对兖州煤田红层采动裂隙发育特征的讨论

兖州煤田因为红层在横向上的水力联系较好,红层在横向上受采动影响的范围并不小。纵向上,红层或煤系采动裂隙未达百米。红层水位下降,并非一定是冒裂带波及红层导致红层水下泄所引起;红层水位上升,也并非一定是采动作用后期,存在压实现象,使红层采动裂隙闭合,阻止红层水下泄之果。而压力的增减则是红层水位升降的主要原因。     

红层采动裂隙及其导水性

兖州煤田红层在采动作用下，向上迅速产生的采动裂隙往往超地经验公式计算值，且具有较好的联通性，成为第四系下组水导入矿井的通道。红层采动裂隙的发育程度主要与采厚及回采推进速度有关。     

兖州矿区侏罗系红层水文地质特征研究

侏罗系红层水是兖州矿区主要水害之一。为防治红层水害,对兖州矿区红层的物质组成、红层孔隙微观特征及分形特征、红层的渗透性、岩石力学特征、采动条件下覆岩破坏高度数值模拟、采动条件下红层裂隙的发育规律与渗透特征、红层突水判别模式及突水危险性分区等进行了研究,建立了红层突水判别模式,得到兖州矿区红层突水危险性分区图,对类似条件矿区的水害防治具有一定的参考价值。      

鲍店煤矿四采区涌水规律分析

鲍店煤矿四采区曾发生５次突水事故。最大突水量２８５．４ｍ３／ｈ。本文通过水质、水量和水位监测资料分析认为：四采区主要的充水水源为侏罗系上统红层中的地下水，红层内部的水力联系较好；充水通道为采动导水裂隙，充水方式主要是顶板淋水和采后突水。随着采动导水裂隙波及范围的扩大，红层地下水位下降速度加快，疏干效应明显。     

水热交替对红层泥岩崩解的影响

在既有研究基础上,应用岩石热物理学、毛细作用原理重点探讨了温度、水等因素的湿热交替效应对红层泥岩崩解过程的影响,尤其是水侵入前红层泥岩的结构状态以及水热交替等因素对红层泥岩崩解的促进作用。研究表明:在周期性热应力的影响下,在红层泥岩表层0.3～0.4m深度以上产生较大热应力,导致岩体内部裂隙发育,为水的侵入创造了结构条件;水热交替是导致红层泥岩产生迅速崩解的主要动力;红层泥岩有效崩解深度为20～30cm/a;红层泥岩的崩解过程可以分为开挖揭露、温度效应、水的作用、干湿循环（时间效应）、剥落作用五个阶段,是水、热、力等因素综合作用的结果。     

滕县、兖州煤田红层的富水性及其对煤炭开采的影响

在滕县、兖州含煤盆地内,上侏罗统红层直接覆盖于二叠、石炭系煤系地层之上,在勘探时期曾被归为隔水层。本文通过现场资料分析和大量室内测试结果,系统研究了本区红层的化学成分和矿物组成、储水空间和分布特征及其红层地下水对煤矿开采的影响。作者得出下列结论:在岩性和构造适宜地段,红层中可以赋存较为丰富的地下水,他们既是许多煤矿的供水水源,又对煤矿的开采构成充水威胁,并通过采动裂隙引发突水事故。     

下保护层开采上覆煤层产气机理及规律

通过理论研究分析了采动区煤层裂隙特征、煤层气赋存特征和煤层气运移特征,揭示了煤矿采动影响下上覆被保护煤层产气机理。分析认为采动区煤层产气机理与常规煤层气产气机理不同,一是采动区煤层基质孔隙大、内部裂隙多、离层裂隙发育。二是采动区煤层气解吸快、解吸量大、水中溶解气少。三是采动区煤层气运移以气体单向流为主,评价渗透性指标为透气性系数。在收集大量采动区煤层气井产气数据的基础上,研究了产气机理对产气规律的影响。采动区煤层气井产气规律与常规煤层气井相比,具有产量提升快、产气峰值高的特点,整体呈现先迅速增大后逐渐减小趋于平稳的规律。结合采动区煤层产气机理研究,分析认为气产量提升速度快是由于煤层裂隙迅速增多且气体在裂隙中以气相单相流运移为主,产气峰值高是由于储层压力快速下降使煤层气加速解吸,短时间内在井筒附近聚集大量游离气。     

深部开采上覆岩层采动裂隙网络演化的分形特征研究

借助相似模拟材料模型试验,模拟了在深部开采条件下上覆岩层采动岩体裂隙分布状态,运用分形几何理论研究了采动岩体裂隙网络分形维数随开采宽度、采场矿山压力、岩层沉降的动态演化规律,并分析了断层对采动岩体裂隙网络分布演化的影响以及采动岩体裂隙网络在三带的分布特征。结果表明：随开采宽度增加,采动岩体裂隙网络分形维数呈现总体增大趋势,在断层影响下表现出降维特点;分形维数与超前工作面压力和岩层沉降均具有非线性关系;三带采动岩体裂隙网络均具自相似性,冒落带、裂隙带、弯曲带分形维数比为1.082 3:1.139 4:1。     

