“保水采煤的理论与实践”专辑_中国煤炭行业知识服务平台

“保水采煤的理论与实践”专辑

来源：《煤炭学报》2019年第3期

西北大型煤炭基地地质环境条件的特殊性决定了煤炭开发过程中，必须优先保护、科学利用有限的水资源，才能维系和改善脆弱的生态环境。面对这一技术瓶颈和挑战，《煤炭学报》2019年第3期前27篇论文集中报道了在地质条件探测、水文地质条件评价、植被与地下水位关系、采煤过程中含(隔)水层结构保护等方面取得的进展，探讨了保水采煤面临的科学问题，确立了部分典型植被的地下水位阈值，刻画了高强度采煤条件下覆岩裂隙场、应力场、渗流场的动态演化规律以及地下水漏失量，建立并揭示了导水裂隙带发育高度预测模型及演化特征，形成了基于含水层结构保护的水害防控技术，开展了烧变岩强含水层、地表水体下保水采煤工程实践，划分了保水采煤矿井的等级类型，对厚含水层进行了精细划分，阐释了高强度采煤弱胶结覆岩的损伤过程，论述了地下水开发利用中的有关物质成分迁移路径、水资源储存技术，提出了基于含水层保护的地质环境承载力问题及解决途径。值得提及的是，保水采煤已经走出西北生态脆弱矿区，走向西南岩溶石漠化矿区，并首度走出国门，走向水资源丰沛的孟加拉国，实现了孟加拉国孟巴矿地下水径流系统的有效保护。

行业视野: 环境保护
类别; 108个
关键词; 118位
专家; 27篇
论文; 38531IP
点击量; 13311次
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覆岩破坏充分采动程度定义及判别方法

作者(Author)：郭文兵, 娄高中

摘要：随着煤层开采深度的逐年增加，非充分采动工作面越来越多。导水裂缝带高度是实现保水开采的关键参数，但非充分采动工作面开采条件下导水裂缝带高度小于充分采动工作面。为进一步研究其原因，采用理论分析、相似模拟、数值模拟等方法研究了导水裂缝带高度影响因素的敏感性及其与工作面尺寸的关系，提出了覆岩破坏充分采动程度的定义及判别方法。结果表明:工作面尺寸对导水裂缝带高度的影响仅次于开采厚度。当工作面尺寸较小时，覆岩破坏不发育;当工作面尺寸增加到一定值时，覆岩破坏仅形成垮落带;当工作面尺寸继续增加时，覆岩破坏形成裂缝带且导水裂缝带高度随着工作面尺寸的增加而增加;当导水裂缝带高度发育至最大值后，导水裂缝带高度不再随工作面尺寸的增加而增加。覆岩破坏过程中仅形成垮落带的阶段定义为覆岩破坏的极不充分采动(即覆岩极不充分破坏);覆岩破坏过程中形成裂缝带且导水裂缝带高度随工作面尺寸增加而增加的阶段定义为覆岩破坏的非充分采动(即覆岩非充分破坏);导水裂缝带高度达到最大值且不再随工作面尺寸增加而增加的阶段定义为覆岩破坏的充分采动(即覆岩充分破坏)。导水裂缝带高度刚达到最大值时的工作面尺寸为工作面临界尺寸。当工作面尺寸小于工作面临界尺寸时，覆岩破坏为非充分采动;当工作面尺寸大于工作面临界尺寸时，覆岩破坏为充分采动。覆岩破坏充分采动程度的主要影响因素有工作面尺寸、开采厚度、开采深度、覆岩力学性质、覆岩结构特征和覆岩破断角。

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煤炭学报

2019年第03期

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西南岩溶山区保水采煤地质模式

作者(Author)：李涛, 高颖, 艾德春, 杨军伟

摘要：我国西南地区煤炭储量丰富，但岩溶山区条件下石漠化十分严重，特别是煤炭开采进一步促进了石漠化进程。为协调我国西南地区煤炭开采与生态环境保护的矛盾，开展西南岩溶山区保水采煤地质模式研究。以六盘水煤田，特别是发耳矿区米箩煤矿为研究背景，基于地质调查、采掘揭露、矿井水文观测、地下水钻孔显微高速摄像观测等手段的成果，剖析了研究区生态、采煤、构造及水文条件，研究了西南岩溶山区的煤-水组合关系特征，阐释了岩溶山区煤炭开采驱动石漠化的过程;进而采用统计分析、三轴卸载实验、水-电相似模拟研究了西南地区导水裂隙带发育高度、整体下沉带内相对隔水岩体采动渗透性变化及采煤侧向渗流下生态水位响应规律。研究结果表明:西南岩溶山区煤炭开采导致生态潜水位下降促使水土流失增加，进而驱动西南岩溶山区石漠化进展，是该区保水采煤的关键。研究区煤炭开采厚度小(1~3m)，上覆基岩厚度大(800~1 000m)，导水裂隙带发育有限，导水裂隙带以上相对隔水岩层卸载后仍能有效隔水，采煤后垂向渗流微弱。但采煤沟通的基岩含水层与生态潜水存在侧向补给渗流，煤-水关系为侧向渗流型。研究区典型采矿地质条件下，煤柱留设80m可实现保水采煤，而超前注浆可减少保水煤柱留设。本研究可以为西南岩溶山区采煤规划提供借鉴。

