神府矿区活鸡兔矿井烧变岩水害防治工程研究

活鸡免矿井是神木北部矿区首批建设的现代化煤矿之一，于2000年12月投产，生产原煤800万t/a。由于该矿井范围内煤层上部（垂距21-30m）赋存有10.97km^2烧变岩裂隙含水层，其静储量高达130万m^3，单孔涌水量可达2000m^3/d，对煤矿的安全开采构成了巨大威胁。同时，烧变岩裂隙水双是可供矿区开发利用的宝贵水资源，为消除水害隐患及合理利用地下水资源，采用了钻孔泄水方式将烧变岩裂隙水引入矿区供水系统，既保证了矿井的安全生产，又取得了巨大的经济效益与环境效益。     

论烧变矿床与烧变岩研究及其意义

烧变矿床及烧变岩系煤自燃的产物。从宏观及微观上搞清其产状、分带性、物质组分及其形成机理。开拓地质科学的新领域,填补岩石矿物学及矿床学中的空白。并作为找煤的有效标志及增加耐火材料、建材、陶瓷原料的新类型和基地。     

杨伙盘煤矿烧变岩及其对工作面布设的影响

论述杨伙盘煤矿的地质特征、上部2-2、3-1可采煤层的烧变岩分布范围及可采煤层厚度、结构等,分析煤层的自燃特征及其对工作面布设的影响,认为采用钻探的方法控制煤层自燃的范围,工作面尽多并且实现出煤,可避免盲目掘进造成经济损失和烧变岩含水层对矿井安全的影响。     

生态脆弱区烧变岩研究现状及方向

烧变岩是地质历史时期煤层自燃形成的一种特殊类型的岩体。烧变岩的研究有益于对煤层形成以来所经历的构造运动、古气候和古地理的研究。同时,它也是重要的水文地质勘查对象。50年来,烧变岩的研究多集中于其勘查方法,尤其是较多的论述了其磁性特征与物探确定烧变岩体边界问题。近年来,研究了其水文地质特征。笔者论述了烧变岩的研究现状,提出了烧变岩是一种特殊类型的岩体,空隙、裂隙发育,具有形成富水区的有利条件,是陕北煤炭开发区良好的供水水源。提出了应加强烧变岩内部结构、非均质性特征和空间分布形态的研究,系统开展烧变岩水文地质勘查,评价烧变岩地下水资源,为合理开发利用烧变岩奠定基础。     

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。     

神府矿区活鸡兔矿井烧变岩水文地质特征

烧变岩是活鸡兔矿井的顶板充水含水层,直接威胁着矿井的生产安全。烧变岩分布广泛,裂隙发育程度在垂向上规律明显:下剧—中强—上弱。其富水性除受构造、地形和地貌的控制外,还决定于是否接受其他含水层的补给。烧变岩水水质良好,符合国家饮用水标准,供排结合是矿井水综合利用的有效方法。     

干旱地区烧变岩地下水资源储量计算方法研究

新疆哈密大南湖矿区属典型的大陆性气候,日照时间长,降雨量小,年蒸发量是年降雨量的80倍以上。该矿主要含煤地层为侏罗系西山窑组。煤层厚,埋藏浅且易自燃,因而烧变岩区分布广泛。通过对矿区的自然地理、水文地质条件、单孔、群孔抽水试验资料的综合分析,认为区内烧变岩地下水的存储以静储量为主,并运用体积法、单位储存量法两种方法进行地下水资源储量计算。通过计算对比,认为用体积法计算的地下水存储量较为可靠。该方法对其他类似区的地下水资源储量计算有较高的参考价值。     

烧变岩岩石学及稀土元素地球化学特征

烧变岩的研究有益于对煤层形成以来所经历的构造运动、古气候和古地理的探讨.为了获得有关烧变岩基本特征的数据资料, 本文利用扫描电镜、能谱测试、古地磁及ICP-MS等测试手段对陕北神木地区烧变岩进行了系统的岩石学及稀土元素地球化学的分析研究.剖面上将烧变岩分成烧熔岩和烧烤岩两个序列.扫描电镜观察及能谱测试显示, 各矿物均显示烧熔迹象, 除伊利石外未发现其他类型粘土矿物; 磁化率测试显示烧变岩具异常高的磁化率; 地球化学分析显示烧变岩稀土元素配分特征近于沉积岩(原岩) 特征; 纵向剖面上, 随烧变程度增大(由烧烤岩至烧熔岩) 其稀土元素总量逐渐减小, 烧熔岩稀土元素总含量较烧烤岩的要明显低; 另外, 烧熔岩表现为较明显的Ce负异常, 而烧烤岩则表现为无Ce异常, 有些甚至表现为偏正异常.      

