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煤矿防治水“三区”划分方法及其水害防治意义 被引量:25
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作者 曾一凡 于超 +7 位作者 武强 赵菱尔 尹尚先 张博成 刘泽洋 崔雅帅 阚雪冬 黄浩 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期3605-3618,共14页
为系统性认识矿井各类水害问题,规范化管理矿井防治水工作,国家矿山安全监察局于2022年6月将针对老空水防治的“三区”管理工作推广到顶板水害、底板水害以及构造水害等更多水害类型中。然而各地煤矿在防治水“三区”划分过程中暴露出... 为系统性认识矿井各类水害问题,规范化管理矿井防治水工作,国家矿山安全监察局于2022年6月将针对老空水防治的“三区”管理工作推广到顶板水害、底板水害以及构造水害等更多水害类型中。然而各地煤矿在防治水“三区”划分过程中暴露出水害致灾因素和水害治理情况等与划分标准结合不紧密,并且技术上未针对不同煤层和采区进行区别划分,同时划分区域范围和划分结果的规范性和时效性存在不统一。据此,结合防治水“三区”划分的目的,对比了新“三区”划分与老空水“三区”划分的异同,明确了以水文地质条件勘查程度、水害隐患分析、水害治理情况为要素的划分原则,理清了“三区”划分的技术路径;结合我国常见的5种煤矿水害类型特征,提出了不同类型水害的划分方法,即:地表水害应根据井田内地表水体的分布发育特征以及大气降水、滑坡等地质灾害对开采的影响程度等进行划分。顶板水害应根据导水裂隙带范围内是否存在富水性强或者富水性中等静储量丰富含水层、松散含水层等对开采造成威胁进行划分。底板水害应根据煤层带压开采区域底板隔水层厚度与矿压破坏带深度之间的关系以及底板突水系数大小进行划分。老空水害应根据矿井及周边矿井老空积水分布范围、积水量情况进行划分,构造水害应根据井田内断层、陷落柱、溶洞等地质构造和不良地质体的富水性、含水性、与水源导通情况进行划分;总结了划分工作的要点和难点,即:明晰划分时空范围、综合分析划分标准、明确“三区”管理职责、动态转换划分结果等;在此基础上,选择水害类型多样和水文地质条件复杂的典型煤矿井,遵循划分原则,根据划分标准,分煤层、分采区划分了可采区、缓采区、禁采区,并加以详细的解释说明;阐明了开展“三区”划分工作具有提升综合探测水平、强化预测预报能力、找准水害治理方向的水害防治意义,以期指导和规范我国煤矿防治水“三区”划分工作。 展开更多
关键词 煤矿水害防治 “三区”划分 水文地质条件 水害致灾因素 水害治理措施
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中国煤矿水害综合防治技术与方法研究 被引量:58
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作者 崔芳鹏 武强 +2 位作者 林元惠 赵苏启 曾一凡 《矿业科学学报》 2018年第3期219-228,共10页
本研究对基于充水水源、煤层与含水层相对位置和导水通道等依据进行分类的诸多矿井水害的防治技术与方法进行了分析与探讨。首先,分析阐述了基于充水水源进行分类的大气降水型、地表水源型、地下水源型、采空区水源型、袭夺水源型和离... 本研究对基于充水水源、煤层与含水层相对位置和导水通道等依据进行分类的诸多矿井水害的防治技术与方法进行了分析与探讨。首先,分析阐述了基于充水水源进行分类的大气降水型、地表水源型、地下水源型、采空区水源型、袭夺水源型和离层水源型矿井水害的相应防治技术与方法;其次,分析阐述了基于煤层与充水含水层相对位置关系进行分类的顶板充水型、底板充水型和周边充水型矿井水害的相应防治技术与方法;最后,分析阐述了基于导水通道进行分类的陷落柱通道型、断裂裂隙通道型、窄条状隐伏露头通道型和其他导水通道型矿井水害的相应防治技术与方法。研究成果可为不同类型煤矿水害的精细化防治提供技术支持。 展开更多
关键词 煤矿水害 综合防治技术方法 充水水源 煤层与含水层相对位置 导水通道
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我国不同类别煤层底板水害致灾机理与防控远景导向 被引量:10
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作者 曾一凡 朱慧聪 +9 位作者 武强 王厚柱 傅先杰 王铁记 王玺瑞 樊九林 胡荣杰 才向军 阚雪冬 高生保 《煤炭学报》 北大核心 2025年第2期1073-1099,共27页
