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水资源保护与煤炭资源开采是西北地区面临的重要问题。保水采煤是西北地区实现煤炭资源与水资源协调发展的重要技术,其中隔水层稳定性评价是保水采煤技术的首要关键问题。针对西北生态脆弱区煤层埋深浅,地形切割强烈,近地表含水层变化较为复杂,传统的隔水层评价方法与实际水文观测情况存在较大误差等问题,提出采用三维地质建模和数值模拟相结合的方法以实现浅埋煤层保水开采隔水层稳定性的精准评价。首先根据勘探信息和地形等值线构建直观可靠的三维地质模型以精细刻画地形切割及浅层含水层的复杂变化,然后选择典型工作面开展数值模拟分析煤层采动覆岩破坏特征以获取三维煤层模型各煤层点导水裂隙带高度,最后利用三维地质块体模型从全三维角度计算各煤层顶板点导水裂隙带高度与含水层覆岩厚度之差作为保水开采隔水层稳定性评价依据。以内蒙古鄂尔多斯满都拉煤矿为例,通过搜集区内36个钻孔柱状图与地形地质图构建精细化的三维地质模型并计算隔水层的稳定性。与2个井下积水区观测结果对比发现,传统方法计算的隔水层不稳定区未能准确反映南侧工作面充水区,而新方法计算的隔水层不稳定区更加精细,充分反映了第四系含水层受地形切割、风化、剥蚀的影响作用。研究结果表... 相似文献
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为研究榆神矿区最上可采煤层赋存及开采对萨拉乌苏组含水层危害程度,依次分析了榆神矿区最上可采煤层赋存特征、最上可采煤层与上覆主要含（隔）水层空间分布规律及组合类型,基于基载比和采高的最上可采煤层覆岩导水裂隙带发育规律、煤层开采对萨拉乌苏组含水层危害程度,将榆神矿区开采受危害程度分为4类:自然保水区、保水采煤区（影响大区和影响小区）、采煤失水区及采煤无水区。结果表明:受构造及剥蚀作用影响,榆神矿区最上可采煤层及上覆基岩呈差异剥蚀,煤露头线从SE向NW呈阶梯状分布,最上可采煤层上覆基岩由NW到SE方向逐渐变薄。榆神矿区西部（三、四期）最上可采煤层开采后对萨拉乌苏组含水层危害程度小或没影响;榆神矿区东部（一、二期）最上可采煤层开采后对萨拉乌苏组含水层危害程度大。 相似文献
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《水文地质工程地质》2015,(4)
厚风积沙薄基岩浅埋煤层实现保水开采,关键是煤层开采后在上覆岩层中形成的导水裂隙带是否破坏了含水层底部隔水层的稳定性。在分析含、隔水层的分布特征以及基岩层的物理力学特性的基础上,结合采动岩层内部移动变形规律,推导了岩层层向拉伸变形的计算公式,给出了一种预计导水裂隙带高度的预测方法,并结合相似模拟实验确定了厚风积沙薄基岩浅埋煤层开采覆岩导水裂隙带发育高度,研究成果为保水开采提供了理论指导。 相似文献
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陕北浅埋煤层开采引起了一系列的生态环境问题,保水采煤成为陕北乃至整个西北地区煤炭资源科学开采的关键。以神南矿区为例,研究了黄土、红土隔水层的隔水性及采煤对其隔水性的影响。神南矿区砂土基型煤层的保水开采的关键隔水层为上覆粘土层,室内、外试验显示：粘土层失稳后流量猛增形成裂隙流,不利于保水采煤;黄土受地面张裂隙发育的剪切作用处于破碎状态,采动后渗透系数表现为数个数量级的变化;红土处于整体下沉带,受附加应力影响表现出较大的塑性变形,采动后渗透性减小,有利于保水采煤。为实现保水采煤,保证粘土层整体不失稳,宜采用回填采空区技术对地面沉降以及土体围压进行控制,当地面沉降量减小时黄土层可保持不失稳,当侧限应力存在时粘土层的稳定性亦可以保持。 相似文献
