THE REMOTE SENSING IN COAL GEOLOGY——A study on detection of coal spontanous burning by remote sensing in the coal fields in the north of China

The spontaneous burning has been lasting for thousands of years in the coal fields in the north of China. It spreads from the west (Tianshan coal field) to the east (Huolinhe coal field). Its E-W extension is up to 3750km, concentrating in N35°toN45°, its vertical depth up to 260m, and the surface temprature locally up to 270℃. Annually, it burns out 0, 250-300 million tones of coal, causing economic loss equivalent to 2-3 billion R.M.B. Yuan.It destroies coal resources and causes hazards in coal mines. In order to locate the extent and the direction in coal burning areas, the remote sensing technique has heen used and has produced an obvious benefit.

华北型煤田矿井水文地质类型与水害事故分析

为了查清华北型煤田矿井水文地质类型和水害防治现状,对该区2889个煤矿水文地质类型进行划分,从矿井涌水量及富水系数等方面研究了华北型煤田矿井水文地质特征,分析该地区防治水机构、人员和设备保障情况,剖析了2012-2013年华北型煤田较大以上水害事故发生的主要原因,研究成果可为我国今后煤矿防治水工作奠定重要的基础,为下一步防治水重点监管监察划定靶区。

镜质组反射率测试及其所反映的构造应力场

为了利用煤镜质组反射率推断豫北构造应力场,基于构造应力是造成镜质组反射率各向异性(VRA)的主要控制因素,对在豫北焦作、安阳、鹤壁三个矿区井下取的定向煤样品进行了室内显微镜下反射率测试,对测试数据按有关公式进行计算后就得出了由最大反射率值、中间反射率值、最小反射率值为轴组成的镜质组反射率椭球体(VRI).结果表明,研究区煤样显示二轴晶正光性,它们经过了强烈的构造变形,研究区煤样镜质组反射率各向异性是由构造应力所引起;由镜质组反射率椭球体(VRI)得出的豫北构造应力场与钻探、节理统计、河南省区域构造应力场分析等方法得出的应力场基本上是吻合的,但也有一定的区别,主要体现在应力场到安阳、鹤壁矿区后发生了向左的偏转.总之,利用煤镜质组反射率各向异性推断构造应力场的方法是可行的、是有效的.

华北型煤田岩溶陷落柱顶底部剪切破坏突水模式

华北型煤田广泛发育有岩溶陷落柱,岩溶陷落柱对煤矿安全生产有较大影响,特别是其突水性对煤矿安全生产威胁较大。从论述华北型煤田岩溶陷落柱顶底部剪切破坏突水模式及判据入手,分析了井下溶陷落柱突水机理。

华北型煤田中奥陶系灰岩顶部相对隔水段研究

为了减少和控制煤层带压开采突水灾变的发生,达到安全开采下组煤的目的,通过相关资料分析,对奥灰顶部相对隔水段的成因进行了探讨,提出了在矿区确定其厚度和分布范围的主要方法,即水文地质钻探方法及水文地质试验方法,并给出了对山西潞安矿区的研究结果.

巨厚奥灰含水层煤系基底的安全开采技术

开滦矿区通过研究煤系基底阻水带厚度和阻水性能 ;综合探查导水通道的分布 ;有针对性制定安全技术措施 ;对深部开采条件适宜的矿井 ,实施疏水降压开采等综合配套防治技术 。

强导(含)水隐伏陷落柱底板突水机理研究

华北型煤田采场底板隐伏强导(含)水岩溶陷落柱突水以其隐蔽性强,突水速度快,水量大,破坏性强,危害严重的特点已成为影响煤矿安全生产的重大隐患.但是,受奥陶系灰岩承压水和采动应力耦合作用下的岩溶陷落柱突水机理、突水过程和突水力学规律的研究尚不够系统和完善.本文以陷落柱上覆岩层层状介质假设和剪切破坏理论方法为出发点,建立了不同水平截面形状类型的强导(含)水岩溶陷落柱突水力学模型,并确立了奥灰承压水与采动应力共同作用诱发强导(含)水陷落柱突水的临界条件,并提出了突水危险性系数对陷落柱突水危险性进行定性和定量的评价.理论推导和数值分析表明,奥灰承压水和采动应力耦合作用下的强导(含)水陷落柱突水与其水平截面形状、隔水层厚度、岩石物理性质有关.当采场环境确定后,陷落柱水平截面形状则是决定其突水的关键因素,而且陷落柱水平截面形状是圆形时最容易发生突水.

