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。      

煤矿水害防治中的综合水文地质分析方法

在矿井水文地质工作中,应以矿井为中心,充分利用矿区自勘探建井以来形成的第一手水文地质资料,有针对性地采用合适的、新的勘探手段查清关键性水文地质问题,分析矿井充水条件。      

深层垂直井同轴换热能力数值模拟分析

针对中深部（1 500~4 000 m）地热资源深井同轴“保水取热”科学评价问题,以COMSOL Multiphysics多物理场耦合数值计算软件为模拟平台,构建垂直单井岩-水耦合传热模型,以西安地区地层与地温特征为模拟背景,计算分析2种地温梯度（0.027、0.030℃/m）与4种注水口流速（0.25、0.50、0.75、1.00 m/s）工况下深层（3 500 m）地热单井套管换热能力。同时,建立5种井间距下的群井数值模型,分析不同井间距下群井中心井的出口温度变化规律。模拟结果显示:地温梯度越大,进出口温差越大,单位时间换热量与单位延米换热量越大;入口注水流速越大,进出口温差越小,但单位时间换热量与单位延米换热量越大,即地温梯度、流速越大,深层垂直钻孔套管换热的效率越高;西安地区3 500 m井深工况下,相邻地热井的间距为30 m时能够保证其地层温度不会相互干扰。研究结论可为深层地热开发利用提供科学参考。移动阅读      

黄陇煤田煤层顶板水害特征及其防控技术

陕西黄陇煤田是我国主要产煤基地之一,煤层开采主要受顶板巨厚洛河组砂岩水威胁,水害防控形势严峻,分析顶板涌水特征、研究水害防控关键技术对于煤矿安全生产具有重大意义。在收集该区域典型煤矿工作面涌水量资料的基础上,分析顶板水害类型及其主控因素,总结工作面涌水量变化规律,并研究顶板巨厚砂岩含水层水害形成机理,进而提出顶板水害防控关键技术。结果表明:(1)黄陇煤田顶板含水层充水可分为持续涌水式、非持续涌水式和泥砂溃涌式3类,持续涌水式包括可控持续型和高强度持续型,非持续涌水式分为离层涌水型(包括偶发离层涌水型和频发离层涌水型)和脉冲式涌水型,以及泥砂溃涌型共6型。(2)关键隔水层厚度、煤层与洛河组砂岩间距、洛河组砂岩的富水性共同决定顶板涌水形式:当关键隔水层厚度较小甚至缺失,洛河组砂岩富水性弱且与煤层间距较小时,发生脉冲式涌水;当关键隔水层厚度较大且分布稳定,洛河组砂岩富水性中等至强且与煤层间距较小时发生持续涌水;当关键隔水层巨厚,洛河组砂岩富水性弱且与煤层间距巨大时发生离层涌水;当煤层顶板导水裂隙带范围内的侏罗系地层发育胶结不良地质体或煤层出现冒顶现象,容易形成水砂溃涌灾害。(3)地下水位监测预警技术、地面钻孔疏放离层积水技术、井下泄水巷集中排水技术、排水系统建设与维护技术、减水开采技术等是黄陇煤田水害防治的关键技术;工作面精细管理制度、工作面水情日分析制度、专家会诊及对标学习制度等是做好水害防治工作的配套管理对策。      

华北型煤田矿坑突水因素的信息分析

矿坑突水以其突发性的特点易于酿成事故,危及矿工生命和矿井安全,因此在查清煤矿床充水条件的基础上,进行矿坑交水预报特别重要。这就首先需要解决突水因素（子）的组合优化问题,以往多是从定性分析的角度进行决策分析,影响矿坑交水预测的精度,并且因人而异,操作起来特别困难。本文运用信息分析的原理和方法,借助信息分析手段,使各类交水因素对突水岩体的作用大小通过信息量这一信息单位来度量,为突水因素分析提供了一种定量分析的手段,从而解决了各类突水因素的优化和配置问题。     

