岩溶泉域煤矿奥灰顶部相对隔水性及水文地质特征研究

奥灰岩溶水水害是华北型煤田深部开采的关键制约因素,复杂的水文地质环境是灾害频发的主因。运用钻探、水文地质试验及地球物理探测手段对保德井田奥陶系顶部岩性、岩溶裂隙发育特征及相对富水性进行综合研究,论证研究区奥灰顶部相对隔水性。实施单孔抽水试验及群孔抽水试验,查明奥灰含水层渗流场特征;通过岩溶水水化学分析,探讨奥灰含水层水化学场特征及其演化规律:沿径流路径,岩溶水水质类型总体呈HCO3→HCO3·Cl→Cl的演化顺序。依据奥灰含水层水化学特征划分岩溶水径流分区,表明井田奥灰含水层处于弱径流–滞流区。基于井田奥灰含水层水文地质特征,提出奥灰顶部注浆改造的"深度合理,施工便利;物探先行,靶区圈定;优先布网,监控紧跟;上游布孔,引导注浆;成效保障,环保并重"的总体原则,对深部开采奥灰岩溶水水害防控及顶部注浆改造实施具有一定的指导意义。     

济源金捷煤矿下组煤开采水文地质条件分析

针对济源金捷煤矿下组煤开采水文地质现状,本文通过对井田水文地质工程调查,充分分析矿井含水层、隔水层及水害威胁等,通过计算得出煤层底板安全隔水层厚度及奥灰水底板隔水层突水系数,为安全开采提供技术保证,同时为济源市下冶地区同类型条件下煤层开采提供了很好的技术途径。     

水银洞金矿区茅口组岩溶水水化学特征及指示意义

贵州贞丰水银洞茅口组岩溶水水质分析表明,同属于茅口组岩溶含水层,由于其空间分布的不同,其水化学场也存在较大差异,这与地质构造、地下水的赋存及埋藏条件、地下水的补给、径流、排泄条件等因素的不同有关,由此可作为划分的地下水系统的依据。即使空间分布相同的同一岩溶水系统,随着时间的差异,水化学特征也会发生变化。矿山开采过程中对埋藏型岩溶水水质有较大影响,水化学演化受控于采矿活动及地质构造背景。     

高压奥灰水大型逆断层下盘煤层安全开采研究

 在底板高压岩溶含水层上且靠近较大断裂构造弱面采矿时,隔水层段的残余厚度和断裂的采动活化程度是能否突水的关键因素。为探索这类问题,以徐州矿区柳新煤矿在大型逆断层下盘带高压奥灰岩溶水开采深部煤层为实验现场,根据奥陶系顶部存在隔水层的观点,对该逆断层进行数值模拟、力学及演化的地质历史分析、探测和现场渗透性实验后,完成工作面的安全保水试采。试采结果表明：该矿井田内的奥陶系顶部存在厚约118 m碳酸盐岩隔水层,该隔水层由充填带和岩溶不发育带构成;逆断层天然状态下不导水,工作面开采造成了下盘煤层至上盘奥陶系顶板逆断层面(约60 m)的局部活化,而处于奥陶系顶部隔水层段内的断层面未被活化。若上盘奥陶系顶板就是岩溶含水层顶板,则在高水压的驱动下岩溶水将沿逆断层活化段向工作面渗透而造成突水。奥陶系顶部碳酸盐岩隔水层和断层天然不导水是工作面贴近断层开采而不发生突水的主要原因。     

奥陶系顶部岩层渗流力学特性及作为隔水关键层应用研究

华北型煤田受岩溶强含水层威胁的煤炭资源含量巨大,特别是下组煤因距离奥陶系太近而不敢开采。近年来,煤矿奥灰突水灾害损失日趋严重,而奥陶系岩溶水又是华北地区重要的地下供水水源,因此,底板保水采煤和煤矿防治水技术急需关键性的突破。本文围绕将奥陶系顶部岩层作为隔水关键层的水文地质环境及其渗流力学特性,开展奥陶系顶部隔水层的形成与演化规律、破碎岩体渗透性测定、奥陶系顶部隔水关键层的构成与力学特征理论分析和数值模拟、断裂活化导水性能、陷落柱渗透性能等方面的研究,取得了如下创新性成果:     

