神府—东胜矿区采煤塌陷对包气带结构的影响

通过对比采煤前和采煤塌陷过程中及稳定后包气带结构的变化,详细研究了神府—东胜矿区采煤塌陷对包气带结构的影响。研究结果表明:在采煤塌陷前,包气带组成岩性主要为风积砂岩和萨拉乌苏组粗砂岩,相对较薄,包气带组成介质层序较清晰,各岩性介质颗粒排列有序、均一,包气带内部结构以孔隙为主;在采煤发生后的塌陷非稳定阶段,塌陷裂隙贯通含水层,使地下水大量渗漏,同时产生大量贯穿地表的裂隙,引起岩土孔隙性发生变化,使得塌陷区包气带变厚,在一定深度上结构不均,浅部包气带结构转化为以裂隙为主;到塌陷稳定阶段,包气带结构变化趋于稳定,厚度增加,但在地表以下仍存在一些断续的裂缝(隙),使塌陷区包气带形成以孔隙为主,间夹断续裂隙的特殊包气带结构。     

降雨入渗补给地下水数值模拟研究

针对在地下水资源评价中入渗补给量采用经验估算存在较大误差的问题,以神东矿区为例,在广泛调查矿区包气带岩性结构并结合野外取样、室内参数测定的基础上,采用数值模拟的方法建立包气带水分运移数值模拟模型,定量模拟矿区内不同地段降雨入渗强度,探讨影响降雨入渗强度的主要因素,计算得出研究区降雨入渗系数大致在0.18~0.27,分析认为影响降雨入渗强度的因素有降雨量、潜水埋深、包气带岩性等。其中在研究区广泛分布的风积沙对地下水资源起到了一定的保护作用。     

浅埋近水平煤层采动岩移与塌陷机理研究

以神府矿区大柳塔煤矿1203综采工作面为例，建立了覆岩移动的有限元地质模型，探讨了浅埋近水平煤层采动条件下的岩移和塌陷的岩体应力位移变化，为合理设计开采方案、减少塌陷范围、保护生态环境提供科学依据。     

采煤沉陷对风沙区土壤非饱和水分入渗的影响

为研究采煤沉陷后风沙区土壤水分入渗变化规律,通过定水头注水结合入渗湿润峰测定的方法,对毛乌素沙地南缘补连塔矿区沉陷于2004、2005年的2个沉陷区土壤水分非饱和入渗变化进行研究,结果表明,垂直入渗观测时段(入渗开始后0~175 min)后期,与坡面剖面相比,丘间低地较多剖面垂直湿润峰的间距明显较大,垂直入渗持续能力较强。2004年沉陷区坡面未裂处平均垂直入渗速率、第175 min垂直入渗深度显著超过对照区坡面(P<0.05),2005年沉陷区坡面未裂处平均侧渗速率显著超过对照区坡面(P<0.05)。沉陷区丘间低地垂直入渗速率在入渗10 min左右前期升高后期降低,侧渗速率在入渗10~12 min的前期升高后期降低;沉陷区坡面垂直入渗速率、侧渗速率在大部分观测时段内升高。因子分析表明沉陷区入渗特征是丘间低地垂直入渗偏强,坡面侧渗偏强。     

The effects of a dry sand layer on groundwater recharge in extremely arid areas: field study in the western Hexi Corridor of northwestern China

Evaporation capacity is an important factor that cannot be ignored when judging whether extreme precipitation events will produce groundwater recharge. The evaporation layer’s role in groundwater recharge was evaluated using a lysimeter simulation experiment in the desert area of Dunhuang, in the western part of the Hexi Corridor in northwestern China’s Gansu Province. The annual precipitation in the study area is extremely low, averaging 38.87 mm during the 60-year study period, and daily pan evaporation amounts to 2,486 mm. Three simulated precipitation regimes (normal, 10 mm; ordinary annual maximum, 21 mm; and extreme, 31 mm) were used in the lysimeter simulation to allow monitoring of water movement and weighing to detect evaporative losses. The differences in soil-water content to a depth of 50 cm in the soil profile significantly affected rainfall infiltration during the initial stages of rainfall events. It was found that the presence of a dry 50-cm-deep sand layer was the key factor for “potential recharge” after the three rainfall events. Daily precipitation events less than 20 mm did not produce groundwater recharge because of the barrier effect created by the dry sand. Infiltration totaled 0.68 mm and penetrated to a depth below 50 cm with 31 mm of rainfall, representing potential recharge equivalent to 1.7 % of the rainfall. This suggests that only extreme precipitation events offer the possibility of recharge of groundwater in this extremely arid area.     

