陕北榆神府矿区保水采煤方法研究
煤矿保水开采技术
中国矿业大学题目：保水开采技术2014年10月26日摘要： (3)一、研究背景 (3)二、煤炭开采对地下水的影响分析 (4)1.1煤炭开采对地下水水位的影响 (4)1.2煤炭开采对地下水水质的影响 (4)三、保水开采技术途径 (5)2.1 合理选择开采区域 (5)2.2留设防水煤岩柱 (5)2.3 应用保水采煤方法 (5)2.4对采矿区实施充填 (6)2.5 长壁工作面快速推进 (6)四、煤矿保水开采主要影响因素 (7)五、榆神府矿区保水开采实践 (7)4.1矿区概况及水资源破坏情况 (7)4.2保水开采工程技术措施及保水效果 (8)六、煤矿保水开采的研究方向 (9)七、结语 (9)参考文献： (9)针对采煤过程对区域水文地质的影响和对地下水资源的破坏问题，从煤矿开采对地下水位、水质的影响，工作面的布置、煤岩柱的留设、采煤方法、长壁工作面快速推进等方面提出了保水开采的技术途径。
以榆神府矿区保水开采实践为例讲述保水开采方法的效果，总结了保水开采技术今后的研究方向，提出了可行性研究方位，完善了保水开采技术的理论体制。
关键字：保水开采、水资源破坏、煤矿水位、水质一、研究背景长期以来，我国煤炭开采一直是以牺牲矿区环境为代价，在煤炭开采后，造成农田以及建筑物破坏、村庄迁徙、矸石堆积如山，河川迳流量减少，部分地区地下水水源干枯、土地沙漠化等矿区生态环境严重破坏的问题。
随着我国煤炭产量的不断增加，煤炭开采所带来的环境问题愈加突出，其中水资源的破坏问题最为明显，也最为敏感，因为我国大部分矿区分布在中西部干旱半干旱地区。
煤矿开采过程中破坏了地下含水层的原始迳流，大量排出地下水；采空区上方导水裂隙带与地下水体贯通，形成大规模地下水降落漏斗，造成区域含水层水位下降，直接影响到区域水文地质条件。
采动影响稳定后产生的地表沉陷往往影响到地表水体 (河流、湖泊、井泉等)的原来形态，造成部分沟泉水量减少甚至干涸；影响当地居民正常的生产生活，进而影响区域植被生长，甚至土地沙漠化。
神府矿区大型水库旁烧变岩水保水开采技术研究
神府矿区大型水库旁烧变岩水保水开采技术研究董书宁;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20 000 m3,动态补给量不足5 m3/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.【期刊名称】《煤炭学报》【年(卷),期】2019(044)003【总页数】9页(P709-717)【关键词】神府矿区;烧变岩水;保水开采;注浆帷幕【作者】董书宁;杨志斌;姬中奎;王世东;高小伟;江球【作者单位】煤炭科学研究总院,北京100013;中煤科工集团西安研究院有限公司,陕西西安710054;陕西省煤矿水害防治技术重点实验室,陕西西安710077;煤炭科学研究总院,北京100013;中煤科工集团西安研究院有限公司,陕西西安710054;陕西省煤矿水害防治技术重点实验室,陕西西安710077;中煤科工集团西安研究院有限公司,陕西西安710054;陕西省煤矿水害防治技术重点实验室,陕西西安710077;中煤科工集团西安研究院有限公司,陕西西安710054;陕西省煤矿水害防治技术重点实验室,陕西西安710077;中煤科工集团西安研究院有限公司,陕西西安710054;中煤科工集团西安研究院有限公司,陕西西安710054【正文语种】中文【中图分类】TD823.8陕北侏罗纪煤田是国家《能源发展战略行动计划(2014—2020)》确定的14个亿吨级大型煤炭基地之一，是我国煤炭资源富集程度高、煤质最优、开发前景最好的大型煤田[1]。
【doc】陕北榆神府矿区地质环境现状及采煤效应影响预测
陕北榆神府矿区地质环境现状及采煤效应影响预测2一;3;—/L1004—9665/2∞0/o8(03)一0324—10,ofEngineeringC~*a!ogy工程地质陕北榆神府矿区地质环境现状及采煤效应影响预测李文平①段中会②(①中国矿业大学棣州221008)华解明③叶贵钧④赵向军①杨宏科②付立群@(@陕西省一八五煤田地质勘探队橹林719000)(@中国煤田地质总局水文地质局邯郸056004)F(④中国煤田地质总局琢州072752)摘要以我国西部特大型煤田榆神府矿区为倒,从环境工程地质学角度分析了该区煤炭资源开发中主要的环境工程地质问题,并进行了综合地质环境质量现状和采后变化预测评价研究结果对该区煤炭资源合理开发宏观决策和规划设计有直接指导意义.篓化境删聋殍效虚中圉分类号:TD166文献标识码:A五屏,'一p￡..., EVALUATIONOFPRESENTGE0L0GICALENVⅡtON匝NTAND PREDICTIONOFITSVARIATIONCAUSEDBYMININGINYUSHENFU MINEAREAOFNORTItSHANXILIWen—pinDUANZhong-huiHUAJie-mingYEGui-jun.ZHA0Xiang—juIl.YANGHong-ke--~FULi—qun@<(UniverutyofMiningTechnology,Xuzh~221008)}(蛳185Co~foZdGeologyTeamShan~Province,Yulin719000)(③H蝴BureauofChinaNcttlonalA∞ofCoalGeology.Handan056004)I(唾%N,r~aalAdmir~lra.qonofCoatGeology,z072752)A~tractInthispaper,takingthesuper—largeYushenfuMineAerathegreatcoalfieldinWestChina.asanexample,theauthoranalyzern~iorenvironmental-engineeringgeologicalproblemsinvolv edinthecoalres0uroeexploitationfromtheenvironmental—engineeringgeologicalaspects.Theintegratedgeological—environmental qualityoftheareaisevaluated,thevariationcausedbytheminingactionarepredicted.Theobt ainedresuitsare ofgreatsignificancetoguidedirectlytothemacroscopicdecision-makinganddesigningand planningreasonableexploitationofthecoalfield.KeywordsYushenfucoalfield,Soilerosion,Desertification,Waterenvironment,Integrated geologicalanvironment.Evaluation.Prediction.引言环境是相对"中心"而言的,环境因所考察的"中心"内容不同而不同.地质环境是指人类赖以生存和生活的岩土环境(包括地下水),与水圈(地表水),生物圈,大气圈环境关系密切.工程地质环境是人类从事各种工程活动所涉及到和影响到的地质环境.它收稿日期:199910-22}收到修改稿日期:1999-1129.基金项且,N~NmNN95重点项目(编号96—28)"我国西部侏罗纪煤田(榆神府矿区)保水采煤及地质环境综台研究''部分内容筹一作者I奇介:李3~(1969一】t男,博士.副教授,从事煤矿工程地质,环境地质科研和教学工作.李文平等:陕北精神府矿区地质环境现状及采煤效应影响预剥区别于一般地质环境的关键在于其"中心"是人类工程活动,且主要指在地质体上或其中(地下)进行的各种开发,利用,改造工程,即地质工程.环境工程地质学就是研究地质工程活动与地质环境之间相互作用和影响,以保证地质环境的合理利用与保护的学科.它是工程地质学的一个分支.主要研究内容可概括为三部分,即:环境工程地质条件勘察,环境工程地质问题评价和预测,工程地质环境利用,整治与改造.煤炭资源开发是典型的地质工程长期以来,煤炭工业的首要任务就是尽最大可能地采出煤炭资源,很少去考虑煤炭开采引起的地质环境变化及其对人类的不良影响或危害.近十年来,随着世界范围内对环境的普遍重视,我国煤炭开发已不仅只重视产量,而是已开始注重开采引起的环境问题及其反约束作用,并就一些重大,典型煤矿环境问题开展研究."我国西部侏罗纪煤田(榆神府矿区)保水采煤及地质环境综合研究"为原煤炭工业部95重点项目, 共分3个子课题完成.即I:榆神府矿区保水采煤研究;Ⅱ:主要矿区水资源联合调度和矿井水资源化研究;Ⅲ:采煤引起的主要环境地质问题及防治对策研究.本文介绍了第Ⅲ子课题部分研究成果1榆神府矿区环境地质概况榆神府矿区位于鄂尔多斯盆地东部,陕西省榆林,神木,府谷三县(市)境内.北西以陕西与内蒙古交界,东部以侏罗系煤系地层和三叠系地层交界,南至北纬38.3O,面积5509km.,查明可采煤炭储量575亿吨,为世界七大煤田之一.目前该区仅有神北矿区大柳塔等少量矿井投产.到21世纪初,该区将逐渐建成33个大中型矿井,年产量达1.13亿吨,约占全国总产量的九分之一.为我国21世纪煤炭工业战略西移首选基地.但是从环境工程地质条件考虑,榆神府矿区大量煤炭资源开采将面临着巨大的环境压力.该区位于毛乌素沙漠与陕北黄土高原接壤地带,原生地质及生态环境脆弱,土地沙化,水土流失都较严重;煤炭资源开发将会加大一些地方的水土流失和土地沙化.同时该区水资源主要来源于浅层沙层含水层(萨拉乌苏含水层),且含水较丰富;煤炭资源的大量开采,一方面可能在一些地方(浅部)造成该层水漏入矿井;另一方面地面煤矸石的排放,选煤厂等矿井地面辅助生产会对地表及地下水带来污染.因此,在煤炭开采的同时,如何最大限度地保护这一珍贵的水资源,即保水采煤,也是重要的环境工程地质问题. 我国西部环境问题研究是开发西部的重要研究课题,许多专家学者对此给予高度重视,探讨过研究内容,研究方法等,并取得了初步研究成果E.对榆神府矿区环境地质问题虽然也开展了一些研究8_],但主要是针对环境现状和单个问题(如水土流失或沙漠化)来进行的,未能对综合地质环境, 特别是受煤层开采后的变化进行总体评价和预测. 这也正是本文所要介绍的研究成果.2环境工程地质条件分析及GIs数据管坪从环境工程地质角度来研究上述问题,首先应研究该区与煤炭资源开采工程有关的环境工程地质条件,然后结合开采条件,对煤炭开采引起的地质环境变化程度作出超前预测,为资源开发宏观决策提供环境保护和治理考虑方面的依据.经过我们的现场实地环境工程地质调查,该区与煤炭资源开发有关的主要环境工程地质条件因素简述如下.2.1潜水位地下水是影响榆神府矿区环境的关键因素,其中潜水(松散沙层水,研究区内称萨拉乌苏含水层) 的埋深尤其重要(图1).由于该区的降雨量极少,维持该区生态系统的主要是地下水.现场考察表明,潜水位在不同的深度范围内,对不同植物的作用是不同的.潜水位在埋深极浅或溢出地表时,其不仅仅可以促进植物的生长,而且由于土的含水量较大,风吹起沙的难度也远较无水区或潜水位深埋区大,环境质量常常表现出较好的状态;当潜水位降低到草本植物仍能直接或间接(通过毛细现象)吸收时,大量草本植物及灌,乔植物的出现,无论是水土流失还是沙漠化,都极不易发生,环境质量也往往较好;当潜水位继续降低时,一部分草本植物囤缺水而逐渐死亡,残存部分耐旱耐酷热的草本植物,根系较为发达的灌木此时仍然没有大的影响;当水位继续下降,即使是灌木也难以幸免,而后乔木也全部死亡.此时, 即使仍未死掉的残艾野草也往往抵挡不住风沙侵袭,最终导致地质环境质量的彻底恶化.2.2水质水质是环境优劣的重要影响因素之一,水质的好坏,不仅仅影响人类的生存发展,并且恶劣的水质Jour~lofEngir,eermgGeology_'程地质20008(3)常常使植物都难以正常生长.在本区(图2),由于地表水蒸发强烈,有些地表水体的矿化度很高,在这些水体附近,也常常是风沙遍野,原因就是恶劣的水质￡避使得植物生长发育受到影响,最终抗不住风沙的侵袭而导致沙漠化的发生.40{20雪2.3水资源量图l榆神府矿区潜水位埋深量化立体图a.现状采后预测rig.1NumericalstereogramofdepthofthegroundwatertableinYushenfucoalITligleal~ea 一个适宜人类生存和发展的地区必然需有足够的水量.水是制约榆神府矿区工农业发展的重要影响因素(图3),也是维系该区生态环境的命脉.水资源量的多少与其他影响因素也常常表现出很大的相胜.可见水资源量的多少是影响该区地质环境质量的又一因素.2.4岩土类型一般说来,原生地质环境质量的好坏,与岩土介质是有直接关系的.