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鄂尔多斯盆地北部直罗组含水层研究进展与水害防治建议

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煤炭学报 2022年第10期47卷 3535-3546页

作者：范立民迟宝锁王宏科马雄德焦养泉孙魁苗彦平王建文胡俭马万超中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州211116 陕西省地质环境监测总站自然资源部矿山地质灾害成灾机理与防控重点实验室陕西西安710054 陕西陕煤陕北矿业有限公司陕西榆林719000 长安大学水利与环境学院陕西西安710054 中国地质大学资源学院湖北武汉430074 陕煤集团神木红柳林矿业公司陕西神木719300 陕煤集团神木柠条塔矿业有限公司陕西神木719300 陕煤集团神木张家峁矿业有限公司陕西神木719300

鄂尔多斯盆地侏罗纪煤田原煤产量持续增加,在国家能源安全中具有重要地位。近年来,随着开采深度的增加,以直罗组含水层为突水水源的顶板水害威胁日益凸显。从含煤岩系沉积学、矿井水文地质学的角度,系统阐述了鄂尔多斯盆地北部直罗组空... 详细信息

鄂尔多斯盆地侏罗纪煤田原煤产量持续增加,在国家能源安全中具有重要地位。近年来,随着开采深度的增加,以直罗组含水层为突水水源的顶板水害威胁日益凸显。从含煤岩系沉积学、矿井水文地质学的角度,系统阐述了鄂尔多斯盆地北部直罗组空间赋存特征、与煤层的空间关系、直罗组含水层为水源的矿井涌水特点、直罗组地下水赋存特征和运移规律,总结了直罗组含水层水害防治存在的问题及展望。结果表明:直罗组垂向上可分为上、中、下3段,其中下段为一套半干旱气候条件下的河流相沉积,砂体规模较大,与下伏延安组冲刷结构明显。平面上,直罗组广泛分布于鄂尔多斯盆地北部,榆神北区—神府南区直罗组沉积时期,存在1条NW—SE向的古河道,形成了规模巨大的河流-三角洲充填沉积砂体;直罗组古河道砂体对延安组冲刷强烈,使延安组1煤、2煤和3煤在不同地区缺失。整体上,对延安组第5段冲刷作用最为强烈,第4段次之,仅有个别钻孔可见对第3段具有冲刷;以直罗组含水层作为水源的矿井涌水具有涌水量大且持续时间长、水位变幅小、稳定“供水”能力强的特点,且具有很强的隐蔽性;直罗组下段砂岩厚度、砂地比、隔水岩组厚度等从宏观上控制着直罗组地下水的赋存,良好的孔隙度、渗透率为直罗组地下水的赋存提供了良好的地下水微观储存空间;在研究区西部安定组覆盖区,直罗组与上部洛河组以及第四系萨拉乌苏组基本不存在水力联系,主要接受侧向的缓慢补给,补给条件较差,主要以静储量为主。而在研究区东部基岩风化区,直罗组与上部第四系萨拉乌苏组之间具有较为强烈的水力交换,补给条件较好,以侧向补给和上部含水层的垂向补给为主,地下水径流速度快,交替频繁,以动储量为主;针对鄂尔多斯盆地北部直罗组含水层及其水害防控问题,应从直罗组沉积体系控水机理、水文地质条件、矿井涌水量与直罗组古河道砂体含水层持续“供水”关系、地下水源头防治水技术、含水系统的供水及生态价值等方面开展深入研究。

关键词：直罗组含水层煤矿防治水顶板水害水资源保护(保水采煤) 鄂尔多斯盆地

煤矿井下输送带运输触控喷雾除尘技术研究与应用

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煤炭技术 2023年第1期42卷 234-237页

作者：迟宝锁侯钧刘宽孙央温国祥吕伟鹏李世航陕北矿业公司陕西榆林719300 中国矿业大学碳中和研究院江苏徐州221008 中国矿业大学职业健康研究院江苏徐州221008 中国矿业大学安全工程学院江苏徐州221116

为解决煤矿井下带式输送机输送带运输造成的粉尘浓度超标问题,提出了输送带运输触控喷雾除尘方法。以红柳林煤矿25211综采工作面运输巷为研究对象,进行了带式输送机输送带触控喷雾系统的现场应用与效果测试。结果表明:触控喷雾系统效果... 详细信息

