焦作矿区地下水中氢氧同位素分析

为确定焦作矿区地下水来源,系统采取并测定了各种水体(泉水、地表水、第四系水、砂岩水、太灰水和奥灰水)的氢氧同位素(δ18O,δ2H,3H)和常规水化学离子,得到了矿区浅层孔隙水和深层裂隙水δD-δ18O组成关系,对比分析地下水、地表水和泉水的δ18O,δ2H,3H及Cl-,TDS特征。结果表明:矿区深层地下水主要接受山区岩溶水的侧向补给,补给高程及区域为海拔400～800 m的碳酸盐岩裸露区;当地降水为浅层地下水的主要补给来源;西部矿区地下水的70%来源于丹河水的泄漏;煤矿区地下水D漂移特征明显,形成机理是地下水与烃基和H2S交换作用的结果。

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．

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。

矿井水资源开发利用现状及潜力评价方法

为缓解水资源供需矛盾与水资源压力,评价矿井水开发利用现状,挖掘其潜力,是开展矿井水资源化利用的重要工作。梳理总结矿井水资源利用及相关概念与内涵,指出矿井水资源可利用量是开发利用能力的函数,对应开发利用能力的矿井水资源可划分为可利用量和不可利用量两部分。采用极限分析理论,推理辨析矿井水现状利用量、理论利用量及潜力等概念和定量关系,完善和统一了矿井水资源利用的概念体系和评价方法。以石圪台矿区为例,评价矿井水资源利用现状和潜力,计算出现状和理论可利用量分别为602.25万~1 159.75万m~3、730.00万~1 405.75万m~3,现状和理论利用潜力分别为0~163.66万m~3和131.67万~409.67万m~3,指出了现状矿井水资源利用的阈值空间和挖掘方向。

相关分析法在矿井涌水量预测中的应用

针对水文地质参数影响矿井水量预测可靠性的问题,提出利用多年矿井涌水量预测的相关因素分析法进行预测,以同煤大唐塔山煤矿为例,建立塔山煤矿充水地质模型,利用SPSS软件分析塔山煤矿矿井涌水量与累计煤炭产量、累计掘进进尺和累计采空区面积的相关性,建立矿井涌水量多元回归方程,实现矿井涌水量可靠预测。预测结果表明,塔山煤矿矿井涌水量与累计煤炭产量密切相关,煤矿开采3-5号煤层时的矿井涌水量为4 972 m3/d。该研究为煤矿防治水安全提供了可靠技术支持。

富含水层下煤矿开采涌水量预测方法对比研究

综合水文地质和工程地质调查结果、室内岩石力学实验、地下水动力学理论改进传统的"大井法",针对石嘴山矿区西翼采区特殊的地质背景,建立三维数值模型,对工作面涌水量进行预测,并结合传统涌水量预测方法和现场抽水试验结果与改进大井法所得结果进行对比,证明改进大井法对预测特殊边界条件下矿井涌水量更为精确;以及丰富采动过程中矿井涌水量的预测方法,减少水害对煤矿安全生产的威胁。

全孔蓄水法在高温火区爆破中的应用

针对高温炮孔因裂隙多导致蓄不住水的情况,将内层带有不透水材料的套管快速下放到炮孔并在短时间内注满水,在套管中装有模拟药卷并采用热电偶测量套管中的水温变化。结果表明:全孔蓄水可使工业炸药与起爆器材长时间保持在最高温度不超过水浴温度的环境中,因此能大幅延长高温火区装药施工时间。探索出高温火区的全孔蓄水爆破方法,并通过爆区规模试验,效果良好,该方法能保证施工安全,同时基本解决高温火区较大规模爆破的问题。

榆神府煤矿区矿井水水质水量地带性特征研究

为探究榆神府矿区矿井水水质水量地带性特征,通过单因子评价法和模糊综合评价法分析各煤矿矿井水主要超标因子及综合水质状况;通过计算矿井涌水量与年开采量比值,得出矿井富水系数。分析榆神府矿区矿井水水质水量地带性特征。研究结果表明:将研究区按水质特点划分为神府区、榆神区、榆横北区3个区域,神府区矿井水主要超标物质为Fe^(3+)、Mn^(2+)、F^(-);榆神区矿井水除NH_(4)^(+)超标外,其余指标均合格;榆横北区个别煤矿SO_(4)^(2-)、Cl^(-)、总硬度等超标严重,矿井水综合水质从北至南依次先变好再变差,矿井水水量从北至南逐渐增加,呈明显的地带性规律。研究成果可用于区域型的矿井水处理工艺设计。

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 .

