范立民,馬雄德,冀瑞君

(1.陜西省地質調查院,陜西西安 710065;2.陜西省地質環(huán)境監(jiān)測總站,陜西西安 710054;3.長安大學環(huán)境科學與工程學院,陜西西安710054;4.中國礦業(yè)大學(北京)煤炭資源與安全開采國家重點實驗室,北京 100083)

?

西部生態(tài)脆弱礦區(qū)保水采煤研究與實踐進展

范立民1,2,馬雄德3,冀瑞君4

(1.陜西省地質調查院,陜西西安 710065;2.陜西省地質環(huán)境監(jiān)測總站,陜西西安 710054;3.長安大學環(huán)境科學與工程學院,陜西西安710054;4.中國礦業(yè)大學(北京)煤炭資源與安全開采國家重點實驗室,北京 100083)

摘 要:“保水采煤”是應鄂爾多斯盆地北部侏羅紀煤田獨特的礦床地質條件而提出,經(jīng)過多年研究和探索,在基礎研究、工程實踐等領域取得了大量成果?？偨Y了不同階段保水采煤研究的最新進展和存在的科學問題?；A研究階段,查明了煤層與含(隔)水層空間關系、煤層覆巖結構類型,劃分了保水采煤地質條件分區(qū),編繪了基于地下水位保護的采煤方法規(guī)劃圖,提出了開采區(qū)域評價方法和采煤方法等實現(xiàn)“保水采煤”的途徑。在工程實踐階段,以生態(tài)水位保護為原則,開展了基于含水層結構保護的充填開采、窄條帶開采、限高(分層)開采、短壁機械化開采法、快速推進法等“因地制宜”的保水采煤工程實踐,開展了基于巖溶承壓含水層結構保護的底板注漿加固保水采煤工程實踐;以水資源保護、利用為原則,開展了基于地下水轉移儲存、采空區(qū)儲水的保水采煤工程實踐。

關鍵詞:生態(tài)脆弱礦區(qū);保水采煤;研究進展;生態(tài)水位;三圖預測法

責任編輯:韓晉平

范立民,馬雄德,冀瑞君.西部生態(tài)脆弱礦區(qū)保水采煤研究與實踐進展[J].煤炭學報,2015,40(8):1711-1717.doi:10.13225/ j.cnki.jccs.2015.0223

Fan Limin,Ma Xiongde,Ji Ruijun.Progress in engineering practice of water-preserved coal mining in western eco-environment frangible area[J].Journal of China Coal Society,2015,40(8):1711-1717.doi:10.13225/ j.cnki.jccs.2015.0223

Progress in engineering practice of water-preserved coal mining in western eco-environment frangible area

FAN Li-min1,2,MA Xiong-de3,JI Rui-jun4

(1.Shaanxi Geological Survey,Xi’an 710065,China;2.Shaanxi Institute of Geo-Environment Monitoring,Xi’an 710054,China;3.College of Environmental Science and Engineering,Chang’an University,Xi’an 710054,China;4.State Key Laboratory of Coal Resources & Safe Mining,China University of Mining & Technology(Beijing),Beijing 100083,China)

Abstract:It is the unique geological environment conditions in northern Ordos Basin Jurassic coalfield that the issue “water-preserved coal mining”is presented.After years of research,there have been some significant progresses in basic research and engineering practice.This paper summarized the latest achievements in the research of water-preserved coal mining.In the basic research phase:identified spatial distribution relation between coal bed with aquifers and impermeable layer;established the structure type of coal bed roof;divided the coal mining area into different partitions to protect aquifer;and specified the mining methods in different regions to protect groundwater.In the engineering practice phase:five kinds of aquifer-structure-preserved mining methods be employed to protect roof aquifer structure, including cut-and-fill mining,strip mining,slice mining,short-wall continuous mechanical mining and fast marching mining;reinforced bottom plate by grouting to protect Karst confined water in Weibei mining area;and transferred swallet into mined-out area to improve the utilization.

Key words:the ecological fragile mining area;water-preserved mining;recent progress of engineering practices;ecological groundwater table;three maps prediction

