山西省离柳矿区沙曲井田数值模拟及矿井涌水量预测评价

沙曲井田位于山西河东煤田离柳矿区的中部,处在柳林泉域岩溶水系统的径流区。矿区奥灰水水量大,水位标高为+797～+802m,其中的4#煤底板承受奥灰水压2～5MPa,10#煤底板承受奥灰水压3～6MPa,属带压开采矿井。利用井田以往的地质及水文地质勘探资料,应用GMS软件建立矿区三维立体模型和地下水渗流的数学模型,实现水文地质结构三维可视化,使数学模型能正确地反映预测区的水文地质条件,达到数值仿真效果;应用有限差分数值法,对开采上组煤(3#+4#)和下组煤(8#+9#、10#)时,石炭系太原组灰岩含水层和奥陶系峰峰组含水层的疏降进行矿井涌水量预测,为矿井的安全生产和防治水工作提供依据。     

淮南煤田新集一矿1煤组水文地质条件分析

在分析矿区及邻矿水文地质资料的基础上,结合所施工的8个水文地质钻孔的单孔抽水和群孔抽水试验,对矿区含(隔)水层的水文地质条件以及井田边界的进行了研究,认为当矿井开采1煤组时,顶板砂岩水和底板岩溶水为其直接充水含水层,砂岩水以静储量为主,它不会对矿井开采1煤组造成大的危害;底板奥灰岩溶水与太灰水之间联系较紧密,前者补给后者,是矿井突水是防治水研究的重点。得出了本矿1煤组的水文地质条件是岩溶裂隙水以底板突水的形式向矿床充水为主,水文地质复杂程度为中等类型的结论,从而为矿井水害的防治与矿井设计提供了依据。     

奥灰水文地质条件的数值模拟探讨

基于数值模拟技术以象山矿11#煤底板奥灰含水层放水试验成果为基础,深入分析与合理概化水文地质条件,采用三维地下水模拟软件Visual MODFLOW建立研究区地下水系统的三维数值模型。经过模型的校正分析,认识矿井水文地质条件,反演得出含水层主要水文地质参数,最终合理的预测了该矿井11#煤研究区底板带压涌水量及首采面奥灰含水层涌水量。     

赵官矿井水文地质条件及防治水研究

通过对区域及矿井水文地质条件的分析研究,认为对矿井安全生产有影响的含水层为太原组四、五灰,太原组的下层岩浆岩,本溪组徐灰及奥陶系灰岩含水层;太原组四、五灰为富水性中等-强的含水层。并与下层岩浆岩穿插合并,相互联系,构成了开采10煤层的底板充水含水层组;徐灰下距奥灰的间距平均7．62m。奥灰水可以通过大小断层连通,在垂向上越流补给徐灰,存在底鼓水突水危险。运用大井法计算,在7、10煤层开采条件下,-415m水平以浅排水能力可按正常涌水量788m^3／h,最大涌水量1103m^3／h进行配备;以深可按正常涌水量1065m^3／h,最大涌水量1491m^3／h进行配备。根据该矿井水文地质条件,提出超前探水、疏水降压、合理留设防水煤柱等水患防治建议。     

山东济宁何岗煤矿下组煤水文地质条件研究

对济宁何岗煤矿16上、17煤水文地质条件进行补充勘探。研究认为济宁何岗煤矿井田内主要含水层有第四纪砂砾层,山西组3上、3下煤层顶底板砂岩、太原组三灰、十下灰、十三灰及奥陶纪灰岩。16上、17煤的主要水害是太原组下部灰岩水和奥灰水,16上、17煤水文地质条件属中等局部复杂类型,开采时的矿井最大涌水量为816m3／h。断层和裂隙是诱发突水的主要因素,生产中必须采取有效的安全防水措施。     

突水系数法在大淑村煤矿西翼6号煤安全开采中的应用

大淑村矿从勘探到生产阶段,对奥陶系石灰岩含水层的专门水文地质勘探程度较低,其含水层富水性及其变化规律,地下水补给、径流条件及水文地质单元划分尚未完全明确,对矿井后续生产拟开采的6号煤层,开采中受到水压高达4~10MPa的下伏巨厚奥陶系石灰岩岩溶裂隙承压水的潜在威胁,底板水害影响程度无法进行较为准确的评价。通过西翼奥灰放水试验,利用获得的主要水文地质参数,计算出6号煤层底板突水系数。经用突水系数法预算,开采西翼6号煤层时,奥陶系中统峰峰组石灰岩含水层水头高度需下降192.17m,其预计涌水量为924.43m3/h,才能满足煤层底板突水系数小于0.06MPa/m的要求,开采6号煤层才是安全的。     

