岩溶泉域煤矿奥灰顶部相对隔水性及水文地质特征研究

 奥灰岩溶水水害是华北型煤田深部开采的关键制约因素,复杂的水文地质环境是灾害频发的主因。运用钻探、水文地质试验及地球物理探测手段对保德井田奥陶系顶部岩性、岩溶裂隙发育特征及相对富水性进行综合研究,论证研究区奥灰顶部相对隔水性。实施单孔抽水试验及群孔抽水试验,查明奥灰含水层渗流场特征;通过岩溶水水化学分析,探讨奥灰含水层水化学场特征及其演化规律：沿径流路径,岩溶水水质类型总体呈HCO3→HCO3•Cl→Cl的演化顺序。依据奥灰含水层水化学特征划分岩溶水径流分区,表明井田奥灰含水层处于弱径流–滞流区。基于井田奥灰含水层水文地质特征,提出奥灰顶部注浆改造的“深度合理,施工便利;物探先行,靶区圈定;优先布网,监控紧跟;上游布孔,引导注浆;成效保障,环保并重”的总体原则,对深部开采奥灰岩溶水水害防控及顶部注浆改造实施具有一定的指导意义。     

济源金捷煤矿下组煤开采水文地质条件分析

针对济源金捷煤矿下组煤开采水文地质现状,本文通过对井田水文地质工程调查,充分分析矿井含水层、隔水层及水害威胁等,通过计算得出煤层底板安全隔水层厚度及奥灰水底板隔水层突水系数,为安全开采提供技术保证,同时为济源市下冶地区同类型条件下煤层开采提供了很好的技术途径。     

奥陶系灰岩顶部超前区域注浆浆液选配分析

煤矿底板注浆加固或改造广泛采用水泥基浆液,而由于注浆材料和浆液性能的差异,在注浆实践中缺少对注浆材料的合理选配及浆液类型和配比的有效调控,致使超前注浆效果难以达到预期目标。针对上述问题,以邯邢矿区奥灰顶部注浆改造为背景,通过分析奥灰顶部宏、细观发育特征,结合当地注浆所用水泥、黏土和粉煤灰等注浆材料的粒径分布特征,对注浆材料进行了合理选配;考虑水灰比、水玻璃掺量、奥灰水化学类型、固相比等因素,对水泥基浆液的物理力学性质进行了正交试验,得到了水泥基浆液物理力学性质及其主控因素。研究结果:奥陶系灰岩顶部峰峰组七段岩层富水性和渗透性大于其上部峰峰组八段,细观空隙中数量占比以闭合裂隙和微张裂隙为主,均值分别为120 μm和420 μm,宽张裂隙和中张裂隙在裂隙面积中占主要比例,具有较好延展性;奥灰顶部注浆改造过程中可采用水泥-粉煤灰或水泥黏土浆液进行“垫底式”充填注浆,而后采用水泥浆液对微小裂缝和闭合裂隙进行升压注浆或劈裂注浆;水泥浆液、水泥-粉煤灰浆液、水泥-黏土浆液的凝结时间主控因素均为水玻璃掺量,水泥浆液黏度的主控因素为水玻璃掺量,水泥-粉煤灰浆液和水泥-黏土浆液黏度主控因素均为水灰比,水泥浆液和水泥-粉煤灰浆液结石率主控因素均为水灰比,水泥-黏土浆液结实率主控因素为水玻璃掺量,三种浆液抗压强度和抗折强度主控因素均为水灰比;综合注浆工艺、承压含水层静水压力、受注地层特征等因素,得到了满足静水压力10 MPa的奥灰顶部适用性的配比浆液和调控工艺,可为奥灰顶部超前区域改造注浆材料选配和浆液调控提供借鉴和参考。     

高压奥灰水大型逆断层下盘煤层安全开采研究

 在底板高压岩溶含水层上且靠近较大断裂构造弱面采矿时,隔水层段的残余厚度和断裂的采动活化程度是能否突水的关键因素。为探索这类问题,以徐州矿区柳新煤矿在大型逆断层下盘带高压奥灰岩溶水开采深部煤层为实验现场,根据奥陶系顶部存在隔水层的观点,对该逆断层进行数值模拟、力学及演化的地质历史分析、探测和现场渗透性实验后,完成工作面的安全保水试采。试采结果表明：该矿井田内的奥陶系顶部存在厚约118 m碳酸盐岩隔水层,该隔水层由充填带和岩溶不发育带构成;逆断层天然状态下不导水,工作面开采造成了下盘煤层至上盘奥陶系顶板逆断层面(约60 m)的局部活化,而处于奥陶系顶部隔水层段内的断层面未被活化。若上盘奥陶系顶板就是岩溶含水层顶板,则在高水压的驱动下岩溶水将沿逆断层活化段向工作面渗透而造成突水。奥陶系顶部碳酸盐岩隔水层和断层天然不导水是工作面贴近断层开采而不发生突水的主要原因。     