我国成煤条件苛刻,赋煤环境复杂多变,资源呈全域性跨多地质类型、点散式分布,导致回采共(伴)生地质灾害频现。同时,伴随煤炭资源开发布局优化调控,煤层底板水害负面导向性越趋显著,高承压水水力驱动及强敏感性缺陷构造活化的协同作用导... 我国成煤条件苛刻,赋煤环境复杂多变,资源呈全域性跨多地质类型、点散式分布,导致回采共(伴)生地质灾害频现。同时,伴随煤炭资源开发布局优化调控,煤层底板水害负面导向性越趋显著,高承压水水力驱动及强敏感性缺陷构造活化的协同作用导致煤层底板水害宏观动力学表象威胁性显著提升,成为我国煤炭资源高质量转型发展的内生阻力。为全方位掌握我国煤层底板水害发展形势,探讨未来基于新技术开展防控作业的重点攻关方向,从时间、空间、突水量等多维视角下全方位展示了近年来我国煤层底板水害动态演变趋势,对类型进行了“总−分”式细划,并通过建立地质力学模型探讨了我国煤层底板水害力学互馈响应机制,基于灾害宏观表象等揭示了其内生致灾机理,指出了防控技术理念的新发展路径和远景导向。研究发现:统计分析了我国煤层底板水害多维视角下的演变规律和特征,探讨建立了我国煤层底板水害主体架构,依据事故核心致因体系及宏观致灾表象等将煤层底板水害划分为岩溶陷落柱突水、断层活化突水及裂隙导升(复合)灰岩水突涌3大类,进一步细化为全路径贯通增量导升型突水(岩溶陷落柱)、贯穿煤层型突水(断层)、单层随采卸荷直接型突水(裂隙)等12个子类,并针对性的独立分析了3个大类煤层底板水害地理空间分布规律;分析了地应力和承压水水压对岩溶陷落柱突水过程承压水导升路径异化发育作用机制,提出了覆岩顶板动/静载扰动诱发底板岩溶陷落柱突水模式,阐明了其力学启动条件及致灾机理;建立了煤层底板断层宏细观地质力学构造概化模型,基于诱发断层活化突水的核心致灾诱因识别并建立了不同类别煤层底板断层活化突水力学判据;以裂隙为基础单元,“由1至n”式建立了单一层位和复合层位承压含水层诱发裂隙型导升(复合)灰岩水突涌的临界判别条件,揭示了该类型底板水害全过程致灾机理;在总结现行煤层底板水害探查、预测及控制技术理念基础上,结合前沿发展方向,指出并建议在煤层底板本底地质基因的全生命周期采动诱变特征三维动态重构、适用于时空分异动态地质环境的煤层底板突水预测预报理念升级、低扰动强干预的随采随治保/控水互馈注浆治理技术应用、修复后地质生态系统长效监控诊断诊疗平台建立等方面展开攻关,构建煤层底板水害全时空防控大体系,紧跟新质生产力大背景下全煤行业新业态发展步伐。 展开更多
关键词 矿井水防治 底板水害 岩溶陷落柱 断层 致灾机理
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我国煤矿水害事故特征、致因与防治对策 被引量:108
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作者 曾一凡 武强 +5 位作者 赵苏启 苗耀武 张晔 梅傲霜 孟世豪 刘晓秀 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期1-14,共14页
水害作为煤矿“五大灾害”之一,在威胁煤矿安全生产和职工生命安全方面,已成为仅次于瓦斯事故的第二大“杀手”。2000—2022年,全国煤矿共发生水害事故1206起、死亡5018人,其中较大以上水害事故103起,死亡2039人。为总结事故教训,探寻... 水害作为煤矿“五大灾害”之一,在威胁煤矿安全生产和职工生命安全方面,已成为仅次于瓦斯事故的第二大“杀手”。2000—2022年,全国煤矿共发生水害事故1206起、死亡5018人,其中较大以上水害事故103起,死亡2039人。为总结事故教训,探寻事故规律,用事故教训推动水害防治工作,从地理区域、年代、季节、水文地质类型、突水水源和煤矿企业所有制等对水害事故特征进行了不同维度的统计和分析。结果表明,在事故特征方面,矿井水文地质类型复杂程度与水害事故发生频率高度一致;华南地区事故起数和伤亡人数位居首位,且全年内水害事故高发期主要集中在3—5月和7—8月;老空水是水害事故的主要充水水源,具有极强的隐蔽性和危害性,并且主要发生在技术探查及管理能力更弱的乡镇所有制煤矿中。在事故致因方面,客观上开采环境复杂,主观上重视不够,即管理不当和违法违规开采,是事故发生的主要原因;点状的陷落柱和线状断层构造等隐蔽导水内边界以及老空水等未按规定探放,是事故发生的主要技术原因。最后,采用文献计量学可视化分析发现,当前煤矿水害方面聚焦的研究主题可以很好地对应“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的煤矿防治水原则。从破解煤矿水害“风险查不清”“有险断不准”“出险治不了”等困境出发,相应从矿井充水因素和隐蔽致灾地质因素普查、立体充水水文地质条件分析以及分类源头精准防治等3大方面提出相应的对策;并顺应水害防控信息化和智能化发展趋势,提出透明矿山、水害灾变监测预警和应急救援等保障技术措施。 展开更多
关键词 矿山安全 矿井突水 隐蔽致灾因素 探放水 水害防治
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我国煤矿矿井水全生命周期保护与利用研究 被引量:4
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作者 武强 高俊莲 +1 位作者 曾一凡 程洋 《中国工程科学》 北大核心 2025年第2期184-204,共21页
