Hydro-geochemistry evolution in Ordovician limestone water induced by mountainous coal mining: A case study from North China

This research aimed to investigate the changing mechanism of hydro-geochemistry in Ordovician limestone karst(OL) water induced by mountainous coal mining activities. Thus, the hydrogeochemistry evolution of OL water over 40 years within a typical northern mountainous coal mine named Fengfeng Mine was studied by using Piper diagram, Gibbs scheme, ions correlation and Principal component analysis(PCA) methods. Results showed that, except for HCO3^-, the ions of Ca^2+, Mg^2+, SO4^2-,Na^++K^+, Cl^- and total dissolution solids(TDS) values all increased by years as mining continues. Different hydro-geochemical characteristics in different periods can reflect different water-rock interactions.Accordingly, sulfates dissolution gradually took place of carbonates in water-rock interaction. Especially,OL water-rock interactions in different periods were all affected by rock weathering and evaporationconcentration together. At last, evaporationconcentration co-effect dominated the hydrogeochemistry evolution slowly, along with significant cations exchange over years.

GIS-based Risk Zone of Flood Hazard in Anhui Province

[Objective] The aim was to study the flood disaster risks in Anhui Province based on GIS. [Method] Taking country as basic unit, the 1∶ 250 000 basic geographic data in Anhui Province as basis, from the angle of flood disaster hazard and economic vulnerability, and by dint of the calculation of the weight of each impact factor with entropy-based fuzzy AHP method, flood risk assessment model was established to study the flood disaster risks zoning in Anhui Province. Using nearly 10 years of disaster information in Anhui Province, the flood risk zoning of Anhui Province was studied. And the risks evaluation results of flood disaster risks in Anhui Province in recent 10 years were checked. [Result] The regional difference of flood disaster in Anhui Province was large. The most serious area of flood disaster was in Lingquan in Fuyang and Lingbi in Huaibei. The risks degree degraded from south mountainous area in north Anhui Plain to the mountainous area of west Anhui Province, from Huaibei Plain to the hilly area of Jianghuai and mountainous area of south Anhui Province. The disaster situation in Anhui Province in recent 10 years suggested that the areas suffering from serious economic losses were in Lingbi, Guzheng and Huainan in the south part of Huaibei Plain. The places having serious agricultural crops damages were in Tangshan and Xiao County in Huaibei Plain. Besides, the Jingzhai area in the Dabieshan in west Anhui Province also had serious agricultural crops in Jinzhai. Other places had limited disaster-stricken impacts; the distribution of disaster-stricken population and impacted area of agricultural crops were basically consistent. Therefore, the risk evaluation of flood disaster of Anhui Province based on GIS was basically consistent with reality. [Conclusion] This GIS-based flood risk zoning method had good practicability.