一方面,岩土的物理力学性质决定着其易蚀程度,工程稳定性;另一方面,岩土的地球化学组成元素通过地下,地表水以及生物链间接地影响人类的生存和健康.同时,岩土类型直接影响植被生长发育从而极大地影响环境地质问题的发生.各种环境地质问题(如沙漠化,水土流失)都是不良的内因条件(岩土类型)在恶劣外因共同作用下的结果.本区潜水位之所以对环境有如此重要的影响作用,与该区的岩土类型是密切相关的.因为研究区内大部分地区的岩土为松散沙性土,持水性极差,没有地下水的直接补给,它们很难在如此干燥的气候下满足植物生长的要求.可见岩土类型是影响地质环境质量的又一重要因素.榆神府矿区东南部与西北部在地形地貌上有着很大的差异,因而所表现出来的主要环境地质问题差异很大,西北部为起伏较小的沙地,东南部为地形破碎的墚峁区.前者主要的环境地质问题为沙漠化,后者主要的环境地质问题为水土流失.西北部地势平坦的区域,由于萨拉乌苏含水层的存在,常常使得这里呈现沙漠绿洲的良好环境;而地势起伏较大的区域,生态环境就常常较差,其原因无非是高地上的李文平等;陕北精神府矿区地质环境现状及采煤鼓应影响预蔼{地下水位埋深大,风速大,雨水冲刷严重,其上的植物往往成活困难,而一些低洼沟谷中的植物也极易遭受风沙的掩埋,故而该区的环境较差.东南部的黄土丘陵区又可分成沟壑区,沟谷地和墚峁塬三种亚地貌类型,其中起伏较小的墚峁塬和沟谷地水土流失往往较轻甚至呈堆积地貌,沟壑区则是水土流失非常严重的区域.图2榆神府矿区地下水水质量化立体图Fig.2Numerica1.stereogramoftheundergroundwaterqualityin~usheofucoatmineareaa.现状b.采后预测2.6煤层的厚深比地下采矿活动对地表的影响,与主采煤层的厚深比有关系.已有成果表明,煤层的深厚比是表示地下开采对地面扰动程度的主要指标,在本研究中选用煤层的深厚比作为开采扰动的间接指标是有代表意义的.对于有多层煤层存在时可取它的等效值.2.7其他影响因素条件影响一个区域综合地质环境质量的因素是众多的,包括自然的和人为的.仅自然影响因素又可以分为很多类,除上述六因素条件外,还有气候条件,植被类型,植被分布等.这些因素有的因为与环境地质问题发生的相关性较小,有的因为不易量化或难于预测其变化(如人口密度,矿区洗煤厂的规模和位置等),因此本文未予考虑.对研究区环境地质现状条件,主要采用现场采取土岩样,水样(地表水,泉水,矿井水),煤矸石样,进行了大量的现场原位测试(如渗透实验,煤矸石淋滤实验等),现场调查(植被等)和室内实验(岩土的物理力学性,水质等),收集了大量已有相关资料,航片和卫片(共51幅).在此基础上进行了整理分析,并用GIS(MAPINFO和IDRIsI)方法对各条件值的空间变化进行了计算机数据量化管理.对采动后各因素的变化,在模拟采动后各地区"三带"高度,地面沉降值大小等研究基础上,进行了单因素变化预测和量化,得到了相应的数据和基础图件,为下面的综合环境评价和采动影响预测提供了基础.篇幅所限,dournalofEngineeringGeologyI程地质ZOO08(3)本文不予详述,这里仅给出与地下水有关的部分量化结果图. 100.图3榆神府矿区地下水水量量化立体图a.现状b.采后预剩Fig.2NumericalstemoftheundergroundwaterquantityinYushenfucoalmineam 3环境质量综合评价与预测3.1榆神府矿区综合地质环境质量标准综合环境质量的好坏,是上述环境工程地质条件在研究区内某一地方综合作用引起土地沙漠化,水土流失和水质好坏程度的综合结果评价,是对本研究区内相比较而言的.根据现场调查情况可将该区综合地质环境质量分为五种类型:3.1.1I型区(质量良好区)区内环境地质问题较少且较轻,沙漠化,水土流失程度较轻,水位一般都较浅,水量相对丰富,常分布于河湖周围.适合兴建大型矿井,大型城镇;但应注重环境保护.3.1.2Ⅱ型区(质量较好区)区内有环境地质问题发生,但程度都一般;或有一类环境地质问题较严重,但其他都较轻微.适合兴建大中型矿井,一般城镇}但应注重环境保护和对某一类较严重的环境地质问题的治理.3.1.3I型区(质量中等区)区内环境地质问题较普遍,程度一般到严重,但有一类问题特别轻,甚至不见发生.适合兴建大中型矿井,较小城镇,但应对环境问题进行较大投入治理.3.1.4Ⅳ型区(质量较差区)区内环境地质问题普遍发生,有一类环境地质问题特别严重.只适合稀疏的农业人口从事农牧活动.兴建中小型矿井,小型居住区时,应对环境问题进行较大投入治理;兴建大型矿井和较大城镇居住区时应有较巨大的环境治理投入.3,1.5V型区(质量极差区)区内环境地质问题都较严重,并且至少有两种环境地质问题特别严重.可有极少的农业人口从事农牧活动.兴建大中型矿井,中小型城镇时应对环境问题进行巨资治理.李文平等:陕北榆神府矿区地质环境现状及幕煤效应影响预测3.2GIS支持下的神经元网络综合地质环境评价模型对于综合地质环境评价模型,综合评价指数GEQ与各个单因素指标之间是一个复杂的非线性函数关系,可表示为:GEQ:,(蛳,斯,斯,.Z'WQT,,-TMSR,XR,),在已知建模区样本数据的情况下,可根据这些数据建立起这一非线性关系,用神经元网络方法进行综合环境质量分析评价,并结合C-IS(MAp~rFO)作图表示出来.权恬图4榆神府矿区地质环境综台评价神经元网络模型Fig.4Artificialneuralnet~aork(.ad'IN)modelforevaluationofintgra幛d geolqg;.calenvm~nmentoftheYushenfucoalmirlearea根据前面环境工程地质条件分析,对于本问题,我们确定神经元网络模型的输入层结点为六个,分别对应地形地貌因素(与岩土类型分布相一致),水质因素,潜水水位因素,水量因素,2-2煤层深厚比,地表水系因素;输出结点五个,分别对应地质环境质量I型区,I型区,Ⅲ型区,Ⅳ型区,V型区;设立了两个隐层,结点数分别为20个和1O个(图4).样本的选取是神经元网络建模的关键,在神经元网络的地学建模中尤其如此;本次研究中,一部分样本由现场调查取得,但其作为训练样本的全部是不够的,因此,我们借助于定性分析和解析模型的成果,吸收了区组试验的思想,采用全面取样的方法, 将样本空间分割成若干个子空间,共选取样本217 个(具体数据略),从中拿出近1/10的样本作为"未知样本",用于检验网络的训练情况,当预测结果满足精度要求时(本此共学习到213239次),网络训练结束,建模成功.将地质环境质量分区I型区,Ⅱ型区,Ⅲ型区,Ⅳ型区,V型区分别量化为(1,0,0,0,0),(O,1,O,0, 0),(0,0,1,0,0),(0,0,0,1,0),(O,0,0,0,1);为突出各指标自身的"相对好坏",避免绝对大小的不良影响,通常需对样本进行归一化处理,使各个指标具有相同的尺度;其具体方法为令五=五(z,一五删).3.3评价结果现状练合地质环境评价分区图如图5,开采后综合地质环境预测图如图6.据图5,图6统计得到采前采后主要井田的环境质量对比结果如表1.分析对比榆神府矿区地质环境质量与预测结果,可以对该区的地质环境质量总体上得到如下结论性认识.3.3.1环境现状(1)河谷区由于地表水的存在,普遍呈现为环境质量良好的状态(I型区).(2)平缓区尽管地表水缺乏,但由于Q.地下水的存在,使得该区对人类生存和发展的适宜性较好,普遍呈现环境质量较好状态(Ⅱ型区).(3)起伏沙区尽管地下水也较丰富,但由于水位埋深的变化,使得其环境功能大为降低,因此,该区普遍呈现地质环境质量一般状态(Ⅱ型区)(4)沟壑,梁峁区易发生水土流失及崩塌糈坡,因此,普遍呈现为地质环境质量较差状态(Ⅳ型区).(5)盖抄黄土区,沙漠化与水土流失两种环境问JournalofEngina~nngC.a~ogyI程地质20008(3)题都严重发生,为本区地质环境质量最差的区(V型区).衰1主要井田(区)综合地质环境质量采前,采后对比衰Table1C0mpasonofthepresentgeol~ical-environmentalquality withthataftermininginthemajorcoalmineinYusherffuMineArea矿井田总~iN/'霹……面积/kra2….面积/km2柔观w量百分比(不旧量百分比/( 叠面矿井质矿井质差区(区)kmzIIⅢⅣV1IIⅣV量总评价量总评价石圪台69.9O69.9012.0336.152172良36.6732.Z317.269.812.852.447.6前石畔66.1O66?1O65.0210838.2427.8698,41.657.942.1哈拉淘10.441..441.604.334.512.877.47差15.341.543.228.471.6大柳塔136.2136.211.269.97102.9811.980.2912.8337.z554.3331.5差8.37.375.68.80.29.427.338.823.2活鸡免1253I~5.32.460.2251.4571.17差0.322.843.59118.55差2.00.241.156.70.32.32.794.7朱盏塔118.4118.412.9123.0962.9619.457.614.3764.5741.85 10.919.553.216.46.43.784.535.4中神大海则61.2661-26lO.6622.4028.2良55933.4722.2差17.436.646.09.154.636.3差北何家塔25.4625.467.941.4816048.966.679.83差31.25.863.035.226.238.69.1612.9937.988.696.4111.8043.768.91.95矿59.7513.118.654.41389.216.962.78.52.7区孙家岔69.824.8811.U42.751.O17657.7441.82.86柠条塔5975差8.218.671.51.712.81307004.2拧条塔露天27.827?51.7711.038.745.96差1.441.1518.166.75差6440.13182175.24.266.024.6海湾井田480748.072.072.5512.0731.384.75n420.6542.25差差4.35.325.165.3990.91.487.8中肯铁岭52.74527417.6625.889.20.4722.9529.3233.549.117.40.943.555.6张家茆10751O7.53.5637.6756.4987差13.919.8562.121163差红柳林213.0213.03.335.052.5g.212.9l8.557.810.8lj9449.3643.6752.4351.61.867.6280.9870.6751.83差7.523.220.524.624.2n93.638.033.224.3大保当92.6792.672.3890.29良41929.8358.65.2097.44.532.2R88.2813.1175.37良14.RR.柳界88.4888.48n.日4.173.37良77.54曹家滩77.5477.549574.R1On金鸡滩92.8679,68373842.379.6846§11Off西湾54.3954.3922125.7825.391.O1良1.890.0939.1513.26 4147.44671.8.50,720243揄沙海湾29.5629.563.45Z1.634.481.1727.8311.715.2731.日94.1神榆树湾88.43652339.222O64.O151.9913.24矿60.1J良13.75645.53l19.62l1.79482.1l185678.9良良良2095.12.91_771.O27.3秃尾河2.O855.89166.4158.42153.615.03922173341558343644364中差差东开发区0.512.838.113435.23.421_139.735822.78.1242.73135.151差18585.7315.101692g差差''一b1n93.920.564?78.92.87.281.160.9357.6727.38.049.96282.92121.22水源保护区454.1良良良13.478—86.10.7l1.O62—326.73.3.2采后环境变化特点(1)总体上地质环境质量均有所下降.原环境质量较好的河各地段,地质环境质量下降较严重,l型区原以毛乌素沙地为主,出现了大面积的减少;Ⅲ型区面积显着增大.