陕北浅埋煤层绿色保水开采技术研究

王家沟煤矿为陕北典型浅埋煤层矿井,地下煤炭资源开采有可能破坏萨拉乌苏组潜水含水层。为有效的控制导水裂隙发育,最大限度保护地表含水层,基于协调开采的原理,结合力学模型和相似材料模拟试验,对比研究了一次采全高和限高留煤柱两种开采方法导水裂隙发育规律。研究表明,一次采全高条件下导水裂隙呈间歇式变速发育最大高度94m,穿过含水层;限高留煤柱协调开采导水裂隙发育平缓,最大高度60m;关键层的稳定决定着含水层的稳定,限高留煤柱能够显著的控制协调关键层挠曲下沉,有效的抑制导水裂隙发育,实现含水层下绿色保水开采。

孟巴矿强含水体下分层开采覆岩导水裂隙带发育规律

孟巴矿地质条件特殊复杂,多种灾害交织,特别是矿井水害对安全生产构成了严重威胁。导水裂隙带高度探测与保水开采密切相关,控制导水裂隙带发育高度是为了保证LDT隔水层稳定性,避免在承压水体的作用下使隔水层被击穿。结合孟巴矿特殊地质条件,给出矿井地质开采条件具有开采煤层厚、开采煤层顶板砂岩层厚硬和上覆松散含水层UDT厚的“三厚二硬一强”特征,覆岩为隔水——结构关键层结构类型,基岩中缺少有效的隔水层的结构特征,提出基岩含水层随分层开采递进疏放,保证LDT隔水层的有效隔水性能,阻滞UDT水体渗漏到井下,形成强含水体下特厚煤层分层开采的“上保下疏”安全开采模式。借助360°旋转井下电视全孔壁成像系统,分析钻孔冲洗液漏失量和水位变化情况,应用物理模拟方法和数值计算模拟方法,模拟分析了不同分层、不同采高,采用不同采煤方法,覆岩导水裂隙带发育规律和覆岩移动破坏规律,完成了钻孔探测工作和数据分析,并与物理相似模拟和数值模拟结果进行对比,证实了实验模拟与探测数据结果基本一致。研究表明,当累计开采高度为8.5 m时,分层开采导水裂隙带高度呈快速增长模式;当累计开采高度介于13~15 m时,导水裂隙带发育高度趋于平缓且不再增长;1,2分层开采对导水裂隙带高度的增长率贡献大,主要是1,2分层开采使覆岩裂缝增多,裂缝增多表现为岩性变软;1,2分层开采导水裂隙带高度与开采厚度基本呈线性增长,2分层开采导水裂隙带高度增幅为1分层的109%,随分层厚度增加导水裂隙带高度有增大趋势,导水裂隙带高度整体呈马鞍形分布。工作面分层协调开采有效降低了覆岩导水裂隙带发育高度,保护了UDT含水层不发生泄露,形成了孟巴矿强含水体下厚煤层安全开采模式。

厚松散层大采高开采地表移动变形规律研究

针对神东矿区工程地质条件,构建了上湾煤矿地表移动观测站,选取了该矿12401工作面近1年地表移动观测数据,根据解析法计算工作面岩层移动角值参数,并运用FLAC3D对地表下沉及水平移动进行数值模拟。结果表明:地表下沉量与覆岩岩性成正比,下沉速度与覆岩岩性成反比,在厚松散层工程地质条件下,基岩离层被压密,岩体结构被破坏,造成地表下沉量和下沉速度增大,地表移动变形对矿区建筑物造成影响和损坏,衍生为地质灾害的诱导因子,当开采综合边界角为60°时,可减少地表移动范围,降低矿区地质灾害发生。

孟加拉国Barapukuria矿厚煤层分层协调减灾开采模式

针对孟加拉国Barapukuria矿井开采中的顶板水害、冲击地压、煤层自然发火等危害矿井安全的灾害问题,在分析矿井“三厚二硬一强”地质特征及UDT强含水砂层水害、厚硬顶板断裂强冲击灾害和厚煤层多分层开采采空区遗煤的易自然发火灾害的致灾条件,LDT隔水层隔水性能和覆岩结构关键层稳定性的控灾条件的基础上,提出了厚煤层分层协调减灾开采理论。应用协调减灾开采理论、原理,构建了孟巴矿厚煤层分层协调减灾开采模式和顶板水害上保下疏,冲击地压动静转移和自燃火灾时空适配的多灾源防控技术体系,实现了孟巴矿厚煤层多分层安全开采。通过在孟巴矿的应用与实践表明,厚煤层分层限厚开采能够充分利用覆岩结构控灾机制,避免厚硬顶板整体断裂冲击灾害发生;厚煤层分层协调错距布置方法开采,能够分散转移厚煤层边界高应力、避免覆岩拉伸区叠加破坏,有效保护隔水层的完整与隔水性;厚煤层分层整体错距协调开采方式,能够有效释放上分层采空区煤柱应力,实现覆岩整体快速沉降,密实覆岩垮裂带空隙,降低采空区自然发火危险性。在多灾害叠加的矿井开采条件下,应用协调减灾开采方法能够从源头控制开采致灾强度,与常规灾害防治方法相结合,能够起到更明显的灾害防治效果。

