“矿区水环境保护”专题（《煤炭学报》）

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“矿区水环境保护”专题（《煤炭学报》）

来源：煤炭学报

专题整理于2021年5月，为2018—2021年《煤炭学报》刊登的“矿区水环境保护”主题论文。

行业视野: 环境保护
类别; 134个
关键词; 129位
专家; 32篇
论文; 42739IP
点击量; 18712次
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控水采煤技术原理、关键技术及在砂岩含水层下综放开采实践

作者(Author)：张玉军

摘要：针对我国煤矿地质采矿及水文地质条件千差万别、水体类型错综复杂的现状和水体下压煤开采的工程实践，详细阐述了控水采煤技术的思路、技术原理、技术原则和关键技术，即综合考虑煤矿安全和经济合理等重要因素，针对不同充水能力与补给条件的含水层，通过钻孔预先疏放一定量的含水层静储量，同时采用采动裂缝垂向导水性的差异和滞后压实的特性，实现涌水量大小和形式可控。该技术解决了传统的水体下采煤留设不同类型防水煤岩柱技术而造成煤炭资源的大量损失，或者单一采用含水层疏降技术不仅容易形成人为导水通道，而且过量的钻孔对含水层的疏放增加矿井涌水量及排水费用，同时导致地下水位大幅度下降，使矿区生态环境遭到严重破坏等问题。将控水采煤技术与综放开采工艺特点相结合，应用到内蒙古铁北煤矿半固结砂岩含水层下综放控水开采实践中。研究结果表明:针对铁北煤矿煤层顶板砂岩含水层的赋存状态与富水程度、不同采动覆岩破坏程度、主采煤层与含水层的空间关系，基于控水开采采前预疏与边采边疏相结合的技术原则，利用综放开采采场沿煤层底部布置，放煤厚度灵活调整可控的特点，提出的“顶水开采与疏干或疏降开采相结合、先疏后采与边采边疏相结合、钻孔疏干或疏降与回采疏干或疏降相结合、分段控制放顶煤开采厚度与含水层疏降程度相结合”控水采煤的总体方案是可行的，实现了3～8 m阶梯型采厚安全开采，既控制了工作面的涌水量、改善了工作面作业环境，又有效防止了突水溃沙灾害的发生，取得了综放控水安全开采的成功。

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煤炭学报

2020年第10期

1469

975
截水帷幕在露天煤矿截渗减排中的应用

作者(Author)：张雁, 黄选明, 彭巍, 朱明诚, 曹海东, 刘玉柱, 田增林

摘要：为解决扎尼河露天矿矿坑疏排水量大、生产成本高、环保风险大等问题，采用地下混凝土防渗墙、防渗膜大深度垂向隐蔽铺设、高压旋喷注浆、钻孔咬合桩等4种帷幕技术，沿煤层北部隐伏露头建造一座平面长度近6 000 m、最大深度超过50 m、有效厚度＞0.6 m的弧线型沟槽灌入式+桩孔压入式落底截水帷幕。项目实施过程中攻克了低强度(8~10 MPa)抗渗(P6级)混凝土配合比技术、超长槽段开挖与护壁技术、防渗膜叠覆铺设与连接技术、高掺量粉煤灰-水泥混合浆液注浆充填技术、砾石层中高压旋喷成桩技术等5项技术难题，在帷幕墙建造过程中和结束后，采用取芯验证法、抽水试验法、流场观测法和水量分析法等4种方法检验了帷幕墙的质量与截水效果。结果表明混凝土浇筑连续均匀，粉煤灰-水泥混合浆液充填密实、胶结完好，高压旋喷桩和钻孔咬合桩桩径达标、桩体完整;墙体渗透系数为8.34×10-7 cm/s，渗透性达极微透水级;墙体内外两侧最大水位差已达10 m以上;矿坑疏排水量已减少60%，目前仍在减少中。帷幕墙截水效果明显，达到了设计要求。该项目是我国露天煤矿采用综合帷幕技术解决疏排水问题的成功示范。

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煤炭学报

2020年第05期

967

354
基于正交异性板模型的煤矿地下水库人工坝体结构优化

作者(Author)：方志远, 鞠金峰, 曹志国, 王晓振, 许家林

摘要：大柳塔煤矿地下水库人工坝体一般由挡水坝墙和一个与其平面垂直的支撑墙组成，坝体结构稳定可靠但强度富余系数过大，因而存在可优化的空间。挡水坝墙承载性能主要与其骨架结构和厚度有关，由于其骨架结构的等效配筋率已接近规范要求的最小值，因此可通过改变其厚度来进行坝体结构优化。利用正交异性板模型对坝墙在水压与上覆垂直载荷共同作用下的极限承载性能进行了分析，结果表明:随着上覆垂直载荷的不断增大，坝墙极限水头值会不断减小，坝墙稳定性会由外表面强度控制逐渐转变为由内表面强度控制，且该变化的转折点出现的时间受坝墙厚度影响，坝墙厚度越小，转折点出现的时间越早;若在水库服务期间，水库储水水位一直保持不变且上覆垂直载荷不断增大，则坝墙内外表面会先后发生破坏，且其破坏的先后次序会受水库储水水位的影响，当水库储水水位高于转折点对应的极限水头值时，则坝墙内表面先发生破坏，外表面后发生破坏，反之则坝墙内表面先发生破坏，外表面后发生破坏;储水水位越低，坝墙表面发生破坏所需的时间越长，坝墙的长期稳定性越好;根据大柳塔煤矿地下水库日常储水高度及坝墙上覆垂直载荷的变化范围，得出现有人工坝体结构中的支撑墙可去除，且其中的坝墙厚度可减小至0.6~0.7 m范围内，从而节省材料，提高坝体建设经济性。

