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。

地面核磁共振技术在隐伏火烧区富水性探测中的应用

煤层隐伏火烧区上覆基岩复合含水层(包括风化基岩和烧变岩含水层)是煤层开采的主要威胁之一,明确隐伏火烧区的富水性对矿井水害防治具有重要意义。基于此,以发生过较大突水事故的柠条塔煤矿为研究对象,利用地面核磁共振(SNMR)技术开展隐伏火烧区含水层富水性探测并对其进行分析和验证。结果表明,隐伏火烧区共有2个含水层位,分别为第四系松散砂层含水层和1-2上煤上覆基岩含水层;第四系砂层含水层富水性受地表地形及其下隔水层顶部起伏形态影响水平变化较大;1-2上煤上覆基岩含水层富水性总体西南较低、北东较高,该含水层厚度9~30m,局部相对较厚,推测为1-2上煤火烧区风化基岩和烧变岩含水层的叠加反映;研究区内1-2上煤上覆基岩含水层总体呈现出西部及中部偏东南区域富水性相对较大,其余区域富水性相对较小。利用SNMR得到的含水层富水程度与探放水孔及水文孔的涌水量结果大致相同,表明该方法的勘探结果相对可靠,可用于隐伏火烧区富水性的探测。

基于GMS的隐伏火烧区下煤层开采工作面涌水量预测

烧变岩在我国北方煤矿区大面积分布,由其引起的水害等问题严重威胁着煤矿的安全生产。目前矿井涌水量预测主要针对的是某一生产阶段或时间节点,预测值属于瞬时量,缺乏对矿井涌水量动态特征的预测。以神府矿区柠条塔井田南翼的1煤隐伏火烧区为例,利用GMS(Groundwater Modeling System)软件平台构建研究区地下水流数值仿真模型。基于地下水流场和抽水试验对模型进行识别,并采用抽水试验数据进行验证,其模拟结果较好地反映了研究区的实际水文地质情况。对1煤隐伏火烧区下伏的2煤回采工作面涌水量和地下水流场变化特征进行了预测,结果表明:在回采过程中,工作面涌水量逐渐增加,但受地下水袭夺作用,其临近的工作面涌水量逐渐减小;煤层开采时风化岩含水层分别形成了以切眼和工作面为中心的降落漏斗;随着工作面回采的不断推进,地下水位不断下降,漏斗范围不断扩大,导致地下水流场由双中心漏斗逐渐变为以工作面为中心的漏斗,进一步验证了地下水的袭夺作用。对单工作面及多工作面回采条件下涌水量和地下水流场变化特征进行了预测分析,为煤矿采动水害防治提供依据。

柠条塔井田南翼隐伏火烧区特征及富水性评价

煤层火烧区在我国西部煤炭区大面积分布,当火烧区内烧变岩含水层与其他含水层有较强水力联系时,会对煤矿安全开采构成严重威胁。以柠条塔井田南翼东南角1^(-2)上煤隐伏火烧区为例,基于以往各类水文地质资料,恢复了保德组沉积前古地形并分析了隐伏火烧区地层特征和补径排水文地质特征;采用因子分析法提取了反映隐伏火烧区含水层的富水性特征因子,通过GIS空间叠加方式得到隐伏火烧区复合含水层富水性综合分区。结果表明:1^(-2)上煤层自燃时代为早白垩世末至上新世期间,古冲沟的发育为煤层的自燃和烧变岩的形成提供了有利条件;隐伏火烧区内烧变岩含水层和风化基岩含水层基本连为一体,构成统一含水层;1^(-2)上煤覆岩组合关系可分为3类:即烧变岩-风化基岩、煤层-烧变岩-风化基岩、煤层-烧变岩-正常基岩-风化基岩组合;强富水性区主要分布于火烧区的北部与西部小范围内,中等富水性区沿北西-南东向呈带状分布于火烧区内,隐伏火烧区东部及北部区域富水性相对较弱,弱富水性区域均分布于隐伏火烧区外。与井下探放水钻孔涌水量对比,该富水性分区评价结果与实际吻合较好。

隐伏火烧区致灾机理及防治措施研究

隐伏火烧区是矿井煤层安全开采的主要威胁之一,探明隐伏火烧区位置和致灾机理对矿井水害防治具有重要意义。为探明柠条塔煤矿隐伏火烧区分布形态,采用物探、钻探等多种技术综合勘探了柠条塔煤矿1^(-2上)煤层隐伏火烧区,采用富水指数法预测了火烧区富水性分区,采用数值模拟预测了2^(-2)煤层开采导水裂缝带高度。结果表明:隐伏火烧区面积为1.45 km~2,火烧区西部边界、西侧火烧区南、北部边界和东侧南部边界精度在50 m以内,火烧区东部边界、东侧火烧区北部边界精度在100 m以内;利用风化基岩单位涌水量、烧变岩单位涌水量、视电阻率、SNMR含水率和SNMR渗透系数等作为富水性评价指标,火烧区富水性明显高于周边地层;2^(-2)煤层开采后导水裂缝带会波及到火烧区底板隔水层,导致火烧积水区向矿井充水,且有直接充水和间接充水两种形式;提出了分段注浆、清污分流、综合利用等隐伏火烧区防灾减灾措施。

侏罗纪煤田延安组煤层顶板含水层富水性评价

侏罗系中统的直罗组风化基岩裂隙含水层和延安组烧变岩含水层是神南矿区煤矿生产面临的主要充水含水层,以柠条塔煤矿南翼1^(-2上)煤层隐伏火烧区内开采2^(-2)煤面临的顶板多层含水层水害现状,选取了影响风化基岩和烧变岩含水层富水性的补给条件、烧变岩厚度、风化基岩厚度、岩芯采取率、风化指数、岩性组合指数6个指标,采用组合赋权法与富水性指数法对单层含水层富水性进行评价与分区,而后进行叠加,对叠加后的含水层富水性进行评价分区,最后采用单位涌水量进行富水性分区结果验证。

拜城矿区某井田地质灾害区综合治理方案研究

拜城矿区某井田由亚吐尔乡煤矿探矿权和润华煤业有限公司润华煤矿采矿权整合而成,原亚吐尔乡煤矿、润华煤矿范围内存在六个小窑,由于没有长远规划,乱采乱掘,现井田范围内存在如下安全隐患:①井田浅部形成了较多的采空区、隐伏火烧区、地表塌陷坑以及地裂隙;②井田煤层出露地表,由于露头煤开挖扰动和长期风化自燃,造成井田内普遍分布大量露头火区,不稳定边坡随处可见;③井田范围内老空区水患突出,矿山地质环境遭到严重破坏。本文旨在解决采空区、隐伏火烧区、地表塌陷坑以及地裂隙对当地人民群众造成的生命财产安全影响,同时本着保护资源、治理环境、释放下部煤炭资源的原则,从治理区的实际情况出发,以火区、老空区、塌陷区等地质灾害作为治理重点,为矿井下一步的安全开发建设提供保障。