采动覆岩高位离层水害防治地面抽排关键技术研究 被引量：6

1

作者 李连刚 赵世隆 乔伟 《煤炭科技》 2021年第4期69-77,共9页

基于永陇矿区麟游区侏罗系煤层开采泥质弱胶结覆岩的特征,提出“水蚀效应”的采动覆岩离层水害致灾理论及防治技术,根据经验公式、该矿前期回采工作面现场实测及基于相似条件矿井实测导高发育规律,计算出该矿工作面开采覆岩破坏高度。... 基于永陇矿区麟游区侏罗系煤层开采泥质弱胶结覆岩的特征,提出“水蚀效应”的采动覆岩离层水害致灾理论及防治技术,根据经验公式、该矿前期回采工作面现场实测及基于相似条件矿井实测导高发育规律,计算出该矿工作面开采覆岩破坏高度。根据组合梁原理,自上而下确定覆岩中坚硬岩层位置、各坚硬岩层破断距,确定了致灾关键离层空间位置。由地下水动力学非稳定流理论,计算得出工作面覆岩离层空间充水量。工作面回采期间,由于覆岩变形破坏,直通式导流泄水孔需要反复透孔才能保证泄水能力,泄水孔泄水连续性较差。为避免离层积水量过大,设计地面抽排离层水钻孔,降低宜君组水位,减少宜君组含水层对离层空间的补给强度,控制高位离层突水水害。根据预测导水裂隙带发育位置以及离层发育位置,确定抽排离层水钻孔结构及设备参数,通过对比发现抽水后附近水文长观孔水位及工作面矿压下降明显。 展开更多

关键词 地面抽排 离层水 水蚀效应 导水裂隙带

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煤矿顶板离层水害形成机制、致灾机理及防治技术 被引量：64

2

作者 乔伟 王志文 +7 位作者 李文平 吕玉广 李连刚 黄阳 贺江辉 李小琴 赵世隆 刘梦楠 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期507-522,共16页

顶板离层水害对煤炭生产的威胁日益增大,近年来成为矿井水害防治的研究热点。系统整理和归纳了国内外关于煤矿离层水害的研究进展,从煤矿离层水的形成机制、致灾机理、水害预测预警及关键防治技术4个方面,对煤层覆岩离层水害问题进行阐... 顶板离层水害对煤炭生产的威胁日益增大,近年来成为矿井水害防治的研究热点。系统整理和归纳了国内外关于煤矿离层水害的研究进展,从煤矿离层水的形成机制、致灾机理、水害预测预警及关键防治技术4个方面,对煤层覆岩离层水害问题进行阐述。综述了采动覆岩离层研究及覆岩离层水形成机理,将煤层覆岩离层水的形成归纳为3个基本条件:可积水离层、离层周边存在补给水源、离层空间持续时间足够长。根据开采条件、覆岩的工程地质条件、导水通道形成原因与突水特点,从多煤层叠加开采下的重复扰动突水、多煤层叠加开采下动力突水、单煤层开采下的静水压涌突水及侏罗系煤田离层水害形成机制4个方面阐述离层水害致灾机理;重点分析了侏罗系煤田3种典型的离层突水形成机制:崔木、招贤煤矿高位离层水害形成机制、新上海一号煤矿间歇式离层突水形成机制、携泥砂型离层水害;根据能量源和表现特征将离层水害归为三大类:离层动力突水、离层静水压涌突水以及离层携泥砂井下泥石流。从可积水离层位置预判、离层突水周期性预测及离层涌突水水量预测3个方面总结了覆岩离层水害预测方面的研究进展。分析介绍了目前主要的离层水害防治方法,结合目前离层水害较为严重的鄂尔多斯盆地侏罗纪煤田,分析了鄂尔多斯盆地侏罗纪煤田离层水害防治的难点:高位离层突水出现的强矿压问题以及离层水害引发的溃砂问题。提出离层水害防治未来的发展与研究方向:开展离层水害采前精准预测分区研究;发展钻探、地球物理探测等勘察技术使覆岩破坏从“灰箱”变为“白箱”;发展离层水害综合防控技术体系。 展开更多

关键词 离层水 矿井水害 形成条件 突水机理 防治方法

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我国煤矿区矿井水水质空间分布特征及矿井水处理技术思路

3

作者 孙亚军 郭娟 +6 位作者 徐智敏 张莉 陈歌 熊小锋 华景帆 穆林杰 吴文轩 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期584-599,共16页