厚煤层放顶煤开采底板突水机理及水害探查技术

为研究受奥陶系灰岩(简称"奥灰")水威胁的工作面能否采取放顶煤开采,选择准格尔煤田黄玉川煤矿研究奥灰突水机理。该矿6上煤底板承受奥灰水压为0～4.49MPa,隔水层厚度为54.296～75.78 m,6上煤底板奥灰突水系数为0～0.085 MPa/m,绝大部分区域小于临界突水系数0.06 MPa/m;而一盘区巷道掘进遇断层时曾发生多次突水,说明该区具有不同的突水机理。矿井断层、裂隙发育,存在隐伏陷落柱,对断层、陷落柱的放水试验发现,北北东向地质优势面控制奥灰含水层富水性。在黄玉川煤矿216上01工作面,通过定水头压水试验测得底板最大破坏深度为34.9 m,阐明了准格尔煤田底板奥灰强渗通道耦合底板破坏的突水机理,改变了从纵向上认识底板奥灰突水的传统,从平面上施工小角度定向长钻孔探查垂向强渗通道,并进一步局部注浆加固,解决了采掘过程中的奥灰水害。     

蔚县矿区奥灰水突水规律分析及防治水对策探讨

蔚县矿区煤系基底奥灰含水层是煤层开采底板进水的主要充水含水层,已发生多次突水灾害,造成了巨大的经济损失。在分析矿区水文地质条件的基础上,对矿区奥灰岩的富水性进行了分区。通过对多年来矿区生产矿井奥灰水突入矿井资料收集整理及突水点的时空特征的研究,得出了矿区生产矿井奥灰水突水规律：首先与奥灰含水层富水性有关;其次是断层,即使是落差不大的小断层也是突水的薄弱地段;开采1号煤层,底板隔水层厚度与水头压力是控制奥灰水突入矿井的主要因素。提出了以防为主、带压开采、封堵结合,避免强行疏排的奥灰水防治水对策,并对矿井防治水措施提出了建议。     

浅析安阳大众煤矿水文地质特征及充水因素

通过对大众煤矿的水文地质条件,含、隔水层特征,地下水动态及含水层间的水力联系等因素的分析,认为现矿井在中、浅部开采,以二1煤底板岩溶水充水为主,今后随着采掘深度的不断延伸延深,下伏太原组灰岩水和奥灰水将可能成为矿井主要充水水源,这对有效地防治矿井透水,消除或降低淹井事故的发生,具有重要的现实意义。为矿井开采水害防治提供了参考资料和决策依据。     

山西南阳矿奥陶系岩溶水赋存运移特征及下组煤底板突水危险性评价

南阳矿未来开采太原组下组煤15号煤层时,井田中西部存在奥灰岩溶水带压开采问题。通过水文地质补充勘探,研究分析矿区奥灰岩溶水赋存运移特征和15号煤层突水的危险性。结果显示:该区奥灰岩溶水水位标高在626～617m,地下水流向由北偏西向南,整体富水性从西北向东南由弱至中等,径流条件从东向西由较好变差;15号煤层在尹家沟村以西属于带压开采,突水系数最大为0. 079MPa/m,属于相对安全区,在底板无断裂构造沟通下不影响其安全开采。     

基于地下水流场数值模型的矿井突水量预算

矿井发生特大突水后,第一时间掌握突水水源,并预测突水量的大小,可以为制定水害治理方案提供有力支持。利用前期通过放水试验获取的水文地质参数及建立的井田奥陶系灰岩含水层数值模型,对峰峰矿区九龙煤矿的突水水源及突水量进行了分析计算。结果发现：突水初期与突水点相距2 350m的奥灰观测孔的水位下降趋势与前期奥灰放水试验的基本一致,因此,判断突水水源为煤系地层基底奥陶系灰岩含水层水。实测瞬时突水量为2 778m3/h;利用比拟法得到的Q-S方程预算突水量为2 879m3/h;通过数值模型预算的突水稳定涌水量为2 280m3/h,三者相差不大,以此说明数值模拟在矿井突水量预算中具有一定的实用价值。     

红岭煤矿水文地质特征及充水因素分析

通过对矿区含、隔水层及断层带水文地质特征的分析和井下水文地质现象的观测,认为目前矿井开采煤层较浅,以二1煤顶板直接含水层充水为主,水量不大;但随采掘的延深,煤层下伏的太原组灰岩和奥灰含水层,会在断层的影响下,与其它含水层发生水力联系,对矿井开采形成威胁。根据对矿井充水因素的分析结果,指出目前矿井的充水强度不大,充水通道主要为断层带,在开拓-800m水平时,应注意构造破坏或隔水层薄弱地段,此地段有可能出现奥灰水突入矿井的危险。为防止矿井突水,提出了建立健全地下水观测系统,加强井下钻探和物探工作,重视邻近矿井老窿水监测等矿井水害防治工作建议。     

保安煤矿西翼3煤层开采安全性研究

通过对矿区水文地质条件的分析,认为开采3煤层时的主要充水含水层为顶板砂岩裂隙水和底板奥灰水,以奥灰水最为突出。采用突水系数法及阻水系数法计算煤矿西翼3煤层开采的有效隔水层厚度为37.6m,运用大井法计算工作面开采过程中最大涌水量为98.3m3/h。研究认为：工作面可以进行带压开采,在巷道和工作面开拓中必须在井下施工探放水孔,在富水区进行疏水降压,达到安全开采的目的;开采F20、F35断层附近时应留足防水煤柱,并对奥灰进行疏水降压,以免发生突水事故。     

