榆神矿区采煤对水源保护区的影响

榆神矿区三期规划区规划前,进行了采煤对水源地、地下水影响的研究,为矿区规划和合理开发利用提供了科学依据。本文对榆神矿区三期规划区及其附近的三个水源地基本条件,以及采煤对水源地的影响及其分区,进行了简要分析。     

榆神矿区资源赋存特征及保水采煤问题探讨

论述了榆神矿区煤炭、水资源的赋存特征及煤炭开发对水资源的需求和影响，提出了矿我开发保水采煤、保护环境的思路和方法。     

影响榆神矿区大保当井田保水采煤的地质因素及区划

分析了影响保水采煤的地质因素，对保水采煤安全煤柱的设计尺寸，以及大保当井田保水采煤分区提出了建议。     

榆神矿区浅埋煤层减水开采中预疏放标准确定方法

榆神矿区地处干旱半干旱地区,生态环境十分脆弱。疏放水是榆神矿区顶板水害防治的主要手段,但过度疏放不仅增加矿井排水负担,而且不利于保护浅层地下水资源。因此,在确保防治水安全的前提下,计算预疏放残余水头、确定预疏放阶段和回采阶段第四系松散含水层漏失量,从而实现总漏失量最小是煤炭减水开采中的重点研究问题之一。以榆神矿区锦界煤矿为例,在分析井田含、隔水层赋存特征的基础上,建立了煤层开采的2种充水模式,并对顶板含水层进行了富水性分区;以矿井涌水量实测数据为基础,分析了涌水量变化规律及其构成比例;采用Drain边界刻画多工作面连续回采内边界,建立了锦界煤矿采掘扰动条件下地下水流数值模型,研究了两种充水模式下预疏放残余水头在不同工况下的第四系松散含水层总漏失量变化规律,确定了工作面预疏放结束标准。结果表明:锦界煤矿煤层顶板为典型的沙(层)-土(层)-基(岩)型结构,主要充水水源为风化基岩水,主要充水模式为土层未缺失风化基岩充水型及土层缺失风化基岩和松散层混合充水型。采用GIS多元信息融合技术划分的井田富水性分区结果显示,相对强富水区位于井田二盘区局部地段、三盘区和四盘区大部分地段,与现场实际基本一致。矿井疏放水量与工作面回采残余涌水量曲线变化趋势基本一致,各占矿井涌水量的50%左右。通过数值模型计算得出两种充水模式下工作面预疏放结束标准为将充水含水层疏放至煤层底板以上15~20 m,保留一定的残余水头可进行回采,无需继续疏放。此时,第四系松散含水层水资源总漏失量最小,可起到减水采煤的作用。研究成果为榆神矿区浅埋煤层提供了“减水开采”的新思路。     

浅析榆神矿区矿井水及其利用

锦界煤矿是榆神矿区投产的第一座现代化煤矿,矿井水文地质条件在榆神矿区具有一定的典型性,煤矿开采的矿井涌水量较大,主要来源于第四系萨拉乌苏组和侏罗系直罗组。在论述煤矿水文地质条件基础上,提出对矿井水进行提前疏干利用或补给附近泉域增加地下水补给量,以减少矿井涌水量,促进地下水资源的合理利用,保护生态环境。     

浅析榆神矿区矿井水及其利用

锦界煤矿是榆神矿区投产的第一座现代化煤矿,矿井水文地质条件在榆神矿区具有一定的典型性,煤矿开采的矿井涌水量较大,主要来源于第四系萨拉乌苏组和侏罗系直罗组。在论述煤矿水文地质条件基础上,提出对矿井水进行提前疏干利用或补给附近泉域增加地下水补给量,以减少矿井涌水量,促进地下水资源的合理利用,保护生态环境。     

陕北榆神府矿区保水采煤工程地质条件研究

以煤田地质勘探资料为基础,结合野外工程地质测绘、原位测试和室内试验,分析总结了榆神府矿区与保水采煤相关的工程条件特点,进行了工程地质条件分区,在此基础上,初步讨论了不同荛叶质区保水采煤的可能性。     