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煤炭学报

2020年第04期

1257

447
西北大型煤炭基地地下水监测背景、思路及方法

作者(Author)：范立民, 孙魁, 李成, 高帅, 陈建平, 仵拨云, 彭捷, 郑苗苗, 姬怡微, 蒋蒙

摘要：我国14个大型煤炭基地中，西北地区分布有神东、陕北、黄陇、宁东、新疆等5个，2018年原煤产量占全国的46.28%。这些煤炭基地地处干旱半干旱地区，水资源贫乏，煤炭开发对含水层的扰动强度较大，甚至造成含水层结构损伤，地下水渗漏，水位下降并引发一系列环境问题。通过科学规划和采煤技术方法革新，调整煤炭开发布局和采煤技术方法，最大限度的减轻煤矿区含水层损伤，已经取得成效，但煤炭开发对地下水扰动动态影响的监控，必须通过建立矿区地下水监测网才能实现。论述了西北煤炭基地地下水监测网建设的背景和思路，介绍了陕西境内陕北、神东、黄陇三大型煤炭基地地下水网监测层位选择、建设部署及数据采集、传输与接收、管理。陕北、神东(陕西境内)和黄陇3个大型煤炭基地主要含水系统包括石炭系—侏罗系碎屑与上覆第四系松散层孔隙含水层系统、白垩系碎屑岩裂隙孔隙承压水-潜水含水系统和寒武—奥陶系碳酸盐岩岩溶水含水系统。地下水监测层位的选择以具有供水价值和生态意义，且受采动影响强烈的含水层为原则，陕北、神东煤炭(陕西境内)基地主要监测第四系萨拉乌苏组、第四系黄土、烧变岩和侏罗系风化基岩地下水，黄陇煤炭基地黄陇—永陇矿区主要监测白垩系地下水，渭北矿区主要监测奥陶系岩溶地下水。通过新建或改造原有水文长观孔，已经建成了由218口监测井构成的陕西境内大型煤炭基地监测网，监测数据采用自动化采集、无线传输与接收和统一管理，基本实现了监测数据的实时动态观测和规范化管理。

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煤炭学报

2020年第01期

2047

1496
论煤炭绿色开采的地质保障

作者(Author)：王双明, 孙强, 乔军伟, 王生全

摘要：受“缺油、少气、相对富煤”能源资源禀赋特点制约，煤炭一直是我国能源安全的基础保障。煤炭资源是地球演化过程形成的层状沉积矿产，是近地表地壳的组成部分，煤炭开采会对地质条件和生态环境造成损害。煤炭绿色开采地质保障从煤炭资源赋存地质条件出发，为实现煤炭资源安全高效开采、减缓和减小采掘工程对地质条件和生态环境损害，提供地质理论和技术支撑。从绿色开采地质保障的内涵、科学问题、技术问题、研究思路4个方面系统阐释了煤炭绿色开采地质保障理论与技术。煤炭绿色开采地质保障突出深部煤炭资源开采扰动下的地质条件变化，强调煤炭开采活动与地质结构和地表生态环境变化的整体研究，关注地下采掘工程引起时空效应范畴的地质条件变化和生态环境演化之间的耦合机制。总体研究思路是开采前精细勘查、开采过程有效减损、开采后恢复利用。采前实施空天地一体化精细勘查，查明煤系矿产资源空间赋存特征及维系地表生态系统的主要地质因素，构建涵盖煤系资源、地质条件、生态环境等要素的高精度三维模型，评价煤炭资源最佳利用方向和区域环境承载能力;采中进行地质条件损害探测、监测，揭示应力场、形变场、渗流场变化规律，研究煤系气、地下水运移和涌出特点，分析导致围岩动力灾害发生的地质因素，提出煤与瓦斯突出、水害、冲击地压等灾害超前预警理论及防控措施;采后进行采空区水体、有害气体、遗留资源的探测，巷道围岩、煤柱变形特征监测，研究煤-岩-水相互作用及采空区稳定性变化，开展地质条件及地表生态恢复演化过程研究，提出地下空间及遗留资源的综合利用理论与技术。煤炭绿色开采地质保障涵盖找煤、勘探、开采及采空区利用全过程，追求煤系矿产资源和生态环境保护协调发展。