采煤排水对区域水资源的影响——以山西阳武河流域上游煤矿区为例

煤炭资源的大量开采,对水资源造成了严重影响。以山西阳武河流域上游煤矿区为例,分析了采煤对水资源污染和水资源量减少的影响。未经处理的矿坑水直接排放不仅污染了过境河流水,同时也对第四系潜水、深层岩溶承压水造成了严重的污染。采煤排水是区域水资源量的减少和可利用水资源量减少的主要原因。对2个不同开采期水资源量变化进行分析对比,提出了采煤排水引起水资源量减少的主要原因是三水转化关系的变化,而可利用水资源量减少的主要原因是地下水流场变化、开采模数远大于径流模数、隔水层连续性破坏、底板突水、水资源污染等。     

铜川玉华煤矿顶板离层水突水机理与防治

陕西铜川玉华煤矿一盘区1418工作面,回采期间发生多次突水事故,对煤矿的正常生产和人员的生命安全构成严重威胁。从本井田地质和水文地质资料入手,分析了工作面突水的背景、水源、通道等,得出洛河组下段砂岩裂隙含水层水为离层空间充水的主要水源,煤层采动后形成的导水裂隙带为主要的导水通道。通过理论分析和模拟研究覆岩移动破坏规律,分析确定导水裂隙带发育过程和离层空间可能发育的位置,离层水形成、发展及突水过程,从而总结出玉华井田1418工作面顶板离层水突水机理,为矿井后期实现安全高效生产提出切实有效的防治水措施打好基础。      

多年冻土区热融滑塌型滑坡稳定性评价方法

Landslide of thaw-slumping in permafrost regions of the Qinghai-Tibet Plateau is studied in this paper. Thaw-slumping belongs to shallow landslide with small depth-length ratio. Therefore the infinite slope analysis method is available to be applied in the stability analysis. Considering identical seepage directions to slope surface, we deduced analytical expressions of safety factor according to the effective stress principle and plotted stability analysis chart of slopes with dry or fully saturated soils.Taking an example of landslide of thaw-slumping at the mileage of K3035 of the Qinghai-Tibet Highway, we evaluated the analytical expressions.     

煤炭地质学“十三五”主要进展及展望

在简要分析煤炭地质学演变的基础上,重点回顾了“十三五”期间学科在基础理论研究、地质保障技术、煤岩检测技术方面的主要进展,同时指出面临的主要问题和未来一段时期的学科发展方向。认为“十四五”乃至更长一段时间内,煤炭地质学应围绕“提供充足绿色煤炭”和“减轻煤矿地质灾害”的煤炭工业发展目标,以攻克煤炭绿色勘查、精准智能开采和清洁高效利用中的关键地质理论和技术瓶颈为突破口,聚焦以下方面开展研究:①煤系矿产资源共伴生规律、协同勘探技术与开发地质条件精准评价方法;②智能物探仪器和钻探装备研制;③煤层中断层属性的叠前地震反演技术,槽波地震联合勘探技术、槽波雷达探测技术、高密度电法勘探技术的创新试验;④孔中、孔间、孔-巷、巷-巷等多方式立体探测与精细解释技术;⑤工作面煤/岩界面识别的多参数综合成像技术;⑥采动应力耦合叠加效应下煤矿动力地质灾害演化机理与微震监测和视电阻率法动态预警技术;⑦多源异构地质地理信息的深度融合与动态地质建模技术。      

改进层次分析法在矿井水文地质类型划分中的应用

矿井水文地质类型划分是矿井水文地质工作的一项重要内容,对分析充水条件,评价水害威胁程度,指导矿井防治水工作具有重要意义。引进最优传递矩阵对层次分析法进行改进,将改进的层次分析法应用到水文地质类型划分中。以内蒙古呼吉尔特矿区4对生产矿井为例,在分析水文地质条件的基础上,建立了矿井水文地质类型划分的评价指标体系,利用改进的层次分析法,计算各项影响因素的权重值,建立数学模型计算每个矿井综合得分Z值,根据计算结果,呼吉尔特4对生产矿井水文地质条件均为复杂型。