保水采煤的理论与实践专题_中国煤炭行业知识服务平台

保水采煤的理论与实践专题

来源：《煤炭学报》2017年第1期

随着我国煤炭工业战略西移，西北干旱半干旱富煤、缺水矿区采煤导致的含水层结构变异及诱发的生态环境问题，越来越多的受到关注。针对这一问题，1992 年我国地质科技工作者提出了保水采煤问题，1995 年首次使用“保水采煤” 一词。20 多年来,地质、采矿、生态环境等领域的科技工作者，围绕保水采煤问题进行了多角度探索和研究，初步建立了保水采煤技术体系，工程实践获得重要进展。本期第2 ~27 篇论文基于国家973计划、国家自然科学基金等项目支持,展示了保水采煤的科学进展和思考，阐述了煤-水双资源型矿井的开采理念和技术，厘定了保水采煤的概念和科学内涵，阐述了保水采煤基础理论进展，研究了西北沙漠矿区植被发育与地下水的关系、采动植被损伤机理与控制技术。针对保水采煤的关键技术如浅埋煤层岩层控制、导水裂缝带发育高度控制及探测监测技术、采动岩层与地下水变化的高精度测量技术、基于含水层结构保护的隔水层再造技术、充填保水采煤技术及应用、保水采煤区水资源漏失量计算等进行了多角度探索与论述,研究区域涉及我国西北、华北煤矿区。本期“保水采煤的理论与实践”专题是我国期刊首次集中展示保水采煤领域的科技创新成果与进展,希望有益于完善保水采煤技术体系、促进矿区生态文明建设。

行业视野: 采矿
类别; 106个
关键词; 105位
专家; 26篇
论文; 48385IP
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P波各向异性检测在采空区导水裂隙带探测中的应用

作者(Author)：申涛, 袁峰, 宋世杰, 马丽, 薛海军, 汶小刚

摘要：为了研究工作面导水裂隙带发育情况,在陕北某煤矿进行了宽方位角、小面元、高覆盖的三维地震勘探。受地震勘探精度限制,传统方法很难对裂隙发育情况进行描述。引入P波各向异性检测技术对导水裂隙带进行研究。首先,将不同方位角地震数据进行叠加、偏移处理;之后在不同方位角偏移数据上进行蚂蚁追踪,利用蚂蚁追踪数据进行各向异性检测。经各向异性检测认为裂隙发育强度与距煤层顶板距离成反比,裂隙最大发育高度为118 m。通过各向异性数据与地震振幅数据结合分析认为研究区导水裂隙尚未发育到风化基岩面,未导通萨拉乌苏组含水层。应用实践表明,P波方位各向异性裂隙检测方法能够准确预测导水裂隙带的裂隙分布特征及发育高度。

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煤炭学报

2017年第01期

2140

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巨厚砂砾岩含水层下特厚煤层保水开采分区及实践

作者(Author)：吕广罗, 田刚军, 张勇, 吕品田, 陈永波, 师修昌

摘要：以永陇矿区崔木煤矿为研究背景,分析矿区含(隔)水层与煤层的空间组合及覆岩特征,结合导水裂隙带发育高度探查结果,开展巨厚砂砾岩含水层下特厚煤层保水开采分区及实践研究。结果表明:该区导水裂隙带发育高度为煤层采厚的19.93~23.23倍,已波及上覆白垩系含水层。以所确定的保水开采保护层厚度30 m为阈值,将研究区划分为自然保水开采区、可控保水开采区和保水限采区,并提出各分区相应的保水开采途径。实践表明:巨厚砂砾岩含水层下保水开采的有效途径主要包括控制导水裂隙发育高度,选用适当的工作面布局及推进速度,以及隔水层采动破坏后的恢复与再造。

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2017年第01期

2256

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宁东侏罗系煤层顶板粗粒含水砂岩特性研究

作者(Author)：姚强岭, 陈田, 李学华, 王傲

摘要：相似模拟实验研究一直是保水开采的主要实验手段之一,其中相似材料与岩石之间力学参数的相似度尤为关键。宁东煤田属于我国典型的生态脆弱矿区,该区域主采煤层为侏罗系煤层,其顶底板广泛分布着成岩程度低且富含黏土矿物的一类特殊砂岩,该层砂岩在采动、吸水-失水动态循环作用下呈现软岩力学特征。选取其中的一类含水砂岩为研究对象,通过分析该含水砂岩岩石成分和结构特征确定其为粗粒泥质长石砂岩,并分析认为其形成于快速堆积的沉积环境;利用X衍射仪定量分析其矿物组分,发现该含水砂岩主要由黏土矿物、石英和长石组成,其中黏土矿物富含蒙脱石、伊蒙混层及绿泥石等吸水易膨胀组分;利用MTS伺服控制试验机研究了该类砂岩三轴抗压强度及渗透特性,发现其具有明显的塑性破坏特征;且饱水含水砂岩渗透率有突变点存在,突变点后渗透率大致恒定直至试件破坏时渗透率增至最大值;进一步研究了含水率对该含水砂岩单轴压缩变形特征的影响规律,发现含水砂岩单轴抗压强度、弹性模量与含水率负线性相关。

