APP下载

基于导水裂隙带高度的地下水库适应性评价

2017-09-25李全生鞠金峰曹志国李建华

煤炭学报 2017年8期
关键词:导水覆岩水源

李全生,鞠金峰,曹志国,高 富,李建华

(1.煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室,北京 100011; 2.神华集团有限责任公司 科技发展部,北京 100011; 3.中国矿业大学 物联网(感知矿山)研究中心,江苏 徐州 221008; 4.神华包头能源有限责任公司 李家壕煤矿,内蒙古 鄂尔多斯 017000)

基于导水裂隙带高度的地下水库适应性评价

李全生1,2,鞠金峰3,曹志国1,2,高 富4,李建华4

(1.煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室,北京 100011; 2.神华集团有限责任公司 科技发展部,北京 100011; 3.中国矿业大学 物联网(感知矿山)研究中心,江苏 徐州 221008; 4.神华包头能源有限责任公司 李家壕煤矿,内蒙古 鄂尔多斯 017000)

利用煤矿井下采空区进行矿井水资源储存和循环利用的地下水库技术为西部缺水矿区的绿色开采提供了新的途径,但其推广应用仍需符合一定的适用条件。综合采用现场实测与理论分析,结合神东矿区煤矿地下水库工程实践,开展了基于导水裂隙带高度的地下水库适应性评价方法研究。结果表明:地下水库储水的高效循环使用是保证该技术成功应用的关键,必须满足“水源”、“库容”和“通道”三大条件。采动覆岩导水裂隙作为地下水库水源补给的重要通道,是影响地下水库适应性的核心因素。利用“基于关键层位置的导水裂隙带高度预计方法”,判别具体开采条件导水裂隙带发育高度,当导水裂隙沟通区域补给水源(含水层)时,地下水库具备适应性;否则,区域水源水体一般难以汇聚至井下采空区,从而地下水库中可供循环利用的水资源量将难以保证,地下水库保水方法一般不适用。研究结果得到了神东矿区地下水库工程的验证,并指导了李家壕煤矿地下水库适应性评价和地下水库建设选址。

地下水库;适用性;导水裂隙;关键层;保水采煤

我国西部矿区生态环境脆弱,水资源缺乏,大规模煤炭开采与水资源保护矛盾突出。针对这一问题,神华集团研发形成了煤矿地下水库的水资源循环利用技术体系[1],即利用煤炭开采形成的采空区作为水资源储存和净化的空间,以开采引起的覆岩导水裂隙作为水库水源的补给通道,将采动破坏的水资源汇集并储存至井下采空区,实现煤炭开采水资源的有效保护与循环利用。目前该技术已在神东等西部缺水矿区得到推广使用[1-8],构建了35座煤矿地下水库,供应了矿区95%以上用水量,为西部缺水矿区矿井水循环利用和绿色开采提供了新的技术途径。然而受矿井水文、地质及开采参数等诸多因素的影响,并非所有矿井都适合采用地下水库保水技术。例如,当矿井所处区域的水源赋存量有限时,则地下水库储水将得不到有效补给,从而无法满足矿井各方面的用水需求;或者,当选取的用于水资源储存的采空区储水空间容量不足以安全容纳矿井所需的循环用水量时,地下水库保水技术也将难以实施;而且,即使矿井(区)拥有足够的补给水源和储水空间,若其储水区域对应上覆导水裂隙未能沟通相关补给水源,则地下水库中可供循环利用的水资源量也将难以保证。因此,研究建立地下水库保水技术的适用条件,对于矿井(区)地下水库建设的选址和绿色开采对策的选择等具有重要意义。

地处神府东胜煤田的李家壕煤矿,雨量稀少、生态脆弱,加之煤层埋藏浅、累积开采厚度大,井下开采活动势必会对区域水系环境和生态造成损伤;为此,矿井计划利用初期开采形成采空区开展地下水库保水技术的工程试验。然而,该矿是否适合采用地下水库保水技术,若适合其地下水库又该如何选址等等问题,都有待进一步研究和解决。因此,笔者将基于地下水库保水技术实施的适用条件,综合考虑矿井的水文、地质及开采因素,对其采用地下水库保水技术的适应性进行评价,指导地下水库的合理选址,实现矿井保水采煤技术的安全高效实施。

