1、 目 录1 摘要 .12 关键词 .13 正文 .13.1 引言 .13.2 沙基型浅埋煤层地质条件及开采技术条件特征 .23.2.1 地理地形特征 .23.2.2 地层特征 .23.2.3 水文地质特征 .23.2.4 开采技术状况 .33.3 沙基型浅埋煤层保水开采机理及技术 .33.3.1 保水开采的目标含水层 .33.3.2 沙基型浅埋煤层采动覆岩裂隙分布特征分析 .43.3.3 上覆岩层渗流特征 .43.3.4 保水开采机理分析 .43.4 沙基型浅埋煤层保水开采分类体系 .53.4.1 保水开采分类方法及分类指标 .53.4.2 保水开采适用条件分类 .64 参考文献 .81、摘要
2、：我国西北部浅埋煤层的储量十分丰富，约占全国煤炭探明可采储量的 1/4 以上；但这一区域地表生态环境十分脆弱，位于浅埋煤层附近的潜水受采动影响极易流失，会导致环境的进一步恶化，所以，保水开采是浅埋煤层开发的关键性保障技术。对于该技术的研究尽管取得了一些成果，但是时至今日还没有形成成熟的理论，尤其是在保水开采适用条件分类方面的研究成果更少。因此，运用多种研究方法与手段，对保水开采机理进行研究，并进一步对其适用条件进行分类，确定出各分类相应的技术参数，使之在我国西北部浅埋煤层的开采中能得到广泛地应用。2、关键词：保水开采 沙基型 短壁模式 浅埋煤层3、正文：3.1 引言：我国西北部地区广泛赋存着浅
3、埋的侏罗纪煤田，因其可采煤层多、煤层厚、煤质优良、构造简单、开采技术条件优越而为世人瞩目，在我国能源发展战略中具有十分重要的地位，是西部大开发乃至全国经济发展的能源基础；但这一区域地表生态环境十分脆弱，地下水资源主要位于浅部主采煤层附近，因受采动影响而极易流失。因此，保水开采显得尤为必要。3.2 沙基型浅埋煤层地质条件及开采技术条件特征：3.2.1 地理地形特征神东矿区所开采的范围属神东煤田的一部分，地处乌兰木伦河和窟野河的两侧，西部为沙漠滩地，沙丘连绵，地表沙层最厚可达20.050.0m，沙漠化及潜在沙漠化土地面积约占总面积的 85%；东部为黄土丘陵，河谷纵横。神东矿区平均海拔高度为+120
4、0m 左右，属典型的半干旱、半沙漠的高原大陆性气候。年蒸发量是年降水量的 67 倍，而且由于地形地貌的原因，降水大部分形成地表径流而流失，渗入岩土层的不足 15%。因为缺水，形成了独特的土壤理化性质：颗粒较细，疏松无结构，易崩解分散，储水保肥能力差；加之暴雨、大风等气候因素，导致严重的土壤侵蚀，使矿区生态环境十分脆弱。3.2.2 地层特征完整地层：神东矿区处于鄂尔多斯台向斜的东翼，呈向西平缓倾斜的单斜地层，地层走向近南北，构造简单，断层稀少，岩层裂隙不发育。神东矿区地层以陆相含煤的侏罗系地层为主，三叠系至第四系自东向西依次出露。煤系地层：神东煤层系侏罗系中统延安组，为大型浅湖泊三角洲沉积，可采
5、煤层竖向层序结构清晰，分别含 5 个煤组。基岩岩层：煤层上覆基岩主要由砂岩和泥岩组成，岩体结构主要为层状结构，岩体中等完整。3.2.3 水文地质特征大气降水：大气降水是地表水和地下水的主要补给来源。神东矿区降水一般为富含氧和二氧化碳的重碳酸水，具有较强的溶蚀能力。地表水：本区地表水系以乌兰木伦河和悖牛川河及其支沟所构成的具有强烈的季节性水流系统为主。地下水：神东矿区地下水主要受降水入渗和泉水排泄的控制，包括第四系河谷冲击层潜水和第四系下更新统三门组沙砾层潜水。矿井水：神东矿区内地下水以中性和弱碱性为主。3.2.4 开采技术状况大采高综采技术：（1）神东矿区选用 PF6 刮板运输机；（2）采煤机
6、装机功率 2400kW 左右，截深约 0.85m，牵引速度027m/min，适应采高 2.755.8m，牵引方式为齿排式无链电牵引，额定电压为 3300V；（3）两柱支顶掩护式支架，移架方式采用电液阀控制；（4）采用整芯带，带宽 1600mm，带速 4m/s，运输距离6000m，采用带宽和功率相同的两条胶带搭接。短壁机械化连采技术：短壁机械化开采的主要设备有连续采煤机、锚杆钻机、运煤车等。3.3 沙基型浅埋煤层保水开采机理及技术：3.3.1 保水开采的目标含水层神东矿区属于典型的沙基型煤层，根据神东矿区煤层上覆岩层的强度和构造特征，其上覆岩层基本上属于中等稳定与不稳定类型。因煤层上覆基岩层含水
7、性较弱，对神东矿区范围内浅埋煤层的保水开采，主要是在开采过程中保护第四系松散层孔隙潜水和砂砾层潜水。3.3.2 沙基型浅埋煤层采动覆岩裂隙分布特征分析沿层面方向的岩层移动与裂隙分布特征分析：工作面开采以后，破断裂纹先沿工作面后方出现，同时在工作面上端部也出现一些微裂隙，随工作面的推进，工作面前方出现裂纹，下端部也出现裂纹，裂纹扩大并在四周贯通，岩板在中央破断，形成顶板基岩的初次破断；顶板周期来压时，两岩板及相应张开裂隙往往产生闭合现象，但采场上、下端头处易形成张开裂隙。沿垂直层面方向的岩层移动与裂隙分布特征分析：工作面基本顶初次来压时，覆岩直至地表整体切落；顶板周期性垮落时，顶板及其上覆厚松散