1990-04-20和1990-12-28,陜北侏羅紀煤田瓷窯灣煤礦發(fā)生兩次巷道冒落、突水潰沙災害,導致附近的順溝渠水庫干涸。在災后水文地質補充勘查和成因分析后,范立民于1992年提出了“保水采煤”的觀點和建議[1-2],即在我國西部缺水礦區(qū),應該通過合理布局和科學開采,使煤炭開采、水資源保護與生態(tài)環(huán)境安全協(xié)調發(fā)展。國外在預防頂板突水時一般采用主動防護法(疏干含水層)和堵水截留法(帷幕注漿)[3],沒有可供我國西部“保水采煤”借鑒的經(jīng)驗。20多年來,基于保水采煤目標,中國研究者在榆神府礦區(qū)基礎地質、水文地質工程地質領域做了大量工作,奠定了“保水采煤”研究的地質基礎[1-2,4-9]。地質、礦業(yè)工程科學家就安全高效、“保水”、經(jīng)濟的采煤技術進行了大量的研究和工程實踐,開展了以充填、窄條帶、限高、短壁機械化和長壁快速推進(局部限高)為主的保水采煤工程實踐,基本實現(xiàn)了煤炭開采和水資源保護并舉的目標。2004年以來,水文水資源、生態(tài)環(huán)境的理論和方法應用于保水采煤領域,保水采煤思想得到了豐富和發(fā)展,初步形成了以生態(tài)水位保護為核心的保水采煤技術體系[7-9]。隨著我國西部煤炭產(chǎn)量的不斷提升,新疆、青海、甘肅華亭-陜西彬長、寧東等生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)煤炭科學開采是亟待解決的難題[10-11],及時總結基于榆神府礦區(qū)形成的“保水采煤”研究進展,可有效促進中國西部地區(qū)煤炭的科學開采。

1 保水采煤地質基礎研究

1.1 水文地質工程地質基礎研究

陜北侏羅系煤田含可采煤層2~12層(一般3~5層),單層厚度3~5 m,最大12.49 m[4],地質構造簡單,易于開采,當前開采的區(qū)域煤層埋藏較淺,一般100~300 m。薩拉烏蘇組(Q3s)、燒變巖兩個含水層是區(qū)內(nèi)僅有的具備供水意義的含水層,位于煤層之上,開采會不可避免地破壞上述含水層的儲水結構,必須實行保水開采(保水采煤)。

水文地質工程地質條件研究是保水采煤的基礎。范立民[12]在系統(tǒng)研究薩拉烏蘇組含水層、巖土隔水層、燒變巖含水層和煤層的賦存分布特征基礎上,將榆神府礦區(qū)水文地質條件分為4類,即孤立局部富水小型含水盆地(神東礦區(qū)大柳塔—石圪臺一帶)、無土層隔水層大型含水盆地(榆神礦區(qū)一期規(guī)劃區(qū)東部和二期規(guī)劃區(qū))、含水層和巖土隔水層穩(wěn)定發(fā)育的含水盆地(榆神礦區(qū)一、三、四期規(guī)劃區(qū))和薩拉烏蘇-燒變巖含水盆地(窟野河、禿尾河沿岸地區(qū))。李文平等[5]劃分了5種工程地質類型,即砂土基型、砂基型、土基型、基巖型和燒變巖型(砂指薩拉烏蘇組及風積沙,土、基指黏土與基巖隔水層),并指出砂土基型和燒變巖型覆巖條件下有保水采煤的必要性。以上研究基本圈定了有水礦區(qū)和無水礦區(qū),并指出在無水礦區(qū)鼓勵機械化高強度開采,可先行開采,而有水礦區(qū)必須實行保水開采。

針對我國賦煤區(qū),彭蘇萍等[13]研究了煤炭資源、水資源的分布特點及結構類型,提出了煤礦區(qū)水資源保護、科學利用和合理配置的戰(zhàn)略路徑。

1.2 地質條件分區(qū)預測

1.2.1 經(jīng)驗公式法

有水礦區(qū)是否需要采取保水采煤措施,取決于采煤引起的導水裂隙帶是否波及到目標含水層中。導水裂隙帶的研究方法主要有經(jīng)驗公式計算、鉆孔實測、模擬等方法,經(jīng)驗公式是基于20世紀80年代前的采礦技術總結的,不適合目前高強度開采條件。因此,一些研究者采用鉆探探測、模擬實驗和關鍵層理論研究確定導水裂隙帶發(fā)育高度及裂隙演變規(guī)律[14-17],修訂了經(jīng)驗參數(shù),為保水采煤地質條件分區(qū)提供了技術依據(jù)。

1.2.2 “三圖”預測法

2003年9月,王雙明、范立民對榆神礦區(qū)一期規(guī)劃區(qū)進行了保水采煤分區(qū)研究[18],編繪了薩拉烏蘇組含水層等厚線圖(確定保水采煤的保護含水層)、2-2煤層頂板隔水層厚度等值線圖和2-2煤層開采導水裂隙帶發(fā)育高度等值線圖。據(jù)此“三圖”,結合覆巖物理力學性質及采煤方法,判定煤層開采對薩拉烏蘇組含水層的影響程度,稱為保水采煤的“三圖預測法”,這為保水采煤地質條件分區(qū)提供了可行的方法[7-9]。據(jù)此,根據(jù)采煤對薩拉烏蘇組地下水影響程度,將榆神府礦區(qū)劃分為4個分區(qū),即貧水開采區(qū)、保水限定開采區(qū)、可控保水開采區(qū)和自然保水開采區(qū)[9]。