为解决煤矿井下带式输送机输送带运输造成的粉尘浓度超标问题,提出了输送带运输触控喷雾除尘方法。以红柳林煤矿25211综采工作面运输巷为研究对象,进行了带式输送机输送带触控喷雾系统的现场应用与效果测试。结果表明:触控喷雾系统效果良好,开启后各测点的粉尘浓度均有明显下降。但由于触控喷雾系统覆盖范围有限,随着距离的增加总尘和呼尘浓度虽相比未开启设备时有所降低,但除尘效率有所下降,直至粉尘浓度超过容许浓度。因此,需要在运输巷中架设多台触控喷雾系统才能满足整条巷道带式输送机输送带运输扬尘的除尘需求。

关键词：触控喷雾系统综采工作面粉尘浓度呼吸性粉尘除尘效率

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基于GIS的采掘接续编排预警系统

煤矿安全 2021年第2期52卷 138-141页

作者：迟宝锁王强高彬陕西陕煤陕北矿业有限公司陕西榆林719000 北京龙软科技股份有限公司北京100190

针对煤矿采掘计划一直采用人工方法进行编制,采掘接续编制过程繁琐,无法开展采掘接续紧张预警等问题,基于GIS理论,开发采掘接续编排预警系统;将接续计划报表、接续图形、基础数据等以GIS数据库方式统一管理实现采掘接续图及报表自动生成... 详细信息

针对煤矿采掘计划一直采用人工方法进行编制,采掘接续编制过程繁琐,无法开展采掘接续紧张预警等问题,基于GIS理论,开发采掘接续编排预警系统;将接续计划报表、接续图形、基础数据等以GIS数据库方式统一管理实现采掘接续图及报表自动生成,并结合煤矿生产实际进度,监测生产任务的紧张情况,实现采掘计划预警提醒。与传统的CAD和Excel报表相比,实现了图形报表的统一录入、编辑和输出,为采掘接续编制提供了智能化辅助工具。

关键词： GIS 采掘接续接续报表接续图形接续编制预警系统

陕北矿区采动覆岩裂隙空间分布及裂隙带高度预测

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煤炭技术 2022年第10期41卷 178-181页

作者：李民峰郭重威吴群英迟宝锁王二云郭书全杜超杰陕西煤业化工集团有限责任公司西安710065 中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083 陕西涌鑫矿业有限责任公司陕西榆林719407 陕煤集团神木柠条塔矿业有限公司陕西榆林719300

针对陕北矿区采煤后裂隙带能否导通第四系潜水含水层问题,相似模拟分析了柠条塔矿采动覆岩裂隙空间分布规律,覆岩“三带”裂隙率呈“M”形分布,采空区边缘附近裂隙发育最大,垮落带和裂隙带高度分别约为30、100 m;理论分析得知裂隙带高... 详细信息

针对陕北矿区采煤后裂隙带能否导通第四系潜水含水层问题,相似模拟分析了柠条塔矿采动覆岩裂隙空间分布规律,覆岩“三带”裂隙率呈“M”形分布,采空区边缘附近裂隙发育最大,垮落带和裂隙带高度分别约为30、100 m;理论分析得知裂隙带高度约为95 m;现场地表钻孔观测知,垮落带和裂隙带高度分别为30~35 m和95~100 m,与理论分析和相似模拟结果一致。采动覆岩裂隙未导通第四系潜水含水层。

关键词：采动裂隙场 M形分布裂隙带高度相似模拟现场实测

无煤柱自成巷工法留巷全周期矿压显现规律研究

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煤炭科学技术 2020年第9期48卷 123-129页

作者：迟宝锁王建文刘辉明灿李珅陕西陕煤陕北矿业有限公司陕西榆林719300 中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室北京100083

为了稳定控制无煤柱自成巷工法开采条件下的沿空巷道,以柠条塔煤矿S12012工作面为工程背景,采用现场实测的研究方法,对留巷及留巷复用期间的支护结构受力和顶板变形特征进行了研究。结果表明:留巷期间,巷道变形与切顶护帮支架压力演化... 详细信息

