煤矿开采地表沉陷区土壤养分流失与分布特征——以五沟煤矿为例

平原矿区的煤矿地下开采改变地貌景观,同时加剧矿区土地的水土流失,降低土壤质量。而开采方式不同对地表土壤养分流失的影响程度同样存在较大差异。本文选择皖北五沟煤矿的充填和非充填开采两种开采方式的地面沉陷区,进行了土壤环境调查,监测了开采过程中土壤有机质、铵态氮、有效磷和速效钾等土壤养分的含量,分析其运移变化特征。结果表明,采矿区地表沉陷虽然时间不长,但土壤中的有机质和主要营养元素的含量流失发生显著变化;充填与非充填两种不同开采方式均引起地表土壤养分流失,降低土壤质量。但是充填开采所造成沉陷区内土壤养分的流失程度明显小于非充填开采区,且因氮、磷的流失量明显快于速效钾而使得土壤整体表现为缺氮少磷;土壤养分的迁移与富集与土壤类型密切相关。无论是有机质,还是其他营养元素由表层的耕作土层往深部迁移并在硬砂姜土层富集。这一现象同时说明了地表径流造成土壤养分水平方向的迁移流失的同时,向深部土壤层的迁移现象。     

王洼煤矿水库坝体下工作面安全开采高度研究

为解决水库坝体下开采安全性,提高煤炭资源回收率,以王洼煤矿水库坝体下110505工作面为研究背景,通过物理仿真模拟、数值模拟及理论分析等方法对覆岩裂隙发育规律及导水裂隙带高度展开研究。为避免矿井开采对地表水坝与水体破坏,针对导水裂隙带高度分析结果,提出了110505工作面限高开采方案。结果表明：工作面开采后地表形成“凹”型盆地,并产生拉伸裂隙,致使地表水位下降78%;现场实测导水裂隙高度为170.76 m,物理仿真模拟试验、数值计算、传统经验公式得出三者的导水裂隙带高度分别为162,164 m和120.57 m;方差修正系数对经验公式做出修正后,反推出限高开采的安全开采高度为2.6 m。研究揭示了工作面覆岩导水裂隙带高度发育规律及水库水体受采动影响的规律,为王洼煤矿后续此类条件下安全措施的制定提供了依据。     

榆神矿区工作面煤层顶板导水裂隙带特征

为探测导水裂隙带发育特征及高度,以榆神矿区西南部30201工作面为研究对象,采用钻孔水文观测、岩芯地质、物理测井、直流电法、密集分布式光纤感测相结合的导水裂隙带探测技术以及数值模拟,对导水裂隙带发育高度及特征进行研究。结果表明：工作面裂隙带发育高度为135.00 m,裂采比为21.43,冒落带发育高度为66.38 m,冒采比为10.5,弯曲下沉带高度为94.87 m;呈现出沿工作面倾向导水裂隙带在巷道发育最小,在工作面中心位置发育最大的“拱形”形态,冒落带在工作面中心位置发育最大,在巷道位置发育最小的特征;数值模拟精度与建立模型的地质条件参数密切相关,数值模拟与现场实测结果基本吻合。     

关键层位置对导水裂隙带高度的控制作用研究

针对不同关键层位置导水裂隙带发育高度不同的问题,为确定关键层位置是否对导水裂隙带发育高度有控制作用,在关键层理论模型框架内,考虑岩层的分层力学性质变化,建立了采场覆岩的力学模型,运用岩石破断过程分析软件RFPA2D进行数值模拟,分析了在不同关键层位置顶板导水裂隙带发育高度,得出当随着关键层位置在0-60m范围内由低到高...     

平顶山十矿上行开采导水裂隙带高度确定

为确定平顶山十矿近距离上行开采条件下覆岩垮落带及导水裂隙带高度.运用相似模拟、数值计算、理论分析以及现场钻孔窥视等诸多方法进行综合对比分析.结果表明:综合确定的导水裂隙带发育高度为28.8~32.7 m,与实测值误差为4.14%~8.28%,理论计算应选取大采深无渗流场计算公式;相似模拟—数值计算—大采深无渗流场公式计算的综合方法针对平顶山矿区预计导水裂隙带高度的准确性较好.建议在下一步深部开采中使用该方法估算导水裂隙带高度,研究结果对具有类似条件的矿井导水裂隙带预测具有一定借鉴意义.     