矿井水是一种重要的非常规水资源,我国煤矿矿井涌水量巨大,不同类型矿井水的处理是国家与煤矿企业重点关注的科学问题。基于314座煤矿矿井水水化学数据调研与统计分析,阐明了矿井水水质空间分布特征及成因机制:矿井水水质主要以高TDS、... 矿井水是一种重要的非常规水资源,我国煤矿矿井涌水量巨大,不同类型矿井水的处理是国家与煤矿企业重点关注的科学问题。基于314座煤矿矿井水水化学数据调研与统计分析,阐明了矿井水水质空间分布特征及成因机制:矿井水水质主要以高TDS、高悬浮物、高硫酸盐、高Na+为主要特征,酸性矿井水和重金属主要集中于云贵等部分矿区;水质成因与煤矿区所处地域特征密切相关,如干旱与半干旱气候条件、充水地下含水层水质、煤层硫分含量、围岩岩性、微生物作用、岩浆活动等因素等,采矿活动对矿井水质形成及演化影响的权重较大。全国煤矿矿井水水化学类型以SO_(4)-Na型、SO_(4)-Ca·Mg型、SO_(4)-Na·Ca型、HCO_(3)-Na型和HCO_(3)-Ca·Mg型为主。基于全国矿井水水质特征,阐述了现有矿井水地面处理技术与瓶颈,论述了现有井下矿井水处理工艺,并以“阻断、减量、保护”为主要污染防控思路,提出一种煤矿废弃采掘空间矿井水自然修复技术,通过过程减量,实现矿井水低成本井下处理与回用。然后,基于采空区位置选择、采空区储水空间计算、储水安全性评价、减量修复效果评价、减量过程水动力场-水化学场-微生物场演化特征和次生危害解决方案等问题构建了矿井水自然修复技术框架,并基于煤矿实例采空水水化学组分和微生物群落结构演化规律验证了矿井水修复技术的可行性,具有较高的推广应用价值。煤矿废弃采掘空间矿井水自然修复技术的构建能够降低矿井水处理成本,助力煤-水协调绿色开采,实现矿井水修复与资源化利用。 展开更多

关键词 矿井水水质 井下矿井水处理 废弃采掘空间 自然修复 微生物群落结构

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张双楼矿24901工作面复合水害评价与综合防治水对策 被引量：1

4

作者 宋正宇 孙延琛 +3 位作者 肖青 陈天赐 李南骏 徐智敏 《煤炭科技》 2024年第2期1-8,共8页

矿井突水是煤矿生产过程中最具威胁的灾害之一,工作面回采前需对面临的水害威胁进行综合评价与治理。以张双楼煤矿24901工作面为例,针对研究区面临的西翼采区底板四灰高承压、断层及陷落柱构造发育、底板四灰富水差异大等水文地质问题,... 矿井突水是煤矿生产过程中最具威胁的灾害之一,工作面回采前需对面临的水害威胁进行综合评价与治理。以张双楼煤矿24901工作面为例,针对研究区面临的西翼采区底板四灰高承压、断层及陷落柱构造发育、底板四灰富水差异大等水文地质问题,通过开展四灰含水层分阶段井下放水试验、老空水现场钻孔探放、陷落柱物探钻探综合探查、室内分析测试和理论分析,揭示研究区底板四灰岩溶发育与富水规律,查明老空水积水位置、积水量以及陷落柱发育范围、导(含)水性等,并提出了老空水、西翼底板四灰、陷落柱及断层构造等复合水害综合防治技术体系。相关研究成果揭示了东部矿区普遍面临的煤层底板灰岩水及构造水等水害特征,可为研究区及相似开采条件下矿井防治水工作提供一定的理论及工程依据。 展开更多

关键词 张双楼矿 防治水 水文地质问题 防治技术

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郭家河煤矿离层水害防治经验探讨

5

作者 姚世林 乔伟 白云鹏 《煤炭科技》 2024年第4期112-115,120,共5页

针对永陇矿区顶板离层水害问题,以郭家河煤矿为例,总结了其高位离层水害治理经验与防治技术,主要通过“加大科研攻关+设计施工一体化”的技术服务合作模式,提升了矿井重大灾害治理能力与水平;通过“地面源头抽水+强化井下排水系统+加强... 针对永陇矿区顶板离层水害问题,以郭家河煤矿为例,总结了其高位离层水害治理经验与防治技术,主要通过“加大科研攻关+设计施工一体化”的技术服务合作模式,提升了矿井重大灾害治理能力与水平;通过“地面源头抽水+强化井下排水系统+加强预警撤人管理”为核心的三重防治措施,从源头上消除了水害威胁;通过“一面一策+水情日分析制度+防治水工作例会制度+工作面精细管理制度”,构建了煤矿重大灾害防治管控体系,总体实现了超前预防与灾害治理,进而遏制了灾害事故发生;为邻近矿区其他类似矿井的重大灾害治理工作提供了参考与借鉴。 展开更多

关键词 永陇矿区 离层水害 超前预防 灾害防治

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矿山采动突水危险源划分与致灾危险性评价研究 被引量：8

6

作者 李鑫 孙亚军 +1 位作者 徐智敏 陈歌 《煤炭工程》 北大核心 2023年第9期108-115,共8页

为了实现工作面开采过程中对煤层顶底板突水危险性进行动态评价,依据西北型、华北型煤矿区水文地质结构、突水主控因素、突水致灾模式、水害类型的分析,建立了水源、通道和采动三准则来表征煤层顶/底板突水危险源与致灾危险性之间的关联... 为了实现工作面开采过程中对煤层顶底板突水危险性进行动态评价,依据西北型、华北型煤矿区水文地质结构、突水主控因素、突水致灾模式、水害类型的分析,建立了水源、通道和采动三准则来表征煤层顶/底板突水危险源与致灾危险性之间的关联,构建了煤层顶/底板突水危险性的关键危险源的评价指标体系,将指标体系中随着工作面开采具有动态变化的指标因素(含水层水压、应力-应变、导裂带高度/破坏带深度)作为危险源动态特征辨识的目标,建立多场-多参数的工作面突水危险性动态评价概念模型,提出了矿井突水的临界判别准则,依托深度学习/强化学习的海量参数分析计算能力,为煤层顶/底板突水危险性动态评价分区提供理论支撑。 展开更多

