河南省焦作市煤炭资源现状及煤层煤质特征研究

焦作矿区位于河南省西北部、太行山南麓,地跨济源、焦作、新乡三市,矿区包括焦作、济源2个煤田。由于矿山的逐年开采,煤炭资源量显著减少,加之后期勘查投入的减少,导致目前对于矿区内煤炭资源现状的研究较为薄弱,现有的研究不足以支撑整个研究区的生产与开采。基于此,通过收集焦作矿区以往各类地质勘查资料、矿井采掘资料及矿井现场调查等,运用地质学、矿床学、构造地质学等,对研究区煤层煤岩特征、成煤环境、成煤规律等进行研究。研究表明,研究区石炭、二叠系含煤地层可分9个煤组,其中焦作煤田共含煤23层,煤层总厚16.04 m,其中主要可采煤层3层,可采煤层厚7.57 m。济源煤田共含煤22层,煤层总厚6.30 m,其中可采(局部可采)煤层6层,可采(局部可采)煤层厚4.61 m。其中,焦作煤田深成变质作用是煤变质的基础,区域岩浆热变质是区内煤变质程度增高的主要因素,在热变质作用的叠加作用下,煤的深成变质面貌已被改变。

基于RS和GIS的矿区生态指标提取与安全评价--以焦作矿区为例

为了快速、高效地对煤矿区生态安全状况进行评价,借助遥感(RS)、地理信息系统(GIS)、空间景观格局分析等技术,在压力-状态-响应(PSR)模型的基础上拓展构建压力-状态-响应-格局(PSRP)模型,对焦作矿区33年(1993-2026年)的生态安全状况进行评价与动态变化模拟分析。以遥感卫星影像数据为主要数据源,选取矿区1993年、2004年、2018年遥感数据及社会、经济统计数据,提取用于生态安全评价的建筑用地指数、归一化植被指数、生态弹性度、绿度指数、生物丰富度、湿度指数、破碎度指数、城市扩展强度、干度指数、人口密度、多样性指数、分维度12个关键技术指标,利用层次分析法(AHP)确定指标在生态安全评价的目标层、准则层、指标层3个层次体系,并进一步计算12个指标的权重,从而对生态安全进行评价,最后利用CA-Markov模型模拟获取2026年结果数据,对焦作矿区生态安全状况趋势评价分析和动态变化监测进行研究。结果表明:①利用遥感技术能有效提取用于生态安全评价的绝大多数指标,并且有较好的提取精度,基础指标土地利用/覆盖分类提取结果精度为92%以上;②CA-Markov模型可以进行土地利用/覆盖变化趋势模拟与预测,在该试验选择的3期数据集中预测精度达到83%;③20多年来焦作市裸地和建筑景观变化幅度最大,水体、植被景观变化相对较小,不同的地物覆盖类型均受到人类生产生活的影响;④1993-2018年间,焦作市生态安全状态总体情况先是大幅下降,然后达到平缓稳定状态,其中1993-2004年间生态状态呈现下降趋势,2004-2018年间焦作市的生态状况总体上没有显著的变化;⑤针对典型矿区,1993年,整个矿区还是处于稳定和安全的状态,到2004年,由于矿产资源大量的开采,部分地区由1993年的稳定状态转为临界状态,2018年以来,由于矿区的陆续关闭,矿区的生态安全状况相比于2004年没有太大的变化,模型预测表明到2026年焦作市及其矿区生态指数将呈现出轻微下降趋势,典型矿区与焦作区域表现出一致的生态安全等级分布状况和变化趋势。研究结果可为维护矿区及其周边生态环境的原生平衡、引导矿区资源的合理开采与利用提供技术支持。

焦作矿区岩溶裂隙网络渗流特征及研究方法

焦作矿区属典型的华北型石炭二叠纪岩溶煤田，矿井水害严重．煤层底板之下的３层岩溶含水层是由孔隙介质和裂隙介质组成的双重结构含水体，是矿井主要充水水源．占主导地位的裂隙介质包括微裂隙、小裂隙、大裂隙和巨裂隙，不同规模的裂隙对岩溶水渗流起到不同作用．对巨型和大型裂隙网络建立非连续介质裂隙网络三维渗流模型，而对小裂隙和微裂隙连同孔隙建立连续介质的渗透张量模型，两类模型耦合成双重介质三维裂隙网络渗流模型，可以很好地刻画矿区岩溶水渗流和突水特征．