软弱风化薄基岩赋存特征及其采动覆岩破坏规律

从矿区软弱风化薄基岩的赋存特征、赋存规律及矿区上覆水体类型和水文地质条件入手进行分析,结合相似材料模型模拟试验,获得了研究区薄基岩下开采覆岩破坏的基本规律及“三带”的发育特征.对薄基岩下采煤厚度3 m时的垮落带及导水裂隙带发育高度进行计算,计算结果分别为11.5m和42 m.根据地质采矿条件利用离散元数值模拟对薄基岩开采上覆岩层矿压运动规律进行了研究,结果表明,基岩较薄条件下,老顶来压断裂步距小,工作面前方支承压力分布范围为12 m,支承压力峰值点在工作面前方4～12m内,小于厚基岩工作面,但工作面矿压显现明显;对不同煤层采厚情况下垮落带的高度与导水裂缝带的发育程度进行确定;为煤层安全开采提供定量判据,为防治水工作提出相应的措施.     

采动作用下煤矿地下水流场的演变规律

采动条件下含水层结构变化对地下水流场和地下水资源分布具有显著影响.以梨园河煤矿为例,在分析研究区水文地质条件的基础上,结合采动裂隙对含水层结构的破坏程度,采用数值模拟方法,预测分析了该矿采煤20年后研究区不同含水层地下水流场动态特征.结果表明:松散岩类孔隙含水层流场基本保持不变,仅井田北部的导通区地下水位有所下降,局部形成降落漏斗,最大降深18 m;碎屑岩类裂隙含水层受矿井排水影响,地下水位大幅降低,地下水流场变化明显,形成了以井田中部为中心的降落漏斗,最大降深106 m.研究结果可为保护矿区地下水资源与制定防治水措施提供理论依据.     

地表水体下厚煤层综放工作面安全开采技术

为了保证地表水体下综放工作面安全回采.以山西某矿为试验矿井,采用钻孔电视和分段注水试验对矿井导水裂缝带发育高度进行探测,对地表沉降进行了监测分析,并对水体下工作面开采进行了涌水量监测,实现了水体下工作面的安全回采.研究结果表明:厚煤层综放工作面导水裂缝带发育高度为119.7～127.2 m,裂采比为19.9～21.1;工作面回采前裂隙数量为1～2条,宽度以4 mm为主.当工作面回采后,在132～148 m范围内,裂隙数量最多增加到7条,裂隙宽度可达8 mm.在148～160 m范围内,裂隙数量和宽度与工作面回采前持平;工作面回采后,地表最终产生拉裂缝,最大深度为6.5 m,不会造成地表河水的突然下泻;地表水体下工作面回采过程中无留设保护煤柱,最大涌水量与非水体下工作面开采持平,工作面回采过程中地表水未进入到工作面,实现了安全回采,为类似矿井提供了借鉴.     

矿区水害监测预警方法与应用研究

矿区水害是矿产资源开采中常见的一种灾害,一旦发生事故,不仅影响生产,造成经济损失,而且易发生重大伤亡事故。矿区水害监测预警系统通过探针接收地球内部向地表发射的电磁波,应用现代信号分析处理等技术提取地下水动态信息、裂隙信息等,有效解决矿区导水断层、老空区的探测和定性定量分析问题。系统已成功用于湖南黄沙坪铅锌矿非法呆区探测、南阳煤业公司前进煤矿局部地下水分布探测、娄底桥溪港煤矿水害综合治理等实际工程,应用效果表明矿区水害监测预警系统可以准确有效地探测地下水径流带、地下采空区或裂隙等。     

高潜水位矿区地表拉张裂隙区土壤特征研究

为探讨高潜水位采煤拉张裂隙区土壤中元素迁移特征,选择淮北矿区朱庄矿3522工作面地表拉张裂隙区为研究对象,按地势坡度从高到低划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区,在裂隙两侧间隔50 cm布设21个观测点,每个观测点自上而下每20 cm取样,共计105个样品,分析含水率、pH、有机质(SOM)、有效磷(AP)和速效钾(AK)等指标.结果表明:拉张裂隙区土壤剖面含水率随深度增大;SOM在Ⅱ区台阶0～40 cm地表聚集.AP在垂向剖面上分布无显著差异,在水平方向上在Ⅱ区、Ⅲ区显著积累;裂隙对0～20 cm AK影响显著,土壤整体肥力属于瘦瘠到一般水平,斜坡水土流失与裂隙的隔断拦截作用,导致SOM在台阶区积累,AP在低区积累,AK在高区积累.     

