南京石膏矿特大突水灾害机理研究

发生于2006年9月11日的南京石膏矿特大突水灾害不仅改变了矿区及外围的地下水流场, 并引发了矿区地面沉降变形, 对地表附属物产生了一定的破坏作用, 造成了包括矿山关闭在内的巨大财产损失。南京石膏矿涉及典型的深部矿山地质工程问题, 影响地下开采稳定、矿山灾害和环境问题的主要因素是矿体及围岩的岩性结构及岩体结构构造, 特别是断裂构造及其影响带裂隙发育情况、富水性、导水率。围岩的岩溶强烈富水带的存在是矿坑突水的直接水源; 矿体的软岩特性、矿山开采扰动使采场周围的应力场重新分布、开采对断裂构造及裂隙带等结构体的活化作用都加剧了突水灾害的发生。     

露采煤矿山酸性废水治理方法——以福泉市皮陇河煤矿区为例

为解决露天采煤矿区酸性废水造成的附近水体和土壤酸化污染问题,本文以福泉市皮陇河生态修复项目为例,对大气降水淋滤煤矸石产生酸水、废弃露采坑中残留高硫煤及硫化矿物与积水作用产生酸性积水进行处理,并对废弃露采坑中酸性水通过采坑边邦及底板下渗对地下水的污染问题进行治理,效果较为显著。治理区域下游河流断面水质达到灌溉标准,为矿山解决生态环境污染问题的同时,也为国土空间生态修复打造了可行性强、可供复制的治理样板。     

司家营铁Ⅲ

从水文地质条件、充水情况等方面研究影响司家营铁矿Ⅲ采场地下水涌水量因素;在矿区水文地质条件的基础上,进行了矿区地下水均衡计算,通过矿区地下水影响因素的综合分析,计算出矿区地下水总补给量和总排泄量,得出两者的平衡关系;分别采用大井法及数值模拟法,对司家营铁矿Ⅲ采场露天转井下深部开采不同中段的地下水涌水量进行计算,并结合自然降水和考虑露天采场回填废石影响,系统预测了不同开采中段矿坑总涌水量。研究成果表明,矿区地下水呈负均衡状态,对矿区开采呈有利态势;矿坑系统涌水量综合预测结果与阶段性的实测资料较为一致,为司家营铁矿Ⅲ采场井下防排水及地质环境保护奠定了基础。     

司家营铁矿Ⅲ采场地下水均衡分析与涌水量预测

从水文地质条件、充水情况等方面研究影响司家营铁矿Ⅲ采场地下水涌水量因素;在矿区水文地质条件的基础上,进行了矿区地下水均衡计算,通过矿区地下水影响因素的综合分析,计算出矿区地下水总补给量和总排泄量,得出两者的平衡关系;分别采用大井法及数值模拟法,对司家营铁矿Ⅲ采场露天转井下深部开采不同中段的地下水涌水量进行计算,并结合自然降水和考虑露天采场回填废石影响,系统预测了不同开采中段矿坑总涌水量。研究成果表明,矿区地下水呈负均衡状态,对矿区开采呈有利态势;矿坑系统涌水量综合预测结果与阶段性的实测资料较为一致,为司家营铁矿Ⅲ采场井下防排水及地质环境保护奠定了基础。     

和尚桥露天铁矿地下水疏干方法研究

和尚桥铁矿是一个大型露天磁铁矿,由于矿区的特殊位置,建设生态矿山、最大限度地减少矿山生产对环境的扰动势在必行。矿山工业布局、独特的水文地质环境和安全生产需要,均给矿山地下水疏干提出新要求。根据该铁矿露天采矿场不同地段的地质、水文地质和工程地质条件,提出了地表和地下联合疏干的方法。利用所建立的地下水疏干预测模型,模拟该方案疏干矿坑地下水的可能,为矿山安全生产、地下水综合利用提供决策依据。     