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煤炭学报

2019年第03期

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297
孟巴矿厚松散含水层下协调保水开采模式

作者(Author)：余学义, 毛旭魏, 郭文彬

摘要：孟巴矿的地质采矿条件具有近地表松散富含水层厚、煤层顶板厚、煤层厚的“三厚”特征，开采煤层覆岩中含有多个含水层组，矿井水害是威胁矿井安全生产的主要因素。在覆岩多水体条件下，为了有效防止近地表厚松散UDT含水层进入井下，导致淹井灾害发生，提出上保下疏的开采水害防治模式。一分层安全开采的关键技术是控制复合关键层的结构稳定，应用初始后屈曲理论解析其稳定性，得出结构关键层的极限破坏长度，通过线性回归给出分层开采覆岩导水裂缝带发育高度预计计算公式，分析确定了一分层开采工作面宽度不超过150m，限高开采3m;依据对UDT含水层防护的安全煤岩柱高度确定二分层开采高度，二分层开采后覆岩结构关键层发生破坏，既能够有效疏放LDT隔水层以下含水层水，又能够保证LDT隔水层的完整性，达到UDT水体不发生下泄的目的，保障了矿井安全开采;根据工作面协调减损开采原理，确定开采分层合理错距约为82m，下分层的巷道布置在上分层开采采空区下的厚煤层分层错距协调限高开采布置模式，实现有效降低了覆岩应力的叠加效应，减轻LDT隔水层的变形破坏程度。开采结果表明:厚煤层分层协调布置开采方法，有效减轻了UDT含水层下LDT隔水层应力叠加损伤程度，保护了隔水层的完整性;一分层限高综采，二分层限高综放开采分次疏放了煤层顶板至LDT底板2个含水层组，解决了矿井排水能力较小条件下的水害防治问题;分层工作面错距协调布置开采方法，有效降低了开采边界导水裂缝带发育高度，减小了LDT变形破坏程度，同时释放了一分层区段煤柱应力，实现了覆岩整体下沉，不但有效地降低了覆岩破坏高度，而且减小了冲击矿压冲击强度，开采期间UDT水位变化幅度稳定保持在一定范围内，实现了多水体条件下上保下疏的厚煤层分层安全开采模式。

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煤炭学报

2019年第03期

1105

366
近距煤层高效保水开采理论与方法

作者(Author)：马立强, 张东升, 金志远, 王烁康, 余伊河

摘要：地下煤炭资源开采极易导致珍贵的浅表水资源流失，从而造成地表植被死亡和生态系统失衡。为保护维系西部矿区生态环境的浅表层水(河流湖泊水和第四系砂层潜水)，尤其是为保护地下潜水(生态)水位，基于前期已取得的浅埋单一煤层保水开采理论成果和岩层控制工程经验，提出保(生态)水位和突水防治一体化的近距煤层水资源保护性采煤构想。以“高效保水采煤”为目标，针对近距煤层与极近距浅表水下开采条件，研究解决反复开采扰动区区域覆岩导水裂隙协同控制、极薄阻隔层低损伤控制，以及采掘面涌(突)水灾害监测预警等技术难题。提出长壁保水采煤方法、壁式连采连充保水采煤方法和采掘面突水红外监测辐射预警方法，实现近距煤层安全高效保水采煤,具体包括近距煤层岩层控制、采动覆岩导水裂隙带高度计算、隔水层变形计算和承载煤岩红外辐射响应等理论和特征，以及反复开采扰动区域导水裂隙控制、充填体主动接顶和“采-支-运”快速作业等技术。最终确定了保水开采薄弱区，形成基于水资源保护的浅埋近距煤层工作面优化布置、采煤方法配置与水资源运移监测的高效采煤理论与方法体系。研究成果已在陕北与华北等矿区进行了保水采煤实践，为实现我国煤炭资源的绿色化开采提供支撑。