东滩矿断层活化对3煤顶板突水的影响

兖州矿区东滩煤矿二叠纪3(3上)煤层与其顶部侏罗纪红层的间距约60～220m。回采过程中多数工作面未发生红层突水，或水量较小；4308和14301工作面却发生了红层突水，且水量较大。分析认为：采动影响使工作面内断层活化，增大了冒裂带高度，从而导通红层含水层所致，最后提出了防治红层突水的建议。     

采动作用下岩溶山体深大裂隙扩展贯通机理研究

岩溶坡体裂隙的扩展贯通是造成坡体失稳破坏的重要因素。为研究采动作用下高陡岩溶坡体随裂隙扩展贯通的失稳破坏机理，采用离散元（Universal Distinct Element Code，UDEC）数值模拟，研究了采动作用下坡体裂隙的发展规律。研究结果表明:采动作用对岩溶坡体的稳定性具有重要的影响作用，主要表现在煤层上覆岩体新生裂隙的发育以及诱发坡体原有裂隙的扩展；坡体内部裂隙的发育具有一定的时空效应，裂隙带高度随着采空区范围的增加而增加；坡体原有深大裂隙对坡体的破坏具有控制作用，坡体破坏时崩滑体沿着主控裂隙发生滑动；二维模型显示，含深大裂隙岩溶坡体在采动作用下形成类似"悬臂梁结构"，悬臂梁结构沿着主控裂隙发生断裂，坡体中间软岩被挤出，最终主控裂隙与临空面扩展贯通，坡体发生崩塌破坏。      

吴堡矿区横沟井田矿井充水因素评价

吴堡矿区赋存着丰富的煤炭资源,但开采技术条件较复杂,其中水文地质条件复杂是影响煤炭开采的主要不利开采技术条件。本文依据横沟井田勘探资料,较全面地分析了井田水文地质条件,并着重评价了井田矿井充水因素。认为黄河水对横沟井田煤炭开采无影响;奥灰承压水对山西组煤层开采在正常地段不会造成危害,对太原组煤层开采有很大的威胁。并提出太原组煤层能否开采利用,还需进一步作详细地质勘查研究工作。     

废弃矿井地下水淹没过程的水流与水位数值模拟

定量分析和研究废弃矿井淹没过程的水流特征对于预测和防止废弃矿井地下水淹没过程中诱发的次生灾害具有重要意义。建立了废弃矿井淹没的多种介质水流数学模型,得出了淹没补给水量随时间、矿井内淹没水位和补给水源含水层水位之间的相关关系,建立了淹没补给水量与相关影响因素之间的函数关系式,完成了矿井淹没过程中涌水量实时计算的FEFLOW模块设计和开发。进行了近水平煤层开采后废弃矿井充水淹没水位回弹过程的数值模拟计算,得到了不同充水介质在充水淹没过程中的水流和水位回弹特征。结果显示,FEFLOW二次开发模块运算效果良好,具有实用价值。      

Study of a roof water inrush prediction model in shallow seam mining based on an analytic hierarchy process using a grey relational analysis method

Mining-induced water inrush is a sudden and destructive underground disaster caused by a mining disturbance. This disaster occurs frequently in the northern region of Shaanxi province in China due to overburden fractures in shallow seam mining, which pose a great threat to residents’ safety. It is therefore essential to construct an accurate prediction model. This study first applies selection hierarchy analysis to the main controlling factors of roof water inrush to study their weights using an analytic hierarchy process (AHP) including five factors: surface water catchment features, wateriness of the aquifer, water-resistant characteristics of aquiclude, combined influence of overburden, and mining disturbance characteristics. The grey relational analysis (GRA) method is used to calculate the correlation degree of each water inrush. The AHP-GRA method presents a comprehensive evaluative model combining the advantages of both approaches to analyze mining safety. Qualitative and quantitative indicators of the roof water inrush prediction model in shallow seam mining are established. Secondly, risk prediction of roof water inrush points and comprehensive water inrush is determined using engineering examples from the Hanjiawan coal mine. Results indicate that during safety mining, water inflow data are consistent with our prediction, thereby substantiating the model’s accuracy and providing a new method for predicting roof water inrush in shallow seam mining.     