典型岩溶区硫化物矿床——广西贵港锡基坑铅锌矿开采的生态效应

硫化物矿床开采的环境污染效应与围岩性质有密切关系,碳酸盐岩类围岩能在一定程度上中和硫化物矿床开采形成的酸性矿山废水(AMD),从而降低酸性废水及重金属的污染危害。以广西贵港锡基坑硫化物矿床为研究区,系统采集了矿石、尾矿、废水、地表水、悬浮物、底积物及地下水样品,测定了重金属含量及pH值等理化指标,研究了岩溶区硫化物矿床开采的生态效应,以期为类似碳酸盐岩地区硫化物矿床开采的环境污染与生态危害评价、矿山环境保护提供科学依据。研究取得结论如下:(1)尾矿及废水样品中Cd、Pb等重金属含量较高,对矿区地表水及地下水质量构成一定的潜在风险;(2)硫化物矿床开采过程释放的重金属元素对矿区地表水有较显著影响,由于碳酸盐岩的中和作用,流出矿区后地表水、悬浮物及底积物中重金属含量迅速降低,重金属潜在风险处于轻微等级;(3)富含Cd、Pb等重金属的矿坑酸性积水,下渗过程中与碳酸盐岩中的Ca~(2+)、CO_3~(2-)、HCO~-_3发生中和反应而沉淀,矿区地下水环境质量良好,除了尾矿库、矿坑水周边存在少量超标样品外,矿区周边村镇地下水质均未受到明显的采矿污染影响。可见,碳酸盐岩类围岩是重金属元素迁移的天然地球化学障,能有效降低硫化物矿床开采的环境污染风险。     

祁连山南麓露天采坑生态环境修复技术研究

祁连山是我国西北重要的生态屏障,以往露天煤矿的破坏性开采导致生态环境问题突出。为系统修复祁连山南麓露天煤矿开采引发的生态环境问题,选取木里煤田聚乎更矿区为研究区。通过无人机遥感解译、现场调查、工程地质测绘等技术手段,从水文地质、工程地质、环境地质角度提出研究区生态环境问题主要为地貌生态景观及地表草甸冻土破坏、采坑及渣山边坡失稳和采坑积水等;提出矿山生态修复治理应综合考虑工程地质、环境地质、水文地质理论知识结合生态学知识,即整治矿区内边坡失稳的同时考虑地表及地下水的联通与保护,对矿山植被修复采取以自然恢复为主,人为干预为辅的原则。考虑到不同露天矿井的差异性,提出应针对不同矿坑采用"四工程一保障"开展生态修复工作。"四工程"即"采坑整治、边坡与渣山治理、水系修复、植被复绿"四项工程措施;"一保障"指矿区生态环境监测信息系统。     

有色金属矿山关闭后地质环境保护的思考

针对有色金属矿山在资源开发过程中所形成的地下采空区可能引起地面变形塌陷，露天采坑边坡及排土场可能会引起滑坡、泥石流、尾沙库溃坝等环境地质问题，提出在矿山关闭后如何采取预防滑坡、泥石流等地质灾害，开展“二次资源”综合利用，复垦绿化露天采坑、排土场及尾沙库的三项措施，从而达到保护矿区环境的目的。     

资源枯竭城市衍生灾害问题探讨

随着时间的推移，我国将有大量的各类矿业城市资源全部或部分枯竭。在资源枯竭过程中会产生大量新的衍生灾害。文中介绍了资源枯竭城市继续大规模损毁土地、岩层结构抗震性能降低、水资源流失、塌陷区积水、废旧地下采场积水形成地下暗湖、固体废矿渣积存污染、有害气体污染、大型露天矿闭坑后对环境影响等主要衍生灾害类型和现象；分析了资源枯竭城市衍主灾害国内外的研究现状和发展趋势；根据灾害现象，探讨了资源枯竭城市地层结构，水、气循环系统，生态系统与降雨(雪)、地震、地应力场调整等多种、多相复杂环境耦合作用而导致灾害的原理；提出了研究资源枯竭城市衍生灾害演化的复杂巨系统模型，多相、多场耦合作用下大面积采动地层结构演变与灾变机理，地表及地下水系破坏动态演化机理及地下水的污染、扩散与迁移规律以及废弃矿山有害气体生成、迁移、致灾机理及控制等几方面科学技术难题；该科学难题具有非线性、随机性、复杂性等特点，须深入开展以现代科学交叉、融合为特征，以现代高新技术为标志的资源枯竭城市衍生灾害机理与控制的基础理论研究，为科学有效地防灾减灾、保护环境提供理论基础。     

山东省主要矿山排水对地下水系统影响研究

山东省是一个矿业大省、经济大省,是我国重要的能源和黄金生产基地,同时也是水质型缺水省份之一。矿产资源开采过程中,每年都有大量的井下矿坑水向外部环境排放,不但造成了地表水和浅层地下水污染,而且还引发了岩溶塌陷、海水入侵等次生地质灾害。本文重点对山东省煤矿、铁矿、金矿等主要的矿产资源开发引发的地下水系统影响进行了研究,分析了主要开采矿山导致产生地下水疏干漏斗、引起区域地下水位持续下降,降低了地下水的调蓄能力,改变含水层的地球化学环境,地下水水质进一步恶化,致使地下水可利用资源量逐渐减少,该研究为有关政府部门督促矿山企业对矿坑水资源化综合利用及水资源保护、减少矿山开采对地下水环境的影响提供参考。     