陕西省煤矿典型水灾隐患特征及治理技术

陕西省煤炭资源丰富,2022年煤炭产量达7.46亿t,是我国主要产煤省份之一。由于全省煤矿区地质及水文地质条件差异明显,煤矿水灾类型多样,随着近年煤炭开采强度的增大,水灾事故时有发生,防治水形势较为严峻。以煤炭赋存条件为基础,系统总结区域水文地质结构特征,界定典型水灾类型及各类水灾影响区域分布,论述典型水灾的形成机理及特征,并提出了相应的防控技术。研究表明:(1)陕西省主要煤炭产区分为陕北、黄陇、渭北三大区,陕北侏罗纪煤田主要有顶板松散沙层水灾隐患、厚层砂岩水灾隐患、溃水溃沙灾害,局部区域分布有烧变岩对煤矿造成水灾隐患;黄陇煤田主要受顶板巨厚砂岩水灾隐患、离层溃水隐患、泥砂溃涌灾害隐患威胁;陕北石炭—二叠纪煤田和渭北煤田,主要受到煤层底板奥陶系灰岩水灾隐患威胁。(2)陕北侏罗系煤田顶板水灾隐患主要为顶板含水层受开采导水裂隙带扰动形成,导水裂隙波及砂岩含水层或松散沙层可形成持续大流量涌水,部分区域充水强度较大,在短时间水量较大超过排水系统能力时造成顶板水灾,在薄基岩区域垮落带直接导通松散沙层时可转变为溃水溃沙灾害,导水裂隙带影响到烧变岩富水区域时可形成瞬时水量大且持续的烧变岩水灾;黄陇煤田顶板巨厚砂岩含水层受采动导水裂隙带波及形成高强度持续涌水并可能形成顶板水灾,当含水层下部隔水层厚度较大时,可能形成离层溃水灾害,当近煤层顶板岩层松软遇水易崩解时可转变为泥砂溃涌灾害;陕北石炭—二叠纪煤田和渭北煤田,煤层开采底板扰动破坏带或断层等构造导通奥陶系灰岩含水层时,会引发极为严重的底板突水灾害,该类灾害具突发性强、瞬时水量大的特征。(3)各区域的顶板水灾隐患治理技术主要包括钻孔疏泄、注浆治理、开采参数控制等,底板水灾隐患治理技术主要包括区域注浆加固及封堵等;烧变岩水灾隐患主要采取帷幕注浆与钻孔探放有机结合的防治技术。

新集矿区深部1煤层底板奥灰岩溶突水危险性评价

奥灰岩溶裂隙含水层是影响华北型煤矿深部开采的重要水害,在水-岩相互作用下奥灰含水层易导致煤层底板突水。为进一步认识奥灰岩溶突水问题,文章以新集矿区深部1煤层开采为例,利用矿区近些年最新积累的奥灰钻孔资料,选取断层强度指数、断层交叉点与尖灭点、含水层水压、富水性、隔水层等效厚度、脆塑比7个因素作为奥灰岩溶突水的主控因素,并结合层次分析法(analytic hierarchy process,AHP)确定各主控因素影响权重。运用地理信息系统(geographic information system,GIS)空间分析功能建立各主控因素专题图,通过对专题栅格图归一化处理,将各主控因素按照权重进行空间复合叠加,最终获得1煤层底板奥灰岩溶突水危险性评价分区结果。将评价结果与突水系数法计算结果对比分析可知,基于GIS的煤层底板突水危险性评价方法更符合矿区实际地质情况,可以为矿区深部煤层开采与水害防治工作提供参考依据。

基于瞬变电磁法的煤层风氧化带探查

煤层风氧化带的发育对煤矿的生产组织和安全回采影响巨大,针对准格尔煤田东部隆起带煤层风氧化带圈定的技术难题,研究了瞬变电磁法探查煤层风氧化带的可行性。首先对研究区正常地层与煤层风氧化区的电阻率测井曲线进行了分析,总结了正常区与煤层风氧化区的电性差异,并以电阻率测井曲线构建了煤层风氧化区地电模型;然后采用MAXWELL软件对理论模型的瞬变电磁响应进行了数值模拟,发现在煤层风氧化区瞬变电磁反演电阻率断面表现为浅部低阻层变厚、低阻异常幅值减小的异常特征,可以以此来圈定煤层风氧化区的分布范围;最后在数值模拟的基础上,在串草圪旦煤矿开展了现场试验,结合钻探情况对试验数据从瞬变电磁反演电阻率断面和平面2个角度进行了分析,结果表明瞬变电磁法探测划分风氧化带是可行的。

深埋煤层开采对河流安全性的影响评价

以文家坡煤矿4105工作面深埋覆水煤层开采为例,采用相似材料模拟和数值模拟方法,研究覆岩破坏和裂隙带发育规律,探究深埋煤层开采对红岩河安全的影响。研究表明:当工作面不断推进,采空区面积随之增加,覆岩在重力作用下发生弯曲变形,形成离层;当重力超过岩石变形极限时,覆岩会破坏变形,部分离层垮落消失,在垮落体上部发育新离层,两侧形成裂隙;4105工作面垮落带高度稳定在164 m;随着工作面的不断推进,导水裂隙带高度逐步上升,最终稳定在244 m;地裂缝自地表向下延伸32 m;导水裂隙带上方存在414 m的岩层做保护层,未导通地表,未与地裂缝沟通,因此红岩河不会发生渗漏,煤层的开采不会对红岩河产生影响。

