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浅埋强富水区下绿色高效保水开采技术

煤炭科学技术 2024年第9期52卷 31-47页

作者：罗文王庆雄国能神东煤炭集团有限责任公司陕西榆林719315

西部地区煤层资源丰富,开采强度大,传统开采方式容易导致含水层水资源流失,产生严重的缺水问题,因此,研究浅埋强富水区的保水开采技术,通过控制岩层移动保持含水层的稳定性,研发低成本、广适用的保水开采技术和材料,形成浅埋强富水区煤... 详细信息

西部地区煤层资源丰富,开采强度大,传统开采方式容易导致含水层水资源流失,产生严重的缺水问题,因此,研究浅埋强富水区的保水开采技术,通过控制岩层移动保持含水层的稳定性,研发低成本、广适用的保水开采技术和材料,形成浅埋强富水区煤层的绿色高效保水开采体系,实现煤炭开采与水资源保护的双重目标,对保障水资源安全、维护生态平衡和促进经济发展具有重要意义。本文首先分析了保水开采现状与难题,从技术先进性和安全性等方面对现有技术进行了对比,从材料、设备和工艺等方面进行了深入研究,总结并分析了不同技术的适用条件。接着以锦界煤矿为例,依据保水采煤方案和导水裂隙带实测高度,对井田进行区域划分,提出“分区分类治理”的原则,并创新性地提出了采前第四系松散含水层底部隔水层再造技术,形成了有效隔离,实现了煤炭开采与水资源保护的协调发展,保护了自然地貌和地表植被。同时,针对现有综采架后膏体充填不高效,且支架无法做到充填非充填灵活转换的问题,设计提出了一种新型充填非充填两用支架,既可作为同一工作面分段充填、非充填支架两种模式交替使用,又可进行后部支架拆解,安装掩护梁侧护板,满足普通支架使用需求,提高了设备使用效率。最后对采后导水裂隙带裂隙顶部注浆修复改造技术和注浆效果评价进行了总结,以锦界煤矿的应用为例进行了说明,对鄂尔多斯盆地类似条件煤层开采具有广泛指导意义,为煤炭行业的绿色开采提供了重要支持。

关键词：浅埋富水区膏体充填隔水层再造保水开采绿色开采

陕北保水采煤背景下MICP再造隔水土层的试验研究

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煤炭学报 2021年第9期46卷 2984-2994页

作者：李涛高颖张嘉睿李殿鑫陈伟张鹏李博梅奥然六盘水师范学院矿业与土木工程学院贵州六盘水553004 西安科技大学地质与环境学院陕西西安710065 贵州大学资源与环境工程学院贵州贵阳550000

我国西北地区煤炭资源丰富,但生态环境脆弱。煤炭开采导致隔水土层破坏,产生水资源漏失、水土流失和生态环境退化。因此,隔水土层再造的研究有重要的理论和现实意义。基于陕北保水采煤现场条件,包括温度特征、环境特征、采煤裂隙特征、... 详细信息

我国西北地区煤炭资源丰富,但生态环境脆弱。煤炭开采导致隔水土层破坏,产生水资源漏失、水土流失和生态环境退化。因此,隔水土层再造的研究有重要的理论和现实意义。基于陕北保水采煤现场条件,包括温度特征、环境特征、采煤裂隙特征、裂隙充填物特征、微生物钙源特征等,开展了一系列MICP(微生物诱导碳酸钙沉积)再造隔水土层室内试验研究。采用紫外分光光度计测试和碳酸钙产量测试等方法,研究了巨大芽孢杆菌在不同温度下的保种特性、不同环境的适应性和不同养护温度的适应性。利用浓缩的高钙洁净矿井水作为钙源和无机盐来源,利用煤矸石粉、黏土和砂体作为采动土体裂隙充填物质,利用尿素作为氮源,开展了一系列的MICP固化采动裂隙土体试验,包括微生物固化前后,无侧限抗压强度测试对比试验、变水头渗透对比试验、固化体X衍射实验、采动物理模型修复试验。研究结果表明:本次实验菌种在3℃下可以保种3个月,0~20℃常温条件下保种3个月再接种后的微生物样品活性有一定影响,但仍可用于采动土体裂隙修复。本次实验菌种在接种3次后培养7 d其OD_(600)值超过2.0,说明3次接种后微生物能够适应当地环境。相比较30℃恒温养护,模拟陕北5月温度养护的样品同期碳酸钙产量更高,而在微生物富集阶段采用研究背景区温度驯化的微生物的同期碳酸钙产量进一步提高。利用高钙洁净矿井水浓缩后作为固化钙源虽然固化修复效果相比氯化钙试剂作为钙源固化效果略差,但通过4次反复注入可以部分弥补固化效果。采用煤矸石粉、黏土和砂作为土体裂隙充填物质,其质量比为1∶1∶2时,采动裂隙土体的物理力学和水理修复效果可以兼顾,且有利于后续植物联合修复。物理模拟结果发现MICP技术的隔水层再造效果显著,模型采动裂隙土体4次固化后,1 h内3 m高的水头仅下降0.1 m。研究结果为MICP技术用于隔水土层再造的工业化提供了试验支撑。

