鄂尔多斯盆地侏罗系煤田导水裂隙带高度预测及顶板充水模式 被引量：40

1

作者 薛建坤 王皓 +3 位作者 赵春虎 杨建 周振方 李德彬 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第6期1222-1230,共9页

确定顶板含水层充水模式是顶板水害科学防治及保水采煤的基础,而导水裂隙带高度预测是关键,提高预测精度是研究的难点。以鄂尔多斯盆地侏罗系煤田为研究区域,以33个实测导水裂隙带高度样本为依据,基于粒子群(PSO)-支持向量机回归(SVR)... 确定顶板含水层充水模式是顶板水害科学防治及保水采煤的基础,而导水裂隙带高度预测是关键,提高预测精度是研究的难点。以鄂尔多斯盆地侏罗系煤田为研究区域,以33个实测导水裂隙带高度样本为依据,基于粒子群(PSO)-支持向量机回归(SVR)的研究方法,构建了区域导水裂隙带高度预测模型。选择拟合优度R2、均方根误差RMSE为误差分析指标,通过对比PSO-SVR导高模型预测值与经验公式预测值,定量评价了PSO-SVR导高模型的预测精度,利用该模型预测了3个矿的导水裂隙带高度。研究结果表明:PSO-SVR导高模型预测值比经验公式预测值拟合优度提高0.10,均方根误差降低41.93,预测值与实测值较接近,与经验公式相比,提高了导水裂隙带高度预测精度。最后统计分析了研究区典型水文地质结构特征,按煤层埋深及含(隔)水层结构,划分了研究区3种水文地质结构类型:浅埋薄基岩厚松散含水层结构、中埋深厚基岩含水层结构、深埋巨厚复合基岩含水层结构。依据导水裂隙带预测结果及顶板水文地质结构类型,建立了研究区3种顶板含水层充水模式:浅埋松散含水层充水、中埋深厚砂岩含水层充水、深埋巨厚砂砾岩含水层充水。研究成果对于鄂尔多斯盆地侏罗系煤田顶板水害防治及保水采煤具有重要的实用价值。 展开更多

关键词 鄂尔多斯盆地 水害防治 保水采煤 导水裂隙带高度 粒子群-支持向量机回归

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我国西部保水采煤区受保护烧变岩含水层研究 被引量：39

2

作者 范立民 仵拨云 +2 位作者 向茂西 彭捷 高帅 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2016年第8期1-6,共6页

通过对榆神府矿区烧变岩、烧变岩含水层的调查,论述了烧变岩分布,含水层储水结构及补、径、排条件。烧变岩地下水接受大气降水和萨拉乌苏组地下水的越流补给,以下降泉形式排泄。烧变岩含水层特点是分布面积和含水层厚度都较小,但富水性... 通过对榆神府矿区烧变岩、烧变岩含水层的调查,论述了烧变岩分布,含水层储水结构及补、径、排条件。烧变岩地下水接受大气降水和萨拉乌苏组地下水的越流补给,以下降泉形式排泄。烧变岩含水层特点是分布面积和含水层厚度都较小,但富水性强,钻孔抽水试验最大单位涌水量88.67L/（s·m）,渗透系数最大可达1 631.30 m/d。煤炭开采前,区内有烧变岩泉405处,其中流量小于1 L/s的325处,总流量59.458 L/s;流量1~10 L/s的64处,总流量142.115 L/s;流量大于10 L/s的16处,总流量564.610 L/s;这些泉多分布于沟谷沿岸,部分烧变岩泉受采煤影响流量衰减或干涸。烧变岩含水层地下水的水质多为HCO3—Ca·Mg或HCO3—Ca型,矿化度最大0.299 g/L,水质良好,是榆神府矿区宝贵的生态水源。 展开更多

关键词 保水采煤 烧变岩 含水层 榆神府矿区

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底板承压水保水采煤技术与工程实践 被引量：16

3

作者 马雄德 杜飞虎 +1 位作者 齐蓬勃 李文莉 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2016年第8期61-66,共6页

为解决底板承压含水层上带压采煤问题,以董家河煤矿为例,在研究5号煤层下伏含(隔)水层特征及煤层开采底板破坏深度的基础上,分析了突水危险性,制定了承压水体上保水采煤技术体系。结果表明:奥陶纪灰岩峰峰二段含水层是本区5号煤层开采... 为解决底板承压含水层上带压采煤问题,以董家河煤矿为例,在研究5号煤层下伏含(隔)水层特征及煤层开采底板破坏深度的基础上,分析了突水危险性,制定了承压水体上保水采煤技术体系。结果表明:奥陶纪灰岩峰峰二段含水层是本区5号煤层开采主要充水水源,突水系数大于0.06MPa/m的区域占矿区面积的43%,K2及K3含水层既可成为奥灰水突水通道,也可改造成隔水底板,对5号煤层安全开采意义重大。同时提出了"监测预报,超前探测,探治结合,综合防治"四位一体综合保水采煤技术体系,并在澄合矿区进行了工程实践,既指导本区安全生产,又保护奥陶系375 m水位。 展开更多