榆神礦區(qū)三期規(guī)劃區(qū)規(guī)劃環(huán)評前,陜西省地質調查院開展了采煤對水資源影響的評價[19]。根據(jù)綜合預測,榆神礦區(qū)三期規(guī)劃區(qū)2-2煤層開采的導水裂隙帶發(fā)育高度平均為采高的26.5倍。據(jù)三圖預測法,將該區(qū)采煤對水資源影響程度分為輕微影響區(qū)、一般影響區(qū)和嚴重影響區(qū)。

按照預測結論,嚴重影響區(qū)不僅會誘發(fā)突水潰沙礦井災害,還使水體、濕地面積持續(xù)萎縮,地下水位下降幅度較大[20-21],為此,國家發(fā)改委修改了榆神礦區(qū)三期開發(fā)規(guī)劃,現(xiàn)階段只批準建設位于輕微影響區(qū)的小保當一號煤礦,待取得保水采煤技術參數(shù)后,再研究其他井田是否開發(fā)以及開發(fā)方案,已投產(chǎn)的隆德煤礦要采用保水采煤技術。

2 基于含水層保護的保水采煤實踐

含水層結構保護的關鍵是巖層控制[22],即控制采煤產(chǎn)生的導水裂隙帶不與含水層導通,從而實現(xiàn)生態(tài)水位保護。在開采煤層頂板水和底板水保護兩種不同條件下,所采取的保水開采方法亦會有不同。

2.1 頂板含水層保水采煤工程實踐

對于煤層上部含水層實施保水開采,其核心就是采取合理的采煤方法和工藝保證含水層結構不被破壞,或者有一定的損壞,但不至于引起地下水位大幅度下降。根據(jù)礦床水文地質條件,在陜北、內(nèi)蒙古東勝地區(qū)(即鄂爾多斯盆地西北部地區(qū))需要保護的含水層為薩拉烏蘇組含水層和燒變巖含水層[1-2,7]。在工程實踐中,基于不同的地質條件和開采條件,形成了充填保水采煤、窄條帶保水采煤、分層(限高)保水采煤、短壁機械化保水采煤及長壁機械化快速推進保水采煤等保水采煤方法。

2.1.1 充填式保水采煤進展

充填式控頂方法對地表環(huán)境保護和煤礦安全十分有利,在巷柱式開采法和長壁式開采法中均有應用[23],并形成了充填采煤一體化系統(tǒng)、裝備以及工藝,為巖層控制與含水層保護提供了技術途徑。2003年范立民提出利用風積沙充填采空區(qū)的保水采煤技術方案[24],盡管沒有付諸實施,但這是最早基于保水采煤目標提出利用風積沙為骨料充填采空區(qū)的保水采煤技術方案。

由于榆陽煤礦與榆林新的城市規(guī)劃重疊,為了保證城市規(guī)劃的實施,榆陽煤礦開采過程中必須保護好薩拉烏蘇組含水層和地質環(huán)境,為此,推行了充填開采。

榆陽煤礦以風積沙為骨料的膏體充填材料,實現(xiàn)了保水采煤。該方法主要是由風積沙、水泥、粉煤灰、專用輔料及水按一定配比混合而成,其中水占35%以下(似膏體)。2301連采工作面充填50條支巷,充填5.2萬m3,充填體強度28 d時達到5.30 MPa。充填率50%~70%,地面下沉量減少了50%以上[25]。

神東礦區(qū)部分煤礦也開展了局部充填或局部限高保水開采工程實踐,一般在工作面開切眼附近適當降低采高或部分充填,在終采線附近也采用同樣措施,實現(xiàn)保水采煤目標[26]。

充填保水開采是實現(xiàn)保水采煤的重要途徑,但成本較高。榆陽煤礦的充填成本超過了100元/ t,這給該技術的推廣應用帶來了一定的困難。

2.1.2 窄條帶保水采煤進展

“窄條帶”采煤方法的主要技術特征是:礦井的開采系統(tǒng)仍按照長壁開采系統(tǒng)布置,在原設計的回采工作面,平行于原開切眼劃分若干個開采條帶;每個開采條帶開采時,先開通由區(qū)段運輸平巷到區(qū)段回風平巷的開掘工作面,形成較為規(guī)范的全負壓通風系統(tǒng);后采用后退擴巷回采?！罢瓧l帶”采煤方法是針對榆神礦區(qū)地方煤礦開采區(qū)采礦權邊界不規(guī)則而提出的一種保水采煤方法。

通過對榆卜界等礦井“保水采煤”設計研究,確定了“窄條帶”開采技術參數(shù)確定的原則和方法:①確保煤層上覆富含水層不受破壞的原則上,計算開采條帶的最大寬度;②保證煤柱長期穩(wěn)定性原則基礎上,計算條帶煤柱的最小尺寸;③提出條帶開采方案,通過數(shù)值模擬試驗進行“圍巖-煤柱群”整體力學模型計算。