关键词 矿井突水 煤层顶底板 突水危险源 致灾危险性 动态模型框架

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煤矿采动覆岩离层水害致灾因素勘查与预测评价 被引量：2

7

作者 乔伟 刘梦楠 +4 位作者 孟祥胜 程香港 冯培超 李小琴 李文平 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期2031-2044,共14页

采动覆岩离层突水在我国各地矿区均较为常见且危害性较大,现有的规范中鲜有针对离层水害的具体工程地质和水文地质勘查方法。探索煤矿离层水害工程地质水文地质勘查与评价方法,能够推动我国矿井水害防治水平进一步提升。首先从煤矿采动... 采动覆岩离层突水在我国各地矿区均较为常见且危害性较大,现有的规范中鲜有针对离层水害的具体工程地质和水文地质勘查方法。探索煤矿离层水害工程地质水文地质勘查与评价方法,能够推动我国矿井水害防治水平进一步提升。首先从煤矿采动覆岩高位离层水害孕灾机制出发,分析了离层水害从孕灾到致灾的工程地质条件,将我国现有的离层水害归纳为3种典型类型:离层动力突水、离层静水压涌突水和离层携泥砂突水。然后,确定了“水源”“通道”“力源”和“物源”为控制离层水害类型与强度的关键隐蔽致灾因素,将位于传统导水裂隙带以上,可发生离层突水的复合层位称为采动覆岩“突水离层带”,并提出了煤矿采动覆岩“突水离层带”的判别流程,划分勘查阶段,指明勘查要点。煤矿离层水害采前勘查应包括2个阶段:①开展覆岩基本工程地质和水文地质条件勘探,评估勘探区离层水害的可能性并确定潜在“突水离层带”的层位;②将“突水离层带”和“物源”层作为勘查目标层,开展离层水害致灾因素专项勘查,评定离层水害类型和强度。回采期间对水动力条件和覆岩裂隙演化进行探查。最后,基于离层水害致灾因素互馈演化致灾机制,建立了适用于采动覆岩离层水害的矿井区域预测综合评价模型,提出了全矿井/采区尺度的区域危险性分区、采前工作面突水位置判定及涌水量预计的煤矿采动覆岩离层水害预测评价方法。 展开更多

关键词 离层水害 致灾因素 采动覆岩“突水离层带” 工程地质勘查 预测评价

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废弃采空区边界煤柱浸水结构演化与损伤劣化机理的模拟试验

8

作者 徐智敏 熊世杰 +4 位作者 袁慧卿 孙亚军 韩宇航 陈天赐 卢伟宁 《煤炭学报》 北大核心 2025年第2期1100-1114,共15页

在煤矿生产过程中,为防止老空水害而留设的各类防隔水煤柱在废弃采空区蓄积的具有侵蚀性的矿井水长期带压浸水作用下,其宏观、细观结构不断发生变化并出现损伤劣化现象,导致煤柱的物理力学强度减小、稳定性降低,进而诱发煤柱失稳和突水... 在煤矿生产过程中,为防止老空水害而留设的各类防隔水煤柱在废弃采空区蓄积的具有侵蚀性的矿井水长期带压浸水作用下,其宏观、细观结构不断发生变化并出现损伤劣化现象,导致煤柱的物理力学强度减小、稳定性降低,进而诱发煤柱失稳和突水事故的发生。论文通过自主设计的高压矿井水−煤耦合作用试验装置,开展了煤柱试样在不同水压、模拟矿井水、原样矿井水等条件下的长期浸泡模拟试验,并采用计算机断层扫描(CT)、X射线衍射(XRD)以及高压伺服压缩试验加载系统等手段,分析并研究了煤样长期浸水条件下的结构演化与力学损伤劣化过程和作用机理。研究结果表明:煤样结构在侵蚀性矿井水长期浸泡条件下表现为不规则孔隙−裂隙显著发育、孔隙率由0.25%增大到1.2%、孔隙发育的离散性随浸泡时间逐步降低;煤样在侵蚀溶液长期浸泡条件下的力学损伤劣化效应明显,受浸泡时间和浸泡溶液的pH值影响最为明显;煤样与矿井水在浸泡过程中产生相互作用,具体体现为初期的吸水膨胀作用与后期的溶解消耗作用。根据上述研究成果,论文阐明了废弃矿井及采空区各类边界煤柱在高渗透压、侵蚀性矿井水长期作用下结构演化与损伤劣化的物理−化学耦合作用机理,揭示了废弃采空区边界煤柱带压浸水作用下的动态响应过程与关键阶段:第一阶段以物理吸水膨胀作用为主,表现为抗压强度整体减小而抗拉强度先降低后回升再降低的现象;第二阶段以物理−化学联合作用为主,表现为黏土类矿物部分溶解、消耗导致孔隙率增大,进而诱发物理力学损伤劣化;最后,在“软化系数”的基础上提出了浸水煤柱“损伤系数”的定义和计算公式,并确定了浸水煤柱“损伤系数”的经验数值。研究结果对各类废弃矿井或采空区边界煤柱的稳定性评价和水害的防控具有重要的理论意义和工程实践价值。 展开更多

关键词 废弃矿井 煤柱浸水损伤 CT扫描 结构演化 损伤机理 模拟试验

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煤矿区矿井水水质形成与演化的多场作用机制及研究进展 被引量：66