煤矿矿井水既是宝贵的战略性水资源,又是重要的隐蔽致灾因素,其科学保护与高效利用对保障煤矿安全生产、推动煤炭行业绿色低碳转型和助力国家“双碳”目标实现具有重要意义。本文基于煤炭行业高质量发展需求,系统研究了矿井水全生命周... 煤矿矿井水既是宝贵的战略性水资源,又是重要的隐蔽致灾因素,其科学保护与高效利用对保障煤矿安全生产、推动煤炭行业绿色低碳转型和助力国家“双碳”目标实现具有重要意义。本文基于煤炭行业高质量发展需求,系统研究了矿井水全生命周期保护和利用问题。从系统工程视角出发,明确了矿井水全生命周期保护和利用的科学内涵,即统筹矿井水“产生-运移-利用-循环”全过程,形成源头减量化、过程无害化、末尾资源化、终端回灌化(“四化”)的综合治理模式;梳理了我国煤矿矿井水在“四化”各环节保护与利用的技术发展现状,总结了面临的技术创新不足、市场机制不完善、政策标准与技术规范缺失等挑战。在此基础上,构建了以资源战略、产业战略、生态战略为导向的矿井水资源保护和利用战略体系,提出了源头控制提效、处理过程提质、综合回用提值、终端处置提容的治理思路,系统部署了核心技术攻关、全链条示范引领、市场化产用协同、生态安全保障、智慧管理平台建设等五大工程体系,以形成技术创新驱动、工程建设支撑、市场运营保障、生态安全护航、智慧管理赋能的协同推进格局。研究建议,构建现代化治理体系、突破核心技术瓶颈、推进产业转型升级、完善标准评价体系、强化协同治理机制,为推动煤炭行业绿色转型和矿井水由废水管理向战略性水资源转变提供系统性解决方案。 展开更多
关键词 矿井水 全生命周期管理 源头减量化 过程无害化 末尾资源化 终端回灌化
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我国煤矿水害事故现状、预测及防治建议 被引量:26
6
作者 孙文洁 李文杰 +1 位作者 宁殿艳 任凌枫 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期185-194,共10页
现阶段我国煤炭资源开发格局发生变化,制约煤矿安全生产的水害事故仍时有发生,为探究我国煤矿水害事故的特征规律,科学研判水害事故演变趋势,以2001−2022年全国煤矿水害事故作为统计对象,从水害事故发生年份、发生区域、事故级别以及水... 现阶段我国煤炭资源开发格局发生变化,制约煤矿安全生产的水害事故仍时有发生,为探究我国煤矿水害事故的特征规律,科学研判水害事故演变趋势,以2001−2022年全国煤矿水害事故作为统计对象,从水害事故发生年份、发生区域、事故级别以及水害事故的影响因素等方面进行研究,构建长短期记忆神经网络(Long Short-Term Memory,LSTM)模型,同时引入等维新息灰色G(1,1)模型作为基准模型,对2023−2024年全国煤矿水害事故百万吨死亡率进行预测,并根据事故发生特征提出相应的防治措施。结果表明:2001−2022年我国水害事故共1103起,死亡人数为4667人,从2016年开始我国煤矿水害事故起数下降至个位数,事故死亡人数控制在每年50人以内,随着我国煤炭资源开发中心西移以及煤炭资源开采深度加大,煤矿水害事故起数和死亡人数又有上升的趋势;我国煤矿水害事故主要发生在华北、华南和东北水害区,表现出明显的集聚性,近两年发生在西北水害区的煤矿水害事故占近两年总起数的36.36%,死亡人数占比高达74.24%;煤矿水害事故规模整体控制较好,特别重大煤矿水害事故从2011年开始清零,重大水害事故波动下降后在近两年又有反弹,较大和一般水害事故发生起数和伤亡人数明显降低;在目前煤炭资源开发格局下,煤炭产量稳步递增导致不确定性水害致灾风险的提高;LSTM模型的预测精度高于等维新息灰色G(1,1)模型,2种模型未来两年全国煤矿水害事故百万吨死亡率预测值分别为0.0041、0.0022与0.0035、0.0012,预测结果均显示我国煤矿水害事故造成的伤亡人数整体呈现下降趋势,安全形势稳定。 展开更多
关键词 煤矿水害 事故特征 演变趋势 统计分析 长短期记忆神经网络 百万吨死亡率 安全
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老虎台煤矿浅部充填体原位渗透特性研究
7
作者 张健 刘守强 +1 位作者 郭亮亮 刘钦 《矿业科学学报》 北大核心 2025年第4期661-669,共9页
井工开采使用的人工合成多孔充填材料固有的导水和渗透特性,给井下工作面带来潜在水害风险。为深入探查老虎台煤矿浅部充填体原位导水能力,采用室内测试、数值分析和基于氯化钠与大气降水的联合连通试验方法,研究天然条件下充填体的渗... 井工开采使用的人工合成多孔充填材料固有的导水和渗透特性,给井下工作面带来潜在水害风险。为深入探查老虎台煤矿浅部充填体原位导水能力,采用室内测试、数值分析和基于氯化钠与大气降水的联合连通试验方法,研究天然条件下充填体的渗透性。结果表明:浅部人工充填体主要物质组成为页岩,混合有炉渣、粉煤灰及河砂,强度低、胶黏性差、易破碎,遇水后强度迅速衰减。基于氯化钠与大气降水的联合连通试验,井下监测点电导率表现出的变化特性,是充填材料组分和降水内外因素共同作用的结果。5处监测位置电导率转折点出现时间反映充填体内地下水循环交替速度差异,充填材料组成和分布特性影响其渗透性,充填体的平均渗透系数为5.8 m/h,与已有示踪试验和数值分析结果处于同一数量级。 展开更多