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陕北侏罗纪煤田孟家湾勘查区内2-2煤层全区可采,煤层厚度变化规律明显;对地表生态有重要意义的萨拉乌苏组广泛发育,为区内主要含水层,具有供水意义;萨拉乌组下部,局部发育有以粘土为主的隔水层。通过对2-2煤层开采的最大裂隙带发育高度和上覆基岩厚度的对比分析,结果显示,裂隙带不会穿透基岩破坏萨拉乌苏组含水层,此区域在合理开采的前提下可以实现保水采煤。 相似文献
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陕北榆神矿区煤层开采面临顶板水害防治与水资源协同保护技术需求,根据材料力学、断裂力学相关理论,以及不同覆岩类型的采动裂隙带统计成果,提出基于预裂–注浆改性(P-G)的煤层顶板失水控制技术思路,其基本原理为通过压裂工艺将连续性好的基岩层压裂成非连续性岩层,削弱采动导水裂隙在坚硬岩层中向上扩展的“尖端效应”,抑制导水裂隙发育高度。再采用黏土类软弱注浆材料将岩层改性为相对软弱的岩层,起到抑制导水裂隙带向上发育与降低上覆岩层导水能力的双重作用,从而实现煤层顶板含水层失水控制。本文以陕北能源基地榆神矿区为对象,提出以采煤工作面地质与水文地质条件分析,采煤工作面顶板含水层涌(失)水模式识别,P-G模式、层位与时间确定,顶板岩层水平孔水力压裂与注浆改性为主要思路,对榆神矿区采煤工作面顶板含水层失水控制方法进行了探讨,为我国陕北能源基地榆神矿区顶板水害防治和水资源协同保护技术实践提供一定的借鉴。 相似文献
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煤炭开采活动导致的煤层顶板覆岩地质条件变化及采动裂隙发育是损害地下关键含水层的直接原因,也是造成矿区生态环境退化的根源。煤层顶板覆岩结构中发育的厚砂岩作为一种典型的地质条件,其对覆岩采动裂隙的发育规律具有重要的影响。为此,在分析研究区主采煤层赋存地质条件及其分布规律的基础上,选择陕北煤炭开采区曹家滩煤矿主采2?2煤层顶板覆岩为地质原型,采用FLAC3D数值模拟平台模拟分析了厚砂岩不同厚度和位置对覆岩采动裂隙发育形态和发育高度的影响,并以此提出了相应的“采煤保水”建议。结果表明:研究区2?2煤层顶板覆岩中厚砂岩平均厚度25 m,距2?2煤层平均间距76 m;厚砂岩距煤层30 m时,覆岩采动裂隙表现为“矩形—L形—马鞍形”的动态变化特征,距煤层70 m时表现为“L形—倒梯形—马鞍形”变化特征,距煤层大于95 m时全程表现为“马鞍形”特征;覆岩采动裂隙最大发育高度随厚砂岩层位的升高而先减小后增大;厚砂岩厚度H≥30 m、距煤层间距L>95 m,或H≥60 m、L>60 m时,可有效阻挡采动裂隙向上发育贯穿厚砂岩;在充分考虑厚砂岩对覆岩采动裂隙发育规律的影响,选择合适的空间位置和开采阶段进行合理的覆岩减损和保水防治,实现“边采边治、边采边护”的绿色开采模式。该研究成果可为黄河流域中游陕北煤矿区煤炭开采与生态环境保护协调发展提供理论指导。 相似文献
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榆神矿区地处毛乌素沙漠地带,生态环境脆弱,水资源短缺。煤炭开采时对水资源的保护备受关注。以榆神矿区小保当二号井田为研究区,采用物理相似材料模拟实验,确定了小保当二号井2-2煤层开采导水裂隙带发育高度,在此基础上,通过对比煤层至风化基岩含水层之间的距离与导水裂隙带发育高度的差值,并结合保水采煤试验与采动损害监测结果,引入保护层厚度指标,预测2-2煤层开采对风化基岩含水层的影响程度。研究结果表明：小保当二号井2-2煤层开采后导水裂隙带发育带发育高度约为150m,裂采比约25倍。将2-2煤层开采对风化基岩含水层的影响程度划分为无影响、轻微影响、一般影响、严重影响4种类型,研究区为无影响区和轻微影响区,其中,轻微影响区占全井田范围的0.03%。 相似文献
