浅埋近距煤层开采覆岩与地表裂缝发育规律及控制

我国西部神府东胜煤田主要赋存浅埋近距煤层,煤层埋藏浅,覆岩上部厚松散层大范围分布,近距煤层开采导致覆岩与地表裂缝发育严重,加剧了原本脆弱的生态环境进一步恶化。为探究浅埋近距煤层开采覆岩与地表采动裂缝发育规律,掌握其控制方法,以柠条塔煤矿1-2煤层和2-2煤层开采为背景,结合实测统计分析、物理模拟和分形理论,掌握浅埋顶部单一煤层开采和重复采动下覆岩与地表裂缝发育特征,揭示煤柱布置对裂缝发育的控制作用。研究表明,煤层开采导致的地表裂缝可分为平行于工作面的动态裂缝和工作面开采边界地表裂缝(切眼边界侧地表裂缝和区段煤柱侧地表裂缝),动态裂缝在开采后能够实现自修复,工作面开采边界的地表裂缝不能自修复。下煤层开采区段煤柱侧覆岩与地表采动裂缝发育严重,其与区段煤柱错距密切相关。1-2煤层开采后,基岩垮落角为60°,土层垮落角为65°,边界煤柱侧地表裂缝的宽度为0.26 m。下部2-2煤层开采,煤柱叠置、错距20、40 m时,区段煤柱侧覆岩采动裂缝宽度分别为0.81、0.45和0.22 m,地表裂缝宽度分别为0.65、0.30和0.12 m。通过确定合理煤柱布置方式,能够有效控制覆岩和地表采动裂缝的发育程度,据此确定柠条塔煤矿1-2煤层和2-2煤层开采的合理煤柱错距应大于40 m。      

邵于庄煤炭勘查区新生界松散层水文地质特征

邵于庄煤炭勘查区新生界松散层厚度较厚,下伏为二叠系含煤地层,可采煤层多。区内含、隔水层组成复杂,由四个含水层和三个隔水层组成。通过对含水层水文地质条件分析,提出了第一、二含水层是矿区的主要供水水源,为保证未来建设和开采时的生活用水和工业用水,应做好水源的保护工作;同时指明了第四含水层是浅部煤组开采的主要补给水源,在煤矿设计和开采过程中,应重点予以防治。     

陕西神南矿区煤炭开采保水煤柱留设分析

陕北榆神府区是我国西部重要的原煤产地,与丰富的煤炭资源比较,水资源贫乏,生态环境脆弱,科学开发利用有限的水资源,促进煤炭基地健康发展至关重要。本文以神南矿区为例,研究了保水采煤保水煤柱留设的科学性,分析了保水采煤的技术措施,提出了针对神南矿区浅埋煤层保水需要而留设保水煤柱尺寸为20～57.2m。     

白布井田充水因素分析

通过对白布井田水文地质资料的分析研究,认为浅部6上、6中、7号煤层开采时充水水源为顶板进水的长兴组岩溶裂隙水、含煤地层裂隙水、滑坡体中的孔隙水;充水通道主要为裂隙、岩溶管道、导水裂隙带、断层带。井田深部低于白布河水位的各煤层除受上述充水水源影响外,也受河水的影响。开采东北、东南角深部28、33号煤层时,局部还会受下部茅口组岩溶水充水水源的影响。井田属以裂隙、孔隙含水层充水为主,水文地质条件中等的煤矿床。     

深层煤矿床开采地质条件及其综合探测——现状与问题

煤炭是我国的主要能源,是国民经济和社会健康发展的根本保障,但华北和东北地区多数老矿区的浅部煤炭资源已近于枯竭,需要开发深部煤炭资源。深层煤矿床处于高围压、高温度、高瓦斯含量和高孔隙压力的采矿环境,其勘探和开发不仅是工程问题,更多的是地质问题。根据我国煤炭资源勘探开发中存在的问题与现状,在深层煤矿床赋存规律、开采地质条件及综合探测研究方面,急待解决的关键科学问题是: a. 深层煤矿床的形成演化与赋存规律 ;b. 深层煤矿床赋存的初始能量场以及多场叠加效应 ;c. 深层煤矿床的流体来源、运移和赋存机理与多相介质耦合作用 ;d. 深层煤矿床关键地质体和多相介质的地球物理响应与综合勘查理论。建立深层煤矿床精细、快速综合探测理论和技术方法体系,将为深部煤炭资源的勘探与安全高效开发和一些老煤炭工业基地的可持续发展提供科学依据和理论基础。      