煤田烧变岩非均匀磁化的二度半模型反演

针对煤田火烧区烧变岩体的单一磁化模型反演解释难以达到预期效果的缺点,根据烧变岩体热剩磁随温度及深度的变化规律,结合小波多尺度分解二阶逼近,消除区域场,建立了非均匀磁化烧变岩体二度半多边形体反演模型。实例计算,效果良好。     

陕北烧变岩水-岩作用的劣化特性

鄂尔多斯盆地东北缘陕晋蒙交界地区存在大量煤火高温烘烤形成的烧变岩。与原岩相比,烧变后的岩体结构破碎孔隙发育,在长期水–岩作用下,形成了大量危岩体。以陕北神木大柳塔地区的烧变岩为对象,开展了50次干湿循环试验,测试不同循环次数后烧变岩物理性质与力学性质及其变化,探讨不同烧变程度烧变岩劣化特性。结果表明：烧变岩质量、硬度、力学性质下降,表面亮度降低,粗糙度与红黄色度增强;基于低场核磁共振技术(NMR)测试,烧变岩孔隙体积比例曲线右移,最大孔径扩张;微孔向大孔转化,大孔含量与总孔隙率升高;烧变作用使岩体孔隙发育,且提高了烧变岩的抗侵蚀能力,降低了色度、质量、粗糙度、硬度、力学性质的变化程度。长期水–岩作用可对烧变岩的物理力学性质与孔隙结构造成明显改变,烧变程度与初始孔隙结构能够影响劣化效果。根据研究不同烧变岩的劣化过程,得出加固低烧变程度岩体表面、加固沉积层理与原有裂隙、堵塞高烧变程度岩体孔隙,可降低水-岩作用的侵蚀破坏强度。     

陕北能源化工基地烧变岩的分布特征及水文地质意义

在分析陕北能源基地烧变岩岩性特征及形成条件的基础上,归纳叙述了烧变岩的分布规律和烧变岩分布区的水文地质特征、地下水形成条件,并简要论述了烧变岩的富水性及其水文地质意义。烧变岩主要分布在秃尾河、窟野河及其支沟的两侧,呈条带状展布,长度十到几十千米,宽度一般1-2km,分布面积近700km^2。烧变岩裂隙、孔洞发育,十分有利于上部萨拉乌苏组地下水的越流补给,通常以大泉的形式排泄于近沟脑的部位,流量、水质稳定;或于烧变岩底部盆形构造区富集,利用烧变岩地下水可缓解近期能源基地供水紧张的局面。     

陕北能源化工基地烧变岩的分布特征及其水文地质意义

在分析陕北能源基地烧变岩岩性特征及形成条件的基础上,归纳叙述了烧变岩的分布规律和烧变岩分布区的水文地质特征、地下水形成条件,并简要论述了烧变岩的富水性及其水文地质意义.烧变岩主要分布在秃尾河、窟野河及其支沟的两侧,呈条带状展布,长度十到几十千米,宽度一般1～2 km,分布面积近700km2.烧变岩裂隙、孔洞发育,十分有利于上部萨拉乌苏组殚地下水的越流补给,通常以大泉的形式排泄于近沟脑的部位,流量、水质稳定;或于烧变岩底部盆形构造区富集,利用烧变岩地下水可缓解近期能源基地供水紧张的局面.     

神府煤田张家峁煤矿烧变岩与水库水力联系研究

为了张家峁煤矿5-2煤工作面安全回采和常家沟水库水资源保护,根据水文地质调查结果,采用水位流量响应法确定了水库水是陈家塔沟泉水的来源;按照水库、烧变岩、泉点的地质关系分析了水库补给泉水的通道,认为4-2煤烧变岩与水库存在水力联系,为开采煤层上覆烧变岩帷幕截流工程提供了重要的依据。烧变岩帷幕截流工程及相应水文地质工作证明了研究成果。     

宁东枣泉煤矿矿井水文地质类型划分探讨

通过对枣泉煤矿矿井水文地质条件、矿井充水因素、矿井涌水量、矿井受水害影响程度及防治水难易程度等方面分析,以实际资料为依据,结合对《煤矿防治水规定》的理解,提出枣泉煤矿矿井水文地质类型为复杂型的结论,从而分析和评价矿井水害危害程度,经济合理地搞好矿井防治水工作提供了基础资料。     

注浆技术在治理烧变岩区煤层涌水中的应用

烧变岩储水空间开阔,补泄通畅,富水性强,是陕北侏罗纪煤田采煤区特殊而重要的含水层。基于火烧区分布范围、烧变岩物性特征和矿井主斜井涌水特征的研究,总结出其涌水规律。根据井巷布置和涌水特征,认为对烧变岩区煤层涌水的治理应采取井下注浆和地面注浆相结合的方法,并对各种方法在注浆时注浆孔的布局、结构,注浆材料及其配方、注浆参数等进行了详细说明。注浆效果显示：主斜井、1^#副斜井井壁进行壁后注浆处理后．井壁涌水量控制到3m^3／h以下,封水效果明显;3^-1煤中央胶运大巷及辅运大巷进行超前预注浆后,巷道出水量一直控制在50m^3／h以下．从而保证了巷道掘进的正常进行。顺利的通过了火烧区的富水段。     

