陕西省煤矿典型水灾隐患特征及治理技术

陕西省煤炭资源丰富,2022年煤炭产量达7.46亿t,是我国主要产煤省份之一。由于全省煤矿区地质及水文地质条件差异明显,煤矿水灾类型多样,随着近年煤炭开采强度的增大,水灾事故时有发生,防治水形势较为严峻。以煤炭赋存条件为基础,系统总结区域水文地质结构特征,界定典型水灾类型及各类水灾影响区域分布,论述典型水灾的形成机理及特征,并提出了相应的防控技术。研究表明:(1)陕西省主要煤炭产区分为陕北、黄陇、渭北三大区,陕北侏罗纪煤田主要有顶板松散沙层水灾隐患、厚层砂岩水灾隐患、溃水溃沙灾害,局部区域分布有烧变岩对煤矿造成水灾隐患;黄陇煤田主要受顶板巨厚砂岩水灾隐患、离层溃水隐患、泥砂溃涌灾害隐患威胁;陕北石炭—二叠纪煤田和渭北煤田,主要受到煤层底板奥陶系灰岩水灾隐患威胁。(2)陕北侏罗系煤田顶板水灾隐患主要为顶板含水层受开采导水裂隙带扰动形成,导水裂隙波及砂岩含水层或松散沙层可形成持续大流量涌水,部分区域充水强度较大,在短时间水量较大超过排水系统能力时造成顶板水灾,在薄基岩区域垮落带直接导通松散沙层时可转变为溃水溃沙灾害,导水裂隙带影响到烧变岩富水区域时可形成瞬时水量大且持续的烧变岩水灾;黄陇煤田顶板巨厚砂岩含水层受采动导水裂隙带波及形成高强度持续涌水并可能形成顶板水灾,当含水层下部隔水层厚度较大时,可能形成离层溃水灾害,当近煤层顶板岩层松软遇水易崩解时可转变为泥砂溃涌灾害;陕北石炭—二叠纪煤田和渭北煤田,煤层开采底板扰动破坏带或断层等构造导通奥陶系灰岩含水层时,会引发极为严重的底板突水灾害,该类灾害具突发性强、瞬时水量大的特征。(3)各区域的顶板水灾隐患治理技术主要包括钻孔疏泄、注浆治理、开采参数控制等,底板水灾隐患治理技术主要包括区域注浆加固及封堵等;烧变岩水灾隐患主要采取帷幕注浆与钻孔探放有机结合的防治技术。

导水陷落柱的注浆预治理

以东山煤矿为例,简述如何对导水陷落柱实施注浆预治理,使工作面实现安全回采,对同类矿区有参考价值。

非湿陷性黄土旋喷桩的施工方法

以靖边县政府业务办公大楼旋喷桩工程为例,论述了非湿陷性黄土中旋喷桩的施工方法,对同类地区的旋喷桩施工有参考价值。

矿井近水平定向钻孔的简易施工法

在缺乏钻孔参考的情况下,对于钻距较短、靶区为横向条带、地质条件较好的矿井近水平定向钻孔,可以采用逐步调整钻孔仰角的办法,通过多次钻进击中靶区。

实测阻水系数评价奥灰突水危险性方法研究

开采受奥灰水威胁的煤层时,通常都把突水系数作为安全评价的依据,此方法存在一定局限性。采用室内小尺寸水力压裂试验测得煤层底板的阻水系数;用实测的阻水系数对兴隆庄煤矿首采区下组煤(16上煤、17煤)带压开采时奥灰水的突水危险性进行了评价。结果表明,该方法评价奥灰突水危险性直观、清晰、简洁,值得推广。

