华北煤田岩溶陷落柱及其突水研究综述及展望

华北煤田岩溶陷落柱（简称“陷落柱”）是地质历史演化过程中形成的产物。80多年来,在中国华北煤田39个矿区煤矿开采过程中共揭露10 000多个陷落柱,因其导致的重大突水淹井事故20余起,研究岩溶陷落柱对系统认识中国矿山岩溶水文地质条件以及防治岩溶水害具有十分重要的理论与现实意义。文章系统梳理、总结了华北煤田陷落柱的发育特征、成因机理、突水机理、探查与防治方法,归纳出近年来华北南缘陷落柱的研究成果,并结合目前华北煤田生产过程中陷落柱研究与水害防治中存在的问题,从陷落柱形成机理与演化过程、小型隐伏陷落柱精细化探查与解译、陷落柱“动态监测—预测模型—突水机理”模式以及陷落柱水害防治技术体系等方面展望了其今后研究趋势及水害防治的方向。      

淮南寒武纪岩溶陷落柱发育特征及导水性分析

1996年任楼煤矿发生的陷落柱特大突水事故，使“淮南不存在岩溶陷落柱”的认识得到了质疑。通过初步调研，在孔集矿南部的孙家大山一带发现出露于地表的岩溶陷落柱，而谢桥矿煤经三维地震勘探也探测出了发育于寒武纪灰岩中的两个岩溶陷落柱。因其岩溶陷落柱的发育层位、充填物质与华北煤田奥陶纪岩溶陷落柱构成明显的对比。导致了其水文、工程地质特征的特殊性。     

基于内部结构概化的华北型煤田岩溶陷落柱分类

岩溶陷落柱是华北型煤田所具有的一种特殊地质构造,对煤矿安全生产造成巨大威胁。为了研究岩溶陷落柱的突水机理,确保煤矿采掘工程的安全,提出了岩溶陷落柱的内部结构概化模型,包括堆石段、泥石浆段、岩块碎屑段和柱壁裂隙段4个不同的部分,各部分之间既有相互联系,又显示出不同的力学和水力特征。基于此模型,对岩溶陷落柱按照内部结构的不同进行了分类,将岩溶陷落柱分为堆石型、堆石裂隙型、堆石泥石浆型等8种不同类型,并总结分析了不同类型岩溶陷落柱的结构特征和突水特征,且对不同类型岩溶陷落柱煤矿采掘工程提出了建议。      

西山煤田古交矿区陷落柱特征及其导水性分析

在分析区域地质特征的基础上,对西山煤田古交矿区陷落柱的数量、形态特征及分布规律进行了总结。从陷落柱的发育特征出发,对其导水条件进行了研究,认为本区岩溶陷落柱是否突水,关键取决于其是否有导水的力学薄弱通道。研究表明,本区岩溶陷落柱柱体胶结致密,后期活化程度弱,距煤层较近的峰峰组含水层的富水性弱,而煤层与上马家沟组强含水层之间隔水层厚度大,因而,在正常块段开采中,岩溶陷落柱作为集中导水通道导致重大突水的可能性较小。     

煤层陷落柱高分辨率地震探测技术

在华北、华东及西北地区近20多个煤田的石炭二叠系中，普遍存在着因煤系地层基底厚层灰岩古岩溶塌陷形成的煤层陷落柱，尤以山西省西山及汾河沿岸的煤田、河北省太行山中段的煤田更为普遍。煤层陷落柱发育形态分为圆锥形、筒形、斜塔形、不规则形等特点，应用高分辩地震勘探技术，根据陷落柱发育区反射波同相轴中断、扭曲、能量变弱、连续性变差、分叉合并或圈闭、产状突变等特征，可有效地探测其空间位置及形态。     

应用高密度电法探测煤田陷落柱

本文讨论了高密度电法探测煤田陷落柱的若干问题。应用边界单元法模拟了陷落柱各种因素变化对地电异常的影响,并给出了陷落柱边界划分方法。针对矿区内严重的地电干扰,给出了数据采集及资料处理的技术措施。应用结果表明,高密度电法可有效地探测煤田陷落柱。     

瞬变电磁法在采空区及陷落柱探测中的应用

通过对山西宁武煤田勘探区及勘探区地层电性特征分析,结合该区的地形地貌、地表水系等资料,选择瞬变电磁法为该区采空区及陷落柱勘探的物探方法。通过分析对比电阻率参数,认为根据勘探范围内地层的物性差异,可有效地寻找含水采空区及陷落柱的分布,划分出含水区范围。     

华北型煤田下组煤突(涌)水模式及特征

目前,有关突水模式划分主要着眼于突水通道和突水方式方面,而没有从地下水系统角度来考虑突水机理,对于认识突水机理缺乏系统性,不能很好地回答为什么突水的问题。在分析大量煤矿突水资料基础上,从煤矿区所处的岩溶水系统的特征入手,提出了以其所处的系统位置、突水通道等为依据将华北型煤田下组煤突(涌)水模式划分为活化断层型、活化陷落柱型、底板型、断层型、陷落柱型5种模式,并对其突水特征进行了概述。     

新疆沙尔湖煤田煤层特征及对比

沙尔湖煤田含煤地层为中侏罗统西山窑组,根据岩性特征、含煤性以及其组合特征,将西山窑组分为上、中、下三段,可采煤层均分布在中段,煤层层数多,厚度变化较大,可采煤层6～27层,可采煤层总厚114.35～139.90m,根据各煤层之间的沉积间距及其与上、下岩层的旋回韵律,又将其划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ煤组。以大量地质资料为基础,总结了主要含煤层段的岩相组合特点,揭示了各煤层间的差异及组合特征,利用有效的对比方法,特别是数字测井在煤层对比中的应用,对可采煤层进行系统对比分析,对煤层对比的可靠性进行评价,保证了层位对比的正确可靠,并解决了勘查工作中终孔层位难以确定的问题,为正确划分煤系地层、准确估算煤炭资源量提供了可靠依据。     