兖州矿区巨厚松散层下煤层开采上限研究初步成果

在分析以往资源勘探资料及矿井生产积累的大量水文地质、工程地质资料的基础上，采用数理统计、模糊评判、灰色分析、有限元等新技术与手段，对兖州矿区煤层可开采的上限进行了定量研究。并建议在由中深部到浅步逐步疏干的前提下，从宏观上只留防砂煤柱３０ｍ（原８０ｍ），因而可解放露头压煤２．９２亿ｔ，约占总储量的７．６％。     

神北矿区浅部煤层的赋存特征及影响因素

浅部煤层的赋存特征直接影响着综采面布设和开采。本文论述了神北矿区石圪台至大柳塔一带浅部煤厚变化特征,分析了其影响因素。      

姚楼井田B煤防水煤岩柱留设研究

根据姚楼井田地质勘探所取得的资料,分析了Ｂ煤开采上覆岩土层的水文地质结构及工程地质特征,对该井田厚松散层含水层下近露头带开采的防水煤岩柱尺寸作出了评价,为开采设计提供了初步依据。     

基于巨厚岩层-煤柱协同变形的煤柱稳定性

采前煤柱稳定性研究是工作面冲击危险性评估和开采方案设计的关键。以山东某矿深井巨厚砾岩条件工作面开采遗留煤柱为背景,采用案例调研、理论分析、数值模拟和工程实践等方法,对巨厚岩层-煤柱协同变形机制及其煤柱稳定性进行了研究,建立了巨厚岩层-煤柱协同变形的简化力学模型,探讨了引起煤柱变形的主要应力来源和变形形式,推导了在协同变形条件下煤柱的应力-应变关系。以此为基础,综合煤柱煤体应力、围岩稳定性和变形特征等条件,提出了煤柱整体失稳的力学判据。研究结果表明：巨厚岩层-煤柱失稳诱发冲击与煤柱的位置、尺寸和上覆岩层运动或变形关系密切,上覆岩层运动或变形是诱发煤柱失稳的动力因素;巨厚岩层-煤柱的变形主要包括受集中力F压迫的协同挠曲压缩变形和受集中力G作用的重力沉降变形,二者保持内在协调性;巨厚岩层下煤柱整体失稳的工程判据为煤柱煤体平均支承应力p超过其平均极限支承强度Rc（p≥Rc）;评估得到遗留的50 m煤柱具有强冲击危险性,并通过优化开采设计,取得了良好的效果。该研究成果对相似条件煤柱留设及其稳定性分析具有参考意义。     

潘二矿下向卸压开采高应力演化特征试验研究

为研究深部近距离煤层群下向卸压开采高应力演化的特征,根据潘二煤矿深部近距离煤层群8煤和6煤地质与开采技术条件,设计了下向卸压开采的二维相似材料模拟试验模型,对8煤和6煤开采引起的采动应力进行监测。系统分析了8煤下向开采与6煤开采后的采场围岩采动应力、岩层运移及不规则煤柱对采动应力演化的影响,获得了近距离煤层群8煤下向卸压开采的顶底板采动高应力演化特征及6煤回采期间覆岩运移、采动应力裂隙演化和来压特征,得出了下向卸压开采不规则煤柱对采动应力、裂隙分布的影响规律。研究不仅为以采动高应力演化为主导作用的煤岩动力灾害防治提供了理论基础,也为卸压开采采场参数设计与优化提供了技术支撑。     

鄂尔多斯盆地煤炭基地含水层及其保护研究

鄂尔多斯盆地周边分布着神东、陕北、黄陇和宁东四个大型煤炭基地,煤炭资源丰富,但开采利用程度低,是我国＂十二五＂期间重点开发的矿区。在系统分析盆地内侏罗系煤层顶板白垩系裂隙含水层和第四系萨拉乌苏组孔隙含水层富水性的基础上,揭示了含水层与煤层的叠置关系;以煤炭开采破坏含水层、煤层与含水层距离、煤层与地表距离、含水层富水性为依据,将含水层破坏模式划分为：破坏顶板萨拉乌苏组含水层亚区、煤层埋藏浅破坏顶板含水层及生态环境亚区、破坏顶板含水层富水性较好亚区、破坏顶板含水层富水性较弱亚区,并对含水层破坏程度进行了分区评价;最后提出了含水层保护措施,为煤炭开采后的防治水工作提供了依据。     