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。     

骆驼山煤矿不同含水层水中荧光性DOM分布特征

结合骆驼山煤矿不同含水层水文地质条件,通过检测分析各含水层水中天然有机质三维荧光光谱、总有机碳TOC和无机阴离子,研究了荧光性溶解有机物(Dissolved Organic Matter,DOM)的分布特征,结果表明:TOC和有机物在254 mm波长紫外光下的吸光度UV₂₅₄整体上随着含水层层位加深而减少,奥灰水中TOC和UV₂₅₄比其他水体分别低2~3.3倍和2.4~4.7倍;有机物芳香度也逐渐降低,紫外吸光度SUVA值在地表水、第四系水、砂岩水和奥灰水中分别为3.28、2.27、2.24和1.96。地表水和第四系水的三维荧光光谱(3DEEM)图存在5个指纹区域,随着地层层位的加深,水中有机物总体上呈递减趋势,最深层的奥灰水中没有酪氨酸、疏水性有机酸和海洋性腐植酸,而色氨酸的荧光强度比其他水体都高,表明地下水中有机物会反应生成色氨酸类有机物。奥灰水中TOC随着地下水流向逐渐减少(从0.27 mg/L减少至0.22 mg/L);有机物反应生成色氨酸,导致色氨酸FI随着水流而逐渐增加;根据3DEEM光谱图,骆驼山煤矿区奥灰水中有机物比较稳定,能够明显区分出其作为突水水源的特征离子。      

吴堡矿区首采地段水文地质特征及矿床充水条件分析

从鄂尔多斯盆地东部地下水类型、含水岩组等区域水文地质条件入手,对陕北石炭二叠纪煤田吴堡矿区首期开采地段水文地质条件进行了分析。分析表明,区内第四系松散层含水层在首采区虽然分别较广,但水量相对较小,正常情况下与其下含水层贯通的可能性较小,对于煤矿开采影响较小;基岩风化裂隙潜水、太原组灰岩溶隙裂隙及砂岩裂隙承压水及奥陶系灰岩岩溶承压水是煤矿开采中最为主要的突水类型。从矿坑充水水源、充水通道和充水强度角度对首期开采地段进行了矿床充水因素的研究。研究认为,矿井充水水源为煤层顶底板砂岩裂隙水、灰岩裂隙溶隙承压水及奥陶系岩溶承压水;充水通道主要是煤层开采后顶板形成的冒落带和导水裂隙带以及底板受其承压水的影响而产生的破坏带。建议在矿井设计前对首采地段进行三维地震勘探,进一步查明区内断层性质、规模和易发生矿井涌水的部位,为建井设计、矿坑底板的突水和防治提供依据。     

深部矿井水煤共采水文地质数值分析

针对兖州煤田下组煤深部开采受奥灰高承压水威胁以及当地大型煤化工企业生产用水量大的现状,在已进行的水文地质勘探及放水试验基础上,评价奥灰富水性,并采用有限差分法进行奥灰疏水降压数值模拟研究,提出水煤共采观点。研究结果表明:兖州煤田深部奥灰水压高,合理布置水煤共采孔,可以实现奥灰水位的有效疏降,疏降中心区水位最大降深可达110 m,突水系数显著下降,提高了下组煤开采的安全性;同时可提供煤化工43200 m3/d的供水量,能达到可持续的、水资源保护性的供水效果,实现下组煤的水煤共采。     

Using numerical simulation for the prediction of mine dewatering from a karst water system underlying the coal seam in the Yuxian Basin,Northern China

Water inrush from a karst aquifer threatens mine safety in North China because of the special hydrogeological conditions. This paper systematically analyzes the regional hydrogeological conditions of the Cambrian–Ordovician limestone karst aquifer in the Yuxian Basin. Conceptual and mathematical models of karst water flow system are established, and the karst water flow system is simulated by the finite-difference method. The numerical model is checked using hydraulic head from karst water observation holes, and the sensitivity of hydrogeological parameters is analyzed. Further, the risk of water inrush from the karst aquifer underlying the coal seam in the second mining area of the Beiyangzhuang Mine in the basin is evaluated by the water inrush coefficient method. Based on the critical hydraulic head for mining safety, the rate of mine dewatering is simulated for the three stages of the mining plan with the numerical model. The results show that the risk of water inrush in the second mining area is high. The rate of dewatering in the three stages without grouting is 1300, 1860, and 2050 m³/h, respectively, and with local grouting is 1020, 1550, and 1700 m³/h, respectively. Dewatering combined with grouting not only ensures coal mine safety, but also significantly reduces the rate of dewatering. The prediction method of mine dewatering has practical significance in engineering applications.