煤矿采空区水-岩作用模拟试验研究

采空区积水在我国煤矿中广泛存在。明确在采空区封闭-半封闭环境条件下的水-岩相互作用机理,对实现煤矿区水污染减量以及地下水资源保护具有重要意义。以内蒙古某煤矿采空区积水为研究对象,设计高度还原采空区环境的箱式模拟试验,采用X射线衍射仪(XRD)和X射线荧光光谱仪(XRF)对模拟采空区填充物(煤、垮落岩体)中矿物成分及元素组成进行分析,借助离子色谱仪(IC)和电感耦合等离子体发射光谱分析仪(ICP-OES)等对水中水化学特征进行表征,探究采空区积水水质形成的水-岩相互作用机制。结果表明:水-岩相互作用主要为煤及垮落岩体中的矿物溶解-沉淀作用、阳离子交换作用、煤中黄铁矿氧化作用以及混合作用。矿物溶解作用占主导地位,采空区积水中的Na⁺、K⁺主要来源是钠长石、钾长石等硅酸盐矿物的溶解,而Ca²⁺和Mg²⁺主要来自于钙长石、方解石、绿泥石等矿物溶解;离子交换作用主要发生在采空区水-岩作用的初期(0～20 d),而后逐渐减弱;采空区底部残煤中黄铁矿氧化作用是积水SO₄^2-     

瞬变电磁法在采空塌陷灾害中的应用——以神东煤矿采空区调查为例

由人工采矿及天然作用形成的地下空洞是引起地面塌陷、地裂缝等多种环境地质灾害的根源之一。在煤矿开采区,地下空洞主要是煤矿采空区,采空区受水文地质条件和开采时间的影响,呈现积水和不积水状态。利用瞬变电磁法对神东矿区采空区进行了调查勘探,用最原始的归一化二次电位解释采空不积水区及采空积水区,并根据地下空洞发育的时间长短及积水程度的不同,会呈现高阻异常或低阻异常,在视电阻率断面图上呈现出十分显著的特征。给瞬变电磁法勘探应用于采空区及采空积水区的探测提供了实例,对预测和防治采空区引起的塌陷环境地质灾害具有重要意义。      

地面防治水钻探技术在双系煤层 上覆采空区积水治理中的应用

针对双系煤层上覆采空区积水对下部煤层开采构成的威胁,提出在地面布置钻孔,穿越上部多层采空区,施工探放水孔与大直径抽水井的防治水钻探技术。采用该技术在大同矿区上覆侏罗系采空区的积水治理实践表明,地面探放水孔能够实现采空积水区与下部石炭系开采煤层巷道的贯通式放水,大直径抽水井可实现超大流量的采空区积水抽放,施工的9个地面探放水累计疏放采空区积水398.1万m3,5个大直径抽水井累计抽排采空区积水200余万立方米,取得了较好的贯通式放水和抽排效果。介绍了地面探放水孔与大直径抽水井钻探技术在同煤集团同忻矿上覆侏罗系采空区积水治理中的应用,可为其它类似开采条件的矿井上覆采空区积水治理提供参考。     

跨越法采煤控制矿坑涌水量及防治岩溶地面塌陷的研究——以湖南辰溪孝坪煤矿桠杉坡井为例

湖南辰溪孝坪煤矿桠杉坡井为岩充水煤矿井,采用跨越法采煤,辅以封闭突水点、废弃巷道、采空区和将矿坑水排泄补给浅部溶洞水,控制了矿坑涌水量,保持了地下水基本平衡,防止了矿坑疏干排水诱发岩溶地面塌陷。其成功经验可供借鉴。     

Visual MODFLOW在煤矿建设地下水环境影响评价中的应用 ——以甘肃省灵台县安家庄煤矿为例

结合甘肃省灵台县安家庄煤矿地下水环境影响评价实例,建立了评价区水文地质概念模型,并基于Visual MODFLOW对评价区地下水进行了数值模拟计算和验证;预报了设计开采条件下研究区不同含水层的地下水水位。预报结果表明:矿坑排水使得煤层所在含水层出现疏干现象,并且疏干范围随着开采范围的增加而不断扩大;在煤矿开采作用下,随着模拟时间的延续,煤系层上覆白垩系洛河组—宜君组含水层地下水位降落漏斗的范围及地下水位下降幅度不断增大,但降落漏斗的范围基本上不超过采空区范围;煤矿开采对白垩系环河组含水层无影响,至矿区开采期结束,未引起含水层水位下降;对上部孔隙、裂隙潜水含水层也无影响,至矿区开采期结束未引起含水层水位下降。     

