华北型煤田水文地球化学勘探关键技术研究进展

华北型煤田是我国重要的煤炭基地,水文地球化学勘探是解决煤田开采过程中一系列水文地质问题的重要手段。在概化华北型煤田典型水文地质结构的基础上,分析采动影响下典型水文地质问题,揭示了华北型煤田地下水多场耦合关系与水文地球化学勘探作用机制及其测试分析处理技术;通过回顾水文地球化学理论发展历史,明确华北型煤田水文地球化学勘探技术的可靠性;汇总地下水常用的水文地球化学组分及其测试仪器,并从图解法、数理统计法、物理模拟和数值模拟等方面阐述水文地球化学勘探的技术手段;在此基础上,从地下水资源评价、突水水源动态识别、水文地球化学时空演化、地下水动力异常反演、地质结构异常反演、地下水混合模式构建及水热资源勘察等角度综述了多场耦合下华北型煤田水文地球化学勘探关键技术的应用研究进展,明确了水文地球化学勘探的优越性与可操作性。结合华北型煤田水文地质条件,提出华北型煤田水文地球化学勘探典型技术核心及其存在的问题,指明了水文地球化学勘探技术研究的努力方向。

山西介休青云煤矿底板奥灰水区域治理目的层位研究

区域治理作为华北型煤田底板奥灰水治理的重要技术方法,为奥灰水害的治理起到了重要作用。区域治理的关键是治理层位的选择。为准确选择确定华北型煤田底板奥灰水治理目的层,以山西介休青云井田为研究对象,在分析煤系底板地层结构、岩性特征、奥灰含水层富水性特征、突水危险的基础上,提出了底板奥灰水区域治理目的层位的四项原则,即治理后突水系数T≤0.06MPa/m、厚度大且发育稳定、随钻测井曲线易识别便于判层以及具有稳定的顶底板。根据该原则对青云井田底板奥灰含水层进行精细分析,并将奥陶系峰峰组上段确定为底板奥灰区域治理目的层。该层选择方法在青云煤矿南部采区F3断层西侧进行地面区域治理项目中进行了应用。治理后,经钻孔验证,奥陶系峰峰组灰岩基本没有涌水,注浆治理效果显著。

华北型煤田岩溶陷落柱某些问题研究

华北型煤田中发育的岩溶陷落柱是一种特殊类型的岩溶塌陷。本文在专题调查的基础上 ,总结了华北型煤田陷落柱的空间分布规律 ,初步提出了陷落柱宏观预测指标体系 ;从生产实践角度分析了影响陷落柱导水性的相关因素 ,讨论了三种与陷落柱有关的突水通道类型 ,并对陷落柱的鉴别及其与断层突水的区别进行了剖析。

华北型煤田岩溶陷落柱导水性研究

岩溶陷落柱在华北型煤田广泛发育和分布。本文研究了华北型煤田岩溶陷落柱的导水类型、导水条件及突水规律特点。这对华北型煤田煤矿安全生产有重要意义。

华北煤田岩溶陷落柱分类及其特征

在总结华北煤田多起陷落柱突水事例及对徐淮煤田40多个矿区调研的基础上,依据陷落柱不同发育阶段的水文地质工程地质特征等,将其分为4个发育阶段:前期发育阶段、强烈发育阶段、衰退阶段和死亡阶段。通过分析陷落柱发育的不同层位,将其划分为3类,即奥灰层位之上可溶岩组、奥陶纪可溶岩组及寒武纪可溶岩组。继而,将陷落柱综合划分为12类,并总结分析了各类型陷落柱的地质特征。

华北型煤田煤层开采对含水层的破坏模式研究

华北地区岩溶水系统分布广泛、水质好、水量丰富,是城镇工矿企业的重要水源,也是维护生态稳定的重要因素。华北型煤田大部分位于岩溶水系统之中,煤炭开采时水患与缺水并存,煤水矛盾突出。在总结了华北型煤田中煤炭基地的煤层及含水层发育情况的基础上,根据岩溶水系统的补径排条件、煤层分布区与岩溶水补给区的位置关系、地形地貌等因素,将采煤对岩溶含水层破坏类型分为三种类型:直接破坏、间接破坏型和无影响型;按地下水类型划分;将煤层开采对含水层的破坏模式划分为破坏顶板孔隙水、破坏底板岩溶水及破坏岩溶水、裂隙水、孔隙水3类,近而根据含水层性质及埋藏条件,含水层与煤层的位置关系,对煤矿开采对区域含水层破坏的模式划分了亚类。在进行含水层破坏类型和破坏模式划分的同时,也对各类型的特征进行较为详细的说明,为该区的煤炭开采和水资源的保护指明了方向。

