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2009年8月矿业安全与环保第36卷第4期

浅埋煤层保水开采的研究进展

张杰,马岳谭

(西安科技大学能源学院,陕西西安710054)

摘要:分析了陕北榆神府矿区浅埋煤层保水开采的水文及工程地质条件,对砂基型保水开采地质
条件进行了分类,推导出浅埋煤层导水裂隙发展计算公式;通过一系列不同地质条件下的固液!耦合
相似材料模拟实验,得出了不同砂基型条件下及河流下的间歇式保水开采参数;建立了保水煤柱稳定性
分析的三维数值模拟模型,计算了煤柱和基岩保护层的稳定性。通过地质分析、实验研究、数值模拟,对
榆神府矿区实行保水开采的可行性进行了综合分析。
关键词:榆神府矿区;浅埋煤层;保水开采;综合分析
中图分类号:TD823文献标志码:A文章编号:1008-4495(2009)04-0026-03

随着陕北榆神府矿区煤炭资源的逐步开发及能矿区分成砂土基型潜水采煤区、砂基型潜水采煤区
源化工基地的建设,一些耕地、草场已被风蚀沙化或及土基型与基岩型无水采煤区,见表1。
为流沙所侵占[1]。煤层开采引发矿区一些地方土地矿区富水性差异较大,一般为中等富水区,其含
塌陷、水源渗漏、植被枯死,导致矿区水资源进一步水层结构及空间配置主要有3种情况[3]:
枯竭、生物产量降低,土地生产潜力下降,最终造成1)基岩上依次为砂砾石层含水层、黄土层和松
可利用土地资源丧失,严重影响了该区的经济可持散砂层。一般为第四系中更新统黄土隔水层及其下
续发展和人民生活,有的地方甚至陷入了无地、无部的砂层含水层,其富水性不均。
水、无房的三无!状态,使本来就脆弱的生态环境雪2)基岩上为黄土层和松散砂层含水层。第三
上加霜,同时也使该地区的生态平衡遭受了严重的系三趾马红土隔水层全区分布,隔水性能良好;其上
[2]
破坏,自然环境正日趋恶化。因此,榆神府矿区的是第四系上更新统萨拉乌苏潜水含水层,大气降水
水资源和其他生态环境的保护已到了刻不容缓的地补给是本区主要含水层和间接充水水源。
步,研究榆神府煤层开采保水的可行性及保水开采3)基岩上直接为砂层含水层。这部分地表大
方法,对矿区水资源保护、土地塌陷的综合治理、预部分被第四系松散层所覆盖,由上而下为第四系冲
防能源化工基地建设遭遇灭顶之灾、实现矿区关于积层孔隙潜水,第四系冲积、湖积层孔隙潜水,下更
三个转化!的宏伟计划具有重大意义。新统砂层潜水,中侏罗统直罗组裂隙潜水,中下侏罗
1矿区水文地质及导水断裂带高度计算统延安组裂隙承压水。
1.2导水断裂带高度计算
1.1水文地质及分类根据三下开采规程!计算导水断裂带高度公式
地质特征分类的方法主要有3种:按照岩层的(1),再加上12m防水安全岩柱保护层厚度,可计算
组成成分来划分按煤层的上覆岩层分布空间及其
;采高4m时,上覆基岩厚度在57m以上才不会发生
组合形态来划分;按水环境与上覆岩层厚度及土层突水。而根据西安科技大学矿山压力研究所多年来
厚度进行划分。榆神府矿区工程地质条件复杂结
,的研究及实践表明:矿区煤层埋深浅、顶板基岩薄、
合3种方法的1种或2种组合来划分,可把榆神府
松散覆盖层厚,属于典型的浅埋煤层,只有当上覆基
岩厚度大于采高15倍时,岩层破断规律才不再是全
收稿日期修订
:2008-07-21;2009-02-15厚度切落[2]。由此可得覆岩不出现全厚度切落的最
基金项目:国家自然科学基金资助项目(50074023);博士
小厚度为60m,加上15m防水安全岩柱保护层厚
学科点基金资助项目(20050704003);西安科技大学培育基金
度,则上覆基岩厚度在75m以上才不会发生突水。
资助项目(200601)
作者简介:张杰(1978),男,四川达县人,博士,主要从从而可推导出浅埋煤层中硬岩层导水断裂带高度公
[4]
事浅埋煤层研究和教学工作。E-mai:[e-mail]。式(2),该公式得到了实验和现场实践的验证。
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2009年8月矿业安全与环保第36卷第4期

表1矿区地质特征分类

水环境覆岩类型典型矿名基岩厚/m土层厚/m砂层厚/m可采煤层编号
永乐57~8545~840~82-2
十八墩52~10126~750~152号
金鸡滩53~8015~763号
潜水采煤区砂土基型
三一矿20~40约600~53-1
讨乌素3~205~40103-1
大保当0~11130202-2
大柳塔12~120321-1
潜水采煤区砂基型大渠矿10~38102-2
郭家梁10~60103-1
赵家梁350~203-1
无水采煤区土基型朱概塔0~45>481-2
基岩型石窑店620~52-2

要求进行了相似材料的筛选试验