关键词 渭北煤田 保水采煤 董家河煤矿 突水系数

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陕北榆神矿区煤层开采顶板涌水规律分析 被引量：11

4

作者 赵春虎 靳德武 +5 位作者 李智学 申小龙 王皓 王世东 许峰 王强民 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期523-533,共11页

榆神矿区是我国陕北煤炭基地的重要组成部分,针对榆神矿区煤层开采顶板覆岩含水层涌水规律研究不足等问题,通过系统分析地质与水文地质结构特征,将矿区开采煤层覆岩划分为松散孔隙、基岩与风化裂隙、烧变岩孔洞裂隙4个含水层组,以及主、... 榆神矿区是我国陕北煤炭基地的重要组成部分,针对榆神矿区煤层开采顶板覆岩含水层涌水规律研究不足等问题,通过系统分析地质与水文地质结构特征,将矿区开采煤层覆岩划分为松散孔隙、基岩与风化裂隙、烧变岩孔洞裂隙4个含水层组,以及主、亚2个隔水保护层组;根据煤层采动导水裂隙与覆岩含(隔)水层组不同组合关系下的含水层涌水特征,提出了浅埋煤层侧向直接涌水、中深煤层侧向与垂向复合涌水,以及深埋煤层侧向涌水与垂向弱涌水3种含水层涌水模式;并采用数值分析方法,以榆神矿区典型矿井为研究对象,构建了采煤工作面尺度上煤层开采3种模式涌水分析模型,模拟结果显示,浅埋煤层侧向直接涌水型(凉水井井田),主采煤层为4^(-2)煤层,采动导水裂隙直接发育至松散含水层,工作面顶部含水层被疏干,总涌水量为47 m^(3)/h,地下水流场受采动影响大;深埋煤层侧向涌水与垂向微涌水型(小壕兔1号井田),主采煤层为1^(-2)煤层,采动导水裂隙发育至基岩含水层,总涌水量为21.87 m^(3)/h,以侧向涌水为主,由于主、亚隔水层复合保护,垂向涌水微弱;中深煤层侧向与垂向复合涌水型(曹家滩井田),主采煤层为2^(-2)煤层(均厚约为11 m),在分层开采条件下导水裂隙发育至基岩含水层内部,其侧向涌水量为23.17 m^(3)/h,垂向涌水量为12.67 m^(3)/h,地表松散含水层地下水流场变化较小,在一次采全高条件下导水裂隙突破亚隔水层,发育至风化基岩含水层底部,总涌水量增至131 m^(3)/h,对松散含水层影响较大。此外,当导水裂隙带高度小于180 m、不能沟通风化基岩含水层时,随导水裂隙带高度增加涌水量增加幅度不大,当导水裂隙带高度大于180 m、导水裂隙揭露富水性较好的风化基岩含水层时,涌水量增加幅度较大,由此可见,抑制导水裂隙发育高度与覆岩强含水层的接触关系,是控制煤层� 展开更多

关键词 保水采煤 含水层 涌水模式 导水裂隙 榆神矿区

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陕北保水采煤背景下MICP再造隔水土层的试验研究 被引量：4

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作者 李涛 高颖 +5 位作者 张嘉睿 李殿鑫 陈伟 张鹏 李博 梅奥然 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期2984-2994,共11页

我国西北地区煤炭资源丰富,但生态环境脆弱。煤炭开采导致隔水土层破坏,产生水资源漏失、水土流失和生态环境退化。因此,隔水土层再造的研究有重要的理论和现实意义。基于陕北保水采煤现场条件,包括温度特征、环境特征、采煤裂隙特征、... 我国西北地区煤炭资源丰富,但生态环境脆弱。煤炭开采导致隔水土层破坏,产生水资源漏失、水土流失和生态环境退化。因此,隔水土层再造的研究有重要的理论和现实意义。基于陕北保水采煤现场条件,包括温度特征、环境特征、采煤裂隙特征、裂隙充填物特征、微生物钙源特征等,开展了一系列MICP(微生物诱导碳酸钙沉积)再造隔水土层室内试验研究。采用紫外分光光度计测试和碳酸钙产量测试等方法,研究了巨大芽孢杆菌在不同温度下的保种特性、不同环境的适应性和不同养护温度的适应性。利用浓缩的高钙洁净矿井水作为钙源和无机盐来源,利用煤矸石粉、黏土和砂体作为采动土体裂隙充填物质,利用尿素作为氮源,开展了一系列的MICP固化采动裂隙土体试验,包括微生物固化前后,无侧限抗压强度测试对比试验、变水头渗透对比试验、固化体X衍射实验、采动物理模型修复试验。研究结果表明:本次实验菌种在3℃下可以保种3个月,0~20℃常温条件下保种3个月再接种后的微生物样品活性有一定影响,但仍可用于采动土体裂隙修复。本次实验菌种在接种3次后培养7 d其OD_(600)值超过2.0,说明3次接种后微生物能够适应当地环境。相比较30℃恒温养护,模拟陕北5月温度养护的样品同期碳酸钙产量更高,而在微生物富集阶段采用研究背景区温度驯化的微生物的同期碳酸钙产量进一步提高。利用高钙洁净矿井水浓缩后作为固化钙源虽然固化修复效果相比氯化钙试剂作为钙源固化效果略差,但通过4次反复注入可以部分弥补固化效果。采用煤矸石粉、黏土和砂作为土体裂隙充填物质,其质量比为1∶1∶2时,采动裂隙土体的物理力学和水理修复效果可以兼顾,且有利于后续植物联合修复。物理模拟结果发现MICP技术的隔水层再造效果显著,模型采动裂隙土体4次固化后,1 展开更多