某矿冲积层下不同产状煤层开采过程中的涌水特点

在某矿巨厚含水冲积层下,有三种不同产状的煤层。在开采过程中,它们的涌水特点也各不相同:急倾斜煤层,导水裂隙带发育比较快也比较高,涌水量变化曲线比较陡。缓倾斜煤层,导水裂隙带发育比较慢比较低,涌水量变化曲线比较缓。因此,不同产状的煤层,其防水煤(岩)柱的大小应不相同。另外,通过试验,还证明了合理的采用间歇性开采方法,可显著地减少矿坑涌水量。     

基于APSO-LSSVM模型的导水裂隙带高度预测

为准确预测导水裂隙带高度,有效地预防煤矿开采中溃水安全事故,根据导水裂隙带相关理论研究和实测资料分析选取开采深度、煤层的倾斜角、厚度、硬度、岩层结构等8项指标作为导水裂隙带高度预测的特征指标,采用基于因子分析的APSO-LSSVM导水裂隙带高度预测模型.利用典型矿区导水裂隙带高度实测资料中的18组数据对该模型进行训练与检验,并将其预测结果与PSO-LSSVM、LSSVM模型预测结果分别进行比较.结果表明:APSO-LSSVM模型的预测精度高于PSO-LSSVM模型和LSSVM模型,对样本具有较强的识别能力.     

导水裂缝带发育规律动态监测研究

煤层采出后,上覆岩层要发生破坏和位移,并具有明显的分带性,通常呈现垮落带、裂缝带以及弯曲下沉带。确定煤层顶板导水裂缝带高度可为顶板防治水、采掘工程布置、防水煤柱留设以及瓦斯抽采设计提供依据。由于开采技术的不断更新以及地质条件的差异,导致导水裂缝实际发育高度在不同矿区有较大变化,有些矿区的导水裂缝发育高度与规程中的预测公式的计算结果并不完全相符,因此需要对其进行现场实测确定实际发育高度。本文通过对荆各庄矿1196F回采工作面工作面布置导水裂缝带监测系统,浏览导水裂缝带发育过程、形态特征及导水裂缝带高度,现场监测显示其导水裂缝带最终发育高度为28~32m。     

多煤层开采导水裂隙带发育与 覆岩破坏高度规律

为了进一步揭示多煤层开采过程中,采动裂隙带发育规律的影响因素与采空区水的变化特性,以公乌素煤矿为研究对象,分别研究了该矿区煤层的覆岩类型及其对覆岩破裂的影响,从理论和数值模拟的角度研究了多煤层开采对覆岩破坏高度的影响.研究结果表明:(1)煤层覆岩越坚硬,覆岩破裂带发育的高度较大,导水裂隙发育就越高,反之,则容易下沉,但不易产生开裂,最终表现为覆岩破坏高度降低;(2)煤层采动过程中,开采厚度、开采方法、工作面跨度、开采深度与导水裂隙带的高度变化呈正相关关系;(3)公乌素煤矿倾斜煤层回采的导水裂隙带的分布沿工作面的倾斜方向整体呈不对称“马鞍形”破坏特征,多煤层下行开采过程中,下部煤层开采可以有效地减小上覆岩层采动引起的应力集中现象,且采空区的卸压范围及高度也随之增加.相关研究成果可为同类型矿井安全开采提供参考依据.     

