基于煤矿井地下水含水系统的矿井涌水量预测方法—释水-断面流法

在非充填式开采矿井,煤层顶板会出现周期性冒裂,形成以裂隙层、空隙层叠置而成的二元结构体为基本特征的矿井地下水含水系统。二元结构体所及含水层的弹性、重力释水,及其边界过水断面的汇(渗)水,共同构成矿井涌水。将采空区概化成四面进水的箱形模型。根据地下水动力学理论,分别给出了弹性释水流量公式、重力释水流量公式及断面流量公式,进而得出矿井新的涌水量预测(计算)方法:"释水-断面流"公式。基于矿井地下水含水系统新的矿井涌水量预测方法,可给出工作面不同推进距离(或不同推进时间段)、不同水文地质条件(水文地质参数分区)的矿井涌水量。     

煤矿突水危险区疏干涌水及其对地下水流场的影响分析

以鄂尔多斯盆地西南部某井田为研究对象,在煤矿突水危险性分析的基础上,构建煤层开采冒裂带波及上覆强含水层的矿井涌突水预测的地下水三维流数值模拟模型。预测结果表明,煤层开采形成的导水裂隙带是否导通强含水层以及导水裂隙带的渗透性能强弱,对矿井涌突水量以及地下水渗流场影响的差异较大;当导水裂隙带渗透系数小于0.001 m/d,基本为原地层的正常渗透水量;当导水裂隙带的渗透系数大于0.01 m/d,反映原地层遭受较大破坏,矿坑初期涌水为突水量,后期涌水接近稳定涌水量,涌突水对强含水层地下水降深以及流场都影响很大。     

煤矿井地下水系统与矿井涌水

遵循空间守恒,采煤空间转化为新增地下含(透)水空间和地面沉降空间。裂隙带、冒落带叠置而成的二元结构体构成矿井地下水含水系统,其中的地下水弹性释放和重力释放是矿井涌水的最初、最直接来源和重要组成。该系统空间为原生地下水系统新的排泄区(汇),并以此为中心形成矿井地下水流动系统。随着工作面关闭,地下水位(压)回升,矿井地下水系统与原生地下水系统不断叠加、耦合,直至矿井关闭,形成新的区域地下水系统。矿井地下水系统作为局部地下水系统,其非均质性及流线折射规律为矿井污染的扩散提供了水动力条件。矿井地下水系统特性,决定了工作面接替方向对矿井涌水量的重要影响。     

煤层顶板承压含水层涌水模式与疏放水钻孔优化设计

针对煤层顶板承压含水层涌水模式不清的问题,从煤层回采过程中顶板含水层涌水的时空变化特征入手,提出顶板含水层涌水量由静态储存量和动态补给量构成,认为静态储存量主要受来压步距、顶板垮落和导水裂隙(合称冒裂)影响区含水层厚度、含水层给水度控制,动态补给量主要受冒裂影响区外围含水层厚度、渗透性流场中水力梯度和过水断面面积控制;根据导水裂隙波及含水层情况,将顶板含水层涌水模式划分为井底进水的触及井涌水、井壁及井底进水的非完整井涌水和井壁进水的完整井涌水3种模式,并基于地下水渗流理论给出不同涌水模式下动态补给水量计算公式;针对以往疏放水钻孔数量多及疏放水量大的问题,以实现工作面顶板含水层静态储存量疏放后动态补给量可控为目的,提出冒裂区高度控制钻孔深度、单孔水位影响半径控制钻孔布置间距、钻孔疏放水量稳定时间控制超前疏放时间的疏放水钻孔优化设计理念,对疏放水及疏放钻孔布置进行优化,形成系统的顶板含水层水疏放体系。研究结果丰富了煤层顶板含水层涌水量计算和控制方法,对顶板水害防控具有实际的指导意义。      

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。     

西部侏罗系矿区充水含水层水文地球化学特征及矿井水来源综合识别

本文以水文地球化学理论为指导,基于研究区水文地质条件及矿山水害研究基础,构建了不同充水含水层水化学和氢、氧同位素基础特征值,结合不同煤层埋深煤矿含隔水层组合特征和导水裂隙带发育高度,综合识别了浅埋、中深埋和深埋多个煤矿的矿井水来源。研究结果显示,受水岩作用和水动力条件等因素影响,煤层上覆不同充水含水层地下水水化学类型和氢、氧同位素值差异明显;随着煤层埋深的增大,矿井水的矿化度呈显著增加趋势,氢、氧同位素整体呈减小趋势;在此基础上,综合采用水化学和环境同位素的方法对研究区不同煤层埋深煤矿的矿井涌水进行识别,认为浅埋煤矿矿井水为第四系松散含水层地下水和侏罗系砂岩含水层地下水的混合水,深埋和中深埋煤矿矿井水主要为侏罗系砂岩含水层地下水。     