9

作者 孙亚军 张莉 +6 位作者 徐智敏 陈歌 赵先鸣 李鑫 高雅婷 张尚国 朱璐璐 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期423-437,共15页

煤矿开采必然产生大量矿井水,并可能引发水环境污染问题,研究并揭示矿井水的水质形成与演化机理,是煤矿区水污染防控的理论基础。矿井水的水质形成及演化过程非常复杂,受水动力场、水化学场、微生物场和温度场多场作用控制。通过矿井水... 煤矿开采必然产生大量矿井水,并可能引发水环境污染问题,研究并揭示矿井水的水质形成与演化机理,是煤矿区水污染防控的理论基础。矿井水的水质形成及演化过程非常复杂,受水动力场、水化学场、微生物场和温度场多场作用控制。通过矿井水水质形成的多场作用研究和文献调研,界定了煤矿区矿井水污染场地的研究范围,提出了我国矿井水水质形成的“三带”模型,以传统矿井水害形成的水文地质结构模型为基础,提出并阐明了华北型、西北—东北型、南方型3种典型矿井水水质形成的水文地质结构模式及主控因素;划分并阐明了矿井水水质形成的水动力场的演化阶段及作用过程,包括采前自然平衡、开采强烈扰动和闭坑后再平衡3个阶段;厘清了矿井水水质形成的水化学场控制因素,包括地下水原生化学背景、物源特征及主要化学作用、矿井水水质的总体特征及演化趋势等;提出并阐明了矿井水水质形成的微生物作用机制,论述了矿井水中微生物群落的分布特征、矿井水水质演化以及矿井水污染负荷减量的微生物作用过程;阐明了矿井水水质演化的温度场作用过程,分别探讨了矿区的原生温度场、采动温度场特征及其对矿井水水质演化的影响。在上述基础上,总体阐明了煤矿区矿井水水质形成与演化的多场作用机制,提出了多场耦合作用等问题的研究展望。 展开更多

关键词 矿井水水质 水动力场 水化学场 微生物场 温度场 多场作用

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鄂尔多斯盆地煤-水协调开采下矿区水资源异位回灌-存储技术思路 被引量：14

10

作者 孙亚军 李鑫 +3 位作者 冯琳 徐智敏 陈歌 刘琪 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第10期3547-3560,共14页

鄂尔多斯盆地侏罗系煤层开采过程中矿井涌水量不断增大,为缓解矿井水深度处理成本持续增加、矿井水难以较大规模处理等问题,立足于煤-水协调开采、保水采煤等科学理念,提出在研究区内开展矿井水深井回灌试验性研究。阐述了鄂尔多斯盆地... 鄂尔多斯盆地侏罗系煤层开采过程中矿井涌水量不断增大,为缓解矿井水深度处理成本持续增加、矿井水难以较大规模处理等问题,立足于煤-水协调开采、保水采煤等科学理念,提出在研究区内开展矿井水深井回灌试验性研究。阐述了鄂尔多斯盆地煤层开采与水资源保护间的矛盾问题,包括矿井水害防治、区域水资源保持、矿区生态环境保护3者间的关系;结合对研究区38座煤矿矿井水水质特征的调研统计,阐明了煤-水协调开采下的矿井水处理的瓶颈问题。结果表明:研究区矿井水常规离子超标占比68.4%,铁、锰超标占比20%,且高盐高氟,导致矿井水处理无法同时满足较低成本、大规模的需求。提出了煤矿区“三减一治”的水资源异位回灌保水技术思路,包括充水含水层水资源异位回灌、采空水异位回灌、露天矿坑水异位回灌及含特殊组分矿井水异位回灌,并对其试验性研究的可行性进行了定性比较。然后,结合鄂尔多斯盆地某矿超深回灌存储的工程案例,总结得出了超深存储相关的理论与技术框架、技术内容、技术难点,建成了研究区高矿化度矿井水超深回灌-存储的示范工程。基于对全国87座煤矿TDS和133座煤矿pH的统计分析,提出将弱酸弱碱(44%)、高矿化度矿井水(69%)进行超深回灌存储,以减少对地下水资源的消耗、浪费及对煤矿区水生态环境的影响,同时降低矿井水治理成本,指出矿井水深井回灌在华北区甚至全国煤矿区具有较高的推广应用价值。 展开更多

关键词 深井异位回灌-存储 矿区水资源 煤-水协调开采 鄂尔多斯盆地 高矿化度矿井水

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深部开采高盐矿井水减排治理技术体系构建与实现 被引量：3

11

作者 张雷 徐智敏 +5 位作者 袁慧卿 孙亚军 郭娟 陈天赐 李鑫 刘琪 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期208-219,共12页