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2017年第01期

2028

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烧变岩富水特征与采动水量损失预计

作者(Author)：侯恩科, 童仁剑, 冯洁, 车晓阳

摘要：烧变岩含水层是榆神府矿区重要的生态水源。为研究采煤引起的烧变岩水量损失和烧变岩水保护问题,分析了烧变岩的分类、分布特征、水力联系和富水特征,运用数值模拟方法预计了采动引起的烧变岩水量损失,提出了烧变岩水"异地储存"的三种途径。研究表明:烧变岩可分为三大类五小类,烧结岩、类熔岩是主要储水载体;烧变岩分布受地形控制,规模受煤厚、出露高度和自燃条件影响,富水性受补给条件、排泄条件和储水条件决定;烧变岩含水层接受上覆含水层的补给,以泉和矿井疏放水的形式进行排泄;模拟得到需要疏放的烧变岩含水层水量和钻孔布设方案。在总结以往保水采煤经验基础上,提出采用水库储水、采空区储水和地表灌溉三种"异地储存"途径来保护利用烧变岩水资源。

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煤炭学报

2017年第01期

2124

745
西部干旱矿区采煤引起潜水损失量的定量评价方法

作者(Author)：赵春虎, 虎维岳, 靳德武

摘要：针对西部干旱矿区煤炭资源开发对地下水扰动的相关研究定量化程度不高问题,通过地下水动力学分析方法,得出采掘扰动形成的覆岩垮落带、裂隙带、弯曲带及地面沉陷区的空间尺度是控制地下水损失的主要因素,其扰动面积越大、冒裂带高度越高、弯曲带保护层渗透能力越强则地下水渗漏量越大;提出了覆岩导水裂缝边界化,弯曲带渗透能力分区,地面沉陷区重新剖分的采掘扰动影响下地下水系统数值评价模型的构建方法;并通过构建案例矿井的评价模型,计算得出神东矿区补连塔煤矿由于煤矿开采引起松散层潜水损失量为1.90×10~4m~3/d。

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2266

689
基于格子Boltzmann理论的弱胶结裂隙岩体水沙两相流特性

作者(Author)：浦海, 倪宏阳, 肖成

摘要：通过格子Boltzmann方法对裂隙岩体水沙两相流动规律进行理论分析,建立裂隙岩体水沙两相流动的格子Boltzmann模型,推导了水沙两相的基本守恒方程并建立了水沙两相流动系统的控制方程,基于浸入边界法,利用欧拉点和拉格朗日点处理水沙两相界面。通过数值模拟裂隙溃沙情况,分析了沙粒进入裂隙前后的流动形态,研究了颗粒粒径和裂隙宽度对溃沙速度的影响。借助单裂隙下的研究结果,建立上覆厚松散沙层矿井开采模型,分析裂隙发育下突水溃沙情况,发现在初始阶段,沙粒的溃入会堵塞裂隙,抑制裂隙的发育;随着水压的持续施加,大量水沙混合物开始涌入裂隙,岩体孔隙压力增大,导致裂隙迅速发育扩展,甚至会造成顶板垮落,加剧突水溃沙灾害。

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煤炭学报

2017年第01期

2014

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陕北风沙滩地区采煤塌陷裂缝对包气带水分运移的影响:模型建立

作者(Author)：杨泽元, 范立民, 许登科, 郑志伟, 石玉红, 张艳娜, 史晓琼

摘要：陕北风沙滩地区高强度采煤对包气带水分运移产生影响。在区域调查的基础上,以榆树湾煤矿20108工作面开切眼附近裂缝为野外原位监测点,采用野外原位监测与室内数值模拟相结合的方法,建立采煤塌陷裂缝对包气带水分运移影响的水热耦合数学模型。利用野外原位监测数据对所建立的模型进行识别和验证,表明模型计算值与野外监测数据之间拟合较好,从而获取了相关的水热参数。利用此模型可定量回答裂缝对土壤水分运移的影响程度,揭示裂缝对土壤水分运移的影响机理,为陕北风沙滩地区保水采煤和生态恢复提供参考。

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2189

957
煤岩破裂过程中应力对红外辐射的控制效应试验

作者(Author)：马立强, 张垚, 孙海, 王烁康, NAJEEMAdeleke

摘要：煤岩破裂是引发突水与煤柱失稳等矿山灾害的根本原因,准确有效地对煤岩受力破裂过程(裂隙发育过程)进行监测预警,是实现矿山保水开采和岩层控制的重要基础。煤岩在受力破裂过程中,伴随着应力调整会发生红外辐射变化,为探索应力变化与红外辐射变化之间的量化关系,提出煤样表面红外辐射方差突变系数新指标,进行煤单轴加载红外辐射观测实验研究。研究结果表明,应力对单轴加载煤样的红外辐射普遍具有控制效应,50 mm×50 mm×50 mm煤样表现出控制效应的比例约为93%;50 mm×50 mm×100 mm煤样表现出控制效应的比例约为85%。在红外辐射试验中,煤样表面红外辐射方差突变系数平均达到煤样应力调整系数的2个数量级,可运用此特征对承载煤岩体裂隙发育及破裂状况进行红外实时监测。同时,应力对红外射的控制效应具有时间滞后性,50 mm×50 mm×50 mm煤样的红外辐射方差突变平均滞后其应力调整时刻约2.7 s,50 mm×50 mm×100 mm煤样的红外辐射方差突变平均滞后其应力调整时刻约2.9 s。

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