上方来水对坡面降雨入渗及土壤水分再分布的影响

在防止土壤侵蚀和雨后抑制蒸发的条件下,利用室内模拟降雨试验,研究了上方来水对坡面降雨入渗、湿润锋运移以及土壤水分再分布的影响。结果表明:对于初始含水量很低的土壤,与上方无来水相比,上方来水时降雨入渗过程中入渗率有一个上升的阶段,但平均入渗率反而降低;在降雨入渗初期,由于上方来水的沿程入渗,上方来水对坡面湿润锋运移的影响较大,但随后几乎没有影响,湿润锋的运移主要与基质势梯度有关;土壤水分沿坡面呈"波浪形"分布是坡面径流的波动性、上方来水(径流)的沿程入渗以及侧向沿坡向下流等综合作用的结果。     

淮南采煤沉陷区积水来源的氢氧稳定同位素证据

淮南是我国东部重要的能源基地,由于长期地下采煤,地表形成大面积的采煤沉陷区并积水,造成严重地质灾害。针对于此,部分学者提出利用采煤沉陷区建立"平原水库"解决周边地区干旱年份农田缺水问题的设想。然而,一方面,由于煤层上覆几百米厚的新生代沉积,采煤塌陷形成的沉陷裂隙是否沟通了不同含水层之间的水力联系,并因此改变了这个地区的地下水系统,成为区域水资源评价需要了解的一个重要科学问题;另一方面,建立"平原水库"需要有稳定的补给水源,采煤形成的沉陷裂隙如果沟通了地下不同深度含水层的水力联系,是否使地下水成为塌陷区除降雨外的重要补给来源,这就成为评价"平原水库"水资源潜力的重要参考依据。氢氧稳定同位素是示踪天然水体水来源的重要手段,笔者在淮南矿区采集了旱季和雨季的浅层地下水、河水、雨水、沉陷区的积水等不同水体的水样23件,分析了其氢氧稳定同位素组成并与深层地下水进行对比。结果表明:雨季和旱季,该地区采煤沉陷区积水的氢氧稳定同位素组成都非常接近大气降水的氢氧稳定同位素组成,而与深层地下水的氢氧稳定同位素组成相差较大,说明采煤沉陷区的积水来源主要是大气降水补给。采煤沉陷区的沉陷裂隙贯穿了整个新生代地层,使地表水发生下渗与在深部与深层地下水发生不同程度的混合,而深层地下水尚不是"平原水库"的稳定补给源。     

煤矿采空沉陷预测因素分析及计算方法

采空沉陷的预测是矿山开发利用、矿山地质环境保护与治理的重要依据,该文论述了影响煤矿采空沉陷预测的各种因素和应注意的问题,提出了易操作、直观、可动态管理的计算方法,以及矿山在开始采矿之前必须开展地表岩移监测等合理化建议。     

分布式“河道-沉陷区-地下水”水循环耦合模型——Ⅱ:模型应用

以淮南潘谢矿区2010年沉陷状况为背景,采用2001—2010年水文气象数据,应用构建的分布式"河道-沉陷区-地下水"耦合模拟模型对沉陷区水循环状况进行了模拟,并对模拟结果进行了检验。结果表明,河道汇流、水面降水、地下水和产流在沉陷区积水补给中所占比例分别为84.6%、8.8%、3.6%和3.0%,河道下泄、水面蒸发、渗漏和引水在沉陷区积水排泄中所占比例分别为80.6%、8.2%、1.3%和9.9%,沉陷区的自然水循环主要依赖于相连河道,其次为水面降水与蒸发,与地下水关联甚微。     

