浅埋近距煤层保水开采机理与技术(马立强,金志远,张东升著)思维导图
210980613_榆神矿区导水裂隙带高度多因素影响规律及保水采煤分区★
第54卷 第2期2023年3月太原理工大学学报J O U R N A L O F T A I Y U A N U N I V E R S I T Y O F T E C HN O L O G YV o l .54N o .2M a r .2023引文格式:张帅,冯国瑞,张东升,等.榆神矿区导水裂隙带高度多因素影响规律及保水采煤分区[J ].太原理工大学学报,2023,54(2):301-312.Z HA N G S h u a i ,F E N G G u o r u i ,Z HA N G D o n g s h e n g ,e t a l .M u l t i -f a c t o r c o n t r i b u t i o n t o t h e h e i gh t o f w a t e r -c o n -d u c t i n g f r a c t u r e z o n e a n d m i n e z o n i n g f o r w a t e r p r o t e c t i o n i n Y u s h e n C o a l f i e l d [J ].J o u r n a l o f T a i yu a n U n i v e r s i -t y o f T e c h n o l o g y,2023,54(2):301-312.收稿日期:2022-07-21基金项目:国家杰出青年科学基金项目(51925402);国家自然科学联合基金重点项目(U 1710258);山西省基础研究计划资助项目(20220321212252);山西省高等学校科技创新资助项目(2022L 054);太原理工大学2022年校专项/青年基金项目(2022Q N 071) 第一作者:张帅(1990-),博士,助理研究员,主要从事水资源保护性开采㊁矿山压力与岩层控制㊁岩石应力-裂隙-渗流㊁数值模拟方面的教学与科研工作,(E -m a i l )z h a n g s h u a i 01@t y u t .e d u .c n 通信作者:冯国瑞(1976-),博士,教授,主要从事特殊开采与岩层控制方面的教学与研究工作,(E -m a i l )f gu o r u i @163.c o m 榆神矿区导水裂隙带高度多因素影响规律及保水采煤分区张 帅1a ,1b ,冯国瑞1a ,1b,张东升2,蔚 蔚2(1.太原理工大学a .矿业工程学院,b .山西省绿色采矿工程技术研究中心,太原030024;2.中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室,江苏徐州221116)摘 要:通过融合数理统计㊁多元回归与空间分析方法,分析了导水裂隙带发育高度受多种因素影响规律,构建了综采导水裂隙带高度与煤层采高㊁采深㊁开采推进速度多因素之间的非线性统计关系式;基于导水裂隙带经验公式及保水采煤阈值,将榆神矿区划分为五类,工况一条件下矿区内基于水资源保护的安全开采区域(WR S E )面积为4.24ˑ109m 2,占比为82%;基于水资源保护的非安全开采区域(N o n -WR S E )的面积为920835911.3m 2,占比为18%;工况二条件下矿区内WR S E 的面积为3.87ˑ109m 2,占比为77%;N o n -WR S E 的面积为1.14ˑ109m 2,占比为23%;工况三条件下矿区内WR S E 的面积为3.78ˑ109m 2,占比为73%;N o n -WR S E 的面积为1.38ˑ109m 2,占比为27%;对比研究3种工况预测的保水采煤分区数据,以保水采煤分区结果确定了规划矿井的保水等级,确定了重点保护矿井㊂项目研究成果可为矿区合理地开采规划和设计提供宏观决策依据,进一步完善保水开采理论与技术体系㊂关键词:榆神矿区;多因素影响;导水裂隙带;采煤分区;保水开采中图分类号:T D 745 文献标识码:AD O I :10.16355/j .c n k i .i s s n 1007-9432t yu t .2023.02.010 文章编号:1007-9432(2023)02-0301-12M u l t i -f a c t o r C o n t r i b u t i o n t o t h e H e i g h t o f W a t e r -c o n d u c t i n g Fr a c t u r e Z o n e a n d M i n e Z o n i n g fo r W a t e r P r o t e c t i o n i n Y u s h e n C o a l f i e l d Z H A N G S h u a i1a ,1b,F E N G G u o r u i 1a ,1b ,Z H A N G D o n g s h e n g 2,Y U W e i 2(1a .C o l l e g e o f M i n i n g E n g i n e e r i n g ,1b .G r e e n M i n i n g E n g i n e e r i n g T e c h n o l o g y R e s e a r c h C e n t e r ,T a i y u a n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ,T a i y u a n 030024,C h i n a ;2.S t a t e K e y L a b o r a t o r y o f Co a l R e s o u r c e s a n d S a f e M i n i n g ,C h i n a U n i v e r s i t y o f M i n i n g a n d T e c h n o l o g y ,X u z h o u 221116,C h i n a )A b s t r a c t :P r e d i c t i n g t h e W a t e r -c o n d u c t i n g f r a c t u r e z o n e h e i g h t (W F Z H )a n d d e t e r m i n i n g th e m i n i n g z o n e s t h a t r e q u i r e w a t e r c o n s e r v a t i o n o p e r a t i o n s a r e c r i t i c a l f o r t h e m i n e s u s t a i n a b i l i t y.I n t h i s p a p e r ,m a t h e m a t i c a l s t a t i s t i c s ,m u l t i p l e r e g r e s s i o n a n d s p a t i a l a n a l ys i s m e t h o d s w e r e e m -p l o y e d t o a n a l y z e t h e m e c h a n i s m s o f l o n g w a l l p a r a m e t e r s c o n t r i b u t i n g t o W F Z H a n d c o n s t r u c t a n o n l i n e a r c o r r e l a t i o n o f W F Z H v e r s u s m i n i n g h e i g h t,d e p t h o f c o v e r,a n d r e t r e a t r a t e.B a s e d o n t h e W F Z H e q u a t i o n a n d a q u i f e r d e p r e s s u r i z a t i o n t h r e s h o l d,Y u s h e n C o a l f i e l d i s z o n e d i n t o d i f f e r-e n t c o n d i t i o n s:U n d e r t h e c a s e1,t h e w a t e r r e s o u r c e s s a f e e x p l o i t a t i o n(WR S E)a r e a i n t h e m i n-i n g a r e a i s4.24ˑ109m2,a c c o u n t i n g f o r82%,a n d N o n-WR S E a r e a i s920835911.3m2,a