烧变岩矿物相特征及其转化

【目的】烧变岩作为一类由煤层自燃烘烤围岩形成的特殊岩石,在鄂尔多斯盆地东北缘延安组广泛发育,该类岩石中烧变相关的矿物相特征及形成机理尚不清楚。【方法】对陕西张家峁煤矿井下烧变岩进行分析测试和原岩高温加热模拟,进行烧变岩矿物相特征分析。【结果和结论】研究发现:井下烧变岩中铁镁质成分富集,Zn、Rb、Sr、Zr等微量元素相较原岩异常迁移,稀土元素Eu迁出,La/Yb−ΣREE分配模式更接近花岗岩。显微镜下烧变岩发育绿泥石化、磁铁矿化和赤铁矿化,发育变余结构和矿物烧熔现象,同时发育高温变质结晶矿物,如方石英、鳞石英、莫来石和堇青石。烧变岩变质作用类型主要为重结晶作用和熔融作用,缺少典型热变质岩中的交代蚀变或同化混染作用,也不发育含水或含羟基矿物,这种特征可能是由于烧变作用条件为近地表低压和开放环境,其变质作用体系内无H2O流体作用于矿物间的物质交换。结合烧变作用条件和矿物组合特征,认为烧变作用是不同于其他热变质作用的特殊变质类型。综合前人和本次研究,将烧变岩变质相作为一类特殊的热接触变质作用提出,按变质温度由低到高将其分为4个阶段:(1)低温脱水相阶段(绿泥石化、含水矿物被破坏)、(2)中温氧化相阶段(磁铁矿化、赤铁矿化)、(3)高温烧熔相阶段(莫来石、堇青石、方石英和鳞石英)、(4)完全熔融相阶段(辉石、假玻璃质长石)。研究对烧变岩矿物相及其转化做了系统总结,并在变质岩相系及其变质条件研究的基础上总结烧变相系,认为温度和近地表低压开放体系是不同烧变岩相形成的原因。

简论高职院校和谐文化建设的有效途径

社会和谐离不开和谐文化的建设。高职院校作为国家重要人才培养基地,向社会输送着技能性人才,为我国现代化建设添砖加瓦。高职院校是组成社会的重要细胞,高职院校的和谐对社会的和谐影响深远,二者相辅相成,共同发展。建设高职院校和谐文化,应注意以活动方式构建,加强物质文化建设和制度文化建设,大力弘扬传统文化。

高职思想政治课“人本化”教学困境与对策

实施“人本化”教学是贯彻习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上讲话精神的重要举措。根据该讲话精神,明确高职思想政治课实施“人本化”教学意义,分析“人本化”教学实施困境,提出科学谋划教学目标、精心设计授课内容、优化教学方法手段、促进师生沟通交流等措施,以形成协同育人机制,进一步推进高职教育“思政课程”与“课程思政”有效结合。

问题的负向思维解决法

正向思维是常规的思维方法,大多数问题可通过正向思维解决,但一些问题正向思维无法解决,而负向思维是有效的,可成为正向思维的替补。本文研究了负向思维解决问题的原理和方法,提出了问题的负向作用加返向作用的负向思维解决法,为运用负向思维解决问题提供了理论依据和方法。

浅埋煤层烧变岩地球化学与变质矿物相特征

以陕北张家峁井田延安组2^(2),3^(1)段烧变岩为研究对象,对其进行岩石地球化学迁移规律以及变质矿物相特征分析。结果表明,该区烧变岩为低碱性硅铝质变质岩,横向上钙碱性分布不均一,少部分烧变样品烧失量大且CaO含量高,Fe元素迁移聚集。Zr相容性比Hf更好,Ba元素富集可能与后期水文作用有关,稀土元素分配趋势线为略微轻稀土富集型,烧变作用对稀土元素的分配影响相对有限。烧变岩原生矿物多具有烧蚀特征,镜下发育烧蚀边、气孔构造等,新生矿物呈集合体充填矿物间或矿物裂缝中。矿物相组合与热接触变质作用中发生高热变质的透长岩相相近,但变质压力更低,温度更高。烧变岩层由下而上可分为薄层板状烧烤岩、烧熔岩、厚层板状烧烤岩、厚层层状烧烤岩的岩石组合,鳞石英+方石英相较莫来石+堇青石+赤铁矿能更好表征岩石烧变程度的强弱,同层烧烤岩下部烧变程度高于上部,烧熔岩上部板状烧烤岩烧变程度高于下部板状烧烤岩。研究区烧变岩具有“隐伏”的特点,且存在同沉积期烧变作用,除暴露在河谷阶地的烧变岩层外,部分烧变岩层埋于更新世地层和残余延安组地层之下。早期形成的烧变岩层后期被破坏,多期烧变地层相互叠置形成现今火烧区。

