隔水层再造——西北保水采煤关键隔水层N_2红土工程地质研究

西北干旱-半干旱区浅表层水(河流湖泊水、沟谷径流水、第四系砂层潜水等),是维系区域生态地质环境(生态层)的珍贵水源,是煤层开采水资源保护的主体。根据区域浅表层水含隔水层地质结构,西北煤田煤层覆岩之上广泛分布新近系N_2红土,为浅表层水底部的直接隔水层或沟谷径流的下垫层,对区域保水采煤、生态环境保护,起到至关重要的作用,是关键隔水层。在分析N_2红土区域分布特征、基本物理-水理-力学性基础上,采用N_2红土采动破裂钻孔原位压水试验、蠕变渗透性测试、水-土相互作用试验等,对N_2红土不同程度采动破裂前后及其采后应力恢复蠕变的隔水性能变化特征进行了深入研究分析,发现N_2红土隔水性能受采动破坏后,具有很好的自我恢复功能,并从其地质结构组成、水-土相互作用及其流变特性方面,解释了隔水性自然恢复机理;由此提出隔水层再造及其应具备的主要工程地质属性。

釆动破裂N_2红土渗透性试验研究

N_2红土层是我国西北干旱-半干旱矿区广泛存在的、对保水采煤起关键作用的隔水层,为了研究釆动破裂N_2红土水土相互作用渗透性变化规律,在分析N_2红土矿物成分及膨胀性的基础上,采用自制的水土相互作用突水过程试验装置,定量化地研究了不同釆动破裂宽度N_2红土水土相互作用突水演化过程.研究结果表明:N_2红土的黏土矿物中亲水性矿物蒙脱石(含量达36%)、伊利石/蒙脱石混层(含量达18%)含量高,亲水性强,具有较强的膨胀性;釆动破裂N_2红土水土相互作用的初期裂缝周边松散颗粒堆积、裂缝边缘溃塌较为剧烈,裂缝闭合量较大,突水试验100 min中前15 min裂缝闭合量约占总闭合量的60%;突水量的变化可分为典型的3个阶段,即初期水量快速下降阶段、中期水量缓慢下降阶段和后期水量稳定阶段,裂缝宽度越大,突水稳定时间越长;釆动破裂N_2红土水土相互作用渗透性与时间呈负指数关系.