c-c o u n t i n g f o r18%;U n d e r t h e c a s e2,t h e WR S E a r e a i n t h e m i n i n g a r e a i s3.87ˑ109m2,a c-c o u n t i n g f o r77%,a n d N o n-WR S E a r e a i s1.14ˑ109m2,a c c o u n t i n g f o r23%;U n d e r t h e c a s e3, t h e WR S E a r e a i n t h e m i n i n g a r e a i s3.78ˑ109m2,a c c o u n t i n g f o r73%,a n d N o n-WR S E a r e a i s 1.38ˑ109m2,a c c o u n t i n g f o r27%.T h e w a t e r p r o t e c t i o n l e v e l i s f u r t h e r d e t a i l e d b y c o m p a r i n g t h e t h r e e c o n d i t i o n s,f u r t h e r s u g g e s t i n g t h e m i n e t h a t n e e d s h i g h e r f o c u s.T h e r e s u l t s h e l p p r o-v i d e m a c r o d e c i s i o n-m a k i n g b a s i s f o r m i n e p l a n n i n g a n d l o n g w a l l d e s i g n,e n r i c h i n g t h e t h e o r y a n d t e c h n o l o g y f o r w a t e r c o n s e r v a t i o n m i n i n g.K e y w o r d s:Y u s h e n C o a l f i e l d;M u l t i-f a c t o r c o n t r i b u t i o n;h e i g h t o f f r a c t u r i n g;m i n e z o n i n g;w a t e r c o n s e r v a t i o n m i n i n g黄河流域生态保护与高质量发展已成为重大国家战略之一,黄河流域分布有57个国家规划煤矿区,其中榆横㊁榆神㊁离柳等矿区煤炭开采强度已然与环境承载力不匹配[1-2]㊂导水裂隙带发育范围是连接采动覆岩变形破坏与地下水运移关系的桥梁,煤炭资源的开采工艺及参数(采高㊁采深与工作面推进长度)等直接影响导水裂隙带发育高度,进而诱发地下含水层结构破坏,打破含水层原有平衡状态[3-4];在导水裂隙带高度经验公式及地质数据基础上,分析保水采煤分区演化特征,可为矿区合理地制定开采规划和设计提供宏观决策依据[5]㊂因此有必要对矿区内导水裂隙带发育高度及保水采煤分区展开深入研究㊂学者围绕导水裂隙带发育高度及保水采煤分区两个主题开展了大量研究工作[6-8]㊂刘天泉院士[9]提出了 上三带 理论,即在全部垮落法的长壁工作面,采动覆岩形成垮落带㊁裂隙带和弯曲下沉带(简称 三带 )㊂埋藏较浅的煤层开采,覆岩可能只包含垮落带㊁裂隙带(简称 两带 ),并给出了 两带 发育高度的预计公式㊂樊振丽[3]研究了厚煤层开采的覆岩破断实测数据,采用灰色关联理论探究了不同开采方法及参数下垮落带及裂隙带高度变化特征㊂来兴平等[10]以澄合矿区为背景,融合现场实测㊁数值模拟及统计分析软件,研究了该矿 两带 发育范围,结果表明:垮落带高度13.75m,垮采比3.06,导水裂隙带高度75m,裂采比16.67.C H E N e t a l[11]针对于 两软一硬 煤层进行了特定研究,得到了该条件下覆岩 两带 的高度㊂H E B B L E WH I T E[12]建立了悉尼南部新南威尔士煤田长壁工作面上方岩层位移和破断对地下水影响的主要预测模型㊂王双明等[13]剖析了首采煤层厚度㊁含水层的空间关系,划分了榆神矿区保水开采条件分区,提出了分区相对应的区域采煤方法规划方案㊂邓念东等[14]统计分析了500个钻孔数据资料,基于首采煤层及含㊁隔水层赋存特征,将榆神矿区划分为五类保水采煤工程地质分区㊂李文平等[15]分析了研究区生态-水-煤系地层空间赋存结构特征,计算得到了单位面积内浅表水总储存量,将其划分为正常开采矿井㊁保水采煤一级矿井㊁保水采煤二级矿井和保水采煤三级矿井㊂L I U e t a l[16]研究了榆神府矿区内首采煤层厚度等水文地质数据,结合采动覆岩残余基岩与残余土层厚度,对矿区进行了保水采煤分区研究㊂目前已有的导水裂隙带发育高度及保水采煤分区研究中,并未紧扣榆神矿区工程背景,深入研究导水裂隙发育的多因素影响及分区保水开采的可行性评价㊂本文采用数理统计及回归分析方法,分析了开采高度㊁开采深度㊁煤层倾角㊁工作面尺寸(工作面宽度和工作面长度)和采场覆岩结构对导水裂隙带的影响特征,进而构建综采工作面多因素影响下导水裂隙带高度的非线性统计关系式㊂采用空间分析方法绘制首采煤层厚度㊁埋深㊁含水层厚度㊁基岩厚度㊁土层厚度等值线,在此基础上研究了榆神矿区保水采煤分区特征,以期为区域性的煤炭开发规划及保水采煤方法研究提供依据㊂1榆神矿区地质条件概况榆神矿区位于陕西省榆林市北部,隶属神木县和榆林市榆阳区㊂矿区紧邻内蒙古自治区,矿区的203太原理工大学学报第54卷西北部边界(即为陕西与内蒙古的边界),东北部边界为神府矿区的西边界,西南部为榆横矿区的北边界[17-18]㊂矿区形状不规则,矿区南北的最大距离约为100k m ,东西的最大距离约为100k m.矿区内一共划分为4个规划期,分别为一期规划区㊁二期规划区㊁三期规划区㊁四期规划区,其中一期与二期规划区的勘探以及开采程度较高㊂榆神矿区地表整体呈现出西北向东南由高到低的变化,矿区西部为风积沙地貌,东部和北部为黄土梁峁丘陵地貌㊂榆神矿区位置及规划区见图1.榆神矿区地表地层多被新近系㊁第四系覆盖,榆神矿区的综合柱状图见图2.一期规划区二期规划区三期规划区四期规划区陕西省图1 榆神矿区位置及规划区划分F i g .1 L o c a t i o n ,l a n d f o r m a n d p l a n n i n g d i v i s i o n o f Y u s h e n m i n i n g ar e a 地层厚度/ m 岩性描述备注系统组柱状图第四系全新统风积沙冲积层0~149.6以现代风积沙为主，冲积层次之含水层上更新统萨拉乌苏组0~67.3下部为粉细沙及亚沙土，顶部有古土壤，下部为亚沙土夹沙质亚黏土，平均厚20 m 中更新统离石组0~109.5亚黏土及亚沙土，夹粉土质沙层，薄层古土壤层及钙质结核层，底部具有砾石层隔水层新近系上新统保德组0~170.0棕红色黏土及亚黏土，底部局部有砾岩白垩系下统洛河组0~336.8巨厚层状中粗粒长石砂岩，底部有几米至几十米厚的砾岩层，成分为石英岩基岩侏罗系中统安定组0~114.0上部以泥岩及砂质泥岩为主，与粉砂岩及细砂岩互层，下部以中至粗粒长石砂岩为主，夹砂质泥岩直罗组0~134.0上部以泥岩、粉砂岩为主，下部以砂岩为主，厚30~50 m 延安组150.0~280.0中、厚层砂岩和中、薄层泥岩组成，厚150~280 m含煤地层下统富县组0~147.0下部及中部为粗粒长石石英砂岩，含砾粗粒砂岩，顶部为粉砂岩、砂质泥岩煤层底板与下部岩层三叠系上统永坪组0~200.0巨厚层状细中粒长石石英砂岩，含大量绿泥石，局部含石英砾以及泥质包体下部岩层图2 榆神矿区综合柱状图F i g .2 C o m p r e h e n s i v e h i s t o g r a m o f Y u s h e n m i n i n g ar e a 2 导水裂隙带高度多因素影响指标研究采场破断岩体发育高度的确定是实现保水采煤的关键技术之一[19],导水裂隙带发育高度的影响因素很多,主要包括开采高度㊁开采深度㊁煤层倾角㊁工作面尺寸(工作面宽度和工作面长度)和采场覆岩结构等因素,本文在收集了155个矿井采场破断岩体发育高度实测数据资料以及前人研究成果的基础303 第2期 张 帅,等:榆神矿区导水裂隙带高度多因素影响规律及保水采煤分区上[20],选取具有代表性的数据,采用回归方法分析开采高度㊁开采深度㊁工作面宽度和工作面长度与导水裂隙发育高度的相关关系㊂回归分析方法是指通过构建预测模型建立统计数据值之间数学关系的方法,揭示控制变量对目标值的影响,进而实现对目标因素值的预测㊂随着采高的增加,采场破断岩体发育高度表现出近似呈线性的增长趋势,如图3所示,这与樊振丽[3]的研究成果一致㊂250200150100500导水裂隙带高度/ m 