关键词 保水采煤 隔水层再造 微生物诱导碳酸钙沉积 废弃物再利用 科学采矿

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保水采煤研究30年回顾与展望 被引量：105

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作者 范立民 马雄德 +2 位作者 蒋泽泉 孙魁 冀瑞君 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2019年第7期1-30,共30页

煤炭是我国工业化过程中最重要的能源,在我国经济发展中一直发挥着重要作用。但所有工业化国家所面临的一个主要问题是矿区环境退化,短期的经济利益都是以巨大的环境损失为代价获得的。保水采煤是针对陕北侏罗纪煤田开发过程中出现的环... 煤炭是我国工业化过程中最重要的能源,在我国经济发展中一直发挥着重要作用。但所有工业化国家所面临的一个主要问题是矿区环境退化,短期的经济利益都是以巨大的环境损失为代价获得的。保水采煤是针对陕北侏罗纪煤田开发过程中出现的环境问题而提出的科学采矿思路与方法,在过去20多年的时间中有了长足的发展。回顾了煤田发现历程,分析了其资源特征,重点强调了煤炭开发过程中出现的突出环境问题,如土地荒漠化和水资源供需矛盾。简述了保水采煤问题的提出和发展过程,解释了保水采煤的概念及科学内涵。以CNKI文献检索结果为准,详细梳理了围绕保水采煤问题而开展的科研项目、发表的论文、论著及学术会议,并指出了该领域主要关键科学问题。进一步介绍了矿区生态水位及阈限研究、浅埋煤层岩层控制、导水裂隙带发育高度、保水开采条件分区、保水采煤技术及地下水监测网建设等方面取得的主要成果。保水采煤是维护和提升矿山生态系统功能和环境质量的重要手段,必须长期坚持,持续实施。今后保水采煤技术工程实施,需要深入贯彻落实"山水林田湖草是一个生命共同体"重要理念,推广试点工程成功经验和实践模式,全方位推进国土空间的生态保护修复。 展开更多

关键词 保水采煤 神府煤田 生态水位 导水裂隙带

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保水采煤面临的科学问题 被引量：59

7

作者 范立民 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期667-674,共8页

保水采煤理念是基于榆神府矿区开发初期采煤引起的潜水位下降、植被退化而提出的。经过多年理论研究和工程实践,已初步建立了保水采煤技术体系,有效指导了生态脆弱矿区煤炭资源开采和生态环境保护。在国家关于生态文明建设标准日益提高... 保水采煤理念是基于榆神府矿区开发初期采煤引起的潜水位下降、植被退化而提出的。经过多年理论研究和工程实践,已初步建立了保水采煤技术体系,有效指导了生态脆弱矿区煤炭资源开采和生态环境保护。在国家关于生态文明建设标准日益提高的格局下,我国西部干旱半干旱地区煤水资源共生区生态环境保护面临历史考验。首先综述了保水采煤技术取得的成果,认为地质条件探查、岩层移动、保水采煤方法等方面的研究基本解决了单煤层开采中存在的突出问题,而生态脆弱矿区水与生态约束和生态修复与重构方面的研究滞后。其次探讨了保水采煤领域中5个紧密相关的科学问题,包括矿区依赖地下水的植被对煤层开采的约束程度的识别、量化及监测,大采高和重复采动条件下导水裂隙带高度探测与预测方法,有效隔水层厚度的量化与评价,大采高和重复采动条件下采动岩层(覆岩)控制及矿山生态环境影响机制、矿山生态损害监测与评价、矿山土地复垦与生态重建技术、生态修复策略及效果评价等。在新形势下,矿区生态环境保护的责任和任务重大,有待于投入更多研究来支撑我国西部矿山保水采煤理论与技术的突破,促进绿色矿区建设。 展开更多

关键词 科学开采 保水采煤(保水开采) 导水裂隙带 生态重构

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西部典型矿区弱胶结地层岩石的物理力学性能特征 被引量：49