煤矿防治水“三区”划分方法及其水害防治意义

为系统性认识矿井各类水害问题,规范化管理矿井防治水工作,国家矿山安全监察局于2022年6月将针对老空水防治的“三区”管理工作推广到顶板水害、底板水害以及构造水害等更多水害类型中。然而各地煤矿在防治水“三区”划分过程中暴露出水害致灾因素和水害治理情况等与划分标准结合不紧密,并且技术上未针对不同煤层和采区进行区别划分,同时划分区域范围和划分结果的规范性和时效性存在不统一。据此,结合防治水“三区”划分的目的,对比了新“三区”划分与老空水“三区”划分的异同,明确了以水文地质条件勘查程度、水害隐患分析、水害治理情况为要素的划分原则,理清了“三区”划分的技术路径;结合我国常见的5种煤矿水害类型特征,提出了不同类型水害的划分方法,即:地表水害应根据井田内地表水体的分布发育特征以及大气降水、滑坡等地质灾害对开采的影响程度等进行划分。顶板水害应根据导水裂隙带范围内是否存在富水性强或者富水性中等静储量丰富含水层、松散含水层等对开采造成威胁进行划分。底板水害应根据煤层带压开采区域底板隔水层厚度与矿压破坏带深度之间的关系以及底板突水系数大小进行划分。老空水害应根据矿井及周边矿井老空积水分布范围、积水量情况进行划分,构造水害应根据井田内断层、陷落柱、溶洞等地质构造和不良地质体的富水性、含水性、与水源导通情况进行划分;总结了划分工作的要点和难点,即:明晰划分时空范围、综合分析划分标准、明确“三区”管理职责、动态转换划分结果等;在此基础上,选择水害类型多样和水文地质条件复杂的典型煤矿井,遵循划分原则,根据划分标准,分煤层、分采区划分了可采区、缓采区、禁采区,并加以详细的解释说明;阐明了开展“三区”划分工作具有提升综合探测水平、强化预测预报能力、找准水害治理方向的水害防治意义,以期指导和规范我国煤矿防治水“三区”划分工作。

渭北煤田主要充水含水层氢氧同位素特征及指示意义

为探查矿区含水层补径排特征,开展了含水层氢氧同位素化学研究。以渭北煤田为研究对象,对研究区4个矿区的3个主要充水含水层和采空区,采集并测试了31组稳定氢氧同位素样品和7组放射性氢氧同位素样品。结合矿区水文地质资料与矿井涌水特征,综合分析了研究区充水含水层同位素地球化学特征及其指示意义。研究结果表明:研究区奥陶系灰岩含水层浅埋和深埋范围普遍与大气降水有联系。董家河煤矿相近太原组灰岩含水层和奥陶系灰岩含水层水力联系密切。研究区奥陶系径流方向整体为自西向东流动。研究区太原组灰岩含水层存在氧漂移现象,说明该含水层在煤炭开采扰动下,水岩相互作用密切。