奥陶系灰岩顶部超前区域注浆浆液选配分析

煤矿底板注浆加固或改造广泛采用水泥基浆液,而由于注浆材料和浆液性能的差异,在注浆实践中缺少对注浆材料的合理选配及浆液类型和配比的有效调控,致使超前注浆效果难以达到预期目标。针对上述问题,以邯邢矿区奥灰顶部注浆改造为背景,通过分析奥灰顶部宏、细观发育特征,结合当地注浆所用水泥、黏土和粉煤灰等注浆材料的粒径分布特征,对注浆材料进行了合理选配;考虑水灰比、水玻璃掺量、奥灰水化学类型、固相比等因素,对水泥基浆液的物理力学性质进行了正交试验,得到了水泥基浆液物理力学性质及其主控因素。研究结果：奥陶系灰岩顶部峰峰组七段岩层富水性和渗透性大于其上部峰峰组八段,细观空隙中数量占比以闭合裂隙和微张裂隙为主,均值分别为120μm和420μm,宽张裂隙和中张裂隙在裂隙面积中占主要比例,具有较好延展性;奥灰顶部注浆改造过程中可采用水泥-粉煤灰或水泥黏土浆液进行“垫底式”充填注浆,而后采用水泥浆液对微小裂缝和闭合裂隙进行升压注浆或劈裂注浆;水泥浆液、水泥-粉煤灰浆液、水泥-黏土浆液的凝结时间主控因素均为水玻璃掺量,水泥浆液黏度的主控因素为水玻璃掺量,水泥-粉煤灰浆液和水泥-黏土浆液黏度主控因素均为水灰比,水泥浆...     

新驿煤田奥灰顶部相对隔水性及底板 突水危险性评价

 为探索华北石炭二叠纪煤炭资源,特别是大量受奥灰水威胁的“下组”煤的安全开采问题,根据“奥陶系顶部存在隔水层并可作为隔水关键层”的观点,通过对新驿煤田奥灰顶部岩性、裂隙岩溶充填情况及钻探漏水、测井出水段等各方面的综合研究措施,论证奥灰顶部相对隔水性。在此基础上,分析并评价煤层底板阻水能力的主要影响因素,并对影响下组煤开采的底板奥灰突水危险性进行分区评价。研究结果为新驿煤矿区下组煤开采的防治水工作提供了参考。将奥陶系顶部相对隔水层作为整个煤层底板隔水层的一部分进行底板突水危险性评价,可以使评价结果更准确。     

奥陶系石灰岩含水层钻孔隐性漏水机制 与防治方法

 由于封堵不良钻孔形成的导水通道而造成煤矿突水事故时有发生,特别是奥陶系石灰岩含水层(简称“奥灰”)钻孔隐性封孔不良,其形成的水害隐患更具有突发性、隐蔽性,对安全生产影响严重。以兴隆庄煤矿为例,通过对三灰地层的一采区石门巷道新增出水点、出水水样呈奥灰水质特征以及奥灰、十下灰水位异常等水文地质异常现象的分析研究,可以判断奥灰钻孔具有隐性漏水。主要原因是由于地质条件变化,在未下套管前的钻孔意外进入奥灰富水区,从而导致高压、高流速水流向其他含水层排泄,使得水泥封孔效果不佳形成隐性导水通道。据此提出井下钻孔化学注浆的防治方法,可对该类水害的防治有指导意义和借鉴价值。     