1 煤矿地下水库适应性评价方法

1.1 煤矿地下水库适应性评价的必要条件

根据煤矿地下水库的保水原理[1-2],要使该技术能在矿井成功应用,应保证地下水库满足水资源的“使用-补给”的平衡关系,关键需要满足以下3个必要条件:

(1)“水源”条件。地下水库补给水源必须含有充足的水量,以满足矿井各方面的用水需求Qr(包括井下煤炭生产、地面工业生产、生活与绿化等)。应满足

式中,Qw即为大气降水、地表水、地下水之和。对于地下水库常实施的西部干旱半干旱的缺水矿区,地表水分布稀少,其实际为雨季的大气降水,因此,

式中,大气降水水量Qrain可按照矿区全年平均降雨量根据开采面积计算;Qunder为对于地下水资源量,可根据地质勘查部门对矿区专门出具的水文地质勘探报告进行计算。

(2)“库容”条件。用于储水的采空区内应具有足够的、安全的、并能满足矿井水量需求的储水空间Vc进行水资源储存。应满足

采空区储水空间容量可按下述步骤进行计算:首先确定采空区储水的极限储水水位h。其主要依据采空区四周隔离煤柱和人工构筑物的极限承载能力而定。其次计算储水水位范围内的空间量。即

式中,L为采空区储水范围对应走向长度;α为煤层倾角;B为采空区倾向宽度;δ为储水系数,可利用下式进行计算[9]

其中,Kp为采空区破碎岩体碎胀系数。或者,也可利用现场采空区的注水与放水试验进行储水系数的测定。根据神东矿区大柳塔煤矿曾开展的采空区注水与放水试验结果,储水系数一般可取值0.1~0.2[8]。

(3)“通道”条件。应使得煤层开采引起的覆岩导水裂隙带发育并沟通地下水库的补给水源,这样各类水源才能汇聚到地下水库中,供矿井生产、生活使用。对于导水裂隙未能沟通补给水源的开采条件,还存在特定条件下(如导水裂隙与水源之间岩层厚度较小且无隔水层、或水源水压较大等)水体的越层渗流现象。水体在非裂隙带岩层中的渗流速度[10]可表示为

其中,Ki为第i层岩层的渗透率;μ为水的动力黏度系数;mi为第i层岩层的厚度;Pi+1,Pi为第i层岩层的上下表面的水压力值。从式(6)可以看出,这一过程主要与岩层上下表面的压力差及其原岩渗透率有关。由于该越层渗流现象实际过程较为缓慢,难以满足地下水库使用初期的循环水量要求,使得地下水库保水技术实施的适应性降低。因此,具体判断时,可按照导水裂隙带发育高度与地层含水层所处层位的相对位置进行确定,若地层含水层处于导水裂隙带范围内,则该含水层可对地下水库进行水源补给。

对于覆岩导水裂隙带高度的确定,目前应用较为普遍的是《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中的经验公式以及现场施工钻孔的工程探测(冲洗液漏失量法)[11]。然而,由于矿区不同开采区域地质条件的复杂多变,应用统计公式计算的导水裂隙带高度难免存在较大误差,而现场施工钻孔观测又存在费用高、测点密度稀等缺点。所以,研究确定适用于具体地质开采条件的导水裂隙带高度计算方法对于煤矿地下水库保水技术的适应性评价显得尤为重要。

1.2 覆岩导水裂隙带高度判别方法

(1)单一煤层开采覆岩“导高”判别

现场实测与模拟实验研究发现[12-13],煤层覆岩中关键层所处的位置将直接影响导水裂隙带高度的发育情况。当覆岩主关键层位于临界高度(7~10)M(M为煤层采厚)以内时,导水裂隙将发育至基岩顶部;当覆岩主关键层位于临界高度(7~10)M以外时,导水裂隙将发育至临界高度(7~10)M上方最近的关键层底部。由此,形成了适用于单一煤层开采的“基于关键层位置的覆岩导水裂隙带高度预计方法”[13],其判别流程如图1所示(Hd为导水裂隙带高度;Hg为(7~10)M高度以上的最近一层关键层距煤层距离;Hj为基岩厚度)。即,根据地质勘探得到的具体覆岩柱状,采用关键层判别软件KSPB[14-15]进行覆岩关键层位置的判别,然后从开采煤层顶界面开始判断覆岩(7~10)倍采高范围外是否存在关键层,若存在,则导水裂隙带高度为(7~10)倍采高范围外第1层关键层底界面至煤层间的距离;若不存在,则导水裂隙带高度将大于或等于基岩厚度。

