新世纪互联网+及智能化发展势头强劲,在总结煤炭开采历史及科技发展趋势的基础上,思考了煤炭开采如何应对新一轮科技创新的到来,针对我国煤炭开采面临的挑战和机遇,提出了煤炭精准开采的科学构想。煤炭精准开采是基于透明空间地球物理和多物理场耦合,以智能感知、智能控制、物联网、大数据云计算等作支撑,将不同地质条件的煤炭开采扰动影响、致...
由于我国东、西部地区煤-水资源呈逆向分布,为解决煤炭资源安全绿色开发、水资源供给、生态环保之间的尖锐矛盾和冲突,实现煤矿区水害防治、水资源保护利用、生态环境改善的多赢目标,在阐述'煤-水'双资源型矿井开采概念与内涵的基础上,提出了根据矿井主采煤层的具体充水水文地质条件优化开采方法和参数工艺、多位一体优化结合、井下洁污水分流分...
通过对神木北部矿区塌陷1,2,5,10 a和未塌陷区植物群落调查和土壤因子的测试,采用因子分析法评价不同塌陷年限下土壤质量和植被群落结构优劣,同时利用冗余和聚类分析研究植物与土壤之间的相互关系及其演变过程,并基于植被—土壤耦合模型判定不同塌陷年限土壤因子与植物群落耦合协调性。结果表明:1采煤塌陷导致土壤质量与植被群落结构退化,随塌陷...
为保护干旱半干旱矿区含水层及生态系统,通过阐述榆神矿区矿床地质、开采条件、岩层移动特征等,从系统论角度提出了保水采煤的概念和科学内涵,并构建了保水采煤研究基本框架。认为保水采煤适用于干旱半干旱缺水矿区,目标是保护含水层结构和河流基流量基本稳定;主要研究地质条件、岩层移动控制技术、水与生态约束条件和保水采煤关键技术;技术途径...
围绕西北煤炭开采中水资源保护基础理论研究中的关键科学问题,介绍了西北煤田地层结构特征、采动覆岩结构与隔水层稳定性时空演变规律和水资源保护性采煤机理与控制理论等方面的研究进展情况。构建了西北矿区不同生态地质环境类型生态-水-煤系地层空间赋存结构模型,分析了浅表层水分布特征与水循环运移规律;提出了覆岩裂隙表述和重构方法,构建了...
依据地下水浅埋区植被蒸腾对地下水位变化十分敏感的特征,构建沙柳根系吸水条件下的水流方程,分析生态脆弱矿区植生长对地下水位下降幅度的阈限。通过原位监测获取气象要素、土壤水、地下水与沙柳蒸腾量的动态变化规律,建立地下水变化与植被蒸散发关系数值仿真模型并对模型进行求解,模拟沙柳蒸腾对煤炭开采区地下水位变化的响应。研究发现:沙柳...
我国西部浅埋煤层保水开采的核心理念是保护生态水位,保水开采岩层控制的理论基础是隔水层的稳定性。基于陕北浅埋煤层煤水赋存条件,通过物理模拟和地裂缝实测分析,揭示了浅埋煤层隔水岩组的'上行裂隙'和'下行裂隙'发育规律,发现了'上行裂隙'和'下行裂隙'的导通性决定着隔水岩组的隔水性。通过理论分析,给出了'上行裂隙带'发育高度和'下行裂隙带...
神东矿区是我国重要的煤炭生产基地和典型的高强度开采矿区,同时也是我国典型的干旱半干旱生态环境脆弱区,矿区高强度煤炭生产与生态环境的协调发展是该区的重要研究课题。针对神东矿区干旱半干旱地区水资源贫乏、生态环境脆弱等特点,通过研究矿区水文地质结构特征、煤层覆岩结构类型等,提出了矿区的水文地质结构分区和保水采煤分区;以此为基础,...
针对西部生态脆弱矿区富煤贫水特征和原生态保护要求,建立集开采和生态保护为一体的'现代开采生态系统';基于采前地下水及地表生态的稳定性关系或生态'原态'约束,提出煤水资源开发中的'煤-水仿生共采'理念、煤炭开采与水资源开发及地表生态保护同步的'煤-水仿生共采'模式;按照'隔离-导流-控制'的仿生共采新思路、提出'隔离层控制'原理和开采'地...
沙漠产流区是榆神矿区重要的水源地,同时也可能成为安全生产的水害隐患。为保护沙漠珍稀水资源,保证煤炭安全高效开采,开展沙漠产流区保水采煤分区关键技术研究。采用现场实测、数值计算等手段剖析了过沟开采保水采煤的影响因素及分区标准,并基于分区特性提出了过沟保水关键技术。研究结果表明:过沟开采对水资源的影响可分为地表径流漏失和汇流...
