邯郸-峰峰矿区新构造特征及其煤炭资源开发意义

采用遥感图像解译、天然地震震源分析等手段,对邯郸-峰峰矿区的新生代构造特征进行了深入研究.受太行山山前断裂带伸展滑脱的区域构造背景条件的控制,邯郸-峰峰矿区的先存断裂在新生代不同程度地重新活动,同时形成一些新断裂.矿区新构造格架由NNE-SSW向构造线与NWW-SEE向构造线组合而成,两组断裂交汇部位是底板突水、瓦斯突出等矿井地质灾害的易发地段.在华北新生代伸展变形区,新构造,尤其是活动断裂对矿井安全生产的影响应引起充分的重视.

峰峰矿区2号煤中微量元素富集特征差异性研究

为探讨煤中锂元素及稀土元素赋存状态和同一煤层不同矿井间煤中微量元素的差异性及其控制因素。以峰峰矿区的梧桐庄矿和九龙矿山西组2号煤为研究对象,通过反射光显微镜、原子吸收光谱仪(AAS)及X射线荧光光谱仪(XRF)、电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)、带能谱的扫描电镜(SEM-EDS)等分析测试方法,对比分析了两煤矿2号煤中煤质及微量元素富集特征,研究了2号煤中Li及稀土元素(REY)的赋存状态,探讨了2号煤微量元素富集特征的差异性及其影响因素。研究结果表明,九龙矿2号煤层样品中微量元素含量整体比梧桐庄矿高,梧桐庄矿和九龙矿2号煤中Li元素平均含量分别为49.8μg/g和64.3μg/g,稀土元素平均含量分别为68.8μg/g和130μg/g。梧桐庄矿2号煤中Li元素和REY元素主要赋存于煤的有机质中;而九龙矿2号煤中Li元素主要赋存于高岭石和伊利石等黏土矿物中,REY元素主要赋存于独居石、黄铁矿和黏土矿物中。峰峰矿区2煤的沉积物源和沉积环境控制了其微量元素分布的总体特征,而燕山期岩浆热液作用导致2号煤层中微量元素在矿区南部的梧桐庄矿和矿区中部的九龙矿的差异。岩浆热液作用主要引起煤中Li,Nb,Pb,Ta,Th,Y,La,Sm,Ce,Er,Yb元素富集,其余微量元素没有明显变化。尤其是稀土元素和Li元素受岩浆热液影响含量增加,峰峰矿区九龙矿比梧桐庄矿2号煤中Li元素平均含量高14.5μg/g,稀土元素平均含量高61.2μg/g。梧桐庄矿2号煤中只有Li元素表现为轻微富集,而九龙矿2号煤中Li元素表现为富集,Nb,Pb,Ta,Th元素和稀土元素中Y,La,Er表现为轻微富集。

峰峰矿区煤炭开采对岩溶地下水环境的影响研究

运用地下水流场、水化学等理论、野外地质调查和室内地质数据资料分析相结合的方法,对峰峰矿区1981～2007年间地下水变化状况进行详实研究,揭示了煤炭开采对峰峰矿区岩溶地下水影响的特征及演化规律。分析结果表明,长期规模性的矿井疏排水与地下水过量开采,是岩溶地下水流场发生改变、水位下降、水质变差和水资源量衰减的主要因素。

邯峰矿区深部煤炭资源勘查方法与模式

针对我国深部煤炭资源现状及深部煤田勘查所面临的困难和挑战,以邯郸峰峰矿区(以下简称邯峰矿区)为例,分析了影响深部勘查工程的煤田构造特征、勘查手段及勘查模式。强调浅部资料及钻探工程在矿区深部勘查中应用的重要性,对深部勘查工程的钻探深度、布孔方式、钻孔信息获取三方面的特点进行了系统总结。在综合分析的基础上,建立了以邯峰深部勘查区为例的老矿区深部煤炭资源勘查模式,即充分利用浅部生产矿井资料,以钻探工程为主,辅助其他多种勘查手段的综合勘查模式。