图1 基于关键层位置的导水裂隙带高度预计方法流程[13]Fig.1 Flow chart of the prediction method for the height of water conduction fracture zone based on the KS position[13]

上述基于关键层位置的导水裂隙带高度预计方法能适应不同采厚条件下的导水裂隙带高度预计,同时可以对由于覆岩关键层结构变化引起的导水裂隙带高度异常发育情况作出判别,已得到多个煤矿的顶板导水裂隙带高度实测结果的验证[12]。

(2)煤层群开采覆岩“导高”判别

西部缺水矿区多为煤层群赋存条件,因此有必要研究煤层群开采条件下的覆岩导水裂隙带高度确定方法[16-17]。借鉴前述单一煤层开采的导水裂隙带高度预计新方法,类似的提出了基于关键层位置的煤层群开采覆岩导水裂隙带高度的计算方法。

由于两层煤重复开采引起的覆岩运动并不等同于单一煤层的一次开采,因此,上述判别方法中的采高选取并不能单纯按两煤层采高累加直接进行计算,而应按照两煤层累计的等效采高Md进行判断。即将下煤层开采引起的岩层运动波及至上煤层位置时的下沉量,作为上煤层的累计等效采厚叠加到上煤层上,从而按此等效累计采高在上煤层位置进行判别。等效累计采高可按下式计算:

式中,M1,M2分别为上下煤层采高,D为上下煤层间距,Kp为煤层间岩层的残余碎胀系数,可通过实验室破碎岩样测试获取,或者利用现场钻孔内部岩移的监测、根据上下位岩层下沉量的差值来进行测定,这里取值1.05[12]。若M2-D(Kp-1)<0,取Md=M1,说明此时上下两层煤层采动覆岩导水裂隙带未能贯通。

2 神东矿区地下水库工程实例分析

神东矿区地处晋、陕、蒙三省交界处的毛乌素沙漠边缘,是我国西部地区典型的干旱半干旱生态脆弱矿区。为了减少煤炭大规模开发对生态环境的破坏,实现矿区水资源有效保护和循环利用,该矿区近年来实施开展了煤矿地下水库的保水工程实践,以大柳塔煤矿为典型代表,逐步在矿区15座矿井实现推广使用,取得了显著的工程应用效果。因此,本节将以神东矿区大柳塔煤矿地下水库工程实践为例,对前节有关基于导水裂隙带高度的地下水库适应性评价方法的可靠性进行验证。

大柳塔煤矿地处陕西省神木县大柳塔镇南端的乌兰木伦河畔,由大柳塔井和活鸡兔井组成,两井拥有井田面积189.9 km2,煤炭可采储量15.3亿t。矿井主采1-2煤、2-2煤和5-2煤,目前1-2煤和2-2煤已基本开采完毕,正在进行5-2煤的开采;采空区主要充水水源为第四系松散含水层、地表水、以及大气降水(大气降水同时也是区内地表水和地下水的主要补给来源),矿井正常涌水量486 m3/h。

矿井自1998年以来就开始了煤矿地下水库保水工程的实践与研究工作,最终在2-2煤采空区3个盘区建设形成3座地下水库,储水总量达710.5万m3,如图2所示。矿井地下水库储水被循环供应于井下采掘工作面以及地面生产、生活、绿化等方面,其中,井下用水量约7 770 m3/d,地面用水量约4 500 m3/d,已成为神东矿区名副其实的“自然供水厂”[8]。