近年来,随着我国煤矿矿井水排放标准的不断提高,针对高盐矿井水处理及资源化利用方面的技术创新需求进一步提升。减少矿井水尤其是高盐矿井水的排放、提高矿井水的可利用性是提高煤炭生产安全、加快绿色矿山建设、促进煤炭企业可持续发... 近年来,随着我国煤矿矿井水排放标准的不断提高,针对高盐矿井水处理及资源化利用方面的技术创新需求进一步提升。减少矿井水尤其是高盐矿井水的排放、提高矿井水的可利用性是提高煤炭生产安全、加快绿色矿山建设、促进煤炭企业可持续发展的重要保障。针对张双楼煤矿深部开采过程中面临的矿井水涌水量大、矿化度高、处理利用成本高等问题,提出了该矿高盐矿井水以“减量、储存、净化”为核心的减排治理技术体系,即:通过底板涌水封堵减量技术对已有残余涌水点进行减量封堵,从源头上减少高盐矿井水的排放;通过矿井水深层回灌储存与保水修复技术将高盐矿井涌水进行深部转移储存,助力实现矿井水“零排放”与深层地下水的保水修复;通过采空区煤岩自净与调蓄技术进行高盐矿井水的煤岩自净预处理,并进一步通过地面深度脱盐处理技术,实现高盐矿井水净化处理以及资源化利用或达标排放。同时,结合该矿的水文地质背景、矿井涌水规律以及矿井水处理利用现状,对以上技术在该矿应用实现的可行性和途径进行了综合分析与评价:通过底板涌水封堵减量技术的实施,实现了188 m^(3)/h的底板四灰涌水减量治理;通过深层回灌储存技术,西翼采区能够实现对奥灰含水层200 m^(3)/h的回灌储存与保水修复;通过采空区煤岩自净预处理与调蓄技术,东翼采区可蓄存约165万m^(3)矿井水并进行特征组分的井下预处理;通过地面深度脱盐处理技术,矿井水处理能力达到700 m^(3)/h,每年可减少盐排量14271.5 t。最后,提出并形成了张双楼煤矿高盐矿井水减排治理的综合技术思路。张双楼煤矿高盐矿井水减排治理技术体系的提出,可为该矿及其他类似深部开采煤矿高盐矿井水的减量治理以及资源化利用提供理论基础与技术借鉴依据。 展开更多

关键词 高盐矿井水 减量治理 回灌 矿井水调蓄 节能减排

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采动覆岩高位离层演化特征及涌( 突) 水前兆信息研究 被引量：20

12

作者 乔伟 赵世隆 +5 位作者 李连刚 甘圣丰 江传文 刘梦楠 张磊 段玉路 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第2期194-205,共12页

采用理论分析、物理模拟和数值模拟相结合的方法,重点研究了招贤煤矿工作面的高位离层的时空演化,并将开采期间水位变化、微震监测数据作为高位离层涌(突)水前兆信息,揭示了特厚煤层综放开采覆岩主控裂隙(纵向主导水裂隙和横向离层裂隙... 采用理论分析、物理模拟和数值模拟相结合的方法,重点研究了招贤煤矿工作面的高位离层的时空演化,并将开采期间水位变化、微震监测数据作为高位离层涌(突)水前兆信息,揭示了特厚煤层综放开采覆岩主控裂隙(纵向主导水裂隙和横向离层裂隙)演化特征及离层水害机理。以永陇矿区招贤煤矿为研究对象,黄陇侏罗系煤田永陇矿区煤层覆岩具有弱胶结、泥质含量高和单层厚度大等特点,侏罗系覆岩之上为巨厚高水压白垩系含水层,厚及特厚煤层开采时易在侏罗-白垩系交界上下形成高位离层积水;当导水裂隙与高位离层积水沟通时,形成离层水害。离层水害具有瞬时性、大流量并伴随强烈矿山压力显现等特点。研究结果表明:当工作面达到充分开采时,采空区两帮离层裂隙较为发育,中部处于压实区,最大横向高位离层位于梯形破坏区顶部;工作面上覆亚关键层的周期性破断造成工作面周期性来压、高位离层空间周期性扩张、闭合,导致宜君组水位周期性异常下降;工作面经长时间停采,恢复开采后,重复扰动覆岩诱发覆岩岩体结构失稳,导水裂缝带沟通离层空间,造成离层涌(突)水;水位突降、水位下降速率突增、微震大能量事件可作为1304工作面突水前兆信息;关键层的破断会引起微震能量事件,伴随关键层的快速回转、下沉扩大离层空间,造成宜君组水位异常下降;工作面多次复采造成覆岩自稳能力逐渐劣化严重,加快离层涌(突)水通道形成,离层涌(突)水通道逐步增大;随着出水次数增加,水位提前下降时间减少,微震能量事件能量降低,涌水量增大;采动过程中离层涌(突)水的前兆信息-白垩系含水层的水位变化以及矿井微震监测数据验证了模拟结果是可信的。 展开更多

关键词 综放开采 离层水害 前兆信息 水害预测

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衰老矿区松散含水层下提高残煤资源开采上限研究 被引量：2