由于我国西部矿区降雨稀少、蒸发强烈,形成了该区干旱缺水、生态环境脆弱的基本特征。以位于吐哈盆地的哈密煤田大南湖矿区为研究区,开展该生态脆弱区水资源保护性采煤(即'保水采煤')的水文地质基础研究,以及顶板水害防治与保水采煤相结合的可行性探索。在系统评价研究区主要煤层顶板含隔水层结构、隔水保护层的稳定性以及受保含水层开发潜力的...
西北干旱-半干旱区浅表层水（河流湖泊水、沟谷径流水、第四系砂层潜水等）,是维系区域生态地质环境（生态层）的珍贵水源,是煤层开采水资源保护的主体。根据区域浅表层水含隔水层地质结构,西北煤田煤层覆岩之上广泛分布新近系N2红土,为浅表层水底部的直接隔水层或沟谷径流的下垫层,对区域保水采煤、生态环境保护,起到至关重要的作用,是关键隔水...
为保护生态脆弱矿区的生态潜水位,对采煤保护土层厚度的合理厚度进行研究。基于地下水动力学,分析了采动潜水位越流变化机理,并采用水-电相似模拟技术,模拟了采后不同有效隔水层厚度及其物理特性条件下潜水位变化规律。研究结果表明:煤炭开采,越流水位差越大,采后有效隔水层隔水能力越差,采动潜水位降深越大。研究区典型地质条件下,采后有效隔水...
为研究薄基岩厚松散层下充填开采安全性,选择五沟煤矿CT101充填工作面为研究对象,通过理论分析、数值模拟和钻孔探测,对CT101充填工作面隔水关键层稳定性进行了分析,揭示薄基岩厚松散层下充填开采覆岩裂隙高度(深度)及其变化规律,并对开采安全性进了分析。结果表明:采高3.5 m,矸石充填率为85%时,关键层未破断,隔水关键层保持完整;下行裂隙多分布...
针对保水开采相似模拟岩层大范围非线性位移特点和大量程高精度测量要求,提出了一种通过布设参考点提高位移测量精度的方法,并通过实验进行了分析验证。研究结果表明:测量精度随参考点个数及位移值的增加而提高;参考点个数增加可以减小系统误差,系统误差随着参考点个数的增加在一定范围内波动,测量值误差的正负决定波动趋势;当参考点个数大于15...
针对榆阳煤矿垮落法开采导致萨拉乌苏组含水层破坏的严重问题,开发了风积砂似膏体机械化充填采煤技术。充填材料以风积砂为骨料,以碱激发粉煤灰为胶结剂,实验确定了配比为水砂比1∶1.3,质量浓度72%,初始流动度达到210 mm;提出料浆管路输送局部阻力损失计算方法,通过现场自流输送实验,得出单位长度弯头阻力损失为沿程阻力损失的4.26倍,确定了14.9...
为解决含水层下煤层开采所导致的溃水灾害问题,提出了基于固体充填采煤的保水开采方法,阐述了该方法的基本原理,分析了固体充填开采覆岩导水裂隙演化特征,并基于固体充填开采导水裂隙带高度预计公式,结合《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》,建立了含水层下固体充填开采临界充实率计算模型,分区设计了受含水层影响煤层的充...
针对薄隔水层低承压灰岩含水层涌入工作面造成黄河生态湿地水位下降问题,采用数值模拟、现场实测、数理统计等手段综合剖析采动底板破坏带发育规律,并基于室内实验及注浆工业化试验研究了底板黄土高效注浆关键技术。应用结果显示,在底板破坏深度以下注入改性的黄土基浆液可降低矿井涌水量90%以上,其中,黄土基浆液主要由除砂后黄土加入奥灰水中快...
煤岩破裂是引发突水与煤柱失稳等矿山灾害的根本原因,准确有效地对煤岩受力破裂过程(裂隙发育过程)进行监测预警,是实现矿山保水开采和岩层控制的重要基础。煤岩在受力破裂过程中,伴随着应力调整会发生红外辐射变化,为探索应力变化与红外辐射变化之间的量化关系,提出煤样表面红外辐射方差突变系数新指标,进行煤单轴加载红外辐射观测实验研究。研...