基于水-岩相互作用的富水断层破碎带隧道突涌灾害演化特征

为研究开挖卸荷和水力荷载耦合作用下富水断层破碎带隧道突涌灾害演化特征,以沈白高铁西谷隧道工程为依托,考虑不同富水破碎带构造形式及地下水赋存特征,开展隧道突涌灾害演化过程研究。基于水-岩相互作用原理,建立三维离散元粘合块体-裂隙流耦合模型,明确不同地质构造特征下的隧道突涌灾害模式,分析破碎岩体裂隙扩展和地下水渗流的时空演化规律。研究结果有:引入黏合块体模型和裂隙流组合模型,建立了富水断层破碎带水岩相互作用力学模型,再现了富水破碎带隧道突涌灾害演化过程。不同富水破碎带构造形式引起的突涌灾变模式差异显著,且具有不同的触发条件和表现形式。断层破碎带倾角为45°时,破碎岩体沿掌子面下部溜塌涌入隧道,倾角为90°时,围岩向掌子面挤出,倾角为-45°时,表现为拱顶围岩垮塌。富水破碎带突涌灾害程度随着水头增大而加剧,其中倾角为-45°时,突涌灾害程度受水头高度的影响最显著,倾角为90°时,水头高度影响相对较弱,但突涌灾害程度最严重。

水峪煤业2号煤层带压开采可行性分析及评价

随着开采深度的增加,煤层底板突水成为影响矿井安全生产的重要地质灾害之一。以水峪煤业2号煤层带压开采为工程背景,对奥灰水地下水流场、富水性及隔水层阻水能力等进行分析,并采用突水系数法对2号煤层突水危险性进行计算,得到底板奥灰水突水系数为0.0102~0.0403 MPa/m,突水系数值均小于0.06 MPa/m,确定突水危险性分区为Ⅰ区,属于带压开采相对安全区。为避免矿井水害的发生,制定了带压开采技术措施,保障了水峪煤业的安全生产。

奥灰水害地面超前区域治理方法研究

在总结新安煤田水文地质条件的基础上,以孟津煤矿11030、11040工作面区域治理为例,分析了开展水害地面超前区域治理技术的必要性,讨论了区域治理设计中的关键技术参数以及实施的可行性,为其他矿区相似条件下开展水害地面超前区域治理技术提供了有益的借鉴经验。

平煤十一矿隐蔽致灾因素及防治措施研究

煤矿安全生产是工业生产的重要组成部分,安全隐患是煤矿事故的直接原因。采用生产揭露、物探、钻探、井下观测及分析计算等方法,对研究区构造类、地质类和工程类等隐蔽致灾因素进行了详细研究,确定了矿井主要隐蔽致灾因素,并根据致灾因素情况和特点提出了针对性的防治措施。结果表明,十一矿主要隐蔽致灾因素为断层、灰岩承压水、老空水和瓦斯,这些因素威胁着矿井安全生产,需要结合不同地质因素建立台账、分类管理,合理安排致灾计划,更好地服务于矿井安全生产。

煤层带压开采的实践与分析

奥灰水的对煤矿得到安全生产由极大的影响,根据对老窑沟矿煤层带压情况的安全论证,提出了“综合防治,带压开采”的技术方案。根据断层煤柱留设后可布置工作面长度,2#煤20203工作面为最长145 m;5#煤最长120 m,并对矿井排水能力进行了验证,进一步确定了带压开采的可行性。

南阳煤矿防治水分区划分及防治措施研究

以南阳煤矿3号煤层为例,依据其井田水文地质条件及防治水措施实施情况,对矿井水患类型进行分析,将矿井合理划分为可采区、缓采区及禁采区3个区域,针对各区的水害类型制定相应的防治水措施,并明确了矿井“三区”转换条件,提升了矿井防治水工作水平,为保障煤矿安全高效开采提供技术依据。

基于瞬变电磁的岩溶发育及富水分区特征研究

针对川南煤田观文煤矿的岩溶水害问题,采用瞬变电磁技术探测了矿区地层视电阻率,结合矿井地质资料确定了地层物性特征,分析了矿区岩溶发育情况和富水性特征,并对富水性进行了分区,判定了矿井充水水源。结果表明:观文煤矿水文地质条件复杂,岩溶发育分布广泛;共有富水异常体37个,其中岩溶溶洞异常数共20个,占54.1%;矿区岩溶富水性在平面和剖面上都具有显著分区特征,基本表现为下部强上部弱,北部强南部弱,西部强东部弱;西北端发育一条暗河,且与断层造成的破碎带相连,形成大面积的强富水区;长兴组灰岩岩溶—裂隙弱含水层和茅口组灰岩岩溶—裂隙含水层分别是未来矿井顶板和底板充水的主要水源。研究成果可以为矿井防治水工作提供依据。

