华北煤田岩溶陷落柱及其突水研究综述及展望

华北煤田岩溶陷落柱（简称“陷落柱”）是地质历史演化过程中形成的产物。80多年来,在中国华北煤田39个矿区煤矿开采过程中共揭露10 000多个陷落柱,因其导致的重大突水淹井事故20余起,研究岩溶陷落柱对系统认识中国矿山岩溶水文地质条件以及防治岩溶水害具有十分重要的理论与现实意义。文章系统梳理、总结了华北煤田陷落柱的发育特征、成因机理、突水机理、探查与防治方法,归纳出近年来华北南缘陷落柱的研究成果,并结合目前华北煤田生产过程中陷落柱研究与水害防治中存在的问题,从陷落柱形成机理与演化过程、小型隐伏陷落柱精细化探查与解译、陷落柱“动态监测—预测模型—突水机理”模式以及陷落柱水害防治技术体系等方面展望了其今后研究趋势及水害防治的方向。      

潘二矿奥陶系岩溶地下水数值模拟及疏放性分析

奥灰岩溶水是淮南煤田目前A组煤层开采水害威胁主要突水水源,预测和超前防治对于A组煤层安全开采具有十分重要现实意义。采用地下水系统分析、统计分析及数值模拟方法,对潘二矿“5.25”奥灰突水前后岩溶地下水动态进行系统分析,建立了数值模型,对比了防治方案,结果表明：奥灰水与太灰水之间水力联系程度存在较大差异性,其中与C₃III组含水层间水力联系密切,而与上部C₃I、C₃II组联系较弱;模拟结果间接反映了奥灰浅部裂隙、溶隙、岩溶塌陷较为发育,而深部岩溶发育相对较差;在防治方案上,将疏水降压与区域治理相结合是最佳方案,研究成果为矿井及类似矿山岩溶水害防治提供一定参考。     

合山煤田矿井水害防治措施探讨

合山煤田是典型的岩溶充水矿床．矿井开采水害严重。煤层的直接顶、底板为碳酸盐岩类,岩溶极为发育,为矿井的直接充水含水层;煤层底部的茅口组为强岩溶含水层,与煤系地层的联系密切,为间接充水含水层;位于煤田两侧的红河水是矿井充水最主要的补给水源。断裂、节理和破碎带等通道是矿井充水的主要通道。通过分析井下突水点的发育特征,认为强岩溶导水带是矿井突水的关键部位,防治矿井水害的重点是切断岩溶导水带,对强导水带进行封堵,防止红水河的侧向补给,对四煤底板灰岩进行加固。总结出地面防治的主要方法为帷幕式、截堵式、堵水点式和地面铺盖式。对井下防治水,提出了有疑必探,先探后掘,设置防水闸门、防水墙,实行分层、分区开采,加强井下排水等防治措施。     

淮北煤矿水害类型及其防治的研究

淮北煤矿为全隐蔽煤田,主要含煤地层为二叠系。煤矿的水害类型主要为三种,即煤层下伏太原群灰岩岩溶水底板突水水害,煤层顶底板砂岩裂隙水水害,以及煤层上覆新生界砂砾层孔隙水水害。通过大量研究,对各类水害的特征和影响因素作了分析。对一些重要问题我们作了试验和检测。经大量数据统计,作出了煤层底板突水系数图和底板突水危险程度分区。最后我们对各类水害提出防治措施和方法。     

岩溶区隧道突水灾害防治原则及治理对策

突水已经成为我国岩溶地区隧道修建中最严重、且最常见的地质灾害。本文通过岩溶区隧道施工中突水灾害防治技术现状的调研,结合宜万铁路沿线众多岩溶隧道突水灾害治理的工程实践,总结、概括了我国近一个时期岩溶隧道施工中突水防治的基本原则和治理对策,这对今后类似隧道工程防治水技术有较大的借鉴价值和指导意义。     

浑江煤田岩溶水突出特点及防治方法

吉林省浑江煤田水文地质条件.较为复杂,生产过程中,多次突水、涌水甚至造成淹井事故。突水补给来源有孔隙水、裂隙水和岩溶水,其中奥陶系灰岩岩溶水对矿井威胁最大,因此搞清奥陶系灰岩(以下简称奥灰)岩溶发育规律及岩溶水突出特点,对指导生产,避免水害发生有着重要意义。      

