淮南煤矿沉陷治理工程研究与实践

矿区长期开采地下煤层会引起上覆岩层的移动和变形,导致地面形成大面积的沉陷地与积水区,使自然生态和地貌景观改变,农田弃耕,村庄搬迁,桥梁损毁,道路折动,从而改变了矿区经济发展的轨迹.为实现矿区可持续发展,最大限度地减少地下开采活动给地面造成的影响,就要根据沉陷的不同程度,在技术可行、经济合理的前提下,因地制宜的实施沉陷治理工程,重新建立起生态平衡系统.文章根据淮南矿业集团多年来在沉陷治理工程中积累的成果及经验,提出了采煤沉陷区开展沉陷治理工程的途径和方法.     

采煤沉陷积水区地表移动变形监测方案研究

为了治理采煤沉陷积水区地表的生态环境,对工作面开采造成的地表移动变形、采煤沉陷区积水区水下地形监测,通过对开采沉陷区的地质条件和地表变形特征进行分析,提出三维激光扫描仪配合测深仪的地表移动变形监测方案。为同类采煤沉陷积水区生态治理提供借鉴。     

基于GIS的高潜水位煤矿区边采边复表土剥离策略

高潜水位煤矿区采煤塌陷后积水现象严重,积水后再治理造成复垦后耕地所占比例低,复垦成本增多,且施工难度增大。在地面沉陷积水前,预先进行表土的剥离存储以便后期复垦利用,是提高复垦效率的最有效方法。本文以山东某矿工作面为例,结合GIS的空间分析功能,将地面划分为40m×40m的地面格网单元(共7875个),对煤炭开采后地面的动态沉陷过程进行了模拟,明确了地面开始沉陷及出现积水的时间,最后定量的确定了461个地面格网单元表土剥离的时间、范围与深度,剥离的表土可用于后期土地复垦工作。研究有利于井工煤矿区的边采边复技术的研发,并促进开采与治理的同步进行。     

煤矿采空沉陷区地面稳定性评价研究

通过对影响煤矿采空沉陷区地面稳定性的时间因素和空间因素的综合分析,提出了煤矿采空沉陷区地面稳定性评价分区方法,根据不同的稳定状态在空间上可将煤矿采空沉陷区地面分为稳定区、暂时稳定区、不稳定区3个区域。在治理工作实施之前,应对采空沉陷区地面进行稳定性评价,对于不同地面稳定性等级的区域,应根据其稳定状态采取不同的治理对策。     

梅河四井采煤沉陷区的恢复治理

梅河四井采煤沉陷区内积水,已通过裂隙渗入井下威胁到开采安全。因此,在开采的同时,应及早对沉陷区开展治理工作,确保安全,维持矿区生产生活的秩序。采煤沉陷区恢复治理和土地复垦后,不但解决了威胁安全的地表水患问题,增加了耕地面积,改善了矿区的生态环境,而且煤矿每年可减少大量的地面和井下排水费用,减少土地赔偿费,经济和社会效益显著。     

采煤沉陷区损害防治对策与技术发展方向

煤矿采动损害防治与沉陷区治理是我国煤矿区亟待解决的技术难题。客观评价了煤炭开采社会贡献和存在的采动负面效应；较全面地梳理总结了采煤沉陷区治理国家部委政策鼓励、资金支持和技术研发方面取得的进展；归纳了我国东北平原资源枯竭矿区、西部生态脆弱区、中东部平原高潜水位区和西南山区、丘陵岩溶区4种不同区域类型采煤沉陷区采动沉陷损害特征和存量、增量变化情况；提出存量科学治理和增量预防控制的采煤沉陷区防治重点；基于岩层移动控制关口前移、煤矿区采动沉陷预防与损害治理并重理念，提出实现绿色开采采动沉陷损害防治的采前优化设计、采中损害控制和采后科学治理三原则对策；针对采煤沉陷区存量与增量特征，提出东北、西部、中东部与西南采煤沉陷区存量治理关键技术和采煤沉陷区建筑复垦关键技术、增量控制关键技术共6方面治理关键技术发展方向；针对采煤沉陷区综合治理中的不足，提出开展全国范围采煤沉陷区现状调查评估和制定综合治理中长期专项规划，完善采煤沉陷区综合治理利用标准体系，构建新时期采煤沉陷区“源头防治-过程控制-综合利用-全程监测”一体化治理新模式，加大采煤沉陷区综合治理政策和资金支持力度等沉陷区综合治理建议，为我国煤矿采动...     