一方面在Ⅲ型区与IV型区,V型区交接部位,恶化为IV型区与V型区,另一方面,与原I型区,Ⅱ型区交接处显着偏移;V型区在神北大面积出现,设计露天开采矿区也变为质量最差的区域.李文平等:陕北精神府矿区地质环境现状覆采煤效应影响预测331 算妻器系警雾蕃雾神经网络综合评价分区图皂E例,孤^':1OO~t15O冁鞫国鐾圈&Ⅱ口霹蜀岛耋留例一1I型垣Ⅳ堑匡.mTf曩薯■■_v型区一…l腮露剑mllIjl...lJL—^目口口———TTrrrrl…I.镶鼹疆琴吾.摩,图5榆神府矿区地质环境现状神经元网络综合评价分区图Fig.5Zonati~inte~atedg删l0gicalen~mentq岫htyatpre~ntof YushenfucoalrIlir1earearesuI1edf")mtheANNevMuafi~揄神府矿区聚后地质环境神经网络预测评价分巨I1-1OO{A15Ol图ll—S------—----4口…l1lEⅣ型匡fff疆■■_■鹦■■■_V型区『}}J1I一矗i=复』催i=-图6榆神府矿区采后地质环境神经网络预测评价分区图Fig.6Zonationofi眦egratedge010glcalenrcnⅡ】entq~htyatterminiI1g ofYush印fu∞aJnearear~ultedtramtheANNpr~ction(2)神北区由于煤层埋深较小,开采后地质环境恶化严重,出现较大面积的v型区(3)毛乌素沙漠腹地,由于煤层埋深大,煤层开采扰动较小,因此,地质环境质量变化不大(4)研究区东部由于地表,地下水质的恶化,地质环境质量也出现不同程度的下降.(5)在煤层露头附近及浅埋区(如秃尾河以东开发区等),地质环境质量下降甚为严重,普遍降为Ⅳ型区,V型区,是受煤层开采影响最严重的地区主要井田综合地质环境质量采前采后具体对比数据如表l.根据表1结果,从环境保护角度考虑,研究区开采适宜性的井田大都集中在榆神矿区秃尾河以西地区,第1子课题研究划定的保水采煤区采后环境变化不大,适宜开采.神北矿区仅石圪台,前石畔,朱盖塔,孙家岔4个矿井较适宜开采,其他矿井以及榆神矿区秃尾河以东开发区,备用区的开采332JournalofE,ngin~ringGeologyI程地质20008(3)适宜陛差,煤层开采将要付出昂贵的环境治理代价. 4环境破坏防治措施对榆神府矿区煤炭资源的开采,应从"既要采煤,又要保护环境"的可持续发展战略高度来考虑. 通过本项目的初步研究,在该区内,虽然存在采煤与保护环境的矛盾,但这一对矛盾并不是在所有区域都很尖锐.只是在煤层埋藏浅而有水的地方才成为主要问题.因此,对该区煤炭开采环境保护与治理问题可作如下宏观考虑:(1)全区以预防为主;在开展环境质量现状评价和煤炭开采环境质量预测评价的基础上,优化区内开采顺序,结合表1,首先开采对环境破坏不明显或不大的地方.对开采引起环境恶化严重的地方, 初期可不开采.(2)局部应以开采与环境治理相结合:对开采引起环境恶化的地方,如果要开采资源,必须同时投入专项资金进行环境治理.具体治理方法有:④沙漠化易发区,必须作好植树造林,种草,布置草栅格,水源地保护,兴修水利等工作.②水土流失区,加强煤矿开采废弃土石堆放管理+植树造林,种草等工作.@在采煤失水区;(i)在进一步深入开展井田工程地质,水文地质条件研究的基础上,结合采煤方法,如考虑采用房柱开采,充填开采等方法,减少对上部水体的扰动,尽可能减少采煤失水区面积和失水量,保住了水也就保住了环境.(ii)将研究区内地表水与地下水(包括矿井水)作为统一的水资源, 进行资源量计算评价,管理研究,在此基础上针对采煤失水和贫水矿井区,精心设计和实施全区内水资源联合调度(地表水与地表水调度,地表水与地下水,地下水与地表水调度),保正采煤失水区植树造林,工农业等用水需要.这也是人工治理环境的一条重要途径.5结论(1)环境工程地质学是环境科学的重要组成部分,是研究人类的地质工程活动与地质环境相互作用和影响,以保证地质环境的合理利用和保护的学科.它是工程地质学的一个分支.主要研究内容可概括为三部分,即:环境工程地质条件勘察,环境工程地质问题评价和预测,工程地质环境利用,整治与改造.(2)榆神府矿区原生地质环境条件差,沙漠化,水土流失严重,在未开采煤炭时就应加强环境保护和治理.(3)榆神府矿区煤炭资源开发,并不会造成区内所有矿井地质环境加剧恶化i只是在煤炭埋深浅,且富水的地方,开采会加剧环境恶化,这些地方是今后煤炭开发时,重点保护与治理环境的地区.(4)对榆神府矿区煤炭资源的开发,应根据各矿井(区)具体的环境工程地质条件和对采前采后环境质量的变化评价预测结果(表1),从优化全区开采顺序,设计各矿井具体开采方法和作好环境保护与治理三方面来进行,才是科学合理的.感谢中国煤炭工业技术咨询委员会童有德教授,丁琨教授的指导.参考文献[13壬思敬.论人类工程活动与地质环境相互作用及其环境效应[J_J_地质灾害与环境保护.1997.8(1):19~26.WangSjng.u舒i姐叽theinteractionbetweenhtav~engmee~ngactionandge蛳cea,,'imnmen~andit'setlr.n嗍teleffects.Journal0fG即bHazardsand EnvirotmaentPreservaticm.1997.8(1):l9～26.[2]壬思就工程地质学的任务与未来[J].工程地质.1999,7(3):195~199.WangSijiI1g.Taskandfuture0fengineering~ologyJo.zm]0f EngineeringG咖,1999,7(3):195~199.[3]曲永新.张永双,冯玉勇.当前国际环境地质工程(环境岩土工程)研究的热点领域及其相关技术[J].工程地质.1998,6 (4):301~304.tlY o,~-,m.a1.Prese呲attracidc~toc吕Ilbbandrelated technolo~ininternationa]d∞n黜ta1geotechnologyJournal0fEngineenngCreoIogy,1998,6(4):301~304.[4]刘传正.环境工程地质学[M_J_北京:地质出版社,1995. Lchua衄}帅g.Environm~taiEngieem~Geology.ng:GHbg;IPublishingHouse.1995.[5]张宗枯等.黄土高原区域环境地质问题及治理[M_J_北京:科学出版社,1996.Zhonghu?H.R~omlenvironmemalgeologicalproblemsandtr~ttncntloessAldplano.Beijing.ScienceR肾.1996[6]陕西省地质矿产局第二承文地质队.黄河中上游区域工程地质[M_J_北京:地质出版社,1986.rIdaryhyd.,~,eolngyParry0fBjreau0fGe.bgyandMineral Resotxrc~s0fSben~Province-R葛唧lenginee~nggeology0f middlereaches0fHuangheRiver.蹦ng:GeoPubIMngHouse,1986.[7]林年丰,沥海新疆塔里术西部平原生态环境地质综合研究季文平等:陕北掎神府矿区地质环境现状及采煤效应影响惯测333 中国地质学会工程地质专业委员会全国第六届工程地质大会会议通知(2000年11月5—8日南宁)全国第六届工程地质大会定于2000年l1月5—8日在广西壮族自治区首府南宁市召开.这是四年一届的大会,跨世纪的盛会,意义深远】大A主庙:回顾与展望?2l世纪工程地质主要活动方式:特邀报告与专题讨论主要专置:西部大开发中重大工程地质问题;广西基础设施建设中关键的工程地质科技问题;工程地质学科地位与工程地质理论体系等.热烈欢迎厂家,企业家以及有关专家领导参加大会进行学术交流,仪器展示,新成果推荐,软件开发等.希望与会代表积极准备,使大会召开得生动,活跃,团结大协作,开创新局面】考察路线:1滨海城市工程地质北海(考察费约350元)2岩溶地区工程地质一挂林(考察费约830元)3特殊岩土类的工程地质一百色(考察费约400元)4海上石林下龙湾(考察费约950元)5其他开会地点:南宁市凤凰宾馆(朝阳路与华西路交汇处,人行天桥南侧).开会日期:l1月5～8日。
陕北榆神府矿区保水采煤工程地质条件研究
第25卷第5期煤 炭 学 报Vol.25 No.5 2000年10月J OURNAL OF CHINA COAL SOCIET Y Oct. 2000 文章编号:0253-9993(2000)05-0449-06陕北榆神府矿区保水采煤工程地质条件研究3李文平1,叶贵钧2,张 莱3,段中会4,翟丽娟3(11中国矿业大学资源与环境科学学院,江苏徐州 221008;21中国煤田地质总局,河北涿州 072752;31中国煤田地质总局水文地质局,河北邯郸 056004;41陕西省一八五煤田地质勘探队,陕西榆林 719000)摘 要:以煤田地质勘探资料为基础,结合野外工程地质测绘、原位测试和室内试验,分析总结了榆神府矿区与保水采煤相关的工程地质条件特点,进行了工程地质条件分区,在此基础上,初步讨论了不同工程地质区保水采煤的可能性.关键词:榆神府矿区;保水采煤;工程地质条件;分区中图分类号:P33315 文献标识码:A 陕北侏罗纪煤田是我国现已探明煤炭储量最大的煤田,约占全国的25%,被誉为世界七大煤田之一.煤田腹部的榆神府矿区,指包括榆林、神木县及府谷县的大部分地区,因可采煤层多、煤层厚、煤质优良、构造简单、开采技术条件优越而为世人瞩目.根据国家规划,这里将成为我国西部优质动力煤的供应和出口煤基地,且其地理位置又具承东启西的作用,是21世纪煤炭工业战略西移的首选基地,对下世纪国民经济的发展具有重大意义.然而,该区地处我国西部的毛乌素沙漠和陕北黄土高原的接壤地带,水资源贫乏,地质及生态环境脆弱.因此如何在煤炭资源开采的同时,最大限度的保护水资源、保护生态环境是一事关该区经济可持续发展的大事,必须在煤炭资源大规模开发之前进行前期深入系统研究,为合理开采规划和设计提供宏观决策依据.1 矿区地形地质概况 榆神府矿区地表呈西北高、东南低的特点.海拔1200～1300m,地势总体平坦.依据卫星TM图像可清楚地将矿区地貌分为两大类型,即西部为风积沙地貌(毛乌素沙漠前滩),东部及北部为黄土梁峁丘陵地貌.矿区内地层,由地表到煤系地层描述如下:(1)风积沙(Q4eol) 分布广泛,是地表沙漠的组成物质,以浅黄色粉细砂为主,厚0～30m.榆神矿区一般厚5m,与萨拉乌苏组构成统一含水层.(2)萨拉乌苏组(Q3S) 分布广泛,是区内最主要的含水层,岩性以中细砂为主,厚0～145m,其厚度受控于基岩顶面古地形,为一套河湖相沉积物,在榆神矿区,厚度0～67130m,平均20m,是矿区主要含水层,具供水意义,并对矿区生态环境起控制作用,是保水采煤的保护目的层.(3)离石组(Q2L) 在神北、榆神矿区均有出露,分布不连续,岩性为灰黄、棕黄色亚砂土、亚粘土,夹多层古土壤,具柱状节理,厚0～109150m,平均20～30m.(4)第三系上新统三趾马红土(N2) 在各大沟系分水岭地带有出露,分布不连续,在神北矿区呈零星分布,榆神矿区分布较广,连续性好,厚0～110m,一般30m,岩性为棕红色粘土及粉质粘土.(5)白垩系洛河组(K1l) 紫红、桔红色中粗粒砂岩,巨厚层状,胶结疏松、大型交错层理,底部为砾岩,厚0～350m,分布于榆神矿区西部、孟家湾普查区及神北矿区西北部,在区内一般厚18～30m.收稿日期:1999-11-19 基金项目:原煤炭工业部“九五”重点项目(96-28) 3参加研究工作的还有赵洪林,范立民,孙占起,孙亚军,周笑缘,夏 菲,等(6)安定组(J 2a ) 岩性以紫杂色泥岩、砂质泥岩为主,与粉砂岩、细砂岩互层,厚0～114m ,平均30～40m.(7)直罗组(J 2Z ) 上部以紫杂、灰绿色泥岩、粉砂岩为主,夹砂岩透镜体;下部以灰白色砂岩为主,夹泥岩条带,底部有砾岩.在神北矿区各沟谷上游出露,风化裂隙较发育,厚0～134m ,平均30～50m.(8)延安组(J 2y ) 为本区的含煤地层,由中、厚层砂岩和中、薄层泥岩组成,厚150～280m ,在榆神府矿区广泛分布,含可采煤层13层,主采煤层一般3～6层,由浅到深依次为1-2,2-2,3-1,4-2,4-3,5-2,5-3煤.开采对砂层水造成影响最大是最上部的一层煤,神北区主要为1-2和2-2,平均厚度分别为2181和4110m ,榆神矿区为2-2煤,平均厚10104m.2 含水层分布特征 榆神府矿区内对保水采煤有意义的主要含水层为砂层水(萨拉乌苏和风积沙)和烧变岩水.