煤礦綠色開采.doc

目 錄1摘要1 2關鍵詞1 3正文1 3.1引言1 3.2沙基型淺埋煤層地質(zhì)條件及開采技術條件特征2 3.2.1地理地形特征2 3.2.2地層特征2 3.2.3水文地質(zhì)特征2 3.2.4開采技術狀況3 3.3沙基型淺埋煤層保水開采機理及技術3 3.3.1保水開采的目標含水層3 3.3.2沙基型淺埋煤層采動覆巖裂隙分布特征分析4 3.3.3上覆巖層滲流特征4 3.3.4保水開采機理分析4 3.4沙基型淺埋煤層保水開采分類體系5 3.4.1保水開采分類方法及分類指標5 3.4.2保水開采適用條件分類6 4參考文獻81、 摘要：我國西北部淺埋煤層的儲量十分豐富，約占全國煤炭探明可采儲量的1/4以上；但這一區(qū)域地表生態(tài)環(huán)境十分脆弱，位于淺埋煤層附近的潛水受采動影響極易流失，會導致環(huán)境的進一步惡化，所以，保水開采是淺埋煤層開發(fā)的關鍵性保障技術。對于該技術的研究盡管取得了一些成果，但是時至今日還沒有形成成熟的理論，尤其是在保水開采適用條件分類方面的研究成果更少。因此，運用多種研究方法與手段，對保水開采機理進行研究，并進一步對其適用條件進行分類，確定出各分類相應的技術參數(shù)，使之在我國西北部淺埋煤層的開采中能得到廣泛地應用。2、 關鍵詞：保水開采 沙基型 短壁模式 淺埋煤層3、 正文：3.1引言：我國西北部地區(qū)廣泛賦存著淺埋的侏羅紀煤田，因其可采煤層多、煤層厚、煤質(zhì)優(yōu)良、構(gòu)造簡單、開采技術條件優(yōu)越而為世人矚目，在我國能源發(fā)展戰(zhàn)略中具有十分重要的地位，是西部大開發(fā)乃至全國經(jīng)濟發(fā)展的能源基礎；但這一區(qū)域地表生態(tài)環(huán)境十分脆弱，地下水資源主要位于淺部主采煤層附近，因受采動影響而極易流失。因此，保水開采顯得尤為必要。3.2沙基型淺埋煤層地質(zhì)條件及開采技術條件特征： 3.2.1地理地形特征神東礦區(qū)所開采的范圍屬神東煤田的一部分，地處烏蘭木倫河和窟野河的兩側(cè)，西部為沙漠灘地，沙丘連綿，地表沙層最厚可達20.050.0m，沙漠化及潛在沙漠化土地面積約占總面積的85%；東部為黃土丘陵，河谷縱橫。神東礦區(qū)平均海拔高度為+1200m左右，屬典型的半干旱、半沙漠的高原大陸性氣候。年蒸發(fā)量是年降水量的67倍，而且由于地形地貌的原因，降水大部分形成地表徑流而流失，滲入巖土層的不足15%。因為缺水，形成了獨特的土壤理化性質(zhì)：顆粒較細，疏松無結(jié)構(gòu)，易崩解分散，儲水保肥能力差；加之暴雨、大風等氣候因素，導致嚴重的土壤侵蝕，使礦區(qū)生態(tài)環(huán)境十分脆弱。 3.2.2地層特征完整地層：神東礦區(qū)處于鄂爾多斯臺向斜的東翼，呈向西平緩傾斜的單斜地層，地層走向近南北，構(gòu)造簡單，斷層稀少，巖層裂隙不發(fā)育。神東礦區(qū)地層以陸相含煤的侏羅系地層為主，三疊系至第四系自東向西依次出露。煤系地層：神東煤層系侏羅系中統(tǒng)延安組，為大型淺湖泊三角洲沉積，可采煤層豎向?qū)有蚪Y(jié)構(gòu)清晰，分別含5個煤組?；鶐r巖層：煤層上覆基巖主要由砂巖和泥巖組成，巖體結(jié)構(gòu)主要為層狀結(jié)構(gòu)，巖體中等完整。 3.2.3水文地質(zhì)特征大氣降水：大氣降水是地表水和地下水的主要補給來源。