奥陶系顶部岩层渗流力学特性及作为隔水关键层应用研究

华北型煤田受岩溶强含水层威胁的煤炭资源含量巨大,特别是下组煤因距离奥陶系太近而不敢开采。近年来,煤矿奥灰突水灾害损失日趋严重,而奥陶系岩溶水又是华北地区重要的地下供水水源,因此,底板保水采煤和煤矿防治水技术急需关键性的突破。本文围绕将奥陶系顶部岩层作为隔水关键层的水文地质环境及其渗流力学特性,开展奥陶系顶部隔水层的形成与演化规律、破碎岩体渗透性测定、奥陶系顶部隔水关键层的构成与力学特征理论分析和数值模拟、断裂活化导水性能、陷落柱渗透性能等方面的研究,取得了如下创新性成果:     

水银洞金矿区茅口组岩溶水水化学特征及指示意义

贵州贞丰水银洞茅口组岩溶水水质分析表明,同属于茅口组岩溶含水层,由于其空间分布的不同,其水化学场也存在较大差异,这与地质构造、地下水的赋存及埋藏条件、地下水的补给、径流、排泄条件等因素的不同有关,由此可作为划分的地下水系统的依据。即使空间分布相同的同一岩溶水系统,随着时间的差异,水化学特征也会发生变化。矿山开采过程中对埋藏型岩溶水水质有较大影响,水化学演化受控于采矿活动及地质构造背景。     

新驿煤田奥灰顶部相对隔水性及底板 突水危险性评价

 为探索华北石炭二叠纪煤炭资源,特别是大量受奥灰水威胁的“下组”煤的安全开采问题,根据“奥陶系顶部存在隔水层并可作为隔水关键层”的观点,通过对新驿煤田奥灰顶部岩性、裂隙岩溶充填情况及钻探漏水、测井出水段等各方面的综合研究措施,论证奥灰顶部相对隔水性。在此基础上,分析并评价煤层底板阻水能力的主要影响因素,并对影响下组煤开采的底板奥灰突水危险性进行分区评价。研究结果为新驿煤矿区下组煤开采的防治水工作提供了参考。将奥陶系顶部相对隔水层作为整个煤层底板隔水层的一部分进行底板突水危险性评价,可以使评价结果更准确。     

奥陶系石灰岩含水层钻孔隐性漏水机制 与防治方法

 由于封堵不良钻孔形成的导水通道而造成煤矿突水事故时有发生,特别是奥陶系石灰岩含水层(简称“奥灰”)钻孔隐性封孔不良,其形成的水害隐患更具有突发性、隐蔽性,对安全生产影响严重。以兴隆庄煤矿为例,通过对三灰地层的一采区石门巷道新增出水点、出水水样呈奥灰水质特征以及奥灰、十下灰水位异常等水文地质异常现象的分析研究,可以判断奥灰钻孔具有隐性漏水。主要原因是由于地质条件变化,在未下套管前的钻孔意外进入奥灰富水区,从而导致高压、高流速水流向其他含水层排泄,使得水泥封孔效果不佳形成隐性导水通道。据此提出井下钻孔化学注浆的防治方法,可对该类水害的防治有指导意义和借鉴价值。     

基于灰色关联–FDAHP法与物探成果相结合的奥灰富水性评价

华北型煤田深部煤炭开采严重受到奥灰水的威胁,因此对奥灰含水层富水性的评价涉及到煤矿安全生产。根据《煤矿防治水规定》含水层富水性评价依据为单位涌水量,但实际勘查过程中该指标数据十分稀少,因此无法客观全面地评价整个井田奥灰富水性。为了解决这个问题,提出一种综合灰色关联法、模糊德尔菲层次分析法(FDAHP)和地球物理探测相结合的奥灰富水性评价预测方法。以山东良庄井田为研究背景,选取钻孔涌水量、含水层厚度、断层影响因子、冲洗液消耗量4个评价指标,利用灰色关联法和德尔菲专家打分法确定各指标对奥灰富水性控制的相对权重,在此基础上构建基于灰色关联和FDAHP的奥灰富水性指数数学模型,利用地球物理探测获得的奥灰富水性成果,对模型进行检验,确定富水性等级分区阈值,将建立的模型分区成果与物探实测成果相结合,绘制出整个井田奥灰富水性分布图,并利用钻探揭露奥灰漏水点、突水点、抽水试验和水源井分布等现场工程数据对分区结果进行验证。提供了一种在传统单位涌水量资料稀少的情况下,相对科学地评价整个井田奥灰富水性的方法。     