与保水有关的含水层的空间分布和富水特征(图1):图1 榆神府矿区保水采煤工程地质条件分区Fig 11 Z onatin of the engineering geological conditions concerned with protectedwater resources during coal mining action in Yu 2Shen 2Fu Mine Area(1)砂层越厚之处,其富水性也越强;(2)神北矿区砂层分布不连续,呈零星状,且厚度较小,一般小于20m ,所以该区的地下水分布很不均匀,只有在局部砂层较厚的地方才有保水意义;(3)榆神矿区秃尾河以西地区砂层分布连续,且厚度大,为20～140m ,一般为40m ,所以该区地下水丰富,为重点保水区;54煤 炭 学 报2000年第25卷(4)榆神矿区秃尾河以东地区,基本无砂层分布,为无水区;(5)烧变岩带规模大、连续性好、富水性强的有两个地带,即秃尾河西岸2-2煤烧变岩带,窟野河、乌兰木伦河西岸1-2,2-2煤烧变岩带(两煤层烧变岩上下已连成一体). 从总体来看,榆神府矿区保水的地方主要为榆神矿区西部的孟家弯区,北部的沟岔一带以及秃尾河及窟野河-乌兰木伦河西岸条带分布的烧变岩带.神北矿区局部较厚砂层地带(北部)含水亦较大,也应最大限度的加以保护.3 隔水粘土层的工程地质特征 隔水粘土层是指由离石黄土和三趾马红土共同组成的粘土层,为砂层含水层的直接隔水底板.粘土层的空间分布(连续性和厚度)、天然及采动后渗透系数变化等性质对实现保水采煤意义重大.从图1可见,隔水粘土层在大保当区及沟岔水源地一带连续分布,厚度一般为20～60m ,在大保当区南部达100m 以上.在神北矿区及秃尾河以东地区,在有萨拉乌苏组含水层的地方,粘土层缺失,或很薄.这一自然分布条件,决定了在大保当区及沟岔一带具有实现保水采煤的可能性.311 天然条件下的工程地质性质 经过现场坑探取样、原位渗透和室内渗透及钻孔取样室内试验,测得粘土层基本物理力学性质指标(表1)、水理性指标(表2).表1 粘土层基本物理力学性质指标T able1 The b asic physical and mechanical character indexes of the clays地层时代岩 性物 理 性 质含水量/%密度/g ・cm -3比重孔隙比孔隙度/%力学性质粘聚力/kPa 内摩擦角/(°)压缩系数/MPa -1压缩模量/MPa 无侧限抗压强度/kPa Q 2l 离石黄土1119～17131163～11862169～21710162～01883813～461938～1012719～33180108～01257～2211119～159N 2三趾马红土1714～18171184～11872171～2172017241～4276～962812～32190106～01111515～2813182～212表2 粘土层的水理性质指标T able2 The hydrophysical character indexes of the clays岩 性液限/%塑限/%塑性指数液性指数渗透系数/m ・d -1饱和度/%湿陷系数自由膨胀率/%离石黄土 2519～31181619～1817719～1311<0010976～1154111～65160～010055-三趾马红土3312～36122111～2617717～12110～01090100596～01665～70-2165～26312 采动影响后的渗透性变化 采用三轴伺服仪测定离石黄土和红土样在三轴加载(按天然埋深值施加围压)全应力-应变过程中的渗透系数,研究粘土层在采后因应力大小变化而产生变形和破坏条件下渗透性能的变化.不同地点用槽探采取7组原状土样进行试验,取得不同应力、应变状态下渗透系数62个.得到的结果是:离石黄土渗透系数为01032～21092m/d ,红土为01002～01941m/d ,且最大值主要集中在土样由弹性进入塑性临界点附近,一但进入塑性变形段(都为塑性硬化),渗透系数反而逐渐减小(图2). 上述研究表明,研究区内离石黄土和红土在天然条件下是良好的隔水层,而且只要其位于煤层开采上覆岩土层整体移动带内,采后亦可起到良好的隔水作用.154第5期李文平等:陕北榆神府矿区保水采煤工程地质条件研究图2 隔水粘土层三轴伺服仪试验代表曲线Fig12 Typical test curves of the clay pans by triaxial serve test system 1———应力应变曲线;2———渗透系数变化曲线4 基岩风化带工程地质特征 基岩风化带的岩性、厚度、风化程度、粘土矿物成分、透水性等对煤层开采后覆岩导水裂隙带的发育高度及导水性能有较大影响[1,2],因而也是本区保水采煤的重要工程地质条件之一.根据大量钻孔岩芯鉴定和物探测井曲线分析,研究区内榆神矿区风化带一般厚20m,最厚达58137m;神北矿区一般10～20m,最厚4410m;强风化带一般5～8m.榆神矿区采样测试结果表明,风化带内粘土矿物高岭石与蒙脱石的相对百分含量分别为35%和5%,遇水有一定膨胀性.研究区内风化带强度已明显降低,单轴抗压强度强风化带为4180～6165MPa,弱风化带为8128～24186MPa.现场钻孔抽水实验获得的渗透系数k=01006～01040m/d,具有良好的隔水性能.5 煤层上覆基岩层段(未风化岩)的工程地质特征511 基岩厚度 最上主采煤层上覆基岩厚度(从煤层顶板到松散土层底部,包括基岩风化带)等值线见图1,图中显示,在神北矿区、榆神矿区秃尾河以东地区,基岩较薄,一般为20～40m,一些地方小于20m.如果这些地方基岩上直接为砂层含水层(无粘土隔水层),则煤层开采后含水层中的水会通过上覆基岩导水裂隙渗漏到井下,即这些地方不具备保水采煤的工程地质条件.在榆神矿区秃尾河以西的大部分地区,基岩厚度大,煤层开采导水裂隙带不会沟通砂层含水层,为保水采煤提供了工程地质条件保证.512 煤层顶板组合类型 煤层直接顶和老顶的力学组合关系对煤层开采后覆岩变形破坏程度,即“三带”发育高度有重要的影响[3,4],因此也是影响保水采煤的重要工程地质条件之一.研究区内覆岩顶板力学组合类型见表3.513 岩体结构特征 研究区内覆岩以层状结构、块状结构为主,少数砂岩层为整体结构.岩石质量指标RQD值:泥岩组为30%～70%;砂岩组为50%～90%;煤为0～40%.6 保水采煤工程地质条件分区 根据2-2主采煤层之上松散含水层、隔水层及上覆基岩的空间分布及其组合形态,将榆神府矿区保水采煤工程地质条件分为5类:砂土基型(Ⅰ)、砂基型(Ⅱ)、土基型(Ⅲ)、基岩型(Ⅳ)、烧变岩型(Ⅴ)(图1). Ⅰ型区 指主采煤层之上由砂层、土层和基岩组合起来的覆岩结构类型,全区广泛分布,约占总面积的80%,榆神矿区分布最广,神北矿区仅在大柳塔以北、活鸡兔和柠条塔等地小面积分布.砂层是矿区的主要含水层,在小壕兔附近最厚可达145m,秃尾河两岸及柠条塔一般厚20～40m;粘土隔水层主要分布在分水岭附近,一般厚60～80m,秃尾河沿岸较薄,一般小于20m,在榆神矿区粘土隔水层连续分布,在神北区则不连续;榆神矿区2-2煤层上覆基岩较神北矿区厚,其中孟家湾区最厚可达600m.因此,该区工程地质条件对保水采煤十分有利. Ⅱ型区 即煤层覆岩由砂层和基岩组成的类型区,仅在神北矿区乌兰木伦河以东柳根沟、哈拉沟、母河沟等水源地小面积分布.砂层一般厚20m,上覆基岩一般厚20～50m,富水性强的松散含水层直接覆盖于煤系岩层之上,其间没有连续分布的粘土隔水层,且煤层上覆基岩很薄,其中瓷窑湾矿只有117～254煤 炭 学 报2000年第25卷2010m ,已发生了突水溃沙灾害,所以该类型区直接实现保水采煤几乎不可能,只有采用矿井水净化等间接方法来充分利用水资源.表3 煤层顶板组合分类T able 3 Combination types of the roof rock strata of the coals煤层编号岩 组 特 征直 接 顶老 顶顶板分类分布范围1-212泥岩、粉砂岩组,厚度114～312m ,σc =3313～4010MPa细砂岩,厚度110～114m ,σc =6214～7514MPa半坚硬-坚硬大柳塔中砂岩组,厚度112～315m ,σc =2710～3015MPa半坚硬-半坚硬朱盖塔2-23砂质泥岩组,厚度0175～3130m ,σc =4512～8317MPa中细砂岩组,厚度015～2010m ,σc =5911～9719MPa坚硬-坚硬大柳塔4粉砂岩组,厚度4120～15172m ,σc =5915～8310MPa中细粒长石砂岩组,厚度10147～13125m ,σc =5612～6912MPa 坚硬-坚硬榆神矿区5粉砂岩组,厚度112～819m ,σc =23187～39172MPa中粒砂岩组,厚度113～317m ,σc =2417～4010MPa坚硬-半坚硬前石畔3-16粉砂岩组,厚度017～610m ,σc =4313～10918MPa细砂岩组,厚度018～715m ,σc =4818～7719MPa坚硬-坚硬全区广泛分布4-27粉砂岩组,厚度210～315m ,σc =4413～6916MPa中细砂岩组,厚度111～810,σc =4017～9615MPa坚硬-坚硬神北矿区4-38粉砂岩组,厚度212m ,σc =6612MPa 细砂岩组,厚度718～817m ,σc =4017～8919MPa坚硬-坚硬榆神矿区5-29粉砂岩组,σc =4112～6713MPa 中细砂岩组,σc =4019～6014MPa 坚硬-坚硬神北矿区5-310粉砂岩组,σc =50～62MPa中细砂岩组,σc =5214～7313MPa坚硬-坚硬榆神矿区 注:σc 为基岩的抗压强度. Ⅲ型区 即煤层覆岩由土层和基岩构成的类型,无保水意义,属于无水采煤区,但为了井下采煤工作面安全,要注意留设浅部合理防塌煤柱.该类型主要分布在大保当区秃尾河以东及神北矿区考考乌素沟以北至乌兰木伦河以西地区. Ⅳ型区 为直接出露于地表的基岩区,含水甚微,无保水意义,属于不影响煤层开采区,主要分布在秃尾河、窟野河及其两岸支谷中. Ⅴ型区 烧变岩区沿乌兰木伦河、悖牛川、秃尾河、窟野河及其支沟呈条带状展布,一般溯河谷而上变窄,最后尖灭在沟谷中.火烧区(从5-2煤露头到1-2或2-2煤层的火烧区边界)是南区宽,愈往北愈窄以至消失.秃尾河西2-2煤和3-1煤火烧区叠加,宽度约4km ;在常家沟与麻家塔之间大梁上,2-2煤、3-1煤、4-2煤、5-2煤火烧区叠加,最宽达12km.该区接受萨拉乌苏含水层的补给,也是重点保水区之一.7 结 论(1)榆神府矿区含水层富水性空间分布不均匀,只有在大保当及其以西地区、沟岔一带、秃尾河和乌兰木伦河烧变岩带及神北局部砂层厚的地区,保水才有意义.(2)榆神府矿区粘土层离石黄土和三趾马红土在天然情况下是其上覆砂层含水层(萨拉乌苏和风积沙)的良好隔水层,煤层开采后,其渗透性能也没有明显增加,为保水采煤提供了重要基础.(3)煤层覆岩以层状结构、块状结构为主,少数砂岩层为整体结构;覆岩直接顶-老顶力学组合类型大都为坚硬-坚硬型,少数为半坚硬-坚硬型.(4)根据松散含水层、隔水层及最上主采煤层上覆基岩的空间分布及其组合形态,将榆神府矿区保水354第5期李文平等:陕北榆神府矿区保水采煤工程地质条件研究454煤 炭 学 报2000年第25卷采煤工程地质条件分为5种类型,对保水采煤有意义的是砂土基型(Ⅰ)和烧变岩型(Ⅴ),应根据区内更详细的工程地质条件,研究确定保水煤岩柱合理高度,以便实现直接保水采煤;对砂基型(Ⅱ)区,应在更详细研究区内的水文工程地质条件的基础上,探寻间接保水采煤的途径,如含水层采前疏排、矿井水净化利用、条带开采等方法;其他类型区没有保水意义,可实行直接开采.参考文献:[1] 于双忠.煤矿工程地质研究[M].徐州:中国矿业大学出版社,1991.130～133.[2] 于双忠,彭向峰,李文平,等.煤矿工程地质学[M].北京:煤炭工业出版社,1994.279～282.[3] 何国清,杨 伦,凌赓娣,等.矿山开采沉陷学[M].徐州:中国矿业大学出版社,1991.310～320.[4] 煤炭科学研究总院西安分院.煤矿安全手册(第五篇)[M].北京:煤炭工业出版社,1992.109～124.作者简介: 李文平(1965-),男,湖南澧县人,副教授.1995年于中国矿业大学获博士学位,主要从事工程地质、岩土工程和环境地质方面的科研和教学工作.参加完成国家“七五”攻关、部重点等项目10余项;负责主持国家自然基金、部重点、部基金及工程应用项目10项.获省部级科技进步二等奖3项.合编《煤矿工程地质学》,获煤炭部普通高校优秀教材二等奖.