陕北侏罗纪煤田煤矸石的特性与研究进展

大宗固体废弃物是资源综合循环利用的核心领域,煤矸石作为国内排放量最大的工业固体废弃物,其综合利用是新时期无废城市及生态文明建设的必然要求。采用资料查阅、调研实践及统计分析相结合的研究方法,在了解陕北侏罗纪煤田煤矸石的主要来源及危害以及煤矸石基本特性的基础上,系统剖析煤矸石的研究与应用现状。同时,立足陕北实际,基于产业生态化和生态产业化循环发展理念,结合调研,提出煤矸石掺烧协同工业发电,煤矸石回填协同地质环境治理,煤矸石破碎协同土壤生态修复,煤矸石制备协同建材应用,地上-地下生态修复利用的思路和路径,为煤矸石大宗固废的综合利用及产业绿色低碳发展提供参考。

黄陇侏罗纪煤田导水裂隙带高度预测研究

为获得适用于黄陇煤田厚及特厚煤层开采条件下的导水裂隙带高度预测模型,以黄陇侏罗纪煤田为研究区域,以38组导水裂隙带高度实测数据为依据,综合考虑开采厚度、工作面斜长、煤层埋深、覆岩类型、开采方法5个因素对导水裂隙带高度的影响,基于数据驱动构建了适用于黄陇煤田导水裂隙带高度预测的多元非线性回归模型和遗传算法(GA)优化的BP神经网络(GA-BP)模型,并将2种模型应用于孟村矿401101工作面导水裂隙带高度预测。研究结果表明:导水裂隙带高度受多种因素影响,回归模型拟合系数从仅考虑开采厚度的0.52,提高到考虑综合多因素的0.82,模型预测精度随着考虑影响因素数量增多而提高;从数据驱动角度得出黄陇煤田导水裂隙带高度影响因素权重值排序为:开采厚度>工作面斜长>覆岩类型>煤层埋深>开采方法,开采厚度和工作面斜长是其主控影响因素,在开采过程中需加以控制,从而达到煤层顶板水害防治的目的。模型应用结果表明,多元非线性回归模型的最大相对误差为−3.67%,而GA-BP神经网络模型最大相对误差仅为−1.95%,2种预测模型的相对误差均小于5%,其精度能够满足工程实践要求,对于预测精度要求较高时,可选择GA-BP神经网络预测模型。研究成果可为黄陇煤田厚及特厚煤层条件下导水裂隙带高度研究提供一定依据和参考。

侏罗纪煤田顶板含水层分布规律及防控技术

侏罗系煤田是鄂尔多斯盆地的主要开采的煤田之一,上覆萨拉乌苏组、洛河组、直罗组砂岩体是地下水的主要蓄水层,研究清楚煤层与含水层的空间关系是实现采煤保水和水害防治的前提。煤层与地下水的空间关系受砂岩体的沉积作用和剥蚀作用控制,通过野外调查、文献搜集等手段分析了萨拉乌苏组、洛河组、直罗组的沉积和剥蚀作用,揭示了不同地层砂岩体的展布规律。结果表明,萨拉乌苏组砂体分布受古地形控制,呈“鸡窝”状分布;洛河组砂岩体受风积作用控制,侧向连续性强,上段渗透性优于下段;直罗组的砂岩体主要受辫状河沉积作用控制,河道砂体区域上呈定向条带状的透镜体展布,侧向不连续,地下水整体沿砂体定向渗流。根据不同地层砂体的展布规律,从区域水文地质角度提出的地下水防控措施,对区域煤炭资源合理开发,保护地下水,实现安全采煤具有重要大意义。

煤炭资源安全绿色高效开发模式研究——以陕北侏罗纪煤田为例

以陕北侏罗纪煤田为例,在定性分析该矿区煤炭资源安全绿色高效开发的优势、劣势、机遇和挑战的基础上,构建了煤炭资源安全绿色高效开发SWOT-AHP模型,定量分析了SWOT分组因素及其组内因素对该矿区煤炭资源安全绿色高效开发的相对重要程度,提出了适应该矿区内外部条件的煤炭资源安全绿色高效开发模式,即"在进一步巩固良好安全生产形势的基础上,以保水、保生态为前提,协调有序地开采中厚煤层煤炭资源,有效开发薄煤层煤炭资源,在清洁高效节水条件下加强煤炭资源就地转化与利用";同时提出了相关政策建议。