华北型煤田矿井岩溶水涌(突)出机理与涌(突)水量预测方法探讨

北方岩溶水系统的形成与相关河流的发育贯通相辅相成。不同的岩溶水系统模式表现出不同的地下水动力学特征,岩溶水径流带控制的岩溶水网络系统是北方岩溶水系统的基本特征。天然状态下,华北型煤田煤层顶板砂岩地下水系统与底板岩溶地下水系统有水力联系的区域,是矿井岩溶水涌(突)出的危险区。煤矿采掘工程打破了煤层顶、底板地下水系统水压力平衡,在压差作用下,承压岩溶水的"压裂"作用对构造煤系发育层段的疏通有着重要作用。承压岩溶水的释放或涌(突)出,是岩溶承压含水层弹性贮存量的释放,岩溶水运动属非稳定流。将断层等线形过水断面概化成环状井(孔)过水断面,则可用定降深非稳定流承压井流方程,预测可能的岩溶水涌(突)水流量及其变化规律。对流量函数Q(t)定积分,则可预测任意延续时间段的涌(突)水量。基于承压岩溶水弹性释放的非稳定流矿井岩溶水涌(突)水量预测方法,突破了岩溶水涌(突)水量无法预测的禁锢,对提升矿井岩溶水防治水平,解放华北型煤田下组煤有积极、重要意义。     

云南万寿山地区岩溶水系统特征及隧道选线研究

岩溶地区隧道建设中常发生突水、突泥等地质灾害,危及工程和施工人员安全,故隧道线路的优化工作尤为重要。本文以三清高速万寿山隧道为例,通过大比例尺水文地质调查,查明了区域岩溶水系统的空间展布和岩溶地下水的循环特征,研究了不同隧道方案与岩溶水系统的空间位置关系,并预测不同线位方案岩溶水害的发育特征。在此基础上,选取隧道穿越断层数量、隧道穿越岩溶含水层长度、最大突水压力以及最大突涌水量作为隧道方案比选的定量评价指标,基于层次分析法,建立岩溶地区隧道线路综合评价模型。对不同线位方案进行地质比选,结果表明:C方案的岩溶水文地质条件相对较好,岩溶突水突泥风险最低。      

华北型煤田岩溶陷落柱某些问题研究

华北型煤田中发育的岩溶陷落柱是一种特殊类型的岩溶塌陷。本文在专题调查的基础上 ,总结了华北型煤田陷落柱的空间分布规律 ,初步提出了陷落柱宏观预测指标体系 ;从生产实践角度分析了影响陷落柱导水性的相关因素 ,讨论了三种与陷落柱有关的突水通道类型 ,并对陷落柱的鉴别及其与断层突水的区别进行了剖析。     

华北型煤田岩溶陷落柱侧壁厚壁筒突水模式研究

岩溶陷落柱作为一种特殊地质体,在华北型煤田广泛发育和分布,本文就华北型煤田岩溶陷落柱侧壁厚壁筒突水模式及判据进行了研究,这对华北型煤田煤矿安全生产有着重要意义。     

煤矿(床)水文地质学的研究现状及展望

煤矿(床)水文地质学是研究煤炭资源开发过程中地下水活动规律以及为防止其对采煤工程的不利影响,保护矿区生态环境的一门应用性地质学科,对煤矿安全生产工作具有重要的推动作用。近年来,在保水采煤技术、华北型煤田防治水技术体系、陷落柱发育规律及其治理技术、煤层底板含水层注浆改造保障技术等方面取得了重要进展。随着煤炭开采强度和开采规模的进一步扩大,学科发展面临着诸如老空水及陷落柱探测、矿坑充水条件变化、矿井水患实时评价及治理等重大问题。提出了在学科发展中应优先解决诸如“三高”(高地压、高地温、高水压)地质条件下煤矿突水机理、西部地区煤炭资源开发过程中突水溃砂机理、水资源承载力及其调蓄技术、矿井水资源化及其合理利用研究以及综放开采条件下冒裂带发育规律研究等科学问题。      

邢台煤矿下组煤开采水文地质条件评价及突水危险性预测

为安全开采下组煤,详细分析了矿区奥灰水文地质条件,以研究煤层底板突水因素、突不机理为切入点,利用地理信息系统技术,对下组煤开采之前奥灰突水的危险性进行了预测,即可分为３个区（安全区、可能突水区、突水区）,同时提出下组煤先期开采的范围为－２１０ｍ水平以上范围。     

焦作矿区煤层底板注浆加固工作面突水原因与防治

焦作矿区水文地质条件极为复杂,煤层底板受到承压水的严重威胁,为此对工作面煤层底板进行了注浆加固改造。但近几年底板注浆加固工作面仍发生突水事故,严重影响了矿井的正常生产,并构成了安全隐患。通过对焦作矿区近年来8起底板注浆加固工作面突水事故进行调研,详细分析了突水工作面主要充水水源、注浆加固改造情况、突水情况及原因,总结归纳了注浆加固工作面突水影响因素,利用实例计算验证了易突水位置,并进一步提出了水害防治措施。      

华北煤层底板突水的随机—信息模拟及预测

在我国华北煤矿田,回采工作面煤层底板突水问题严重困扰着煤矿经济效益的正常发挥。针对回采工作面煤层底板突水的特点,提出了采用随机－信息方法解决突水预报问题,为此建立了信息判据,并对大量的实例进行了验证,取得了满意的效果。     

