“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; 42742IP
点击量; 18712次
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煤炭开采对相邻区域生态潜水流场扰动特征

作者(Author)：代革联, 薛小渊, 牛超, 许珂, 蒋泽泉, 肖乐乐, 刘美乐

摘要：陕北煤炭能源基地高强度开采易影响生态潜水的自然径流条件，针对自然保护区周边煤炭资源开采对地下水流场的扰动问题，以榆神矿区某井田为例，通过构建研究区煤-水空间结构水文地质模型，系统分析研究区生态潜水的赋存特征及其规律;采用物理模拟、数值模拟、现场实测等手段，综合分析煤层覆岩岩性组合结构、煤层与关键层间距、煤层厚度、煤层埋深、工作面长度等因素，利用相关分析方法提出了适合于研究区导水裂隙带高度计算的裂采比公式;根据水文地质条件和煤层采动方式，采用地下水数值分析方法，模拟了煤炭开采后萨拉乌苏组生态潜水流场变化，分析了煤层采动后生态潜水受扰动的特征。研究结果表明:区内萨拉乌苏组生态潜水含水层全区发育，其赋存受基岩面形态控制，生态潜水水位受地形、含水层厚度、地下水分水岭和地表水等影响;下伏关键隔水层(保德组红土)受沉积影响在研究区东南局部缺失，形成“天窗”导水通道;区内覆岩结构以硬-软-硬、硬-硬-软2种组合类型为主，覆岩结构类型对导水裂隙带发育高度及形态有重要作用;统计分析多个导水裂隙带发育高度结果，提出榆神矿区导水裂隙带最大裂采比为28.1倍，该数值对榆神矿区保水采煤及水害防治具有重要指导意义;通过计算发现，研究区内东南部保德组红土缺失区覆岩采动裂隙将发育至生态潜水含水层，造成生态潜水漏失与水位下降。为保护生态潜水资源，建议开采研究区东南部“天窗”部位的煤层时，必须采取相应的保水采煤技术。

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煤炭学报

2019年第03期

1462

759
浅埋近距煤层开采三场演化规律与合理煤柱错距研究

作者(Author)：黄庆享, 曹健, 杜君武, 李雄峰

摘要：为探索浅埋近距煤层开采基于三场(应力场、位移场和裂隙场)演化规律的合理煤柱错距，实现井下减压与地表减损开采，以陕北柠条塔煤矿北翼东区1-2与2-2煤层开采为背景，采用FLAC3D,UDEC数值计算、物理模拟及理论分析相结合的方法，揭示了近距煤层开采覆岩与地表应力场、位移场和裂隙场演化规律，掌握了不同区段煤柱错距对煤柱集中应力、覆岩与地表位移及裂隙演化的影响，提出了基于三场演化规律的区段煤柱错距确定方法。研究表明，近距煤层开采的裂缝集中发育和地层拉、压应力集中源于煤柱引起的非均匀沉降，上部单一煤层开采后，在底板形成煤柱高应力区、低应力区和采空区中部高应力区，为避开上、下煤柱垂直应力叠加，下煤层巷道应布置在低应力区范围内。近距煤层开采的地表拉应力场和位移场与煤柱错距存在密切联系，通过合理的煤柱错距布置，可以减缓地表下沉的“波状”幅度，减轻地表拉应力和水平变形。随两煤层煤柱错距增大，覆岩裂隙场由叠合逐渐分散，对应地裂缝逐渐减小，煤柱错距对其上部的覆岩裂隙与地裂缝起控制作用。建立了应力场-位移场-裂缝场耦合控制模型，提出了煤柱错距的计算方法，可实现减轻地应力集中和地裂缝发育的耦合控制。本研究得到实测验证，并在柠条塔煤矿后续开采布置中应用。