13

作者 徐智敏 陈天赐 +3 位作者 李剑锋 陈忠胜 罗武贤 何也 《煤炭科技》 2022年第4期93-101,共9页

我国东部衰老矿区浅部松散层普遍发育较厚,为避免松散层水害事故,矿井在煤层露头区普遍留设了防水煤柱,滞留了大量优质煤炭资源。各矿区经过长期开采,浅部松散含水层的水文地质条件发生了重大变化,为回收浅部块段大量残煤资源提供了可... 我国东部衰老矿区浅部松散层普遍发育较厚,为避免松散层水害事故,矿井在煤层露头区普遍留设了防水煤柱,滞留了大量优质煤炭资源。各矿区经过长期开采,浅部松散含水层的水文地质条件发生了重大变化,为回收浅部块段大量残煤资源提供了可行性。针对衰老矿区长期开采条件下水文地质条件发生重大改变的实际条件,通过系统研究并揭示长期开采扰动下松散层水文地质条件全生命周期的演化过程及规律、松散层下—近距离煤层—重复采动条件下覆岩变形破坏过程及规律,在此基础上,提出了松散含水层下开采水文地质条件发生重大改变后残煤资源安全回收的评价方法体系:首先,通过数值模拟精确刻画研究区松散含水层“富水性弱化”的演变过程与规律,系统评价残煤资源回收的水文地质条件;其次,通过数值模拟、相似材料模拟、现场实测及实测数据拟合对比等水文地质决策与综合探查验证的手段分析煤层开采条件下覆岩变形破坏特征及“两带”发育高度,多种方法互相验证以确保评价结果的准确性;最后,利用数据拟合获取的垮落带计算新公式进行煤柱留设优化计算与可行性评价,确保残煤资源的安全回收。利用该评价方法,已在徐州、两淮及鲁西南矿区5座煤矿、13个工作面取得了成功试采并得到工程验证,累计安全回收煤柱资源458万t,经济与社会效益显著,证明衰老矿区松散含水层下提高残煤资源安全开采上限研究方法可行。 展开更多

关键词 衰老矿区 厚松散层 流场演化 覆岩破坏 残煤资源回收

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张双楼煤矿井下四灰涌水减量治理与节能减排技术 被引量：3

14

作者 袁慧卿 徐智敏 +1 位作者 罗武贤 李南骏 《煤炭科技》 2022年第4期157-163,共7页

在煤矿生产活动中不可避免地产生矿井涌水,为保障安全生产,巨大的排水费用给企业增加了经济负担。张双楼煤矿针对底板四灰水长期的“疏水降压”使得四灰水位有明显下降,随着部分工作面采掘完成,一些井下四灰涌水点存在减量治理的可行性... 在煤矿生产活动中不可避免地产生矿井涌水,为保障安全生产,巨大的排水费用给企业增加了经济负担。张双楼煤矿针对底板四灰水长期的“疏水降压”使得四灰水位有明显下降,随着部分工作面采掘完成,一些井下四灰涌水点存在减量治理的可行性。针对该问题,通过对矿井典型涌水点进行实地调查、水样分析以及理论计算等方法,对涌水点封堵可行性进行评价并制定了相应减量治理方案。 展开更多

关键词 矿井涌水 动态特征 水源判别 减量治理 水位恢复

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煤矿矿井水水质形成及演化的水动力场-水化学场-微生物场耦合作用与数值模拟 被引量：7

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作者 孙亚军 熊小锋 +4 位作者 陈歌 徐智敏 张莉 赵先鸣 DMYTRO Rudakov 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期941-957,共17页

煤矿矿井水的水质形成与演化过程机理复杂,受水动力场、水化学场和微生物场等多场作用影响显著。深入研究并揭示煤矿矿井水水质形成机理与演化趋势、阐明采空区封闭后矿井水的多场耦合作用机制是矿井水污染防控与修复的理论基础。以鄂... 煤矿矿井水的水质形成与演化过程机理复杂,受水动力场、水化学场和微生物场等多场作用影响显著。深入研究并揭示煤矿矿井水水质形成机理与演化趋势、阐明采空区封闭后矿井水的多场耦合作用机制是矿井水污染防控与修复的理论基础。以鄂尔多斯盆地某煤矿采空区为水文地质原型,在前期研究的基础上,进一步建立了煤矿采空区积水水位回升、蓄满后水动力-水化学-微生物场(HCB)多场耦合室内相似模拟和数值模型。采空区水动力场研究结果表明基质-裂隙双孔隙模型能有效模拟采空区水位回升过程,模拟误差为9.9%,其模拟精度远高于理论预测和单孔隙模型。水化学场模拟结果与试验较为吻合,SO_(4)^(2-)、HCO_(3)-和p H模拟相对误差分别为3.0%、21.0%和6.2%,模拟结果较为可靠。模拟结果显示采空区蓄水过程中水岩反应和微生物作用不明显;而蓄满后水动力几乎停滞,但水化学场和微生物场较为活跃,2号煤和3号煤层中黄铁矿的氧化反应使得SO_(4)^(2-)质量浓度提升约24.6%;后期采空区水环境演化为弱酸性、厌氧还原条件,微生物降解作用凸显,将SO_(4)^(2-)有一定的“自净”能力。通过调整微生物代谢速率常数,可将SO_(4)^(2-)降解比例提高到61.6%。实际工程场景中可通过补充碳源、人工建立密闭厌氧环境等强化手段实现这一目标。将多场耦合室内试验和数值模拟技术拓展到煤矿采空区积水水质形成与演化规律研究,研究结论可为煤矿区矿井水污染防治提供指导。 展开更多

关键词 矿井水水质 水动力场 水化学场 微生物场 多场耦合

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煤层采动顶板水文地质参数演化与矿井涌水量动态计算方法 被引量：13

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作者 徐智敏 陈天赐 +5 位作者 陈歌 李剑锋 孙亚军 李鑫 袁慧卿 何也 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期833-845,共13页