柴北缘西大滩矿区煤系沉降-埋藏史研究

虽然沉降-埋藏史模拟技术在油气地质研究中被广泛使用,但是却很少用于煤田地质研究。随着高产高效矿井和深部煤炭资源开采的展开,对煤田地质研究的要求也越来越高。迫切需要把沉降-埋藏史模拟等新技术引入到煤田地质研究中。以柴达木盆地北缘西大滩矿区的研究为例,根据煤田地质和沉降、埋藏史模拟技术的特点．介绍了用于煤盆地构造演化研究的沉降-埋藏史模拟技术方法,并对西大滩矿区侏罗纪煤系的沉降-埋藏史模拟结果进行了分析。认为研究区的构造演化可划分为中生代阶段（J1-J3）和新生代阶段（E—N）,其间被白垩纪时期的盆地抬升剥蚀所分开。实例研究表明,沉降史和埋藏史模拟技术为盆地构造演化研究提供了定量或半定量的技术手段。     

山西阳泉矿区刘村采煤塌陷机理及数值模拟

选取山西阳泉矿区单煤层开采引发的强烈地面塌陷作为研究对象,在详细介绍刘村采煤塌陷所处地质环境背景及其发育变形特征的基础上,根据区域岩体工程地质特征,将其划分为12层岩组;运用关键层、复合关键层理论对采煤塌陷机理进行了分析,获取Hoek-Brown岩体力学参数;采用Flac5.0 Extrusion对刘村采煤塌陷坑进行了反演模拟。数值模拟反映各阶段采动裂缝在地表的发育分布情况并计算了最终沉降量,覆盖层裂缝自然修复周期为2个月,基岩裂缝自然修复周期为3个月;采动裂缝最终在平面上呈“θ”形,塌陷中心1和塌陷中心2最终沉降量分别达到4.5 m和4 m,塌陷面积是工作面面积的1.85倍。模拟结果与调查监测数据高度吻合,客观地反映了地表变形和深部覆岩塌陷的发展变化过程,为塌陷机理分析起到了帮助作用。该套岩体力学参数与模拟方法适用于阳泉矿区采煤塌陷精准预测。     

山西龙子祠岩溶泉流量动态特征与影响因素分析

选取山西南部典型岩溶泉龙子祠泉域为研究对象,利用1954-2018年65年长时序的泉水流量、降水监测数据及1990-2018年的开采数据,分析其动态特征及响应规律。结果表明:该泉域泉流量在2.94～8.39 m3·s-1之间波动,多年平均流量为4.74 m3·s-1;年内泉流量对降水补给响应有4个月的时间滞后性;开采量保持较高水平时,泉流量总体呈明显下降趋势。利用多元回归方法建立两个阶段（1954-1989年和1990-2018年）的数学模型,并对其进行模拟和误差分析,结果显示:第一阶段泉流量影响因素主要为前一年降水和前两年降水;1990年开始存在开采活动,第二阶段受降水和开采共同制约,与当年开采量负相关且受其影响最为强烈,其次受前一年和前两年降水影响;整个时间序列上流量误差为11.62%,模拟效果较好。      

多煤层开采覆岩破断过程的模型试验与数值模拟

首先分析了研究区煤矿山西组煤层剖面和水文地质特征,针对多煤层联合开采的特点和覆岩的工程地质特征,采用工程地质力学模型实验、数值模拟计算相结合的综合研究方法,分析了多煤层开采的采动影响及岩层动态断裂机理,得出了有关岩层移动参数和多层煤同采时应力分布状态,计算得到了多煤层开采垮落带与导水裂隙带的发育高度分别为32m和81.5m,导水裂隙带高度影响范围已经达到风化带,未形成切冒,局部穿透粘土层。     

澄合矿区煤系地层沉积环境及成煤条件分析

以大量勘探钻孔资料及野外观测为基础，对澄合矿区煤系地层沉积环境及成煤条件进行了分析研究，阐述了本区煤系主要在岸线附近的滨海平原及近海内陆环境沉积。其中滨海及泻湖波浪带最有利于成煤，因受地壳近南北向不均衡沉积的控制，区内煤系及煤层变化多呈南北向带状分布，为今后的地质勘探和煤矿开采提供了依据。     

济宁市区地面沉降及防冶措施研究

地面沉降是近年来我国和世界上许多城市出现的重要的地质灾害之一,济宁城区1988年发现地面沉降,并以25．2mm／a沉降速度发展。本文从新构造运动、地下水开采、第四系砂土特征等方面,分析了济宁城区地面沉降的产生原因,指出新构造运动与超量抽取地下水是造成济宁城区地面沉降主要原因;通过对地下水开采量的变化趋势,中、深层地下水的补给条件的分析,对地面沉降变化趋势作出了预测;根据济宁市地处济宁矿区的特点,提出了综合利用地下水、防治济宁城区地面沉降进一步发展的对策。     