软煤储层顶板水平井穿层工况下压裂缝扩展模型

为了探索煤层顶板中水平井向目标层穿层压裂的裂缝扩展规律,以华北石炭–二叠纪煤田为例,运用断裂力学、损伤力学以及流体力学等经典理论并结合现场实测资料,开展了压裂缝延伸距离与压裂时间时空演化规律的建模与验证。首先,基于原生裂缝特性、渗透特性以及压裂射孔段附加应力等因素,提出了顶板水平井垂向造缝的起裂压力计算公式;其次,在考虑裂缝性煤岩体损伤效应的基础上,引入Dougill损伤因子,将该计算模型拓展为延伸压力计算模型;最后,基于改进的经典PKN裂缝模型和压裂液滤失理论,建立了连续穿层工况下压裂缝延伸距离与压裂施工时间的函数关系。实践验证表明,根据理论模型合理调配时间参数,可以控制穿层裂缝的延伸距离。

山东黄河北煤田地表沉陷规律研究

为研究山东黄河北煤田开采地表沉陷规律,在黄河北煤田的邱集煤矿的西一采区建立了地表沉陷观测站,并按有关规程要求进行了观测,结合其他矿区的地表沉陷规律,利用回归分析法对所取得的观测数据进行研究,分析出山东黄河北煤田的开采沉陷特征,黄河北煤田的地表沉陷符合概率积分法,获得其参数分别为下沉系数0.86,主要影响角正切1.55,影响传播角89,°拐点移动距0得出了其下沉系数大、主要影响角正切偏小的特厚松散层的地表沉陷特点。

华北型煤田水文地质电法勘探的深度问题

直流电阻率、瞬变电磁场和可控源音频大地电磁测深是煤田水文地质勘探常用的方法。针对华北型煤田地层电性特点,通过电磁探测原理分析与勘察实例,说明了在此类地区需要更大的极距、更长的观测时间和更低的频率才能达到预期的探测深度。为在华北型煤田水文地质勘探中取得更好的探测效果,采用综合电磁探测方法是必要的。

华北型煤田防治水决策优化管理技术

多层孔隙、裂隙—岩溶含水层组的立体充水结构，是华北煤田矿床水文地质概念模型的主要特征。“拟三维”有限元数值模拟模型和其对应的优化管理模型不仅从立体空间的尺度真实地描述了其水文地质概念模型，而且本身也是一项能够为该类型煤田矿井防治水决策系统提供定量科学依据的防治水技术。

桐梓北部大竹坝井田含煤地层及可采煤层地质特征

大竹坝井田位于呈北东向展布的松坎复式向斜南东翼之次级褶皱-乐坪背斜南东翼，含煤地层为上二叠统龙潭组（P3Z），厚45．61～71．53m，平均厚61．10m，含煤层（线）2～6层，全区可采煤层一层（C3），局部可采煤层二层（C2、C4）。C3煤层具有低挥发份、中灰、中高硫、高固定碳、高熔灰分、高热值的特点。可作工业用煤、动力用煤、气化用煤和化工用煤以及民用等。井田以含煤地层相对较薄，可采煤层少，煤层厚度小，含煤率低为其特征。

华北地区煤系地层岩石热导率特征及对热害的影响

通过对华北地区煤系地层不同岩性岩石的取样测试及数据整理,分析了煤系地层的岩石热导率特征。结果显示,岩石热导率受岩石矿物组成的影响,随泥质含量的增加,砂岩到砂质泥岩、泥岩、炭质泥岩、煤的热导率依次降低;煤的变质程度越高,热导率越大;岩石热导率一般随孔隙度的增大而减小。不同岩性的地层组合控制着地温场的垂向分布,低热导率岩层(如煤层、泥岩夹层)的地温梯度大,地层急剧升温,成为易发热害地层。因此,研究岩石热导率垂向变化规律是预测煤矿深部地温分布,确定煤矿易发热害层位的前提。

基于物流场原理的北煤南运水运网络优化

根据物流场运行的基本原理,将我国"北煤南运"产地、港口、铁路、水运等要素与物流源、物流汇、物流节点、物流通道各要素相结合,依据物流场模型,建立我国"北煤南运"运输网络模型,对现有运输网络进行优化,实现运输利益最大化。结合实际中的"北煤南运"案例进行分析,验证模型的适用性,并对我国现有的煤炭水运网络进行分析。