关键词 充填体 渗透性 材料组分 数值分析 连通试验
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“煤-水”双资源型矿井开采技术方法与工程应用 被引量:86
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作者 武强 申建军 王洋 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第1期8-16,共9页
由于我国东、西部地区煤-水资源呈逆向分布,为解决煤炭资源安全绿色开发、水资源供给、生态环保之间的尖锐矛盾和冲突,实现煤矿区水害防治、水资源保护利用、生态环境改善的多赢目标,在阐述"煤-水"双资源型矿井开采概念与内... 由于我国东、西部地区煤-水资源呈逆向分布,为解决煤炭资源安全绿色开发、水资源供给、生态环保之间的尖锐矛盾和冲突,实现煤矿区水害防治、水资源保护利用、生态环境改善的多赢目标,在阐述"煤-水"双资源型矿井开采概念与内涵的基础上,提出了根据矿井主采煤层的具体充水水文地质条件优化开采方法和参数工艺、多位一体优化结合、井下洁污水分流分排、水文地质条件人工干预、充填开采等"煤-水"双资源型矿井开采的技术和方法。以蔚县矿区兴源矿为工程背景,提出了松散含水层下薄基岩区房式保水开采方案,建立了煤房"固支梁"力学模型,提出了基于让压理论的煤柱设计方法,修正了屈服煤柱上覆载荷计算公式。结果表明:主关键层的存在和稳定扩大压力拱的形成是屈服煤柱设计的关键,且屈服煤柱具有足够的强度支撑扩大压力拱下方的覆岩重量;采5留4、采5留5、采6留5等方案具有可靠的安全系数。 展开更多
关键词 双资源型矿井 保水采煤 多位一体优化结合 压力拱 屈服煤柱
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皖北矿区主要水害问题及其防治对策 被引量:1
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作者 吴玉华 段中稳 胡荣杰 《煤炭工程》 北大核心 2016年第B11期40-42,46,共4页
为解决皖北矿区的水害,文章介绍了皖北矿区主要水害问题,阐述了皖北矿区应对水害问题所采取的关键技术为:松散强含水层下煤层安全开采成套技术,底板承压灰岩水上治控技术体系,隐伏陷落柱预测与治理技术,水害预测预警及混合水源识别技术... 为解决皖北矿区的水害,文章介绍了皖北矿区主要水害问题,阐述了皖北矿区应对水害问题所采取的关键技术为:松散强含水层下煤层安全开采成套技术,底板承压灰岩水上治控技术体系,隐伏陷落柱预测与治理技术,水害预测预警及混合水源识别技术,矿井水文地质条件超前精细探查技术,矿井水资源化利用技术。通过上述技术和管理对策保障了矿区持续安全高效生产,取得了显著的经济和社会效益。 展开更多
关键词 皖北矿区 水害问题 煤矿防治水技术 控水开采
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新常态下我国煤矿废弃矿井水污染防治与资源化综合利用 被引量:55
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作者 孙文洁 任顺利 +2 位作者 武强 董东林 甘先炎 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第6期2161-2169,共9页
随着我国经济发展进入新常态且供给侧改革不断推进,大量煤矿因资源消耗殆尽、产能过剩进入关闭行列,为有效应对矿山闭坑后因矿井水大量排出和废弃产生资源浪费、环境污染、资源化利用效率低等一系列问题,系统分析了我国关闭矿井时空发... 随着我国经济发展进入新常态且供给侧改革不断推进,大量煤矿因资源消耗殆尽、产能过剩进入关闭行列,为有效应对矿山闭坑后因矿井水大量排出和废弃产生资源浪费、环境污染、资源化利用效率低等一系列问题,系统分析了我国关闭矿井时空发展性质和特征。阐述了我国矿井水污染特征、污染模式及晋陕蒙宁甘区、华东区、东北区、华南区、新青区“五大区”矿井水分布性质,针对废弃矿井水引发的地质灾害、造成地表水和地下水污染、土壤重金属积聚和影响植被生长等负面效应,在矿井闭坑前、废弃采空区和串层污染等方面提出了具有针对性的预控治理措施。结合我国废弃矿井水的实际水文地球化学特征,提出了一套关于洁净矿井水、含悬浮物矿井水、高矿化度矿井水、酸性矿井水和含毒害物矿井水的处理方法及工艺体系。根据煤矿矿井水资源化利用现状,提出了建立地下污水处理中心和抽水蓄能发电站因地制宜的资源化利用途径,同时结合当地经济发展、水资源紧缺状况和生态文明建设等因素,制定了处理后废弃矿井水供井下生产和井上生活、农业、工业和生态等方面资源化综合利用体系。最后,展望了废弃矿井水资源化利用的绿色开发战略和未来发展方向,将积极推动废弃矿井水资源化综合利用,有效缓解我国部分地区水资源紧张的局面,实现煤炭行业的绿色健康发展和矿区生态文明建设,满足经济效益、社会效益和环境效益多方共赢。 展开更多
关键词 废弃煤矿矿井 矿井水处理 污染防治 资源化利用 矿区生态文明