为预防煤矿采掘过程中突水事故的发生,开展矿井突水预测预报尤其是涌水量的精准计算尤为重要。以目前矿井涌水量计算普遍采用的解析法(也称“大井法”)为例,针对采动顶板水文地质参数演化与矿井涌水量动态精准计算之间的矛盾问题,在进... 为预防煤矿采掘过程中突水事故的发生,开展矿井突水预测预报尤其是涌水量的精准计算尤为重要。以目前矿井涌水量计算普遍采用的解析法(也称“大井法”)为例,针对采动顶板水文地质参数演化与矿井涌水量动态精准计算之间的矛盾问题,在进一步分析笔者团队前期研究成果的基础上,阐述了采动顶板破坏过程中涌水形成机制和水文地质参数演化规律,探索性提出了变参条件下矿井涌水量动态计算方法,并进行了工程应用与可靠性评价。研究表明:采动诱发顶板直接充水含水层的渗透系数(K)呈“稳定增加—波动变化—恢复稳定”的变化特征,水位降深(S)和影响半径(R)呈“快速增加—略微下降—恢复稳定”的变化特征;传统解析法预计涌水量时在边界条件概化、参数选取以及计算过程存在误差,论文提出了矿井涌水量动态计算方法,即考虑采空区面积、水位漏斗动态变化过程的“移动大井”理论模型,以初次(周期)垮落步距为计算单元依次概化“移动大井”,渐次计算工作面推进过程中的动态涌水量;以徐矿集团下属某矿1306工作面为例,分别开展了工作面回采过程中引用影响半径(R_(0))单参数变化和引用影响半径(R_(0))、水位降深(S)双参数变化条件下的矿井涌水量动态计算,计算结果显示单参数和双参数变化条件下的矿井涌水动态计算方法可显著提高其计算精度,其相对误差平均值由传统解析法的140.7%可分别降低至88.7%、10.3%。研究成果可为矿井长期开采过程中干扰流场演化的推演,以及工作面回采过程中不同阶段矿井涌水量的动态、精准计算奠定方法基础,为矿井防治水工作开展和合理配备防排水设施提供依据。 展开更多

关键词 开采扰动 水文地质参数演化 矿井涌水量 动态计算 变参计算

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煤矿矿井水水质形成及演化的水动力场驱动作用及数学模型构建 被引量：10

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作者 孙亚军 赵先鸣 +11 位作者 徐智敏 张莉 陈歌 冯琳 李鑫 陈天赐 袁慧卿 刘琪 郭娟 张健 刘嘉欣 熊小锋 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期4157-4170,共14页

煤矿开采过程必然引起区域地下水动力场的改变,并在一定程度上影响着矿井水的水质形成与演化,甚至诱发煤矿区地下水环境的污染问题。研究并揭示煤矿矿井水水质形成与演化的水动力场驱动机制及其关键参数的定量计算方法,是定量刻画煤矿... 煤矿开采过程必然引起区域地下水动力场的改变,并在一定程度上影响着矿井水的水质形成与演化,甚至诱发煤矿区地下水环境的污染问题。研究并揭示煤矿矿井水水质形成与演化的水动力场驱动机制及其关键参数的定量计算方法,是定量刻画煤矿区地下水污染问题及开展相应控制与修复工作的前提。本研究以鄂尔多斯矿区某煤矿的采空区为地质背景,阐明了其积水形成的水动力场演化过程与机制,根据水动力场流动路径的差异将其分为采空区水位回升阶段和蓄满水量交换阶段;在此基础上,揭示了采空区水质形成及演化的以水动力场为主要驱动力,水化学场、微生物场等多场协同作用的复杂过程;建立了基于顶板导水裂隙带不同垂高空隙反演的分层渗透系数定量计算模型,为开采扰动后采空区积水水位回升及蓄满后水量交换的计算奠定了理论基础;利用相似材料模拟试验和室内三维箱式模拟试验的实测数据与模型计算结果进行对比,理论计算渗透系数K和采空区水位回升高度随时间的变化与试验实测误差分别约为13.2%和22.5%,验证了理论计算模型的可靠性;最后,在煤矿采空区水动力场以及水动力场影响下的水化学场、微生物场的控制方程的基础上,明晰了水动力场–水化学场–微生物场之间的耦合关系,构建了水动力场主导下的多场耦合作用本构模型,为进一步探究水动力场耦合驱动下的煤矿矿井水水质形成及演化规律的多场耦合数值模型构建提供启示。该研究补充和扩展了煤矿矿井水污染防治理论。 展开更多

关键词 矿井水水质 采空区 水动力场 渗透系数 多场耦合

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新疆伊犁矿区侏罗系含水介质特征与地下水赋存运移规律 被引量：4

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作者 徐智敏 陈天赐 +4 位作者 刘栓栓 孙亚军 任冬冬 郇博程 张盼杰 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期140-151,共12页