邵小平等[27]采用相似模擬實驗對“采12留8”條帶開采中8 m條帶煤柱及煤柱削減至6 m及4 m后的煤柱穩(wěn)定性進行了對比模擬研究。研究結果表明,條帶工作面條帶煤柱及邊界大煤柱構成承擔覆巖荷載的整體結構,條帶煤柱是主體;條帶煤柱尺寸減小首先造成采空區(qū)域中部煤柱產(chǎn)生塑性變形,其承受的荷載向其他煤柱轉移;4 m條帶煤柱造成采空區(qū)中部局部條帶煤柱首先失穩(wěn),進而導致覆巖的瞬間大范圍垮落。8 m條帶煤柱可保證煤柱長期的穩(wěn)定性,達到保水開采的目的。

目前,榆神礦區(qū)10余處地方煤礦采用“采12留8”的保水采煤方法,與原房柱式采煤方法比較,煤炭資源采出率提高20%以上,單井產(chǎn)量可提高到100~300萬t。

窄條帶保水采煤技術由于煤炭采出率低,只是一種限于特定地質條件下的開采法,未來如何回收留滯的“條帶煤”以及采空區(qū)安全隱患防范是一個重大難題。

2.1.3 分層(限高)保水采煤進展

榆神府礦區(qū)2-2煤層厚度大于10 m的可采范圍較廣,厚煤層開采主要有放頂法和分層開采兩種方法。放頂法盡管生產(chǎn)效率高,但覆巖破壞嚴重,壓力顯現(xiàn)劇烈。實踐表明,減小初次開采厚度,增大重復開采厚度,可以有效降低導水裂隙帶的發(fā)育高度,降低生產(chǎn)成本。

分層開采可以有效降低導水裂隙帶的發(fā)育高度。合理設計初采厚度,重復分層開采可以避免一次采全高破壞上覆含水層隔水層的隔水性。王悅[28]研究了放頂開采和分層開采條件下榆樹灣煤礦保水采煤的可行性,認為分層開采可以實現(xiàn)榆樹灣煤礦保水開采。

榆樹灣煤礦延安組含煤5層,其中2-2煤層是最上部可采煤層,煤層厚度11 m。薩拉烏蘇組含水層厚14.20~15.85 m,黃土及紅土層隔水層厚83.75~95.80 m,煤層上覆基巖厚115~160 m(其中直羅組裂隙含水層厚度82.9~20.7 m,基巖頂面風化含水層厚23.64~11.60 m,延安組弱或極弱含水層厚77.39~94.73 m)。

不同采高產(chǎn)生的導水裂隙帶高度不同,造成的薩拉烏蘇組地下水漏失程度也有差異。若上分層采用一次采全厚(≥7 m)全部垮落法管理頂板時, 45%以上區(qū)域的薩拉烏蘇組地下水將漏失,上分層采高5 m左右可以實現(xiàn)大部分區(qū)域的保水開采[28]。因此,榆樹灣煤礦設計上分層采高5.50 m,目前已完成5個綜采工作面的回采,正在開采第6個工作面,采空區(qū)只發(fā)現(xiàn)了2條獨立下行裂縫[7],鉆孔探測導水裂隙帶未發(fā)育到薩拉烏蘇組含水層,實現(xiàn)了保水采煤目標。

限高(分層)保水采煤技術在榆神府礦區(qū)無疑是一種適宜的新技術,但上分層開采后,下分層何時回采以及回采對含水層結構的影響,將是面臨的科學技術難題。

2.1.4 短壁機械化保水采煤進展

短壁連采技術始創(chuàng)于美國,于1979年開始從美國引進,經(jīng)多年發(fā)展形成適于用我國地質特征的高效的短壁機械化連續(xù)開采技術和方法[29]。短壁式開采技術具有采、掘合一,機動靈活,適應性較廣等優(yōu)點,特別適合于“三下”開采,不規(guī)則區(qū)域開采及殘煤區(qū)回收煤柱等。2003年神東煤炭集團公司應用短壁開采工藝促進了礦井的規(guī)?；a(chǎn),2010年劉玉德等在神府礦區(qū)蘇家壕煤礦,借助實踐經(jīng)驗、實驗數(shù)據(jù)、理論計算與數(shù)值模擬,建立了淺埋煤層短壁開采分類體系,針對性進行了短壁機械化采煤布置,成功解決了薄基巖條件下短壁機械化保水采煤問題[29]。

2.1.5 長壁機械化快速推進保水采煤進展

馬立強等[30-31]針對神東礦區(qū)補連塔煤礦薄基巖淺埋藏易發(fā)生切落的32201工作面和具有雙關鍵層的32202工作面,通過加快推進速度,在保水開采重點區(qū)域限制采高或局部充填,選擇合理的支護阻力3項措施,盡量保證頂板完整性,避免在動壓力作用下導水裂隙帶的充分發(fā)育導通含水層,造成含水層水短時間大量涌入工作面。