2468101214采高/ m实测值拟合值图3 导水裂隙带高度与采高的相关关系F i g .3 C o r r e l a t i o n b e t w e e n W F Z H a n d m i n i n g h e i gh t 采场破断岩体发育高度呈现出随采深的增加而增长的趋势,如图4所示㊂这是由于在一定埋深范围内,地应力随着埋深的增加而增加,开采扰动后顶板卸荷破裂高度也增加,但当采深超过某一数值时,由于较高的水平应力引起采动裂隙的闭合,导高基本上不再随着采深的增加而增加,因此采用对数函数可以相对较好地描述导水裂隙带高度与采深的相关关系㊂2001751501251007550250-25导水裂隙带高度/ m200埋深/ m300400500600700实测值拟合值图4 导水裂隙带高度与采深的相关关系F i g .4 C o r r e l a t i o n b e t w e e n W F Z H a n d m i n i n g d e pt h 导水裂隙带随着倾向长度的增加呈现出增长的趋势,但增长幅度较缓,如图5所示㊂根据实际生产经验,当工作面倾向长度较小时(如小于岩层的初次垮落步距),采场覆岩中可形成自然拱的承载结构,上覆岩层会处在一个相对稳定的状态,导高增加不明显㊂在未充分采动条件下随着倾向长度的继续增加,采场破断岩体发育高度也增加,当达到充分采动条件时,导高基本不再变化㊂因此采用S 型函数对导水裂隙带高度与倾向长度的相关关系进行描述㊂1251007550250导水裂隙带高度/ m50倾向长度/ m1001502002503000实测值拟合值图5 导水裂隙带高度与倾向长度的相关关系F i g .5 C o r r e l a t i o n b e t w e e n W F Z H a n d p r o p e n s i t y l e n gt h 导水裂隙带随着走向长度的增加变化规律不显著,如图6所示㊂呈现出一定幅度内的波动形式,这可能是由于统计数据资料中走向长度尺寸较大(基本在375m 以上),导致增加幅度较小,通过类比导高与工作面倾向长度的相关关系,采用S 型函数对导水裂隙带高度与走向长度的相关关系进行描述㊂100755025500走向长度/ m1 00001 5002 0002 500导水裂隙带高度/ m实测值拟合值图6 导水裂隙带高度与走向长度的相关关系F i g .6 C o r r e l a t i o n b e t w e e n W F Z H a n d s t r i k e l e n gt h 导高与煤层倾角的统计数据如图7所示,随着倾角的增加导高呈现出喇叭形的放射状,规律不显著,因此本文中不考虑煤层倾角的影响㊂通过一元回归分析分别研究了开采高度㊁开采深度㊁工作面宽度和工作面长度与导水裂隙发育高度的相关关系,在上述研究的基础上采用多元回归方法分析多因素对导高的影响㊂多元回归分析是指对多个控制变量(两个及以上)与因变量的相关关系进行分析,建立对应的预测模型开展预测的方法[21]㊂多元线性回归分析是指分析n 个控制变量与目标因变量之间的关系,基础模型为:y =α0+α1㊃x 1+α2㊃x 2+ +αn ㊃x n .(1)403太原理工大学学报 第54卷式中:y 为因变量,数值来自统计数据;x 0㊁x 1㊁x 2㊁ ㊁x n 为自变量,具体数值取自统计数据;α0㊁α1㊁α2㊁ ㊁αn 为自变量对应系数㊂2502001501005005倾角/ （°）10152025导水裂隙带高度/ m实测值图7 导水裂隙带高度与煤层倾角的相关关系F i g .7 C o r r e l a t i o n b e t w e e n W F Z H a n d d i p A n gl e o f c o a l s e a m 基于公式(1)推导得到如下公式:f (x i )=ðni =1y i -^y 2=ðni =1(y i -α0+α1㊃x 1i +α2㊃x 2i + +αn ㊃x n i )=m i n .(2)采用回归分析方法对系数α0㊁α1㊁α2㊁ ㊁αn 进行分析,对回归系数进行求导,令其一阶导数为0,具体过程如下:λ11α1+λ12α2+ +λ1n αn =λ1y,λ21α1+λ22α2+ +λ2n αn =λ2y, ︙λn 1α1+λn 2α2+ +λn n αn =λn y .(3)公式(3)中:λx j =λi j =ð(x i j -x i )(x j i -x j );λi y =λi j =ð(x i j -x i )(y i -y i ).其中,λi 1,λi 2, ,λi n ,λi y (i =1,2, ,n )可由统计数据资料确定,系数α0㊁α1㊁α2㊁ ㊁αn 为n 个未知数,同时具有n 个对应方程,进而计算获得对应系数㊂H f =2.001M +0.516㊃e x p(3.489-36.795/L )+3.288㊃e x p(2.106-35.657/L )+0.095ˑl n (3.22ˑ10-8h )+1.956.(4)上式是采用多元回归分析方法拟合得到的经验公式,但不难发现,上面公式对开采高度的敏感性不足,因此本文在上述经验公式的基础上,提出如下形式的拟合公式:H f =K 1(a ˑl n (b h +c )ˑe x p(d +e /L )ˑM +K 2f ).(5)式中:h 为埋深;L 为工作面推进长度;M 为采高;f为常数项;K 1㊁K 2为根据地质条件调整的参数㊂依据收集整理的矿井采场破断岩体发育高度实测数据资料,如图8所示,拟合获得导水裂隙带经验公式,具体参数为:a =0.119609583992828,b =0.019704,c =3.6408,d =4.0722414884235,e =-12.8621683947167,f =10.0042605338607.260240220200180160140120100806040200高度/ m5数据编号10015202530354045505560657075实测值拟合值图8 采场破断岩体发育高度拟合结果F i g .8 F i t t i n g r e s u l t s o f t h e h e i g h t o f w a t e r -c o n d u c t i n g fi s s u r e z o n e 在榆神矿区内矿井采场破断岩体发育高度拟合结果如图9㊁图10㊁图11所示,具体参数为:a =0.119609583992828,b =0.019704,c =3.6408,26024022020018016014012010080高度/ m2数据编号4068101214161820222426实测值拟合值图9 榆神矿区采场破断岩体发育高度拟合结果F i g .9 F i t t i n g re s u l t s of w a t e r c o n d u c t i o n f i s s u r e z o n e i n Y u s h e n m i n i ng ar ea 302520151050裂采比20468101214采高/ m图10 经验公式拟合结果F i g .10 E m p i r i c a l f o r m u l a f i t t i n g re s u l t s 0.250.200.150.100.050-0.05-0.10-0.15-0.20-0.25-0.30误差1数据编号23456789101112131415161718192021222324图11 误差结果图F i g .11 E r r o r r e s u l t g r a ph 503 第2期 张 帅,等:榆神矿区导水裂隙带高度多因素影响规律及保水采煤分区d =4.0722414884235,e =-12.8621683947167,f =10.0042605338607.K 1=1.232586958990830,K 2=7.23034964355888,拟合得到的裂采比随着采高的增加而降低,整理数据的采高均大于4m ,开采高度小于4m 时,裂采比采用采高4m 条件下的裂采比进行评估,案例18的拟合误差最大为-23.86%,案例12的拟合误差最小为-0.94%,95.54%案例的拟合误差均小于20%,认为是可以接受的范围,进而对榆神矿区内进行采场破断岩体发育高度预估㊂2.1 地层数据空间插值分析对榆神矿区钻孔数据资料进行整理,整理出该区域首采煤层厚度㊁基岩厚度㊁土层厚度以及煤水空间距离数据资料,需要说明是榆神矿区水文地质钻孔的密度相对较小,需要对数据资料进行插值处理,进而满足计算需要以及提高计算精度,在采用G I S 数据空间分析功能生成对应的等值线图,如图12所示㊂煤层赋存特征如图12(a)所示㊂侏罗系中统延安组是榆神矿区的主要含煤地层,含煤地层数多达18层,其中主要的可采煤层为5层:1-2㊁2-2㊁3-1㊁4-2㊁5-2,煤层倾角在1ʎ~3ʎ,属于近水平煤层,主采煤层的单层最大厚度为12.8m ,厚度较大的优质煤层常常是开采的首选煤层㊂high:12.093 2low:1.064 27（a ）煤层赋存厚度high:130.005low:7.390 26high:174.846low:1.01high:652.651low:5.048 43（b ）浅表含水层厚度（c ）土层厚度（d ）基岩厚度厚度/ m厚度/ m厚度/ m厚度/ m图12 榆神风险评估主控因素分布特征图F i g .12 T h e m a t i c m a p o f m a i n c o n t r o l l i n g fa c t o r s i n Y u s h e n r i s k a s s e s s m e n t 浅表含水层结构特征如图12(b)所示㊂矿区内的主要含水层包括第四系松散层㊁风化带㊁侏罗系延安组砂岩以及直罗组砂岩㊂第四系松散含水层最接近地表,与地表的植被生长以及工业用水息息相关,第四系松散含水层可分为第四系全新统冲积层孔隙潜水(Q 4a l )以及第四系风积沙+萨拉乌苏组含水层(Q 4a l +Q 3s ).