焦作矿区岩溶水Cl^-污染原因初探

焦作裂隙岩溶水系统是我国北方岩溶区发育比较典型的系统之一 ,岩溶水资源丰富 ,水质优良 ,是城市供水的主要水源。据近几年水质监测 ,岩溶水Cl- 逐年增加 ,水质变咸。在对焦作矿区地质、水文地质条件、岩溶水补给来源、地表污染源和污染途径分析的基础上 ,建立了二维非稳定溶质运移数值模拟模型 ,模拟了岩溶水Cl- 时空分布 ,证实岩溶水Cl- 升高是人为污染所致 。

焦作市煤矿塌陷地生物复垦技术研究

焦作市煤矿区是一个有着近百年历史的老矿区。长期以来 ,地下采煤引起的大面积土地塌陷以及矸石山压占土地对本地区土地资源造成较大的破坏。为了改善矿区环境 ,针对焦作矿区的特殊情况 ,笔者提出以下几种生物复垦措施对复垦地土壤进行改良 :酸碱中和法、绿肥法、施用化肥和农家肥、微生物法。试验结果表明 :生物复垦技术是改善新土壤层的养分状况 ,增加有机质和保肥能力的最有效方式。采用生物复垦措施后 ,新土壤层的土壤结构明显地得到改善 ,土壤容重明显降低 ,理化特性得到改善 ;试种的作物产量与工程复垦后土壤的相比明显增加 。

焦作矿区煤层气开发的水文地质条件分析

在系统研究焦作矿区地质特征和水文地质条件的基础上,分析了矿区水文地质条件对煤层气赋存、渗流、运移及煤层气开发产生的影响,并对煤层气井的选择提出了建议。

焦作矿区双重介质裂隙网络渗流与渗流模型研究

焦作矿区矿井水害严重，位于煤层底板下的石炭系薄层灰岩中的第八、第二层，以及奥系灰岩岩溶含水层是矿井主要充水水源。裂隙是矿区岩溶水渗流的主要通道，裂隙介质的不均匀性、各向异性、不连续性等特征非常明显，且不同规模的裂隙对岩溶水渗流的贡献不同。根据裂隙介质对岩溶水渗流所起的作用，对那些控制矿区岩溶水渗流分布且起主导渗透作用的巨型和大型裂隙建立非连续介质裂隙网络三维渗流模型；对大型和巨型裂隙之间的裂隙岩块建立连续介质渗透张量模型，两模型耦合在一起组成双重介质裂隙网络三维渗流模型。该模型能较好地刻画矿区岩溶水渗流和突水特征。

焦作煤矿区开采沉陷地生物复垦技术与试验研究

焦作市煤矿区是一个有着近百年历史的老矿区。长期以来,地下采煤引起的大面积土地沉陷及矸石山压占土地对该地区土地资源造成较大的破坏。为了改善矿区环境,结合焦作市中马村矿区采煤沉陷地土壤特点与工程复垦技术,提出几种生物复垦措施对复垦地土壤进行改良:酸碱中和法、绿肥法、施用化肥和农家肥、微生物法。试验结果表明:生物复垦技术是改善新土壤层的养分状况,增加有机质和保肥能力的最有效方式,采用生物复垦措施后,复垦地土壤结构明显得到改善,土壤容重明显降低,理化特性得到改善,试种的作物产量与工程复垦后土壤相比明显增加,基本接近普通农田的水平。

焦作矿区深部煤层赋存及煤岩煤质特征

分析了焦作矿区构造特征和底层分布,说明焦作矿区属典型的华北石炭-二叠系含煤地层,内断层非常发育,多为北东向、近东西向和北西向的正断层。通过对矿区地质分层及目标煤层赋存情况的研究,说明焦作矿区主煤层山西组二1煤层厚度大,分布稳定,属结构简单型煤层;地层自上而下分别为第四系、第三系、上二叠统上石盒子组、下二叠统下石盒子组、山西组及上石炭统太原组。最后对二1煤层煤岩煤质特征进行了分析,结果表明:山西组二1煤属高变质程度无烟煤,宏观煤岩特征为灰黑色,似金属光泽,半暗型,以暗煤为主,亮煤次之,棕色条纹,质轻、污手,块煤为参差状断口,煤芯呈块状、粉状及颗粒状,粒径0.1～1.0 cm。