8

作者 孙利辉 纪洪广 杨本生 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期865-873,共9页

西部矿区弱胶结岩层与中东部矿区岩层力学性能之间的差别认识不清是导致西部矿区开采过程中灾害性事故频发的根本原因。通过现场调研、理论分析、实验室实验等方法,研究了我国煤矿区弱胶结地层地域分布规律,选取新疆矿区大井南一井和苇... 西部矿区弱胶结岩层与中东部矿区岩层力学性能之间的差别认识不清是导致西部矿区开采过程中灾害性事故频发的根本原因。通过现场调研、理论分析、实验室实验等方法,研究了我国煤矿区弱胶结地层地域分布规律,选取新疆矿区大井南一井和苇子沟矿、鄂尔多斯矿区的营盘壕矿、大海则矿、陶忽图矿、高头窑矿等6对典型矿井岩石物理力学数据,分析了密度、孔隙率、含水率、弹性模量、抗压强度、抗拉强度、黏聚力、内摩擦角、泊松比等参数随埋深变化规律。现场采集了红庆河煤矿的砂质泥岩进行了崩解实验。研究结果表明:弱胶结地层主要分布在我国的新疆地区、鄂尔多斯盆地矿区、蒙东矿区,岩石成岩不充分,岩石强度普遍偏低,具有明显的松、散、弱的特性;西部矿区岩性主要为砂岩、砂质泥岩及泥岩,胶结物大多为泥质;岩石密度与埋深呈正相关,随埋深增加呈线性递增,岩石孔隙率、含水率与埋深呈负相关;岩石的弹性模量、抗压强度、抗拉强度、黏聚力随埋深增加具有一定的线性递增关系;岩石的泊松比、内摩擦角与埋深无明显的相关性;实验发现弱胶结岩石遇水后具有强烈的崩解性,循环次数越多,崩解后的粒径越小越均匀,弱胶结岩石的强崩解性是导致西部矿区采场导水裂隙带高度增大的主要因素;弱胶结岩石强度普遍低于中东部同类岩石强度;建立岩石物理力学性能集合可进一步明确中西部岩石间差别。 展开更多

关键词 西部矿区 保水采煤 弱胶结岩石 物理力学性能 煤系地层

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西北大型煤炭基地地下水监测背景、思路及方法 被引量：45

9

作者 范立民 孙魁 +7 位作者 李成 高帅 陈建平 仵拨云 彭捷 郑苗苗 姬怡微 蒋蒙 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期317-329,共13页

我国14个大型煤炭基地中,西北地区分布有神东、陕北、黄陇、宁东、新疆等5个,2018年原煤产量占全国的46.28%。这些煤炭基地地处干旱半干旱地区,水资源贫乏,煤炭开发对含水层的扰动强度较大,甚至造成含水层结构损伤,地下水渗漏,水位下降... 我国14个大型煤炭基地中,西北地区分布有神东、陕北、黄陇、宁东、新疆等5个,2018年原煤产量占全国的46.28%。这些煤炭基地地处干旱半干旱地区,水资源贫乏,煤炭开发对含水层的扰动强度较大,甚至造成含水层结构损伤,地下水渗漏,水位下降并引发一系列环境问题。通过科学规划和采煤技术方法革新,调整煤炭开发布局和采煤技术方法,最大限度的减轻煤矿区含水层损伤,已经取得成效,但煤炭开发对地下水扰动动态影响的监控,必须通过建立矿区地下水监测网才能实现。论述了西北煤炭基地地下水监测网建设的背景和思路,介绍了陕西境内陕北、神东、黄陇三个大型煤炭基地地下水监测层位选择、建设部署及数据采集、传输与接收、管理。陕北、神东(陕西境内)和黄陇3个大型煤炭基地主要含水系统包括石炭系—侏罗系碎屑岩裂隙承压水与上覆第四系松散层孔隙潜水含水层系统、白垩系碎屑岩裂隙孔隙承压水-潜水含水系统和寒武—奥陶系碳酸盐岩岩溶水含水系统。地下水监测层位的选择以具有供水价值和生态意义,且受采动影响强烈的含水层为原则,陕北、神东煤炭(陕西境内)基地主要监测第四系萨拉乌苏组、第四系黄土、烧变岩和侏罗系风化基岩地下水,黄陇煤炭基地黄陇—永陇矿区主要监测白垩系地下水,渭北矿区主要监测奥陶系岩溶地下水。通过新建或改造原有水文长观孔,已经建成了由218口监测井构成的陕西境内大型煤炭基地监测网,监测数据采用自动化采集、无线传输与接收和统一管理,基本实现了监测数据的实时动态观测和规范化管理。 展开更多

关键词 地下水监测 保水采煤(保水开采) 生态水位 大型煤炭基地 干旱半干旱矿区

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干旱矿区采动顶板导水裂隙的演化规律及保水采煤意义 被引量：44

10

作者 徐智敏 孙亚军 +4 位作者 高尚 张成行 毕煜 陈忠胜 吴江峰 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期767-776,共10页

随着我国煤炭资源开发重心的逐步西移,西部地区目前已成为我国煤炭的主产区。总体上,我国西部矿区降雨稀少、蒸发强烈,形成了该区极度干旱缺水、生态环境脆弱的基本特征。以新疆哈密煤田大南湖矿区为例,针对该区侏罗系含煤地层具有成岩... 随着我国煤炭资源开发重心的逐步西移,西部地区目前已成为我国煤炭的主产区。总体上,我国西部矿区降雨稀少、蒸发强烈,形成了该区极度干旱缺水、生态环境脆弱的基本特征。以新疆哈密煤田大南湖矿区为例,针对该区侏罗系含煤地层具有成岩时间晚、物理力学强度低、遇水易泥化崩解等特征,采用相似材料模拟、数值模拟等手段,结合邻矿现场实测对比,全面研究了该区顶板采动导水裂隙的发育与演化过程、发育高度与形态特征、渗透性演化规律以及在该区进行水资源保护性开采(保水采煤)的可行性。研究结果表明:研究区侏罗系含煤地层采动导水裂隙的发育裂采比一般在13.09～15.67,整体形态呈"梯台型"特征;采动影响范围内裂隙发育、演化以及渗透系数的演化均呈现"稳定增加-波动变化-恢复稳定"变化特征,导高影响范围内含水层的渗透系数明显增大,一般达到3～5倍;研究区主采煤层顶板具有"多含水结构下的高位隔水层"结构特征,具备了保水的基本水文地质前提条件;结合保护层的稳定性、III-1上段含水层的静储量、开发潜力以及在研究区进行保水采煤可行性的综合评价,探讨了在干旱矿区水资源保护性开采的重要意义。 展开更多