榆神矿区地下水埋深上限阈值

减少矿产资源开发过程中水资源损失是生态脆弱矿区水资源管理的重点,量化地下水位埋深与潜水蒸发速率关系,可为西部干旱矿区水资源保护提供科学思路。以隔水岩组厚度与导水裂隙带高度之差,划分了榆神矿区煤层开采地下水位变化趋势分区;以水位埋深变浅区覆盖的风积沙为试样开展潜水蒸发试验,分析蒸发过程及不同水位条件下潜水蒸发规律;通过在水分特征曲线的转折点处构建双切线,推导求取地下水埋深上限阈值的解析公式;采用漏斗法测定榆神矿区风积沙的水土特征曲线,利用最小二乘法求取特征参数,求取榆神矿区煤层开采区地下水埋深上限阈值。结果表明:榆神矿区地下水位变化趋势可分为3个区,即水位埋深变浅区、过渡区和水位埋深增加区。水位埋深变浅区多位于榆神三、四期规划区,此区域水位埋深<4 m的面积占矿区面积的59.1%,开采沉陷极易造成地下水浅埋或出露;榆神矿区风积沙蒸发过程可分为2个阶段,即稳定蒸发阶段和水汽扩散阶段,地下水位埋深0.5 m左右时蒸发过程中的水分传输机制发生了转变,蒸发进入水汽扩散阶段;在稳定蒸发条件下建立了土壤水分运移方程,推求了地下水埋深上限阈值计算公式,地下埋深上限阈值与毛细上升高度和进气压力值有...     

榆神矿区水文地球化学特征精细分层研究

为了查清陕北榆神矿区各含水层水文地球化学特征, 实现对井下出水点水源的快速准确判别,利用水文地质补充勘探和井下工作面顶板预疏放钻孔施工,开展了水文地球化学特征精细分层研究,结果表明：榆神矿区延安组 2~#煤层顶板的各含水层之间没有稳定隔水层,大气降水是主要的补给来源,形成了低矿化度和弱碱性为典型特征的地下水。 顶板导水裂隙带范围内共发育 3 段含水段,出水段Ⅰ中水样的矿化度在 655.9～830.6 mg/L,与出水段Ⅱ和出水段Ⅲ存在较明显差异,且 Na⁺,Cl^-,SO₄^2-,HCO₃^-离子浓度也显著高于上覆 2 层出水段,可以作为出水段Ⅰ的水源判别依据。 利用工作面回采前顶板预疏放钻孔施工过程中分层水化学特征分析,可以补充修正地质勘探和水文补勘期间未能对煤层顶板“两带”范围内进行精细刻画的不足,实现煤层顶板直接充水含水层水化学特征的精细分层。     

榆神矿区地下水和干旱指数对植被耗水的联合影响

为研究干旱矿区地下水位下降和气侯变化对典型植被耗水的联合,选择榆神矿区优势植被沙柳为研究对象,以干旱指数表征气候变化,在野外调查、室内测试及原位试验的基础上,采用有限元算法分析不同地下水位埋深和干旱指数组合条件下的植被耗水特征。研究结果表明:植被生长受干旱指数和地下水位埋深的双重影响,当地下水埋深为1.0～2.0 m处,植被耗水主要受地下水控制;地下位水埋深为2.0～2.5 m时,植被耗水受地下水和干旱指数的双重影响;地下水位埋深大于2.5 m时,植被耗水主要受干旱指数影响;单指数模型可以很好的拟合地下水埋深和植被实际蒸腾量(T_a)与潜在蒸腾量(T_p)比值(T_a/T_p)的关系曲线,其相关系数高达0.99,利用单指数模型和T_a/T_p的比值可以反求出枯水年、平水年和丰水年条件下的植被生态临界地下水位,不同水文年的植被生态临界水位有差异性,认为当地下水位埋深大于1.24 m(平均),植被生长受到水分胁迫,当地下水位埋深大于2.06 m(平均),植被出现退化现象;同时,采煤引起地下水位下降对植被生态的影响是有限的,只有当采前地下水位埋深为1.0～2.5 m时,地下水位下降才会引发植被生态退化;当采前地下水位埋深大于2.5 m时,采煤引起地下水位下降基本对沙柳的生长不产生影响,此时植被生态退化主要受气候变化影响。目前,榆神矿区采前地下水位埋深普遍大于2.5 m,影响矿区生态环境的主要控制因素是气候变化(降水量),考虑到近年来榆神矿区降水量有增大趋势,因此出现"虽然地下水位明显下降,但是生态环境局部转好"的现象。     