地下水化学特征在岱河矿涌水水源判别中的应用

岱河矿区地下水系统包含三个主要子系统:第四系全新统孔隙含水层、煤系砂岩裂隙含水层组及煤系下伏灰岩岩溶裂隙含水层组。通过对矿区三个子系统地下水化学特征分析,确定各子系统涌出水来源判别依据的水溶组分并建立各子系统所特有的水质模型,进而提出矿井涌水水源判别模式。实际应用表明,该判别模式具有快速准确的特点,可以为了解矿井涌水来源,预测矿井涌水量,防治矿井突水提供理论依据。     

峰峰矿区大淑村矿水文地质条件探析

大淑村井田周边赋存的断层均为倾向井田外侧的正断层,致使井田部位相对抬升,切断了含水层的补给来源,地下水补给、排泄不良,井田处于相对封闭的水文地质单元之中。井田内开采上组煤的主要充水含水层为大煤顶板砂岩含水层,次为野青灰岩和伏青灰岩含水层;煤层回采冒落后,下石盒子组底部砂岩含水层将成为间接充水含水层。这些含水层的富水性弱,单位涌水量均小于0．05L／（s·m）,因此,大淑村井田开采上煤组的矿井水文地质类型为中等,矿井受水害的影响不大,矿井防治水的工作简便易行。     

宁夏红柳煤矿水文地质特征及首采工作面涌水分析

红柳煤矿属宁夏东部大型国有煤矿,投产仅半年,矿井首采工作面就发生较大规模的涌水4次,最大涌水量达3000m3／h,造成了较大的经济损失。在分析矿区水文地质条件和涌水特征的基础上,对矿井水文地质条件进行了评价,总结了工作面涌水特征。研究发现,直罗组砂岩裂隙孔隙承压含水层地下水是井下突水的主要水源．顶板导水裂隙带是矿井的主要充水通道;工作面突水呈现周期性特征,并与老顶周期性垮塌步距基本一致;涌出水总量与工作面推进距离及开采面积呈正相关;随着工作面开采面积的增大,工作面稳定涌水量也随之增大;顶板的岩性及其组合特征为离层储水空间的形成提供了条件;离层水的形成是矿井涌水量较大的主要原因。研究成果对该矿乃至宁东地区煤矿安全生产和矿井防治水措施的确定具有一定的指导作用。     

呼吉尔特矿区石拉乌素煤矿矿井涌水水源判别及定量分析

针对石拉乌素煤矿主要充水含水层以及井下涌水中各含水层充水的贡献度不清等问题,采用水质全分析、同位素及有机物检测,查明了顶板巨厚复合含水层地下水以及井下涌水中主要离子、矿化度、氢氧同位素、有机物含量特征。研究结果表明：志丹群含水层地下水矿化度平均为237.05mg/L,水化学类型为HCO₃-Ca·Na型;直罗组含水层地下水矿化度平均为1 371.09mg/L,水化学类型为SO₄-Na及SO₄·HCO₃-Na型;矿井水矿化度平均为1 507.08mg/L,水化学类型为SO₄·HCO₃-Na型;志丹群含水层地下水、直罗组含水层地下水δD与δ¹⁸O基本落在当地大气降水线上或其附近,矿井水δD与δ¹⁸O基本落在志丹群含水层水和直罗组含水层水之间;白垩系志丹群含水层地下水、直罗组含水层地下水与矿井水的三维荧光光谱相似;同位素分析结果显示井田南翼矿井涌水中志丹群含水层水占31.18%,直罗组含水层水占68.82%,井田北翼矿井...     

Groundwater geochemistry in shallow aquifers above longwall mines in Illinois, USA

 Aquifers above high-extraction underground coal mines are not affected by mine drainage, but they may still exhibit changes in groundwater chemistry due to alterations in groundwater flow induced by mine subsidence. At two active longwall mine sites in Illinois, USA, glacial-drift aquifers were largely unaffected by mining, but the geochemistry of the bedrock aquifers changed during the post-mining water-level recovery. At the Jefferson site, brackish, high-sulfate water present in the upper bedrock shale briefly had lower values of total dissolved solids (TDS) after mining due to increased recharge from the overlying drift, whereas TDS and sulfate increased in the sodium-bicarbonate water present in the underlying sandstone due to downward leakage from the shale and lateral inflow of water through the sandstone. At the Saline site, sandstones contained water ranging from brackish sodium-chloride to fresh sodium-bicarbonate type. Post-mining recovery of the potentiometric levels was minimal, and the water had minor quality changes. Longwall mining affects geochemistry due to subsidence-related fracturing, which increases downward leakage from overlying units, and due to the temporary potentiometric depression and subsequent recovery, whereby water from surrounding areas of the aquifer recharges the affected zone above and adjacent to the mine. Received, December 1998 / Revised, August 1999 / Accepted, August 1999     