高潜水位多煤层开采地表沉陷积水区动态演变预测

分析了厚松散层下多煤层开采沉陷的部分显著性特征。基于概率积分法提出了开采沉陷预计与初始地形相结合的矿区开采沉陷积水区分布预测方法,并开发出了开采沉陷预计软件。利用该软件预测分析了淮南潘集矿多煤层开采引起的地表沉陷积水区的时空分布演变过程,有效显示出了地表沉陷未积水区、浅水区、深水区的分布与开采进程之间的联动关系,对于高精度预计矿区开采沉陷有一定的参考价值。     

近郊采煤沉陷积水区人工湿地构建技术——以唐山南湖湿地建设为例

为了近郊采煤沉陷积水区生态治理问题,在综合分析近郊采煤沉陷破坏特点和城市发展需求的基础上,以唐山南湖人工湿地建设为例,对近郊采煤沉陷积水区人工湿地构建过程中的水域不稳定、水源不足、水体污染等问题进行了研究,通过扩湖形成了稳定水域面积;通过水平衡分析为人工湿地建设提供了可靠的水源保障;通过采取排污口封堵、固废造景绿化和湿地内部水循环模式建立等技术措施提高了湿地水维系能力,使唐山市南部采煤沉陷区生态环境得到了根本改善。研究成果为类似近郊采煤沉陷区的生态治理提供了借鉴。     

平原地区采煤沉陷积水计算模型构建与影响分析——以洸府河为例

为解决东部平原矿区采煤沉陷积水量的计算与分析问题,创新性地将GIS水文分析应用于沉陷积水研究,构建了采煤沉陷区积水计算模型。以洸府河流域为例,计算得到该流域2009年及2015年采煤沉陷影响汇流面积分别为276.0 km2和1 091.4 km2,影响的大气降水汇流量为0.58亿m3和2.29亿m3,实际滞留水量为286.7万m3和556.2万m3。采煤沉陷积水对于流域的原始自然径流和水循环都有很大程度的破坏,构建的沉陷积水计算模型可为矿区沉陷积水治理与水资源保护利用提供技术支持与理论指导。     

社会资本参与采煤沉陷区治理项目的风险防范与政策环境

以项目实践和调研工作为基础,从项目投资的角度介绍了采煤沉陷区治理项目的不同类型,以及具有商业价值的采煤沉陷区治理项目的特点。首次提出了采煤沉陷区治理工程属于"土地一级开发"的概念,以及采煤沉陷区治理工程应纳入"政府购买服务"范畴等观点。介绍了采煤沉陷区治理项目操作流程,并提出项目选择、交易结构设计、退出方式、二级开发等多个关键环节的风险防控应对措施。同时通过对我国在该领域的行业政策、土地政策和财政政策的详细梳理,提出了改善政策环境的建议。     

基于AHP-熵权法耦合的含水层富水性评价研究

为了对影响徐庄煤矿7煤开采的分界砂岩含水层富水性进行评价,选取了分界砂岩含水层厚度、砂岩粒度特征、岩芯采取率和断裂分维值作为影响分界砂岩含水层富水性的主控因素;选用层次分析法（AHP）确定了各项主控因素的主观权重,利用熵权法确定了各项主控因素的客观权重,通过AHP-熵权法耦合得到了各项主控因素的综合权重;应用ArcGIS建立了基于AHP-熵权法耦合的分界砂岩含水层富水性评价模型,将研究区分界砂岩含水层划分为强富水区、较强富水区、中等富水区、较弱富水区和弱富水区5个级别,研究区东部以强、较强和中等富水区为主,西部以较弱和弱富水区为主,并采用钻孔漏失量数据、已知涌（突）水点的分布,对分界砂岩含水层富水性评价结果进行了验证分析,结果表明该模型的评价结果与实际相符合,为预测含水层富水性、防治顶板水害提供了有益参考。     

奥陶系灰岩富水区带划分的综合水文地质研究

奥陶系灰岩富水区带划分是矿井水灾害预测与防治的基础,本文利用钻孔岩溶分析和瞬变电磁勘探相结合的水文地质研究方法,研究了奥陶系灰岩垂向上和平面上的富水性,划分了井田富水区带,实现了对矿井范围内水文地质信息的最大利用,形成了适合奥陶系灰岩富水区带划分的配套方法。     