黄土沟壑区采动滑坡变形规律分析

针对矿区开采引起黄土沟壑区滑坡、地裂缝等自然灾害发生的问题,基于韩家湾煤矿采矿地质条件,整理了矿区地表观测点的监测数据,地表监测结果显示,工作面从开采到停止总体经历启动期、活跃期、衰退期,开采初始阶段,矿区地表移动变形不明显;当12106工作面推进距离介于13 m与109 m之间时,地表移动变形产生剧烈变化,且最大下沉量可达1 963 mm,容易引起滑坡灾害发生。同时选取了韩家湾煤矿坡体岩土物理力学参数,运用FLAC^(3D)软件模拟矿区在不同边坡角度情况下地表滑坡灾害形成机理,工作面开采导致上覆岩层结构被破坏,下沉盆地整体向中心偏移,坡体受到拉伸和压缩变形产生塑性破坏。研究结果表明,当边坡倾角大于60°时,坡体位移不均匀,位移大的部位岩层失去支撑,导致滑坡灾害发生;当坡角小于30°时,基岩面形成滑动面发育至地表,滑坡灾害发生可能性较小。

神东矿区土地复垦效益评价

土地复垦对矿区生态改善和经济发展有着重要意义。针对矿区因矿产资源开采造成的受损土地,基于神东矿区近10年土地复垦监测数据,整理了土地复垦影响因素等级标准,构建了矿区土地复垦效益评价指标体系,在此基础上,采用专家打分法和传统的评价模型,评价了神东矿区榆家梁煤矿土地复垦综合效益。结果表明,实施土地复垦使矿区土地类型大幅改善,塌陷地、堆积占地等受损土地面积减少,耕地、建设用地等可利用土地面积增加,矿区土地复垦面积增加了63%;同时,榆家梁煤矿的生态效益、经济效益和社会效益均有不同幅度提高,生态效益增加最为显著,增长率为56%,且根据评价等级标准,土地复垦后矿区效益分值均达到良好状态。该方法能对神东矿区土地复垦后取得的各项效益进行较准确的评价,有助于矿区生态、经济、民生协调可持续发展。

西北干旱盐碱油污土壤微生物修复培养条件研究

西北干旱地区盐碱不断积累于土壤表层,从而导致土壤中水汽运行状态变差,加剧了土壤盐碱和污染物的积累与土壤污染恶化程度。本文以榆林工业园区的油污土壤为研究对象,开展微生物降解油污土壤的筛分试验,记录菌株在不同pH值、温度和转速条件下的产菌量,通过对比产菌量选取最适宜菌株的培养条件。结果显示:菌株T-2和T-9最适pH值为7.0,T-6和T-13最适pH值为8.0;菌株T-2、T-6、T-9最适培养温度为30℃,T-13最适宜培养温度为35℃;菌株T-2、T-6、T-9最适摇床转速为150 r/min,T-13最适宜摇床转速为100 r/min。选取合适的菌种培养条件对其产菌量增加有着明显的影响,研究成果为西北干旱地区油污土壤修复提供了试验依据。

岔角滩煤矿山区地表采动影响稳定性分析

岔角滩井田一采区为典型的西南山区地形,受采动影响容易引起地表沉陷、山体崩塌、诱发滑坡等次生地质灾害。本文通过分析矿区地质资料,总结影响一采区地表稳定性的影响因素。运用极限平衡理论、概率积分法对采动影响后地表稳定性及地表移动变形情况进行分析,修正采动影响范围参数,并结合数值模拟,对采动影响山区地表的稳定性机理进行分析。结果表明:自然稳定坡体受采动影响后坡体基岩及松散层产生非协调移动变形,出现离层,致使坡体失稳;坡体上部与下部分别处于拉应力区和压应力区,致使坡体产生采动推移式和采动牵引式两种破坏形式。

微生物修复及油污土壤改良研究

微生物的种类和菌群对土壤中石油降解具有重要影响,与传统修复方法相比,微生物具有成本低、繁殖快、污染物完全氧化等特点,通过改变微生物在油污土壤的表面活化剂和外界条件,同时接种高效的降解菌株,以此来提高菌种在土壤中石油的降解速率。通过设定每组混合菌剂不同的初始条件,研究不同条件对混合菌剂降解率的影响,结果表明,当微生物培养的最适宜温度35℃、p H 8.0、培养时间7 d时,混合菌剂对油污土壤的降解率最高达88.63%,混合培养菌的石油降解效果明显优于单株培养菌,有效改善了土壤中石油降解效果,较大提高了菌种在土壤中石油的降解速率,为油污土壤修复改良提供科学依据。

