地面核磁共振技术在隐伏火烧区富水性探测中的应用

煤层隐伏火烧区上覆基岩复合含水层(包括风化基岩和烧变岩含水层)是煤层开采的主要威胁之一, 明确隐伏火烧区的富水性对矿井水害防治具有重要意义。基于此, 以发生过较大突水事故的柠条塔煤矿为研究对象, 利用地面核磁共振(SNMR)技术开展隐伏火烧区含水层富水性探测并对其进行分析和验证。结果表明, 隐伏火烧区共有2个含水层位, 分别为第四系松散砂层含水层和1-2 上煤上覆基岩含水层; 第四系砂层含水层富水性受地表地形及其下隔水层顶部起伏形态影响水平变化较大; 1-2 上煤上覆基岩含水层富水性总体西南较低、北东较高, 该含水层厚度9~30 m, 局部相对较厚, 推测为1-2 上煤火烧区风化基岩和烧变岩含水层的叠加反映; 研究区内1-2 上煤上覆基岩含水层总体呈现出西部及中部偏东南区域富水性相对较大, 其余区域富水性相对较小。利用SNMR得到的含水层富水程度与探放水孔及水文孔的涌水量结果大致相同, 表明该方法的勘探结果相对可靠, 可用于隐伏火烧区富水性的探测。      

煤层开采覆岩预裂–注浆改性失水控制方法探讨

陕北榆神矿区煤层开采面临顶板水害防治与水资源协同保护技术需求,根据材料力学、断裂力学相关理论,以及不同覆岩类型的采动裂隙带统计成果,提出基于预裂–注浆改性(P-G)的煤层顶板失水控制技术思路,其基本原理为通过压裂工艺将连续性好的基岩层压裂成非连续性岩层,削弱采动导水裂隙在坚硬岩层中向上扩展的“尖端效应”,抑制导水裂隙发育高度。再采用黏土类软弱注浆材料将岩层改性为相对软弱的岩层,起到抑制导水裂隙带向上发育与降低上覆岩层导水能力的双重作用,从而实现煤层顶板含水层失水控制。本文以陕北能源基地榆神矿区为对象,提出以采煤工作面地质与水文地质条件分析,采煤工作面顶板含水层涌(失)水模式识别,P-G模式、层位与时间确定,顶板岩层水平孔水力压裂与注浆改性为主要思路,对榆神矿区采煤工作面顶板含水层失水控制方法进行了探讨,为我国陕北能源基地榆神矿区顶板水害防治和水资源协同保护技术实践提供一定的借鉴。      

榆神矿区南部中小煤矿突水危险性研究

论述了榆神矿区部分中小煤矿突水实例,分析了矿井突水的地质、水文地质条件,认为,榆神矿区萨拉乌苏组含水层厚度大,富水性强,煤层埋藏浅,煤层开采后产生的冒落带、裂隙带发育到萨拉乌苏组含水层底部,从而引起突水灾害。本文提出了矿井突水预测的思路和方法,认为应该加强矿井水文地质条件研究,开展水文地质补充勘探,查明水文地质条件,做好防治水工作,减少矿井涌水量,保护萨拉乌苏组含水层结构完整性。     

陕北凉水井煤矿古河道分布及其对矿井涌水量的影响

为研究陕北侏罗纪煤田榆神矿区凉水井煤矿基岩顶面古河道控水规律,从地质及水文地质条件分析,并结合采动覆岩破坏,研究了4~(-2)煤上覆岩层空间分布特征、导水裂隙带发育、基岩顶面古河道及其控水规律。结果表明,4~(-2)煤为典型浅埋薄基岩煤层,基岩和沙层东薄西厚,土层基本全区分布,局部有条带状缺失。根据基岩顶面形态、土层缺失区,研究圈定了基岩顶面古河道,划分为有沙层充填的古河道和无沙层充填的古河道;工作面跨古河道开采"前-中-后",涌水量表现出"稳定-突增-稳定"的规律,有沙层充填的古河道区涌水量增大幅度明显高于无沙层充填的古河道区。古河道控水规律研究为榆神矿区浅埋薄基岩煤层开采矿井涌水危险性评价提供一种新思路,可为古河道发育区矿井防治水工作提供一定地质依据。     