华北型煤田煤层底板突水预测信息分析理论、方法及应用

在我国华北煤矿区,回采工作面煤层底板突水问题相当严重,困扰着煤矿经济效益的正常发挥。本文针对回采工作面煤层底板突水的特点,提出采用随机-信息方法解决其突水预报问题,建立了信息判据,并对大量的实例进行了验证,取得了满意的效果。      

Risk Assessment of Coal Floor Water Inrush from Underlying Aquifers Based on GRA–AHP and Its Application

Ground water inrush from underlying coal seam aquifers is a serious geohazard during coal mining in China. In order to effectively predict coal floor water inrush, the evaluation index system and evaluation standard for coal floor water inrush, containing quantitative indexes and qualitative indexes, is established on the base of conditions of aquifer and aquiclude, geologic structure and mining disturbance. Simultaneously, grey relational analysis and analytic hierarchy process are used to establish an evaluation model which efficiently overcomes the uncertainty between indexes of water inrush effects and really reflects the degree of importance for each index of water inrush effects. The model is applied to the typical working face of Yuzhou coalfield in the north of China to demonstrate the evaluation process. Compared to the water inrush coefficient method which is widely used for evaluating coal floor water inrush, the presented evaluation model in this paper accords more with the susceptibility of coal floor water inrush by multi-factor and is of nonlinear dynamic characteristics of highly complicated formation mechanism. This method offers a new tool in the assessment of ground water inrush in mine.     

关于突水系数的讨论

煤层底板突水在我国华北型煤田矿井采煤过程中经常发生。带压开采条件下,预测底板突水和评价突水危险程度的主要方法是突水系数法,但是关于突水系数计算、临界突水系数的确定等还存在一些值得讨论和研究的问题。在阐述带压开采和突水系数理论的基础上,给出了突水系数的各种计算公式及公式中有关参数确定方法,详细说明了临界突水系数的由来和应用条件,提出了计算突水系数的新公式。新公式不仅考虑了水压和隔水层厚度,而且考虑了底板破坏深度、导升高度和奥灰顶部隔水段等因素,为计算和统计分析确定突水系数新的临界值奠定了基础。      

华北型煤田煤层开采对含水层的破坏模式研究

华北地区岩溶水系统分布广泛、水质好、水量丰富,是城镇工矿企业的重要水源,也是维护生态稳定的重要因素。华北型煤田大部分位于岩溶水系统之中,煤炭开采时水患与缺水并存,煤水矛盾突出。在总结了华北型煤田中煤炭基地的煤层及含水层发育情况的基础上,根据岩溶水系统的补径排条件、煤层分布区与岩溶水补给区的位置关系、地形地貌等因素,将采煤对岩溶含水层破坏类型分为三种类型:直接破坏、间接破坏型和无影响型;按地下水类型划分;将煤层开采对含水层的破坏模式划分为破坏顶板孔隙水、破坏底板岩溶水及破坏岩溶水、裂隙水、孔隙水3类,近而根据含水层性质及埋藏条件,含水层与煤层的位置关系,对煤矿开采对区域含水层破坏的模式划分了亚类。在进行含水层破坏类型和破坏模式划分的同时,也对各类型的特征进行较为详细的说明,为该区的煤炭开采和水资源的保护指明了方向。     

淮北刘桥二矿七含涌(突)水机理研究

刘桥二矿在开采4煤过程中，七含突水次数达38次之多，严重影响煤矿安全生产。文章在系统地分析刘桥二矿七含涌突水概况的基础上，提出了该矿七含涌突水的主要机理为断裂构造的控制作用和矿山压力的促进作用；指出了砂岩含水层的裂隙发育程度和富水性强弱、煤层的厚度、断层的作用以及4煤与含水层之间隔水层厚度的大小等，是影响工作面涌水的主要因素。研究结果对煤矿砂岩水害的有效防治具有重要的指导意义。     

范各庄矿12煤底板突水过程模拟分析

以范各庄煤矿水文地质条件为基础,建立了承压水上采煤的岩体水力学模型,应用岩石破裂过程渗流-应力耦合分析系统(RFPA2D-Flow)模拟分析了范各庄矿12煤层底板开采扰动下,裂隙形成、扩展到突水通道最终贯通形成突水的全过程。通过对损伤区分布、应力场和渗流场的演化分析,揭示了开采扰动及水压驱动下完整泥岩底板由隔水岩层到突水通道的演化过程,对突水通道进行了模拟定位,并对不同水压条件下含水砂岩层对底板突水的影响进行了分析。结果表明:12煤底板突水问题取决于含水砂岩中的水压力,在假设隔水层厚度不变时,水压力与突水系数呈正相关关系,随着水压的增大突水越易发生。该研究为12煤底板突水预测与防治提供了理论依据。