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煤炭学报

2019年第03期

1358

423
面向生态的矿区地下水位阈限研究

作者(Author)：马雄德, 黄金廷, 李吉祥, 宁世雄

摘要：分布在干旱半干旱地区的植被，由于降水不足以维持长期生存，需要地下水提供部分或全部水源，因而对地下水有一定的依赖性。地下开采破坏含水层后地下水位会大幅降落，这在一定程度上会给依赖地下水植被造成水分胁迫，进而控制生态系统演化过程。针对榆神矿区煤层开采引起地下水位变化的基本特征，提出了生态安全约束下矿区地下水位控制阈值的确定方法。只要植物根系与地下水毛细上升带保持接触，就可以吸收利用地下水，因此本文将最大毛细上升高度和根系长度之和作为矿区植被能够利用地下水的最大临界埋深。在毛管流理论指导下，以颗粒排列方式与孔隙直径大小的关系建立了最大毛细上升高度计算公式，并给出了通过颗粒级配曲线确定最大毛细上升高度的方法。据此计算的毛乌素风积沙最大毛细上升高度的取值区间为0.7～2.0m，进一步确定了榆神矿区生态安全约束下的矿区水位控制下限为4.0m。在此基础上，以2016年地下水流场基准，以水位埋深4.0m为界将榆神矿区划分为生态约束区和无约束区。水位埋深小于4.0m的区域植被对地下水依赖程度高，属于生态约束区，煤层开采造成地下水位下降极易对植被产生水分胁迫，因而是矿区生态环境保护的重点。研究成果阐明了榆神矿区生态环境及地下水位对煤层开发的限制条件，为进一步推进保水采煤技术的发展奠定了理论基础。

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煤炭学报

2019年第03期

1568

519
保水采煤面临的科学问题

作者(Author)：范立民

摘要：保水采煤理念是基于榆神府矿区开发初期采煤引起的潜水位下降、植被退化而提出的。经过多年理论研究和工程实践，已初步建立了保水采煤技术体系，有效指导了生态脆弱矿区煤炭资源开采和生态环境保护。在国家关于生态文明建设标准日益提高的格局下，我国西部干旱半干旱地区煤水资源共生区生态环境保护面临历史考验。首先综述了保水采煤技术取得的成果，认为地质条件探查、岩层移动、保水采煤方法等方面的研究基本解决了单煤层开采中存在的突出问题，而生态脆弱矿区水与生态约束和生态修复与重构方面的稍显滞后。其次探讨了保水采煤领域中5个紧密相关的科学问题，包括矿区依赖地下水的植被对煤层开采的约束程度的识别、量化及监测，大采高和重复采动条件下导水裂隙带高度探测与预测方法，有效隔水层厚度的量化与评价，大采高和重复采动条件下采动岩层(覆岩)控制及矿山生态环境影响机制、矿山生态损害监测与评价、矿山土地复垦与生态重建技术、生态修复策略及效果评价等。在新形势下，矿区生态环境保护的责任和任务重大，有待于投入更多研究来支撑我国西部矿山保水采煤理论与技术的突破，促进绿色矿区建设。

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煤炭学报

2019年第03期

1762

694
煤矿地下水库储水空间构成分析及计算方法

作者(Author)：庞义辉, 李全生, 曹光明, 周保精

摘要：针对西部近水平煤层煤矿地下水库有效储水空间难以确定的问题，提出了利用地下水库上覆各分界岩层的垂直位移轨迹方程计算各分带岩层冒落前后的体积差，从而确定煤矿地下水库不同分带内岩层的有效储水空间，解决了现有煤矿地下水库储水系数难以确定，导致地下水库储水空间计算困难的问题。基于工作面上覆岩层断裂分带划分结果，确定煤矿地下水库的主要储水空间为垮落带与块体铰接带垮落岩层的空隙、裂隙与离层空间，得出了近水平煤层垮落带与块体铰接带有效储水空间的计算表达式。基于结构力学与断裂力学理论，分析了垮落带分界岩层可能形成的3种不同结构形式，推导了砌体梁结构、台阶岩梁结构及完全垮落情况下工作面上覆垮落带、块体铰接带分界岩层的垂直位移轨迹方程，得出了上覆不同岩层结构煤矿地下水库的有效储水空间理论计算表达式。以大柳塔煤矿近水平煤层煤矿地下水库工程实践为依托，采用UDEC数值模拟计算方法分析了工作面上覆岩层的断裂结构，研究得出了地下水库上覆各分界岩层的垂直位移轨迹曲线，发现地下水库四周边界位置较中间位置的垂直位移量小，即四周边界位置具有更大的储水空间。采用理论分析与数值模拟相结合的方法，对各分界岩层的垂直位移曲线进行了拟合分析，得出了煤矿地下水库的有效储水空间。基于不同计算时步上覆岩层垂直位移曲线的差异，分析了煤矿地下水库储水空间的时空演化规律。通过在大柳塔煤矿进行现场抽放水试验，验证了上述煤矿地下水库有效储水空间计算方法的可行性及计算结果的可靠性。