发表论文34篇.Study on the engineering geological conditions of protectedw ater resources during coal mining action in Yu2Shen2FuMine Area in the North Shanxi ProvinceL I Wen2ping1,YE Gui2jun2,ZHAN G Lai3,DUAN Zhong2hui4,ZHAI Li2juan3(11Chi na U niversity of Mi ni ng and Technology,X uz hou 221008,Chi na;21Chi na N ational A dmi nist ration of Coal Geology,Zhuoz hou 072752,Chi na;31Hydrogeological B ureau of Chi na N ational A dmi nist ration of Coal Geology,Handan 056004,Chi na;41No1185Coalf iel d Geology Team of S hanxi Provi nce,Y uli n 719000,Chi na)Abstract:Based on the information of coal resource geological exploration,combining field engineering geological investigation,in situ and laboratory testing results,the characteristics of the engineering geological conditions concerned with protected water resources during coal mining action in Yu2Shen2Fu Mine Area are analyzed and summarized.The studied area have been zoned according to the engineering geological condition differences. The possibility of protected water resources during coal mining action in the different engineering geological con2 dition areas in the studied area is discussed preliminarily.K ey w ords:Yu2Shen2Fu Mine Area;protected water resources during coal mining action;engineering geologi2 cal condition;zonation。
保水采煤是神府东胜煤田开发可持续发展的关键_范立民
地质科技管理1998年第5期M AN AGEM EN T ON GEOLOGICAL SCIENCE AND TEC HNOLOGYNo.5,1998·资源开发·范立民:男,高级工程师,陕西煤田地质局185队副总工程师,1988年毕业于中国地质大学(武汉)煤田地质学专业。
一直从事神府东胜煤田的水、工、环地质勘查与研究工作,曾获部一等奖一项。
现从事环境地质研究及地质灾害防治工作(719000,陕西榆林市人民西路27号185地质队)。
【提 要】 神府东胜煤田水资源贫乏,生态环境脆弱,区内唯一可供利用的浅层地下水会受采煤影响而被破坏或被污染。
煤田开发必须在保护浅层地下水的前提下进行,从而不断改善区内生态环境,促进区域经济健康发展。
【主题词】 陕北神府东胜煤田 保水采煤 可持续发展保水采煤是神府东胜煤田●范立民开发可持续发展的关键一、前 言神府东胜煤田(下称神东煤田)位于晋陕蒙交接的陕西省榆林地区和内蒙古自治区伊克昭盟东胜市境内,分布面积2000km 2,煤储量约××亿吨。
它地理位置优越,地质构造简单,煤质优良,开采容易,是我国煤炭工业战略西移的首选基地。
然而煤田地处干旱半干旱的毛乌素沙漠与黄土高原接壤地区,水资源贫乏,植被稀疏,生态环境脆弱,社会发展水平低。
自然状态下环境质量呈下降趋势。
如何合理有效地开发煤资源,保护水资源,促进生态环境的改善和区域经济的可持续发展,是神东煤田开发全过程中必须贯彻的方针。
作者认为,神东煤田开发必须走可持续发展的道路,而可持续发展开发煤田的关键是在保护浅层地下水资源的条件下开发煤资源即保水采煤。
二、改善生态环境是煤田开发可持续发展的重要组成部分可持续发展的关键是人与自然和谐相处。
人类在开发自然、改造自然过程中,更要珍惜自然,保护自然,才能使自然给人类的生存与发展提供更多的帮助。
神东煤田自然环境条件差,它处在沙漠与黄土两大地貌单元的接合部。
陕北中小矿井条带保水开采煤柱稳定性研究
陕北中小矿井条带保水开采煤柱稳定性研究邵小平1,石平五1,王怀贤2(1.西安科技大学能源学院,西安710054; 2.榆林市榆阳区煤炭工业局,陕西榆林719000)摘 要:为研究陕北中小矿井条带保水开采方式中条带煤柱的稳定性,采用相似模拟实验对/采12留80条带开采中8m 条带煤柱及煤柱削减至6m 及4m 后的煤柱稳定性进行了对比模拟研究。
研究结果表明:条带工作面条带煤柱及边界大煤柱构成承担覆岩荷载的整体结构,条带煤柱是主体;条带煤柱尺寸减小首先造成采空区域中部煤柱产生塑性变形,其承受的荷载向其它煤柱转移;4m 条带煤柱造成采空区中部局部条带煤柱首先失稳,进而导致覆岩的瞬间大范围垮落。
8m 条带煤柱可保证煤柱长期的稳定性,达到保水开采的目的。
关键词:保水开采;条带煤柱;支承压力;大范围垮落中图分类号:TD823 文献标识码:A 文章编号:1008-8725(2009)12-0058-04Study on Pillars Stability by Keeping Water in Strip Mining for Small and Medium -sized Mines in Northern Shanxi ProvinceS HAO Xiao-ping 1,SHI Ping-wu 1,WANG Huai-xian2(1.Xi .an Universi ty of Science and Technology,Xi .an 710054,China; 2.Yuyang Coal Industry Bureau of Yulin City,Yuli n 719000,China)Abstract :In order to study pillars stability by keeping water in strip mining for small and medium -sized mines in northern Shanxi Province,this paper has made contrast simulation study to stability of strip pillars with 8m,as well as 6m and 4m width adopting mining method of /take 12to remain 80.The result shows that the strip pillars and large boundary pillars constitute an overall struc ture of bearing overburden load at strip mining,and the strip pillars are the main bodies.The pillars in the central mined-out area produced firstly plastic deformation when its size was reduced,and its load would transfer to the other pillars.The 4m strip pillar has caused first instability of local pillars which lied in the gob area,and ne xt led to large-scale rock falling after the centre strip pillars have been destroyed.The 8m strip coal pillar can ensure long-term stabil-ity,achieve the purpose of keeping water.Key words :mining of keeping water,strip coal pillar;abutment pressure;large-scale rock falling0 引言陕北榆林榆阳区所在的侏罗纪煤田位于国家规划的榆神矿区西南边缘毛乌苏沙漠与黄土高原接壤地带,地表多为典型的风成沙丘及风沙滩地貌,生态环境脆弱,地表覆盖植被的生长维系于地下潜水的保持。
榆神矿区煤水地质条件及保水开采
Ｏ 引 言
鄂尔多 斯盆地是我 国最大 的能 源矿产 富集 盆地 ， 、 煤 石油 、 然气 和 铀矿 等能 源 矿产极 其 丰 富 ， 测 天 预 全 盆地煤炭 资源总量达 １ ６ ９７ ５亿 ｔ 占全 国煤 炭资 源总量 的 ４ ％ 以上 。国家规 划 的 １ ， ３ ３个大 型煤 炭 基
位埋 深为 １５— ． ｊ随着地下 水位埋深增 加 ， ． ５０ｍ ， 优势植 被从沙柳灌 丛一沙蒿灌 丛演替 ； ｚｎ杨 向旱柳 从 ｈｉ －
演 替。当地下水 位埋深 ≤３ｍ时 ， 所有 典型植被 的长势 良好 ； 而地下 水位埋 深 ｉ５ｍ 时 ， ＞ 植被 的长势 变差 ； 地下水 位埋深 ≥１ ｌ ， ２ｎ 时 这些 植物根本 无法生存 。当地下 水位 埋深下 降到 ５ ｍ以下时 ， 生态恶 化 ， 表生 生 态一旦 恶化 ， 一是 难 以恢复 ， 是恢复 代价 高 昂。神府 矿 区煤层 开 采实 践表 明 ， 二 浅部 煤层 一 旦开 采 ， 然 必 导致水 位下降 ， 生态退 化 。因此 ， 控制地下 水位是生 态脆 弱矿 区科 学开采 的核心 。 榆神 深部 区位 于榆林市榆 阳区北部 和神 木县西 部 的榆溪 河 流域 ， 致呈 东西 向展布 的 四边形 ， 积 大 面
收 稿 日期 ： ０ ９— ９—２ ２０ ０ ３
基金项 目： 国家 自然科学基金项 目（０ ７０ ４ ；陕西省陕北能源化工基地重大前期研究项 目及陕西省软科学 汁划（０ ８ Ｒ ８ ５５ ４７ ） ２０ Ｋ ５ ） 通讯作者 ： 王双明（９ ５一）男 ． １５ ． 陕西歧 山人 ， 高级工程师， 导， 博 主要从事煤地质 、 保水开采与煤 炭行业管理工作．
第３ ０誊 第 １ 期
２１ ００年 １ 月
西 安
浅析榆神矿区矿井水及其利用
强度的开采 ，在 采煤完成 后 ，再造一个 含水盆 地 ，恢复 青
草界沟域 的 自然景观 和生态环 境 ，也未尝不 可。本 文对 锦 界煤矿 的水文地质 条件进行 了论述 ，提 出了提 前疏 １矿 井 二
８０ ． ｍ时 ，涌 水量 为 ０４ ３ ／ ，单 位 涌 水量 ０ ￣０ ８ ／ ．８ Ｌ ｓ ． ３ Ｌ ｓ－
的核心建设 区为榆 神矿 区 ，该区第一 座现代化煤 矿锦界 煤
矿一期 工程 （０ ３ ０万 ａ 于 ２ ０ ） ０６年 ９月投产 。对锦界煤矿矿
ｍ，渗透系数 ０ ８ ３ ／ ，富水性 弱。水 质为 ＨＣ 一Ｃ ．３ ｍ ｄ Ｏ ａ型 ，
层顶 面形 态 的制 约，其 厚 度 变 化 较 大 ，为 ０～６ ．０ ４ １ｍ。 Ｊ０ 、Ｊ０ ６ ７ ９５、儿１７以及 ＪＯ ｏ ４７孔 地带 含 水层 厚度 一 般大 于
３ ｍ，先期地段南部 、井田东部边界 以及分水岭附近一般不 ０
水 ，供 给附近企业使用 或补给 附近萨拉 乌苏组 地下水 的建
议
含 水。先期地段 以北 ，因无资料含水层厚度不详（ １ 。 图 ）
在 富水性划分 和范 围圈定上 ，因泉 流量与钻 孔单位 涌
１ 水 文地质 条件
本 区为 典 型 的风 成 沙 丘 及 风 沙 滩 地 地 貌 ， 以半 固定 沙
水量所 确定 的富水性 相差较 大 ，又钻孔控 制范 围有限 ，故
摘
一
要 ：锦界煤矿是榆神矿 区投产的第一座现代化煤矿，矿井水文地质条件在榆神矿 区具有
定的典 型性 ，煤矿 开采 的矿 井涌水 量较 大 ，主要 来源 于第 四 系萨拉 乌 苏组 和侏 罗 系直 罗组 。在
榆神矿区保水采煤工程地质条件分区研究