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注浆工程扰动下煤系砂岩含水层水岩作用机理——以桃园煤矿为例 被引量:6
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作者 郭艳 桂和荣 +11 位作者 魏久传 倪建明 成荣发 庞迎春 张治 洪荒 胡满聪 崔亚利 梁展 李俊 陈家玉 李晨 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2021年第1期232-240,共9页
煤系砂岩裂隙水是煤矿重要的充水水源之一,以淮北煤田桃园煤矿二叠纪煤系为研究对象,在分析该矿水害注浆治理以来煤系水水化学特征的基础上,阐明了地下水水文地球化学作用机理及其控制因素。结果表明:注浆治理期间,煤系水中主要阳离子为... 煤系砂岩裂隙水是煤矿重要的充水水源之一,以淮北煤田桃园煤矿二叠纪煤系为研究对象,在分析该矿水害注浆治理以来煤系水水化学特征的基础上,阐明了地下水水文地球化学作用机理及其控制因素。结果表明:注浆治理期间,煤系水中主要阳离子为Na^(+),主要阴离子为SO4^(2-);阳离子质量浓度由大到小为Na^(+)、Ca^(2+)、Mg^(2+),阴离子质量浓度由大到小为SO4^(2-)、HCO3^(-)、Cl^(-);通过Durov水化学图分析,注浆治理期间煤系水化学类型以Na-SO_(4)和Na-HCO_(3)为主;煤系水中存在黄铁矿氧化或碳酸盐、硫酸盐溶解作用,并伴随着一定程度的阳离子交换作用与脱硫酸作用,特别是在注浆治理工程实施期间,阳离子交换作用增强;大型突水、注浆治理防治水工程、地质构造背景及采矿活动等均不同程度地影响了煤系水水岩作用,且随注浆治理范围增大,影响程度增大。该研究成果对于煤矿涌(突)水水源识别及水害防治具有重要意义,为类似条件下的其他煤矿(区)在突水或注浆治理扰动下的地下水水文地球化学研究及应用提供参考。 展开更多
关键词 煤系水 水化学类型 水化学演化 水岩作用与控制因素 淮北桃园煤矿
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深埋侏罗系煤层顶板水害源头防控关键技术 被引量:46
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作者 王洋 武强 +2 位作者 丁湘 高柏 蒲治国 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第8期2449-2459,共11页
为解决目前蒙陕矿区深部侏罗系矿井采后采场落地水量大、煤水混杂,以及上部煤层距离强含水层较近,无法安全掘进与回采等一系列问题,提出了深埋侏罗系煤层顶板水害源头防控关键技术。应用沉积控水规律,分析了含(隔)水层在平面与剖面的空... 为解决目前蒙陕矿区深部侏罗系矿井采后采场落地水量大、煤水混杂,以及上部煤层距离强含水层较近,无法安全掘进与回采等一系列问题,提出了深埋侏罗系煤层顶板水害源头防控关键技术。应用沉积控水规律,分析了含(隔)水层在平面与剖面的空间展布规律与含水层富水性分布规律,在此基础上,针对煤层厚度变化较大、顶板含(隔)水层交互成层的特征,通过构建含有沉积环境影响指数、砂岩厚度、岩芯采取率、单位涌水量、渗透系数与导水裂隙带发育高度6个指标在内的评价指标体系,提出了符合深部侏罗系矿井水文地质特征的矿井涌(突)水风险分区评价方法,进而根据“断源截流、集中疏排、源头预防、超前治理”的防治水思路,提出了“上行开采低位截流”、“工作面单侧截流”、“工作面双侧截流”与“工作面方向调整截流”4种地下水截流治理模式,最后以蒙陕矿区的门克庆矿井和母杜柴登矿井进行实例分析。应用结果表明:①直罗组一段砂岩含水层主要为河道相沉积,砂体的空间连续性较好,是深部侏罗系矿井的主要充水含水层;②门克庆矿井首采区3 -1 煤顶板涌(突)水危险区主要分布在研究区的南部,呈东西向条带状展布,与实际情况较为吻合;③根据门克庆矿井首采区涌(突)水危险性分布规律,应用了“工作面单侧截流”与“上行开采低位截流”两种治理模式并分析了其在实际工程中的应用效果。深部侏罗系矿井水害防治作为一个复杂的系统工程,以源头防控为重点的系统防治技术体系仍是深部侏罗系矿井水害防治需要重点攻关的研究方向。 展开更多
关键词 深埋侏罗系煤层 沉积控水 涌(突)水风险评价 断源截流 源头防控
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我国煤层水害基本架构及发展情势 被引量:12
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作者 武强 朱慧聪 +10 位作者 胡辰睿 魏新疆 侯柱平 肖璇 刘学 李俊杰 赵佳 程一帆 杨亮 邢一迪 曾一凡 《煤炭工程》 北大核心 2024年第10期12-21,共10页