采煤塌陷裂缝对沙蒿吸水来源影响试验研究

采煤塌陷引起的地裂缝不仅造成地质灾害,还会影响矿区植被的生长发育,破坏矿区生态系统。为深入探讨采煤塌陷裂缝对沙蒿吸水来源的定量影响,在神东矿区活鸡兔井田22312工作面选取了受采煤塌陷裂缝影响程度不同的3个试验区进行同位素标记水模拟降水试验。3个试验区根据沙蒿与裂缝的距离不同划分,其采煤塌陷情况分别为未开采区(试验样地内沙蒿距离裂缝大于50 m)、受采煤塌陷影响但无明显裂缝区(简称无明显裂缝区,试验样地内沙蒿距离裂缝大于5 m)以及裂缝区(试验样地内分布有宽度15 cm左右的裂缝通过,且距离沙蒿0~20 cm)。本次试验选择6株沙蒿作为研究对象,划分6个土壤剖面,采用液态水同位素分析仪LGR和Isoprime 100同位素比值质谱仪IRMS分别计算不同土层土壤水和植物样本木质部水的δ18O和δ2H同位素含量,并利用R脚本的MixSIAR贝叶斯混合模型量化降水后不同土层对沙蒿吸水的贡献,探讨土壤水分补给机制和植物水分来源。结果表明:(1) 裂缝区的优先流比例为18.2%;(2) 在未开采区,沙蒿吸收的59.7%的水分来自10~20 cm的土层;(3) 在无裂缝区,沙蒿主要从40~60 cm土层(46.6%)和0~10 cm土层(39.4%)吸水;(4) 在裂缝区,沙蒿吸收的85.9%的水分主要来自40~60 cm的土层。研究结果对揭示采煤塌陷裂缝区土壤水补给机制以及沙蒿吸水模式具有重要意义。      

基于弹性薄板理论的煤矿采空区地表沉陷预测

采煤沉陷已成为煤矿区危害范围最广、影响程度最大、延续时间最长的一种工程地质灾害,在对赵各庄煤矿矿山地质环境调查的基础上,分析采空沉陷区地质灾害发育及成因特征,基于弹性薄板理论的规划开采区域采空区地表沉陷预计,可初步预计采空区地表沉陷特征并对其引发地质灾害进行预测。     

铁法矿区采煤沉陷区的发展演化趋势分析

通过对矿区采煤沉陷区的调查，对影响沉陷形成的主要因素(煤层的厚度、煤层的埋藏深度、上覆底层的物理力学性质、松散层的厚度、矿井开采条件等)进行了针对性的分析，并对将来煤炭采空区的地面沉陷情况(至2010年末，区内将再形成约55km^2的沉陷与变形区)进行了预测，为该矿区地面沉陷的综合治理提供依据。     

概率积分法在大柳矿井11采区开采地面塌陷预测中的应用

根据大柳矿井11采区上覆岩层的实际情况,采用概率积分法对煤层开采后的地表变形情况进行了预测,绘制了地表下沉等值线图,分析了地表沉陷对周围环境的影响程度和范围,并提出了防治措施,为区内开展类似研究工作和大柳矿井未来生产沉陷的防治提供了参考依据。     

新疆苇湖梁煤矿塌陷区遥感监测研究

苇湖梁煤矿已有50多年的开采历史, 长期的地下开采造成了严重的地面塌陷。本文将新疆苇湖梁煤矿塌陷区作为研究区, 以2013年的IKONOS高分遥感影像为主要数据源, 以ArcGIS为支撑平台, 采用人机交互的解译方法对塌陷区的相关信息进行提取, 结合实地调查验证的方法, 分析研究区内地质灾害的特征。通过遥感调查发现: 研究区内发育规模较大、位于塌陷区周围的拉伸区的地裂缝约有64条;塌陷坑(群)约有94个, 主要分布于南北塌陷槽及两侧;塌陷回填区总面积达0.92 km², 并在回填区发现了3个新塌陷坑。本文充分发挥了遥感技术宏观性强、速度快的特点, 调查结果反映了塌陷区灾害的实际情况。