华北型煤田岩溶陷落柱侧壁厚壁筒突水模式研究

岩溶陷落柱作为一种特殊地质体,在华北型煤田广泛发育和分布,本文就华北型煤田岩溶陷落柱侧壁厚壁筒突水模式及判据进行了研究,这对华北型煤田煤矿安全生产有着重要意义。

华北型煤田岩溶充水矿床充水模式及特征

通过对大量华北型煤田矿床水文地质条件研究,从岩溶水系统与下组煤关系入手,分析研究了不同岩溶水系统模式的充水条件和同一岩溶水系统模式不同系统位置充水条件,认为华北型煤田充水条件取决于岩溶水系统模式、构造特征及功能位置,据此将华北型煤田岩溶充水矿床充水模式归结为滞流活化型、单斜内部型、单斜边缘型、块断型、向斜内部型、向斜边缘型等6种,并进一步根据充水通道的不同将其分为滞流活化型陷落柱等15种亚型。同时对其特征进行了概略性总结。

华北型煤田底板灰岩含水层超前区域治理模式与选择准则

为建立系统的超前区域水害探查治理技术体系,分析概括我国石炭–二叠纪煤田煤层赋存及水文地质条件,从水害治理工程的系统性出发,围绕我国煤层底板水害超前区域治理工程施工过程中钻孔施工条件、层位选取、钻进工艺3个主要因素,概化形成适用于我国华北型煤田地质及水文地质条件的底板含水层注浆改造模式。综合考虑煤层埋深、煤层底板承受水压、底板岩层结构组合等判识指标,确定了各类治理模式的选择准则;结合钻孔布设、注浆材料2项指标,进一步划分出超前区域治理亚类模式。以淮北矿区、韩城矿区2个典型超前区域治理工程实践为例,分析了各区域治理模式的选取原则及工程应用效果。研究成果对指导我国煤层底板含水层超前区域治理工程模式选择与底板注浆工程实施具有重要理论指导作用。

新集二矿1号煤层220106工作面底板灰岩地面超前区域探查治理及效果评价

淮南煤田是典型的华北型煤田,中煤新集能源股份有限公司新集二矿位于淮南煤田的南部,该矿区山西组1号煤层处于"高水压薄阻水层"环境,开采过程中受下伏高压灰岩岩溶承压水的威胁,加之矿区独特的地理构造位置,形成了叠加大规模逆冲断层的多种垂向隐伏构造格局,因受煤系地层上覆巨厚推覆体片麻岩和寒武系高屏蔽及地表水体的影响,地面三维地震勘探效果不佳,难以查明1号煤层组至底板灰岩强含水层的垂向导(含)水通道,因此上述因素的叠加加剧了煤炭资源安全开采的水害威胁,提升了采煤事故发生概率。矿方结合采掘规划,严格按照相关要求,对受高压奥灰水威胁的1号煤层220106工作面开展了地面超前区域探查治理工程,以期采用多分支水平定向井工艺,在工作面内区域探查隐伏导水构造,并通过高压水泥注浆的方式进行封堵,达到工作面安全掘进与回采的目的。本文重点对新集二矿1号煤层220106工作面底板灰岩地面超前区域探查治理工程及其效果进行评价,可为该工作面的掘进与回采提供依据,为本区类似工程的开展提供参照。

基于华北型煤田岩溶充水矿床充水模式的勘查模式

华北型煤田岩溶水充水矿床水文地质勘查手段的选择依据主要是矿井存在的水文地质问题,对于勘查区特别是新的勘查区,确定水文地质条件复杂程度依据现行规范有一定盲目性。通过分析华北型煤田岩溶水矿床充水模式的主要水文地质问题,提出了相应的勘查手段,将其归结为钻探-物探-试验、调查-物探-钻探、物探-钻探-调查、物探-调查-钻探等4种模式,对于指导华北煤田岩溶水煤矿床水勘查具有重大的现实意义。