为了解决煤炭资源安全高效开发过程中面临的煤层水害问题,基于近20余年间煤层水害事故的统汇分析,提出了“隐蔽突水致灾因素”萌生、煤层水害“三要素”定型、多要素耦合孕灾、突破临界状态激发灾变和灾变后负效应显现等5个煤层水害的... 为了解决煤炭资源安全高效开发过程中面临的煤层水害问题,基于近20余年间煤层水害事故的统汇分析,提出了“隐蔽突水致灾因素”萌生、煤层水害“三要素”定型、多要素耦合孕灾、突破临界状态激发灾变和灾变后负效应显现等5个煤层水害的主体构成阶段,依据各阶段独立属性特征,将煤层水害概括为顶板水害、底板水害和老空水害3个主类,以及巨厚基岩含水层高势能涌(淋)水、岩溶陷落柱导升突水、同位水平空间侧向涌水等11个子类,并对不同类型煤层水害的孕灾致灾诱因、发育发展过程机理、灾变显现特征等进行阐述。最后,对我国煤层水害的未来发展情势做了简要展望和分析。 展开更多
关键词 矿井水防治 煤层水害 隐蔽致灾因素 致灾机理 主动防控
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《煤矿防治水细则》修订要点解析 被引量:45
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作者 刘守强 武强 曾一凡 《煤炭工程》 北大核心 2019年第3期1-4,共4页
为适应煤矿安全开采的新形势,科学防治水害,在《煤矿防治水规定》基础上修订编写了《煤矿防治水细则》。分析了修编《煤矿防治水细则》的背景和原则,针对煤矿防治水工作中存在的问题,探讨了《煤矿防治水细则》的修订要点,并结合典型突... 为适应煤矿安全开采的新形势,科学防治水害,在《煤矿防治水规定》基础上修订编写了《煤矿防治水细则》。分析了修编《煤矿防治水细则》的背景和原则,针对煤矿防治水工作中存在的问题,探讨了《煤矿防治水细则》的修订要点,并结合典型突水案例进行了剖析,为更好贯彻落实新规程和推动煤矿安全开采提供支撑。 展开更多
关键词 煤矿防治水 水文地质 水害应急处理 突水案例
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开展水害致灾因素普查 防范煤矿水害事故发生 被引量:41
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作者 武强 郭小铭 +4 位作者 边凯 杜鑫 许珂 卜文扬 曾一凡 《中国煤炭》 2023年第1期3-15,共13页
现阶段我国煤矿水害事故基本得到了有效控制,但水害重大事故仍时有发生,事故影响还有增大趋势,开展水害致灾因素普查治理是加强煤矿防治水工作,有效防范各类水害事故的重要举措。总结了我国煤矿水害发生的主要致灾因素,分析了充水水源... 现阶段我国煤矿水害事故基本得到了有效控制,但水害重大事故仍时有发生,事故影响还有增大趋势,开展水害致灾因素普查治理是加强煤矿防治水工作,有效防范各类水害事故的重要举措。总结了我国煤矿水害发生的主要致灾因素,分析了充水水源、充水通道等各类致灾因素的特点;系统论述了我国在煤矿水害致灾因素探测中物探、钻探和智能探测方面的代表性技术和创新性成果,阐述了“三图法”等顶板水害预测预报理论和方法,以及五图-双系数法和“脆弱性指数法”等底板水害预测预报理论和方法,并介绍了地下水和地表水等因素导致水害事故的典型治理技术。研究发现,在目前煤矿水害致灾因素探查方面,老空水探测程度、深部岩溶含水层防控、西部煤矿区顶板砂岩含水层监测及智能化探测技术仍存在缺陷,关闭矿井的矿井水问题尚未得到重视。提出今后需重点在煤矿水害致灾因素综合精细探查、智能化探测及关闭矿井水害致灾因素探查等方面加强研究的建议。 展开更多
关键词 煤矿 隐蔽致灾因素 水害探测 水害危险性评价 水害治理
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露天煤矿烧变岩黏土基注浆帷幕建造技术 被引量:13
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作者 崔建平 蒲治国 +5 位作者 丁湘 李哲 曾一凡 纪卓辰 段东伟 孙国凯 《煤炭工程》 北大核心 2021年第7期59-64,共6页
为解决西湾露天煤矿东端帮烧变岩涌水问题,提出了在矿坑外侧烧变岩内建造一道截水帷幕的设想,并设计了截水帷幕的空间位置及结构参数;针对露天矿边帮变形、频繁爆破导致的帷幕墙抗渗性受影响问题,综合考虑技术、经济等因素,结合矿坑实... 为解决西湾露天煤矿东端帮烧变岩涌水问题,提出了在矿坑外侧烧变岩内建造一道截水帷幕的设想,并设计了截水帷幕的空间位置及结构参数;针对露天矿边帮变形、频繁爆破导致的帷幕墙抗渗性受影响问题,综合考虑技术、经济等因素,结合矿坑实际地质及采剥条件,提出了采用黏土基浆液建造露天矿柔性、抗震截水帷幕的新方法;针对烧变岩吃浆量大的问题,提出了黏土浆、黏土-水泥浆、黏土-水泥-水玻璃浆相互配合的黏土浆注浆新工艺,建造了一道长720m、深80m、有效厚度超过7m的截水帷幕墙;最后通过现场测量法、压水试验法、水位动态法检验了帷幕的质量与减水效果。结果表明帷幕墙透水率达到弱透水级别,帷幕墙外侧地下水位升幅明显,治理范围内涌水量由治理前的698m^(3)/h减少至71m^(3)/h,减水率达89%。 展开更多
关键词 露天煤矿 烧变岩涌水 柔性抗震隔水帷幕 黏土浆液