宁夏冯记沟煤矿水文地质特征及矿井水利用分析

冯记沟煤矿地处西部干旱区,地表水及地下水极为贫乏。矿井井下的主要含水区段为侏罗系直罗砂岩含水层（Ⅱ）、一煤-六煤砂岩含水层（Ⅲ）和采空区积水。现生产二号井煤矿开采过程中,由于三煤层顶板的垮落,裂隙增加,Ⅲ含水层与Ⅱ含水层连为一体。目前二号井的正常涌水量为115m^3／h,最大涌水量280m^3／h。根据勘探资料及水质分析结果,对矿区地下水进行了评价,认为矿井地下水不宜作生活饮用水,处理后可做为锅炉用水、冷却用水、绿化灌溉用水及混凝土建筑用水。     

On prevention and mechanism of bed separation water inrush for thick coal seams: a case study in China

Bed separation can occur in overlying strata, especially in hard and soft interbedded roof strata. If these strata prone to form bed separation are rich aquifers, water can accumulate into bed separation and maybe cause a serious water hazard under the condition of water inflow passages existence. Therefore, studying these types of roof water inrush mechanisms, forecasting roof water inrush, and formulating preventive and control measures in advance are extremely important to a mine. In this paper, we takes the typical case of water inrush in the workface number 1121 at Hongliu coal mine as an example, and study the mechanism of water inrush in detail. Primarily, field drilling with water leakage and color TV observations showed that the maximum height of the water conducting fractured zone was 12.50 times the thickness of the coal seams, which spread to the overlying coarse-grained sandstone aquifer. Secondly, the numerical simulation indicated that bed separation storage space was prone to form under the combination of coarse-grained sandstone and mudstone geological structure. The detection using UWTEM revealed that the groundwater accumulated in this bed separation and formed a water bag (bed separation water). When the water bag reached a certain degree, water bursting happened with the main roof collapsing. Finally, prevention, effective drainage methods, and successful experiences with bed separation water have been summarized, and it will have a major significance to coal mines suffering from bed separation water inrush.     

探放水技术在矿井水文地质补充勘探中的应用

2011年5月30日,柠条塔矿S1210工作面在推采至距切眼61m时,初次来压顶板大面积出水,至6月2日,水量达1200m3/h。该水量在干旱少雨、地下水资源匮乏的陕北矿区十分罕见,也与矿井北翼及南翼北部的情况不同,因此需要进行水文地质补充勘探工作。补勘结果表明,工作面突水的通道是2-2煤开采后形成的冒落带和导水裂隙带,直接水源是延安组砂岩水和直罗组砂岩水,间接水源包括第四系松散层水及烧变岩水。基于补勘成果还不能明确S1210面恢复生产方案是在强排下继续开采,还是甩开大水区域重开切眼,该矿又进行了探放水工作,并利用探放水钻孔进行了放水试验和工作面涌水量数值模拟计算。最后综合考虑将矿井防治水和恢复生产的方案确定为封闭突水点,重新开切眼。恢复生产后的实际开采发现,S1210面涌水量未超过100m3/h,防治水效果明显。目前工作面已实现了安全回采。     

朝阳露天采区水文地质特征与矿坑充水因素分析

通过对朝阳勘查区露天采区的三个含水层和三个隔水层特征、地下水的补给、径流和排泄条件及含水层之间的水力联系等因素分析，认为三个含水层对矿坑均有充水影响，并预计了各含水层对矿坑的充水水量，为今后矿坑疏干排水提供了依据。     

宝鼎矿区深部水文地质条件研究及涌水量计算

宝鼎矿区浅部资源行将枯竭,深部开采已迫在眉睫,而预测深部涌水量成为其首要解决的问题。通过对矿区深部水文地质条件研究与矿井充水因素的分析,认为矿区各含水间水力联系差,同一含水层组的不同地段间的含水裂隙的连通性亦差;断层多为高角度压性逆断层,导水性差,富水性弱;矿区上部水平及下部水平的浅埋区的充水水源主要为大气降水和老窑水,而下部水平主要的充水水源为上覆水平的采空区积水和地下水。运用比拟法和地下水动力学对延深的第一接替水平四个区段的较大涌水量和一般涌水量进行了计算,经过比较,采用了比拟法的计算结果：矿井的一般涌水量为2860.88m3/d,据此提出了切实可行防治水措施,从而为矿井深部建设提供了水文地质依据。     

矿井涌水量预测的几种常用方法对比——以宁夏宁东煤田鸳鸯湖矿区麦垛山煤矿11采区水文地质补勘为例

我国许多煤矿区,由于地下水频繁突入,造成淹井或因突水威胁使大量煤炭资源难以开发。因此,准确预测矿井涌水量,为矿井防治水提供依据,对煤矿床安全开采和长远发展至关重要。以宁东煤炭基地麦垛山煤矿为例,采用解析法、水文地质比拟法和三维渗流数值法等六种预测方法,对该煤矿11采区110203、110208工作面2#煤顶板直罗组底部砂岩含水层进行了涌水量预测。通过各种方法的分析比较,最后推荐采用最小二乘比拟法预算结果做最终矿井涌水量。     

榆神矿区煤矿防治水的几点思考

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治提供借鉴和帮助。