榆神矿区最上可采煤层赋存规律及开采危害程度

为研究榆神矿区最上可采煤层赋存及开采对萨拉乌苏组含水层危害程度,依次分析了榆神矿区最上可采煤层赋存特征、最上可采煤层与上覆主要含（隔）水层空间分布规律及组合类型,基于基载比和采高的最上可采煤层覆岩导水裂隙带发育规律、煤层开采对萨拉乌苏组含水层危害程度,将榆神矿区开采受危害程度分为4类:自然保水区、保水采煤区（影响大区和影响小区）、采煤失水区及采煤无水区。结果表明:受构造及剥蚀作用影响,榆神矿区最上可采煤层及上覆基岩呈差异剥蚀,煤露头线从SE向NW呈阶梯状分布,最上可采煤层上覆基岩由NW到SE方向逐渐变薄。榆神矿区西部（三、四期）最上可采煤层开采后对萨拉乌苏组含水层危害程度小或没影响;榆神矿区东部（一、二期）最上可采煤层开采后对萨拉乌苏组含水层危害程度大。      

榆神矿区区域水文地质特征及单元划分研究

榆神矿区煤炭资源丰富,煤质优良。针对矿区水文地质资料零散、不系统的情况,概述了榆神矿区的地质条件,根据区内地下水的赋存条件及水力特征,将矿区内含水层划分为新生界松散岩类孔隙潜水含(隔)水层和中生界碎屑岩类含水层两类,分析了每类含水层的水文地质条件特征。将榆神矿区划分为四大水文地质单元:榆溪河水文地质单元、秃尾河水文地质单元、窟野河水文地质单元和红碱淖水文地质单元,详细论述了每类水文地质单元的特征。本文研究旨在深入了解榆神矿区水文地质特征,为指导矿区规划与煤炭安全生产提供理论依据与实际价值。     

陕北侏罗纪煤田榆神矿区麻黄梁井田水文地质特征及矿床充水条件分析

陕北侏罗纪煤田榆神矿区麻黄梁井田位于榆神矿区东南部,榆林城东北方向。井田内地质构造简单,煤炭资源丰富。从鄂尔多斯盆地东部地下水类型、含水岩组等区域水文地质条件入手,对陕北侏罗纪煤田榆神矿区麻黄梁井田水文地质条件进行探讨。此基础上,从煤层上覆基岩所处的古地形、煤层顶板上覆基岩厚度、煤层顶板上覆基岩的岩性及与煤层燃烧区的关系对巷道突水强度进行了分析,对该煤矿在巷道掘进的进程中出现较强突水的原因进行研究,为今后的生产提供技术资料。     

深埋侏罗系煤层顶板水探放技术实践——以呼吉尔特矿区葫芦素矿井为例

呼吉尔特矿区深埋侏罗系煤层顶板含水层主要为河流相沉积。虽然构造比较简单,主要充水含水层与上覆白垩系及松散沙层间水力联系较弱,但是含、隔水层空间组合及结构较为复杂,富水性极不均一。针对上述特点,采用沉积地质学的研究方法对典型矿井含水层空间展布规律开展了研究,对矿井主要充水的直罗组含水层进行了识别、定位与精细划分,圈定了河流沉积砂体富水条带,并通过井下探放水实践得以验证。      

淮北百善煤矿基岩风化带的隔水性研究

基岩风化带的隔水性能直接关系到煤系上覆的松散含水层乃至地表水体是否能溃入井下。本文从风化岩层的地质及水文地质特征、风化岩层与松散含水层的水文地球化学特征和风化岩层的特定属性3个方面,较为详细地评价了风化岩层的含水性与隔水性。      