The controlling effect of thick-hard igneous rock on pressure relief gas drainage and dynamic disasters in outburst coal seams

Intrusive igneous rock is usually found in the overlying strata above mining stopes, and its occurrence, lithology, and distribution play important roles in coal mining safety. Of the numerous coal mine disasters in China, a large number have been caused by magma intrusion. Magmatic activity is intense and widely distributed in the Haizi Coal Mine which has suffered eleven coal and gas outburst accidents and one water inrush accident under a thick-hard igneous rock with 120-m-thick. Based on theoretical analysis, laboratory testing and field observations, we found that under the effect of thermal evolution and entrapment of the igneous rock, the coal pore structure developed, the gas adsorption capacity was enhanced, and the risk of gas outburst increased. The igneous rock, as the main key stratum, will not subside or break for a long time after mining. The closing time of fractures and separations is also prolonged and provides good conditions for gas drainage. The distant penetration borehole for draining pressure relief gas is proposed which can ensure effective gas drainage and reduce the number of rock laneways. However, with the continuous mining of a large area, the igneous rock could suddenly break, instantly releasing a tremendous amount of elastic strain energy, which will easily induce the occurrence of complex dynamic disasters, such as rock bursts, water inrush, gas outbursts, and surface subsidence. Based on the cause analysis of dynamic disasters, a reasonable goaf filling height is proposed for fully eliminating mine disasters under the special geological condition.     

巨野煤田矿坑热水特征及其开发利用

根据矿坑热水水质、水量、水温,立足矿山实际,因地制宜提出了综合开发利用方式：赵楼煤矿矿坑水可向巨野县城提供洗浴用水;彭庄煤矿矿坑水宜作为种植冬暖式大棚蔬菜的热源;经热能梯级利用后,郭屯煤矿矿坑水可与低氟水混合后作为水产养殖用水;龙堌煤矿矿坑排水量大,距巨野县城较近,经降酸处理后可作为城镇工业供水水源。矿坑水经全部梯级利用后,可节省地下水资源及煤炭资源费2 493.84万元/a。     

山底河流域煤矿酸性矿井水野外监测

酸性矿井水在我国鲁西南、山西、内蒙、云南和贵州等煤矿区普遍存在,酸性矿井水其pH往往在2~5之间,高SO₄2?、HB、TDS、Fe、Mn。这些物质进入地下水、地表水或土壤后,会对其造成严重危害。文章选择山西阳泉市典型废弃煤矿区山底河流域为研究区,通过水文地质调查,水文地质钻探,水文地质剖面等方法阐述山底流域地层岩性,水文地质条件概况,得出受煤矿开采影响,与天然条件下相比山底河流域的地表水和地下水的补给、径流、排泄条件均发生了根本变化。补给通过破坏产生的导水裂隙带运移,以垂向运动为主;径流通过坑道,导水裂隙带运移,以横向运动为主;排泄以矿坑排水和泉水溢出方式为主。并简述山底河流域煤矿酸性矿井水试验站观测站分布情况与水化学特征。      

湖南宁乡煤炭坝镇富家村岩溶地面塌陷成因分析及防治建议

本文依据岩溶地面塌陷理论对宁乡煤炭坝镇富家村岩溶地面塌陷的成因、发展趋势进行了研究。根据勘查发现,研究区岩溶地面塌陷具有分布密度高、塌陷规模大、塌坑回填后稳定性差,具有继续变形甚至再次塌陷的特点。通过对区内地质环境条件分析发现,区内覆盖层厚度较薄,岩溶极为发育,煤炭坝矿区排水形成巨大的降落漏斗,孔隙水与岩溶水存在巨大的水头差,导致区内岩溶地面塌陷的发生。同时,区内开采灰岩矿,形成大面积采空区,对岩溶地面塌陷的发生起到了强大的促进作用:一是提供了巨大的物质储存空间;二是大大减小了物质运移途径。塌坑回填堆积在溶洞的土体受地下水的冲蚀潜蚀发生运移,上方土体失去支撑而不断流入采空区,造成塌坑回填后稳定性差。      

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。