煤层气生成及含气量控制因素

利用EASY%Ro数值模拟法,对峰峰东部矿区2号煤煤层热演化史进行模拟及恢复,探讨了峰峰东部矿区2号煤煤层气的生成和演化特点,认为峰峰东部矿区受构造运动及岩浆活动的影响,经历二次生气阶段,早期以区域深成变质作用为主,煤中有机质在深成变质作用下发生一次生气;晚期受岩浆活动的影响,促使该区的煤层进一步变质及煤层气第二次生成。在此基础上分析了研究区含气性及含气性的主要控制因素,包括煤储层顶底板岩性、分布特征、地质构造、岩浆侵入及水文地质条件等引起本区煤层甲烷含量在平面及剖面上分布的不均一性。

通二井田煤层小构造复杂程度的定量预测

用单元预测法对研究区主采煤层小构造的复杂程度进行了定量预测。首先，用聚类分析建立起已采单元小构造复杂程度的类结构，将单元小构造复杂程度划分成三大类和四个亚类。然后，用回归分析法建立起小构造复杂程度与影响地质因素之间的关系模型。进而，对未采单元小构造复杂程度进行预测。

小型煤矿工业废弃地景观规划研究

以小型煤矿—峰峰矿区二矿为研究对象,结合现场调研与现状分析,对小型煤矿工业废弃地的景观规划进行深入的探讨研究。研究发现,峰峰二矿存在土地资源浪费、环境破坏严重、煤矿设施废弃等问题;同时发现,二矿的废弃场地有一定的文化价值和参观游览价值,且其地理位置优越,交通便利,环境优美,提出构建集参观、游览、休闲、娱乐、科普、教育于一体的综合性煤矿特色公园。

基于主成分分析和最近邻算法的断层识别研究

断层是影响煤矿安全的致灾地质因素,查明断层特征是煤矿三维地震勘探的主要目的之一。常规断层解释中采用的人机交互解释方法,其可靠性在一定程度上取决于解释者的经验。为提高断层解释精度,提出一种基于主成分分析和最近邻算法来检测沿目标层断层分布的方法。首先,选择峰峰矿区羊东煤矿作为研究区域,从矿区高精度处理后获得的三维地震数据中提取10个地震属性;然后,采用主成分分析法(PCA)将上述10个地震属性整合为6个综合属性;同时,将属性信息与从矿区15口井和3条巷道确定的139个点的断层信息相结合,构建已知数据信息;在该数据信息的基础上,分别组建出数据集1和数据集2两种数据集,2种数据集的训练集与测试集的比分别为9∶1和3∶7。利用这些数据集以及十折交叉验证的方法,开展基于最近邻算法(kNN)的断层识别准确率测试,数据集1的测试准确率为87.75%,数据集2的测试准确率为71.63%;这表明训练数据量越大,断层识别准确率越高,从而也说明高密度三维地震在该方法的应用中存在一定优势。在对kNN模型的分类性能进行测试时,使用通过PCA进行降维处理的数据作为输入,计算出的分类准确率分别为89.23%和73.79%;这是因为PCA降低了原始输入特征的维数,从而减少了所需的计算量并提高了这些特征的表征能力。综合结果表明,结合PCA和kNN方法可以有效地识别断层分布,减少主观人为因素的影响,提高断层解释的效率。

邯峰矿区古构造应力场与构造演化

采用共轭剪节理应力反演方法,恢复了邯郸—峰峰矿区晚古生代以来的3期古构造应力场,进而探讨了煤田构造的演化历史,将其分为4大阶段:①中生代早期近NS向挤压,煤系后期改造初动期;②中生代晚期SE-NW向挤压,奠定煤田构造格架的基础;③中生代末至古近纪NW-SE向拉张,煤田构造格架定型;④新近纪以来近东西向拉张,煤田构造的现代活动。