清水营煤矿大倾角煤层赋存特征综合分析

全面了解复杂条件下大倾角煤层赋存特征是实现大采高开采安全开采的前提。清水营煤矿大采高工作面岩体节理与裂隙发育,富含水。基于现场地球物理勘探的基础上,完成了矿区工程地质特征的综合调查,分析了岩层岩性、构造、地震物理特征以及煤岩的物理/力学参数,为大采高安全开采提供了地质保障。

注水压裂技术在焦作大水矿区煤层气开发中的应用

河南焦作矿区是我国著名的大水矿区,主采的二1煤层含气量较高,一般在10-20 m^3/t,是开发煤层气的理想区块。但煤岩本身渗透率普遍较低并且具有很强的压缩性,进而导致难以自然开采。为了探索矿区压裂抽采试验成功与失败的原因,通过对二1煤层与底板的力学特征、构造特征、水文地质特征以及抽采试验的工艺数据的实例分析,阐明了水文地质作用对煤层气赋存及压裂抽采井产能的影响机理,即强烈的地下水径流作用,使原先游离于储层空隙中的煤层气逸散殆尽,孔隙水压也使得大量吸附于裂隙中的煤层气难以解吸,因而无法形成长期稳定的单井规模产量。

西北大型煤炭基地地下水监测背景、思路及方法

我国14个大型煤炭基地中,西北地区分布有神东、陕北、黄陇、宁东、新疆等5个,2018年原煤产量占全国的46.28%。这些煤炭基地地处干旱半干旱地区,水资源贫乏,煤炭开发对含水层的扰动强度较大,甚至造成含水层结构损伤,地下水渗漏,水位下降并引发一系列环境问题。通过科学规划和采煤技术方法革新,调整煤炭开发布局和采煤技术方法,最大限度的减轻煤矿区含水层损伤,已经取得成效,但煤炭开发对地下水扰动动态影响的监控,必须通过建立矿区地下水监测网才能实现。论述了西北煤炭基地地下水监测网建设的背景和思路,介绍了陕西境内陕北、神东、黄陇三个大型煤炭基地地下水监测层位选择、建设部署及数据采集、传输与接收、管理。陕北、神东(陕西境内)和黄陇3个大型煤炭基地主要含水系统包括石炭系—侏罗系碎屑岩裂隙承压水与上覆第四系松散层孔隙潜水含水层系统、白垩系碎屑岩裂隙孔隙承压水-潜水含水系统和寒武—奥陶系碳酸盐岩岩溶水含水系统。地下水监测层位的选择以具有供水价值和生态意义,且受采动影响强烈的含水层为原则,陕北、神东煤炭(陕西境内)基地主要监测第四系萨拉乌苏组、第四系黄土、烧变岩和侏罗系风化基岩地下水,黄陇煤炭基地黄陇—永陇矿区主要监测白垩系地下水,渭北矿区主要监测奥陶系岩溶地下水。通过新建或改造原有水文长观孔,已经建成了由218口监测井构成的陕西境内大型煤炭基地监测网,监测数据采用自动化采集、无线传输与接收和统一管理,基本实现了监测数据的实时动态观测和规范化管理。

黄土区大型露天矿排土场水力侵蚀计算与防治

以黄土区安太堡露天矿未复垦排土场为对象,研究未复垦排土场平台水力侵蚀(沟蚀)状况,通过实地外业采样和内业数据处理,结合数据统计分析平台,计算出了研究区内的沟蚀量分布情况,并分析了平台汇水面、土壤容重、坡度与沟蚀模数的关系,估算研究区水力侵蚀造成的直接经济损失,提出排土场平台复垦和水土流失防治措施。结果表明:(1)研究区水力侵蚀严重,总体沟蚀模数相当于自然地貌土壤侵蚀模数的6.8倍,其中平台汇水面对沟蚀模数的影响巨大;(2)排土场平台表层土壤压实,40cm以内土层压实最为严重,深层土壤土质较疏松;(3)排土场平台坡度和坡长在一定程度上可以反映出土壤侵蚀的高低,在水土流失防治措施中应予考虑。在平台复垦和土壤侵蚀防治中应采用减少平台汇水面积、增大地表水入渗能力和提高植被覆盖度的措施为主,本研究成果可为排土场复垦和水土流失防治提供参考。

富水异常区超前探查的综合物探技术评价

针对焦作矿区的矿井水文地质特征并结合采掘情况,在演马矿、冯营矿、九里山矿和古汉山矿,分别选用音频电透、瞬变电磁、直流电法、地质雷达、无线电坑透仪、瑞雷波仪等技术对巷道和工作面采掘前方和顶底板的富水异常区进行了探测,其准确率达100%.评价了6种井下物探技术的适用条件及优缺点,现场井下探查时应尽可能采用2种以上的物探技术开展工作,以提高井下物探的准确率.