物探异常区的验证方法与探讨

矿井水害是影响煤矿安全生产的主要危害之一,为了加强煤矿防治水能力,确保煤矿的安全开采,依据“物探先行、钻探验证”的煤矿防治水执行标准,以正珠煤业井田为研究对象,通过采用瞬变电磁法探明了物探异常区15J-1,给钻探提供靶区,减少了钻探工程量,提高了钻探精度,消除了安全隐患。通过使用各种手段对异常区进行验证,明确了15J-1物探异常区为15#煤层实煤区,平均煤厚为5.2 m,地质条件简单,整体为单斜构造,无采动破坏区,无水害隐患。

高庄煤业隐蔽致灾地质因素分析及防治措施

煤矿隐蔽致灾地质因素具有隐蔽性、时变性、突发性等,探测和预防难度大。煤矿开采过程中的几大灾害事故,多数与隐蔽致灾地质因素紧密相关。通过开展煤矿隐蔽致灾地质因素普查,推动煤矿企业强化安全基础工作,提升安全保障能力,进一步减少事故总量,有效防范和遏制煤矿重特大灾害事故,为煤矿制定防灾措施和安全生产奠定基础。

葛泉矿北翼奥陶系灰岩水文地质特征分析

为保持矿井可持续发展,了解下组煤资源特征,对影响下组煤开采的最强潜在充水水源的奥陶系灰岩含水层进行了研究。本次研究奥灰顶界面下100 m的水文地质情况,通过钻探、抽水试验、采样化验等手段,查明奥陶系灰岩含水层具有明显的不均一性和垂直分带性,奥灰含水层岩溶发育形态一般,局部良好,富水性为中等强,水质类型以HCO 3-Ca、HCO 3-Ca·Mg型为主,为将来下组煤资源的开采提供水文地质依据。

奥灰富水层注浆浆液控制技术研究及治理效果

为解决白洞矿业公司煤层底板奥灰水富水层突水问题,对2100工作面煤层底板陷落柱进行注浆改造。通过对浆液受注介质类型和浆液黏滞性时变过程研究,采用稠浆低压充填注入和稀浆高压补充的浆液控制技术,按照“地面物探—地面超前定向钻探验证—区域注浆治理”的治理手段对陷落柱范围的煤层底板进行注浆改造。结果表明:稀浆选择浆液比重1.1,稠浆选择浆液比重1.5进行连续注入;通过治理,奥灰岩中漏失段的平均单位吸水率由0.0029 L/min.m.m降为0.00088 L/min.m.m,工作面出水水量由70 m^(3)/h减小至8 m^(3)/h,注浆治理效果明显。

煤矿隐蔽致灾因素可视化在矿井灾害治理中的应用

煤矿隐蔽致灾因素是煤矿生产过程中的重要安全隐患,隐蔽地质灾害的预防和治理是矿井安全工作的重点和难点。从隐蔽地质灾害的表达、分析工具开发及煤矿隐蔽致灾因素可视化应用研究3个层面进行探讨,以三道沟地质保障系统所构建的全矿井三维地质建模作为载体,将普查报告所认定的隐蔽致灾因素进行准确定位、三维建模和分类管理,实现隐蔽地质灾害的可视化表达;分析工具开发方面,基于三道沟矿区地质环境和地层特点,通过研究矿井工作面开采形成的“上三带”的发育规律,开发专用建模工具,快速构建(模拟)回采工作面“上三带”模型;在应用方面,基于三维地质模型和专用工具,快速分析、模拟和预测隐蔽致灾因素对生产可能造成的影响,提高矿井安全管理水平。