巴彦高勒煤矿多相变沉积条件下煤层顶板含水层富水性特征

在区域水文地质条件研究基础上,结合水文地质补充勘探及以往勘探成果进一步研究矿区、矿井及首采区地质条件,着重研究矿井直接充水含水层延安组和直罗组地层的沉积条件、沉积环境、孔隙度、渗透率、顶板水化学特征、覆岩结构特征,评价巴彦高勒矿井多相变沉积条件下顶板含水层富水性特征。结果表明:含水层砂体呈条带状分布,富水性受沉积环境影响分布不均,水量以静储量为主,动态补给有限。研究成果为巴彦高勒矿区顶板水疏放、导水裂缝带发育特征研究等提供依据。     

榆神矿区首采煤层及上覆岩层工程地质特征

榆神矿区是陕北大型煤炭基地的重要组成部分,区内煤炭资源丰富。近年来,该矿区煤炭开发与生态环境、地质环境的矛盾日益突出。通过分析榆神矿区首采煤层分布、厚度、埋深及其上覆岩层的厚度和顶面形态,根据岩石成因、工程地质特征及物理力学性质,将该区岩(土)体划分为4个类型和7个岩组: 松散岩类(沙层组、土层组)、软岩类(风化岩组、煤岩组、烧变岩组)、较软岩类(粉砂岩与泥岩互层岩组)和较坚硬岩类(砂岩组),总结了各岩组的分布、厚度和物理力学特征。结果表明: 矿区煤层顶板多为中等—难冒落型顶板,局部地段属易冒落型顶板; 粉砂岩及细粒砂岩底板属稳定型底板,泥岩底板稳定性差。为指导矿区规划、环境评估及煤炭开发提供依据,对切实转变陕西煤炭发展方式、促进生态环境友好型矿山的发展具有积极意义。     

浅层折射法在陕北侏罗纪煤田松散层调查中的应用及效果

陕北侏罗纪煤田榆神府处于鄂尔多斯地台东部,毛乌素沙漠东南缘。由于煤层埋藏浅．积沙厚,沙层含水量大,易于发生突水溃沙事故,给矿井安全生产带来较大威胁。陕西省煤田地质局物探测量队在石圪台矿井、活鸡兔矿井、大柳塔矿等矿区先后进行了以地震折射为主的勘探工作,不仅获得了各勘探区内基岩面、潜水面等松散层的地质信息,还掌握了其古河床、古冲沟的分布情况。在石圪台矿井勘探中,根据浅部1^-2煤层反射波对折射记录续至波的干涉情况,定性圈定区内1^-2的赋存范围。经钻孔验证,连续观测浅层折射法确定的潜水面深度、基岩面深度、风化层厚度等对综采有较大影响的主要界面绝对误差均小于10m,相对误差在3％左右。     

榆神矿区强松散含水层下采煤隔水岩组特性的研究

榆神矿区萨拉乌苏组为强松散含水层，但底部发育有一层黄、红土层，根据对萨拉乌苏组强松散含水层底部土层和基岩风化带的分布、性质、水文地质等特征分析，认为该土层与基岩风化带一起构成隔水岩组，因此合理利用其岩组的隔水特性开采煤层，对保护浅部的萨拉乌苏组含水层及防止矿井地质灾害具有重要意义。     

蒙陕接壤区纳林河二号矿井首采工作面顶板富水性探查

在充分掌握地质勘探资料的基础上,利用井下物探和钻探等技术,对鄂尔多斯盆地蒙陕矿区深埋煤层首采工作面顶板水文地质条件进行了深入研究。结果表明,31101工作面顶板导水裂缝带范围内共发育三层含水层,从下往上依次为3-1煤顶板含水层、2-1煤顶板含水层和直罗组下段含水层;富水区域主要分布于2-1煤层顶板到直罗组下段岩层之间,岩性为中粒砂岩、中粗粒砂岩。切眼附近和旧回撤通道附近钻孔涌水量和水压波动较大,这两个区域顶板水富水不均一性较明显;中间位置顶板含水层发育较稳定,钻孔涌水量和水压也相对稳定,富水性比较均一。井下物探在切眼附近和旧回撤通道附近圈定的低阻异常区,主要由地层岩性和富水性等引起。     