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煤炭学报

2019年第03期

1371

515
生态脆弱区保水采煤矿井(区)等级类型

作者(Author)：李文平, 王启庆, 刘士亮, 王苏健

摘要：水资源保护性采煤是生态脆弱矿区可持续发展的必然选择，如何深化保水采煤研究，使之更好的付诸工程实践，是西北煤炭开发规划和建设生产亟需解决的问题。以陕北榆神矿区为例，结合浅表层水资源(保水采煤目的层)量分布和煤矿开采对浅表层水资源的影响程度两方面，研究了保水采煤矿井(区)类型。首先，分析了研究区生态-水-煤系地层空间赋存结构特征，提出了以保水采煤为目的的生态地质环境类型，将其划分为潜水沙漠滩地绿洲型、地表水沟谷河流绿洲型、地表径流(黄土)沟壑型和区域性(深埋)地下水富集型;其次，计算确定了浅表层水资源单位面积总储存量分布;然后，基于煤层开采对生态层及浅表层水的影响程度，提出了4种保水采煤环境工程地质模式(环境友好型、环境渐变恢复型、环境渐变恶化型及环境灾变型)，在分析影响其分区的导水断裂带高度、残余隔水层釆动隔水性等关键指标的基础上，建立了不同环境工程地质模式分区阈值和确定方法;最后，基于浅表层水资源量和保水采煤环境工程地质模式分布特征，提出了保水采煤矿井等级类型划分方法，将其划分为:正常开采矿井、保水采煤一级矿井、保水采煤二级矿井和保水采煤三级矿井，总结了各级保水采煤矿井适用的开采方法与水资源保护、利用方法。

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煤炭学报

2019年第03期

1488

504
神府矿区大型水库旁烧变岩水保水开采技术研究

作者(Author)：董书宁, 杨志斌, 姬中奎, 王世东, 高小伟, 江球

摘要：神府矿区是我国重要的煤炭生产基地和典型的高强度开采矿区，同时也是我国典型的干旱半干旱生态环境脆弱区，烧变岩水是区内的主要地下水资源之一。为研究区内烧变岩水对采煤的影响和烧变岩水的保护问题，以张家峁井田首采区首采地段5-2煤开采为例，通过对水文地质结构系统和5-2煤顶板导水裂隙带的分析，查明了研究区的水资源类型和特征，确立了5-2煤保水开采对象，划分了5-2煤保水开采分区，提出了烧变岩注浆帷幕截流保水开采新技术。研究结果表明:研究区的水资源类型主要有6类，其中仅有4-2煤烧变岩水具有保水开采意义，5-2煤开采划分为4-2煤烧变岩水无水开采区和保水限采区。5-2煤保水限采区设计的帷幕墙空间形态、帷幕线位置及数量、注浆钻孔排间距及结构合理，制定的钻探和注浆施工工序和工艺科学，实施的双位双向引流注浆、烧变岩全断面分区注浆、防渗截流效果即时检验等注浆帷幕关键技术可行。保水限采区5-2煤采煤工作面采前上覆4-2煤烧变岩水预疏放和采后工作面涌水量实测结果表明，保水限采区内4-2煤烧变岩水静储量约20000m3，动态补给量不足5m3/h，注浆帷幕截流实现了帷幕内外4-2煤烧变岩水的有效隔离，大幅减少了4-2煤烧变岩水及与其有直接水力联系的常家沟水库水的排放，水资源保护性开采效果显著。

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煤炭学报

2019年第03期

1592

655
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

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759
西部浅埋煤层开采顶板含水层水量损失动力学过程特征

作者(Author)：靳德武, 周振方, 赵春虎, 冯龙飞, 许峰

摘要：受保护含水层水量损失的定量计算是“保水采煤”理论发展目前面临的瓶颈问题。利用覆岩破坏数值模拟方法，将陕北榆神矿区典型覆岩结构下煤层开采顶板水量损失过程划分成单一风化基岩失水和萨拉乌苏组、风化基岩复合失水模式;基于系统动力学理论，构建了2种水量损失模式动力系统模型，建立了实际疏放与无疏放状态水量损失过程之间的数学关系，求解了水量损失动力系统模型参数，确定了水量损失峰值及发生位置、水量损失动态平衡值及发生位置;通过开采扰动区水流数值模拟，计算了2种模式单位走向长度水量损失强度。结果指示:覆岩组合特征控制着煤层采动含水层动、静储量叠加释放过程，决定了工作面采动顶板水量损失模式;2种水量损失模式相比，复合模式下水量损失峰值和动态平衡值均较大;钻孔疏放水显著削减了推采过程水量损失峰值强度，改变了水量损失方式和时机，但采动过程水量损失动态平衡值及顶板水资源损失总量并未发生变化;两种模式下工作面采动，水资源损失总量以及水资源损失强度中松散层和风化基岩水占比计算结果，揭示了古近系黏土隔水层对于萨拉乌苏组潜水保护的重要意义。研究结果为“保水采煤”理论在工作面尺度含水层水量损失及保护的定量计算提供了新思路。

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