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煤炭学报

2020年第01期

2119

1792
裂隙煤体注浆浆液扩散规律及变质量渗流模型研究

作者(Author)：魏建平, 姚邦华, 刘勇, 王登科, 崔鹏飞, 姚帅

摘要：研究煤岩裂隙中浆液扩散过程及降渗规律对于强化瓦斯抽采钻孔封孔效果具有重要意义。首先通过对注浆裂隙煤体内部质量变化进行分析，推导浆液封堵裂隙质量守恒方程及浆液流动方程;根据浆液对煤体裂隙结构影响推导了裂隙和渗透率变化方程，构建了浆液对裂隙煤体的堵漏降渗的变质量渗流模型。其次，利用注浆实验系统对裂隙煤样开展注浆试验，对注浆前后煤样分别进行CT扫描观测以及渗透率实验测定;最后，在理论模型的基础上，根据实验条件确定数值模拟初始条件及边界条件，对裂隙煤体注浆浆液扩散和降渗规律开展了数值模拟研究，结果表明:建立的基于裂隙煤体注浆的变质量渗流模型较好地反映浆液颗粒沉积过程对煤体裂隙结构及渗透率的影响;模型计算的浆液扩散与渗透率变化规律与试验结果吻合较好，验证了模型的合理性;在浆液渗流扩散作用下，煤体裂隙内浆液颗粒逐渐扩散并沉积，裂隙不断被充填，导致裂隙煤体渗透率不断下降。研究成果为定量分析注浆浆液颗粒运移规律、强化抽采钻孔封孔效果提供了新的思路。

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煤炭学报

2020年第01期

1024

669
采动覆岩导水裂隙主通道分布模型及其水流动特性

作者(Author)：曹志国, 鞠金峰, 许家林

摘要：含水层受采动破坏后其赋存水体并非均匀地由覆岩各区域漏失至采空区，其在导水裂隙带范围内应存在水体流动的主要通道;研究揭示导水裂隙主通道的分布规律及其水流动特性对于科学指导井下涌水量预计、顶板水害防治、保水采煤等具有重要意义。基于导水裂隙类型划分及其渗流/管流力学分析，就采动漏失水体的流动主通道分布模型进行了研究。结果表明:开采边界外侧岩体受超前支承压力作用易产生峰后压剪裂隙，裂隙导水属非达西渗流流态;而由岩层破断回转运动产生的拉剪裂隙，由于裂隙导水雷诺数相对偏大，其导水流态一般属于管流范畴，且受岩层破断位置相对开采区域的不同，又可将其划分为采区边界附近的上端张拉裂隙和下端张拉裂隙、以及中部压实区的贴合裂隙这3种。据此利用Forcheimer公式和伯努利方程对比揭示了上述2类4种裂隙导水流动特性的差异。研究得出开采边界附近的上端张拉裂隙在进流口开度、导水流量、出口流速等特征参数上均领先于其他裂隙;且由于其出口水压较小，其水流还会受到两侧邻近的压剪裂隙和下端张拉裂隙出口水流的水平径流补给。因而，含水层采动漏失水体多由上端张拉裂隙导流而来。由此基于岩层控制的关键层理论，构建形成了以关键层在开采边界处的破断尺寸参数为依据的导水裂隙带主通道分布模型。

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煤炭学报

2019年第12期

1261

529
采动岩体裂隙自修复的水-CO2-岩相互作用试验研究

作者(Author)：鞠金峰, 李全生, 许家林, 杨磊

摘要：采动破坏岩体易与采空区水、气发生一系列物理化学作用，促使裂隙发生导水能力降低的自修复现象;研究揭示导水裂隙的自修复机理对于科学评价地下水生态恢复能力、合理制定裂隙限流的保水采煤对策等具有重要的指导意义。基于砂质泥岩裂隙岩样在酸性和碱性水溶液条件下的水-CO2-岩相互作用实验，揭示了裂隙在黏土矿物遇水膨胀以及次生矿物或沉淀物充填作用下的自修复机理和规律。结果表明:无论酸性或碱性水溶液条件，裂隙均具备自修复能力，但酸性水溶液条件下的自修复效果更好。裂隙自修复过程中存在渗透率“先快后慢”的分区特征;首先出现以裂隙面黏土矿物遇水膨胀作用为主引起的渗透率快速下降现象，其下降速度在碱性水条件下更快;其次随着时间的累积，裂隙面岩石矿物溶解、溶蚀形成的离子与水溶液中的阴阳离子、游离CO2发生离子交换化学反应，引起高岭石等衍生矿物或Fe(OH)3等沉淀物的生成，这些新的物质在裂隙面逐渐吸附堆积，不断降低裂隙的导水能力。由于实验砂质泥岩中铝硅酸盐矿物含量偏低，无法充分消耗加大通入量的CO2，导致多余的CO2会以碳酸的形式对裂隙面矿物形成溶蚀作用，从而引起裂隙开度及其水渗流能力的提高，表现出对裂隙岩石自修复进程的阻滞作用。

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煤炭学报

2019年第12期

1177

514