滕南矿区岩溶陷落柱分布特征及其控制因素分析

针对岩溶陷落柱导致的突水具有隐蔽性和突发性的特点,为了预防岩溶陷落柱突水,对岩溶陷落柱可能发育的区域加以预测。根据滕南矿区地质与水文地质资料,分析已揭露的陷落柱的分布特征,总结岩溶陷落柱的发育规律。结果表明:岩溶陷落柱分布和发育具有不均匀性,多发育在矿井浅部,以及富水性较强和强径流条件的区域;岩溶陷落柱发育主要受奥灰埋深、奥灰含水层的富水性、地质构造控水条件及奥灰地下水径流条件4个因素的综合控制。在此基础上,构建层次分析评价模型,采用专家打分赋权方法,对4个控制因素统筹考虑,预测未来可能发育岩溶陷落柱的区域,旨在控制和避免煤矿生产中揭露岩溶陷落柱或处理不当而造成灾害。     

河谷碳酸盐岩型铅锌矿深部矿坑涌水主控因素研究

西南金属矿区含水层空间结构复杂,多属水文地质条件复杂的河谷岩溶裂隙充水矿床,深部开采极易诱发岩溶涌突水问题,查明矿坑涌水主控因素是解决水患问题的关键。本文以位于云南某河谷的碳酸盐岩铅锌矿为例,基于水文地质勘察、钻孔水位监测、放水试验、涌水量动态观测,查明矿区岩溶发育强度及地下水流场特征,分析矿坑深部充水水源及通道,讨论帷幕注浆工程对矿坑涌水的影响。结果表明：矿坑涌水主控因素为北东—南西构造裂隙,以大气降雨入渗补给为主,地表河流因地下水位下降呈悬挂式河流,缓慢渗流补给地下水且不存在灌入式通道;受近南北向、北东向、北西向3组构造影响,空间上构成“Y”型充水通道,西北、北东、南北向导水能力强,以二叠系栖霞茅口组灰岩地下水侧向补给为主且水源充足;南侧导水性较差,上泥盆统宰格组地下水缓慢径流补给且水量小;帷幕注浆工程大幅减少矿坑涌水量,封堵效果显著。     

新集二矿水文地质条件综合评价研究

针对新集二矿复杂的水文地质条件,本文从受影响的含水层及其特征、单位涌水量、老空水、矿井涌水量和突水量等方面,综合评价该区的水文地质特征,结果表明:区内影响煤矿开采的含水层主要包括二叠系砂岩含水层、推覆体含水层和灰岩含水层;单位涌水量、矿井涌水量等均较大,并且老空水和开采突水也在一定程度上影响着井田水文地质条件的变化;综合评价分析得出,新集二矿水文地质条件为复杂型。     

汉中天坑群小南海岩溶水水化学特征及其指示意义

以小南海岩溶水为研究对象,通过分析水化学和氢氧同位素数据,确定岩溶水中主要物质组分来源及补给径流特征,对岩溶水的合理开发利用及生态环境保护具有重要意义.结果 显示:所有水样均为弱碱性、低矿化度水,水化学类型以HCO3-Ca型为主;岩溶水溶质组分受控于岩石风化作用,主要来源于碳酸盐岩类和部分硫酸盐岩类矿物溶解,此外还受人...     