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榆神矿区保水采煤的工程地质背景 总被引：16，自引：1，他引：15
论述了榆神矿区煤层上覆红土、风化带基岩、未风化基岩的工程地质特征,认为红土层具有较好的隔水性能,风化带基岩中粘土矿物的含量增加,隔水性能明显增强。2-2煤层上覆基岩为中硬岩石,而且有较多的软弱岩石夹层,煤层开采的冒裂带发育高度相对较小,影响不到第四系萨拉乌苏组含水层底部,具有较好的保水采煤工程地质条件。 相似文献
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薄基岩浅埋煤层覆岩破坏移动演化规律研究 总被引：10，自引：0，他引：10
以榆阳煤矿为研究基地,进行了地下水动力学参数、覆岩力学组合结构特征与基岩风化带的阻隔水特性试验。结果表明,风积沙层底部为强含水层;主采煤层上覆覆岩泥岩强度高于砂岩;砂岩孔隙率高,含水率大,抗压、抗拉强度比值高;泥岩和砂岩的黏土矿物含量低、具有典型的脆性易裂、抗扰动能力差和再生隔水能力弱等新的破坏移动特性,并通过多因素拟合,确立了薄基岩浅埋煤层覆岩采动破坏“两带”高度的动态变化特征,提出了长壁工作面开采防止突水溃砂的调控技术,成功应用于榆阳煤矿并实现绿色保水开采,为陕北榆神大煤田薄基岩浅埋煤层进一步推广高效开采技术和保护生态环境实现绿色保水开采奠定了基础。 相似文献
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以榆神矿区区域地质资料为依据,总结了该区煤层与含(隔)水层空间组合类型; 采用三维数值模拟方法,根据塑性条件、破坏准则及应力判别,模拟首采煤层与含(隔)水层空间组合类型下导水裂隙带高度; 通过对比钻孔探测法与数值模拟法,发现数值模拟法具有可行性; 利用模拟结果,绘制矿区导水裂隙带高度空间分布图,总结矿区导水裂隙带高度的整体分布规律; 对比导水裂隙带高度与其首采煤层上覆岩层厚度,总结矿区采煤失水危险性,并进行采煤失水危险性分区; 通过控制采煤失水危险区域的采厚可以达到“保水采煤”的效果。本研究对榆神矿区后期安全生产具有重要的理论意义与实际价值。 相似文献
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针对神南矿区煤炭开采与水资源保护的矛盾问题,通过野外踏勘资料、钻孔资料及压水试验数据等,分析了研究区水资源分布特征、土层物质含量和渗透特征以及区内工程地质条件对保护砂层潜水所起的作用。把(导水)裂隙带、岩层厚度、土层厚度作为分区因子,根据煤层采动对浅层地下水的影响程度,将研究区划分为严重失水区、一般失水区、轻微失水区和无影响区4个区;结合地貌特征,进一步细分为梁峁漏失区、梁峁无影响区、严重失水区(砂层)、一般失水区(砂层)、轻微失水区(砂层)和风沙滩地无影响区6个区。该研究成果可为区域水环境和生态环境保护提供科学评价依据。 相似文献
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保水采煤研究是我国西北部生态脆弱矿区水资源保护与煤炭高质量开发的理论基础和依据。针对西北部生态脆弱矿区高强度开采对含水层及生态系统的影响和损害问题,阐述了保水采煤的发展历程和科学内涵,保水采煤研究经历了萌芽期、形成期、发展期和成熟期4个阶段,目前已经形成较为完善的技术体系,主要表现在保水采煤理念被广泛接受,保水采煤技术广泛推广应用,保水采煤的效果监测体系已经建成,保水采煤的标准规范体系初步形成。研究认为保水采煤的核心目标是保护具有供水或生态意义的目标含水层结构基本稳定。通过研究分析采煤对含水层扰动评价技术、保水采煤地质条件分区技术和导水裂隙带发育高度预测技术等8项综合保水采煤技术的技术原理、适用条件及工程应用效果,构建了保水采煤的技术体系研究基本框架,为我国西部大型煤炭基地绿色开采、科学开采提供理论与技术支撑。 相似文献
