隐伏火烧区烧变岩含水层水害治理技术研究

我国西北地区烧变岩分布范围广、孔隙裂隙发育、富水性强,是当地的主要含水层,其中的隐伏火烧区烧变岩地表遗迹不明显、发现难度大,煤矿开采一旦导通烧变岩含水层将导致水害事故,同时会破坏烧变岩含水层水资源。为治理隐伏火烧区烧变岩水害并保护烧变岩含水层水资源,分析我国烧变岩分布特征及烧变岩水对煤矿开采影响,研究隐伏火烧区烧变岩探查和治理技术,开展隐伏火烧区烧变岩含水层水害治理的示范应用,结合现场监测数据分析评价陕西柠条塔煤矿南翼隐伏火烧区含水层水害治理和水资源保护效果。结果表明:我国烧变岩主要分布于以昆仑山-秦岭-大别山为界的北方地区,隐伏烧变岩主要分布在鄂尔多斯盆地东北部、伊犁盆地南缘,被第四系松散层覆盖;隐伏火烧区烧变岩含水层与风化基岩含水层大多直接接触且连为一体,水力联系密切;烧变岩水害防治措施主要有留设烧变岩含水层防隔水煤柱、疏降烧变岩含水层积水和帷幕截流,其中截水帷幕可有效解放烧变岩含水层压覆的煤炭资源,解除烧变岩水害威胁并保护烧变岩含水层宝贵的地下水资源;通过精确探查出隐伏火烧区范围、布设注浆钻孔,将隐伏火烧区烧变岩含水层隔离为若干个含水体,断绝截水帷幕内外的水力联系,可保障工作面不受烧变岩水威胁,同时实现烧变岩水资源保护;柠条塔煤矿S1232工作面和S1233工作面隐伏火烧区烧变岩含水层治理后,其回采期间涌水量降至20m^(3)/h以内,工作面得以安全回采,截水帷幕内侧水位下降,外侧水位逐渐抬升,烧变岩水资源得到有效保护。

新疆地区烧变岩分布特征与资源化利用对策

为研究新疆地区烧变岩的合理处置与资源化利用,分析了新疆烧变岩地理分布特征及产生的地质背景,提出了烧变岩资源化利用产业链布局模式,阐述了烧变岩处置和资源化利用对策,并进一步对烧变岩的资源化开发利用进行展望。研究表明:新疆烧变岩资源呈现“北多南少”的分布特征,一般为大面积连片分布或沿山脉边缘走向线状分布;烧变岩孔隙发育、地貌独特,具有储水和旅游资源潜力;烧变岩固体废物中富集有大量的矿物元素,可作为建筑材料、高性能材料、矿物添加剂,实现综合资源化利用;有价元素提取、化工产品制备,以及作为寻矿标志是未来新疆烧变岩资源化利用的发展方向。

煤矿采空区与火烧空区高密度电法探测模拟

为了在实际工作中,通过高密度电法探测手段有效识别并区分煤矿火烧空区与采空区的电阻率异常特征;通过建立不同深度的煤矿火烧空区与采空区的二维电阻率剖面模型,并分别对模型进行正演模拟与反演计算分析来实现这一目的。首先通过建立数值模型验证了高密度电法中的温纳装置与偶极装置针对煤矿采空区与火烧区探测时的可行性与有效性;并通过对煤矿采空区异常与火烧空区异常的数值模拟与结果分析,识别并区分了通过高密度电法探测煤矿火烧空区与采空区时产生的电阻率异常差异;最后运用水平向与垂向的一阶导数零值曲线对电阻率拟断面进行了电阻率的特征分析。相较而言:温纳装置对水平向异常的识别能力要强于偶极装置,偶极装置对垂向异常的识别能力要强于温纳装置;而通过对电阻率拟断面进行一阶导数计算,可有效识别、区分电阻率拟断面上的各类电阻率异常特征。