蔚县矿区奥灰水突水规律分析及防治水对策探讨

蔚县矿区煤系基底奥灰含水层是煤层开采底板进水的主要充水含水层,已发生多次突水灾害,造成了巨大的经济损失。在分析矿区水文地质条件的基础上,对矿区奥灰岩的富水性进行了分区。通过对多年来矿区生产矿井奥灰水突入矿井资料收集整理及突水点的时空特征的研究,得出了矿区生产矿井奥灰水突水规律：首先与奥灰含水层富水性有关;其次是断层,即使是落差不大的小断层也是突水的薄弱地段;开采1号煤层,底板隔水层厚度与水头压力是控制奥灰水突入矿井的主要因素。提出了以防为主、带压开采、封堵结合,避免强行疏排的奥灰水防治水对策,并对矿井防治水措施提出了建议。     

考虑覆岩结构影响的近松散层开采导水裂隙带发育高度预测模型研究——以淮北煤田为例

近松散层开采覆岩导水裂隙带沟通上覆含水层导致了顶板水害事故的发生。在其他开采因素相似时,工作面顶板覆岩结构的不同会致使导水裂隙带发育高度出现较大差异。为此,通过收集淮北煤田17例近松散层开采覆岩导水裂隙带发育高度实测数据作为训练样本,利用一行两列向量对近松散层工作面顶板覆岩结构进行量化,并联合煤层采厚、煤层倾角、工作面斜长、开采深度、松散层厚度共计6个影响因素作为输入数据,实测导水裂隙带发育高度作为输出数据,依据径向基函数神经网络建立了考虑覆岩结构影响的近松散层开采导水裂隙带发育高度预测模型。并将该预测模型应用于淮北煤田中的青东煤矿,经钻孔冲洗液漏失量与钻孔彩色电视观测验证,获得预测结果相对误差为3.3%,低于《“三下”开采规范》中经验公式计算误差19.2%。该方法为近松散层开采导水裂隙带发育高度的合理确定提供了理论支持。     

煤层顶板次生离层水体透水机理及防治技术

为了研究以煤层顶板弱富水含水层为直接充水水源的顶板透水机理,并探索防治方法,以宁夏宁东煤田红柳煤矿1121工作面开采期间发生的4次大规模透水为切入点,通过理论分析、数值模拟并结合井下钻探等工程技术手段,得出该工作面透水是由煤层开采后顶板岩移形成的次生离层水体引发,提出了煤层顶板覆岩中隔水关键层是造成次生离层水体透水的必要条件;研究了隔水关键层位置、尺寸及其水理性质对次生离层水体周期性透水的控制作用;确定了临界隔水关键层厚度为18 m,并提出了次生离层水体致灾前疏放的最佳时机为次生离层水体形成且周期垮落前,最佳位置垂向上为煤层A主隔水关键层顶板,平面上位于下顺槽距煤帮1/6~1/3工作面斜长范围。      

西部侏罗系矿区充水含水层水文地球化学特征及矿井水来源综合识别

本文以水文地球化学理论为指导,基于研究区水文地质条件及矿山水害研究基础,构建了不同充水含水层水化学和氢、氧同位素基础特征值,结合不同煤层埋深煤矿含隔水层组合特征和导水裂隙带发育高度,综合识别了浅埋、中深埋和深埋多个煤矿的矿井水来源。研究结果显示,受水岩作用和水动力条件等因素影响,煤层上覆不同充水含水层地下水水化学类型和氢、氧同位素值差异明显;随着煤层埋深的增大,矿井水的矿化度呈显著增加趋势,氢、氧同位素整体呈减小趋势;在此基础上,综合采用水化学和环境同位素的方法对研究区不同煤层埋深煤矿的矿井涌水进行识别,认为浅埋煤矿矿井水为第四系松散含水层地下水和侏罗系砂岩含水层地下水的混合水,深埋和中深埋煤矿矿井水主要为侏罗系砂岩含水层地下水。