神東礦區(qū)降水一般為富含氧和二氧化碳的重碳酸水，具有較強的溶蝕能力。地表水：本區(qū)地表水系以烏蘭木倫河和悖牛川河及其支溝所構(gòu)成的具有強烈的季節(jié)性水流系統(tǒng)為主。地下水：神東礦區(qū)地下水主要受降水入滲和泉水排泄的控制，包括第四系河谷沖擊層潛水和第四系下更新統(tǒng)三門組沙礫層潛水。礦井水：神東礦區(qū)內(nèi)地下水以中性和弱堿性為主。 3.2.4開采技術狀況大采高綜采技術：（1）神東礦區(qū)選用PF6刮板運輸機；（2）采煤機裝機功率2400kW左右，截深約0.85m，牽引速度027m/min，適應采高2.755.8m，牽引方式為齒排式無鏈電牽引，額定電壓為3300V；（3）兩柱支頂掩護式支架，移架方式采用電液閥控制；（4）采用整芯帶，帶寬1600mm，帶速4m/s，運輸距離6000m，采用帶寬和功率相同的兩條膠帶搭接。短壁機械化連采技術：短壁機械化開采的主要設備有連續(xù)采煤機、錨桿鉆機、運煤車等。3.3沙基型淺埋煤層保水開采機理及技術： 3.3.1保水開采的目標含水層神東礦區(qū)屬于典型的沙基型煤層，根據(jù)神東礦區(qū)煤層上覆巖層的強度和構(gòu)造特征，其上覆巖層基本上屬于中等穩(wěn)定與不穩(wěn)定類型。因煤層上覆基巖層含水性較弱，對神東礦區(qū)范圍內(nèi)淺埋煤層的保水開采，主要是在開采過程中保護第四系松散層孔隙潛水和砂礫層潛水。 3.3.2沙基型淺埋煤層采動覆巖裂隙分布特征分析沿層面方向的巖層移動與裂隙分布特征分析：工作面開采以后，破斷裂紋先沿工作面后方出現(xiàn)，同時在工作面上端部也出現(xiàn)一些微裂隙，隨工作面的推進，工作面前方出現(xiàn)裂紋，下端部也出現(xiàn)裂紋，裂紋擴大并在四周貫通，巖板在中央破斷，形成頂板基巖的初次破斷；頂板周期來壓時，兩巖板及相應張開裂隙往往產(chǎn)生閉合現(xiàn)象，但采場上、下端頭處易形成張開裂隙。沿垂直層面方向的巖層移動與裂隙分布特征分析：工作面基本頂初次來壓時，覆巖直至地表整體切落；頂板周期性垮落時，頂板及其上覆厚松散沙層也幾乎是整體下沉。隨著工作面快速推進，整體破斷的頂板巖塊擠壓并快速閉合。 3.3.3上覆巖層滲流特征巖體裂隙：巖體裂隙的重要表現(xiàn)就是節(jié)理起伏形態(tài)及節(jié)理張開度。從宏觀上分為接觸型裂隙和張開型裂隙，按結(jié)構(gòu)可分為層面裂隙和構(gòu)造裂隙，依作用則分為主干裂隙和網(wǎng)絡狀裂隙。裂隙巖體中地下水運動規(guī)律：溝槽流現(xiàn)象、差異性、各向異性和成層性。滲流的影響因素：巖性、非均質(zhì)層狀巖體滲流場、裂隙面的粗糙率、地應力的耦合、變形的耦合和不連續(xù)面非飽和滲流。 3.3.4保水開采機理分析單一關鍵層保水開采機理：伴隨著煤層的開采，其上覆巖層不斷從下向上產(chǎn)生導水裂隙，上部松散層水體便會沿導水裂隙由上而下滲流。破斷巖塊得到壓實，巖層的裂隙率、滲透性、導水性明顯降低，另外，松散層水體在向采場滲流過程中，由于導水通道中軟弱巖體在破斷過程中形成的細碎顆粒及時充填裂隙空間，以及地下水在涌水過程中產(chǎn)生的動能對細碎顆粒動力沖擊造成的填充作用，使得入水通道很難通暢，甚至閉合，松散層水體難以涌入采場，從而實現(xiàn)保水開采。