某矿区带压开采逆断层活化及突水性分析

根据某矿区732工作面的实际地质特征，建立了力学模型，给出了断层位置法向应力和剪应力的计算公式，计算了该矿区在开采过程中F16逆断层面上的法向应力和剪应力，得出：随着732工作面的开挖，F16逆断层面产生附加法向应力和附加剪应力，附加的法向应力使得断层带内张性裂隙产生与发展，附加的剪应力使得断层带内剪切裂隙和断层两侧的剪节理张开，透水性增强。在此基础上，利用RFPA 2D Flow有限元软件模拟了732工作面开采过程中顶板破坏情况及底板渗流特征，结果表明：732工作面开挖过程中，由于F16逆断层浅部紧闭不导水以及底板页岩未破坏，对盘含水层到采场之间没有形成贯通的裂隙通道，奥灰水不能溃入采场，底板渗流量不足以发生突水危险。     

神府矿区上覆采空区积水突水危险性分析

在多煤层区采煤,上部煤层开采后采空区形成一定的积水,形成了上覆采空区积水,对下部煤层的安全开采会形成威胁,本文分析了神府矿区南梁煤矿2-2煤层开采前后水文地质条件变化,调查计算了采空区积水量,编绘了3-1煤层与2-2煤层之间隔水岩组厚度等值线,预计3-1煤导水裂隙带发育高度25.80~70.17m,而3-1煤与2-2煤间隔24.14~40.37m,3-1煤开采发育的导水裂隙带将到达2-2煤采空区,采空区积水将成为3-1煤开采的直接突水水源。     

高承压水体上开采煤层底板潜在突水区动态演化数值模拟

以底板受石炭系太原组灰岩高承压含水层威胁的淮北芦岭煤矿10煤为研究示范,利用有限元软件Plaxis 8.2建立能模拟承压水压力的10煤动态开采的数值模型,并考虑冒落矸石密度、变形参数与强度参数随时间的变化,分析底板采动破坏带与潜在突水区域的时空分布及其影响因素.研究结果表明:正常开采条件下,底板破坏深度随工作面推进距离的加大而增加,推进到一定距离后将达到极大值;随着煤层倾角的增大,由于冒落岩体的充填效应,开采冒落区导水裂隙提前闭合,潜在突水区域变小,并逐步集中于新近采空区;承压水压力越大,底板裂隙扩展并最终相互沟通的可能性越大,当承压水压力处于高值时,突水随时可能发生.     

承压水上采煤断层突水的固流耦合研究

在理论分析的基础上,建立了承压水上采煤的固流耦合数学模型,并编制了有限元程序,利用该程序用数值模拟的方法,系统地分析了各断层要素影响下采场的应力分布规律及突水机理,得出了断层倾角、断层厚度和断层断距与突水的关系;采用三元线性回归法,确立了正、逆断层下临界断层防水煤柱宽度与各断层要素的拟合关系式,给出了突水判据.     