榆神矿区保水采煤工程地质条件分区研究邓念东;杨佩;林平选;李锋;雷少毅;马逢清;周阳;袁喜东【期刊名称】《煤炭科学技术》【年(卷),期】2017(045)009【摘要】为有效地解决榆神矿区日益凸显的煤炭资源开采与脆弱的生态环境之间的矛盾,以榆神矿区区域地质资料为依据,选取了平面上均匀分布的500多个钻孔,统计了每个钻孔的首采煤层及其上覆含、隔水层组合类型,同时考虑区域保水采煤已有研究中研究较少的洛河组含水层,并将其作为保水对象,结合区域首采煤层及含、隔水层赋存特征,按照“区内相似,区际相异”、“为保水采煤服务”等原则进行了榆神矿区保水采煤工程地质条件分区,最终将榆神矿区保水采煤工程地质条件分为5个区:沙-土-洛-基型保水开采区、沙-土-基型保水开采区、沙-基型保水开采区、无水开采区、烧变岩型保水开采区,在此基础上,分析每个分区保水采煤的意义、可能性及难度,旨在促进保水采煤技术的发展,实现榆神矿区“煤-水”双资源型矿井的科学开采.【总页数】9页(P167-174,200)【作者】邓念东;杨佩;林平选;李锋;雷少毅;马逢清;周阳;袁喜东【作者单位】西安科技大学地质与环境学院,陕西西安710054;西安科技大学地质与环境学院,陕西西安710054;陕西省地质调查院,陕西西安710065;陕西省地质调查中心,陕西西安710068;陕西省一八五煤田地质有限公司,陕西榆林719000;西安科技大学地质与环境学院,陕西西安710054;陕西省地质调查中心,陕西西安710068;西安科技大学地质与环境学院,陕西西安710054【正文语种】中文【中图分类】TD82【相关文献】1.榆神矿区保水采煤的工程地质背景 [J], 范立民;蒋泽泉2.陕北榆神府矿区保水采煤工程地质条件研究 [J], 李文平;叶贵钧;张莱;段中会;翟丽娟3.陕北生态脆弱区保水采煤地质条件分区类型研究 [J], 王启庆;李文平;李涛4.榆神矿区采煤失水危险性分区研究 [J], 袁喜东;邓念东;王克;宋一民;周阳5.榆神矿区采煤失水危险性分区研究 [J], 袁喜东;邓念东;王克;宋一民;周阳;;;;;因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
论榆神府矿区煤炭资源的适度开发问题_范立民 (1)
★煤炭科技·地质与勘探★论榆神府矿区煤炭资源的适度开发问题＊范立民１，２ 冀瑞君３（１．陕西省地质调查院，陕西省西安市，７１００６５；２．陕西省地质环境监测总站，陕西省西安市，７１００５４；３．中国矿业大学（北京）煤炭资源与安全开采国家重点实验室，北京市海淀区，１０００８３） ＊基金项目：国家重点基础研究（９７３）计划“西部煤炭高强度开采下地质灾害防治与环境保护基础研究”（２０１３ＣＢ２２７９００），陕西省科学技术推广计划《陕北保水采煤技术示范推广》（２０１１ＴＧ－０１） 摘 要 从水环境承载力角度论述了榆神府矿区煤炭资源的科学开发规模，认为矿区整体上环境承载力有限，目前开发规模已经达到极限，尤其是窟野河全流域、秃尾河沿岸，在没有彻底解决水资源问题之前，不能再扩大生产规模或新建煤矿。
对于现有生产矿井，应逐步淘汰。
榆神矿区三、四期规划区除小保当一号煤矿外，停止新建煤矿，实行煤矿数量和产量的双控制，推广保水开采技术，确保区域煤炭工业健康发展。
关键词 适度开发 保水采煤 环境承载力 煤炭工业规划 榆神府矿区中图分类号 Ｐ６１８．１１ 文献标识码 ＡＤｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｍｏｄｅｒａｔｅ ｃｏａｌ ｍｉｎｉｎｇ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙｉｎ Ｙｕｓｈｅｎｆｕ ｍｉｎｉｎｇ ａｒｅａＦａｎ Ｌｉｍｉｎ１，２，Ｊｉ Ｒｕｉｊｕｎ３（１．Ｓｈａａｎｘｉ Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｓｕｒｖｅｙ，Ｘｉ＇ａｎ，Ｓｈａａｎｘｉ ７１００６５，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｈａａｎｘｉ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｇｅｏ－Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ，Ｘｉ＇ａｎ，Ｓｈａａｎｘｉ ７１００５４，Ｃｈｉｎａ；３．Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｋｅｙ Ｌａｂ ｏｆ Ｃｏａｌ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｓａｆｅｔｙ Ｍｉｎｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ，Ｈａｉｄｉａｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｏｆ ｃｏａｌ ｍｉｎｉｎｇ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｃａｒｒｙ－ｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｓｃａｌｅ ｏｆ ｍｉｎｉｎｇ ｈａｓ ｒｅａｃｈｅｄ ｔｈｅ ｌｉｍｉｔｏｆ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｃａｒｒｙｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｉｎ Ｋｕｙｅ ｒｉｖｅｒ ｂａｓｉｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｂａｎｋｓ ｏｆ Ｔｕｗｅｉ ｒｉｖｅｒ．Ｂｅｆｏｒｅ ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ ｓｏｌｖｉｎｇ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｒｅｓｏｕｒｃｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ，ｔｈｅ ｍｉｎｉｎｇ ｓｃａｌｅ ｃａｎ＇ｔ ｂｅ ｅｘｐａｎｄｅｄ ａｎｄｎｅｗ ｃｏａｌ ｍｉｎｅｓ ｃａｎ＇ｔ ｂｅ ｂｕｉｌｔ．Ａｎｄ ｓｏｍｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｍｉｎｅｓ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｐｈａｓｅｄ ｏｕｔ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｅｎｓｕｒｅｔｈｅ ｈｅａｌｔｈｙ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏａｌ ｉｎｄｕｓｔｒｙ，ｎｅｗ ｍｉｎｅｓ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｓｔｏｐ ａｎｄ ｔｈｅ ｑｕａｎｔｉｔｙ ｏｆ ｃｏａｌｍｉｎｅｓ ａｎｄ ｃｏａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｔｈｉｒｄ ａｎｄ ｆｏｒｔｈ ｐｌａｎｎｉｎｇ ａｒｅａｓ ｉｎ Ｙｕｓｈｅｎｆｕｍｉｎｉｎｇ ａｒｅａ ｅｘｃｅｐｔ ｔｈｅ Ｘｉａｏｂａｏｄａｎｇ Ｎｏ．１Ｃｏａｌ Ｍｉｎｅ，ａｎｄ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ－ｐｒｅｓｅｒｖｅｄ ｍｉｎｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｓｐｒｅａｄ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｍｏｄｅｒａｔｅ ｍｉｎｉｎｇ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ，ｗａｔｅｒ－ｐｒｅｓｅｒｖｅｄ ｍｉｎｉｎｇ，ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｃａｒｒｙｉｎｇ ｃａ－ｐａｃｉｔｙ，ｃｏａｌ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｐｌａｎｎｉｎｇ，Ｙｕｓｈｅｎｆｕ ｍｉｎｉｎｇ ａｒｅａ 近年来，榆神府矿区大规模的煤炭开发，诱发了一系列地质环境问题，泉水断流，河流干涸，地裂缝发育，植被根系损伤严重，水土流失可能加剧，部分采空区生态环境恶化或变异，塌陷型地震频发。
范立民：陕北地区采煤造成的地下水渗漏及其防治对策分析_范立民
2007 年 10 月 矿业安全与环保 第 34 卷第 5 期
后持续下降 , 直至下降到基岩面以下 , 使第四系的地 下水完全渗漏到井下 , 地下水位下降到当地的侵蚀 基准面以下 , 下降幅度达8 m以上 。在公路边也发现 了类似的依据 , 以往 , 冬季地下水沿萨拉乌苏组底界 面渗出 , 形成冰溜 , 而 2007 年 1 月 7 日调查 , 发现地 下水位下降到基岩之中 , 并沿基岩的层间裂隙渗出 , 形成了冰溜 , 而萨拉乌苏组与基岩的界面附近已经 干涸 , 无地下水渗出 。
2 采煤造 成的地下水渗漏及环境效应
2 .1 采煤造成的萨拉乌苏组地下水渗漏 采煤已经产生了严重的地下水渗漏 。 最近 , 对
神木北部矿区采空区进行调查 , 发现大部分采空区 地裂缝发育到地面 , 甚至在地面有明显的裂缝和塌 陷区 。1995 年曾经对陕北第 1 个综采工作面的地下 水位下降过程进行了监测(图 1), 发现在综采工作面 首次放顶后 , 地下水位迅速下降 , 之后略有回升 , 然
2007 年 10 月 矿业安全与环保 第 34 卷第 5 期
陕北地区采煤造成的地下水渗漏 及其防治对策分析
范立民
(陕西省煤炭地质测量技术中心 , 陕西 西安 710001)
摘 要 :以神木北部矿区为例 , 在分析萨拉乌苏组地下水特点的基础上 , 论述了采煤引起的地下水 下降及由此产生的泉水流量衰减 、河流干涸及生态环境等问题 , 认为 , 只有合理选择开采区域 、采煤方
漏和水位下降 , 引起泉水流量衰减 、枯竭和干涸 , 并 导致河流断流 、生态环境恶化等问题 。 合理规划煤 炭工业布局 , 适度开发规模 , 采取必要的措施 , 可有 效保护浅层地下水安全和生态安全 , 促进区域经济 健康发展 。 同时 , 建立陕北煤炭开采区水文地质数 据库[ 9] 和监测系统 , 时时监测采煤区的地下水位 , 可 为合理控制地下水位 , 促进煤炭工业持续健康发展 提供基础依据 。
陕北侏罗纪煤田地下水保护与开采的分析
陕北侏罗纪煤田地下水保护与开采的分析本篇文章主要是对陕北侏罗纪煤田地下水的保护以及开采进行详细地研究分析，阐述了煤炭开采对地下水的影响以及地下水保护与开采利用的对策，希望可以为有关人员提供一些参考及其帮助。
标签：煤田；地下水；保护与开采1 概述该煤田位于鄂尔多斯盆地的东南部，在现在已经探明的煤炭资源储量当中，该区内的侏罗纪煤田是我们国家最大的煤田之一，陕北侏罗纪煤田的储量大约占我国煤总量的百分之十四。
这个地区更以优越的开采技术条件、简单的地质构造、优良的煤质、丰富的储量非常受到人们的关注。
按照国家的规划，21世纪这里会是煤炭工业首选的西移基地，将对国民经济有着很重要的意义。
考虑到环境保护的问题，限制了这个地方的地下水开采，已经禁止工厂使用地下水资源。
然而，开采这个地方的煤炭，这个地方的地下水严重地影响了矿工的生命安全，在采煤之前，必须把煤矿上面的水资源排除干净。
这一点与保护地下水政策正好相反，并且面临着水资源的严重浪费。
所以我们要研究措施，找到两全其美的办法，既不破坏水资源又能开采煤炭，从而带来经济效益。
2 煤炭开采对地下水的影响一般情况下，隔水层存在于上覆的松散岩类含水层与煤系地层的含水层之间，这两个水层之间并没有什么关系。
但是当开采煤矿时，地面下就会形成很多的巷道和巷井，它们纵横交错着成为“冒裂带”，外层地面也会出现裂隙或者塌陷区，这样含水层结构也会跟着发生变化。
松散层潜水就是因为水平排泄或者径流转变成以垂向的渗漏为主。
2.1 采煤对地下水的影响由于本地区的地质条件和煤层特征，在开采煤炭时会产生冒落带或者裂缝带，然后会发展引发到第四系的萨拉乌苏组含水层底部，影响地表，疏干到第四系的地下水。
如果开采就可能导致大幅度降低地下水位，就需要外围的缓冲，采取措施，达到既保水又采煤的完美结果。
榆神矿区的西部区将是安全的开采区，采煤的同时不会损坏地下水层。