以新疆伊犁矿区为研究区,结合该区天山雪融水径流强、侏罗系富煤地层渗透性不均一等典型水文地质特征,通过采用现场取样、电镜扫描、压汞实验、X-衍射、抽水试验等方法,系统研究矿区主要含(隔)水层的宏观水文地质条件、微观含水介质特... 以新疆伊犁矿区为研究区,结合该区天山雪融水径流强、侏罗系富煤地层渗透性不均一等典型水文地质特征,通过采用现场取样、电镜扫描、压汞实验、X-衍射、抽水试验等方法,系统研究矿区主要含(隔)水层的宏观水文地质条件、微观含水介质特征及地下水赋存规律,揭示其特殊地层地貌条件下的含水层水动力学特征及地下水运移规律。结果表明:研究区侏罗系主采煤层顶底板砂岩含水层有效孔隙率范围为17.1%~29.5%,新近系与侏罗系隔水层有效孔隙率范围为17.6%~29.0%,含(隔)水层均含有较高的黏土矿物,遇水膨胀泥化,特殊的微观结构及矿物成分使含(隔)水层表现出孔隙率高、渗透性较差的含水介质特征;区域上,第四系孔隙含水层与侏罗系主采煤层顶底板砂岩含水层富水性较弱,部分区域表现出中等富水,以静储量为主,具有区块化特征;系统研究了主要含(隔)水层的水动力学特征与运移规律,第四系受山前宏观地貌及含水介质条件影响,形成了以“斜坡过境流”为代表并以孔隙潜水形式高强度流动的水动力学特征,同时受到下部新近系泥岩隔水层阻隔,与煤系顶板砂岩含水层无水力联系,对煤层回采存在影响的主要为5煤底板砂岩含水层,并针对该层施工了“横向截流,侧向掩护”的“厂”字形大范围疏降且疏降效果显著,为井下回采创造了良好的水文地质条件。相关研究成果揭示了研究区侏罗系富煤地层受沉积环境影响所形成的特殊含水介质特征及储水控水规律,可为研究区及西部矿区相似开采条件下矿井防治水工作提供一定的理论及工程依据。 展开更多

关键词 侏罗系 含水介质特征 水动力学特征 储水控水 顶底板防治水

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煤矿导水裂隙带高度预测的PSO-SVR法及应用 被引量：6

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作者 乔伟 韩昌民 +2 位作者 李连刚 单景新 周宇 《煤炭科技》 2022年第4期77-84,共8页

导水裂隙带高度预测是煤矿水害防治工作中的核心内容之一。本文在分析影响导水裂隙带高度因素基础上,结合灰色关联度理论,选取煤层开采方式、覆岩结构、采高、埋深及工作面斜长5个影响因素进行关联度分析,构建了基于粒子群优化算法(PSO... 导水裂隙带高度预测是煤矿水害防治工作中的核心内容之一。本文在分析影响导水裂隙带高度因素基础上,结合灰色关联度理论,选取煤层开采方式、覆岩结构、采高、埋深及工作面斜长5个影响因素进行关联度分析,构建了基于粒子群优化算法(PSO)——支持向量机回归(SVR)的导高预测模型,并将此模型应用于招贤煤矿1307、1304、1305三个工作面导高的预测。结果显示:通过对PSO-SVR导高预测模型与传统经验公式、基于相似条件矿井实测导高曲线拟合方法的预测效果进行综合对比,PSO-SVR导高预测模型预测结果与实测值最为接近,精度较高且准确率更高。研究可以为招贤煤矿及黄陇煤田的矿井水害防治提供理论和技术支撑。 展开更多

关键词 煤矿顶板水害 导水裂隙带 支持向量机 粒子群算法 预测模型

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鄂尔多斯典型煤矿不同功能区水化学与微生物群落特征及环境响应 被引量：7

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作者 张莉 徐智敏 +4 位作者 孙亚军 朱璐璐 陈歌 高雅婷 赵先鸣 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期180-196,共17页

为探究煤矿井下不同功能区的微生物群落分布及其对水文地球化学特征的响应,以鄂尔多斯某矿为研究对象,在涉及矿井水的来源、形成、汇集和排放全过程的6个功能区中采集了24份水样,进行水化学组分检测和微生物16S rRNA基因高通量测序,并... 为探究煤矿井下不同功能区的微生物群落分布及其对水文地球化学特征的响应,以鄂尔多斯某矿为研究对象,在涉及矿井水的来源、形成、汇集和排放全过程的6个功能区中采集了24份水样,进行水化学组分检测和微生物16S rRNA基因高通量测序,并采用多元统计方法进行序列数据处理。研究结果表明:矿井水的水化学类型继承了其直接充水水源,均为高矿化度的SO_(4)Na型,而特征污染物SO_(4)^(2-)在煤巷和地表水池中浓度最高。不同功能区的微生物群落组成差异明显:属水平上检出的优势菌属包括能氧化硫化物的发硫菌属和硫氧化菌属,以及可降解有机物的新鞘氨醇杆菌属和短波单胞菌属等在煤巷、采空区中分布较高;好氧的Uliginosibacterium和具有极强吸附力且能降解有机物的不动杆菌属在岩巷中丰度最高;与氮循环有关的噬氢菌属和红细菌属在水仓和地表水中分布较高。微生物群落与水化学过程响应灵敏且关系密切;井工煤矿微生物群落分布不仅与C、N、Ca、Mg等营养元素相关,还与Fe、COD和SO_(4)^(2-)等氧化还原敏感物质密切相关。煤巷和采空区是地下水污染防控的关键区域;开采扰动后,煤中伴生的低价硫化物在化学氧化和硫氧化菌的催化氧化作用下生成大量SO_(4)^(2-);然而,当工作面停采半年到3年后,在物理或化学吸附、沉淀作用(前期占主导),以及硫酸盐还原菌的还原作用下(后期占主导),SO_(4)^(2-)降低了15%~34%,这说明采空区具有一定的自净能力。综上所述,研究成果可为矿井水污染防控的工程应用提供以下理论支撑:一方面可通过通氮气保持工作面的厌氧条件,从源头上减少SO_(4)^(2-)的生成;另一方面可以筛选、培养硫酸盐还原菌和有机物降解菌,制作成生物材料投加到井下进行原位地下水污染修复。 展开更多

关键词 煤矿开采 微生物群落 水化学特征 生物地球化学作用 矿井水

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