采取措施后,32201和32202工作面從數(shù)值模擬到現(xiàn)場實踐證明,松散層水位變化較小,僅在工作面兩側順槽水位下降大于地面下沉值,基本實現(xiàn)了保水采煤目標。

2.2 底板承壓含水層保水采煤進展

保水采煤不僅要保護頂板含水層,也要保護底板含水層[32-33],近年來,陜西澄合礦區(qū)董家河煤礦以保水采煤理論為基礎,以防突水為目標,開展了以底板注漿加固為主要內(nèi)容的承壓含水層保護采煤工程實踐,既保證了煤礦安全,也保護了煤層底板巖溶水含水層結構的完整性。

2.2.1 受保護的巖溶承壓含水層

渭北巖溶水主要賦存于中下奧陶統(tǒng)馬家溝組(O1 m),溶蝕裂隙為本區(qū)含水巖溶類型,分布規(guī)律受地質構造控制,含水層區(qū)域性地下水位標高373~375 m,水質較好,礦化度0.6~0.8 g/ L,通過泉群排泄,是渭北地區(qū)工農(nóng)業(yè)用水和黃河濕地維系的重要水源。

但奧陶系石灰?guī)r頂面距10號煤層底板間距一般10 m,距5號煤層底板間距一般27 m左右。開采10號煤層時,煤層底板巖柱不足以抵抗奧陶系承壓水壓力時,下伏含水層將構成礦井直接充水含水層發(fā)生底板突水。開采5號煤層時,對礦井安全生產(chǎn)構成危害的是5號煤層底板承壓含水層,即K2、奧灰?guī)r含水層,而K2含水層本身富水性弱,但是當其與下伏富水性強的奧灰含水層導通時,涌水量會迅速增大,突水危險性較高。

2.2.2 煤層底板注漿加固保水采煤進展

5號煤直接底板有粉砂巖和石英砂巖兩類,其中粉砂巖類包括砂質泥巖及泥巖,抗壓強度23.9~35.7 MPa,抗拉強度1 MPa。10號煤層直接底板為粉砂巖或炭質泥巖,一般具可塑性,遇水易膨脹。注漿堵水是直接改善底板突水途徑,保證不發(fā)生底板突水和含水層結構完整性。

在5號煤層底板實施全段注漿,綜合考慮治理成本,選用黏土漿液,當單孔的黏土漿液注漿量達到一定程度時,可調整使用黏土-水泥漿、純水泥漿或雙液漿液注漿。利用黏土、水泥漿的黏塑性及凝結強度填充裂隙并加固提高底板強度。澄合礦區(qū)董家河煤礦建設了我國最大的煤礦底板注漿系統(tǒng),實現(xiàn)了機械化作業(yè),自動化監(jiān)控。

通過直流電法探測注漿后的底板含水性,注漿效果良好,未發(fā)生以底板巖溶水含水層為突水水源的煤礦突水,實現(xiàn)了巖溶承壓含水層的保水采煤目標。

渭北巖溶水是該區(qū)工農(nóng)業(yè)用水、生態(tài)需水的重要水源,而5號煤層開采已經(jīng)受到底板承壓水的威脅,深部的10,11號煤層開采的危險性更大。由于開采成本高,煤礦虧損嚴重,建議老礦井逐步退出,不再新建煤礦,確保巖溶含水層保護,但關閉老礦井將面臨一系列經(jīng)濟、社會問題,必須合理解決。

3 地下水轉移儲存保水采煤工程實踐

1995年范立民等在大柳塔煤礦20601工作面疏降水工程時[34],從第四系含水層、井下水倉抽取的混合水(屬于雙溝泉域薩拉烏蘇組地下水),就近排至到母河溝泉域的地表補給區(qū)。經(jīng)檢測,經(jīng)過砂層過濾凈化后母河溝泉礦化度、總硬度、pH值、COD、BOD、油類等指標變化很小[35],仍然符合當?shù)厮|一般規(guī)律。這為缺水礦區(qū)地下水(礦井水)轉移利用探索了一種新途徑。

受燒變巖含水層形成的啟發(fā)[36-37],范立民等提出了地下水轉移儲存的設想。燒變巖巖體結構體致密但裂隙發(fā)育,有利于地下水的儲存和運移,在構造有利部位形成強富水區(qū)。采空區(qū)頂板圍巖冒落后,也形成了一個類似于燒變巖的裂隙發(fā)育區(qū),在地下水補給來源豐富的情況下,就可以形成強富水區(qū),隨著時間推移,這樣的富水區(qū)有害物質被排空,水質會逐漸好轉,形成“地下水庫”。