贵州泗塘温泉成因分析

文章结合区域地热地质特征以及温泉的水化学、热储构造、热能来源,分析了泗塘温泉所处的地质条件、水文地质条件,并从地热水的补给、径流、排泄等方面对泗塘温泉成因模式进行了研究。结果表明:泗塘温泉受塘头断层、石阡断层控制,属断裂性温泉;其接受大气降水补给,即大气降水通过岩溶管道、裂隙下渗至含水层,在地温加热下形成地热水;地热水沿深部断裂构造线由北东向南西径流,在断裂的导水控制以及河谷切割下岀露形成。希望文章研究成果为泗塘温泉开发提供参考。     

断层定量化在突水危险性评价中的应用

良庄井田目前已进入深度开采,以断层为通道的奥灰岩溶水对底板突水问题的影响越来越大。针对该井田11煤层开采底板断层突水问题,在概述良庄井田构造发育特征的基础上,以分形理论为指导,提出采用断层分维值及断层强度指数对良庄井田煤层底板断层进行定量化描述,并融合突水系数和涌水量对井田的突水危险性进行了分区。利用灰度分析Python编程确定断层分维值、强度指数和突水系数的权重,采用Surfer中的插值法将3个参数融合分析突水危险性,根据突水危险性将该区域划分为突水危险区和开采安全区。     

云南鹤庆西山岩溶地下水同位素及水化学分析

本文采用同位素和水化学分析的方法对鹤庆西山地区岩溶地下水循环特征进行了分析。根据区内水文地质边界条件,将研究区划分为5个岩溶水系统。利用氢氧同位素的分析结果,建立地表水与地下水的δD-δ18O关系曲线,分析地下水与地表水体的相互关系,并结合水化学分析方法对岩溶地下水水化学特征与地层岩性的关系进行了研究。结果表明,研究区地表水与地下水联系紧密,大气降水通过鹤庆西山地区地表岩溶洼地等补给地下水,区内地下水化学组分以Ca2+、Mg2+和HCO-3为主,水化学类型多为HCO3-Ca·Mg,少数水样水化学类型为HCO3-Ca,与岩溶水系统划分及地层岩性分布是一致的。     

对鹤煤二矿大口径群孔抽水试验数据的分析研究

鹤煤二矿属于安鹤煤田,太原组L2石灰岩为一煤组直接顶板,富水性强,对未来矿井开采威胁极大,故采用大口径群孔抽水试验方法对该区域水文地质条件进行探查。试验重点对矿区的水文边界、断层水文地质特征、岩溶水的连通性、水动力条件等方面进行了解,基本查明了矿区水文地质条件,为指导矿井安全生产,提供了基础资料。     

水泥—水玻璃双液注浆在底板注浆改造中的技术应用

在煤矿开采中,底板注浆改造是区域性治理工作面底板突水的一项有效措施。在实际施工中经常遇到地下动水,长时间常规注浆起不到效果时,采用水泥—水玻璃混合注浆,对改造工作面含水层能起到很好的效果,提高施工效率,解除工作面底板水害威胁,为工作面安全生产提供保证。     

基于放水试验的矿区水文地质条件重新认识及地下水数值模拟

北洺河铁矿自1965年开始历经五次水文地质研究,取得了丰富的成果。但根据现阶段矿山开采情况来看,以往研究已无法满足目前矿山开拓设计要求。为进一步认识矿区水文地质条件,为深部矿体开采提供科学合理的依据,对矿区奥陶系灰岩含水层进行了大型群孔干扰非稳定流放水试验。试验结果表明:原作为矿山重大隐患的F1断层并不存在;原作为强含水层的2号勘探线以东灰岩含水层,其深部透水性弱;原认为透水性很差,作为东西两区分界线的2号勘探线,其两侧灰岩含水层存在明显的水力联系;原将矿山划分为东西两区的认识存在不足,矿区整个灰岩含水层为统一的含水体。最后以放水试验数据为基础,采用数值模拟方法反求矿区水文地质参数,预测了矿山深部开采时的矿坑涌水量。     

河南新密地区岩溶水特征及构造控水研究

岩溶水是新密市城市供水的主要水源,也是区内二1煤开采和煤下铝土矿开采的主要充水来源。由于近年降水偏少、矿山开采大量抽排地下水,导致区域地下岩溶水水位逐年下降,至2013年,新密市供水已出现供水紧张局面。文章通过对该区岩溶发育规律、岩溶水分布特征以及构造对区域岩溶水的控水作用研究,确定奥陶系灰岩是该区地下岩溶水的主要赋存层位;背斜的倾伏端与断裂的交接部位是地下岩溶水的富集地段;断层带附近构成地下水的强径流带和富集带,断层带两侧均富水;大隗断层对区域地下水的影响最为显著,将该区完整的水文地质单元分为两个水文地质亚区。这一研究可为新密市供水、矿山排水、充分、合理利用有限的水资源提供科学依据。