黄土沟壑浅埋煤层开采塌陷形成机理研究

本文主要对黄土沟壑浅埋煤层开采塌陷形成的机理机型分析,首先阐述了塌陷灾害特征,然后详细论述了浅埋煤层开采塌陷形成机理,其主要内容有相似材料模拟、数值模拟、灾害形成机理分析,最后总结了地质灾害防治方法,通过这些手段,工作人员能够更好地保证煤层开采的效率和安全性。

红石岩煤矿水文地质特征及矿井充水因素分析

红石岩煤矿随着开采面不断扩大和开采程度不断加深,矿井水文条件对煤矿正常生产影响越来越大。结合矿井含水层和隔水层分布规律,分析了大气降水、井田水、地表水对矿井充水的影响,通过对导水裂隙带发育高度计算,对矿井充水通道进行分析,结果表明矿井在未来开采过程当中,随着煤炭产量的加大,采空区面积和导水裂隙带高度的增大,矿井涌水量会进一步增加,矿井充水强度也必然会增大。

孟加拉国Barapukuria矿厚煤层分层开采覆岩破坏机理

孟加拉国Barapukuria矿水文地质结构复杂,矿井水害、冲击地压和采空区自燃等多种灾害并存,严重影响矿井安全生产。在分析矿井地层构造和水文地质条件基础上,开展孟巴矿厚煤层分层开采对覆岩结构影响。运用UDEC模拟不同开采高度对结构关键层破坏情况,分别计算3 m和5 m开采高度覆岩结构和垂直应力演化规律。实践表明,通过在孟巴矿应用分层开采,控制开采高度,可实现开采工作面顶板能量分次释放,有效避免应力集中,保证覆岩结构关键层的稳定性;可控制覆岩破坏范围,抑制导水裂隙带发育高度,防止LDT隔水层被击穿,有效保证底板水分次疏放。研究结果显示,孟巴矿厚煤层分层开采高度小于5 m,可满足开采后结构关键层的稳定性,降低矿井灾害影响。

毛乌素沙漠砂制备混凝土配合比试验研究

随着中国在沙漠地区工程建设的快速发展和传统砂石资源日益短缺,沙漠砂资源化研究和工程应用备受关注。为有效缓解毛乌素沙漠地区天然筑路材料短缺,剔除普通混凝土中的粗集料的同时,混凝土中的细集料全部由沙漠砂代替,通过掺入活性胶凝材料提高沙漠砂混凝土刚度,掺入钢纤维提高沙漠砂混凝土抗变形能力。经配合比设计试验,制备出了具备不同力学性能的沙漠砂混凝土,力学性能最优的沙漠砂混凝土试样抗压强度达到了高强混凝土强度等级。不同配比的沙漠砂混凝土可满足不同道路等级、不同结构层次的需求。

大采高综采工作面支架合理工作阻力研究

针对大采高综采工作面矿压显现剧烈现象,对神东矿区上湾矿大采高12106综放工作面支架工作情况进行了分析研究。12106工作面共布置151台支架,通过对支架工作阻力监测数据分析,得出工作面顶板周期来压步距平均值为21.1 m,来压时工作面支架循环末阻力均值为13 914 kN,支架初撑力均值为11 819 kN,未达到额定初撑力;采用"四一法则"对已采工作面的合理工作阻力进行核定,通过现场实测数据结合理论计算,得出12106工作面支架的合理工作阻力为18 000 kN。

西北干旱区岩兰草对不同盐分浓度胁迫的响应特征研究

土壤盐碱化是制约我国西北干旱区农作物生长发育的重要因素。岩兰草是一种高抗性植物,在盐碱地改良中应用前景广阔。在盐碱地植物盐迫实验中,采用差量试验方法,用不同等级浓度的NaCl溶液给引种栽培的岩兰草进行定期浇灌,根据植株的生长发育状况判断岩兰草种苗盐胁迫危害程度,得出土壤盐度影响岩兰草种苗引种栽培成活率。研究结果显示,岩兰草引种西北干旱地区最适宜土壤盐度为0.8%到1.2%之间,当盐分浓度超过3.0%,将抑制岩兰草生长发育,盐分浓度超过6.0%,岩兰草将无法正常生长及繁殖。因此,适中的土壤盐碱成分及浓度对植物的生长发育是必要的,且通过种植盐生植物,土壤含盐量在盐碱地耕作层明显减少,有机物和无机物含量明显增加,土壤肥力大幅提高,对西北地区生态环境修复具有很大的促进作用。

渭北矿区土地复垦影响评价研究

渭北矿区矿产资源开采不仅降低了矿产资源本身的数量和质量,而且造成了矿区土地损害和地质灾害,并对矿区周围居民的生产和生活造成严重破坏,对矿业发展造成了极大的阻碍。本文旨在对渭北矿区的生态效益作为研究对象,探索矿产资源开发对矿区生态环境的影响,选用模糊综合评价法对渭北矿区生态效益评价,证实土地复垦使渭北矿区在生态效益方面有大幅度改善,从而为矿区土地复垦产业化发展提供数据支撑,有效保障矿区经济持续健康发展。