大柳塔煤礦是神東礦區(qū)建成的第1個高產(chǎn)高效煤礦,1996-01-06投產(chǎn),到2012年底其中的1-2,2-2煤層開采完畢,目前開采5-2煤層,上部1-2,2-2煤層采空區(qū)面積5 396.7萬m2,這些采空區(qū)具有與燒變巖一樣的碎裂結構,具備建設地下水庫的條件,而且上覆沙層的補給條件較好,周圍是未采動的完整巖體(隔水邊界),形成了良好的地下水資源遷移儲存空間,人工改造后可形成地下水庫[36]。當?shù)叵滤畠Υ嬲紳M采空區(qū)空間后,會沿著構造薄弱部位(如原來的地形低洼地帶)溢出,形成泉。神華集團在大柳塔、石圪臺等礦井建成32處地下水庫,實現(xiàn)了礦井水利用[38]。

轉移儲存是地下水的一種利用方式,礦井水得到了充分利用,地下水庫建設過程中應控制合理的生態(tài)水位埋深,以免對植被發(fā)育、地下水循環(huán)途徑和地質環(huán)境造成影響[39-41]。

4 結 論

(1)保水采煤從理論研究走向了工程實踐,開展了保水采煤地質基礎研究,劃分了煤層覆巖結構類型和保水采煤地質條件分區(qū),提出了生態(tài)水位保護采煤理念,編制了基于保水采煤的采煤方法規(guī)劃圖,并推廣應用。

(2)我國西部部分煤礦開展了保水采煤工程實踐,實現(xiàn)了高強度采煤條件下煤層頂、底板含水層結構的保護,促進了礦區(qū)地質環(huán)境保護。開發(fā)低成本、適用性廣的保水采煤方法是煤炭科技界面臨的新課題。

參考文獻:

[1]范立民.論保水采煤問題[J].煤田地質與勘探,2005,33(5): 50-53.

Fan Limin.Discussing on coal mining under water-containing condition[J].Coal Geology & Exploration,2005,33(5):50-53.

[2]范立民.神木礦區(qū)的主要環(huán)境地質問題[J].水文地質工程地質,1992,19(6):37-40.

Fan Limin.Environmental geology in Shenmu mining area [J].Hydrogeology & Engineering Geology,1992,19(6):37-40.

[3]Sammarco O.Inrush prevention in an underground mine[J].International Journal of Mine Water,1988,7(4):43-52.

[4]范立民,蔣澤泉.榆神礦區(qū)保水采煤的工程地質背景[J].煤田地質與勘探,2004,32(5):32-35.

Fan Limin, Jiang Zequan.Engineering geologic background of coal mining under water-containing condition in Yushen coal mining area[J].Coal Geology & Exploration,2004,32(5):32-35.

[5]李文平,葉貴鈞,張 萊,等.陜北榆神府礦區(qū)保水采煤工程的地質條件研究[J].煤炭學報,2000,25(5):449-454.

Li Wenping,Ye Guijun,Zhang Lai,et al.Study on the engineering geological conditions of protected water resources during coal mining action in Yu-Shen-Fu mine area in the North Shaanxi Procince[J].Journal of China Coal Society,2000,25(5):449 -454.

[6]范立民,蔣澤泉,許開倉.榆神礦區(qū)強松散含水層下采煤隔水層特性研究[J].中國煤田地質,2003,15(4):25-26,30.

Fan Limin,Jiang Zequan,Xu Kaicang.Research on coal mining under competent loose aquifer and properties of aquiclude in Yushen mining area[J].Coal Geology of China,2003,15(4):25-26, 30.

[7]王雙明,黃慶享,范立民,等.生態(tài)脆弱區(qū)煤炭開發(fā)與生態(tài)水位保護[M].北京:科學出版社,2010.

[8]王雙明,范立民,馬雄德.生態(tài)脆弱區(qū)煤炭開發(fā)與生態(tài)水位保護[A].2010年全國采礦科學技術高峰論壇論文集[C].2010: 212-216.

[9]王雙明,黃慶享,范立民,等.生態(tài)脆弱礦區(qū)含(隔)水層特征及保水開采分區(qū)研究[J].煤炭學報,2010,35(1):7-14.

Wang Shuangming,Huang Qingxiang, Fan Limin, et al.Study on overburden aquclude and water protection mining regionazation in the ecological fragile mining area[J].Journal of China Coal Society,2010,35(1):7-14.

[10]張東升,劉洪林,范鋼偉,等.新疆大型煤炭基地科學采礦的內(nèi)涵與展望[J].采礦與安全工程學報,2015,32(1):1-6.

Zhang Dongsheng,Liu Honglin,Fan Gangwei,et al.Connotation and prospection on scientific mining of large Xinjiang coal base [J].Journal of Mining & Safety Engineering,2015,32(1):1-6.

[11]徐海紅,喬 皎,王 錚.小莊礦井采煤對地下水的影響及保水采煤措施[J].煤田地質與勘探,2014,42(6):64-67.

Xu Haihong, Qiao Jiao, Wang Zheng.The influence of underground coal mining on groundwater and measures for water conservation while mining in Xiaozhuang Mine[J].Coal Geology & Exploration,2014,42(6):64-67.