关键词 干旱矿区 侏罗系 水文地质结构 导水裂隙 水文地质效应 保水采煤

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榆神府矿区含水层富水特征及保水采煤途径 被引量：42

11

作者 侯恩科 车晓阳 +3 位作者 冯洁 段中会 高利军 李军 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期812-819,共8页

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... 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。 展开更多

关键词 榆神府矿区 含水层 保水采煤 水资源保护 矿井水利用

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榆神矿区煤矿防治水的几点思考 被引量：38

12

作者 范立民 孙魁 +2 位作者 李成 宁奎斌 冀瑞君 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2021年第1期182-188,共7页

为了科学解释榆神矿区矿井涌水量较大的涌(突)水事件,为煤矿防治水奠定基础,分析了近年来区内发生的突水事件及矿井较大涌水情况,提出矿井较大涌水形成机理、红土层水文地质性质、矿井涌水量预测的准确性等疑问,阐述了突破“井田”范围... 为了科学解释榆神矿区矿井涌水量较大的涌(突)水事件,为煤矿防治水奠定基础,分析了近年来区内发生的突水事件及矿井较大涌水情况,提出矿井较大涌水形成机理、红土层水文地质性质、矿井涌水量预测的准确性等疑问,阐述了突破“井田”范围,从区域上研究地下水系统和突水水源,关注延安组、直罗组、安定组、洛河组等砂岩弱富水含水层,从导水裂隙带中寻找突水水源,科学评价各岩(土)层的水文地质条件,采动岩层(含水层)渗透性演化以及探索矿井水害源头预防和区域治理思路等几点思考,提出应该从区域上认识水文地质条件及对煤矿涌(突)水的“贡献”,揭示矿井较大涌水形成机理,进一步加强水文地质补充勘探,准确识别含水层、隔水层及其空间赋存关系,探测大采高、大采面环境下导水裂隙带发育规律,并提出从区域上识别地下水强径流带和局部富水区的基础上,制定矿井水害防控措施的思路,为榆神矿区煤矿水害防治提供借鉴和帮助。 展开更多

关键词 防治水 保水采煤(保水开采) 突水水源 榆神矿区

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煤矿地下水库煤柱坝体宽度设计 被引量：37

13

作者 姚强岭 郝琪 +2 位作者 陈翔宇 周保精 方杰 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期890-898,共9页

地下水库储水技术已成为西部矿区实现煤炭高效开采与水资源保护并重的重要途径之一,而煤柱坝体的稳定性是地下水库设计中极其重要的部分,对地下水库稳定性起决定性作用。煤柱坝体既要保证煤炭安全开采,也要保障地下水库安全运行。地下... 地下水库储水技术已成为西部矿区实现煤炭高效开采与水资源保护并重的重要途径之一,而煤柱坝体的稳定性是地下水库设计中极其重要的部分,对地下水库稳定性起决定性作用。煤柱坝体既要保证煤炭安全开采,也要保障地下水库安全运行。地下水库煤柱坝体的稳定不仅与埋深、采动应力、地质构造等工程地质条件有关,也与水作用下的弱化作用密切相关。为研究煤矿地下水库煤柱坝体在水作用下强度弱化规律,选取西部矿区麻地梁矿5煤为研究对象,开展煤样无损浸水试验和不同含水率及反复浸水条件下单轴压缩试验。研究得到:不同含水率的煤样在0～20 h内,含水率快速增长; 20 h之后,含水率增长变缓,在20～70 h,含水率慢速增长;在70～140 h,煤样含水率增长接近稳定;煤样含水率随着浸水时间的增加而增加,但增幅逐渐减少,最终趋于稳定;随着含水率(浸水次数)的增多,煤样单轴抗压强度逐渐降低,峰值应变逐渐增大,弹性模量逐渐降低。相较于干燥煤样,初次饱水煤样、浸水3次煤样单轴抗压强度分别降低了27.1%,50.0%,弹性模量分别降低34.6%,58.5%。结合实验室试验结果,运用弹塑性力学理论探讨了煤柱坝体在不同含水率下破坏区、塑性区宽度,开展了考虑覆岩压力、水压力以及水的弱化作用下煤柱坝体宽度设计研究,并结合麻地梁矿的工程地质条件,对其地下水库坝体的宽度进行了设计。同时,进一步分析了煤柱坝体宽度的影响因素,得到含水率、埋深、煤层采厚均对煤柱坝体宽度有很大影响。 展开更多