陕北侏罗纪煤田地下水保护对策与开采利用方案研究

矿山开采活动中地下水与生态环境保护是需要综合利用多学科思想与理论解决的难题,仅从采矿工程学角度难以解决根本问题。文中从生态水文地质学的角度,针对陕北采煤安全必须疏排水和陕北能源基地建设亟须水资源支撑的现状,提出了通过充分地利用煤田地下水满足强劲用水需求来保护水资源的对策,并从矿区水文地质结构、地下水循环条件出发,根据矿区植被生态风险区划、采煤影响地下水区划,提出了建立保护矿山水资源的采煤秩序、不同阶段地下水保护与开发利用区划以及矿山掘进过程中保护性开采地下水的水源地布局规划原则与建设方案。

陕北侏罗纪煤田采动损害现状及评价方法

为有效地对开采后的矿区进行环境修复和生态重建,针对陕北侏罗纪煤田之神府、榆神、榆横矿区的地质采矿条件、开采沉陷损害和矿区生态环境的现状进行现场调查和分析,总结了陕北侏罗纪煤田采动过程中生态及环境破坏现状。采用分区的评价方法,依据地形、地貌将其分为2个一级区,在此基础上依据地质条件、环境条件进行二级分区;再以煤层赋存条件、开采方法、开采沉陷损害程度及特征等因素进行三级分区。分别给出了各区的范围、损害特征、损害程度,确定了评价陕北侏罗纪煤田开采损害级别与判定条件,为陕北侏罗纪煤田生态重建提供了理论依据。

黄陇侏罗纪煤田控煤构造研究

陕西省黄陇侏罗纪煤田位于鄂尔多斯凹陷盆地南缘,煤田中东部地区北东-东西向褶皱发育,西部地区北西向断裂发育。受三叠系古地形影响,富县组起到填平补齐的作用;煤田内发育的褶皱不同程度控制了成煤期延安组的沉积和赋存状况,背斜古隆起处延安组沉积薄,含煤性差,向斜古洼地处延安组沉积厚,含煤性好;成煤后在区域构造背景下,盆地一度抬升,煤田东、南部含煤地层遭受剥蚀,西部发育的后期断裂构造破坏了煤层连续性。综合分析认为,煤田主要受成煤期同沉积构造控制,依据煤层赋存规律与控煤构造的关系,预测在永陇矿区陇县东部-千阳北部、陇县南-千阳一带为找煤有利区。

地球物理探测在陕北侏罗纪煤田勘探中的应用

以典型勘探实例为重点 ,介绍 1986年以来 ,陕西省煤田地质局物探测量队在陕北侏罗纪煤田应用高分辨率地震反射、地震折射、电法、磁法等地球物理探测高新技术进行煤炭资源勘探。

黄陇侏罗纪煤田煤中元素特征分析

根据黄陇侏罗纪煤田主采煤层煤质资料和研究成果,对煤中常量元素和微量元素的含量进行了统计分析,探讨了煤中各元素形成的地质因素,并对铀含量富集特征及有利成矿区进行了分析。研究显示,黄陇侏罗纪煤田形成于陆源物质供给较丰富的干旱弱还原泥炭沼泽环境中,煤中微量元素Ga、Ge、V、As等属正常含量水平,Cl、F、P属低含量水平,U含量明显高于全国值。由于盆地边缘造山运动提供了丰富的铀源、有机流体及输导体系,使得U含量由盆地边缘向中心逐渐减小,其中处于氧化还原环境的永陇矿区、旬耀矿区有利于铀矿的形成。

陕北侏罗纪煤田疏排水资源可持续利用研究

针对陕北能源化工基地水资源短缺、突水溃砂以及疏排水资源浪费问题并存,如何统筹兼顾,既充分利用地表水、地下水和矿区疏排水资源又规避矿井突水溃砂灾害,是研究区内水资源可持续利用面临的科学问题。本文以陕北侏罗纪煤田为示范研究区,在系统分析区内疏排水资源现状以及利用的可行性分析的基础上,将矿区疏排水资源纳入水资源优化配置中,构建了考虑疏排水资源的多水源优化配置模型,采用改进多目标粒子群算法进行模拟求解,科学合理分配极其短缺的水资源,以供管理者进行科学决策。