关键词：保水采煤隔水层再造微生物诱导碳酸钙沉积废弃物再利用科学采矿

蒙陕深埋矿区工作面涌水量全生命周期演化规律

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煤田地质与勘探 2022年第12期50卷 152-158页

作者：刘洋杨建周建军中煤科工西安研究院(集团)有限公司陕西西安710077 陕西省“四主体一联合”黄河流域中段矿区(煤矿)生态环境保护与修复校企联合研究中心陕西西安710077

蒙陕深埋矿区属于新开发矿区,煤炭开采扰动下水文地质特征仍不清楚,基建和生产过程中发生了多种类型的水害问题,其中工作面回采过程中和回采结束后的涌水变化特征研究处于空白,给井下排水系统设置和防治水工作开展增加了难度。为查清工... 详细信息

蒙陕深埋矿区属于新开发矿区,煤炭开采扰动下水文地质特征仍不清楚,基建和生产过程中发生了多种类型的水害问题,其中工作面回采过程中和回采结束后的涌水变化特征研究处于空白,给井下排水系统设置和防治水工作开展增加了难度。为查清工作面回采前后的全生命周期涌水量演化规律,开展顶板含水层分布、导水裂隙带发育、涌水量变化等方面的实测研究。结果表明:煤层顶板地层均属于河流/河湖相沉积,空间上呈含隔水层互层状展布,隔水层的主要岩性为泥岩、砂质泥岩;受控于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡的单斜构造,含煤地层高程在蒙陕接壤区最低,其顶板侏罗纪煤系含水层属于区域性地下水滞流区。煤层顶板地层在中生代沉积旋回作用下,发育了3层直接充水含水层,其中直罗组七里镇砂岩(Ⅰ号含水层)距离3-1煤层顶板77.4~109.4 m,呈富水强、水压高的特点;导水裂隙带实测高度为103.4 m,裂采比18.8,工作面回采过程中导水裂隙带将发育至Ⅰ号含水层。工作面回采前期,随着导水裂隙带向上发育沟通不同含水层,采空区涌水量呈阶段性增加,工作面回采至300 m左右,采空区涌水出现第一个峰值;工作面回采中后期,导水裂隙带持续周期性发育,导致顶板含水层破坏范围不断扩大,采空区涌水量仍呈台阶式增加;工作面回采结束前后,采空区范围内顶板导水裂隙带发育最强烈、范围最大,出现采空区涌水量最高值;工作面回采结束后,在其顶板隔水层中泥质组分的自弥合作用下,隔水层逐渐再造,导水裂隙宽度变窄、数量变少,采空区涌水量“缓坡式”衰减(每小时几十立方米以内)。对工作面涌水量实现全生命周期演化规律掌握,可以为蒙陕深埋矿区井下工作面防治水工作提供科学依据。

关键词：蒙陕接壤区工作面涌水量全生命周期关键含水层隔水层再造

杭来湾煤矿覆岩导水通道采后注浆封堵技术研究

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当代化工研究 2024年第17期 107-109页

作者：姬凡刘泽杨邓嘉瑞陕西有色榆林煤业有限公司陕西719000

针对西北水资源紧缺及杭来湾煤矿301盘区采后严重涌水问题,本研究利用地面钻孔注浆技术重建隔水层以堵水。分析显示,该盘区每小时涌水量达975 m^(3),水源来自多层含水层,主要导水通道为采动裂隙等。研究锁定110~140 m深度的导水裂隙,将... 详细信息

针对西北水资源紧缺及杭来湾煤矿301盘区采后严重涌水问题,本研究利用地面钻孔注浆技术重建隔水层以堵水。分析显示,该盘区每小时涌水量达975 m^(3),水源来自多层含水层,主要导水通道为采动裂隙等。研究锁定110~140 m深度的导水裂隙,将风化壳裂隙水含水层作为保护关键。通过优化,采用水灰比为0.8、含4%膨润土和8%氢氧化钠的浆液;设计的注浆参数为:压力5 MPa、流量60 L/min,预计扩散半径为66.4 cm;钻孔规格为直径311 mm,套管至基岩,钻孔间距横向为110.5 cm,竖向为97.5 cm。结论认为,该注浆策略技术可为煤矿水资源保护提供科学的实施方案。

关键词：注浆隔水层再造浆液性能方案设计