第四系全新统冲积层孔隙潜水(Q 4a l )主要分布在矿区内的阶地以及沟谷的河谷地带,厚度在0~27.30m.第四系风积沙+萨拉乌苏组含水层(Q 4a l +Q 3s )在榆神矿区内广泛分布,风积沙层与萨拉乌苏组含水层之间不具备完整的隔水层,常形成联系在一起的潜水含水层,厚度变化较大,在0~146.15m 范围变化,岩性主要为粉沙㊁细粗粒沙,属透水岩组,水位埋深在0.50~3.28m.隔水层结构特征:矿区范围内的黏土层以及相对隔水的基岩层对于浅表水的保护起到关键作用,黏土主要包括离石组黄土层(Q 2l )以及保德组红土层(N 2b),土层在榆神矿区内分布呈现不均匀分布,且在局部区域存在地层缺失的情况,黏土层的整体厚度在0~175m 范围内,如图12(c)所示㊂由于风化剥蚀作用,矿区基岩厚度自西北向东南方向逐渐变薄,覆岩最大厚度为652.7m ,最小厚度为5m ,如图12(d)所示㊂相对隔水的基岩层包括侏罗系含煤地层延安组㊁安定组以及直罗组中完整性较好㊁厚度较大的岩层,在自然条件下可以起到一定的阻水作用㊂2.2 有效阻隔层厚度结合上一节中的煤水空间距离㊁首采煤层赋存情况㊁基岩厚度等值线,以及第4章导水裂隙带多因素经验公式,基于G I S 软件的空间分析功能,继而得到榆神矿区有效阻隔层厚度专题图以及对应区域的岩性组合形式㊂鉴于导水裂隙带经验公式拟合中,个别数据案例预测结果仍存在误差,因此设定3种分析工况㊂工况一:直接采用导水裂隙带经验公式预测;工况二:采用导水裂隙带经验公式ˑ1.1进行预测;工况三:采用导水裂隙带经验公式ˑ1.2进行预测㊂需要说明的是有效阻隔层厚度是指导水裂隙带顶部与含水层之间岩土层厚度,有效阻水层厚度是指导水裂隙带顶部与含水层之间基岩层厚度,有效隔水层厚度是指导水裂隙带顶部与含水层之间土层厚度㊂工况一:煤层开采后,导水裂隙带最大值为220.69m ,位于矿区的东南边界处,最小值为32.18m ,如图13(a)所示㊂榆神矿区有效阻隔层厚度最大的地方在井田的西北部边界处,最大有效阻隔层厚度为476.40m ,井田东南部区域为最薄的地方,局603太原理工大学学报 第54卷部位置的有效阻隔层厚度为0m ,总体上呈现出西北部向东南部变薄,如图14(a)所示㊂最大有效基岩层厚度为465.44m ,最小有效基岩层厚度为0m ,图15(a)所示㊂high:220.687low:32.183 4（a ）工况一high:242.755low:35.401 7high:264.824low:38.62（b ）工况二（c ）工况三h / mh / mh / m图13 榆神矿区导水裂隙带高度F i g .13 W F Z H i n Y u s h e n m i n i n g ar e a high:476.4low:-124.15（a ）工况一high:457.679low:-143.354high:438.957low:-162.559（b ）工况二（c ）工况三厚度/ m 厚度/ m厚度/ m图14 榆神矿区有效阻隔层厚度F i g .14 T h i c k n e s s o f e f f e c t i v e w a t e r -b l o c k i n g a n d b a r r i e r l a y e r o f Y u s h e n m i n i n g ar e a 工况二:煤层开采后,导水裂隙带最大值为242.76m ,位于矿区的东南边界处,最小值为35.41m ,如图13(b )所示㊂榆神矿区有效阻隔层厚度最大的地方在井田的西北部边界处,最大有效阻隔层厚度为457.68m ,井田东南部区域为最薄的地方,局部位置的有效阻隔层厚度为0m ,总体上呈现出西北部向东南部变薄,如图14(b )所示㊂最大有效基岩层厚度为446.71m ,最小有效基岩层厚度为0m ,图15(b)所示㊂high:465.435low:-179.455（a ）工况一high:446.713low:-199.878high:427.991low:-220.301（b ）工况二（c ）工况三厚度/ m厚度/ m厚度/ m图15 榆神矿区有效阻水层厚度F i g .15 T h i c k n e s s o f e f f e c t i v e w a t e r -b l o c k i n g l a y e r i n Y u s h e n m i n i n g ar e a 工况三:导水裂隙带最大值为264.82m ,位于矿区的东南边界处,最小值为38.62m ,如图13(c)所示㊂榆神矿区有效阻隔层厚度最大的地方在井田的西北部边界处,最大有效阻隔层厚度为438.96m ,井田东南部区域为最薄的地方,局部位置的有效阻隔层厚度为0m ,总体上呈现出西北部向东南部变薄,如图14(c )所示㊂最大有效基岩层厚度为427.99m ,最小有效基岩层厚度为0m ,如图15(c)所示㊂2.3 保水采煤分区结果理论和实践均表明,在地质㊁采矿条件有利的情况下,如果导水裂隙带与含水层之间具有最小厚度3m 以上的黏土层,则可以有效阻隔上覆含水层(体)的水下泄[22]㊂基于有效阻隔层厚度数据,采用A R C G I S 空间分析中重分类功能,将榆神矿区内划分为五类㊂第一类:ɤ3m ;第二类:3~10m ;第三类:10~20m ;第四类:20~30m ;第五类:ȡ30m.703 第2期 张 帅,等:榆神矿区导水裂隙带高度多因素影响规律及保水采煤分区工况一保水采煤分区结果如图16所示㊂从不同分类的面积占比角度分析,其中第五类的面积最大,为3.71ˑ109m 2,第二类的面积最小,为1.32ˑ108m 2,第一类的面积为9.21ˑ108m 2.采用导水断裂带与含水层之间具有最小厚度3m 以上的黏土层为保水开采阈值,则第二类-第五类属于WR S E ,第一类属于N o n -WR S E ;WR S E 面积为4.24ˑ109m 2,占比为82%,N o n -WR S E 的面积为920835911.3m 2,占比为18%.从不同分类空间位置角度分析:在榆神矿区的一期和二期规划区内,以第一类-第四类为主,在榆神矿区的三期和四期规划区内,以第五类型为主㊂4.003.503.002.502.001.501.000.500面积/ 109 m 212345类别0.920.130.210.19 3.71面积4.504.003.503.002.502.001.501.000.500面积/ 109 m 24.240.9282%18%18%WRSENon -WRSE面积WRSENon -WRSE类别12345（a ）分区结果（b ）不同分区面积（c ）不同占比图16 工况一保水采煤分区结果F i g.16 R e s u l t s o f WR S E M Z u n d e r c a s e 1 工况二保水采煤分区结果如图17所示㊂从不同分类的面积占比角度分析:其中第五类的面积最大,为3.51ˑ109m 2,第四类的面积最小,为4.20ˑ107m 2,第一类的面积为1.14ˑ109m 2.采用导水断裂带与含水层之间具有最小厚度3m 以上的黏土层为保水开采阈值,则WR S E 的面积为3.87ˑ109m 2,占比为77%,N o n -WR S E 的面积为1.14ˑ109m 2,占比为23%.