《矿区水文地质工程地质勘探规范》附录F经验公式适用条件的探讨

通过实测大同煤田塔山煤矿导水裂隙带高度,指出采用《矿区水文地质工程地质勘探规范》附录F的经验公式计算导水裂隙带时,必须根据不同固体矿产、不同开采条件完善该经验公式,以便更好地接近实际情况。     

缓倾斜煤层导水裂隙带发育规律研究

为了研究缓倾斜煤层上覆岩层导水裂隙带在走向方向和倾向方向上的发育规律,采用理论计算与FLAC3D数值模拟相结合的方法对缓倾斜煤层上覆岩层导水裂隙带的空间发育特征进行了深入研究。结果表明:随着工作面的推进,导水裂隙带在采空区域上方边界15 m范围内,扩展速度较快;在工作面推进至120 m时,达到最高值;缓倾斜煤层上覆岩层导水裂隙带在倾向方向以及走向方向上分布呈"马鞍形",且对称分布,导水裂隙带高度为19.8 m.     

覆岩顶板导水裂隙带发育高度模拟与实测

文中主要研究榆阳煤矿延安组3#煤层覆岩导水裂隙带发育高度等问题,为矿井防治水和保水采煤提供设计依据。以2304综采面为工程背景,应用UDEC数值软件模拟计算了覆岩冒落带及导水裂隙带高度,并在采空区钻探和试验。研究表明:依据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》(以下简称《规程》)计算所得导水裂隙带最大高度为32.4~43.6 m.数值模拟冒落带和裂隙带高度分别为16和86 m.现场钻探、试验实测冒落带高度介于14.2~17.2 m,导水裂隙带发育高度介于84.8~96.3 m.导水裂隙带高度明显大于按《规程》计算得到的数值,经验计算在解决榆阳煤矿导水裂隙带高度时存在一定的局限性和区域性,而数值模拟的冒落带高度和导水裂隙带发育高度得到了现场实测结果的验证,两者结果基本吻合。综合结果所得:2304综采面覆岩冒落带最大高度为17.2 m,导水裂隙带最大发育高度为96.3 m.     

青海湖流域高原鼠兔扰动对土壤养分及微生物量碳氮的影响

为了揭示高原鼠兔扰动对高寒草甸土壤养分和微生物量碳氮的影响,在青海湖流域进行定点采样分析,研究了高原鼠兔扰动前后不同地表类型(草地、新鼠丘、旧鼠丘和禿斑地)土壤养分的垂向分异和水平差异.结果表明:1)高原鼠兔扰动能在短时间内增加土壤养分含量和速效养分释放量,不同土层全氮、碱解氮、全磷、有效磷、全钾和速效钾质量分数的差异均非常显著(P<0.01),不同地表类型全氮、碱解氮、有效磷、全钾和速效钾质量分数的差异显著(P<0.05),但全磷质量分数的差异不显著(p>0.05);2)高原鼠兔扰动能在短时间内增加土壤微生物量碳氮质量分数,并使其垂向分布更加均匀,随着时间推移土壤微生物量碳氮质量分数迅速下降,不同土层微生物量碳氮质量分数的差异均非常显著(P<0.01),不同地表类型微生物量碳质量分数的差异显著(P<0.05),但微生物量氮质量分数的差异不显著(p>0.05);3)高原鼠兔扰动主要通过改变土壤密度和土壤粉粒、地上生物量、土壤含水的质量分数对土壤营养成分产生影响,高原鼠兔扰动后,土壤环境在短期内得到改善,伴随土壤侵蚀的发生多种营养元素流失,土壤总体品质逐渐下降.      

试论“导水裂隙带临界面”的水文地质特征

水体下采煤,露岩冒落和导水裂隙带高度数据,是合理留设防水煤岩柱,实现安全开采的依据.在以往实践中,由于钻孔在到达临界面之前,水量、水位时常出现异常变化,因而往往给正确判定临界面的位置造成困难乃至错判.本文在分析淮南矿区不同条件下的数百个观测孔的实际资料的基础上,提出了判断导水裂隙带临界面位置的标志.这些标志,在实际工作中可以借鉴.根据钻孔单位耗水量的大小,文中将导水裂隙带临界面划分为弱、中等、强、极强等四种类型.     

近距离煤层采空区下工作面防治水技术研究

针对近距离煤层工作面上覆采空区积水问题,结合陕西汇森煤业凉水井矿431盘区实际开采条件,理论计算431盘区工作面开采导水裂隙及421盘区工作面底板裂隙发育高度,数值模拟43101工作面推进期间导水裂隙带发育的时空演化进程,揭示工作面涌水分布特征,建立掘进期间物探与钻探综合探测及回采期间工作面超前探放水的综合防治水技术体...