关键词 地下水库 煤柱坝体 含水率 生态脆弱矿区 保水采煤

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覆岩破坏充分采动程度定义及判别方法 被引量：35

14

作者 郭文兵 娄高中 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期755-766,共12页

随着煤层开采深度的逐年增加,非充分采动工作面越来越多。导水裂缝带高度是实现保水开采的关键参数,但非充分采动工作面开采条件下导水裂缝带高度小于充分采动工作面。为进一步研究其原因,采用理论分析、相似模拟、数值模拟等方法研究... 随着煤层开采深度的逐年增加,非充分采动工作面越来越多。导水裂缝带高度是实现保水开采的关键参数,但非充分采动工作面开采条件下导水裂缝带高度小于充分采动工作面。为进一步研究其原因,采用理论分析、相似模拟、数值模拟等方法研究了导水裂缝带高度影响因素的敏感性及其与工作面尺寸的关系,提出了覆岩破坏充分采动程度的定义及判别方法。结果表明:工作面尺寸对导水裂缝带高度的影响仅次于开采厚度。当工作面尺寸较小时,覆岩破坏不发育;当工作面尺寸增加到一定值时,覆岩破坏仅形成垮落带;当工作面尺寸继续增加时,覆岩破坏形成裂缝带且导水裂缝带高度随着工作面尺寸的增加而增加;当导水裂缝带高度发育至最大值后,导水裂缝带高度不再随工作面尺寸的增加而增加。覆岩破坏过程中仅形成垮落带的阶段定义为覆岩破坏的极不充分采动(即覆岩极不充分破坏);覆岩破坏过程中形成裂缝带且导水裂缝带高度随工作面尺寸增加而增加的阶段定义为覆岩破坏的非充分采动(即覆岩非充分破坏);导水裂缝带高度达到最大值且不再随工作面尺寸增加而增加的阶段定义为覆岩破坏的充分采动(即覆岩充分破坏)。导水裂缝带高度刚达到最大值时的工作面尺寸为工作面临界尺寸。当工作面尺寸小于工作面临界尺寸时,覆岩破坏为非充分采动;当工作面尺寸大于工作面临界尺寸时,覆岩破坏为充分采动。覆岩破坏充分采动程度的主要影响因素有工作面尺寸、开采厚度、开采深度、覆岩力学性质、覆岩结构特征和覆岩破断角。 展开更多

关键词 非充分采动 导水裂缝带高度 覆岩破坏充分采动 工作面临界尺寸 保水采煤

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洛河组含水层垂向差异性研究及保水采煤意义 被引量：24

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作者 李超峰 虎维岳 刘英锋 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期847-856,共10页

为查明彬长矿区白垩系洛河组地层的水文地质条件,从保水采煤角度提出了洛河组精细化勘探概念,给出了可用于承压含水层垂向富水性评价的综合富水性指数法,依据垂向富水性变化规律对洛河组进行分层,并研究洛河组垂向水文地质条件与特征、... 为查明彬长矿区白垩系洛河组地层的水文地质条件,从保水采煤角度提出了洛河组精细化勘探概念,给出了可用于承压含水层垂向富水性评价的综合富水性指数法,依据垂向富水性变化规律对洛河组进行分层,并研究洛河组垂向水文地质条件与特征、自然状态和采煤扰动时洛河组垂向各含水层段之间的水力联系、以及洛河组下段存在的保水采煤意义等。给出了富水性指数计算方法:对地层岩性、厚度、孔隙度3个指标分别赋值、分别赋权重为0.3,0.4,0.3,之后将赋值与权重累积得到单个含水层段的富水性指数(f_i),利用F_i=0.5f_i+0.15f_(i-1)+0.1f_(i-2)+0.15f_(i+1)+0.1f_(i+2)计算各地层的综合富水性指数。给出了洛河组含水层垂向富水性分级标准:F<0.003 289为隔水层,0.003 289≤F<0.012 339为弱富水,0.012 339≤F<0.015 504为中等富水,F≥0.015 504为强富水。依据综合富水性指数将高家堡井田T1,T2钻孔洛河组垂向上划分为上、中、下3段。研究结果表明:(1)采用综合富水性指数法可以对承压含水层垂向富水性进行精细化评价,可操作性强;(2)局部地区洛河组内部发育有泥岩地层,但尚未构成区域上的隔水层;(3)洛河组下段地层既可以减缓和阻止煤层顶板导水裂隙带继续向上发育防止对具有供水意义的中上段地层结构的破坏,又可以阻隔中上段含水层水进入矿井,对保水采煤有利;(4)高家堡矿井首采面回采期间洛河组中上段地下水位下降26.71～43.06 m。通过含水层水量、水位、水质等指标分析,采用控制煤层采高等技术实现了对洛河组含水层结构保护条件下的深埋煤层开采。 展开更多

关键词 保水采煤 洛河组 分层 垂向富水性 富水性指数 彬长矿区

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西部浅埋煤层开采顶板含水层水量损失动力学过程特征 被引量：22

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作者 靳德武 周振方 +2 位作者 赵春虎 冯龙飞 许峰 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期690-700,共11页