从不同分类空间位置角度分析:在榆神矿区的一期和二期规划区内,以第一类-第四类为主,在榆神矿区的三期和四期规划区内,以第五类型为主㊂4.003.503.002.502.001.501.000.500面积/ 109 m 212345类别1.140.170.150.04 3.51面积4.504.003.503.002.502.001.501.000.50面积/ 109 m 23.871.1477%23%23%WRSENon -WRSE面积WRSENon -WRSE类别12345（a ）分区结果（b ）不同分区面积（c ）不同占比图17 工况二保水采煤分区结果F i g.17 R e s u l t s o f WR S E M Z u n d e r c a s e 2 工况三保水采煤分区结果如图18所示㊂从不同分类的面积占比角度分析:其中第五类的面积最3.503.002.502.001.501.000.500面积/ 109 m 212345类别1.380.130.170.163.33面积4.003.503.002.502.001.501.000.50面积/ 109 m 23.7873%27%27%WRSENon -WRSE面积WRSENon -WRSE类别12345（a ）分区结果（b ）不同分区面积（c ）不同占比图18 工况三保水采煤分区结果F i g.18 R e s u l t s o f WR S E M Z u n d e r c a s e 3803太原理工大学学报 第54卷大,为3.33ˑ109m 2,第二类的面积最小,为1.27ˑ108m 2,第一类的面积为1.38ˑ109m 2.采用导水断裂带与含水层之间具有最小厚度3m 以上的黏土层为保水开采阈值,则WR S E 的面积为3.78ˑ109m 2,占比为73%,N o n -WR S E 的面积为1.38ˑ109m 2,占比为27%.从不同分类空间位置角度分析:在榆神矿区的一期和二期规划区内,第一类-第四类为主,在榆神矿区的三期和四期规划区内,以第五类型为主㊂研究结果表明,榆神矿区一期和二期规划区内以第一类-第四类为主㊂矿区生产状况表明榆神矿区一期和二期规划区已进行了大规模开采,导致泉水干涸㊁河流断流及水土流失等问题[17,23-25],这也证明了本文保水采煤分区结果的合理性㊂2.4 不同规划区矿井保水采煤等级划分为了从源头上遏制煤炭开采对浅表水的影响,首先需要识别出各规划区内开采危险等级㊂此处以工况三为例,对榆神矿区一期到四期规划区开展进一步分析,进而识别出各规划区内的重点保护矿井㊂在榆神矿区一期规划区内保水采煤等级划分如图19所示,其中第一类的面积最大,为5.71ˑ108m 2,第四类的面积最小,为4.89ˑ107m 2.WR S E 的面积为2.94ˑ109m 2,占比为34%,N o n -WR S E 的面积为5.71ˑ108m 2,占比为66%.该规划区内金鸡滩(J i n j i t a n c o a l m i n e )㊁曹家滩(C a o ji a t a n c o a l m i n e )㊁大保当井田(D a b a o d a n g c o a l m i n e )的局部区域(第二类-第五类)可进行全厚煤层开采,其它6.005.004.003.002.001.000面积/ 109 m 212345类别5.710.490.830.49 1.13面积6.005.004.003.002.001.00面积/ 109 m 22.9466%66%WRSENon-WRSE面积WRSENon -WRSE类别12345（a ）保水等级划分（b ）不同分区面积（c ）不同占比34%5.71图19 一期规划区保水等级划分F i g .19 D i v i s i o n o f w a t e r -p r e s e r v i n g c o a l m i n i n g g r a d e s i n t h e p h a s e I p l a n n i n g ar e a 矿井需要适当调整开采厚度或配备保水采煤工艺,以期降低开采对浅表水的影响㊂在榆神矿区二期规划区内保水采煤等级划分如图20所示㊂其中第一类的面积最大,为7.24ˑ108m 2,第二类的面积最小,为6.40ˑ107m 2.WR S E 的面积为3.27ˑ108m 2,占比为31.2%,N o n -WR S E 的面积为7.24ˑ108m 2,占比为68.8%.该规划区内清水沟勘查区(q i n g s h u i g o u e x pl o r a t i o n a r e a )㊁马王庙勘查区(M a w a n g m i a o e x pl o r a t i o n a r e a )和木瓜山-万家沟勘查区(M u g u a s h a n -w a n g j i a go u e x -pl o r a t i o n a r e a )的局部区域(第二类-第五类)可进行全厚煤层开采,其它矿井需要适当调整开采厚度或配备保水采煤工艺,以期降低开采对浅表水的影响㊂8.007.006.005.004.003.002.001.000面积/ 109 m 212345类别7.240.640.600.86 1.17面积8.007.006.005.004.003.002.001.000面积/ 109 m 23.2768.8%68.8%WRSENon-WRSE面积WRSENon -WRSE类别12345（a ）保水等级划分（b ）不同分区面积（c ）不同占比31.2%7.24图20 二期规划区保水等级划分F i g .20 D i v i s i o n o f w a t e r -p r e s e r v i n g c o a l m i n i n g g r a d e s i n t h e p h a s e I I p l a n n i n g ar e a 在榆神矿区三期规划区内内保水采煤等级划分如图21所示㊂其中第五类的面积最大,为7.90ˑ108m 2,第二类的面积最小,为7.76ˑ106m 2.WR S E 的面积为8.27ˑ108m 2,占比为93.5%,903 第2期 张 帅,等:榆神矿区导水裂隙带高度多因素影响规律及保水采煤分区。
近水平煤层长壁采煤法采煤系统介绍 (ppt 47页)
I
5
4
2
1
6
I
6
7
1
2
II
4
3 5
7
3
（一）巷道布置特点
1）水平运输大巷和回风大巷均沿煤层走向置 于阶段同一侧。 2）分带运输斜巷和回风斜巷均沿煤层倾斜方 向掘进， 并垂直或斜交于平运输大巷 3）采面沿煤层走向布置，对拉采面，工作面 走向长200m ， 斜长1000m。
（二）生产系统
1）运煤系统 采煤工作面采出的煤炭，经运输斜巷4，然后在运输大巷1装 车运出。 2）运料系统 工作面所需的材料和设备，由运输大巷1运至下部车场，经 回风斜巷5运到采煤工作面。 3）通风系统 采煤工作面所需新风，自运输大巷1经进风行人斜巷7，通过 运输斜巷4送到采煤工作面。冲洗工作面后的污风，经回风 斜巷5到回风大巷2，由风井排出。
第二节 倾斜长壁采煤法采煤系统
倾斜长壁采煤法 回采工作面沿煤层走
向布置,沿倾斜（仰斜或俯斜）推进采煤。 或长壁工作面沿倾斜推进的采煤方法。 该法采煤量占总产量的12%以上
一、单一薄及中厚煤层倾 斜长壁采煤法采煤系统
巷道名称：
1－水平运输大巷；2 －水平回风大巷；3－ 采煤工作面；4－工作 面运输斜巷；5－工作 面回风斜巷；6－煤仓； 7－进风行人斜巷
（相当于“运上”，机车可进入3直接装煤）
轨上4置于距m3约10m的底板岩石中。 3）区段 集中机巷6和集中轨巷7置于距m3约8 10m的底板岩层中。
Ⅰ区段6作为Ⅱ区段的集中轨巷。 4）各煤层（或分层）区段平巷均超前（两个溜煤
眼及斜巷间距）回采工作面掘进。
18 68
9
2 11
7 17
6 12
10
二、煤层群倾斜长壁采煤法巷道布置
煤矿防治水新理论新技术
•
90年代初，将国外在大型计算机上编译 的重叠回线装置下瞬变电磁测深一维反演程 序移植到普通 的微机上实现，这对瞬变电磁 测深方法在我国的发展起到了积极的推动作 用。到目前，已比较完整地建立了一维正、 反演及方法技术理论。近几年，国内各单位 在仪器研制及野外试验方面做了一些工作， 并自行研制了一些功率较小、勘探深度较浅 的单一方法仪器，研制出的仪器主要有SD－ 1、SD－2、WDC－2、WDC－3、WDC－4、 WDC－5、SDC-1及LC系统等，高性能瞬变 电磁仪器正在研制之中。目前，大功率、多 功能瞬变电磁法仪器主要依赖进口。
• 2、TEM47HP发射机技术指标 • ● 电流波型：偶极方波，占空系数 50% ● 基本频率：30，75，285Hz（功率 传输线为60Hz时） 25，62.5，237.5Hz（功率传输线 为50Hz时） ● 关断时间：关断时间2.5μs （40m×40m发射线圈），最终关断 时间取决发射线圈有效面积S及发射电 流A ● 发射线圈尺寸：1.5m×1.5m(80匝) 或2m×2m（64匝） ● 输出电压：0－12V 24V或32V
•
80年代初，在计算机上成功编译了各 种装置下瞬变电磁测深一维反演程序，这 在该方法的定量解释研究方面是一个重大 的突破；同时，随着计算机技术的发展， 欧美各国在瞬变电磁法的二、三维正演模 拟技术方面作了大量工作，随之利用有限 差分法实现了电磁波场的二维偏移和电磁 数据的成像。欧美学者对时间域瞬变电磁 法的激电效应研究始于80年代初，并奠定 了该领域的研究基础。近些年开始出现智 能集成化的仪器 .