[12]范立民.榆神府區(qū)煤層與含(隔)水層組合類型[A].紀念中國煤炭學會成立50周年省(區(qū)、市)煤炭學會學術?？痆C].2012:113-116,118.

[13]彭蘇萍,張 博,王 佟,等.煤炭資源與水資源[M].北京:科學出版社,2014.

[14]繆協(xié)興,陳榮華,白海波.保水開采隔水關鍵層的基本概念及力學分析[J].煤炭學報,2007,32(6):561-564.

Miao Xiexing, Chen Ronghua, Bai Haibo.Fundamental concepts and mechanical analysis of water-resisting key strata in water-preserved mining[J].Journal of China Coal Society,2007,32(6): 561-564.

[15]馬立強,張東升,喬京利,等.淺埋煤層采動覆巖導水通道分布特征試驗研究[J].遼寧工程技術大學學報(自然科學版), 2008,27(5):649-652.

Ma Liqiang,Zhang Dongsheng,Qiao Jingli,et al.Physical simulation of water crack distribution characteristics in overlying strata under coal mining conditions [J].Journal of Liaoning Technical University (Natural Science Edition),2008,27(5):649-652.

[16]馬立強,張東升,董正筑.隔水層裂隙演變機理與過程研究[J].采礦與安全工程學報,2011,28(3):340-344.

Ma Liqiang,Zhang Dongsheng,Dong Zhengzhu.Evolution mechanism and process of aquiclude fissures [J].Journal of Mining & Safety Engineering,2011,28(3):340-344.

[17]胡小娟,李文平,曹丁濤,等.綜采導水裂隙帶多因素影響指標研究與高度預計[J].煤炭學報,2012,37(4):613-620.

Hu Xiaojuan,Li Wenping,Cao Dingtao,et al.Index of multiple factors and expected height of fully mechanized water flowing fractured zone[J].Journal of China Coal Society,2012,37(4):613-620.

[18]王雙明,范立民,楊宏科.榆神礦區(qū)保水采煤綜合研究[R].西安:陜西省煤田地質局,2003.

[19]王雙明,范立民,張曉團,等.榆神礦區(qū)三期規(guī)劃區(qū)采煤對水資源影響的研究[R].西安:陜西省地質調查院,2012.

[20]范立民.神府礦區(qū)礦井潰沙災害防治技術研究[J].中國地質災害與防治學報,1996,7(4):35-38.

Fan Limin.Controlling tecnological study on suffosion hazard of coal shaft in Shenfu mining area[J].The Chinese Journal of Geological Hazard and Control,1996,7(4):35-38.

[21]馬雄德,范立民,張曉團,等.榆神府礦區(qū)水體濕地演化驅動力分析[J].煤炭學報,2015,40(5):1126-1133.

Ma Xiongde,Fan Limin,Zhang Xiaotuan,et al.Driving force analysis for water and wetlands evolution at Yushenfu mining area[J].Journal of China Coal Society,2015,40(5):1126-1133.

[22]黃慶享,張文忠.淺埋煤層條帶充填保水開采巖層控制[M].北京:科學出版社,2014.

[23]劉建功,趙利濤.基于充填采煤的保水開采理論與實踐應用[J].煤炭學報,2014,39(8):1545-1551.

Liu Jiangong,Zhao Litao.Theory of water protection and practice application in mining based on the backfilling mining technology [J].Journal of China Coal Society,2014,39(8):1545-1551.

[24]范立民.陜北淺埋煤層采空區(qū)回填減沉保水試驗方案[R].西安:陜西省煤田地質局,2003.

[25]呂文宏.充填開采技術在榆陽煤礦的應用實踐[J].科技創(chuàng)新導報,2013(33):48-50.

Lü Wenhong.The application of the backfill mining in Yuyang coal area [J].Science and Technology Innovation Herald, 2013(33):48-50.

[26]劉玉德,張東升,范鋼偉.沙基型淺埋煤層保水開采工程實踐研究[J].湖南科技大學學報(自然科學版),2011,26(1):15-20.

Liu Yude,Zhang Dongsheng,Fan Gangwei.Research on the engineering practice of aquifer-protective mining in the shallow sandbed-rock coal seam[J].Journal of Hunan University of Science & Technology:Natural Science Editon,2011,26(1):15-20.

[27]邵小平,石平五,王懷賢.陜北中小煤礦條帶保水開采煤柱穩(wěn)定性研究[J].煤炭技術,2009,28(12):58-61.

Shao Xiaoping,Shi Pingwu,Wang Huaixian.Study on pillars stability by keeping water in strip mining for small and mediumsized mines in Northern Shaanxi Province[J].Coal Technology, 2009,28(12):58-61.

[28]王 悅.榆樹灣煤礦保水采煤技術方案研究[D].西安:西安科技大學,2012.

[29]劉玉德,閆守峰,劉東升.淺埋薄基巖煤層短壁連采模式及應用研究[J].中國安全生產(chǎn)科學技術,2010,12(6):51-56.