竖井地面预注浆帷幕安全厚度研究及其在隧道通风井中应用——以天山胜利隧道4号通风竖井为例

针对天山胜利隧道4号通风竖井穿越富水地层施工难、风险高的问题,采用地面预注浆技术构筑注浆帷幕。首先,考虑竖井开挖过程中的爆破扰动效应,将地面预注浆帷幕体安全厚度划分为无效厚度与有效厚度,并构建水平地层压力和孔隙水压共同作用下的注浆帷幕体力学分析模型。然后,基于弹塑性力学理论,分析有效注浆帷幕体的径向位移;同时,通过预测竖井开挖爆破后围岩粉碎区范围,确定注浆帷幕体的无效厚度。最后,运用厚壁圆筒理论,结合有效注浆帷幕体在弹塑性交界面处的位移协调条件,确定注浆帷幕体的有效厚度,并验算注浆帷幕体强度及稳定性。将上述理论应用到天山胜利隧道4号通风竖井,确定其注浆帷幕体安全厚度为6.5 m。现场监测结果表明,该厚度满足工程要求,堵水效果良好。

近距离多煤层下行重复采动覆岩变形与裂隙演化特征研究

随着地壳浅部易采煤炭资源的逐渐枯竭,复杂地质条件下的多煤层开采将成为新常态。由于多煤层开采对上覆岩体造成极大的重复扰动,导致覆岩的垮落、移动与裂隙演化规律相较于单一煤层开采更加复杂。为了研究多煤层下行重复采动条件下覆岩变形与裂隙演化特征,本文以陕北神府矿区张家峁煤矿4^(-2)煤层、4^(-3)煤层、4^(-4)煤层、5^(-2)煤层开采为研究对象,进行了几何相似比1∶100的相似模型试验和UDEC数值模拟研究。张家峁煤矿四层煤层下行重复采动物理相似模拟和数值模拟分析结果表明,周期来压步距随下行开采呈逐渐减小的规律,冒落带高度与煤层厚度正相关,4^(-2)煤层开采后导水裂隙带贯穿至地表,4^(-3)煤层、4^(-4)煤层、5^(-2)煤层开采结束后,导水裂隙带均贯穿层间覆岩。顶板围岩在反复拉伸、挤压作用下,破碎程度逐渐增大,且多为未闭合裂隙。研究结果可以为多煤层开采条件下的顶板管理和开采设计提供理论层面的参考和指导。

陕北典型矿区烧变岩岩石学及地球化学特征

烧变岩的基础研究对烧变岩水害的防治具有至关重要的作用。为了掌握烧变岩的岩石学及地球化学特征,以陕北榆神矿区张家峁井田为例,通过野外调查、钻孔岩心取样及分析测试,对该区烧变岩的主量元素、微量元素及稀土元素进行了详细的测定分析。结果表明:岩体上部、下部、邻近岩层分别属于板状烧烤岩、烧熔岩、层状烧烤岩,不同类型的烧变岩岩性、颜色、孔隙发育等特征随烧烤程度的不同而呈现较大的差异性。岩石地区化学结果表明:烧变岩主要化学成分为SiO_(2),其次为Al_(2)O_(3)。岩样主要为硅铝质,镁铁组分含量相对较少,TFe_(2)O_(3)+MgO质量百分比平均值为4.76%,而原岩与烧变岩差异性小,与烧熔岩样亦相差不大。烧变岩亲石元素Rb、Ba含量高于原岩,Sr含量低,Cs、Eu相对亏损。高场强元素中Zr含量在所有样品中普遍较高,不同类型岩样均具有Y、Zr、Pb富集的特征,高场强元素在烧变作用下变化不显著。样品的稀土元素丰度趋势曲线出现差异化分布,标准沉积岩与上地壳平均值相较球粒陨石相似性更高。研究结果将为研究烧变岩的成因及形成环境提供基础支撑。