华北型煤田煤炭开采对岩溶水影响方式探讨

根据岩溶水系统的补径排条件、煤层分布区与岩溶水补给区的位置关系、地形地貌等因素,将华北型煤田采煤对岩溶含水层影响划分为直接影响型、间接影响型和混合影响型三种类型。直接影响型指岩溶地下水流向与地层倾向相一致,煤层分布区位于岩溶水系统补给区下游,煤层开采不会影响岩溶地下水的补给量,但岩溶水水位高于煤层底板,岩溶水通过构造等薄弱地带直接突涌入矿井,即通过增加岩溶水系统的排泄量而减少岩溶水资源量,主要分布在冀中煤炭基地和河南煤炭基地;间接影响型指岩溶地下水流向与地层倾向相反,煤层分布区位于岩溶水系统补给区的上游,煤层开采引起的地面变形使地表径流转入矿井,进而减少河流向岩溶含水层的渗漏补给量,岩溶地下水水位低于煤层底板标高,奥陶系岩溶水不会进入矿井,煤炭开采仅通过减少补给量而减少岩溶地下水资源量,主要分布在晋东煤炭基地二叠系上组煤;混合影响型两种破坏方式均存在,主要分布在晋东煤炭基地二叠系下组煤。分别以黑龙洞泉域的峰峰矿区和辛安泉域的潞安矿区为例,对直接影响型和间接影响方式进行了说明,并分别提出了三种影响类型的岩溶水保护措施。

淮南顾北矿F_(104)断层两侧岩溶水化学形成机制及导隔水性评价

利用断层两盘岩溶水化学特征判断其导隔水性对于我国华北型煤田水害防治具有十分重要的实践意义。以顾北矿F104断层两侧太原组岩溶地下水为研究对象,在分析断层两盘水文地质条件基础上,采用Piper三线图、离子组合比和主成分法,分析了主要组分来源及水-岩作用差异性,并采用PHREEQC软件对岩溶地下水进行反向水化学模拟。结果表明:南北区岩溶水均存在方解石和白云石的溶解和沉淀现象,南区阳离子交换吸附和脱硫酸作用程度强于北区,而北区黄铁矿氧化和岩盐溶解作用较南区明显,南北两区水化学环境及水-岩作用存在显著差异,进而推断F104断层具有较好的阻水性,且影响了其两侧的氧化-还原环境及温度差异,控制着地下水径流方向和水-岩作用程度。

邢东煤矿深部区域奥灰水害探查治理技术

为解决深部区域煤层开采的奥灰水害问题,以邢东煤矿-980 m水平内多个工作面底板探查治理工程为例,通过对矿井及工作面地质、水文地质条件进行分析,确定工作面回采期间的主要充水水源、充水通道及探查治理层位,结合钻探探查和注浆治理工程,通过工程效果检验,完成了研究区奥灰水害的有效防治。结果表明:研究区开采期间的主要充水威胁来源于煤层底板奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层水,主要充水通道为断层构造带。通过钻探工程探查,施工了1个地面主孔,40个地下近水平分支孔,根据伽马测井、水位观测和水温观测等钻探效果检验,确定本次探查到1个隐伏陷落柱(X8)、以及F_(23)等个别导水断层构造。经注浆工程治理,认为煤层底板奥灰岩溶裂隙发育程度不均一、注浆量与多指标相关性差,注浆条件较为复杂;经注浆终压、单位吸水率和现场实际揭露,注浆效果良好。通过本次奥灰水害探查治理工程,确保了矿井深部采区的安全生产。

华北型煤田奥灰水害井下综合防治技术探讨与应用

针对华北型煤田奥灰水害特点,通过对区域水文地质条件的分析,在井下采用物探、钻探、化探、放水试验等综合探查技术,查明工作面区域底板含水层富水性及导水构造发育情况。运用FLAC3D软件数值模拟,结合底板奥灰突水机理矿压分析成果,综合研究评价工作面开采所受奥灰水害影响情况。回采过程中采取监测预警措施,实现水文地质条件复杂区域工作面的安全开采。

华北型煤田岩溶水突水模式及承压煤层安全开采的技术措施研究

华北型煤田煤系基底为碳酸盐岩岩溶裂隙含水层,含水层有着厚度大、富水性强、水压大等特性,对承压煤层的开采造成了严重的威胁。特别当遇到导水构造时容易造成突水事故。因此,研究岩溶水的突水模式及承压煤层开采安全技术措施,对解放受岩溶水威胁的煤炭资源有着重要的意义。