为了稳定控制无煤柱自成巷工法开采条件下的沿空巷道,以柠条塔煤矿S12012工作面为工程背景,采用现场实测的研究方法,对留巷及留巷复用期间的支护结构受力和顶板变形特征进行了研究。结果表明:留巷期间,巷道变形与切顶护帮支架压力演化过程可分为初始稳定期、剧烈变形期、缓慢过渡期、压实稳定期4个阶段。S12012工作面后方约0~30 m为初始稳定期,巷道变形量较小,结构受力增加不明显;工作面后方30~150 m为剧烈变形期,巷道变形量快速增大,巷内支护结构受力明显增加;工作面后方150~200 m为缓慢过渡期,巷道变形和巷内支护结构受力逐渐趋于平稳;工作面后方200 m以外为压实稳定期,巷道变形量保持稳定,支护结构受力也不再发生明显变化。留巷复用期间,巷道变形与切顶护帮支架压力演化过程可分为矿压稳定期、矿压渐变期、矿压剧烈期3个阶段。超前工作面约90 m以外范围内为矿压稳定期,巷道变形量普遍较小,超前临时支护受力无明显增大;超前工作面25~90 m为矿压渐变期,巷道变形量增长较慢,超前临时支护受力开始逐渐增大;超前工作面0~25 m为矿压剧烈期,巷道变形量和超前临时支护受力均急剧增大。全周期围岩变形控制在200 mm以内,研究结果可为做好现场巷道支护工作提供借鉴。

关键词：无煤柱切顶卸压留巷复用矿压显现特征巷道变形

重复采动覆岩裂隙率空间分布相似模拟研究——以陕北矿区为例

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煤炭科学技术 2022年第1期50卷 105-111页

作者：吴群英郭重威翟鸿良王建文张铭杰迟宝锁王二云郭书全陕西陕煤陕北矿业有限公司陕西榆林719000 中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083 陕西涌鑫矿业有限责任公司陕西榆林719407 陕煤集团神木柠条塔矿业有限公司陕西榆林719300

由于水资源短缺,陕北矿区利用采空区储存矿井水进行再利用,采空区储水量与采动裂隙空间分布密切相关,为准确预测采空区储水量,基于工作面上覆岩层断裂分带划分结果,确定煤矿地下水库的主要储水空间为垮落带与断裂带的裂隙空间,建立了采... 详细信息

由于水资源短缺,陕北矿区利用采空区储存矿井水进行再利用,采空区储水量与采动裂隙空间分布密切相关,为准确预测采空区储水量,基于工作面上覆岩层断裂分带划分结果,确定煤矿地下水库的主要储水空间为垮落带与断裂带的裂隙空间,建立了采动覆岩裂隙率空间分布的计算方法,采用相似模拟试验得出了柠条塔矿1^(-2)煤和2^(-2)煤重复采动后上覆岩层的下沉曲线,计算出重复采动覆岩裂隙率在垂直和水平方向的空间分布情况。结果表明:沿垂直方向,随着高度增加,覆岩裂隙率逐渐减小,1^(-2)煤开采后岩层裂隙率由1.87%逐渐下降为1.18%,2^(-2)煤开采后,裂隙率由12.85%下降为4.11%;沿水平方向,垮落带、断裂带和弯曲下沉带的裂隙率在采空区边缘附近都会产生2个峰值,并且峰值位置逐渐向采空区中央移动,1^(-2)煤开采后,中间压实区的最大裂隙率为1.21%,两边离层区的最大裂隙率为2.19%,2^(-2)煤开采后,压实区和离层区最大裂隙率分别为16.1%和6.54%;重复开采后,上覆岩层的裂隙率显著增加,有利于地下水库储存更多的矿井水,煤层重复开采后,离层区裂隙率最大值由2.19%上升到16.1%,中间压实区最大裂隙率由1.21%上升到6.54%,分别增长了约6.4倍和4.4倍,重复采动覆岩的裂隙率显著增加,增加了储水能力,故下部煤层开采后的采空区能储存更多的矿井水。

关键词：覆岩裂隙率分布重复采动地下水库覆岩“三带”

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大采高工作面切顶留巷支护参数优化研究

煤炭科学技术 2017年第8期45卷 128-133页

作者：迟宝锁周开放何满潮杨军王琦马新根陕西煤业股份有限公司神南矿业公司陕西榆林719300 中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室北京100083 山东大学岩土与结构工程研究中心山东济南250061

针对大采高开采条件下煤层较厚,在切顶留巷技术现场实施过程中,常遭受矿压显现剧烈、巷道变形严重,给留设巷道的顶板支护带来难题,以柠条塔煤矿大采高S1201工作面为工程背景,采用恒阻大变形锚索作为巷道顶板的关键支护设备,在现场进行了... 详细信息