陕北侏罗纪煤田主要煤层煤质特征及利用方向

通过统计和编绘区内1500多个钻孔煤质资料,了解了38°30′以北3层主要可采煤层煤质在平面和垂向上的变化规律,并根据煤质结合有关煤加工试验资料指出了煤的加工利用方向。

利用遥感方法计算鄂尔多斯侏罗纪煤田地表水资源量

本文采用遥感方法，利用35个水文站的资料和63个雨量站的资料，计算了鄂尔多斯侏罗纪煤田全区地表水量和各矿区地表水量。

陕北侏罗纪煤田三角洲平原沉积环境及其岩石力学特征

三角洲平原沉积环境是陕北侏罗纪煤田煤炭资源的主要形成环境之一,为获得不同环境煤层顶板岩石力学参数特征,进一步探究沉积环境与岩石力学特征之间的关系,首先从区域沉积环境分析入手,然后运用岩心精细描述、沉积构造分析、地球物理测井分析等技术,识别微相、划分顶板沉积微相类型及其组合特征;之后对不同沉积环境中不同位置、不同岩性的岩石进行系统地分层采样和测试分析;最后综合分析煤层顶板各沉积微相的岩石力学特征。结果表明,煤层直接顶板以泥岩、粉砂质泥岩为主,形成于三角洲平原亚相中的沼泽、湖泊沉积微相,局部见粉砂岩、细粒砂岩形成于分流河道和天然堤微相;基本顶主要以中细粒砂岩为主,形成于分流河道沉积微相;沉积环境不仅控制煤层顶板岩性分布而且控制岩石力学参数及其含水层富水性的分布,其中,湖泊、沼泽相泥岩顶板区是顶板支护的重点部位,多期分流河道砂岩叠置顶板区是未来矿井防治水以及探放水的重点区域。

鄂尔多斯盆地侏罗纪煤田典型顶板水害防控技术与应用

为了实现鄂尔多斯盆地侏罗纪煤田受顶板水害威胁的煤炭资源安全开采,基于侏罗纪煤炭资源赋存条件、顶板含水层特征、顶板水害分布范围与防控难题,对离层水害、薄基岩溃水溃沙、厚层砂岩水害和烧变岩水害4种典型顶板水害的形成机理、判识方法、主控因素和防控技术进行了系统研究。侏罗纪煤田离层水害发生的地质条件为砂泥岩互层,泥岩隔水层厚度是控制离层水害发生的主控因素,研发了离层水体精准定位探放技术,实现了离层水害判别与防控技术的定量化;导水沙裂隙带是薄基岩溃水溃沙的主控因素,构建了基于导水沙裂隙带与基岩厚度对应关系的溃水溃沙危险性评价体系,发明了含水松散沙体高效注浆技术,有效避免了薄基岩溃水溃沙的发生;发现了厚层砂岩含水层在垂向上的非均质特性,揭示了递进渗流充水模式,提出了“适当波及,主动防控”的厚层砂岩水害防控新理念,解放了大量受厚层砂岩水害的煤炭资源;揭示了烧变岩的“边界富水”效应,将烧变岩完整断面分为直接露头区、中部埋藏区和火烧边界区,并构建了烧变岩不同断面注浆材料选择准则,提出了双位双向孔序优选引流注浆帷幕技术,显著减少了烧变岩对工作面的补给水量,同时实现了采煤保水。通过将典型顶板水害防控技术在鄂尔多斯盆地侏罗纪煤田的推广应用,有效遏制了顶板水害事故的发生。

基于沉积控水的鄂尔多斯盆地侏罗纪煤田防治水关键层研究

为了弄清鄂尔多斯盆地侏罗纪深埋煤田开采过程中的防治水关键层,从地质构造、地层沉积、古地理演化、含水层富水性等方面系统研究了煤层与含水层的关系。结果表明:鄂尔多斯盆地深埋煤层顶底板主要发育了安定组和3-1煤2段区域性隔水层,安定组厚度较大,分布连续,距离延安组主采煤层较远;3-1煤是区域性主要可采煤层,煤层厚度大,且其顶底板泥岩发育,构成了隔水性能较好的隔水层。中生代发生了3期构造抬升和剥蚀事件,形成了安定组-志丹群不整合面(志丹群砂岩)、延安组-直罗组不整合面(七里镇砂岩)、延长组-延安组不整合面(宝塔砂岩),是本地区最重要的防治水关键层。另外,古层间氧化带、真武洞砂岩等也是威胁矿井安全的重要含水层。