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煤炭学报

2019年第02期

1529

652
地下水库人工坝体强度损伤演化特征试验研究

作者(Author)：姚强岭, 刘亚鹏, 陈田, 李学华, 杨书懿, 段宏飞

摘要：在我国西部生态脆弱矿区,地下水库储水技术已成为煤水资源共采技术的重要组成部分,其中人工坝体的稳定性是评价地下水库能否构建并长期安全使用的关键因素之一。为研究地下水库人工坝体在吸水-失水、采动及矿震等循环作用下强度变化规律,以大柳塔矿地下水库人工坝体所使用的C30混凝土试样为例,开展了超声-回弹综合测强、循环加载和单轴压缩声发射试验研究。研究结果表明:超声-回弹综合测强公式可以对水作用下混凝土试样强度进行预测;循环加载影响下试样强度最大下降比例约17%,而水作用下的循环加载试样强度最小下降比例达26%;并结合声发射振铃计数研究了混凝土试样受载下的损伤演化特征。由此可知,循环加载(采动及矿震)和水(吸水-失水)共同作用下,对地下水库人工坝体稳定性影响较大。

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煤炭学报

2018年第04期

824

582
黄土淋滤液作用下土工合成黏土衬垫的渗透特性研究

作者(Author)：董兴玲, 董书宁, 王宝, 靳德武

摘要：通过开展室内渗透试验,评价两种不同类型土工合成黏土衬垫(Geosynthetic Clay Liner,GCL)用作煤矸石处置场覆盖层的可行性。试验中,使用黄土淋滤液对天然钠基膨润土GCL和人工钠化膨润土GCL进行渗透。当有效应力为15 k Pa时,两种GCL的渗透系数均在2.80×10-9m/s左右,此值高于1.00×10-9m/s,无法满足煤矸石处置场覆盖层的防渗要求;而当有效应力增大至90 k Pa时,GCL的渗透系数则降低至3.52×10-10m/s,满足防渗要求。试验结果显示:黄土淋滤液渗透作用下两种GCL的渗透特性没有显著差别。增大有效应力,可降低黄土淋滤液对GCL渗透特性的影响,但为了使GCL满足煤矸石处置场覆盖层的防渗要求,其上部黄土植被层的覆盖厚度必须达到5.0 m以上,这在现场不易实现,故今后有必要对具有一定抗化学侵蚀能力的GCL展开研究。

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煤炭学报

2018年第01期

1159

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“采充并行”式保水采煤方法

作者(Author)：马立强, 张东升, 王烁康, 谢玉晟, 余伊河

摘要：针对目前充填保水采煤方法存在的充填时间和充填空间不足,采煤与充填作业协调困难等问题,提出“采充并行”式充填保水采煤方法。在开采过程中,首先将整个开采块段内的所有采场支巷划分为多个开采阶段,每当开采并充填完一个阶段内的所有采场支巷后,再进行下一阶段采场支巷的开采和充填,直至开采和充填完所有采场支巷,最终实现充填体与煤炭的完全置换。为有效控制覆岩移动,每个采场支巷开采完毕后就立即对其进行充填。为确保正在开采的采场支巷两帮是实体煤或已达到设计强度的充填体,在阶段内对采场支巷进行间隔开采。研究成果应用于王台铺煤矿,在块段内煤炭资源采出率达96.8%的条件下,实现了浅表水资源的保护,地表变形量也小于建筑物Ⅰ级损坏等级指标。该方法采用一采一充一备的“采充并行”式充填开采模式,充分发挥快速连采和充填采煤的优点,可实现保水采煤。

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煤炭学报

2018年第01期

933

503

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