图2 大柳塔煤矿地下水库分布Fig.2 Layout of the underground reservoir in Daliuta mine

大柳塔煤矿地下水库之所以能取得成功,除了源于其拥有稳定的区域补给水源和庞大的采空区储水空间(储水采空区面积约18.9 km2)外,更重要的是地下水库选址区域对应覆岩导水裂隙带沟通了区域富水水源(采空区486 m3/h的涌水量证实了这一点),保证了水库水量的有效补给,最终才实现了地下水库储水的高效循环利用。这同时也进一步说明了覆岩导水裂隙通道沟通补给水源对地下水库成功实施的支撑作用。

为了进一步验证大柳塔煤矿覆岩导水裂隙对地下水库的补给作用,利用前节的判别方法对图2所示储水区域的钻孔柱状进行了导水裂隙带发育高度的计算。该区域为2-2煤单一煤层开采条件,煤层采高平均4.5 m。以1号地下水库区域的J67钻孔为例(图3(a)),按10倍采高进行判断,则覆岩主关键层将处于该范围内,由此判断覆岩导水裂隙带直接沟通至基岩顶界面,对应“导高”为62.59 m。由此可按照同样方法对2号和3号地下水库区域的覆岩导水裂隙发育情况进行判别,如图3所示。由此可见,大柳塔煤矿地下水库建设区域覆岩导水裂隙带均已沟通至上覆基岩顶界面,如此,区域内作为矿井主要充水水源的第四系松散含水层、地表水、以及大气降水的水体将能通过导水裂隙通道汇聚至井下采空区,保证地下水库的水源补给。

图3 大柳塔煤矿地下水库区域覆岩“导高”判别Fig.3 Discrimination of water conduction fracture zone height in the location of underground reservoir in Daliuta Mine

与大柳塔煤矿类似,受煤层埋藏浅、厚度大、开采煤层多等因素的影响,神东矿区多数矿井煤层开采后引起的覆岩导水裂隙带普遍能沟通至基岩顶界面[2,12,18-20],处于井上下的富水水源均能有效汇聚至井下采空区;也正因为如此,地下水库保水技术才得以在神东矿区15座矿井推广使用。

3 李家壕煤矿地下水库建设适应性评价

3.1 李家壕煤矿一盘区地质开采条件

李家壕煤矿位于内蒙古鄂尔多斯市东胜区东南,隶属神华包头能源有限责任公司,设计生产能力为600万t/a。该矿一盘区为矿井首采盘区,目前主采2-2中煤和3-1煤,两煤层采用协调开采方式进行。其中,2-2中煤厚度1.4~5.3 m,平均2.0 m;3-1煤厚度2.5~6.3 m,平均4.0 m。上下煤层倾角均为0°~3°,两煤层间距34~40 m,3-1煤埋深204~254 m。地层中主要含水层为基岩孔隙裂隙含水层以及第四系松散含水层;其中,基岩含水层富水性普遍较低,单位涌水量仅0.004 39 L/(s·m),而第四系松散层富水性相对较高,单位涌水量0.09~1.29 L/(s·m),是井下涌水的主要水源。盘区内各工作面布置及两煤层的厚度等值线分布情况如图4所示,煤层厚度整体呈现“北薄南厚”的分布特征,且两煤层之间的距离由北向南呈现递减趋势。以该盘区南北两翼的TL32和TL48钻孔柱状为例(图5),南翼上下煤层厚度明显偏大,而两煤层间距则显著降低(TL48钻孔柱状揭示两煤层间距仅为21.1 m)。

该盘区对上下煤层设计08~16共计16个工作面;目前,已回采北翼2-2中煤和3-1煤两层煤的08和09共计4个工作面;而矿井即将实施的地下水库工程试验也计划将在其采空区进行。

图4 李家壕煤矿一盘区工作面布置及煤厚等值线分布Fig.4 Layout of the faces in No.1 panel and the coal seam thickness distribution in Lijiahao Coal Mine

图5 李家壕煤矿一盘区南、北两翼覆岩钻孔柱状对比Fig.5 Comparison of the borehole column in the north and south wing of No.1 panel in Ljiahao Coal Mine