基于灰色关联–FDAHP法与物探成果相结合的奥灰富水性评价

华北型煤田深部煤炭开采严重受到奥灰水的威胁,因此对奥灰含水层富水性的评价涉及到煤矿安全生产。根据《煤矿防治水规定》含水层富水性评价依据为单位涌水量,但实际勘查过程中该指标数据十分稀少,因此无法客观全面地评价整个井田奥灰富水性。为了解决这个问题,提出一种综合灰色关联法、模糊德尔菲层次分析法(FDAHP)和地球物理探测相结合的奥灰富水性评价预测方法。以山东良庄井田为研究背景,选取钻孔涌水量、含水层厚度、断层影响因子、冲洗液消耗量4个评价指标,利用灰色关联法和德尔菲专家打分法确定各指标对奥灰富水性控制的相对权重,在此基础上构建基于灰色关联和FDAHP的奥灰富水性指数数学模型,利用地球物理探测获得的奥灰富水性成果,对模型进行检验,确定富水性等级分区阈值,将建立的模型分区成果与物探实测成果相结合,绘制出整个井田奥灰富水性分布图,并利用钻探揭露奥灰漏水点、突水点、抽水试验和水源井分布等现场工程数据对分区结果进行验证。提供了一种在传统单位涌水量资料稀少的情况下,相对科学地评价整个井田奥灰富水性的方法。     

滕南矿区岩溶陷落柱分布特征及其控制因素分析

针对岩溶陷落柱导致的突水具有隐蔽性和突发性的特点,为了预防岩溶陷落柱突水,对岩溶陷落柱可能发育的区域加以预测。根据滕南矿区地质与水文地质资料,分析已揭露的陷落柱的分布特征,总结岩溶陷落柱的发育规律。结果表明:岩溶陷落柱分布和发育具有不均匀性,多发育在矿井浅部,以及富水性较强和强径流条件的区域;岩溶陷落柱发育主要受奥灰埋深、奥灰含水层的富水性、地质构造控水条件及奥灰地下水径流条件4个因素的综合控制。在此基础上,构建层次分析评价模型,采用专家打分赋权方法,对4个控制因素统筹考虑,预测未来可能发育岩溶陷落柱的区域,旨在控制和避免煤矿生产中揭露岩溶陷落柱或处理不当而造成灾害。     

贵州槽箐地区煤矿床充水因素浅析

矿床充水因素是矿床水文地质特征分析的一项重要内容,它通过对矿床充水水源、充水通道及充水强度的影响因素进行分析和总结,对矿床开采技术条件提供理论依据。文章以兴仁县槽箐地区煤矿床为例,对矿床充水因素进行分析,认为该区煤矿床的主要充水水源为大气降水和长兴组岩溶水,主要充水通道为岩溶裂隙和顶板冒落裂隙带。由于龙潭组相对隔水层的阻隔,茅口组灰岩强含水层对矿床开采不构成底板突水威胁。     

华北型煤矿承压泵井安全评价技术研究——以峰峰矿区薛村煤矿为例

 以峰峰矿区薛村煤矿为例,在水文地质条件分析的基础上,采用压力隧道法、关键层理论法、渗透系数–应变关系法和数值模拟法对潜水泵井的安全性进行评价,各种方法得出同样的结论,即地应力对泵井底板的破坏深度或由于应变造成底板隔水层渗透系数变化带远没有达到奥陶系灰岩含水层,泵井在开凿过程中是安全的。研究结果认为,有关规程定义的突水系数对于泵井的水文地质条件评价不适用,井底对于奥陶系含水层的突水系数虽然超出有关规程定义的值,但不会造成突水。所给出的评价方法对华北型煤矿高承压泵井的水文地质条件评价具有很好的借鉴作用。     