受保护含水层水量损失的定量计算是"保水采煤"理论发展目前面临的瓶颈问题。利用覆岩破坏数值模拟方法,将陕北榆神矿区典型覆岩结构下煤层开采顶板水量损失过程划分成单一风化基岩失水和萨拉乌苏组、风化基岩复合失水模式;基... 受保护含水层水量损失的定量计算是"保水采煤"理论发展目前面临的瓶颈问题。利用覆岩破坏数值模拟方法,将陕北榆神矿区典型覆岩结构下煤层开采顶板水量损失过程划分成单一风化基岩失水和萨拉乌苏组、风化基岩复合失水模式;基于系统动力学理论,构建了2种水量损失模式动力系统模型,建立了实际疏放与无疏放状态水量损失过程之间的数学关系,求解了水量损失动力系统模型参数,确定了水量损失峰值及发生位置、水量损失动态平衡值及发生位置;通过开采扰动区水流数值模拟,计算了2种模式单位走向长度水量损失强度。结果表明:覆岩组合特征控制着煤层采动含水层动、静储量叠加释放过程,决定了工作面采动顶板水量损失模式; 2种水量损失模式相比,复合模式下水量损失峰值和动态平衡值均较大;钻孔疏放水显著削减了推采过程水量损失峰值强度,改变了水量损失方式和时机,但采动过程水量损失动态平衡值及顶板水资源损失总量并未发生变化;两种模式下工作面采动,水资源损失总量以及水资源损失强度中松散层和风化基岩水占比计算结果,揭示了古近系黏土隔水层对于萨拉乌苏组潜水保护的重要意义。研究结果为"保水采煤"理论在工作面尺度含水层水量损失及保护的定量计算提供了新思路。 展开更多

关键词 煤矿工作面 水量损失模型 覆岩组合特征 钻孔预疏放 特征水量损失强度 保水采煤

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浅埋近距煤层开采三场演化规律与合理煤柱错距研究 被引量：21

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作者 黄庆享 曹健 +1 位作者 杜君武 李雄峰 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期681-689,共9页

为探索浅埋近距煤层开采基于三场(应力场、位移场和裂隙场)演化规律的合理煤柱错距,实现井下减压与地表减损开采,以陕北柠条塔煤矿北翼东区1^(-2)与2^(-2)煤层开采为背景,采用FLAC^(3D),UDEC数值计算、物理模拟及理论分析相结合的方法,... 为探索浅埋近距煤层开采基于三场(应力场、位移场和裂隙场)演化规律的合理煤柱错距,实现井下减压与地表减损开采,以陕北柠条塔煤矿北翼东区1^(-2)与2^(-2)煤层开采为背景,采用FLAC^(3D),UDEC数值计算、物理模拟及理论分析相结合的方法,揭示了近距煤层开采覆岩与地表应力场、位移场和裂隙场演化规律,掌握了不同区段煤柱错距对煤柱集中应力、覆岩与地表位移及裂隙演化的影响,提出了基于三场演化规律的区段煤柱错距确定方法。研究表明,近距煤层开采的裂缝集中发育和地层拉、压应力集中源于煤柱引起的非均匀沉降,上部单一煤层开采后,在底板形成煤柱高应力区、低应力区和采空区中部高应力区,为避开上、下煤柱垂直应力叠加,下煤层巷道应布置在低应力区范围内。近距煤层开采的地表拉应力场和位移场与煤柱错距存在密切联系,通过合理的煤柱错距布置,可以减缓地表下沉的"波状"幅度,减轻地表拉应力和水平变形。随两煤层煤柱错距增大,覆岩裂隙场由叠合逐渐分散,对应地裂缝逐渐减小,煤柱错距对其上部的覆岩裂隙与地裂缝起控制作用。建立了应力场-位移场-裂缝场耦合控制模型,提出了煤柱错距的计算方法,可实现减轻地应力集中和地裂缝发育的耦合控制。本研究得到实测验证,并在柠条塔煤矿后续开采布置中应用。 展开更多

关键词 浅埋近距煤层 三场演化规律 煤柱错距 集中应力 地裂缝 保水采煤

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高强度开采覆岩岩性及其裂隙特征 被引量：20

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作者 杨达明 郭文兵 +3 位作者 谭毅 王玉喜 马晓川 李壮 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期786-795,共10页

为分析高强度开采工作面覆岩岩性及其裂隙特征,以高家梁煤矿20313工作面为研究对象,分析了工作面顶板含水层赋存情况,通过试验获取了砂质泥岩顶板细观结构和矿物组分及物理力学性质,采用相似模拟试验、理论分析、CAN-Ⅱ大地电磁探测仪... 为分析高强度开采工作面覆岩岩性及其裂隙特征,以高家梁煤矿20313工作面为研究对象,分析了工作面顶板含水层赋存情况,通过试验获取了砂质泥岩顶板细观结构和矿物组分及物理力学性质,采用相似模拟试验、理论分析、CAN-Ⅱ大地电磁探测仪和现场调查综合分析了工作面开采后的覆岩破坏情况。结果表明:工作面顶板砂质泥岩随着与煤层距离的增大,颗粒间接触逐渐由点-点、点-面接触转变为线-面、面-面接触,且颗粒体积有增大趋势;由煤层至地表,抗拉(压)强度减小,断裂后接触面积更大,且遇水后颗粒体积膨胀,挤压颗粒间的孔隙,孔隙通道减小,降低宏观通水性;覆岩及地表裂缝以张开、闭合、压实的过程重复向前发展,虽然覆岩含水层及隔水层产生了破坏,但裂隙宽度较小,地表没有出现明显的塌陷裂隙;工作面开采后覆岩内会形成稳定的压力拱结构,覆岩破坏不会与地表裂隙贯通,地表潜水不会直接与井下工作面贯通。采动后工作面断层上盘侧岩层整体上破坏更严重;在断层下盘侧,虽然采动后CAN型综合值云图内出现了较多环状闭合曲线,但仍有平滑层状曲线包裹,说明采动覆岩的连续性分布较好,岩层内裂隙发育程度低;20313工作面开采后地表多以细小拉伸或挤压裂缝为主,裂缝数量较少,基本上所有裂缝经历了"张开—扩展—闭合"完整发育过程,裂缝发育周期最长的为15 d,最短为7 d;裂缝宽度最大为6.3 cm,台阶落差最大为8.7 cm,地表植被生长及分布情况与开采前基本一样,说明工作面开采的安全性及地表生态基本不受影响。高强度开采覆岩裂隙发育特征得到了大量理论与试验研究,物探法是开展覆岩裂隙现场探测最方便、快捷的手段,提高物探仪器对覆岩裂隙探测的敏感度及物探结果解释的准确度是物探法探测覆岩破坏得以推广的技术前提。 展开更多