华北型煤田典型矿井防治水技术对策研究

根据煤层赋存状态及受水害威胁程度的不同,将华北型煤田煤层分为上组煤和下组煤,其不同煤层防治水技术手段不尽相同。东庞矿是华北型煤田典型防治水矿井,开采煤层有上组煤和下组煤,通过对东庞矿防治水技术思路的剖析,可以清晰的看到,该矿防治水工作已逐步走向了系统化、规范化和流程化,是类似矿井可借鉴和发展的方向。

大同煤田北部瓦斯赋存规律

通过瓦斯地质图的编制,总结了大同侏罗纪煤田北部的瓦斯赋存规律,分析出高瓦斯区呈异常的带状分布规律,一个是沿十里河的东西向条带,另一个是从忻州窑—云岗—上深涧的北西向条带。在此基础上探讨了石炭纪煤层气体向侏罗煤系运移的可能性,并用聚类分析方法进行了判断、验证,指出了气体运移的通道。

华北型煤田奥灰顶部利用与改造判别准则及底板破坏深度

随着我国华北型煤田开采深度逐年增加,大部分矿井已面临由上组煤转向深部及下组煤开采阶段,奥陶纪灰岩岩溶水害威胁呈上升趋势,底板突水危险逐年增加,而目前规范和规程中的底板突水系数法虽然应用较广泛,但并未充分考虑到奥灰顶部实际阻水能力,其评价方法存在一定的局限性。在现有奥灰顶部地质及水文地质条件认识的基础上,提出了部分矿区奥灰顶部存在阻水性能较好的风化充填带可作为隔水层利用的理念,将煤系隔水层厚度、风化充填带厚度、注浆改造段厚度和底板扰动破坏深度视为底板突水系数判别式的影响因素,建立了改造奥灰顶部岩层段厚度的判别准则,论述了底板破坏深度在判别准则中的重要性,并以韩城矿区桑树坪煤矿11号煤层3105工作面开采为典型案例,通过构建的17组数值模拟方案,分析得出了煤层开采深度对底板扰动破坏深度影响最大、开采厚度最小、开采宽度则存在尺寸效应等结论;同时将模拟数据与全国相似矿区实测样本结合,给出了采深、采宽和采高3因素影响的预测模型,并对其进行了验算和适用性分析,结果表明新模型拟合方程的误差均值、百分比、方差和均方差均优于统计公式,具有预测精度高、误差小、适用性广等特点,基本满足工程实际需要。其研究成果可用于奥灰顶部含水段的注浆改造实际工程中,对深部下组煤安全带压开采提供有利的技术保障。

陷落柱周边采场应力分布特征数值模拟

华北煤田广泛发育有岩溶陷落柱,对煤矿安全生产有较大影响。该文论述了陷落柱的特征及其顶底部剪切破坏突水模式及判据。应用岩石破裂过程渗流应力耦合分析系统,对陷落柱及其周边应力分布进行了数值模拟研究,得出了陷落柱及其周边剪切破坏明显增加的结论。

华北型煤田奥陶系灰岩水的控制与管理

本文以地下水水力模型为基础，应用系统工程的方法，建立起华北型煤田奥陶系灰岩水的控制与管理模型，并在河南省鹤壁一矿进行了实际应用，解决了奥陶系灰岩水的控制与管理模型，并在河南省鹤壁一矿进行了实际应用，解决了奥陶系灰岩水局部疏水降压时比较棘手的三个问题：（1）不同提前疏降时间，疏水孔最优布局；（2）已知疏水孔布局，各疏水孔最优水量分配与提前疏降时间的关系；（3）提前疏降时间一定时，各疏水孔水量如何分配、如何变化，其经济效益最大和疏水量最小，所取得之成果可作为鹤壁一矿宏观控制奥陶系灰岩水的依据。

高填方渠堤土工格栅加筋技术研究

南水北调中线工程总干渠部分高填方渠段建于煤矿采空区之上,渠基易发生沉降变形,影响渠道的正常运行。为了研究高填方渠段的加固措施和施工方法,利用有限元分析软件ABAQUS对典型渠段的应力与沉降情况进行了分析。在分析成果的基础上,确定了渠基加固措施和施工方法,并选择两个渠段进行了实验性施工和沉降观测。观测结果表明,所采用的加固方案和施工方法行之有效,高填方渠道渠基的沉降变形满足设计要求。