Domestic water supply impacts by underground coal mining in Virginia, USA

 Underground coal mining can affect wells and springs used as water supplies. In Virginia, concerns over such impacts are felt by both surface owners and coal-mining firms. Virginia's geologic history has caused faults and fractures to be common in its coalfield region, relative to other Appalachian coal-mining areas. The results of 73 investigations of alleged domestic water supply impacts by underground mining were analyzed; the investigations were conducted by the Virginia Division of Mined Land Reclamation (VDMLR). This analysis was conducted with reference to guidelines that define a primary zone of underground mining influence where dewatering of aquifers is to be expected. The VDMLR data set included 27 investigations of alleged water supply impacts by partial-extraction room-and-pillar mines, 41 investigations of high-extraction room-and-pillar mines, and 4 investigations of longwall mines. VDMLR investigators found that 14 of 16 water supplies within the primary zone of influence were likely to have been affected by pillar-retreat mining, but no water supplies within the primary zone of influence for longwall and room-and-pillar mines were represented in the data base. VDMLR investigators found 42 of 56 water supplies outside of the primary zones were likely to have been affected by mining; these cases represented room-and-pillar, pillar-retreat, and longwall mining. Geologic circumstances not directly related to subsidence were found to be responsible for 31 of these 42 impacts. These geologic circumstances included subsurface fractures and other geologic features acting as aquifers that were drained by underground mining operations. VDMLR investigators also found some of the investigated water losses to have been caused by factors other than mining. These results demonstrate the inherent difficulties of any attempt to rigidly define a "zone of underground mining impact" based solely on mine subsidence effects, especially in regions where geologic faults and fractures are common such as the southwest Virginia coalfield. Received: 4 August 1995 · Accepted: 23 October 1995     

矿井涌水量数值模拟研究——以锦东煤矿为例

矿井涌水量预测对煤矿安全开采具有重要的指导依据。本文将锦东煤矿作为研究对象,利用地下水数值模拟软件MODFLOW建立数值模型,并对其进行识别验证,在合理可靠的模型基础上,对未开采和开采两种方案进行预测,对矿井涌水量组成进行分析。计算结果表明,锦东煤矿开采条件下,矿井涌水量为6 130 m3/d,主要由第四系潜水蒸发量、各泉集河溢流损失量和地下水储存量三部分组成。     

基于不同开采方式的煤矿涌水量预测及其环境影响分析

煤矿开采不当会对水资源与水环境造成破坏,尤其在生态环境相对脆弱地区更是如此。针对目前矿井涌水量预测大多以单一工作面或煤矿为评价单元,对沟域内煤矿群同时长期开采的地下水环境影响重视不够。选择头道河则沟域为研究区,以地下水勘查、井田勘探资料为依据,构建了头道河则完整沟域的地下水三维非稳定流数值模型,根据地下水、地表水监测数据和煤矿群开采涌水量的长观资料进行模型的识别与验证,以9#煤矿为典型矿区,分析综采和条带充填2种不同开采方式下矿井涌水量及其对水环境的影响。研究结果表明：(1)综采状态下,矿井涌水量增加0.70×10⁴ m³/d,导致地下水溢出量减少0.20×10⁴ m³/d,引发矿区及区域地下水水位下降0.21～17.92 m;条带充填开采状态下,矿井涌水量增加0.11×10⁴ m³/d,导致地下水溢出量减少0.04×10⁴ m³/d,引发矿区及区域地下水水位下降0.01～0.44 m。(2)煤矿按综采方式开采,...     

山东赵楼煤矿首采1302工作面涌水分析

兖矿集团巨野煤田赵楼煤矿首采1302工作面在2009年5月底发生了一次突水事故,最大涌水量为290m3/h,造成工作面停产5d、处理被压实支架39d的后果。在分析井田地质及水文地质条件的基础上,通过现场水质化验以及观测孔水位等资料的研究,认为该工作面涌水水源为3煤顶板砂岩水,涌水通道为采动裂隙。并提出要采取查清水文地质条件、采前疏放、匀速推进、健全排放水系统等确保安全开采的防治水措施。     

黄陵二号煤矿充水因素分析

通过对黄陵二号煤矿充水因素的分析,结合矿井实际涌水量,认为矿井在开采延安组2号煤层时,延安组中部含水层为矿井的直接充水含水层,直罗组下段含水层为矿井主要的间接充水含水层;上部的洛河组砂岩水是矿井井筒充水的主要水源,也是矿井充水的间接充水含水层;矿井的主要充水通道为开采沉陷裂隙,充水方式为顶板进水。最后指出,该矿井开采2号煤层的最大隐患是直罗组下段砂岩顶板突水和井筒洛河组砂岩涌水。     

陕西省镇安县东沟金矿生产坑道系统涌水量预测方法对比

根据矿区的水文地质条件和勘探坑道系统长期排水量动态观测资料和钻孔抽水试验资料,分别采用水文地质比拟预测法和Q-S曲线外推预测法,对矿区生产坑道系统涌水量进行预测对比.利用此方法预测的生产坑道系统涌水量,比较接近实际情况,预测的生产坑道系统最大涌水量可以作为生产坑道系统设计排水量的依据.对条件类似的矿山可采用水文地质比拟法预测坑道系统的涌水量.     

对江苏沛县新庄铁矿区富水性规律的初步认识

江苏沛县新庄铁矿属于典型的矽卡岩类接触交代型铁矿,矿区主要富水含水层为奥陶系灰岩。分析了该矿区地下水补径排条件、矿区含水层特征及断层富水性特征,初步总结了该矿区富水性规律。认为矿坑涌水主要受上覆灰岩控制,其次受构造断层控制; 断层的涌水量受裂隙充填影响变化较大,增加了突水、透水的风险性,将直接威胁矿山的生产安全。总结该矿区富水性规律,可为国内相同类型矿山的前期勘查及后期矿床开采提供参考。