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通过对申家庄煤矿扩大区2号煤层开采的水文地质条件分析，认为扩大区2煤以上各基岩含水层之间，分布有稳定的厚层粉砂岩和泥岩，构成良好的隔水层，且区内断层不导水，故2号煤以上各基岩含水层之间水力联系差，该区在原始状态下地下水不会对2号煤层开采造成影响，但在采动情况下水库水体对扩大区开采以及扩大区开采对水库有何影响还需进一步研究。 相似文献
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浅埋煤层覆岩切落裂缝破坏及控制方法分析 总被引：6，自引：0，他引：6
陕北神东矿区厚风积沙松散层、薄基岩条件下浅埋煤层开采引起的地表沉陷,呈非连续切落式裂缝破坏。大量研究表明,这种裂缝损害受覆岩中关键层的控制。因此,研究浅埋煤层关键层的破断规律和失稳条件是解决这种条件下采动损害控制的关键技术。以神东矿区大柳塔1203综采工作面为例,应用理论分析和数值模拟方法研究覆岩中关键结构层稳定条件与采动损害之间的关系,为神东矿区生态环境保护,确定合理、经济的保水控制开采方法提供理论依据。 相似文献
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《中国煤炭地质》2020,(5)
为研究陕北侏罗纪煤田榆神矿区凉水井煤矿基岩顶面古河道控水规律,从地质及水文地质条件分析,并结合采动覆岩破坏,研究了4~(-2)煤上覆岩层空间分布特征、导水裂隙带发育、基岩顶面古河道及其控水规律。结果表明,4~(-2)煤为典型浅埋薄基岩煤层,基岩和沙层东薄西厚,土层基本全区分布,局部有条带状缺失。根据基岩顶面形态、土层缺失区,研究圈定了基岩顶面古河道,划分为有沙层充填的古河道和无沙层充填的古河道;工作面跨古河道开采"前-中-后",涌水量表现出"稳定-突增-稳定"的规律,有沙层充填的古河道区涌水量增大幅度明显高于无沙层充填的古河道区。古河道控水规律研究为榆神矿区浅埋薄基岩煤层开采矿井涌水危险性评价提供一种新思路,可为古河道发育区矿井防治水工作提供一定地质依据。 相似文献
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煤炭开采导致区域含水层结构破坏,已经严重影响了区域地下水循环演化态势,是煤矿区地下水资源短缺的根本原因。本文以山西长治盆地潞安矿区为例,通过野外调查、相似材料模拟实验和数值模拟手段,分析了群矿开采驱动下含水层结构破坏对地下水流场的影响。通过砂槽模拟试验结果和数值模拟结果进行对比验证,结果表明:1)煤层开采形成采动裂隙发育基本限制在完整基岩内,使得隔水底板黏土岩发生弯曲变形,承压含水层水位下降形成层间疏干区,对第四系潜水含水层流场影响甚微,潜水水位没有明显下降;2)隔水层有效厚度变薄的局部地区,由于采动裂隙切穿隔水层,导致该区潜水含水层消失;3)采煤造成的类似"溯源侵蚀",引发原本隔离的地下水系统间的地下水袭夺现象,矿井水补给量有所增加。 相似文献
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利用MAPGIS系统,对研究区的勘探数据进行测试研究,结合EXCEL软件,根据煤炭开采后形成的导水裂隙带发育高度与含(隔)水层的空间组合关系、煤炭开采深度、煤层覆岩的力学性质、萨拉乌苏组沙层厚度等因素及其权重,采用模糊综合评判法对研究区采煤对地下水影响进行分区评价,将研究区煤炭开采对水资源影响程度分为严重影响区、明显影响区和轻微影响区。通过MAPGIS的应用,探索地质工作中的专业分析方法在多源地学空间信息系统中的实现方法。 相似文献