烧变岩积水边界区回采工作面防治水技术研究

为解决红柳林煤矿4-2煤烧变岩积水边界区下覆15217工作面的安全回采问题,根据地面钻孔资料及野外水文地质调查工作,对工作面采前防治水探查工程进行了设计,依据探查成果和井下试验性疏放水情况,分析了钻孔疏放水量及地面烧变岩水位的变化规律,确定了工作面回采前烧变岩防治水技术方案。研究表明,对于烧变岩积水边界区,工作面采前可以采取大流量疏放水的技术方法,保障工作面安全生产。

瞬变电磁法和磁法在煤矿烧变岩富水区探查中的应用

陕西神木神府矿区某煤矿3-2煤层两工作面掘进及回采前煤层顶板主要含水层含/富水情况不详、上覆煤层烧变区边界及烧变岩富水情况不明,严重影响采掘安全。在磁法探查烧变区边界基础上综合瞬变电磁法探测成果,解释煤层烧变区富水区,取得了较好成效,为保障煤矿后期的安全生产提供了物探依据。

基于NEMV技术对红柳林煤矿煤层火烧边界的确定

中国西北地区大部分煤田均存在煤层自燃现象,不仅浪费大量的煤炭资源,而且污染环境。同时由此形成的烧变岩是良好的导水及储水空间,容易在煤田采掘过程中造成突水危害,直接威胁到煤矿的安全生产,因此火烧区边界的确定对煤矿安全生产具有重要意义。采用自然电磁脉冲理论与NEMV地质勘探技术,结合当地地质背景资料确定火烧区边界的解释原则,通过数值模拟和实测数据处理对比分析发现,电磁脉冲信号由正常地层经过烧变区时,信号值会发生突变,应力系数剖面上表现为由高到低或由低到高的突变点,或应力系数剖面上的变化界线,进而精确划分火烧区边界。通过层析成像剖面与应力系数分布剖面对红柳林研究区域4-2煤层火烧区边界进行精确划分,为今后煤田工程设计提供了技术保障。

煤矿采空区四维地震勘探技术研究

通过对煤矿采空区地震地质条件分析,在野外采集参数,资料处理方法上进行充分试验,获得了采空区范围内高信噪比、高分辨率的地震资料。在时间剖面上准确刻画了采空区边界;采空区下部薄煤层反射波连续性好分辩率高;通过四维地震资料对比,可以观测到采空区内部塌落岩层的压实程度及均匀性;该技术可为煤矿安全生产、预防和治理煤矿塌陷区地质灾害提供地质依据。

淮北闸河矿区闭坑矿井水害评价及其防控技术体系

随着我国浅部煤炭资源枯竭及国家去产能政策实施,闭坑矿井数量逐年增加,矿井闭坑后,停止抽排地下水,会对邻近生产矿井产生水害威胁。以淮北闸河矿区闭坑矿井为研究对象,对闭坑矿井水位回升进行了预测,对矿区主采煤层抗拉强度进行了综合评价,最后对矿界煤柱安全性进行了评价。研究结果表明,目前矿界煤柱宽度不能满足安全需求,为此建立了闭坑矿井水害综合防控技术体系,主要包括:闭坑矿井积水过程监测、井下钻孔探查预疏、泄水巷道超前排水、过水巷道挡水闸墙设置、井下明渠流量动态监测、闭坑矿井井筒充填与加固、老窑边界综合探查与治理等技术,最终实现了受闭坑矿井水害威胁的相邻矿井的安全生产,取得了显著经济效益和社会效益,研究结果能为国内类似闭坑矿井水害防治提供依据和方法。

高精度重力测量在抚顺煤矿采空区探测中的应用

为查明抚顺煤矿采空区的位置、深度和分布范围,综合考虑城市中影响物探方法的因素,首次在该地区采用高精度重力测量方法进行采空区探测。先通过分析采空区的物性差异,建立理论模型进行正演计算,预研究重力方法的适用性。然后在研究区布设大比例尺面积性高精度重力测量工作,通过对布格重力异常进行位场分离、三维视密度反演和边界识别计算,推断了煤矿采空区的位置、深度、边界及该区内的构造分布。研究结果表明,高精度重力测量方法结合有效的数据处理方法,能在城市煤矿采空区的探测中发挥重要作用。