华北型煤田岩溶陷落柱某些问题研究

华北型煤田中发育的岩溶陷落柱是一种特殊类型的岩溶塌陷。本文在专题调查的基础上 ,总结了华北型煤田陷落柱的空间分布规律 ,初步提出了陷落柱宏观预测指标体系 ;从生产实践角度分析了影响陷落柱导水性的相关因素 ,讨论了三种与陷落柱有关的突水通道类型 ,并对陷落柱的鉴别及其与断层突水的区别进行了剖析。     

Petrographic Features and Sedimentary Environments of the Middle-Upper Ordovician at Shetai Town of Urad Front Banner, Inner Mongolia

Most of the hinterland of the North China platform is devoid of Late Ordovician strata. The BaiyanhuaMountain section at Shetai Town is a standard section of the Upper Ordovician newly established in recentyears at the northernmost margin of the platform. This establishment directly involved the determination of thenorth boundary of the platform and the understanding of its evolutionary Listory. The area is quite differentfrom the binterland of the platform in Middle Ordovician rock types and sedimentary environments, with theformer characterized by frequent slope deposits and the latter consisting almost entirely of platform deposits.The present paper focuses on the petrographic features and sedimentary ervironments of the Middle-UpperOrdovician strata in the area, providing further theoretical support to the establishment of the section and fil-ling the gap in this respect.     

受煤层底板承压水威胁的煤层开采安全性分析

从分析煤层底板的裂隙分布出发,建立裂隙岩体的渗流模型,然后应用该模型分析得到的渗流场,采用考虑渗流软化效应的弹塑性有限元方法,分析了煤层开采过程中煤层底板破坏状态,为受煤层安全开采的提供了依据.     

山东省地层划分对比厘定意见

山东省地层大部属华北地层大区晋冀鲁豫地层区,再分为华北平原、鲁西及鲁东三个地层分区,鲁东南海域日照市平岛、达山岛及车牛山岛等属华南地层大区扬子地层区连云港地层分区。岩石地层分为27个（岩）群120个（岩）组12个正式段,还有相当数量的非正式段。恢复奥陶纪东黄山组、北庵庄组、土峪组、五阳山组、阁庄组、八陡组,并6个组为马家沟群;恢复二叠纪黑山组、万山组、奎山组和孝妇河组,并4个组为石盒子群;在青州—临朐地区识别出奥陶纪亮甲山组。地质代号原则上遵从最新的国家标准及行业标准。     

一种隔水隔卡的自锁式绳索取心钻具及应用

近年来,国内外对复杂地层绳索取心钻具的研究取得了长足进步,但是未能很好解决卡心构件对岩心入管的阻碍和底喷式钻头易产生“泥垫”现象,从而影响取心质量和钻进效率的关键技术问题。以普通S95绳索取心钻具为研究对象,通过在内管里增设0.7 mm厚度的不锈钢衬管,封隔卡簧等卡心构件装置,增加底喷式钻头水孔数量并增大水槽体积,设计可供选择的发夹式和卡簧式岩心提断器等技术改造,研制一款用于复杂地层钻进,具备隔水、隔卡、自动锁心的三层管绳索取心钻具。选用发夹式岩心提断器在水敏性强的破碎地层中试验,平均回次进尺1.13 m,获取岩心采取率94.48%,对比附近同类地层钻孔的岩心采取率提高了50%以上;选用卡簧式岩心提断器在裂隙发育的泥质地层中试验,卡簧卡心如同普通钻具上的卡簧一样可靠。试验结果表明:用衬管封隔卡心构件的取心技术方案可行,解决了卡心构件对软弱松散岩心入管的阻碍,有利于保护岩心的原状性;所用底喷式钻头孔底冲洗效果好,降低了钻头“泥垫”现象对钻进速度的影响。该钻具操作方便,使用成本低廉,有望在我国现行绳索取心机台推广应用,具有较强的普适性和广泛的应用前景。      

贺兰山及周边地区加里东运动研究

基于对贺兰山及周边地区下古生界详细的野外地质调查,通过碎屑锆石年龄谱的物源分析、地层接触关系追踪、岩性岩相突变特征分析、残留地层分布、古生物组合及亲缘性分析,讨论了阿拉善地块与华北地块和中祁连地块的亲缘关系,探讨了研究区加里东运动的幕次,认为早古生代阿拉善地块和华北地块相互独立,俯冲造山特征建造不清晰,两者之间可能为转换型陆缘。阿拉善地块和中祁连地块之间的加里东运动幕次清晰。加里东运动一幕发生在中-晚寒武世,香山群深水复理石沉积和张夏组浅水碳酸盐台地相沉积呈拼合式接触,生物组合为亲华北-亲祁连混合型,彼时中祁连地块从Rodinia大陆裂离,逐步靠近阿拉善地块;加里东运动二幕发生在早-中奥陶世,下奥陶统碳酸盐岩在全区稳定分布,与下伏香山群不整合接触,与阿不且亥组整合接触,生物相统一,生物组合为华北型,中祁连地块-阿拉善地块-华北地块平和成为一个统一的块体,整体为浅水台地沉积环境;加里东运动三幕发生在奥陶纪末,中-上奥陶统与泥盆系角度不整合接触,商丹洋闭合,扬子地块与阿拉善地块和华北地块靠近,商丹缝合带南部的宽坪洋打开,导致研究区中、晚奥陶世亲华北-亲扬子混合型生物组合类型。