峰峰矿区煤变质作用对煤层气中氮气含量的影响

在系统整理46个钻孔煤层气样数据资料的基础上,探讨了峰峰矿区煤变质过程中煤层气中N2含量的变化规律及其原因。结果表明:燕山期岩浆的"烘烤"作用是煤层气中N2含量平均值偏高的重要原因;随煤变质程度增强,煤层气中N2与CH4的比值呈"增—减—增"的变化规律;在焦煤阶段,热氨化作用生成的N2逐渐增多,CH4生成量相对减少,比值增大;在瘦煤阶段,热氨化作用产生的NH3部分以NH+4形式参与铵伊利石矿物的生成,致使N2生成量相对减少,比值减小;在贫煤阶段,含氮有机质又通过热裂解作用生成N2,N2含量相对增多,比值增大。

黑龙洞泉岩溶地下水系统煤层底板突水危险性评价

黑龙洞泉岩溶地下水系统位于冀中煤炭基地的南端,峰峰矿区则位于该岩溶水系统的东部,是典型的岩溶大水矿床,伴随煤矿上组煤的开采殆尽,下组煤的开采正在展开,但遭受到其底部中奥陶统岩溶水的高压威胁,发生了多次突水事故。通过对黑龙洞泉岩溶地下水系统地质、水文地质条件的详细分析,从煤层隔水层底板水压抗压强度及隔水能力,断层、陷落柱发育程度及其阻、导水性等矿井突水影响因素进行系统分析,采用《煤矿防治水细则》的突水系数法,将研究区划分为煤层底板奥灰突水危险性相对较小区、危险性相对中等区及危险性相对较大区。相关结论对今后该区煤炭资源的开采及煤矿防治水工作具有一定的指导意义。

煤矸石堆积区土壤重金属形态组成与生物有效性的空间变化特征——以峰峰矿区为例

煤矸石地表堆积是我国东部煤矿区生态环境破坏的典型形式,造成堆积区土壤重金属污染的防控已成为当前研究热点。以河北峰峰矿区某在用煤矸石山周边(方圆300 m以内)浅层土壤(垂直深度40 cm以浅)为研究对象,采用Tessier连续提取法和电感耦合等离子体发射光谱仪,测定Cu、Cr、As、Pb这4种土壤重金属的有效态、铁(锰)氧化物结合态、有机结合态和残渣态含量,基于生物活性系数(MF)和生态风险评价编码法(RAC)计算与评价4种土壤重金属生物有效性及生态风险,剖析4种土壤重金属形态组成与生物有效性的空间变化特征。结果表明:(1)煤矸石的堆存具有提高周围土壤中Cu、Cr、As、Pb有效态质量分数和降低残渣态质量分数的效应,且与距煤矸石山的水平距离成反比,当水平距离达到或接近300 m时,该效应基本消失。(2)土壤总有机碳(TOC)质量分数与4种重金属有效态质量分数的相关系数均超过0.6,达到显著正相关水平(p<0.05),是影响研究区土壤重金属有效态含量空间变化特征的主要因素。(3) 4种土壤重金属生物有效性的空间变化特征可分为2个类型,Ⅰ类为“MF值一般大于3,且具有显著的空间异质性”;如Cu、Cr,Ⅱ类为“MF值一般小于3,且具有显著的空间同质性”,如As、Pb。(4)当距煤矸石山水平距离分别小于80和40 m时,土壤重金属Cu、Cr的MF平均值超过中等风险水平阈值的60%,应予以重视。建议综合考虑煤矸石山存续状态、土壤重金属累积效应及生物有效性空间变化特征等因素,制定煤矸石堆积区土壤重金属污染精准防控及安全利用策略。