Liu Yude, Yan Shoufeng, Liu Dongsheng.Study on the pattern and the application of short-wall continuous mechanical mining in shallow coal seam with thin bedrock[J].Journal of Safety Science and Technology,2010,12(6):51-56.

[30]馬立強,孫 海,王 飛,等.淺埋煤層長壁工作面保水開采地表水位變化分析[J].采礦與安全工程學報,2014,31(2):232-235.

Ma Liqiang,Sun Hai,Wang Fei,et al.Analysis of the ground water level change of aquifer-protective mining in longwall coalface for shallow seam[J].Journal of Mining & Safety Engineering,2014, 31(2):232-235.

[31]馬立強,張東升,劉玉德,等.薄基巖淺埋煤層保水開采技術研究[J].湖南科技大學學報(自然科學版),2008,23(1):1-5.

Ma Liqiang, Zhang Dongsheng, Liu Yude, et al.Aquifer-protective mining technology in shallow coal seam with thin bedrock[J].Journal of Hunan University of Science & Technology(Natural Science Edition),2008,23(1):1-5.

[32]葉東生,杜飛虎.煤層底板承壓含水體上帶壓開采研究[J].中國煤炭地質,2010,22(11):38-41.

Ye Dongsheng,Du Feihu.Mining under safe water pressure of coal floor confined aquifer[J].Coal Geology of China,2010,22(11): 38-41.

[33]白海波,繆協(xié)興.水資源保護性采煤的研究進展與面臨的問題[J].采礦與安全工程學報,2009,26(3):253-262.

Bai Haibo,Miao Xiexing.Research progress and major problems of water preserved coal mining[J].Journal of Mining & Safety Engineering,2009,26(3):253-262.

[34]范立民,牛建國,蔣澤泉,等.神府礦區(qū)大柳塔煤礦20601工作面疏降水工程報告[R].西安:陜西省一八五煤田地質勘探隊, 1995.

[35]范立民,楊宏科.沙層對礦井污水的凈化作用及礦井水的利用[J].國土資源科技管理,2000,17(6):21-23.

Fan Limin,Yang Hongke.Purification of sand layer in mine-shaft sewage and a new approach to utilization of mine[J].Management Geological Science and Technology,2000,17(6):21-23.

[36]范立民,蔣澤泉.燒變巖地下水的形成及保水采煤新思路[J].煤炭工程,2006(4):40-41.

Fan Limin,Jiang Zequan.Formation of underwater water bellow burnt rock and new conception of coal mininng with water conservation[J].Coal Engineering,2006(4):40-41.

[37]范立民,王雙明,馬雄德.保水采煤新思路的典型實例[J].礦業(yè)安全與環(huán)保,2009,36(1):61-62,65.

Fan Limin,Wang Shuangming,Ma Xiongde.A Typical exampe of new thinking for water conservationg and coal mining[J].Mining Safety & Environmental Protection,2009,36(1):61-62,65.

[38]顧大釗.煤礦地下水庫理論框架和技術體系[J].煤炭學報, 2015,40(2):239-246.

Gu Dazhao.Theory framework and technological systemof coal mine underground reservoir[J].Journal of China Coal Society, 2015,40(2):239-246.

[39]冀瑞君,彭蘇萍,范立民,等.神府礦區(qū)采煤對地下水循環(huán)的影響——以窟野河中下游為例[J].煤炭學報,2015,40(4):938-943.

Ji Ruijun,Peng Suping,Fan Limin,et al.Effect of coal exploitation on groundwater circulation in the Shenfu mine area:An example from middle and lower reaches of the Kuye river basin[J].Journal of China Coal Society,2015,40(4):938-943.

[40]楊澤元,王文科,黃金廷,等.陜北風沙灘地區(qū)生態(tài)安全地下水位埋深研究[J].西北農(nóng)林科技大學學報(自然科學版),2006, 34(8):67-74.

Yang Zeyuan,Wang Wenke,Huang Jinting,et al.Research on buried depth of eco-safety about groundwater table in the blown-sand region of the Northern Shaanxi Province [J].Journal of Northwest Sci-Tech University of Agriculture and Forestry(Natural Science Edition),2006,34(8):67-74.

[41]范立民.保水開采是礦山地質環(huán)境保護的基礎[J].水文地質工程地質,2015,42(1):3.

Fan Limin.Water extraction is the foundation of the mine geological environment protection[J].Hydrogeology & Engineering Geology, 2015,42(1):3.

作者簡介:范立民(1965—),男,山西曲沃人,教授級高級工程師。Tel:029-87851129,E-mail:498518851@ qq.com

基金項目:國家重點基礎發(fā)展研究計劃(973)資助項目(2013CB227901);陜西省科學技術推廣計劃資助項目(2011TG-01)

收稿日期:2015-02-12

中圖分類號:TD823.2

文獻標志碼:A

文章編號:0253-9993(2015)08-1711-07