Development law of air leakage fractures in shallow coal seams: a case study in the Shendong Coalfield of China

Continuous air leakage from ground mining-induced cracks is a significant cause of coal spontaneous combustion, low oxygen at the working face and other disasters in shallow coal seams. This paper studies mining-induced cracks and air leakage caused by the repeated mining of shallow coal seams at the Bulianta coal mine, Shendong Coalfield, China. A similar simulation experiment was carried out in the laboratory, and then the ground mining-induced cracks were observed and the crack air leakage was detected. The results showed that the surface air flowed into the composite goaf before the fractures redeveloped to the surface during the process of lower coal seam mining. Due to the different development processes of vertical fractures in various regions, the width of the vertical fractures in the boundary area of the overlying goaf increases significantly after the repeated mining of coal seams, while the vertical fractures in the central area of the overlying goaf experience almost no change. The distribution of the surface air leakage cracks is in the shape of “回”. Graben-type cracks and half-graben-type cracks are surface air leakage cracks, which are the focus of surface air leakage problems, especially the half-graben-type cracks. The results are important in engineering for reducing air leakage from surface mining-induced cracks.     

Improving stress environment in development entries through an alternate longwall mining layout

Most coal mines in China use the longwall mining system. High stresses are frequently encountered around development entries at deep mines. This paper presents an alternate longwall mining layout for thick coal seams to minimize ground control problems. In a conventional longwall panel layout, development entries on both ends of the panel are located along the floor, and a coal pillar (chain pillar) is left between adjacent panels to ensure stability. Gateroads on either end of a longwall panel using the layout proposed in this paper are located at different vertical levels within a thick coal seam or in a geologically split coal seam for improved stability. The headgate entry/ies are driven along the floor while the tailgate entry/ies are driven along the roof. Therefore, a longwall face has a gradually elevated or curved section on one end of the panel. For the adjacent panel, the development entry may be located directly below the development entry of the previous panel or may be offset horizontally with respect to it. Based on physical and numerical modeling approaches, it is demonstrated that the stress environment for development entries employing the longwall layout is significantly improved; ground control problems are therefore minimized.     

群孔抽水试验与同位素分析在煤矿水文地质勘查中的应用

田庄煤矿主采煤层为石炭系太原组16上及17煤层,威胁煤层开采的地下水水源主要为十下灰、十三、十四灰和奥灰含水层。其中十三、十四灰含水层水力联系密切,可按同一含水层看待。十下灰岩水为16上煤的直接充水水源,十三、十四灰灰岩水和奥灰灰岩水为16上及17煤层的底板间接充水水源,在构造地段有可能转化为直接充水水源。在研究煤矿群孔放水试验的基础上,全面分析了氢氧同位素资料,结果表明井田内十下灰和奥灰含水层有各自的补、径、排系统,正常情况下水力联系较弱;十三、十四灰含水层与十下灰和奥灰含水层均发生着水力联系,在采掘及导水断层的影响下,其含水层间地下水联系变得更加密切。两种研究的结论基本一致,增加了成果的科学性和可信性。     

陕北某矿双煤层开采对覆岩影响的模拟对比

多煤层开采条件下煤层覆岩破坏具有独特的特征，影响矿井生产布置。以陕北某矿为例，以该矿地质采矿条件为基础，采用相似材料模拟实验与数值模拟相结合的方法，通过建立模拟模型，开展了双煤层开采对覆岩的破坏影响研究。结果显示:留设不同宽度的煤柱，采用相似材料模拟和数值模拟2种方法得到的煤层覆岩垮落带高度、裂隙带高度都基本一致；在双煤层开采时，留设的煤柱宽度越大，两个煤层的叠置区域就越小，煤层开采对覆岩的破坏程度就越小。在工作面布置时，建议增大两个煤层的开采距离，并尽量增加煤柱宽度，以减缓覆岩移动破坏范围和破坏程度。研究成果为类似双煤层开采工作面的设计及覆岩破坏控制提供技术支撑。      

邹庄井田水文地质条件分析研究

通过对井田内水文地质条件及可采煤层赋存情况的分析,对井田内含水层和隔水层进行了划分,并对各主要含、隔水层（组、段）的岩性、厚度、埋藏条件、分布规律及水位、水质、富水性和补给、径流、排泄条件及各含水层（组、段）之间的水力联系进行了详细阐述。分析研究了矿井的充水因素,指出在留设防水（砂）煤岩柱条件下,开采3～10煤层时,新生界第四含水层（组）为间接充水含水层,直接充水水源为二叠系主采煤层顶底板砂岩裂隙水;开采10煤层时,正常情况下太原组1灰距10煤底板较远,对开采10煤层无直接影响,但在由断层作用导致断层间距缩短或对口的部位有突水危险。此结果为矿井今后煤层开采过程中降低水害威胁、制定防治水对策提供了帮助。     