峰峰矿区深层奥灰水水化学演化规律研究

为了分析高强度煤矿开采对北方奥陶系灰岩地下水环境的影响,本文分析了采煤影响下峰峰矿区1980-2017年期间不同时期奥灰水的水化学数据,分别利用Pipper三线图、离子相关分析和主成分分析等方法分析了奥灰水水化学的演化过程。分析结果表明:高强度的煤矿开采活动已经改变了奥灰水水化学成分,水化学类型由原来的重碳酸盐型向硫酸盐型发展,水质趋于恶化演变。随着煤矿开采年限的延长,除HCO_(3)^(-)外,其余水化学离子Ca^(2+)、Mg^(2+)、SO_(4)^(2-)、Na^(+)+k^(+)、Cl^(-)和TDS值逐年增高。早期以HCO_(3)^(-)为主控的阴离子逐渐演化成以SO_(4)^(2-)为主控,水化学类型也从Ca-HCO_(3)^(-)型或Ca-Mg-HCO_(3)^(-)型逐渐演化成Ca-Mg-HCO_(3)^(-)-SO_(4)^(2-)型、Ca-Mg-SO_(4)^(2-)-HCO_(3)^(-)型、Ca-SO_(4)^(2-)-HCO_(3)^(-)型甚至Ca-SO_(4)^(2-)型。早期水-岩作用以碳酸岩矿物溶解为主导,自2012年开始,水化学离子Ca^(2+)+Mg^(2+)-HCO_(3)^(-)-SO_(4)^(2-)与Na^(+)+K^(+)-Cl^(-)具有较强的相关性(R大于0.85),表明该时期开始,除碳酸岩矿物溶解外,奥灰水的水岩作用存有明显的离子交换作用。研究成果揭示了煤矿开采驱动下奥灰水水化学演变规律和驱动机制,为矿区水资源保护与防控、矿区生态环境保护和人民健康安全保障提供了重要的科学参考。

基于遥感技术的峰峰矿区关闭煤矿地质环境问题调查与评价

以峰峰矿区为例,利用遥感技术,将室内解译与野外调查相结合,针对关闭煤矿不同要素分别建立遥感解译标志,通过比较历史影像,对矿区地质环境问题进行遥感解译与分析。结果表明,峰峰矿区关闭煤矿地质环境问题主要表现为矿区土地类型改变及土地资源占用严重,地貌景观多遭受严重或较严重破坏,地面塌陷严重,受地裂缝危害程度相对较轻。依据9个主要指标开展了地质环境评价,评价结果显示地质环境影响一般区4个,地质环境影响较轻区4个,地质环境影响较严重区2个,地质环境影响严重区3个。调查评价结果为关闭煤矿资源再利用、地质灾害防治提供了基础依据。

邯郸-峰峰矿区不同变质程度煤中有机氮的赋存形态

氮是煤中的常见元素之一,煤中氮的赋存形态多样且随煤阶发生变化。以邯郸–峰峰矿区为例,利用X射线光电子能谱(XPS)实验,研究不同变质程度煤(R_(ran)=1.08%~3.67%)中有机氮的赋存形态,探讨煤中各形态有机氮相对含量随煤阶的变化规律。结果表明:按N 1s XPS谱图分峰峰值的结合能可将煤中氮的形态归为N-6、N-5、N-Q和N-X四种;研究区煤中N-5的相对含量最高,且随着煤阶的增高而降低;N-Q的相对含量随着煤阶的增高而增高;煤中N-6的相对含量随煤阶呈"增–减–稳"的变化规律;N-X的相对含量为9.1%~35.1%,其与煤阶关系不明显;在煤阶Rran=1.08%~1.47%的范围内,煤的N 1s XPS谱图中缺失N-Q分峰,表明褐煤中相对含量最高的质子化吡啶氮在此阶段已几乎全部去质子化而转化为吡啶氮。不同变质阶段氮的赋存形态变化特征对燃煤发电及煤化工领域煤化学参数选取提供参考。

绿色保水采煤在煤矿区域治理中的应用研究

为实现煤矿绿色保水开采,学者范立民提出了保水采煤。本文探讨了峰峰矿区九龙矿15252下块工作面的区域治理案例,验证了矿区保水采煤效果,以期为今后的煤矿绿色保水开采提供参考。

实现煤田开采与城乡建设和谐发展的途径探讨

针对煤田开采与城乡建设相互制约的问题,提出开采与城市化建设推进相协调的理念,采用因地制宜地打造城市新发展空间、提供生态宜居的环境,增加建设项目的使用价值,为煤矿开采预留空间两种解决方案,取得了良好的效果。