地面高精度磁测在划定煤田火烧区中的应用

煤系地层特殊结构致使煤层自燃后产生"热剩磁",基于这一理论的地面高精度磁测可圈定火烧区边界。介绍了地面高精度磁测划定煤田火烧区边界的基本原理、工作方法以及资料处理与解释结果,勘探实例表明,该方法在划定煤田火烧区边界中的应用效果良好。

基于温度植被干旱指数的兖州煤田煤炭开采影响边界遥感提取

为识别植被覆盖区煤炭开采的生态影响边界,该文以兖州煤田为研究区域,应用温度植被干旱指数TVDI(temperature vegetation drought index)反演沉陷积水区外围的土壤湿度空间分布特征,利用MATLAB拟合TVDI变化趋势并依据其趋于稳定的渐近线,反解煤炭开采活动对矿区生态的影响边界,将其与采用MSCS(mining subsidence prediction system,MSCS)软件预计获得的下沉10 mm沉陷边界进行对比。结果表明:不同距离的TVDI中位数随距积水区边缘距离的变化表现为先增加后趋于平稳、呈指数变化特征;基于TVDI分析得到的煤炭开采的非积水影响范围,仅相当于沉陷积水面积的2.07倍,预计沉陷非积水面积与预计沉陷积水面积之比为4.63倍。通过模型拟合遥感指数随距离的变化特征,能够获得煤炭开采的影响边界;兖州煤田基于TVDI获取的煤炭开采影响面积,相对小于预计的开采沉陷面积。该研究可为确定煤炭开采对生态影响的边界提供参考。

云南富源一带晚二叠世层序地层与聚煤作用分析

结合野外地质调查等工作,运用沉积学、层序地层学及煤田地质学的基本理论和方法,共识别包括区域不整合面、河流下切谷等4个层序界面,将云南富源一带晚二叠世含煤岩系—宣威组划分为3个三级层序。云南富源一带晚二叠世成煤过程中,在河流冲积平原靠陆一侧,在最大海泛面附近,泥炭堆积速率和海平面上升速率持平,沉积环境的相对稳定和沉积时间的持续累积,形成厚煤层。海侵体系域成煤最好,高位体系域也是煤层形成期,低位体系域最不利于成煤。

厚煤层边角煤开采技术研究

以南屯矿33上15工作面为背景,采用理论分析、现场实践,对厚煤层边角煤开采过程中矿压演化规律进行研究。研究结果表明:厚煤层边角煤开采时,煤壁片帮、端面冒顶和支架承载较常规开采工作面明显,受工作面一侧为采空区、另一侧为风氧化带的影响,工作面两侧的矿压显现程度增大,回采巷道的支承压力超前影响范围明显增大,围岩变形量和变形速度增大。

煤炭矿区总体规划编制重点分析

为更好的把握煤炭矿区总体规划的编制重点,分析了国家近几年颁布的《煤炭矿区总体规划管理暂行规定》、《关于修改<产业结构调整指导目录(2011年本)>有关条款的决定》等相关规定。结合煤炭行业地质勘查和矿区总体规划规范等相关要求,明确了矿区边界确定、井(矿)田划分和规划生产能力的原则,详细介绍了矿区勘探程度计算方法,并根据《全国主体功能区规划》等提出了敏感保护目标的处理原则。

用航片信息圈定新民区煤层自燃边界

以可见光黑白航片(1:3.5万)为主要信息源,对陕西神府煤田新民烧变区(1300km^2)进行了1:5万航空遥感地质调查,圈定了该区烧变岩分布范围及煤层自燃边界。首先划分了烧变岩的宏观类型,选取已知区,研究烧变岩及煤层自燃边界线的影像特征,建立初步解译标志,最后在全区范围内调查煤层自燃边界线。最终确定的界线经钻孔验证,精度达到要求。