• 瞬变电磁仪系统的组成主要有： • ● 发射机 ● 发射线圈 ● 高频接收线圈 • ● 数字接收机 • ● 全空间正、反演软件
•
在地面或空中设置通以一定波形电流的 发射线圈，从而在其周围空间产生一次电 磁场，并在地下导电岩矿体（地下含水构 造）中产生感应电流; 断电后感应电流由于 热损耗而随时间衰减，衰减过程一般分为 早、中和晚期。早期的电磁场相当于频率 域中的高频成分，衰减快，趋肤深度小; 而 中晚期成分则相当于频率域中的低频成分， 衰减慢，趋肤深度大。通过测量断电后各 个时间段的二次场随时间变化规律，可得 到不同深度的地电特征。
2 虎维岳 煤矿水害水害形成机理及其防治技术
最高水位+1093m
井 最高水位+1093m
09009101工工作作面面回运风输顺顺槽5槽80长m1200m
图例：
1079m∠122320°m∠22°
井筒及斜巷 中央大巷及 煤巷道
煤巷道 被淹没巷道
中央胶带大 巷690m
井底标高 +870.712m
煤仓 高度45m
一号轨道斜巷斜 长160m ∠20
一号行人斜巷斜 长140m ∠20°
2. 矿井水害形成的机理—底板水害
隔水层梯段破坏
采掘扰动
推进方向
水位
地应力变化
Hp
Hp1 Hy
断层 裂隙带 导升带
含水层
突水机理及其复杂，几乎和水害形成的所
有因素都有关系（水压、隔水层特征、构造 性质、地应力、采掘活动、时间效应…….)
隔水层破坏
构造活化 水压力劈裂 与侵入渗透
通道贯通突水
2. 矿井水害形成的机理—底板水害
1. 矿井水害形成条件与控制因素 控制矿井水害危害程度的关键要素
丰富的水量 畅通的通道 高承压水头
水量供给和补 水流通过的 高速水流的
给条件
畅通性条件 驱动力条件
. Q = KS
J
1. 矿井水害形成条件与控制因素
矿井水害形成三大要素的不同组 合就形成了不同类型的矿井水害
1、岩溶陷落柱导通底板高压岩溶水特大突水灾害。 2、工作面顶板采动裂隙导通厚层砂岩水突水灾害。 3、导水断层诱发底板岩溶水突水灾害。 4、掘进巷道导通采空区积水突水水害。 5、封闭不良钻孔导通顶板第四系潜水溃水溃砂灾害。
含水层
突水发生机理的核心就是导水 通道的形成演化机理
2. 矿井水害形成的机理—底板水害
《保水采煤》课件
对地下水的污染，降低
以保护并合理利用地下
近地质条件，提高矿井
对自然环境的破坏。
水资源，实现节约用水。
的稳定性和安全性。
保水采煤的操作步骤
1
准备工作
组织人员和物资，确保设备和管道的
施工前期
2
完好，制定保水计划。
进行地质勘探，确定保水采煤的具体
方案，进行预备工作。
3
施工过程
根据保水采煤方案，逐步进行设备安
《保水采煤》PPT课件
欢迎来到《保水采煤》PPT课件，本课件将介绍保水采煤的原理、技术应用
领域以及操作步骤。让我们一起探索这项重要的煤炭生产技术。
背景和介绍
了解煤炭资源短缺和环境保护的重要性，介绍保水采煤的概念和目标。探索保水采煤对矿井生态环境的
积极影响。
保水采煤的原理和目的
深入探讨保水采煤的原理，包括分区域、分流水的技术要点。解释保水采煤
的目的是为了增强煤矿附近地下水资源的保护和利用。
保水采煤技术的应用领域
介绍保水采煤技术在不同煤炭生产领域的应用情况。从大型煤矿到小型煤矿
以及开拓新矿区，保水采煤技术无处不在。
保水采煤技术的优势和特点
1
环境友好
2
节约资源
3
增加煤矿安全性
保水采煤可以减少煤矿
通过保水采煤技术，可
保水采煤可改善煤矿附
可持续开发利用和矿井环境的
提高了煤炭回收率，减小了矿
源的损耗。
可持续发展。
井塌陷的风险。
总结和展望
回顾保水采煤的原理、应用领域和操作步骤，展望未来保水采煤技术在煤矿生产中的广泛应用和不断改
进。
验收和维护
对保水采煤效果进行验收，并制定维
煤矿防治水基础知识课件
⑷施工措施不力、工程质量低劣。
⑸乱采乱掘破坏防水煤柱造成透水。
⑹测量错误导致巷道进入老空积水且造成透水。
⑺防水闸门未按设计修建。
⑻排水设备能力不足或机电事故而造成淹井。 ⑼排水设施平时缺少维护。
第二十四页，编辑于星期五：十三点 五十三分。
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地测防治水
• 煤矿常见的透水通道
• （1）开采江、河、湖、海、水库等地表水影响 范围内的煤层时，因洪水暴发冲破位于低洼地势 的矿井井口围堤；或者由于矸石、炉灰等堆积场 选择得不合理，雨季被山洪冲动淤塞河道或沟渠， 造成洪水位高出拦洪堤坝，于是洪水直接由井口 灌入矿井和冲毁建筑物而产生水害。
常涌水量。
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地测防治水
• ③配电设备：应同工作，备用及检修水泵相适应，并能够
同时开动工作和备用水泵。
⑷井下探放水 ①探放水的目的：为有效的防治矿井水害做好必要的准备。
②探放水的原则：“有疑必探，先探后掘。” 采掘工作面遇到下列情况之一时，必须确定探水线进行探水： ①水淹或可能积水的井巷、老空或相邻煤矿时。
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地测防治水
（2）当井筒在冲击层或在基岩强含水层中凿井时， 若事先未进行特殊处理就会涌水，特别是砂砾层 会出现水沙一齐涌出，严重时会造成井壁坍塌、 沉陷、井架偏斜。当含水层与地表水有水力联系 时，还会造成河流漏失或断流。 （3）巷道在顶板风化破碎的煤层中施工，由于 支护不当而产生冒顶，或采煤工作面上方防水岩 柱不够，冒落高度和导水裂缝涉及河、湖等地表 水体或强含水层，都会造成透水。
浅埋近距煤层保水开采机理与技术(马立强,金志远,张东升著)PPT模板
B
D
F
5浅埋近距煤层重复扰动区保水 开采方法
5.7工程实践 5.8本章小结
6结论、讨论与展望
6结论、讨论与展 望
6.1主要结论 6.2讨论与展望
参考文献
参考文献
感谢聆听
2020
浅埋近距煤层保水开采机理与技 术(马立强,金志远,张东升著)
演讲人 202X-11-11
目 录
0 1 前言
0 2 1绪论
03
2浅埋近距煤层覆岩导水裂隙发育规律相似模拟
0 4 3重复扰动区覆岩渗流裂隙发育规律数值模拟
0 5 4重复扰动区覆岩导水裂隙发育机理
0 6 5浅埋近距煤层重复扰动区保水开采方法
2.6固液耦 合相似模拟
实验
2.4非亲水 性隔水层相 似材料研制
2.5物理相 似模拟实验
2.1浅埋近 距煤层的定
义
2.2浅埋近 距煤层的分
类
2.3浅埋近 距煤层工程