最早的采煤矿井是大柳塔煤矿，它的开采就会影响到地下水。
榆神府矿区含水层富水特征及保水采煤途径
榆神府矿区含水层富水特征及保水采煤途径侯恩科;车晓阳;冯洁;段中会;高利军;李军【摘要】榆神府矿区地处毛乌素沙漠与黄土高原的接壤地带,生态环境脆弱,水资源匮乏,区内各主要含水层分布与富水性不均,含水层富水性及矿井涌水对煤矿生产影响差异较大,因此矿井水资源的综合利用与含水层的有效保护对煤矿生产与地区生态建设意义重大.通过分析萨拉乌苏组、烧变岩、风化基岩层等各主要含水层的形成、分布及富水特征,结合矿井首采煤层上覆基岩厚度与矿井目前涌水量情况,将区内生产矿井及待规划区域从“水资源保护与矿井水利用”角度划分为水量贫乏型、水量较丰富型、水量丰富型及地表水体型4种类型,并根据不同类型的分布特征进行了分区.在此基础上,针对不同的水资源保护与矿井水利用类型,分别提出了采空区存储净化、工业利用、农业灌溉、湿地建设和人工湖泊等具体的水资源保护与矿井水利用途径和措施.讨论了“保水采煤”的科学内涵,认为“保水采煤”的基本措施应当包括保护浅部主要含水层和矿井水资源利用两部分,即将“保水”与“用水”相结合,拓展了“保水采煤”的科学含义;建议在矿井规划时,应综合考虑开采损害影响与环境自身修复能力,在满足能源开采经济利益的同时,保证生态环境不发生质的破坏;提出了利用经济效益“反哺”当地生态和“绿色经济”建设的一点猜想,为矿区未来的规划建设提供了一定的参考意义.【期刊名称】《煤炭学报》【年(卷),期】2019(044)003【总页数】8页(P812-819)【关键词】榆神府矿区;含水层;保水采煤;水资源保护;矿井水利用【作者】侯恩科;车晓阳;冯洁;段中会;高利军;李军【作者单位】西安科技大学地质与环境学院,陕西西安710054;西安科技大学地质与环境学院,陕西西安710054;西安科技大学地质与环境学院,陕西西安710054;陕西煤业化上技术研究院有限责任公司现代煤炭开采技术研究所,陕西西安710065;国土资源部煤炭资源勘查与综合利用重点实验室,陕西西安710021;陕煤集团神术柠条塔矿业有限公司,陕西榆林719300;陕煤集团神木张家峁矿业有限公司,陕西榆林719316【正文语种】中文【中图分类】TD823.8榆神府矿区生态环境脆弱，水资源匮乏，近年来由于煤炭资源的大规模开采，区域内的水资源环境问题愈发突出。
榆神矿区煤水地质条件及保水开采
2 煤层覆岩结构特征
煤层覆岩结构类型为沙 － 土 － 基岩类型，即萨拉乌苏组沙层、新近系土层和侏罗系基岩全区分布。 2. 1 煤层顶板基岩厚度及工程地质性质
1 － 2 煤层上覆基岩厚度 100 ～ 400 m，平均 300 m，局部厚度变化较大，反映了基岩顶界面的凹凸不平 （ 如图 5 所示） ；2 － 2 煤层上覆基岩厚度 285. 78 ～ 512. 04 m，平均 375 m（ 如图 6 所示） 。值得关注的是，煤 层上覆基岩厚度的变化趋势，与本区萨拉乌苏组厚度关系较密切。
目前重点开发的神北矿区和榆神矿区东部，煤层埋深普遍小于 150 m，开采导致水位下降，诱发一
系列表生生态环境问题和社会矛盾。表生生态环境严格受控于地下水位，采煤过程中，控制地下
水位不发生明显下降是陕北生态脆弱矿区保水开采的核心。榆神矿区含煤地层整体向北西倾
斜，煤层上覆基岩厚度向北西方向增大，基岩之上普遍分布有红土隔水层，深入研究煤炭开采过
图 6 2 －2 煤层上覆基岩厚度等值线图 Fig. 6 Isoline of 2 －2 coal seam overlying rock thickness
2. 2 萨拉乌苏组底部红土隔水层 全区分 布，但 厚 度 变 化 大。 小 壕 兔 区 红 土 隔 水
层出露于矿区浅部和中部，深部钻探工程可见，分布 不均匀，厚度为 0 ～ 110 m，南厚北薄，一般厚度为 20 ～ 60 m（ 如图 7 所示） ，在研究区东界即榆溪河与秃 尾河分水岭地带，厚度大于 100 m. 岩性为土黄、棕 红、浅紫红 色 粘 土 及 亚 粘 土，含 钙 质 结 核，富 水 性 极 差，是区内的主要隔水层；孟家湾西区土层隔水层厚 度变化较大，中间地带薄，小于 20 m，向南、北 2 侧均 加厚，最大厚度处于东北角一带，厚度超过 80 m. 红
榆神矿区煤矿防治水的几点思考
第49卷第1期2021年2月Vol.49No.lFeb.2021煤田地质与勘探COAL GEOLOGY&EXPLORATION范立民，孙魁，李成，等.榆神矿区煤矿防治水的几点思考[J].煤田地质与勘探，2021,49(1)：182-18&doi:10.3969/j.issn,1001-1986.2021.01.019FAN Limin,SUN Kui,LI Cheng,et al.Thoughts on mine water control and treatment in Yushen mining area[J].Coal Geology&Exploration,2021,49(1)：182-188.doi:10.3969/j.issn.l001-1986.2021.01.019榆神矿区煤矿防治水的几点思考范立民1,孙魁李成1，2,宁奎斌1,冀瑞君2(1.陕西省地质环境监测总站矿山地质灾害成灾机理与防控重点实验室，陕西西安710054;2.西安科技大学地质与环境学院，陕西西安710054)摘要：为了科学解释榆神矿区矿井涌水量较大的涌(突)水事件，为煤矿防治水奠定基础，分析了近年来区内发生的突水事件及矿井较大涌水情况，提出矿井较大涌水形成机理、红土层水文地质性质、矿井涌水量预测的准确性等疑问，阐述了突破“井田”范围，从区域上研究地下水系统和突水水源，关注延安组、直罗组、安定组、洛河组等砂岩弱富水含水层，从导水裂隙带中寻找突水水源，科学评价各岩(土)层的水文地质条件，采动岩层(含水层)渗透性演化以及探索矿井水害源头预防和区域治理思路等几点思考，提出应该从区域上认识水文地质条件及对煤矿涌(突)水的“贡献”，揭示矿井较大涌水形成机理，进一步加强水文地质补充勘探，准确识别含水层、隔水层及其空间赋存关系，探测大采高、大采面环境下导水裂隙带发育规律，并提出从区域上识别地下水强径流带和局部富水区的基础上，制定矿井水害防控措施的思路，为榆神矿区煤矿水害防販锂題谓治提供借鉴和帮助。
神府张家峁井田保水采煤工程地质条件评价
神府张家峁井田保水采煤工程地质条件评价摘要：在野外水文地质调查、原位测试试验和室内试验的基础上，对陕北神府矿区张家峁井田水体赋存特征和岩土体工程地质特征进行分析，并对该矿保水采煤水文地质条件进行分区，对井田范围内保水采煤提出建议。
关键词：张家峁井田；保水采煤；水资源赋存特征；水文地质条件分区0引言陕北侏罗纪煤田地处毛乌素沙漠南缘，煤层埋深浅，煤炭储量丰富，但水资源量总体缺乏，生态环境脆弱，煤炭开采与水资源保护的矛盾十分突出。
如何有效的对西部采煤地区水资源进行保护和利用，是许多学者和专家研究和探讨的热点问题。
该地区水体赋存特征和岩土体工程地质条件是保证保水采煤可行性实现的基础和关键。
保水采煤的基本思想形成于1990年之后。
1995~1998 年，陕西煤田地质局一八五队、中煤水文地质局和中国矿业大学等单位联合承担开展的《中国西部侏罗纪煤田（榆神府矿区）保水采煤与地质环境综合研究》中，首次明确使用“保水采煤”一词。
2007年以后，由缪协兴主持的国家重点基础研究发展计划（973）项目，将保水采煤作为中国煤炭资源绿色开采的一部分，丰富了保水采煤的涵义[1]。
针对西部地区煤层赋存特征，总结保水采煤的研究过程和途径主要为：（1）工程地质背景（条件）研究；（2）选择合适的采煤方法（工艺），减弱覆岩破坏程度[2]；（3）水资源的利用、转移存贮[1,3]。
本文即在（1）的基础上，探讨陕北神府矿区张家峁井田保水采煤的工程地质背景问题。
1井田概况神府矿区位于陕西省北部，与内蒙和山西交界，处于陕北黄土高原与毛乌苏沙漠的接壤地带，整体上为西北高，东南低。
矿区内地形主要受河流侵蚀控制，地貌类型可分为黄土丘陵沟壑区和风沙滩地区。
主要水系由窟野河及其支流组成，河流域面积7 298km2，多年平均流量17.40m3/s，最大流量13 800m3/s(1976年8月2日，据神木县水文观测站资料)。
张家峁井田位于神府矿区中部，井田地形总的趋势为西部高，中东部低，一般在1 150~1 260m。
榆神府矿区保水采煤技术研究进展
榆神府矿区保水采煤技术研究进展孙学阳;刘自强;李成;苗霖田【摘要】榆神府矿区是我国煤炭资源主要产区之一,为了实现该区煤炭资源绿色化开采,保护当地生态环境,要求必须采取保水采煤技术.查阅了近年来公开发表的关于保水采煤技术的文献资料,归纳总结了保水采煤技术理论发展现状和工程实践现状,并据此指出了该领域的发展趋势.研究结果表明,实现保水采煤核心是要准确预测导水断裂带的发育高度;根据主采煤层覆岩水文地质条件和岩层物理力学性质,确定煤层、主关键层与含水层三者之间的空间位置关系,精确预测导水断裂带高度和研究地下水转移储存条件,是保水采煤的发展趋势.【期刊名称】《煤矿安全》【年(卷),期】2018(049)007【总页数】5页(P66-70)【关键词】榆神府矿区;保水采煤;导水断裂带;地下水转移;发育高度【作者】孙学阳;刘自强;李成;苗霖田【作者单位】矿山地质灾害成灾机理与防控重点实验室,陕西西安710054;西安科技大学地质与环境学院,陕西西安710054;西安科技大学地质与环境学院,陕西西安710054;矿山地质灾害成灾机理与防控重点实验室,陕西西安710054;陕西省地质调查院地质调查中心,陕西西安710054;国土资源部煤炭资源勘查与综合利用重点实验室,陕西西安710021【正文语种】中文【中图分类】TD823.83我国陕北榆神府矿区处于毛乌素沙地，萨拉乌苏组水是该区主要含水层，直接影响着该区的植被生长等生态环境的变化和当地村民的生产生活。
因此，保护榆神府矿区萨拉乌苏组含水层不被破坏对该区可持续发展具有重要意义。
近年来，国内许多专家学者对保护该区水资源和生态环境方面做了大量研究工作并建立起了保水采煤科学理念[1]。
1992年，范立民首次提出了“保水采煤”的观点，并于1998年正式提出“保水采煤”的概念[2]。
2009年，范立民等人通过对双沟泉域10多年来的全流量的恢复情况进行研究，提出保水采煤的新思路，采空区经过长期的压实、含水层再造等过程，使地下水位逐步恢复，进而恢复地表生态，2013年王文学等人研究发现煤层开采后，随着时间的推移覆岩导水断裂带的高度较煤层开采结束时的最大高度大幅降低[3－4]。
陕北侏罗纪煤田地下水保护与开采的分析
陕 北侏 罗纪 煤 田地 下水 保 护 与 开 采 的分 析
李建文
陕西煤监局榆林分局 陕西 榆林 ７ １ ９ ０ ０ ０
摘 要： 本 篇 文章主 要是 对 陕北体 罗纪煤 田地 下水 的保 护 以及 开采 进行 详 细地研 究分析 ， 阐述 了煤炭 开采对 地 下水 的影 响 以及 地 下水 保护 与 开采利 用 的对 策 ， 希 望可 以为有 关人 员提供 一些 参考及 其 帮助 。 关键 词 ： 煤 田； 地开 采对地 下水 的影 响
一
该 煤 田位 于 鄂尔 多斯 盆 地 的东南 部 ， 在 现在 已 经探 明的煤 炭 资 般 晴况下 ， 隔水层存 在于上 覆的松散 岩类含 水层与煤 系地层 的 源储 量 当 中 ，该 区 内的侏 罗 纪煤 田是 我 们 国家最 大 的煤 田之 一 ， 陕 含水层 之间 ， 这 两个水 层之 间并 没有什 么关系 。 但 是 当开 采煤矿 时 ， 地 北侏 罗纪 煤 田的储 量大 约 占我 国煤 总量 的百分 之 十 四。这个 地 区更 面下 就会形 成很 多 的巷 道和 巷井 ， 它们 纵横 交错 着成 为“ 冒裂 带 ” ， 外 以优越的开采技术条件、 简单 的地质构造 、 优 良的煤质、 丰富的储量 层地面也会 出现裂 隙或者塌 陷区 ， 这样含水层结构也 会跟着发生变 化。 非常 受 到人们 的关 注 。按照 国家 的规划 ， ２ １ 世 纪 这里 会是 煤 炭工 业 松散 层潜水 就是 因为水平排 泄或者 径流转 变成 以垂 向 的渗漏 为主 。 首选 的 西移 基地 ， 将 对 国 民经济 有着 很 重要 的 意义 。考虑 到环 境 保 ２ ． １采煤 对地 下水 的影 响 由于本 地 区 的地 质条 件 和煤层 特 征 ， 护的问题 ， 限制了这个地方的地下水开采， 已经禁止工厂使用地下 在 开采 煤炭 时会 产 生 冒落 带或 者 裂缝 带 ， 然 后会 发 展 引发 到第 四系 水资 源 。然 而 ， 开 采这 个地 方 的煤炭 ， 这个 地方 的地 下水 严重 地影 响 的萨拉乌 苏 组含 水层底 部 ， 影 响地表 ， 疏 干到第 四 系的地 下水 。如 果