侏罗纪煤田宝塔山砂岩含水层大流量大降深放水试验

为了在抽水试验的基础上进一步查明侏罗纪煤田宝塔山砂岩含水层的水文地质特征,开展了井下放水试验,单孔放水量平均值为237.91 m^3/h,多孔放水量平均值为444.10 m^3/h,宝塔山砂岩含水层地下水位下降最大值达310 m。通过大流量大降深放水试验,计算出含水层的渗透系数和单位涌水量,确定宝塔山砂岩含水层与白垩系、煤系间、三叠系含水层存在水力联系,探查了放水试验的影响范围及观测孔水位降深规律,论证了宝塔山砂岩含水层具有可疏性。基于宝塔山砂岩含水层水文地质特征,提出了下组煤开采底板砂岩水害防治方案。研究结果表明:井下大流量大降深放水试验可以最大程度激发含水层地下水位降深,有效弥补地面抽水试验的不足,在各含水层水力联系、疏放水影响范围和含水层可疏性评价方面得到的研究成果,可以作为矿井底板砂岩水害防治的依据。

侏罗纪煤田煤层底板砂岩水害特征与防治技术

为了查明侏罗纪煤田煤层底板砂岩水文地质条件进而避免水害事故的发生,通过抽水试验和放水试验,计算单位涌水量和渗透系数最大值分别为1.0709 L/(s·m)和2.0603 m/d,含水层富水性和渗透性较好;底板砂岩含水层在大流量长时间放水条件下具有一定的可疏性;通过水化学分析和三维荧光光谱分析可以有效区分井田内各含水层地下水水质;结合典型水害案例,揭示了底板砂岩水害的形成机理并总结其特征,提出底板砂岩含水层的防治技术。结果表明:侏罗纪煤田底板砂岩含水层水文地质条件较以往认识复杂,部分区域含水层富水性和渗透性强。煤层底板砂岩含水层对下组煤的采掘活动威胁较大,可通过注浆堵水或者疏水降压来对底板砂岩水害进行治理和防控。

电性放射性测井曲线在陕北侏罗纪煤田中的物性反映特征及其解释规律

由于各煤田的地质条件不同,煤岩层的物性存在差异,由于多种原因,常会出现测井曲线的多解性,因此掌握勘探区煤岩层的测井曲线规律,是避免测井工作出现人为误差的基础工作。通过总结陕北侏罗纪煤田中煤层及砂泥岩在4种测井曲线上的响应特征,指出该区电阻率、人工伽马曲线上的高幅值及自然伽马低幅值与自然电位的负异常是判断煤层解释的依据。在解释煤厚的原则上,电阻率、人工伽马曲线需根据煤的厚度与电极距、源距的关系进行判定,而自然伽马和自然电位曲线的煤层解释点一般确定在异常幅值的1/2处。

陕北侏罗纪煤田煤炭资源勘查利用现状分析

陕北侏罗纪煤田神府新民、榆神、榆横国家规划矿区煤质优异,储量巨大,便于开采,是陕北煤炭资源的重要储藏地。根据陕西省煤炭资源利用现状调查成果汇总资料,对陕北侏罗纪煤田国家规划矿区煤炭资源从勘查程度、占用及未占用保有资源储量方面进行分析,陕北侏罗纪煤田煤炭资源丰富,查明资源量约为1 279亿t。其中神府新民、榆神、榆横国家矿区煤炭资源所占比重大99%。能保证陕北能源化工基地建设对煤炭资源的需要,为政府实现资源合理利用提供科学依据。

中国黄陇侏罗纪煤田煤层气开发地质条件及关键技术

在分析黄陇侏罗纪煤田多位于丘陵、沟壑地带,煤储层特征具有变质程度低、煤层厚度大、煤体结构简单、渗透率高、煤层气含量小等开采地质条件的基础上,探讨了煤层气开发方式、井位部署、钻完井工艺和压裂工艺等关键技术,指出欠平衡钻进、基于储层保护的洞穴完井将是该区煤层气开发技术发展的方向。