综合物探方法在煤田水害探测中的应用

在特定的自然、地质环境条件下,具有露头的煤层容易自燃形成火烧区,致使下部矿井与上部水利联系密切,增加了矿井生产的安全隐患。赋存在具有特殊结构的煤系地层中的煤层自燃后产生"热剩磁",可通过高精度磁测对火烧区的范围进行圈定,结合瞬变电磁勘探对火烧区的富水性进行评价,以指导矿井安全生产。本文介绍了两种方法的基本原理、数据采集以及资料处理与解释,结合勘探实例,表明高精度磁测和瞬变电磁联合的方法在煤田火烧区有着良好的应用前景。

高潜水位采煤沉陷区积水范围动态演化规律

为了研究高潜水位采煤沉陷区积水范围动态演化规律,以安徽淮北五沟煤矿1031工作面为研究区域,基于Landsat-8遥感数据解译结果,总结了2013-2017年1031工作面上方地表积水范围演化规律,分析净降水量、地下水埋深、工作面推进距离等因素对积水范围演化的影响,并提出积水边界角的概念,建立了积水边界角随采动时间变化的函数关系式。研究发现:高潜水位采煤沉陷区地表积水演化分为4个阶段:未形成期、同步增长期、残余增长期、相对稳定期;在同步增长期和残余增长期,工作面推进距离、净降水量与积水面积日增长量呈正相关,地下水埋深与积水面积日增长量呈负相关;工作面推进距离是积水范围演化的关键影响因素,在工作面推进距离为476 m左右时,地表产生积水,工作面停采后5个月左右,积水面积趋于稳定;积水边界角先呈减小趋势,再趋于稳定,在同步增长期和残余增长期,积水边界角总体呈减小趋势,但受气象、地下水埋深等因素影响而波动;相对稳定期,积水边界角整体趋于90°。本研究为高潜水位采煤沉陷积水区土地利用规划、土地复垦、水陆复合生态系统建立等提供理论依据。

新疆大南湖北露天煤矿首采区Ⅲ火烧区地下水资源的数值模拟

大南湖北露天煤矿首采区东南部需要揭露Ⅲ火烧岩区一部分,这使得烧变岩水成为露天煤矿矿井充水的主要水源。资源勘探阶段的水文地质资料表明,烧变岩区赋水空间发育、透水能力强,储存量非常可观,但由于受资源勘探阶段水文地质勘探工程量制约,水文地质条件未能详细查明,现有水文地质成果尚不能满足首采区对烧变岩水疏排设计的要求。对烧变岩地下水资源进行模拟开采性抽水试验,获取Ⅲ火烧区的水文地质参数,利用数值模拟的方法,运用MODFLOW软件建立了III火烧区地下水数值模型,并模拟计算出了Ⅲ火烧区地下水储存量。经验证,本次模拟所取得成果与煤矿实际情况相符,能够作为首采区矿坑疏排水设计依据。

基于离散单元法的东风煤矿采空区稳定性评价

针对晋北地区东风煤矿采空区易引发地质灾害问题,通过对区域概况、矿区地质与水文地质条件、模拟评价及分析,结合地表勘查与DEM图像进行沉降分析,采用离散单元法对晋北地区东风煤矿采空区进行数值模拟,获得某一典型块体位移曲线,并进行了位移边界条件研究,得出了水平位移和垂直位移曲线呈波浪起伏状,最大位移分别为1 360 mm和4 510 mm,块体受力作用比较明显,水平时步迭代约58 000步后趋于稳定的结论,对其采空区稳定性进行了准确评价。该方法可以应用至其他类似采空区,对于指导该区煤炭资源合理地可持续开采、减少由此引起的地质灾害的产生具有重要的理论指导意义。

我国西部保水采煤区受保护烧变岩含水层研究

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。