华北型煤田岩溶陷落柱侧壁厚壁筒突水模式研究

岩溶陷落柱作为一种特殊地质体,在华北型煤田广泛发育和分布,本文就华北型煤田岩溶陷落柱侧壁厚壁筒突水模式及判据进行了研究,这对华北型煤田煤矿安全生产有着重要意义。     

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。      

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。     

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。     

岩溶陷落柱充填特征及活化导水分析

基于对华北煤田内岩溶陷落柱充填特征的研究,本文提出泥石浆型堆积是煤系段陷落柱的主要充填物。泥石浆不仅充填陷落主腔体,同时也封堵腔壁裂隙带,“结石体”成泥砾结构,渗透性极低,是柱腔内最主要的“堵水塞” ,而柱旁贯通性节理由于高压水楔渗透劈入,可成为最优导水通道,它能将动水切入陷落柱,进而引发活化突水。      

山西省煤矿区陷落柱分布规律与突水预测研究

山西省煤矿区岩溶陷落柱主要分布在汾河流域与沁水盆地两大区域,在汾河流域,自汾河上游向下,陷落柱分布密度呈现出依次增大的趋势;在沁水盆地,表现为以盆地北缘的阳泉矿区分布密度最大,其它矿区密度较小的特点。通过对山西省煤矿区陷落柱突水性的分析,总结出判断陷落柱突水的主要影响因素：一是陷落柱是否处于强径流带,二是陷落柱充填物的胶结与压实程度,三是陷落柱所在矿区的构造与水文地质条件,并以此为依据将矿区划分为突水可能性大、突水可能性中等和突水可能性小三种类型,成功实现了矿区陷落柱突水预测。预测结果表明,霍西煤田霍州矿区是导水陷落柱发育的重点矿区,潞安矿区深部开采时存在岩溶陷落柱突水的潜在可能性,其它矿区岩溶陷落柱导水事故发生的可能性较小。     

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。     

华北型煤田陷落柱的形成及分布规律

本文概述了华北型煤田内岩溶陷落柱形成岩层的专属性(奥陶系硫酸盐～碳酸盐岩混合建造),以及构造、水化学和水动力条件所起的作用。用硫酸盐饱和指数SI_S=1的界线及其统计标高,作为陷落柱分布的平均下限;同时确定陷落柱在不同迳流带内分布的密度和规律,结果与实际符合。由膏溶作用形成的陷落柱具有四个特点,并依柱内物质组成、压实和胶结情况、承受水压大小,把陷落柱分成三种水文地质类型,指出导水的柱体一般形成较新或处在强迳流带中,但多数是隔水的。      

华北煤田岩溶陷落柱分类及其特征

在总结华北煤田多起陷落柱突水事例及对徐淮煤田40多个矿区调研的基础上,依据陷落柱不同发育阶段的水文地质工程地质特征等,将其分为4个发育阶段:前期发育阶段、强烈发育阶段、衰退阶段和死亡阶段。通过分析陷落柱发育的不同层位,将其划分为3类,即奥灰层位之上可溶岩组、奥陶纪可溶岩组及寒武纪可溶岩组。继而,将陷落柱综合划分为12类,并总结分析了各类型陷落柱的地质特征。      

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。      

Karst water control and management in the Hanxing mining area of North China

 The Hanxing mining area of North China includes three coalfields: Fengfeng, Handan and Xingtai. Six or seven coal seams can be commercially mined in Permo-Carboniferous strata, among which the lower three, accounting for 37% of the total reserves, are threatened with karst water from the underlain Ordovician limestone. Hundreds of water inrush accidents have occurred and over 30 mines have been flooded, resulting in heavy economic losses and casualties. In order to avoid water inrushes and keep the mines safely operational, dewatering in the karst aquifer was considered an essential measure. Unfortunately, this practice has caused serious environmental problems such as surface subsidence (sinkhole), dry spring, and water supply shortage. On the basis of a series of investigations and tests in the last 20 years, an alternative method, mining with water pressure, has been proposed and is the main focus of this paper. By using this method, the karst water in the limestone can be preserved to some extent and the coals can be mined in a relatively safe way. Received: 22 March 1996 · Accepted: 8 April 1996     

黄土坡滑坡形成与变形的地质过程机制

巴东黄土坡滑坡是三峡库区重大滑坡之一, 规模大, 而且形成与变形地质过程机制复杂.是与三峡库区构造强烈隆升、河流急剧下切、斜坡重力卸荷等各种作用相伴生的地质过程的结果; 其中的Ⅰ号崩滑堆积体在回水条件下深层蠕动变形较明显, 受到多方面的关注.采用地质过程类比分析方法, 通过对滑坡形成、回水前变形破坏、回水条件下变形的地质过程机制分析, 预测了深层蠕动变形使其中部和前部产生较大变形的发展趋势, 目前发现Ⅰ号崩滑堆积体的深层蠕动变形问题, 主要是库水升降的动态过程与降雨效应耦合作用的结果.      

华北型煤田底板灰岩含水层超前区域治理模式与选择准则

为建立系统的超前区域水害探查治理技术体系，分析概括我国石炭-二叠纪煤田煤层赋存及水文地质条件，从水害治理工程的系统性出发，围绕我国煤层底板水害超前区域治理工程施工过程中钻孔施工条件、层位选取、钻进工艺3个主要因素，概化形成适用于我国华北型煤田地质及水文地质条件的底板含水层注浆改造模式。综合考虑煤层埋深、煤层底板承受水压、底板岩层结构组合等判识指标，确定了各类治理模式的选择准则；结合钻孔布设、注浆材料2项指标，进一步划分出超前区域治理亚类模式。以淮北矿区、韩城矿区2个典型超前区域治理工程实践为例，分析了各区域治理模式的选取原则及工程应用效果。研究成果对指导我国煤层底板含水层超前区域治理工程模式选择与底板注浆工程实施具有重要理论指导作用。      

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.