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我国不同类别煤层顶板水害致灾机理与防控路径 被引量:42
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作者 曾一凡 朱慧聪 +6 位作者 武强 王皓 郭小铭 崔芳鹏 庞振忠 刘守强 杨维弘 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期1539-1555,共17页
我国是世界上成煤和赋存条件最复杂的国家,煤层顶板水文地质条件的多样性和复杂性,采动覆岩裂隙场与渗流场耦合的相互性和时变性以及煤层顶板突水的独特性和危害性,造成顶板水害是我国尤其是西部煤矿区的主要矿井灾害之一。为了更好地... 我国是世界上成煤和赋存条件最复杂的国家,煤层顶板水文地质条件的多样性和复杂性,采动覆岩裂隙场与渗流场耦合的相互性和时变性以及煤层顶板突水的独特性和危害性,造成顶板水害是我国尤其是西部煤矿区的主要矿井灾害之一。为了更好地认识顶板水害和推广现有技术和探索新技术防控此类矿井灾害,在全面分析近年来我国煤层顶板水害事故规律与顶板充水含水层的赋存条件、突水模式、动力特征、力学行为等基础上,系统划分了顶板水害的类型、特征、主要类别的致灾机理及梳理了现有顶板水害的防治技术,并展望了未来顶板水害防治领域的发展方向。研究发现:①顶板水害主体架构包括巨厚基岩含水层涌(淋)水、薄基岩弱胶结层水-砂耦合溃涌、离层空间蓄水储能突水、天窗补给型突水、围岩烧变增透致突等5种类别,集中分布于秦岭—淮河沿线以北地区,陕、蒙、宁是顶板水害主要聚集地。②采动诱发巨厚基岩含水层下覆岩原生裂隙互馈-贯通发育“Z”型离层空间,导致采场出现大面积涌(淋)水现象;基于复合关键层破断力学条件,阐明了薄基岩弱胶结层水-砂耦合溃涌致灾的动力源;构建了离层失稳突水临界判别准则,将离层突水划分为静载扰动、“动+静”载复合扰动、复合煤层开采重复扰动3种模式;红土隔水层缺失及红土薄弱区采动劣化损伤是产生天窗越流补给的主要根源;围岩烧变增透,孔隙度增大,接受临近水源补水后形成新的含水结构体,在采动诱发下烧变岩水涌入采场发生水害事故。③梳理了当前煤层顶板水害“探-放-治”三位一体的解危防控技术体系,提出了井上下共轭联动、钻-采(掘)高位协同地质勘探系统,以防治水“三区”划分为导向的地质保障工作,“煤-水-生态”多目标齐抓共管的绿色开采和防治水理念,以及数智化、透明化矿山水文地质灾害信息维护系统等未来发展方向。 展开更多
关键词 顶板水害 矿井防治水 离层突水 致灾机理 防控技术
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淮河流域沱湖沉积物重金属污染评价与来源分析 被引量:1
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作者 李致春 王运好 +5 位作者 陈松 马杰 王国祥 许晓光 黄鹤勇 朱义坤 《湖泊科学》 北大核心 2025年第3期889-901,共13页
本研究以淮河流域沱湖为研究对象,系统采集全湖65个表层沉积物样品,测定样品中V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb、Fe和Al含量。通过反距离权重法揭示沱湖表层沉积物重金属空间分布特征,利用地累积指数法(I_(geo))、潜在生态风险... 本研究以淮河流域沱湖为研究对象,系统采集全湖65个表层沉积物样品,测定样品中V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb、Fe和Al含量。通过反距离权重法揭示沱湖表层沉积物重金属空间分布特征,利用地累积指数法(I_(geo))、潜在生态风险指数法评价表层沉积物中重金属污染与风险水平,运用主成分分析、相关性分析、绝对主成分—多元线性回归分析(APCS-MLR)、正定矩阵因子分析(PMF)等多元统计分析手段解析沉积物中重金属污染来源。结果表明:沱湖沉积物样品中V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、As、Cd和Pb的含量范围分别为60.97~106.68、68.09~104.52、738.77~1445.53、10.48~16.35、28.17~45.89、19.44~33.48、47.15~84.29、11.79~28.24、0.14~0.36和22.59~45.58 mg/kg,东部湖湾水域是全湖沉积物10种重金属累积高值区域;根据I_(geo)结果,整体来看,Pb、Zn、Mn、Ni、As、Cd在一定程度上受到人为输入来源的影响,沉积物Cd的污染程度明显高于其他重金属。Cd的单元素潜在生态风险指数范围为40.7~103.7,潜在生态风险程度为中度至重度风险等级,其余重金属为轻微风险等级,10种重金属综合潜在生态风险水平处于轻微风险等级,位于西部湖湾和南部湖区近岸带小部分水域沉积物重金属的综合潜在生态风险水平处于中度风险等级。PMF模型更适用于本研究沉积物重金属污染溯源,估算出自然—水产养殖混合源、农业—交通混合源、工业源的贡献率分别为40.5%、34.5%、25.0%。本研究为淮河流域湖泊重金属污染防治工作提供了数据支撑和科学依据。 展开更多