榆神矿区中深煤层开采覆岩损伤变形与含水层失水模型构建

煤层开采覆岩变形损伤是含水层失水主要原因,针对榆神矿区中深煤层开采影响下含水层失水规律研究程度不高问题,根据矿区主采煤层覆岩的地质与水文地质结构特征,总结提出中深煤层开采覆岩损伤变形影响下含水层"侧向直接与垂向渗漏"复合失水模式,以COMSOL多物理场耦合数值分析软件为平台,提出了中深煤层开采覆岩变形损伤与含水层失水数值分析模型的构建方法:①利用岩石力学模块,通过建立煤层开采条件下覆岩采动应力、孔隙率与渗透率耦合关系,模拟输出弯曲带覆岩各剖分节点的位移变形量,计算采动渗透系数变化;利用Mohr-Coulomb塑性破坏准则识别出采掘扰动下导水裂隙带的发育范围;②利用COMSOL软件平台中大变形几何体自动重新剖分计算模块,重新进行网格剖分,形成采动变形二次剖分网格;③在达西渗流模块中,根据含水层与导水裂隙带间的地下水运动状态的转化特征,把采动导水裂隙范围数值处理成达西渗流边界,重新输入采动渗透系数参数,以建立含水层地下水失水分析模型。最后以榆神矿区曹家滩煤矿为分析案例,建立工作面尺度上煤层开采覆岩损伤变形与含水层失水分析模型,模拟得出工作面2~(-2)煤层分层开采(5 m采高)条件下导水裂隙最大高度为128 m,发育至直罗与延安组基岩含水层内部,含水层失水总量35.84 m~3/h,其中侧向直接与垂向渗漏失水量分别为23.17,12.67 m~3/h,煤层开采对近地表松散含水层影响小;一次采全高(10 m采高)条件下导水裂隙最大高度为202 m,发育至富水性好的风化基岩含水层内部,失水总量增加至130.31 m~3/h,其中侧向直接与垂向渗漏失水量分别为92.65,37.66 m~3/h,煤层开采对松散含水层影响较大。     

榆神矿区煤炭开采的地下水动态演化规律

榆神矿区浅表层水资源短缺,生态脆弱,在划分主采煤层上覆含、隔水层组合类型的基础上,采用Visual Modflow软件构建煤层开采的地下水流数值模型,研究地下水流场演化规律,统计区内地下水位观测网(56个水文观测孔)近3年的有效观测数据,掌握首采煤层开采地下水位动态变化。结果表明:2020年第四系萨拉乌苏组潜水流场与2005年统测地下水流场形态基本一致,地下水位降深值在西南部达10 m;近3年的地下水位未发生明显变化,仅YS22钻孔处受村民井取水引起水位下降。研究成果对榆神矿区地下水资源保护与利用具有重要的指导意义。     

水库下厚煤层综放开采的透水危险性的地质分析

为了评判水库下厚煤层综放开采采动裂隙是否相互连通并波及水体,以大平矿区井田范围内钻孔揭露的地层资料及工作面布置方式为基础,采用弹性理论获得了采动地表裂缝深度为 6.59 m,以大平矿区水库范围外的导水裂隙带高度实测数据作为预测接近样本,选取导水裂隙带高度的可测影响因素,结合主观的层次分析法和客观的熵值法对指标权重值进行综合确定,通过Matlab编程获得水库范围内各工作面采动后钻孔位置处的导水裂隙带高度的预测值及各影响因素的权重,同时采用Surfer软件的克里金插值法获得了地表裂缝和导水裂隙带之间的覆岩厚度及各组分岩性的厚度等值线,并进行了透水安全评估。     

准东大井矿区巨厚煤层开采覆岩含水层渗透特性研究

基于准东大井矿区赋岩柱状及岩性,构建了赋岩物理模型与数值模型。基于该模型,开展了赋岩位移与含水层渗透特性的模拟研究。结果表明:开采首分层覆岩含水层各测点位移随开挖长度的增加而增加;测点1~#物理模拟开挖至70～250m及数值模拟开挖至100～300m时,位移呈快速增加,其后位移变化稳定;测点2~#物理模拟开挖至70～420m及数值模拟开挖至250～500m时,位移呈快速增加,其后位移稳定;测点3~#物理模拟开挖至430～600m及数值模拟开挖至450～600m时,位移快速增加。物理相似模拟及数值模拟各测点变化趋势基本一致;覆岩含水层各测点有效应力与孔隙介质渗透率呈负相关;覆岩含水层各测点有效应力与裂隙介质渗透率呈正相关。开挖1～5分层渗透率大小为:测点1~#测点3~#测点2~#;开挖6～8分层渗透率大小为:测点3~#测点1~#测点2~#;覆岩含水层渗透特性与覆岩孔隙-裂隙双重介质动态变化特征有关,与采动覆岩应力变化具有耦合效应。