3.2 一盘区采空区地下水库建设适应性评价

根据煤矿地下水库的适用条件,即需要满足“水源”、“库容”和“通道”3个必要条件,可对李家壕煤矿一盘区实施地下水库保水技术的适应性进行评价。

(1)“水源”条件评价

李家壕煤矿若以一盘区已采完的31108和31109两个工作面采空区作为地下水库的建设地点,则依据矿井所在地区396.0 mm的年均降雨量,结合开采区域的面积计算,全年的平均雨水量可达693 778 m3,即平均每天的雨水量为Qrain=1 901 m3/d。而对于地下水资源量,根据神华地质勘查有限责任公司晋陕蒙分公司专门针对李家壕矿水文地质勘探出具的《李家壕煤矿顶板三带探查及水文长观工程》报告,煤层开采后的涌水量预计为3 313~5 571 m3/d,即Qunder=3 313~5 571 m3/d。因此,矿井地下水库拥有的补给水源量为Q(水源)=5 214~7 472 m3/d。而根据该矿的用水需求估算,其用水量将达到4 161 m3/d(包括生产用水1 641 m3/d,工业用水492 m3/d,生活用水1 313 m3/d,绿化用水1 430 m3/d)。由此可见,Q(水源)≥Q(需求),满足“水源”条件。

(2)“库容”条件评价

根据相关部门对31108和31109两个工作面采空区隔离煤柱及人工构筑密闭墙的承载稳定性评价结果,其作为地下水库挡水坝体所能承受的极限水头值为13.5 m。两工作面倾向宽度之和为581.3 m,采空区煤层倾角4°,储水范围对应采空区走向长度为193.5 m。而根据采空区实施的注水与放水测试,储水系数可取值0.2。由此,可根据式(4)计算得出采空区的库容量为151 480 m3。根据矿井的日用水量,该库容量可供矿井用水36.4 d。由此可见2个以上工作面采空区即可满足“库容”条件。

(3)“通道”条件评价

根据李家壕煤矿一盘区2-2中煤和3-1煤的开采现状,可对目前两煤层已开采区域的覆岩导水裂隙带发育情况进行预计,即北翼08,09工作面的开采区域,包括3-1煤单一煤层开采区域以及2-2中煤和3-1煤重复开采区域,如图1所示。

① 3-1煤单一煤层开采区域

即为31108工作面(或31109工作面)与22中108工作面(或22中109工作面)开切眼之间的开采范围。以31108工作面为例,选取工作面内TL32钻孔柱状(图5(a)),取10倍采高进行预计(31108工作面采高3.3 m),覆岩中第6号岩层对应的关键层破断将会产生贯通裂隙,导水裂隙带高度将发育至其上第12号关键层底界面位置,对应导水裂隙带高度为62.07 m。这一预计结果也得到了该工作面曾开展的覆岩“三带”工程探测结果的验证,如图4所示的D1,D2,D3探测钻孔。采用钻孔冲洗液漏失量观测法探测得到其导水裂隙带高度为57.7~65.9 m,与上述预计结果相符,进一步验证了“基于关键层位置的覆岩导水裂隙带高度预计方法”的准确性。

② 2-2中煤和3-1煤重复开采区域

根据工作面开采范围附近的几个钻孔柱状,结合两工作面的开采参数(22中108工作面和22中109工作面采高均为2.2 m,31108工作面采高3.3 m,31109工作面采高3.7 m),按照前节所述方法进行了预计,预计结果如图6所示。

图6 李家壕煤矿一盘区重复开采区域“导高”判别Fig.6 Discrimination of the water conduction fracture zone height in repeated mining area in No 1 panel of Lijiahao Coal Mine

以22中108和31108工作面重复开采区域的TL12钻孔为例(图6(a)),22中108工作面10倍采高范围将达到第11号岩层位置,则覆岩导水裂隙带将发育至第12号岩层对应关键层的底界面,对应2-2中煤采后的“导高”为24.68 m;而下煤层31108工作面开采后,根据式(7)可计算得出对应于2-2中煤位置的等效累计采高为3.5 m,则10倍等效累计采高范围将达到第12号岩层位置,则覆岩导水裂隙带将发育至其上第14号岩层对应关键层的底界面,对应3-1煤采后的“导高”为107.91 m。同理,可根据工作面重复开采区域的钻孔柱状对两层煤开采后的导水裂隙带高度进行计算,详见表1。