8、沙层也几乎是整体下沉。随着工作面快速推进，整体破断的顶板岩块挤压并快速闭合。3.3.3 上覆岩层渗流特征岩体裂隙：岩体裂隙的重要表现就是节理起伏形态及节理张开度。从宏观上分为接触型裂隙和张开型裂隙，按结构可分为层面裂隙和构造裂隙，依作用则分为主干裂隙和网络状裂隙。裂隙岩体中地下水运动规律：沟槽流现象、差异性、各向异性和成层性。渗流的影响因素：岩性、非均质层状岩体渗流场、裂隙面的粗糙率、地应力的耦合、变形的耦合和不连续面非饱和渗流。3.3.4 保水开采机理分析单一关键层保水开采机理：伴随着煤层的开采，其上覆岩层不断从下向上产生导水裂隙，上部松散层水体便会沿导水裂隙由上而下渗流。破断岩块得到压实，
9、岩层的裂隙率、渗透性、导水性明显降低，另外，松散层水体在向采场渗流过程中，由于导水通道中软弱岩体在破断过程中形成的细碎颗粒及时充填裂隙空间，以及地下水在涌水过程中产生的动能对细碎颗粒动力冲击造成的填充作用，使得入水通道很难通畅，甚至闭合，松散层水体难以涌入采场，从而实现保水开采。主、亚关键层保水开采机理：主、亚关键层一般不发生同步破断，其运移在一定时间、区间内表现为自下而上依次出现的跳跃过程；当亚关键层破断时，其上部主关键层具有保水作用，而当主关键层破断时，其本身及上覆岩层的开张裂隙较少，且其下部张开裂隙已闭合压实，具有保水作用。3.4 沙基型浅埋煤层保水开采分类体系：3.4.1 保水开采分类
10、方法及分类指标保水开采分类方法：选取“多因素综合指标分类”方法，对浅埋煤层保水开采适用条件进行分类。综合分类指标：选取导水裂隙带高度作为保水开采适用条件分类的综合指标。综合分类指标的相关因素：保水开采的影响因素可分为自然因素和可控因素，其中，自然因素主要包括基岩厚度、松散层厚度、风化带厚度、泥岩隔水层厚度、基岩裂隙分布情况、地形地貌和含水层富水性等，而可控因素主要包括开采方法、开采工艺和开采布局等。根据分析，可选择上覆基岩层岩石综合强度、工作面采动影响因素和岩体完整性指数这 3 个影响因素作为保水开采技术适用条件综合分类指标的相关因素。参数的确定：（1）长壁综采工作面的采高可选取2.56.0m
11、，短壁连采工作面的采高一般取 4.06.0m；（2）神东矿区的采动系数取 1.24；（3）岩体完整性系数取1.1；（4）载荷影响系数取 0.80；（5）短壁开采余煤残留系数按照下表选取。布置方式 k多硐连续布置 0.9多硐间隔布置 0.8多硐单一布置 0.73.4.2 保水开采适用条件分类浅埋煤层开采方法的界定：根据国内煤矿松散含水层水体下采煤的经验，一般将松散含水层水体划分成 5 种类型，如下表所示：含水层类型 富水程度 厚度：m 单位涌水量：L/（s*m）渗透系数：m/d 极强 30 10 50 强 1530 510 1050 中 515 0.15 110 弱 15 0.0050.1 0.
12、011 极弱 1 0.005 0.01浅埋长壁工作面保水开采区域再划分：长壁工作面保水开采适用条件分类结果如下表所示：基岩厚度：m类别 内容 强或中等含水层弱含水层 长壁工作面开采容易区7585 7080 长壁工作面开采中等区6575 6070 长壁工作面开采困难区5565 5060浅埋短壁工作面保水开采区域再划分：短壁工作面保水开采适用条件分类结果如下表所示：基岩厚度：m类别 内容 强或中等含水层弱含水层 短壁连采多硐连续开采区4055 3550 短壁连采多硐间隔开采区2040 1535 短壁连采单一采硐开采区20 154、参考文献：1张东升，刘玉德，王旭锋.沙基型浅埋煤层保水开采技术及适用
13、条 件分类.中国矿业大学出版社.2聂伟雄.浅埋煤层长壁保水开采探究.3叶青.神东现代化矿区建设与生产技术.中国矿业大学出版社.4马立强.沙基型浅埋煤层导水通道裂隙分布特征及控制技术研究. 中国矿业大学.5黄庆亨，刘腾飞.浅埋煤层开采隔水层位移规律相似模拟研究.6师本强，侯忠杰.陕北榆神府矿区保水采煤方法研究.7张杰，侯忠杰.浅埋煤层导水裂隙发展规律物理模拟分析.8黄庆亨.浅埋煤层采动厚砂土层破坏规律模拟.9范立民，蒋泽泉，许开仓.榆神矿区强松散含水层下采煤隔水岩组 特性的研究.10范立民.保水采煤是神府东胜煤田开发可持续发展的关键.11Pessaran,G Origin of mine waterD.12Lomize G M.Flow in fractured rocksJ.13Neuzil C E,Tracy J V.Plow through fracturesJ.14Louis C.Rock hydraulics.Rock MechanicsM.15Tsang Y W,Tsang C F.Channel model of flow through fractured mediaJ.
