要含水层的形成、分布及富水特征,结合矿井首采煤层上覆基岩厚度与矿井目前涌水量情况,将区内生产矿井及待规划区域从"水资源保护与矿井水利用"角度划分为水量贫乏型、水量较丰富型、水量丰富型及地表水体型4种类型,并根据不同类型的分布特征进行了分区。在此基础上,针对不同的水资源保护与矿井水利用类型,分别提出了采空区存储净化、工业利用、农业灌溉、湿地建设和人工湖泊等具体的水资源保护与矿井水利用途径和措施。讨论了"保水采煤"的科学内涵,认为"保水采煤"的基本措施应当包括保护浅部主要含水层和矿井水资源利用两部分,即将"保水"与"用水"相结合,拓展了"保水采煤"的科学含义;建议在矿井规划时,应综合考虑开采损害影响与环境自身修复能力,在满足能源开采经济利益的同时,保证生态环境不发生质的破坏;提出了利用经济效益"反哺"当地生态和"绿色经济"建设的一点猜想,为矿区未来的规划建设提供了一定的参考意义。     

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。     

神府矿区杨伙盘井田煤层赋存特征

杨伙盘井田技改后将达到240万t/a的生产能力。论述了该井田各煤层特征,认为该区煤层稳定,厚度大,开采技术条件好,适合建设大型煤矿。     

榆神府区煤炭开采强度与地质灾害研究

煤炭资源开采强度与地质灾害发育程度具有明显的关系,调查了高强度开采区地质灾害发育现状,提出了煤炭资源开采强度的概念、开采强度划分标准,以平面上开采面积占比大、空间上开采尺寸大、时间上开采速度快(推进速度)为特点的开采区域和开采方式定义为高强度开采。按照单位面积范围内开采区占比,可划分为极高、高、中、低强度开采区。划分了榆神府区煤炭资源开采强度分区,认为神东、神南、新民矿区及榆神矿区一、二期规划区开采强度过大,榆神矿区三期规划区开发强度过大,提出了适度开发的建议,对于区域内未开工的井田,暂缓开发建设,调查了高强度开采区地质灾害发育规律。     

论榆神府矿区煤炭资源的适度开发问题

从水环境承载力角度论述了榆神府矿区煤炭资源的科学开发规模,认为矿区整体上环境承载力有限,目前开发规模已经达到极限,尤其是窟野河全流域、秃尾河沿岸,在没有彻底解决水资源问题之前,不能再扩大生产规模或新建煤矿。对于现有生产矿井,应逐步淘汰。榆神矿区三、四期规划区除小保当一号煤矿外,停止新建煤矿,实行煤矿数量和产量的双控制,推广保水开采技术,确保区域煤炭工业健康发展。     

榆神府矿区烧变岩及地下水资源特征

榆神府矿区具供水意义的含水层为萨拉乌苏组和烧变岩,均位于煤系地层上部及浅部,在分析烧变岩水文地质条件基础上,主张在烧变岩带建立供水水源地,是解决近期矿区供水既经济可行又可靠的技术途径。     

陕西榆神府矿区采空区储水机理研究

以神南矿区为例,研究了采空区形成储水盆地的可能性,分析了采空区储水的形成条件、形成过程及机理,提出了风沙滩区有利于采空区形成储水盆地的新理念,进行了实例剖析。     

山区采动地表裂缝预测方法研究

为客观预测山区采动地表裂缝的位置和宽度,在分析地表裂缝产生机理的基础上,以主断面上等坡度的坡段为研究对象,并以山区地表下沉、水平移动预计值为主要参数,按照矢量分解与合成法则求取坡段变形预计值,将岩土力学中的临界变形值作为地表起裂判据,进而确定采动裂缝出现的坡段及单位长度内地表裂缝宽度,最后分析了所提方法的适用性。选择山西古交嘉乐泉煤矿1208~1210对拉工作面为例进行实例分析,结果表明:坡段变形预测值和变形分布规律与实际符合较好,出现裂缝的坡段与现场勘查结果基本一致,从而验证了该方法的可行性与有效性。     

浅埋煤层综采工作面地表移动规律研究

为了控制煤层开采对东胜地区脆弱的生态系统的破坏,获得该地区综采工作面地表移动变形规律,采用在综采工作面上方建立地表移动观测站的方法,经过多次观测获得数据并进行处理分析,结果表明:地表刚开始移动就表现出突然性、剧烈性的特点,下沉值急剧增大,并很快达到最大值,迭到充分采动;工作面停采后,地表短时间内达到稳定状态.在开切眼附近煤柱侧50 m、采空区侧100m为集中变形区域,该区域内地表变形值超过建筑物Ⅰ级损坏标准.概率积分法预计参数取值为下沉系数0.71,水平移动系数0.40,左拐点偏移系数0.07,右拐点偏移系数0.37.     