表1李家壕煤矿一盘区重复开采区域“导高”预计
Table1PredictionofthewaterconductionfracturezoneheightinrepeatedminingareainNo.1panelofLijiahaoCoalMine

工作面钻孔编号2-2中煤开采后“导高”/m3-1煤开采后“导高”/m22中108TL12246810791与31108TL192867981022中109TL1823009600与31109TL2722659249

从上述有关李家壕煤矿一盘区已开采区域覆岩导水裂隙带高度的预计结果可以看出,无论是3-1煤单一煤层开采区域还是2-2中煤和3-1煤重复开采区域,上覆导水裂隙带高度均较小,均未能沟通至基岩顶界面。也就是说,处于基岩上部松散层中赋存丰富的水源、以及与之相补给的地表水和雨水均无法通过导水裂隙汇聚至井下采空区,地下水库的水源仅局限于基岩中弱富水性裂隙、孔隙含水层中的涌水及采掘工作面的生产排水。由此可见,目前李家壕煤矿一盘区北翼区域难以满足水库建设所需的“通道”条件,不具备地下水库建设的适应性。

3.3 一盘区地下水库建设的建议

通过对一盘区地质赋存条件的分析发现(图1),处于该盘区南翼区域的上下煤层厚度均有变厚趋势,且两煤层间的距离也有所减小,这对于两煤层开采后覆岩导水裂隙带高度的增加是非常有利的。选取一盘区南翼第16工作面附近的TL48钻孔(图5(b))分析发现,若取两煤层采高分别为5.0 m和6.0 m,煤层间岩层碎胀系数与前述同理取1.05,则上煤层位置对应的等效采高为8.9 m;取10倍采高进行判别,两煤层开采后引起的覆岩导水裂隙带将直接沟通至基岩顶界面,对应“导高”为185.73 m,如图5(b)所示。此时,处于松散层及地表中的丰富补给水源将可对采空区水库形成有效补给;所以,处于一盘区南翼区域的采空区才满足水库建设所需的“通道”条件。

综上所述,李家壕煤矿一盘区北翼区域不满足地下水库保水技术实施所需的“通道”条件,矿区主要补给水源无法对其实现充分补给。而一盘区南翼区域能满足地下水库保水技术实施所需的“水源”、“库容”和“通道”条件,是该盘区适宜建设地下水库的合适区域。

4 结 论

(1)煤矿地下水库保水技术需满足“水源”、“库容”及“通道”3个必要条件,其中导水裂隙通道能沟通区域补给水源(含水层)是保证地下水库保水技术成功应用的关键。

(2)利用“基于关键层位置的导水裂隙带高度预计方法”来判别具体开采条件下的导水裂隙是否沟通区域补给水源(含水层),从而可对地下水库的适应性进行评价,其可靠性得到了神东矿区煤矿地下水库保水技术工程实践的验证。

(3)李家壕煤矿一盘区北翼区域覆岩导水裂隙带无法沟通上覆富水含水层,不满足地下水库建设的“通道”条件;而一盘区南翼区域覆岩导水裂隙带将直接发育至基岩顶界面,能将第四系松散层丰富水源及地表降雨汇聚至井下采空区,满足地下水库建设的“通道”条件,是矿井地下水库建设的适宜区域。

[1] 顾大钊.煤矿地下水库理论框架和技术体系[J].煤炭学报,2015,40(2):239-246. GU Dazhao.Theory framework and technological system of coal mine underground reservoir[J].Journal of China Coal Society,2015,40(2):239-246.

[2] 顾大钊,张建民,李全生,等.能源“金三角”煤炭开发水资源保护与利用:2亿吨级神东矿区水资源保护与利用技术探索和工程实践[M].北京:科学出版社,2012.

[3] 顾大钊,颜永国,张勇,等.煤矿地下水库煤柱动力响应与稳定性分析[J].煤炭学报,2016,41(7):1589-1597. GU Dazhao,YAN Yongguo,ZHANG Yong,et al.Experimental study and numerical simulation for dynamic response of coal pillars in coal mine underground reservoir[J].Journal of China Coal Society,2016,41(7):1589-1597.