陕北浅埋煤层砂土基型矿区保水开采方法
陕北浅埋煤层砂土基型矿区保水开采方法【摘要】我国是水资源缺少的国家，而在煤炭开采的过程中却会使地下水水位下降，污染地表水，造成我国水资源严重浪费，也危害到开采区的居民的生命和财产安全。
陕北地区本身就缺水，而又是重要的煤炭开采区。
所以，如何才能既合理开发煤炭资源，保护水资源，又不损害当地自然环境，是目前亟待解决的一个问题。
显然，使陕北地区的矿区可持续发展的关键就是在保护浅水层地下水的前提下，开采煤炭资源，也就是保水开采。
【关键词】浅埋煤层；砂土基型矿区；保水开采；方法由于陕北煤炭开采区本身的自然环境就比较恶劣：已经是干旱与半干旱的黄土与沙漠的接壤区，水资源缺乏区，土地枯竭，植物覆盖面积少。
而煤炭的开采使得此地区的自然环境状况日益下降。
随开采区不断扩大范围，植物被破坏，直接加重水土流失，使土地沙漠化、荒漠化面积逐渐增大。
同时，使得地下水位不断下降，地表水也少之又少，大部分都转化为矿井水或被污染。
地下水位的下降，使得地面树木和农作物由于缺水，干旱致死，严重危害到当地居民的生命和财产的安全。
如何才能既合理开发煤炭资源，保护水资源，又不损害当地自然环境，是目前亟待解决的一个问题。
显然，使陕北地区的矿区可持续发展的关键就是在保护浅水层地下水的前提下，开采煤炭资源，也就是保水开采。
1 保水开采1.1 隔水关键层概念隔水关键层是实现保水开采的重要环节，是指在采煤过程中，多个岩层中对岩体活动起控制作用的岩层。
除了以上还包括能起到隔水作用的其他岩层、结构或人工搭建的隔水构造物。
保水开采的内在含义是指经过人们的研究，可以实现煤和水的共采，以及矿井水的重复利用，矿井废水回收资源化，最终可以做到矿井水的“0排放”。
要想做到这点，必须把开采时产生的裂缝带及时处理，不使其与位于底板或位于顶板的含水层连通。
1.2 隔水关键层的隔水结构（1）第一种是含水层与隔水层位于上下结构，含水层是散体结构或块状结构，石间间隙较均匀，具有统一的地下水面。
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收稿日期:2005-06-20 作者简介:师本强(1968-),男,陕西韩城人,讲师,地质工程专业在读博士,现任教于西安科技大学地环系。
陕北榆神府矿区保水采煤方法研究师本强,侯忠杰(西安科技大学,陕西西安 710054) 摘 要:论文研究了陕北榆神府矿区与保水采煤有关的地质因素,结合采空区上覆岩层的移动规律,提出了矿区保水采煤的采煤方法划分体系。
对矿区进行了保水采煤的采煤方法区划,对不同区划提出相应的保水开采方法,为矿区保水采煤的宏观决策提供了参考和依据。
关键词:地质因素;保水采煤;保水采煤方法区划 中图分类号:P64114 文献标识码:A 文章编号:1671-0959(2006)0120063203R esearch on coal mining method with w ater conservation in Yushen Mining AreaSHI Ben 2qiang ,HOU Zhong 2jie(Xi ’an University of Science and Technology ,Xi ’an ,710054,China )Abstract :The paper studied the geological factors related to the Shaanbei Yushenfu mining area and the water conservation coal mining.In combined with the dis placement law of the overburden above the goaf ,the paper provided the classification system of the coal mining method for the water conservation coal mining in the mining area.The paper made the classified areas for water conservation mining in the mining area and provided the related water conservation mining method for each area.The classification had provided the references and basis for the macro decision of the water conservation mining in the area.K eyw ords :Yushenfu Mining Area ;geological factors ;coal mining with water conservation ;classification of coal mining methods with water conservation 陕北榆神府矿区地理位置优越、煤炭储量大、煤质优良,地质构造简单、地层平缓、开采条件简单,是我国主要的特大型优质动力煤和出口煤基地。
然而煤田处于干旱、半干旱的毛乌素沙漠与黄土高原接壤地区,缺水少雨,一些沟谷、河流又都受季节性变化,可利用河流、沟谷很少,水资源贫乏,土地贫瘠,植被稀疏,生态环境脆弱,自然状态下环境质量呈下降趋势。
煤炭工业的大规模开发更加快了环境质量下降,但该地区的地下潜水资源比较丰富,大部分潜水资源都覆盖在煤系地层上面,而矿区的煤层埋藏普遍很浅,煤层顶板以上的基岩厚度较薄、煤层开采厚度大,整个采煤过程都可能破坏潜水资源,所以保水采煤对矿区生态环境有特别重要的意义。
矿区经济的可持续发展要求资源开发与环境保护同步进行,因此该区煤炭必须实行保水开采。
保水开采是在详细研究矿区与保水开采有关的地质因素的基础上,采取适宜的采矿方法和工程措施实现的。
保水开采方法的选择、矿区环境的保护治理依赖于对矿区地质因素的充分掌握和详尽研究。
矿区与保水采煤有关的地质因素主要包括岩土类型及其工程地质性质、地层组合结构和水文地质条件等。
本文对该矿区由于采矿引起的环境破坏问题,通过对矿区与保水采煤有关的地质因素的研究,结合保水开采方法的选择,建立保水采煤的采煤方法划分体系,对不同区划提出了相应的保水开采方法。
1 榆神府矿区与保水采煤的地质因素研究111 矿区地层及岩土类型矿区岩土类型、岩土体结构及其工程地质性质是保水采煤的决定性因素之一。
榆神府矿区由地表到煤层底板包括以下地层[1,2]:第四系的风积沙、马兰组、萨拉乌苏组、离石组、三门组,第三系上新统三趾马组,白垩系洛河组,侏罗系安定组、直罗组、延安组和富县组。
各地层的厚度不一,因此各煤矿的保水开采条件也不相同。
112 矿区水文地质条件榆神府矿区内对保水采煤有意义的主要含水层为砂层水(萨拉乌苏和风积沙)和烧变岩水。
由离石黄土和三趾马36 2006年第1期 煤 炭 工 程 研究探讨 红土共同组成的粘土层,为砂层含水层的直接隔水底板,在天然条件下是良好的隔水层,而且只要其位于煤层开采上覆岩土层整体移动带内,采后亦可起到良好的隔水作用。
2 榆神府矿区保水采煤的采煤方法划分体系含水地层能否实现保水采煤取决于采空区上覆岩土层的工程地质性质、地层组合结构以及采矿方法,这些因素决定了采空区上覆岩土层中导水裂隙带的发育情况。
如果采空区上覆岩层中的导水裂隙带没有发育到含水层就可以实现保水开采,否则含水层中的水会通过导水裂隙带流失,不能实现保水开采。
本文通过相似模拟试验和数值模拟研究不同地质条件下,采用不同开采方法时采空区上覆基岩的导水裂隙带发育高度来确定适宜的保水开采方法。
由现场开采实践和相似模拟试验可知,在长壁开采时[3],当上覆基岩厚度与采高之比大于等于15时,采空区上覆基岩不会出现沿全厚的切落,这样当采高4m 时,上覆基岩厚度应为60m ,再加上15m 的保护层,长壁开采连续推进不发生突水的上覆岩层厚度应在75m 以上。
试验如图1,采高4m ,上覆岩层厚65m ,工作面第5次周期来压发生在工作面推进到7216m 时,来压时采空区之上的裂隙继续向上发展,裂隙发展到顶板6210m 高度处时,采空区被填满、已没有间隙,表明工作面再向前推进,6210m 高度以上的基岩进入下沉带,考虑到防水安全岩柱保护层厚度,则长壁开采不发生突水的上覆岩层厚度至少为75m 。
采高4m ,覆岩厚度为30～75m 时,采用间歇开采方式(工作面长壁布置非连续间隔推进,以非充分采动减小覆岩的“三带”高度)实现保水开采,覆岩厚度不同的工作面连续推进距离不同[4]。
当覆岩厚度小于30m ,采用间歇开采方式的工作面连续推进距离过小,建议采用充填开采或房柱式开采实现保水开采,即采高4m 时,实现长壁开采的基岩厚度不得小于30m 。
图1 采高4m 、覆岩厚度65m 时,采空区覆岩移动规律榆神矿区主采煤层2-2平均厚10104m ,上覆基岩厚43127～180165m ,平均厚8915m ,依据相似模拟试验结果,如果采用放顶煤开采,导水裂隙带会发育到含水层,不能实现保水开采,建议采用分层开采或分层与放顶煤相结合的采煤方法[5],控制导水裂隙带发育高度,实现保水开采,本文运用数值模拟计算验证分层开采保水的可行性。
数值模拟采用FLAC3D软件计算,所取模型的上覆基岩厚90m ,覆岩以上土层取50m 作为荷载,煤层10m ,底板20m ,划分为14400个单元,煤层分两次开挖,每次开挖5m 。
观测表明,通常在采空区长度和宽度均为112～114倍平均采深时,地表达到充分采动[6],因此工作面推进114倍采深(196m )时达到充分采动,模型中工作面推进200m 。
图2为中间主应力的等值线图。
在没有实测结果的情况下,可以采用σ2=0的线作为近似值来判别导水裂隙带的最大高度[7]。
图中σ2=0的最高点为基岩顶面以下35m 左右,即导水裂隙带最大高度在基岩顶面以下35m 处,可以实现保水开采。
乌兰木伦煤矿与榆神府矿区均属于同一煤田,地质条件类似,最近完成了3-1煤层63105工作面的开采,导水裂隙带未发育到萨拉乌苏组底部,实现了保水采煤[8]。
图2 总采高10m 分层开采的数值模拟依据上述研究结果,尝试建立榆神府矿区保水采煤的采煤方法划分体系并提出相应的保水开采方法。
按照图3进行保水采煤的采煤方法区划:①非保水采煤区即基岩上覆土层中无含水地层,包括赵家梁矿、朱概塔矿和石窑店矿;②长壁开采区,包括永乐矿、十八墩矿、金鸡滩矿、补连塔矿和大保当矿部分矿区等;③间歇开采区,包括大柳塔矿部分矿区、上湾矿、乌兰木伦矿、大保当矿部分矿区和三一矿等;④充填开采或房柱式开采区,包括大柳塔矿部分矿区、石圪台矿部分开采区、郭家梁矿、大榘一矿、三一矿和讨老乌素矿等;⑤分层开采区,包括榆神矿等。
图3 榆神府矿区保水采煤的采煤方法划分体系3 结 语榆神府矿区是我国新建的特大型煤炭基地,煤炭资源丰富、地质构造简单、开采条件优良,但是水资源缺乏,生态环境脆弱。
矿区内可供水的萨拉乌苏组和烧变岩含水层在主采煤层附近,如不采取保水采煤措施,开采后会引46 研究探讨 煤 炭 工 程 2006年第1期 收稿日期:2005-11-15 作者简介:曹 军(1979-),男,2003年毕业于辽宁工程技术大学(原阜新矿业学院,现任中国神华集团股份有限公司神东煤炭分公司乌兰木伦煤矿综采队副队长。
残差辨识模型在巷道围岩变形预测中的应用曹 军(神东煤炭分公司乌兰木伦煤矿,内蒙鄂尔多斯 017209) 摘 要:巷道围岩变形预测在矿井安全工作中具有极其重要的作用,在对阜新市王营矿巷道围岩变形进行深入而系统的分析基础上,采用残差辨识模型的预测方法,借助于计算机对巷道的围岩变形进行预测,其结果和与实测值基本趋于一致,由此看出将GM 模型理论和巷道的围岩变形预测相结合,计算过程简单,结果也较传统的预测方法更为准确。
关键词:巷道围岩;变形预测;残差辨识模型 中图分类号:TD313+11 文献标识码:B 文章编号:1671-0959(2006)0120065203 岩土工程的变形预测问题所属的系统一般是灰色系统。
这类系统的特点是:同时含有已知因素和众多未知或不确定的因素,使这类问题在查清物理机制,建立相应的数学模型的基础上进行分析计算有一定的局限性。
为了解决这一困难,在对这类问题进行分析的基础上可采用灰色系统理论,即根据已知按时间顺序发生的一组观测数据,建立描写其变化规律的数学模型,并据此对系统的未来行为进行预测。
灰色系统理论是由我国华中理工大学教授邓聚龙于20世纪80年代创立并发展起来的,它把一般的系统论、信息论、控制论的观点和方法应用到社会、生态、经济等抽象系统,综合运用数学方法,发展了一套解决信息不完全系统预测预报的理论方法。