丙烯酰胺改性粉煤灰聚合增韧注浆材料研究

煤矿采煤工作面顶板烧变岩涌(失)水高效治理需要具有压缩韧性优良的注浆加固材料。硅酸盐水泥基注浆材料成本低,已在煤矿注浆加固中广泛应用,但存在硬化浆体变形韧性较差的问题。采用丙烯酰胺(AM)原位聚合增韧的方法,研究丙烯酰胺、交联剂、引发剂的掺量和水灰比对粉煤灰基注浆材料的凝结时间、溶胀性、抗压强度、韧性指数的影响,并采用SEM观测硬化浆体的微观结构。结果表明,丙烯酰胺可以在粉煤灰浆液中原位聚合生成聚丙烯酰胺(PAM)凝胶;当AM掺量为25.0%,交联剂掺量为0.75%,引发剂掺量为2.25%,水灰比为0.575时,材料抗压变形率大于60%,溶胀比达到113.43,韧性指数达到257.92%;通过SEM观测发现,注浆材料硬化浆体形成以粉煤灰颗粒为刚性骨架、聚丙烯酰胺凝胶为柔性网络的无机有机镶嵌网络结构,硬化浆体的压缩应力-应变曲线的变形率普遍大于40%,具有显著的塑性变形特征;工程实验结果显示最大抗折韧性变形率可达到25.86%。该注浆材料具有优异的韧性、流动性及较好的遇水膨胀性,可用于煤矿顶板渗漏水治理。

富水陡倾斜大理岩增透引流注浆技术研究——以天山胜利隧道4号通风竖井为例

为解决天山胜利隧道4号通风竖井掘进水量大,造成无法施工的技术难题,考虑到富水大理岩地层倾角大、裂隙开度小、吃浆量弱的工程特征,构建陡倾斜大理岩增透引流注浆模型。基于广义宾汉流体本构方程,提出考虑大理岩裂隙浆液流变特征的扩散运移方程。根据方程可知,裂隙倾角、初次启劈压力、二次启劈压力、裂隙水压力、设计劈裂扩散距离及浆液黏度时变性是影响注浆压力的关键因素。在此基础上,确定关键注浆参数及其施工工艺,通过高压水脉冲式压裂增透岩体裂隙通道和引流注浆等关键技术,实现浆液在陡倾斜大理岩裂隙通道中的控制性扩散。地面预注浆治理后,运用简易水文观测、孔内电视、光纤测温3种手段对现场注浆堵水效果进行监测,地层揭露结果表明,竖井掘进掌子面处无明显渗水,注浆治理后的井筒涌水量低于1 m^(3)/h,能确保天山胜利隧道4号通风竖井安全高效施工。

张家峁矿近水体煤层群隔水煤柱合理宽度确定

针对张家峁常家沟水库近水体煤层开采后覆岩裂隙扩展诱发透水的潜在风险,对煤层开采过程中的覆岩破坏特征及裂隙扩展规律进行了模型试验及数值模拟研究。为合理确定4^(-2)煤层的隔水煤柱宽度,基于矿山支承压力和静水压力对隔水煤柱的不同作用机理,将4^(-2)煤层隔水煤柱划分为矿压影响区和有效隔水区,分别构建了矿压影响区和有效隔水区的煤柱受力分析计算模型,推导了4^(-2)煤层矿压影响区和有效隔水区的理论宽度计算公式。在此基础上,考虑煤层开采边界角与水体下伏不同煤层矿压影响区宽度的关系,提出了“上覆煤柱宽度+矿压影响区”的水体下伏煤层群隔水煤柱宽度确定方法。结果表明:4^(-2)煤层工作面初次来压步距为45~56 m,周期来压步距为13.8~14.9 m,上覆岩层冒落带高度为12~13 m;地表最大下沉量为2.0~2.2 m,下沉系数为0.571~0.629,4^(-2)、4^(-3)、4^(-4)和5^(-2)煤层隔水煤柱的合理宽度分别为25,39,51和87 m。现场实测隔水效果验证了近水体煤柱理论留设宽度的合理性及其工程适用性,为张家峁近水体煤层群安全高效开采提供了技术保障。