针对大采高开采条件下煤层较厚,在切顶留巷技术现场实施过程中,常遭受矿压显现剧烈、巷道变形严重,给留设巷道的顶板支护带来难题,以柠条塔煤矿大采高S1201工作面为工程背景,采用恒阻大变形锚索作为巷道顶板的关键支护设备,在现场进行了5种不同支护方案的对比试验,通过对比不同支护方案下的顶板下沉规律,得到了有效的切顶留巷顶板支护参数。结果表明:S1201区段运输平巷有效且经济的架后补强支护方式是在原支护的基础上,于切缝侧补强1排恒阻锚索,锚索长度增加至9 000 mm,排距2 000 mm,除此之外补打3列普通锚索,普通锚索间距1 500 mm,普通锚索间去掉W钢带。该工程的成功应用为国内厚煤层切顶留巷技术提供了借鉴。

关键词：大采高切顶留巷恒阻大变形锚索顶板下沉

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榆神矿区地下水埋深上限阈值

煤炭学报 2021年第7期46卷 2370-2378页

作者：马雄德祁浩郭亮亮迟宝锁王宏科朱占荣曹虎生长安大学水利与环境学院陕西西安710054 长安大学旱区地下水文与生态效应教育部重点实验室陕西西安710054 自然资源部煤炭资源勘查与综合利用重点实验室陕西西安710016 陕西省一八五煤田地质有限公司陕西榆林719000 陕西陕煤陕北矿业有限公司陕西榆林719000

减少矿产资源开发过程中水资源损失是生态脆弱矿区水资源管理的重点,量化地下水位埋深与潜水蒸发速率关系,可为西部干旱矿区水资源保护提供科学思路。以隔水岩组厚度与导水裂隙带高度之差,划分了榆神矿区煤层开采地下水位变化趋势分区;... 详细信息

减少矿产资源开发过程中水资源损失是生态脆弱矿区水资源管理的重点,量化地下水位埋深与潜水蒸发速率关系,可为西部干旱矿区水资源保护提供科学思路。以隔水岩组厚度与导水裂隙带高度之差,划分了榆神矿区煤层开采地下水位变化趋势分区;以水位埋深变浅区覆盖的风积沙为试样开展潜水蒸发试验,分析蒸发过程及不同水位条件下潜水蒸发规律;通过在水分特征曲线的转折点处构建双切线,推导求取地下水埋深上限阈值的解析公式;采用漏斗法测定榆神矿区风积沙的水土特征曲线,利用最小二乘法求取特征参数,求取榆神矿区煤层开采区地下水埋深上限阈值。结果表明:榆神矿区地下水位变化趋势可分为3个区,即水位埋深变浅区、过渡区和水位埋深增加区。水位埋深变浅区多位于榆神三、四期规划区,此区域水位埋深<4 m的面积占矿区面积的59.1%,开采沉陷极易造成地下水浅埋或出露;榆神矿区风积沙蒸发过程可分为2个阶段,即稳定蒸发阶段和水汽扩散阶段,地下水位埋深0.5 m左右时蒸发过程中的水分传输机制发生了转变,蒸发进入水汽扩散阶段;在稳定蒸发条件下建立了土壤水分运移方程,推求了地下水埋深上限阈值计算公式,地下埋深上限阈值与毛细上升高度和进气压力值有关,在数值上等于表层土与地下水之间毛管水力联系中断时表层土的基质势;地下埋深上限阈值可以通过van Genuchten方程的拟合参数α,n来求解;利用实测风积沙水土特征曲线的参数,确定榆神矿区地下水埋深上限阈值为50 cm,与蒸发试验结果一致。水位埋深变浅是中深部煤层开采遇到的普遍问题,对于干旱半干旱地区的榆神矿区而言,控制合理的水位埋深上限已成为煤层开采中需要面临的新的科学问题。

关键词：榆神矿区潜水蒸发埋深上限保水采煤水土特征曲线

地面核磁共振技术在隐伏火烧区富水性探测中的应用

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煤田地质与勘探 2021年第5期49卷 230-237页

作者：侯恩科樊江伟高利军王建文陈德海迟宝锁王宏科西安科技大学地质与环境学院陕西西安710054 陕煤集团神木柠条塔矿业有限公司陕西榆林719300 上海申丰地质新技术应用研究所有限公司上海201702 陕西陕煤陕北矿业有限公司陕西榆林719000

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... 详细信息

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9~30m,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。

关键词：地面核磁共振隐伏火烧区含水层富水性