基于因子分析法的焦作矿区底板突水模型研究

为研究焦作矿区工作面底板突水的主要影响因素和防治措施,选取地质构造λ_(1)、煤层厚度λ_(2),煤层倾角λ_(3)、工作面宽度λ_(4)、开采深度λ_(5)、含水层水头压力λ_(6)、隔水层平均强度λ_(7)、隔水层平均厚度λ_(8)作为研究变量,建立了焦作矿区工作面底板突水的因子分析模型。研究结果表明:焦作矿区底板突水的8个变量可归纳为采矿赋存因子、采矿设计因子、技术可变因子;得出了模型加权综合得分大于等于0.95时则突水危险性很大,且需采取相应的技术措施的判别标准;该因子分析模型在赵固二矿11011工作面成功应用并验证了其正确性。该研究成果对焦作矿区及类似地质条件下采掘工作面底板是否需要注浆加固或采取其他防治措施提供了一定的参考意义。

西部煤炭高强度开采下地质灾害防治理论与方法研究进展

基于国家重点基础研究发展计划(973)项目:西部煤炭高强度开采下地质灾害防治理论与环境保护基础研究,从地质环境条件、地质灾害形成机理、预测评价方法和灾害防治理论等4个方面,开展了西部煤炭高强度开采下地质灾害防治的总体研究思路和相关研究。通过西部富煤区域侏罗-白垩系构造地质及水文地质的研究,揭示了富煤区域地层结构及水沙动力学特征;基于采动岩体力学行为研究,揭示了大面积顶板切落、突水溃沙等地质灾害的发生机理,形成了防治重大地质灾害与环境损伤的采煤理论和方法。该研究将地质灾害防治和生态环境保护进行有机的结合,从源头解决制约我国西部煤炭开采的关键问题,可为我国西部煤炭资源长期大规模安全高效绿色开采奠定理论基础。

综合物探技术在焦作矿区防治水中的应用

焦作矿区位于华北型煤田的中部,是著名的大水矿区,主要受煤系地层下的巨厚奥陶系灰岩地下水威胁,水文地质条件复杂、含水层多、裂隙较发育。为了减少突水事故的发生,在焦作矿区采煤工作面分别应用了瞬变电磁、直流电法、无线电波坑透仪等物探手段进行探测,预测结果有效遏制了突水事故的发生。

威西矿区大面积连通井组特点研究

在岩盐开采的中后期,必将形成大面积连通井组。对大面积连通井组特点的研究,有利于提高大腔采收率和采卤能力,降低采卤成本,更好地实现经济运行,为企业追求效益最大化提供理论依据。

8.0m大采高工作面煤矿地下水库建设技术可行性研究

基于补连塔煤矿8.0m大采高工作面煤层赋存条件及水文地质条件,分析了煤矿地下水库建设的技术可行性内涵,采用理论计算及UDEC数值模拟分析方法,研究确定了8.0m大采高工作面的涌水量、储水空间及导水裂隙带高度。研究结果表明,12511超大采高工作面导水裂隙带直接沟通至地表,裂采比约为23.78,满足地下水库建设对导水通道的要求。通过分析超大采高工作面上覆岩层断裂结构及各分界岩层的位移轨迹曲线,确定工作面采空区的最大储水量约为5058773m^3,满足地下水库对库容的要求。补连塔煤矿8.0m大采高工作面满足煤矿地下水库建设对水源、库容、导水通道条件的要求,可以通过建设煤矿地下水库实现对矿井水的储存于调用。

论西北大型煤炭基地地下水监测工程问题

西北地区煤炭资源量占全国的73%、原煤产量占70%左右,在我国能源安全中具有重要作用;但水资源贫乏,大规模、高强度的煤炭开采对地下水的扰动强度大,部分区域已经造成了地下水位下降和地表水系干涸,生态环境保护与煤炭开发的保水采煤矛盾突出。为了做好煤矿区生态环境保护,建立地下水监测网,实时监控煤矿区地下水动态变化,及时采取地下水保护对策,是西北煤矿区生态文明建设的当务之急。论述了大型煤炭基地地下水监测网建设的必要性和基本条件、监测层位,建议采取"政府指导、企业主导"的方式,利用矿山地质环境恢复治理基金建设地下水监测网。陕西已经按照这一思路,统一编制了大型煤炭基地地下水监测方案并予以实施,并在2018年完成首期示范工程,在神东、陕北、黄陇三个大型煤炭基地的174处大中型煤矿建设225口示范井,同时对现有监测井进行技术改造,实现统一监测,为保水采煤奠定基础。