通过大南湖一矿三软煤层工程地质条件及煤岩物理力学参数的综合分析与测定,开展了对应条件下的物理相似模拟,分析了综放工作面围岩运移及覆岩破坏高度,探索了现场支架实测阻力与覆岩裂隙导水位置、导水量间的关系。综合分析表明:1303综放工作面顶板垮落带高度为20 m,模型表面裂隙延伸高度观测结果与3D钻孔电视合成的钻孔内壁破裂剖面揭示出的裂...
陕北风沙滩地区高强度采煤对包气带水分运移产生影响。在区域调查的基础上,以榆树湾煤矿20108工作面开切眼附近裂缝为野外原位监测点,采用野外原位监测与室内数值模拟相结合的方法,建立采煤塌陷裂缝对包气带水分运移影响的水热耦合数学模型。利用野外原位监测数据对所建立的模型进行识别和验证,表明模型计算值与野外监测数据之间拟合较好,从而获...
通过格子Boltzmann方法对裂隙岩体水沙两相流动规律进行理论分析,建立裂隙岩体水沙两相流动的格子Boltzmann模型,推导了水沙两相的基本守恒方程并建立了水沙两相流动系统的控制方程,基于浸入边界法,利用欧拉点和拉格朗日点处理水沙两相界面。通过数值模拟裂隙溃沙情况,分析了沙粒进入裂隙前后的流动形态,研究了颗粒粒径和裂隙宽度对溃沙速度的影...
针对西部干旱矿区煤炭资源开发对地下水扰动的相关研究定量化程度不高问题,通过地下水动力学分析方法,得出采掘扰动形成的覆岩垮落带、裂隙带、弯曲带及地面沉陷区的空间尺度是控制地下水损失的主要因素,其扰动面积越大、冒裂带高度越高、弯曲带保护层渗透能力越强则地下水渗漏量越大;提出了覆岩导水裂缝边界化,弯曲带渗透能力分区,地面沉陷区重...
烧变岩含水层是榆神府矿区重要的生态水源。为研究采煤引起的烧变岩水量损失和烧变岩水保护问题,分析了烧变岩的分类、分布特征、水力联系和富水特征,运用数值模拟方法预计了采动引起的烧变岩水量损失,提出了烧变岩水'异地储存'的三种途径。研究表明:烧变岩可分为三大类五小类,烧结岩、类熔岩是主要储水载体;烧变岩分布受地形控制,规模受煤厚、...
相似模拟实验研究一直是保水开采的主要实验手段之一,其中相似材料与岩石之间力学参数的相似度尤为关键。宁东煤田属于我国典型的生态脆弱矿区,该区域主采煤层为侏罗系煤层,其顶底板广泛分布着成岩程度低且富含黏土矿物的一类特殊砂岩,该层砂岩在采动、吸水-失水动态循环作用下呈现软岩力学特征。选取其中的一类含水砂岩为研究对象,通过分析该含...
以永陇矿区崔木煤矿为研究背景,分析矿区含(隔)水层与煤层的空间组合及覆岩特征,结合导水裂隙带发育高度探查结果,开展巨厚砂砾岩含水层下特厚煤层保水开采分区及实践研究。结果表明:该区导水裂隙带发育高度为煤层采厚的19.93~23.23倍,已波及上覆白垩系含水层。以所确定的保水开采保护层厚度30 m为阈值,将研究区划分为自然保水开采区、可控保水...
为了研究工作面导水裂隙带发育情况,在陕北某煤矿进行了宽方位角、小面元、高覆盖的三维地震勘探。受地震勘探精度限制,传统方法很难对裂隙发育情况进行描述。引入P波各向异性检测技术对导水裂隙带进行研究。首先,将不同方位角地震数据进行叠加、偏移处理;之后在不同方位角偏移数据上进行蚂蚁追踪,利用蚂蚁追踪数据进行各向异性检测。经各向异性...
以大同矿区双系煤层开采为研究背景,基于高精度微地震监测技术,研究石炭系特厚煤层8104综放工作面开采过程中上部侏罗系煤层群复杂采空区影响下微震事件时空演化特征,得到双系煤层影响下覆岩运动与矿压显现的关系。结果表明:8104工作面接近和进入上部侏罗系煤层采空区对应区域,8104工作面覆岩运动加剧,侏罗系煤层的开采是工作面覆岩运动加剧的主...
根据从定性到定量综合集成法原理,提出了适用于复杂巨系统间相似性与差异性分析的特征树类比法及相关理论,并给出了特征树模型结构及定量计算相似性指数的计算机算法,以此为基础构建人机交互的类比分析体系。将特征树类比法原理应用到软岩巷道支护设计中,有效地解决了不同巷道断面之间的可类比性无法定量分析的问题。针对龙口矿区软岩巷道支护决...
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