主、亞關鍵層保水開采機理：主、亞關鍵層一般不發(fā)生同步破斷，其運移在一定時間、區(qū)間內(nèi)表現(xiàn)為自下而上依次出現(xiàn)的跳躍過程；當亞關鍵層破斷時，其上部主關鍵層具有保水作用，而當主關鍵層破斷時，其本身及上覆巖層的開張裂隙較少，且其下部張開裂隙已閉合壓實，具有保水作用。3.4沙基型淺埋煤層保水開采分類體系： 3.4.1保水開采分類方法及分類指標保水開采分類方法：選取“多因素綜合指標分類”方法，對淺埋煤層保水開采適用條件進行分類。綜合分類指標：選取導水裂隙帶高度作為保水開采適用條件分類的綜合指標。綜合分類指標的相關因素：保水開采的影響因素可分為自然因素和可控因素，其中，自然因素主要包括基巖厚度、松散層厚度、風化帶厚度、泥巖隔水層厚度、基巖裂隙分布情況、地形地貌和含水層富水性等，而可控因素主要包括開采方法、開采工藝和開采布局等。根據(jù)分析，可選擇上覆基巖層巖石綜合強度、工作面采動影響因素和巖體完整性指數(shù)這3個影響因素作為保水開采技術適用條件綜合分類指標的相關因素。參數(shù)的確定：（1）長壁綜采工作面的采高可選取2.56.0m，短壁連采工作面的采高一般取4.06.0m；（2）神東礦區(qū)的采動系數(shù)取1.24；（3）巖體完整性系數(shù)取1.1；（4）載荷影響系數(shù)取0.80；（5）短壁開采余煤殘留系數(shù)按照下表選取。布置方式k多硐連續(xù)布置0.9多硐間隔布置0.8多硐單一布置0.7 3.4.2保水開采適用條件分類 淺埋煤層開采方法的界定：根據(jù)國內(nèi)煤礦松散含水層水體下采煤的經(jīng)驗，一般將松散含水層水體劃分成5種類型，如下表所示：含水層類型富水程度厚度：m單位涌水量：L/（s*m）滲透系數(shù)：m/d極強3010505150.15110弱150.0050.10.011極弱10.0050.01淺埋長壁工作面保水開采區(qū)域再劃分：長壁工作面保水開采適用條件分類結(jié)果如下表所示：類別內(nèi)容基巖厚度：m強或中等含水層弱含水層長壁工作面開采容易區(qū)75857080長壁工作面開采中等區(qū)65756070長壁工作面開采困難區(qū)55655060淺埋短壁工作面保水開采區(qū)域再劃分：短壁工作面保水開采適用條件分類結(jié)果如下表所示：類別內(nèi)容基巖厚度：m強或中等含水層弱含水層短壁連采多硐連續(xù)開采區(qū)40553550短壁連采多硐間隔開采區(qū)20401535短壁連采單一采硐開采區(qū)20154、 參考文獻：1張東升，劉玉德，王旭鋒.沙基型淺埋煤層保水開采技術及適用條 件分類.中國礦業(yè)大學出版社.2聶偉雄.淺埋煤層長壁保水開采探究.3葉青.神東現(xiàn)代化礦區(qū)建設與生產(chǎn)技術.中國礦業(yè)大學出版社.4馬立強.沙基型淺埋煤層導水通道裂隙分布特征及控制技術研究. 中國礦業(yè)大學.5黃慶亨，劉騰飛.淺埋煤層開采隔水層位移規(guī)律相似模擬研究.6師本強，侯忠杰.陜北榆神府礦區(qū)保水采煤方法研究.7張杰，侯忠杰.淺埋煤層導水裂隙發(fā)展規(guī)律物理模擬分析.8黃慶亨.淺埋煤層采動厚砂土層破壞規(guī)律模擬.9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巖組 特性的研究.10范立民.保水采煤是神府東勝煤田開發(fā)可持續(xù)發(fā)展的關鍵.11Pessaran,G Origin of mine wate