关键词 保水采煤(保水开采) 浅埋煤层 覆岩破坏 大地电磁探测

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陕北风沙滩地区采煤塌陷裂缝对包气带水分运移的影响:模型建立 被引量：19

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作者 杨泽元 范立民 +4 位作者 许登科 郑志伟 石玉红 张艳娜 史晓琼 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第1期155-161,共7页

陕北风沙滩地区高强度采煤对包气带水分运移产生影响。在区域调查的基础上,以榆树湾煤矿20108工作面开切眼附近裂缝为野外原位监测点,采用野外原位监测与室内数值模拟相结合的方法,建立采煤塌陷裂缝对包气带水分运移影响的水热耦合数学... 陕北风沙滩地区高强度采煤对包气带水分运移产生影响。在区域调查的基础上,以榆树湾煤矿20108工作面开切眼附近裂缝为野外原位监测点,采用野外原位监测与室内数值模拟相结合的方法,建立采煤塌陷裂缝对包气带水分运移影响的水热耦合数学模型。利用野外原位监测数据对所建立的模型进行识别和验证,表明模型计算值与野外监测数据之间拟合较好,从而获取了相关的水热参数。利用此模型可定量回答裂缝对土壤水分运移的影响程度,揭示裂缝对土壤水分运移的影响机理,为陕北风沙滩地区保水采煤和生态恢复提供参考。 展开更多

关键词 采煤塌陷裂缝 包气带水分运移 野外原位监测 数值模拟 保水采煤 陕北风沙滩地区

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深埋煤层开采顶板基岩含水层渗流规律及保水技术 被引量：17

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作者 郭小铭 董书宁 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期804-811,共8页

我国西部黄陇煤田降雨量少、蒸发强烈,属于干旱半干旱地区,做好煤炭开采过程中对含水层的保护工作极为重要。为研究适用于黄陇煤田深埋煤层开采顶板洛河组砂岩含水层的保水技术,以彬长矿区为研究区,采用砂岩孔隙度测试,结合非线性回归... 我国西部黄陇煤田降雨量少、蒸发强烈,属于干旱半干旱地区,做好煤炭开采过程中对含水层的保护工作极为重要。为研究适用于黄陇煤田深埋煤层开采顶板洛河组砂岩含水层的保水技术,以彬长矿区为研究区,采用砂岩孔隙度测试,结合非线性回归分析方法,研究洛河组地层不同深度砂岩渗透性变化;开展水化学测试,分析非均质洛河组含水层垂向水化学场特征;结合地面和井下水文地质探查,进一步定量化研究洛河组含水介质的非均质性。在查明洛河组含水地层非均质性的基础上,建立含水层下段受裂隙带波及条件下地下水渗流数值模型,研究基岩含水层局部受裂隙带影响条件下的渗流规律。根据渗流规律研究深埋煤层开采顶板基岩含水层保水开采技术,结合彬长矿区工作面开采实际揭露水位变化情况对其进行验证。研究表明,洛河组含水层渗透性随地层深度的增加而呈负指数降低,随着埋深增大含水层水化学类型由HCO_3-Ca型转化为SO_4-Na型,同时上段的单位涌水量约为下段的7倍,可知洛河组含水层上、下段地下水渗流条件不同,垂向非均质性较强。工作面开采裂隙带仅波及含水层下部时,含水层仅受波及层和相邻层的水位下降明显,上部未受到波及段水位降深有限,整个含水层不会出现水位统一下降的现象,而是呈现出不同层位水位降深差不同的差异性渗流规律。鉴于此,提出利用含水层非均质性特征,以控制含水层上段水位降深为核心,允许导高适当波及含水层下段的"控水开采"技术,有助于缓解深埋煤层采煤与保水的矛盾。通过彬长矿区胡家河煤矿现场应用表明,洛河组含水层实际渗流特征符合本次研究成果,控水开采技术可实现洛河组砂岩含水层保水开采的目的。 展开更多

关键词 黄陇煤田 深埋煤层 保水采煤 渗流规律

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