电阻率测深法在煤矿水害探测中的应用

为解决煤矿断层导水和奥灰水的水害问题,以五沟煤矿作为研究对象,通过比较瞬变电磁法、可控源音频大地电磁法、高密度电法和直流电阻率测深法4种物探方法的优缺点,最终选用抗干扰能力强的直流电阻率测深法在该区进行了探测工作。研究结果表明,在地形相对平坦、接地条件好、但存在一定地电干扰的矿区采用直流电阻率测深法能够较好地探测断层的富、导水性和奥陶系灰岩顶界面地层的富、含水性。断层富、导水表现为沿断层带有低电阻率异常条带反映;奥陶系灰岩顶界面地层富、含水表现为低电阻率异常区、带反映。依据各剖面图和平面图上视电阻率变化综合反映这两种水害的表现形式,为煤矿水害探测提供了新思路和技术。     

复杂岩溶矿区降水开采条件下的地表水渗漏定量评价

福建马坑铁矿属国内特大型地下开采铁矿,也是水文地质条件复杂的岩溶充水矿区,其外源性河流--溪马河流经矿区并多处与断层相交,可能通过断层破碎带渗漏补给矿区岩溶水,对矿区深部开采构成明显威胁。在详细分析溪马河与矿区岩溶水关系的基础上,针对可能发生渗漏的地段,设计并建设了地表水流量自动监测系统,不仅解决了山区深切河系人工测量费时、费力、误差大的问题,并通过对获得的监测数据进行计算与分析,掌握了目前生产排水,岩溶水位不断下降的条件下,溪马河各段的渗漏情况,为矿区地表、地下水的联合防治提供了基础性依据。介绍的工作方法可为相似条件矿区提供借鉴和指导。     

潞安矿区新构造及其控水作用的研究

利用水化学方法揭示了潞安矿区新构造及其导、储水性的存在,研究发现了王庄-常村新构造断裂带及其新生性．在新构造和古地理特征研究的基础上,论证了新构造运动对地表水系演化、地下水补给、径流、排泄及水化学分布、新岩溶发育规律的控制作用．合理解释了矿区水动力场、富水性分布、岩溶发育特征,指出了王庄-常村新构造断裂带和矿区内其他几条复活的新构造集水廊道和强径流带是矿区供水和保水采煤的重点工作区域．     

黄河北煤田顶底板双灰岩水害分析及防治技术

为了研究黄河北煤田下组煤开采所受水害问题并制定防治方法,通过分析区内主要水害类型及其对矿井安全生产的影响,得出11煤开采主要受直接顶部四五灰涌水及底板徐灰突水威胁,同时两含水层均与奥灰存在密切水力联系;基于黄河北煤田11煤特殊水文地质条件,提出"顶板灰岩帷幕截流,底板灰岩区域治理"方法治理顶底板双灰岩水害,并应用于区内典型矿井,同时探讨了水害治理效果。结果表明底板徐灰治理效果较好,顶部四五灰帷幕需全部搭接才能检验截流效果。     

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。     

利用老采空区防治矿井水害的工程技术

汶南煤矿根据西部采区水文地质条件的特点,充分利用西部老采空区及其良好的隔离条件,构筑水闸墙对采空区进行隔离,建立缓冲仓,对西部老空水进行调控防治。利用TFINE弹塑性有限元程序,结合点安全度分析方法,评价了地下水封堵工程的稳定性和安全性,并对调控技术在防治水中的应用和经济效益作了详细的介绍。     

深部下组煤首采面带压试采奥灰突水危险性分区评价

为了探究华北型煤田深部下组煤底板带压开采安全可行性,以济北矿区某煤矿高承压水体下组煤首采面采掘为工程背景,结合在该面施工的9个奥灰钻孔和1个奥灰水文观测孔资料,运用突水系数法和底板岩层综合阻水强度法对正常块段奥灰突水的危险性进行预测评价与分区。分析表明奥灰突水值大于0.1 MPa/m的区域存在2处;而根据底板岩层综合阻水强度法计算,各个钻孔的综合阻水强度值均大于相应的实际水压值,并把实际水压值与其相应的综合阻水强度值作比值进行分析。2种方法对比分析表明,奥灰突水系数偏大的险区和实际水压与其相应的综合阻水强度的比值大的分布区域基本重合,比较符合实际情况。这为济北矿区及地质条件相似矿井煤炭资源向深部带压开采所引起的底板水防治提供了新的评价方法。