神府矿区烧变岩水化学特征及其指示意义

烧变岩含水层的水化学特征研究有助于判别各含水层间的水力联系。以神府矿区张家峁矿井为研究对象,通过采集风化基岩、基岩、2^(-2)煤烧变岩、3^(-1)煤烧变岩含水层水样共29组,综合利用统计分析、Piper三线图、Gibbs模型、混合模型等方法,分析研究区的水化学特征及其控制因素,确定了主要离子的来源,据此识别了各含水层的接触关系。结果表明:风化基岩和2^(-2)煤烧变岩含水层的TDS(溶解性总固体)接近,略低于基岩含水层的TDS,3^(-1)煤烧变岩含水层的TDS最高,基本呈现了随着含水层埋深的增大TDS逐步升高的趋势;风化基岩和2^(-2)煤烧变岩含水层阳离子以Ca^(2+)为主,基岩和3^(-1)煤烧变岩含水层阳离子以Na^(+)为主;风化基岩、2^(-2)煤烧变岩、3^(-1)煤烧变岩含水层阴离子均以HCO_(3)^(-)为主,而基岩含水层则以HCO_(3)^(-)和SO_(4)^(2-)为主;风化基岩、2^(-2)煤烧变岩、3^(-1)煤烧变岩含水层水化学类型主要为HCO_(3)^(-)Ca型、HCO_(3)^(-)Ca和HCO_(3)^(-)Ca·Mg型、HCO_(3)^(-)Ca和HCO_(3)^(-)Na·Mg;风化基岩和2^(-2)煤烧变岩含水层水化学成分主要受水岩作用控制,而基岩和3^(-1)煤烧变岩含水层水化学成分主要受到水岩作用以及浓缩作用的共同影响;3^(-1)煤烧变岩、基岩、风化基岩和2^(-2)煤烧变岩含水层主要离子分别来源于硅酸岩盐的溶解、硅酸盐岩和蒸发岩盐的溶解、硅酸盐岩和碳酸岩盐的风化溶解,同时各含水层地下水害发生了反向阳离子交换作用;风化基岩和2^(-2)煤烧变岩含水层离子组成接近,存在较强的水力联系,可能在局部存在直接接触关系,与3^(-1)煤烧变岩含水层离子组成有差别,风化基岩和2^(-2)煤烧变岩之间存在一定的阻隔层,且水力联系微弱。

打造学校制度文化 构建和谐大学校园

和谐校园是和谐社会的重要组成部分,学校制度文化的建设是构建和谐校园的重要途径。本文介绍了和谐校园及学校制度文化的内涵,分析了学校制度文化与和谐校园构建的关系,最后探讨了通过加强学校制度文化建设来促进和谐校园构建的具体措施。

神府矿区大型水库旁烧变岩水保水开采技术研究

神府矿区是我国重要的煤炭生产基地和典型的高强度开采矿区,同时也是我国典型的干旱半干旱生态环境脆弱区,烧变岩水是区内的主要地下水资源之一。为研究区内烧变岩水对采煤的影响和烧变岩水的保护问题,以张家峁井田首采区首采地段5^(-2)煤开采为例,通过对水文地质结构系统和5^(-2)煤顶板导水裂隙带的分析,查明了研究区的水资源类型和特征,确立了5^(-2)煤保水开采对象,划分了5^(-2)煤保水开采分区,提出了烧变岩注浆帷幕截流保水开采新技术。研究结果表明:研究区的水资源类型主要有6类,其中仅有4^(-2)煤烧变岩水具有保水开采意义,5^(-2)煤开采划分为4^(-2)煤烧变岩水无水开采区和保水限采区。5^(-2)煤保水限采区设计的帷幕墙空间形态、帷幕线位置及数量、注浆钻孔排间距及结构合理,制定的钻探和注浆施工工序和工艺科学,实施的双位双向引流注浆、烧变岩全断面分区注浆、防渗截流效果即时检验等注浆帷幕关键技术可行。保水限采区5^(-2)煤工作面采前上覆4^(-2)煤烧变岩水预疏放和采后工作面涌水量实测结果表明,保水限采区内4^(-2)煤烧变岩水静储量约20 000 m^3,动态补给量不足5 m^3/h,注浆帷幕截流实现了帷幕内外4^(-2)煤烧变岩水的有效隔离,大幅减少了4^(-2)煤烧变岩水及与其有直接水力联系的常家沟水库水的排放,水资源保护性开采效果显著。