山区地貌下浅埋煤层工作面开采覆岩运动及地表沉陷规律研究

为了提高山区地貌下浅埋煤层工作面开采的安全性,减少山体滑坡等地质灾害的发生,以纳雍县普洒煤矿11101工作面为工程背景,应用数值模拟和物理模拟的方法,研究山区浅埋煤层综采工作面覆岩运动及地表沉陷规律。结果表明:(1)工作面直接顶初次垮落步距为30m,基本顶初次来压步距约为50m,基本顶周期来压步距平均约为20m;(2)工作面推进至50m左右时,工作面开采影响波及到地表;(3)基本顶下沉量最大为2.13m,地表下沉值最大为1.45m,地表水平移动值最大为0.27m。山区地貌下浅埋煤层工作面开采显现出独特的沉陷形式,地表沉陷曲线呈现U型,工作面距地表越远,岩层弯曲变形幅度越大,工作面距地表越近,对地表的影响程度越大,研究成果可为类似工作面安全开采提供借鉴。     

沙土质型冲沟发育区浅埋煤层长壁开采支护阻力的确定

基于沙土质型冲沟坡体下浅埋煤层长壁开采顶板结构承受非均匀载荷的基本特征,采用理论分析与现场实测的方法,以工作面背沟推进为主要方式,将冲沟坡体及其形态纳入顶板结构控制当中,结合冲沟坡体下开采基本顶初次破断与周期破断时的顶板结构力学模型,按给定失稳载荷状态,分析了工作面来压期间的“支架－围岩”作用关系模型,得到了控制顶板结构滑落失稳的支护阻力。结合具体工作面地质条件,分析了支架工作阻力随工作面推进的变化特征,给出了支架支护阻力算例,针对该工作面支架支护阻力进行的现场实测结果验证了该方法的可靠性。     

西部高强度采煤区矿山地质灾害现状与防控技术

榆神府矿区是我国重要的原煤产地,高强度、大规模开采导致矿山地质灾害不断涌现。通过高分遥感结合地面调查研究了本区矿山地质灾害现状,结果表明：本区矿山地质灾害主要包括地面塌陷、地裂缝、矿震、地表水体缩减、地下水位下降、土地退化等。地面塌陷可划分为4个区,其中严重区与煤层开采强度相关性高;地裂缝分布空间维数在1.45～1.51,垂直工作面走向的裂缝多于顺工作面走向的裂缝;采空区塌陷引发地震46次,最大震级3.2级;水体灾害包括地表水体面积缩减和地下水位埋深下降,地下水位下降8 m以上的区域面积达33 km2;矸石压占对土地利用结构影响较大,但荒漠化程度总体上呈逆转趋势。开展矿山地质灾害防控技术研发,建立矿山地质灾害、地质环境监测体系,是矿山地质灾害防控的重点。     

浅埋厚煤层大采高综采工作面工艺方式选择及参数优化

针对梅花井煤矿116101浅埋厚煤层大采高综采工作面工艺方式选择与优化问题,通过计算机模拟、优化和现场实测,优化了厚煤层大采高综采工艺方式及参数,确定116101大采高工作面的进刀方式为端部斜切进刀,循环作业方式单向下行割煤、上行清理浮煤,单向割煤时间为92min,每天循环进刀数为9刀,平均日产量为13383t。实测结果表明,在厚煤层工作面采用单向割煤、端部斜切进刀方式,一方面可以减轻工人的劳动强度,另一方面循环作业时间大大降低。     

浅埋厚煤层开采地表变形动态预测与排水设计

以山西平朔井东矿浅埋厚煤层4201,4301,4302,4303及4401工作面开采为例,运用FLAC3D数值模拟软件对各工作面依次开采后的地表沉降量、沉陷影响半径及导水断裂带发育高度进行了动态预测,得出各工作面最大沉降量为6.4~10.3 m,沉陷影响半径为80.5~106.6 m,垮落带与导水断裂带最大发育高度为140.5 m。在此基础上,结合矿区地形地貌特征,进行了地表动态填挖与截水排水设计,有效预防了地表径流汇聚于沉陷洼地,再经由断裂带进入矿井造成的矿坑突水灾害,并为后期矿山环境修复治理提供依据。