焦作矿区煤矸石资源化利用途径分析

以焦作矿区煤矸石为研究对象,采用X R F、X R D研究了煤矸石的化学组成和矿物组成,用H R-ICP-M S、AF S分析了微量元素的含量。结果表明,煤矸石主要化学成分为SiO2和Al2O3,以及F e2O3、CaO、M gO、N a2O、K2O、Ti2O等,矿物组成为石英、高岭石、白云母、方解石及埃洛石。最后,对焦作矿区煤矸石在制备建筑材料、微量元素利用及农业生产等方面的应用进行了评价。

焦作矿区煤层气开发的水文地质条件分析

水文地质条件对煤层气的富集高产起着重要的控制作用。在系统研究焦作矿区水文地质特征的基础上，分析了水文地质条件对煤层气赋存、渗流、运移及煤层气生产的影响。焦作矿区水文地质条件，整体上有利于煤层气的赋存，但局部地下水强径流带，煤层气以水流为载体被逸散；岩溶裂隙发育区，煤系埋藏较浅而且又接近地表水体的区域，断裂发育且有可能成为导水通道的区域，地表水可能进入煤层，不利于煤层气的开采。煤层气勘探开发选择井位时，在其他条件相同情况下，煤层气井应选择在离断层较远的稍深部位。煤层气生产应合理处理可能造成的环境地质问题。

焦作采煤沉陷区土地综合整治与生态重建

采煤活动引起的地表沉陷和生态环境问题是制约矿区可持续发展的重要因素。以焦作矿区为例,开采沉陷面积达70.16 km2,最大沉陷深度超过8 m,导致一系列严重生态环境问题,如土壤侵蚀、土壤肥力下降、植被退化等。在低山丘陵沉陷区土地修筑梯田或改为缓坡地,在平原沉陷区采用排水、煤矸石或粉煤灰充填、挖深垫浅等工程措施。同时,采用种植大豆、花生等豆科植物或禾本科植物、增施有机肥等措施提高复垦土壤质量。

焦作矿区底板岩溶突水特征与预测

焦作矿区是我国著名的大型岩溶水充水矿区，底板突水灾害严重．介绍了突水源、突水强度与突水点的分布特征，阐述了矿压与突水、矿井充水程度与突水水压及隔水层及突水的关系．从突水地点、突水时间、突水量和突水危险度４个方面提出了评价和预测突水的新方法．

焦作矿区塌陷土地复垦有关问题的研究

对焦作矿区已往的塌陷土地复垦工作进行了总结和分析，提出了该矿区进行塌陷土地复垦的指导思想和基本原则，制定了宏观指导性复垦规划，预测和分析了此项复垦工程的经济效益、生态环境效益和社会效益．

焦作岩溶水系统水质模拟与污染原因探讨

焦作裂隙岩溶水系统是我国北方岩溶区发育比较典型的系统之一 ,岩溶水资源丰富 ,水质优良 .最近几年来的水质监测结果显示岩溶水已受到污染 ,突出表现在岩溶水Cl- 含量逐年升高 .通过建立分散参数二维溶质运移模拟模型 ,以Cl- 为模拟因子对污染原因、污染源进行了模拟计算 ,证实岩溶水Cl- 升高是人为污染所致 .

焦作矿区二_1煤储层物性特征及其对煤与瓦斯突出的影响

焦作矿区的构造煤发育,煤与瓦斯突出严重。基于研究区构造煤物性特征、分布及煤体结构等对煤与瓦斯突出的影响进行了探讨。认为区内二1煤层的煤体结构类型主要为破坏轻微的原生结构煤和破坏严重的糜棱煤,且两者呈分层出现;二1煤的微孔发育,煤体吸附能力强,加之软硬分层的纵向组合关系,煤体强度减弱,渗透性变差,导致瓦斯向顶底板运移难度增大,利于形成高能瓦斯富集带,增加突出的危险性;区域上构造煤分布影响着瓦斯突出的区域分布,局部构造煤分层厚度的突然增加也会增大突出的可能性。

河南焦作矿区二_1煤储层特征及煤层气资源潜力评价

根据河南焦作矿区地质条件、浅部煤田勘查区主要可采煤层二1煤煤层气含量,建立了数学模型,预测了深部煤田预测区二1煤煤层气含量。依据该矿区二1煤储层特征、煤层气资源条件,初步评价了该矿区二1煤煤层气资源潜力和可采性。