[4] 陈苏社,黄庆享,薛刚,等.大柳塔煤矿地下水库建设与水资源利用技术[J].煤炭科学技术,2016,44(8):21-28. CHEN Sushe,HUANG Qingxiang,XUE Gang,et al.Technology of underground reservoir construction and water resource utilization in Daliuta Coal Mine[J].Coal Science and Technology,2016,44(8):21-28.

[5] 陈苏社,鞠金峰.大柳塔煤矿矿井水资源化利用技术[J].煤炭科学技术,2011,39(2):125-128. CHEN Sushe,JU Jinfeng.Utilization technology of mine water resources in Daliuta Mine[J].Coal Science and Technology,2011,39(2):125-128.

[6] 曹志国,何瑞敏,王兴峰.地下水受煤炭开采的影响及其储存利用技术[J].煤炭科学技术,2014,42(12):113-116. CAO Zhiguo,HE Ruimin,WANG Xingfeng.Coal mining affected to underground water and underground water storage and utilization technology[J].Coal Science and Technology,2014,42(12):113-116.

[7] 范立民,马雄德,冀瑞君.西部生态脆弱矿区保水采煤研究与实践进展[J].煤炭学报,2015,40(8):1711-1717. FAN Limin,MA Xiongde,JI Ruijun.Progress in engineering practice of water-preserved coal mining in western eco-environment frangible area[J].Journal of China Coal Society,2015,40(8):1711-1717.

[8] 陈苏社.神东矿区井下采空区水库水资源循环利用关键技术研究[D].西安:西安科技大学,2016.

[9] 孟召平,师修昌,刘珊珊,等.废弃煤矿采空区煤层气资源评价模型及应用[J].煤炭学报,2016,41(3):537-544. MENG Zhaoping,SHI Xiuchang,LIU Shanshan,et al.Evaluation model of CBM resources in abandoned coal mine and its application[J].Journal of China Coal Society,2016,41(3):537-544.

[10] 梁运培.邻近层卸压瓦斯越流规律的研究[J].矿业安全与环保,2000,27(1):32-33. LIANG Yunpei.Study on rross-flowing regularity of released gas from adjacent coal seams[J].Mining Safety & Environmental Protection,2000,27(1):32-33.

[11] 国家煤炭工业局.建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程[M].北京:煤炭工业出版社,2000.

[12] 许家林.岩层采动裂隙演化规律与应用[M].徐州:中国矿业大学出版社,2016.

[13] 许家林,朱卫兵,王晓振.基于关键层位置的导水裂隙带高度预计方法[J].煤炭学报,2012,37(5):762-769. XU Jialin,ZHU Weibing,WANG Xiaozhen.New method to predict the height of fractured water-conducting zone by location of key strata[J].Journal of China Coal Society,2012,37(5):762-769.

[14] 许家林,钱鸣高.覆岩关键层位置的判别方法[J].中国矿业大学学报,2000,29(5):463-467. XU Jialin,QIAN Minggao.Method to distinguish key strata in overburden[J].Journal of China University of Mining & Technology,2000,29(5):463-467.

[15] 钱鸣高,缪协兴,许家林,等.岩层控制的关键层理论[M].徐州:中国矿业大学出版社,2003.

[16] 李全生,张忠温,南培珠.多煤层开采相互采动的影响规律[J].煤炭学报,2006,31(4):425-428. LI Quansheng,ZHANG Zhongwen,NAN Peizhu.Mining impact pattern of mutil-coal seam[J].Journal of China Coal Society,2006,31(4):425-428.

[17] 程志恒,齐庆新,李宏艳,等.近距离煤层群叠加开采采动应力-裂隙动态演化特征实验研究[J].煤炭学报,2016,41(2):367-375. CHENG Zhiheng,QI Qingxin,LI Hongyan,et al.Evolution of the superimposed mining induced stress-fissure field under extracting of close distance coal seam group[J].Journal of China Coal Society,2016,41(2):367-375.

[18] 杨荣明,陈长华,宋佳林.神东矿区覆岩破坏类型的探测研究[J].煤矿安全,2013,44(1):25-27. YANG Rongming,CHEN Changhua,SONG Jialin.Detection study of overlying strata failure types in Shendong mining area[J].Safety in Coal Mines,2013,44(1):25-27.