关键词 沉积物 重金属 污染评价 空间分布 来源解析 沱湖 淮河流域
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岩石粒径和浆液浓度影响下的采空区充填浆液扩散规律试验
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作者 曾一凡 袁子龙 +11 位作者 李昊 武强 赵刚毅 周安琪 高翔 张帅 白彦飞 梁进 杨虎雄 盛新丽 杨东辉 赵艺霞 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第7期80-89,共10页
【目的】研究浆液扩散规律并预测注浆范围,对采空区煤矸石基注浆充填工程设计注浆孔距和排距、指导注浆施工、把握注浆充填密实度,进而保证注浆效果意义重大。【方法】以破碎岩石为被注介质,以煤矸石基浆液为注浆材料,开展不同破碎岩石... 【目的】研究浆液扩散规律并预测注浆范围,对采空区煤矸石基注浆充填工程设计注浆孔距和排距、指导注浆施工、把握注浆充填密实度,进而保证注浆效果意义重大。【方法】以破碎岩石为被注介质,以煤矸石基浆液为注浆材料,开展不同破碎岩石粒径、浓度的破碎岩石注浆试验,对采空区矸石基浆液流动规律进行研究。【结果和讨论】(1)当浆液质量分数为50%时,3~5、>5~7、>7~9mm粒径岩体的扩散距离分别为5.0、5.5、6.2cm,粒径改变导致的扩散距离最大差异1.2cm;当质量分数降至40%时,扩散距离分别增至10.2、14.5、18.0cm,粒径梯度差异导致的扩散距离变化扩大至7.8cm;当质量分数进一步降至30%时,扩散距离呈非线性增长,分别达到20.5、28.0、34.0cm,粒径差异导致的扩散距离变化激增至13.5cm;扩散距离随浆液浓度降低、破碎岩石粒径增大而增大,浆液浓度变化对扩散距离的影响相较于破碎岩石粒径更加显著。(2)煤矸石浆液在破碎岩石中流动可以分为快速、平稳、堵塞3个阶段,随浓度降低3阶段时间增长;煤矸石浆液在破碎岩石中的扩散距离随浓度减小而增大,破碎岩石粒径越大,浓度对扩散距离影响越显著,呈现明显的非线性特征。(3)通过分析粒径、浓度对颗粒扩散距离的影响规律,确定了扩散距离与浓度的基本关系,并结合粒径、浓度二者基本关系进一步量纲分析,建立了适用于采空区煤矸石基注浆充填的双参量浆液扩散距离预测方程。(4)本研究成果在陕北某矿采空区矸石注浆地面充填工程设计中应用,为采空区煤矸石规模化充填提供了全链条技术支撑,对实现“双碳”目标下的矿井固废协同处置具有显著示范意义。 展开更多
关键词 采空区 注浆充填 浆液浓度 破碎岩石粒径 双参量 扩散距离预测
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彬长矿区厚硬岩层沉降能量释放与高势能涌水机理
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作者 李杨杨 张浩争 +4 位作者 张士川 朱慧聪 冯海龙 蔺成森 路学通 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第9期394-406,共13页
陕西彬长矿区煤层上方存在白垩系洛河组砂岩含水层,该岩层具有厚度大、富水性强、渗透系数大、水头压力大等特点,且上覆厚硬岩层破坏易导致高势能动力涌水发生。结合彬长矿区高家堡煤矿上覆岩层性质、导水裂隙带发育高度与工作面涌水量... 陕西彬长矿区煤层上方存在白垩系洛河组砂岩含水层,该岩层具有厚度大、富水性强、渗透系数大、水头压力大等特点,且上覆厚硬岩层破坏易导致高势能动力涌水发生。结合彬长矿区高家堡煤矿上覆岩层性质、导水裂隙带发育高度与工作面涌水量情况,对厚硬岩层破裂能量释放特征及工作面高势能涌水机理展开研究。结果表明:高势能涌水孕灾条件由“通道”“水源”与“力源”组成,其中“通道”的形成使“水源”发生运移,工作面出水由淋水转为涌水,“力源”的形成为“水源”运移提供了水压力,并增加了“通道”的数量与导通水量,使工作面由涌水转为高势能涌水;高势能涌水致灾过程中,覆岩破裂沉降和水体运移两个动态过程存在能量传递关系,经过对能量传递方程的推导,得出诱导高势能涌水主导条件为“力源”中的厚硬岩层破裂沉降;能量转化方程中,岩层能量吸收值与岩层能量吸收系数、破断层厚度与破断层倾向长度呈负相关,与破断层极限破断距呈正相关,且能量值呈指数级增长;结合覆岩能量变化趋势与工作面涌水量变化情况,得到涌水量升高区间,覆岩应力与能量值波动较大,且在厚硬岩层发生破断时,工作面涌水量达到峰值,工作面形成高势能涌水。研究揭示了高势能涌水孕灾机制,并建立了高势能涌水物理模型,明确了各影响因素间的关系,推导了厚硬岩层破裂沉降能量转化方程,阐释了不同影响因素与岩层吸收储存能量值间影响规律,揭示了厚硬岩层破裂沉降能量释放特征与工作面高势能涌水间联动关系。 展开更多
关键词 厚硬岩层 高势能涌水 孕灾条件 能量传递 岩层破裂沉降
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