邯邢矿区奥陶系灰岩上部注浆改造技术

注浆改造是华北型煤田下组煤开采的有效防治水技术之一。但是目前该项技术只能解决浅部上组煤问题,随着采深的增大,注浆改造煤层底板薄层灰岩含水层已不能满足安全开采条件。以东庞矿下组9号煤开采为例,分析了奥陶纪峰峰组岩溶含水层富水特征,研究了对奥陶系顶部进行注浆改造的可行性和相关技术问题,得出,对东庞矿奥灰上部进行注浆改造在技术上是可行的,合理的注浆改造厚度为40 m。试验性注浆结果表明,钻孔涌水平均堵水率达到74%,注浆效果良好,并提出了下一步防治水工作建议。      

Performance of a mixed-waste landfill amid geologic uncertainty—learning from a case study: Altamont Hills,California, U.S.A.

The Jharia coalfield is the most important and active minig region; it experiences groundwater inflow and affects groundwater levels in overlying aquifers, and it provides the basis for a conceptual model of the hydrogeological impacts of coal mining. The several sandstone aquifers of the overburden are separated by aquitards that limit vertical hydraulic connection, but the inflow responds to seasonal events and seems to be linked to shallow groundwater behavior. The mine drainage behavior suggests a hydraulic connection between the mine and the shallower groundwater system. The greatest declines are directly above the panels, with an immediate response to coal mining. The inflow is localized by natural and induced fracture zones and is mostly into recent workings. The groundwater behavior is controlled by hydraulic property changes caused by mine-induced fracturing. The hydrological and chemical qualities of the shallow groundwater regime in 13 mining collieries in Mukunda Block have been investigated. Water samples collected from 30 shallow monitoring dug wells were chosen for the study. Rainfall, runoff, and infiltration rates have been calculated in the area. The water-quality plottings were used to interpret the distribution of individual chemical parameters and in predicting the water quality. The underground mine water has been classified as: (1) unconfined groundwater in the calcareous siltstone and sandstone—its composition is Na, Ca, SO₄ and Na-MgHCO₃ with moderate total dissolved solids (TDS) 200–1480 ppm; (2) the deep groundwater originating from the coal seams and associated sediments in the near-surface environments—this is a Na-HCO₃ water with higher TDS; and (3) spoil dump waters are essentially Na-HCO₃ with high TDS. This article presents some hydrologic results and conclusions relating to the hydrogeological and environmental impacts of the coal mining in the Jharia coalfield.     

底板导水裂隙带中含承压水裂隙的力学特性

华北煤田煤系地层的底部为含水丰富的奥陶系灰岩,该层灰岩与地表水系和煤系地层含水层存在着密切的水力联系。许多大型突水是采掘空间与含水层之间形成突水通道引起的。因此,分析开采工过程中底板岩体中含承压水裂隙的断裂力学特性具有重要意义。本文采用作者提出的数值方法分析了含高压水裂隙在开采过程中的断裂力学特性。假设裂隙面上作用着均匀水压力,考虑地应力的影响,采用断裂力学的叠加原理,分析了采煤工作面推进过程中含承压水裂隙的断裂力学特性,讨论了开采过程中底板承压水导升。结果表明:在工作面推进过程中,位于底板岩层且与含承压水岩层连通的裂隙,会在承压水水压力和扰动应力的共同作用下,产生破坏,导水裂隙带的高度会增加;这就增加了底板突水的危险性。     

煤层顶板"两带"高度的微地震监测技术

主要介绍了中国和澳大利亚两个煤矿在长壁开采过程中的微地震监测成果，并进行了深入的理论分析和研究。该监测的主要目的是动态测定煤层开采过程中顶板岩石“两带”（冒落带和裂隙带）的发展规律和高度，以指导相邻采区留设合理的防水或防砂煤柱。观测结果表明：研究区域“两带”的最大高度均没有到达煤层上方的含水层，顶板突水的可能性非常小，这一结果与实际情况符合；同时也表明微地震监测是确定“两带”高度及设计防水和防砂煤柱的一种可靠手段。