汉中天坑群小南海岩溶水水化学特征及其指示意义

以小南海岩溶水为研究对象,通过分析水化学和氢氧同位素数据,确定岩溶水中主要物质组分来源及补给径流特征,对岩溶水的合理开发利用及生态环境保护具有重要意义。结果显示：所有水样均为弱碱性、低矿化度水,水化学类型以HCO₃-Ca型为主;岩溶水溶质组分受控于岩石风化作用,主要来源于碳酸盐岩类和部分硫酸盐岩类矿物溶解,此外还受人类活动影响;吴家坪组、阳新组、仙女洞组岩溶水以流经灰岩含水层为主,大冶组岩溶水流经灰岩和白云岩含水层。氢氧同位素特征指示岩溶水均源于不同海拔大气降水的混合补给,降水入渗补给前,岩溶水受到的蒸发作用强于地表水。水化学特征和氘过量参数揭示小南海岩溶水系统径流条件好,溶滤作用较强,双龙洞岩溶水系统径流条件好,溶滤作用较弱。     

青海祁漫塔格那西郭勒泥质岩地层水敏性及其钻井液配方研究

青海祁漫塔格那西郭勒是东昆仑地区深部找矿的重点靶区之一,在近年的找矿勘探过程中常常遇到由于水敏性地层而严重影响钻探施工进度及质量的难题。本次研究收集了那西郭勒矿区地质资料、复杂地层钻孔资料、水文资料,对那西郭勒矿区水敏性地层采取岩样,进行表面形貌分析、X射线衍射矿物分析以及泥岩在清水中的膨胀量实验等,对水敏性地层岩石的矿物组分和微观结构进行分析和研究。那西郭勒水敏性地层为奥陶-志留纪滩间山群碳质灰岩、泥炭质灰岩及绿泥石化、高岭土化蚀变带,地层微裂缝多,泥质岩粘土总含量高,蚀变带主要为高岭土化和绿泥石化,容易吸水膨胀,且膨胀量较大。针对该矿区水敏性地层的特点,优选钻井液设计配方。通过正交试验配制了一套失水量低、抑制性和流动性好的适用于那西郭勒矿区水敏性地层的泥浆冲洗液。     

Karst groundwater protection: First application of a Pan-European Approach to vulnerability, hazard and risk mapping in the Sierra de Líbar (Southern Spain)

The European COST action 620 proposed a comprehensive approach to karst groundwater protection, comprising methods of intrinsic and specific vulnerability mapping, validation of vulnerability maps, hazard and risk mapping. This paper presents the first application of all components of this Pan-European Approach to the Sierra de Líbar, a karst hydrogeology system in Andalusia, Spain. The intrinsic vulnerability maps take into account the hydrogeological characteristics of the area but are independent from specific contaminant properties. Two specific vulnerability maps were prepared for faecal coliforms and BTEX. These maps take into account the specific properties of these two groups of contaminants and their interaction with the karst hydrogeological system. The vulnerability assessment was validated by means of tracing tests, hydrological, hydrochemical and isotope methods. The hazard map shows the localization of potential contamination sources resulting from human activities, and evaluates those according to their dangerousness. The risk of groundwater contamination depends on the hazards and the vulnerability of the aquifer system. The risk map for the Sierra de Líbar was thus created by overlaying the hazard and vulnerability maps.     

贵州英坪磷矿水文地质条件研究及涌水量预测

英坪磷矿位于瓮福矿田高坪矿区英坪矿段内,目前矿山规划向深部开采。区内前人研究程度高,地质成果丰硕,但对开采技术条件方面的研究较少,特别是对深部磷矿床水文地质条件的研究有所欠缺。本文通过地质、水文地质勘查及水文地质试验等方法,结合前人研究成果,从水文地质角度,对英坪磷矿床水文地质条件进行研究,填补了该区磷矿床开采技术条件方面研究的空白,丰富了区内研究成果。研究结果表明,英坪磷矿水文地质条件中等,为顶底板直接进水水文地质条件中等的岩溶孔洞裂隙充水矿床;采用水文地质比拟法预测首采地段正常涌水量为24178.39 m³/d,最大涌水量为55368.51 m³/d,为英坪磷矿防排水系统设计提供了重要参数,为此类矿床的研究提供了借鉴及参考。