地质概况
2浅埋近距煤层覆岩导水裂 隙发育规律相似模拟
2.7覆岩导水裂隙渗流红外辐射 探测试验
2.8本章小结
3重复扰动区覆岩渗流裂隙发育 规律数值模拟
5浅埋近距煤层重复扰动区保水 开采方法
5浅埋近距煤层重复扰动区保育的影
响因素
5.3开采边界台阶 式局部充填法
5.5壁式连采连充 保水采煤方法
A
C
5.2开采布局对重复
扰动区覆岩导水裂
隙的控制作用
5.4采（盘）区工 作面布置
E 5.6浅埋近距煤层保 水开采适用条件分 类
0 7 6结论、讨论与展望
0 8 参考文献
前言
前言
1绪论
1绪论
1.1问题的提出 1.2国内外研究现状
浅埋薄基岩综采面涌水机理及水灾防治技术研究
110科技资讯 SC I EN C E & TE C HN O LO G Y I NF O R MA T IO N工 业 技 术1 工作面水文地质条件锦界煤矿位于陕西省榆林市神木县瑶镇乡和麻家塔乡境内,行政区划隶属陕西省榆林市神木县瑶镇乡管辖。
于2006年投产出煤,实行的是煤矿、电厂一体化建设。
井田东西宽12km,南北长12.5km,面积约137km 2。
资源储量2093.33Mt,主采3-1煤、4-2煤、5-2煤,规划建设规模10.0Mt/a,设计服务年限112年。
锦界煤矿位于秃尾河流域东部,矿井生产揭露表明地下水资源比较丰富。
目前矿井已开采完9个工作面,矿井涌水量已超过4500m 3/h,远大于勘探报告预计的涌水量(原勘探报告预计的正常涌水量711.6m 3/h,最大涌水量时868.8m 3/h)。
随着矿井开采面积的增大,矿井涌水量呈继续增加的趋势。
31201工作面为二盘区首采工作面,工作面有沙层和风化基岩两个含水层。
沙层含水层在切眼和回撤通道区域分布,据地质资料分析,切眼区域沙层厚约5m左右。
风化基岩全区分布,厚20m～70m。
沙层潜水以接受大气降水直接补给为主(入渗系数0.10～0.60),区域侧向补给和凝结水补给微弱。
在土层缺失区,沙层水下渗补给直罗组风化岩裂隙水。
中生界碎屑岩类孔隙裂隙承压水主要接受区域侧向补给和上部地下水的渗透补给。
烧变岩裂隙孔洞潜水的主要是长期接受第四系松散层潜水和基岩风化带潜水侧向补给。
31201工作面采用长壁综采方法,全部垮落法管理顶板,煤层厚度3.2m,采高3.1m,基岩未破坏前工作面水主要表现为渗透淋水,顶板基岩破断后,工作面涌水主要以裂隙水为主,渗透淋水相对微弱。
2 工作面导水通道及涌水机理分析水文地质结构及工程地质结构相互共同作用形成工作面的水力联系及渗流环境[1],所以分析过程中应综合考虑其含水层、隔水层等水文环境和开采方法、工艺等工程环境之间的时空耦合关系。
煤矿中长期防治水规划培训课件
平遥县兴盛煤化XX公司温家沟煤矿中长期防治水规划(2012——2017年)单位：总工：部长：二○一六年十二月目录1 概况 11.1 以往地质、水文地质工作简述 1 1.2 矿井四邻关系 21.3 地质概况 41.4 水文地质概况 62 矿井防治水系统安全评价 72.1主要水害因素分析评价 7 2.2 带压开采条件初步评价 8 2.3 主排水系统能力评价 92.4 矿井水文地质类型划分 103 矿井防治水规划总体思路 11 4矿井防治水规划目标 124.1 安全指标 124.2业务指标 125 矿井防治水总体规划 135.1 水文地质补充勘探 135.2底板奥灰承压水探查和防治 14 5.3构造水的探查与防治 145.4 采空区水的探查与防治 155.5 顶板砂岩水的探查与防治 155.6地表水防治 156 矿井生产衔接规划 177 矿井日常防治水工作 197.1 掘进工作面防治水工程 197.2 回采工作面防治水工程 198 矿井防治水重点工程项目 248.1防治水系统建设 248.2 防治水工程项目 268.3 防治水科研项目 278.4 地测防治水报告修编 299 矿井防治水配套措施 32 9.1建立应急救援体系 32 9.2成立防治水指挥部 32 9.3明确避灾路线 329.4 组织抢险队伍 339.5 配备抢险材料 339.6突水应急处理 339.7 建立奖惩机制 3510 结论 36*****煤矿矿井中长期防治水规划(2012——2017年)*****煤矿地质条件相对复杂，矿井水文地质条件为中等类型。
2009年，*****煤矿特委托煤炭科学研究总院研究院进行《*****煤矿带压开采防治水技术研究》项目研究，该项目研究成果中，提交了《*****煤矿中长期防治水规划》(以下简称院规划)。
该《规划》主要完成了以下任务：1、分析、研究*****煤矿已有区域地质、水文地质资料(包括15#煤);2、进行矿井主要水害因素分析与受水威胁程度评价;3、提出矿井水害防治总体思路和技术路线;4、提出矿井防治水技术方案和相应的防治水研究项目与工程项目;5、结合矿井中长期采掘计划，提出矿井防治水工程和研究项目进度安排，并提出防治水工程费用概算。
薄基岩浅埋煤层保水开采技术
3. 保水开采技术
经过近几年的不断探索与实践， 形成一套以长壁工作面快速推进为基础的较为系统的保 水开采技术，其关键技术为：1）长壁工作面快速推进；2）支护阻力确定；3）局部处理。
3.1 长壁工作面快速推进
依据关键层理论，本区老顶关键层（唯一关键层）承受整个覆盖层载荷，老顶关键层初 次破断后，直接顶冒矸充填部分采空区，阻碍岩块的转动，可能形成暂时的三铰拱平衡。由 于中部运动被阻，因而在覆盖层重载作用下，岩块朝反方向回转，靠工作面一侧的裂缝被挤 压， 而这一侧裂缝的挤压闭合运动是防止突水的重要条件。 加快工作面推进速度可使破断岩 块尽快朝反方向与工作面一侧未断岩层在断面下端铰接并挤压闭合。 周期来压时，关键层破断前，在工作面前方，随着工作面支架的往复升降活动，顶板岩 体的整体性遭到减弱，岩体的抗拉强度降低。由于顶板周期破断，覆岩向采空区发生倾斜， 由拉应力产生裂缝。 因此， 加大截深等加快工作面推进速度的开采技术可减少对顶板岩体的
4. 工程实例
4.1 采矿地质条件
补连塔煤矿 32201 工作面长 3800m，宽 240m，快速推进速度为 15~30m/d。其强富水区 2-2 煤的岩层综合柱状如表 1 所示。
Table 1 名称 松散层 砂质泥岩 砂岩 砂质泥岩 中细粒砂岩 砂质泥岩 煤下 2 表1 岩层综合柱状表 32201 coalface Comprehensive strata column 层厚 /m 46.4 17 25 9.7 11 6.55 4.6 底部夹 0.6m 左右的细砂岩 岩性描述 中细粒砂， 松散未胶结，含砾石 顶部 5m 左右的岩层已风化 中间夹三层 1~2m 厚的煤层