中国煤的燃烧变质作用与煤层自燃特征

我国西北地区烧变岩分布范围广、孔隙裂隙发育、富水性强,是当地的主要含水层,其中的隐伏火烧区烧变岩地表遗迹不明显、发现难度大,煤矿开采一旦导通烧变岩含水层将导致水害事故,同时会破坏烧变岩含水层水资源。为治理隐伏火烧区烧变岩水害并保护烧变岩含水层水资源,分析我国烧变岩分布特征及烧变岩水对煤矿开采影响,研究隐伏火烧区烧变岩探查和治理技术,开展隐伏火烧区烧变岩含水层水害治理的示范应用,结合现场监测数据分析评价陕西柠条塔煤矿南翼隐伏火烧区含水层水害治理和水资源保护效果。结果表明：我国烧变岩主要分布于以昆仑山−秦岭−大别山为界的北方地区,隐伏烧变岩主要分布在鄂尔多斯盆地东北部、伊犁盆地南缘,被第四系松散层覆盖;隐伏火烧区烧变岩含水层与风化基岩含水层大多直接接触且连为一体,水力联系密切;烧变岩水害防治措施主要有留设烧变岩含水层防隔水煤柱、疏降烧变岩含水层积水和帷幕截流,其中截水帷幕可有效解放烧变岩含水层压覆的煤炭资源,解除烧变岩水害威胁并保护烧变岩含水层宝贵的地下水资源;通过精确探查出隐伏火烧区范围、布设注浆钻孔,将隐伏火烧区烧变岩含水层隔离为若干个含水体,断绝截水帷幕内外的水力联系,可保障工作面不受烧变岩水威胁,同时实现烧变岩水资源保护;柠条塔煤矿S1232工作面和S1233工作面隐伏火烧区烧变岩含水层治理后,其回采期间涌水量降至20 m³/h以内,工作面得以安全回采,截水帷幕内侧水位下降,外侧水位逐渐抬升,烧变岩水资源得到有效保护。

     

含水层富水性分区及工作面疏放水后涌水量分段预测

风化基岩与烧变岩含水层严重威胁着陕北侏罗纪煤田矿井的安全生产,精确预测其富水性与工作面涌水量对矿井防治水具有重要意义。针对具有密切水力联系的风化基岩与烧变岩含水层,以陕西红柳林煤矿15217工作面所在区域为研究区,选取含水层厚度、岩性组合指数、岩石烧变及风化程度指数、岩心采取率为评价指标,提出了基于蝠鲼觅食算法优化支持向量机的含水层富水性预测方法,通过对风化基岩与烧变岩含水层富水性的精准分区预测,将工作面划分为不同富水等级的区段。在此基础上,分析经过长时间井下疏放水后的工作面采前水文地质条件,利用动静储量法对工作面不同富水等级区段的涌水量进行预测,与矿井生产过程中的涌水量实测数据相比,涌水量预测结果误差整体较小,介于0.30～6.98 m³/h,表明此预测方法可行度与准确率较高,为红柳林煤矿及类似条件矿井工作面涌水量预测提供了新的思路与方法。     

中国北方烧变岩的分布、特征及研究意义*

中国北方烧变岩分布广泛,见于以昆仑山—秦岭—大别山为界的中国北方地区多个沉积盆地边缘,但地质学家对其研究较为薄弱。野外调查显示中国北方烧变岩主要以4种方式分布: (1)大面积连片分布,(2)沿山脉走向的线状分布,(3)沿河流下切河谷分布,(4)为第四系黄土覆盖。烧变岩主要为侏罗系、石炭—二叠系煤层自燃所致。各类型的烧变岩在中国烧变岩区不同程度发育,具瓷化结构、白化结构、烧熔结构、残余构造、气孔构造、微柱状节理、角砾状构造、垮塌构造、裂缝充填等结构和构造。其颜色以砖红色、赭红色、棕色、钢灰色最为典型,岩石中发育鳞石英、方石英、堇青石、铁堇青石、莫来石等典型高温矿物。中新世以来,中国西部、北部地区构造活动强烈,干旱气候加剧,烧变岩也主要形成于这一时期,但煤层自燃与构造运动、环境变化、古野火事件的耦合关系还鲜有提及,其所蕴含的各种地质信息值得在今后的研究中予以关注。