[19] 王连国,王占盛,黄继辉,等.薄基岩厚风积沙浅埋煤层导水裂隙带高度预计[J].采矿与安全工程学报,2012,29(5):607-612. WANG Lianguo,WANG Zhansheng,HUANG Jihui,et al.Prediction on the height of water-flowing fractured zone for shallow seam covered with thin bedrock and thick windblown sands[J].Journal of Mining & Safety Engineering,2012,29(5):607-612.

[20] 缪协兴,王长申,白海波.神东矿区煤矿水害类型及水文地质特征分析[J].采矿与安全工程学报,2010,27(3):285-291. MIAO Xiexing,WANG Changshen,BAI Haibo.Hydrogeologic characteristics of mine hazards in Shen-dong area[J].Journal of Mining & Safety Engineering,2010,27(3):285-291.

Suitabilityevaluationofundergroundreservoirtechnologybasedonthediscriminantoftheheightofwaterconductionfracturezone

LI Quansheng1,2,JU Jinfeng3,CAO Zhiguo1,2,GAO Fu4,LI Jian-hua4

(1.StateKeyLaboratoryofWaterResourcesProtectionandUtilizationinCoalMining,Beijing100011,China; 2.DepartmentofScientificDevelopment,ShenhuaGroup,Beijing100011,China; 3.IoT/PerceptionMineResearchCenter,ChinaUniversityofMining&Technology,Xuzhou221008,China; 4.LijiahaoCoalMine,ShenhuaBaotouEnergyCo.,Ltd.,Erdos017000,China)

The underground reservoir technology using goaf area for water resources storage and recycling has provided a new way for green mining in western water-shortage mining areas in China.However,the application of this technology needs to satisfy three necessary conditions,which are adequate water resources,sufficient reservoir capacity and connected water supply channel respectively.Combined with the practice of underground reservoir in Shendong mining area,the adaptability evaluation method of groundwater reservoir based on the height of water conducted fissure zone is studied.The results show that the “channel” condition of the water flowing fractured zone connected with the water supply source is the key to the adaptability of the underground reservoir in the water supply and water storage capacity of sufficient conditions.Using a method for predicting the height of water flowing fractured zone based on the key layer to judge the specific mining conditions of water conducting fractured zone’s development height,the underground reservoir has the adaptability when the water supply source (aquifer) is connected,otherwise,it is difficult to converge water to the underground mined out area,so the amount of water resources that can be used in the underground reservoir will be difficult to guarantee.The adaptability evaluation method of underground reservoir based on the height of water flowing fractured zone is verified by underground reservoir project in Shendong mining area and is used as the guidance of the Lijiahao Coal Mine adaptability evaluation of underground reservoir and construction site selection.

underground reservoir;suitability;water conduction fracture;key stratum (KS);water conservation mining

10.13225/j.cnki.jccs.2016.1871LI Quansheng,JU Jinfeng,CAO Zhiguo,et al.Suitability evaluation of underground reservoir technology based on the discriminant of the height of water conduction fracture zone[J].Journal of China Coal Society,2017,42(8):2116-2124.doi:10.13225/j.cnki.jccs.2016.1871

TD74

:A

:0253-9993(2017)08-2116-09

国家重点研发计划资助项目(2016YFC0501100);国家自然科学基金资助项目(51604259);煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室开放基金资助项目(SHJT-16-30.2)

李全生(1965—),男,河南洛阳人,博士,教授级高级工程师。E-mail:10000424@shenhua.cc

李全生,鞠金峰,曹志国,等.基于导水裂隙带高度的地下水库适应性评价[J].煤炭学报,2017,42(8):2116-2124.

猜你喜欢

导水覆岩水源
保护水源
一侧采空工作面采动覆岩应力演化规律研究
榆神府矿区不同导水裂隙发育对地表土壤性质的影响
煤矿高强度长壁开采覆岩破坏充分采动及其判据
综合探测9105工作面导水裂隙带高度
开采覆岩裂隙带发育高度实测应用
南水源头清如许
准东大井矿区巨厚煤层开采覆岩裂隙分布特征
基于水管理的前风窗下装饰板系统设计研究
充填开采覆岩变形破坏规律研究