创新点
本文基于前人研究成果,以新疆焦煤集团1930煤矿为工程背景,针对该区域河流下大倾角、多煤层开采下安全性进行研究分析,通过分析了离层注浆原理,并结合采动影响特征参数及工程现场,提出了以离层注浆为主,河道防渗及优化开采设计为辅的多手段对采动影响范围内地表特定目标的精准保护技术。为新疆水资源匮乏地区的河流下煤层绿色开采提供技术支持,具有重要的理论价值和工程意义。
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河流下多煤层开采安全性及保护技术
摘要
引言
我国大型煤炭基地主要集中于山西、内蒙古、陕西、新疆地区,而新疆矿区主要位于天山山脉区域,此区域处在一个严重缺水的环境中,大多都面临水资源匮乏的局面,然而采煤造成的河流断流及水资源流失,进一步加剧生态环境恶化。 习总书记强调过要加强煤炭开发对水资源的破坏和地表生态影响的研究,煤炭资源的高效开采以及生态环境的建设尤为重要。 因此,煤炭开采与河流水资源保护的矛盾是新疆矿区面临的主要问题之一。
水体下采煤技术在我国进行得较早,已积累了大量经验,并做了大量试验研究取得了有效的成果。20世纪末,首次提出了“保水采煤”,1992年,范立民、韩树青等针对神北矿区水文地质问题的研究,逐渐形成了“保水采煤”的观点。 随后,我国煤炭科技工作者对保水采煤理论与实践进行了卓有成效的探索。彭苏萍等基于对我国煤炭资源与水 资源区域性分布特征的总体认识,提出了可持续发展的煤炭开发思路。谢克昌等提出了基于水资源承载力的煤炭产能发展战略。武强等从资源化利用的角度提出了“煤-水”双资源型矿井的开采技术与方法。顾大钊等结合神东矿区的工程实践,探索了煤炭开采与水资源保护问题的解决途径。王双明等研究了榆神府生态脆弱矿区含(隔)水层特征,划分了保水开采分区,并建立了基于地表水及浅层地下水保护的保水开采技术体系。马立强等基于“采充并行” 的基本开采特征,将连采连充应用到保水采煤工程实践中。 国外关于煤炭开采与水资源保护问题的研究可追溯到20世纪60年代,澳大利亚学者曾采用示踪剂的方法探究了开采沉陷与地下水之间的关系,尝试开展水资源保护性研究。 随后,美国科技工作者研究了地表水体下采煤的岩层扰 动范围,并通过数学模型来预测和评估采动裂隙的导水性能。笔者针对采动区域内水资源的保护开展了相关研究,包含但不限于河床注浆防渗加固、河道管网铺设及填补地表裂缝等。
综上所述已有研究主要集中于河流下开采安全性分析及修复技术,而现有技术实施过程中影响到河流正常使用。 因此笔者基于前人研究成果,以新疆焦 煤集团1930煤矿为工程背景,针对该区域河流下大倾角、多煤层开采下安全性进行研究分析,并提出河流下采煤的安全和保护技术措施,为新疆水资源匮乏 地区的河流下煤层绿色开采提供技术支持,具有重要的理论价值和工程意义。
结论
部分图表
图 1 钻孔柱状
图 2 艾维尔沟河河流现场情况(冬、夏)
图 3 1930 煤矿西翼艾维尔沟河流及工作面位置关系示意
图 4 河流附近地质采矿导水裂隙带高度剖面示意
图 5 数值模拟模型
图 6 煤层开采后导水裂隙带发育情况
图 7 覆岩离层分布
图 8 河道下方离层精准注浆剖面
图 9 穿越采空区的河渠断面结构
图 10 防渗河床
图 11 常规开采与注浆后河道附近地表下沉等值线对比
郭文兵,男,1969年生,河南宁陵人,二级教授,博士生导师,享受国务院特殊津贴专家。现任河南理工大学能源科学与工程学院院长;河南省煤炭资源绿色智能开采重点实验室主任;河南理工大学绿色开采研究院院长;矿业工程河南省重点学科带头人;教育部矿业类专业教学指导委员会委员;中国煤炭学会煤矿开采损害技术鉴定委员会委员;中国岩石力学与工程学会矿山采动损害与生态修复专委会副主任委员等。获省部级科技进步奖20余项,发表期刊及学术会议上发表学术论文200余篇,其中被EI、SCI收录120余篇。先后被评为“全国教材建设先进个人”“河南省优秀专家”“中原科技创新领军人才”“河南省政府特殊津贴专家”“河南省科技创新杰出人才” “河南省学术技术带头人”“河南省教育厅优秀教育管理人才”“河南省教育系统师德先进个人”“煤炭行业教育先进工作者”等荣誉称号。
研究方向
煤矿绿色开采技术;村庄建筑物下采煤技术;线性构筑物(铁路、公路、管道)和高耸构筑物(铁塔、烟囱)下采煤技术;水库、河流等水体下采煤技术;井筒与工业广场煤柱开采;离层注浆减沉技术;充填开采技术;岩层与地表移动规律及参数;老采空区地基稳定性评价及处治技术;煤矿采动损害技术鉴定等。
主要成果
一直从事煤矿绿色开采、“三下”采煤、采动损害与保护等方面的研究及应用工作。主持国家自然科学基金(联合基金)重点项目、面上项目4项,参与国家自然科学基金重点项目3项。主持教育部博士点基金项目、中原科技创新领军人才项目、河南省科技创新杰出人才项目、河南省产学研合作项目及大型企业委托项目数十项,为煤炭企业解决了大量的“三下”压煤开采与采动建(构)筑物保护技术难题。