[5][6]
。 顶板基岩全厚度切落形成的裂缝以及冒落形成的 “天窗” 为突水提供了必要的空间通道。
我国西北煤炭开采中的水资源保护基础理论研究进展
我国西北煤炭开采中的水资源保护基础理论研究进展张东升;李文平;来兴平;范钢伟;刘卫群【摘要】围绕西北煤炭开采中水资源保护基础理论研究中的关键科学问题,介绍了西北煤田地层结构特征、采动覆岩结构与隔水层稳定性时空演变规律和水资源保护性采煤机理与控制理论等方面的研究进展情况.构建了西北矿区不同生态地质环境类型生态-水-煤系地层空间赋存结构模型,分析了浅表层水分布特征与水循环运移规律;提出了覆岩裂隙表述和重构方法,构建了上位隔水层-中位阻隔层-下位基本顶结构协同变化模型和渐序变化模型;构建了该区初/复采煤层保水开采技术适用性分类方法体系,探索了新式短壁保水采煤方法,为构建基于水资源保护的西北煤炭科学开采方法体系奠定基础.【期刊名称】《煤炭学报》【年(卷),期】2017(042)001【总页数】8页(P36-43)【关键词】西北;保水开采;地层结构;适用性分类;短壁采煤【作者】张东升;李文平;来兴平;范钢伟;刘卫群【作者单位】中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室,江苏徐州221116;中国矿业大学资源与地球科学学院,江苏徐州221116;西安科技大学能源学院,陕西西安710054;中国矿业大学深部煤炭资源开采教育部重点实验室,江苏徐州221116;中国矿业大学矿业工程学院,江苏徐州221116;中国矿业大学力学与建筑工程学院,江苏徐州221116【正文语种】中文【中图分类】TD823;P641随着东部矿区煤炭资源的枯竭，中部资源与环境约束的矛盾加剧，我国煤炭资源开发重心已快速转移到西部生态环境脆弱的干旱半干旱地区。
西北五大煤炭基地(陕北、黄陇、神东、宁东、新疆)年均产煤增量占全国的60%以上(2012)；2012年产量达到12.2亿t，占全国产量的1/3[1-2]。
在大规模、高强度开采西部埋藏浅、厚度大的煤炭优势资源中，较少顾及生态环境容量特别是水资源承载力，存在水资源破坏、地表植被死亡等严重的生态环境损害问题，西部脆弱的生态环境特别是水资源条件难以承载大规模、高强度采煤，国家新批的第14个新疆大型煤炭基地(预测资源量占全国39.3%)建设也面临同样问题，引起了国家高度重视[3]。
矿井灾害防治思维导图-简单高清脑图_知犀思维导图思维导图-简单高清脑图_知犀
矿井灾害防治矿井灾害简介矿井主要灾害煤矿井下作业，容易发生瓦斯（燃烧）爆炸、水灾、火灾及冒顶等事故，同时存在运输、电气等其它方面的安全问题事故的发生不是完全独立的，而是有一定联系的重大灾害事故重大灾害事故凡是给煤矿生产或人员生命安全、财产造成严重危害的事故统称为煤矿重大灾害事故煤矿重大灾害事故的危害性煤矿重大灾害事故影响范围大，伤亡人员多，中断生产时间长，损毁井巷工程或生产设备严重，经济损失巨大，社会影响恶劣，严重制约和影响煤炭工业持续健康发展煤矿中常见的重大灾害事故类型瓦斯、煤尘爆炸矿井火灾煤与瓦斯突出矿井突水冲击地压和大面积冒顶特征突发性灾难性破坏性继发性瓦斯灾害防治预防瓦斯积聚加强管理，保证矿井正常通风优化、简化通风系统，保证系统的稳定可靠保证通风设施的质量，保持设施的完好，不得随意拆改加强通风巷道的检查维修，保持风流畅通采空区和废巷及时封闭，采、掘工作面实行独立通风杜绝超能力组织生产预防瓦斯爆炸措施加强矿井通风，防止瓦斯积聚保持完善、合理的通风系统，各采掘工作面均采取独立通风严格通风设施的维修管理，减少各种漏风及时处理局部积聚的瓦斯对巷道顶部、采煤工作面上隅角或采空区积聚瓦斯进行及时处理及时处理局部积存的瓦斯，当局部瓦斯超限时，必须马上停产进行处理保证监控系统正常运行，实时监测风流中的瓦斯浓度，当瓦斯浓度超限时，能自动切断电源严格执行瓦斯检查制度及瓦斯排放制度，并对废弃巷道和盲巷要及时封闭掘进工作面供电采用“三专两闭锁”下井人员一律配带矿灯和自救器，电气设备完好，杜绝明火作业井下放炮严格执行“一炮三检，三人连锁放炮”制度杜绝超能力组织生产矿井火灾防治加强下井人员检身制度，严禁将打火机、火柴、烟草等物带入井下。
严禁穿化纤衣服入井及时清理可燃物，并立即运至井上。
雷管、炸药材料的运输和保管应严格执行《煤矿安全规程》的有关规定加强用电管理，井下所有电气设备的选择、安装与使用应严格遵守有关规定，防止过流、过负荷引起火灾，电气设备严禁失爆加强安全管理，井下运输过程中注意撞坏电缆，生产中应注意冒顶等外力损坏电缆及电气设备当井下发生火灾时，可视具体情况采取反风措施，防止灾害事故扩大井下设消防材料库，并配备足够的消防材料井下建立完善的消防洒水系统矿井水害防治矿井的主要水患为浅部已采煤层的采（古）空区积水及地表大石河流水。
特厚坚硬岩层组下保水采煤技术
特厚坚硬岩层组下保水采煤技术
张东升;马立强
【期刊名称】《采矿与安全工程学报》
【年(卷),期】2006(23)1
【摘要】新疆俄布煤矿下1煤层顶板为特厚坚硬岩层组,上覆薄砂砾石层,有3个含水层且地表水系发育.通过RFPA数值模拟研究特厚坚硬顶板的破断、冒落特征,说明上覆厚硬岩层组有整体破断的可能性,极易在工作面因支护阻力不足而滑落失稳,产生台阶下沉.在此基础上,结合覆岩中无稳定黏土隔水层的地质条件,确定选用短壁综采工艺进行保水采煤.并用ANSYS三维数值模拟确定了工作面长度和煤柱宽度及推进范围,防止工作面顶板冒落带和裂隙带波及煤系砂岩、标准砂岩和第四系松散层含水体.现场工业性试验表明,俄布煤矿保水采煤取得了成功.
【总页数】4页(P62-65)
【关键词】保水采煤;厚硬岩层组;数值模拟;破断与冒落
【作者】张东升;马立强
【作者单位】中国矿业大学能源与安全工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TD823
【相关文献】
1.解析特厚坚硬岩层组下保水采煤技术 [J], 邹军平;周国乐
2.浅析特厚坚硬岩层组下的保水采煤技术 [J], 徐宏芳
3.特厚坚硬岩层组下保水采煤技术及应用分析 [J], 冀龙
4.特厚坚硬岩层组下保水采煤技术分析 [J], 贺京华
5.复杂坚硬岩层条件下特厚煤层综放开采矿压分级预测 [J], 李云鹏;赵善坤;李杨;王寅;秦凯;孙德全;李一哲;赵阳
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