长治盆地集中采煤区地下水流场演变研究
山西长治羊头岭北峙峪煤业矿类型划分

山西长治羊头岭北峙峪煤业矿井水文地质类型划分报告山西长治羊头岭北峙峪煤业矿井水文地质类型划分报告编写人:审核人:总工程师:总经理:目录前言 (1)第一章矿井及井田概况 (5)第一节矿井根本情况 (5)第二节矿山地理位置及交通 (13)第三节地形地貌 (15)第四节气象、水文 (16)第五节地震 (18)第六节周边矿井及小窑 (19)第七节矿井排水系统 (24)第二章以往地质和水文地质工作概述 (27)第一节普查、详查、勘探阶段的地质工作 (28)第二节矿区地震勘探及其他物探工作评述 (29)第三节矿井建设、开采、改扩建时期的水文地质工作评述 (30)第四节以往地质、水文地质工作评述 (31)第三章地质概况 (32)第一节区域地质 (32)第二节井田地质 (33)本井田位于沁水块坳东翼 (41)第三节煤层 (44)第四章区域水文地质 (46)第一节区域水文地质概况 (46)第二节区域主要含水岩组 (50)第三节地下水补给、径流、排泄条件 (51)第五章矿井水文地质 (53)第一节井田边界及其水力性质 (53)第二节井田主要含水层 (56)第三节井田主要隔水层 (58)第四节矿井充水因素分析 (59)第五节井田及周边地区采空积水分布状况 (67)第六节矿井充水状况 (70)第六章对矿井开采受水害影响程度和防治水工作难易程度的评价 (79)第一节矿井开采受水害影响程度的评价 (79)第二节矿井防治水工作难易程度的评价 (85)第七章矿井水文地质类型的划分及对防治水工作的建议 (90)第一节矿井水文地质类型划分 (90)第二节对目前井田防治水工作的建议 (100)附图目录图号图名比例尺01 山西长治羊头岭北峙峪煤业矿井综合水文地质图1:500002 山西长治羊头岭北峙峪煤业矿井综合水文地质柱状图1:500水平1:5000 03 山西长治羊头岭北峙峪煤业矿井水文地质A-A`剖面图垂直1:200004 山西长治羊头岭北峙峪煤业矿井3号煤层充水性图1:500005 山西长治羊头岭北峙峪煤业矿井9号煤层充水性图1:500006 山西长治羊头岭北峙峪煤业矿井15号煤层充水性图1:5000附件目录附件1、地质勘查资质证书附件2、采矿许可证副本附件3、北峙峪煤业ZK4号水文涌水量变化说明前言一、工程由来依据山西省煤炭工业厅晋煤规发【2021】177号文及山西省煤矿企业兼并重组整合工作领导组办公室文件晋煤重组办发【2021】37号文,山西长治羊头岭北峙峪煤业煤矿由原山西长治北峙峪煤业有限责任公司、山西长治南峙峪煤业有限责任公司煤矿以及井田东部的新增资源区兼并重组整合而成,兼并重组后的山西长治羊头岭北峙峪煤业煤矿核准开采3-15号煤层,生产规模90万吨/年。
山西长治小常煤矿3号煤层奥灰带压开采分析评价

1.432
2014.7.818.86 583
2014.7.14
图1 井田构造纲要图
016 地质勘探 DIZHIKANTAN
2.2 底板奥灰水分布 XS-1、XS-2水文钻孔为小常煤业井田内的长观孔,1号
水源井(洗煤厂)、2号水源井(南围墙北)为井田内深水 井。根据井田内水文孔、水井的水位观测资料,结合周边 高河矿的水位资料,确定井田奥陶系峰峰组岩溶含水层水 位标高在628-635m之间,水力坡度约0.5‰-0.8‰。 2.3 隔水岩柱的厚度及力学性质
孔 含水层 号 深度(m)
含水层 厚度 (m)
水位 标高 (m)
孔径
(mm) 次 S(m)
数
抽(放)水试验
S=10,=91mm, Q(L/s) q(L/s.m)
q(L/s.m)
K(m/d) R(m)
试验 日期
683.75XS-1
689.15
5.40 640.03 191 1 13.42 11.403 0.85
3.65 +638.05 191 2 3.19 7.734 578.95
3 2.25 6.009
0.018 0.023 0.032 1.914 2.425 2.671
1.27 60.58
R(m) 试验日期
1262
2014.7.72014.7.14
2014.8.20425
2014.8.23
表2 O2f+O2s岩溶含水层抽水试验情况统计表
文献标识码:A
文章编号:1672-7487(2019)05-14-4
小常煤矿地处太行山西侧,属长治新生界断陷堆积盆 地。井田面积16.6341km2,现采煤层为3号煤,核定生产能 力210万t/a。矿井在开采3号煤时,将不同程度地受到山西 组砂岩水、太原组灰岩水及奥灰水的威胁。尤其下组煤上 覆有太原组薄层灰岩含水层,下伏有奥灰承压含水层,故 煤层开采时将面临严重的水害威胁。因此加强矿井水文地 质研究,对带压区进行突水系数分区,这对矿井的安全开 采有着重要的意义,并且为开展矿井水防治工作提供理论 依据。
中国北方干旱半干旱区典型储水盆地地下水循环模式与水-岩作用研究——以太原盆地为例

第二章盆地水环境总体特征第一节自然地理与社会经济概况太原盆地位于山西省中部,太行山与吕粱山之间,盆地四周为丘陵和山区环绕。
东部山区属太行山系,俗称东山,西部山区属吕梁山系,称西山。
盆地内地形开阔平坦,地面标高735-'--830m(图2.1)。
盆总体呈北东向展布,小店以北呈南北向,东西向狭窄,宽度为8一15lcm,小店以南为北东向,比较开阔,宽50---56Km。
太原盆地地形总趋势是北高南低,四周高,中问低,地形自山区向盆地呈阶梯状下降。
由于新构造运动的影响,盆地四周地形有明显的差异。
盆地西侧及东侧的太谷段,由于断层的作用,地形上高差悬殊,山区与盆地内的倾斜平原直接相接,边山洪积扇坡度较大,呈裙状起伏。
盆地其它地区,山区与倾斜平原之间存在宽窄不等的黄土丘陵和台塬。
盆地中部为宽广平坦的冲积平原,大致东部以同蒲铁路为界,珏以太汾公路为界。
图2.1太原盆地地形三维图太原盆地属火陆性干旱半干旱气候,多年平均气温9.75℃。
历年最高气温38℃,最低气温-23"C。
盆地夏季雨量多,冬春季节雨量少,多年平均降水量为425—520m。
降雨量在盆地内不同地区的分配有一定的差异,总的规律是南部多于北部,边山多于盆地。
盆地多年平均蒸发量为1739咖,春季蒸发量最大,冬季最小.潜水蒸发区主要分布在平川区水位埋深小于4m的地区。
汾河为太原盆地内最大的河流。
汾河自兰村峡口进入太原盆地,由北而南,经太原,清徐、文水、祁县、平遥、介休等县,晟后由义棠峡口流出区外。
汾河在盆地内长度约145Kin,纵坡2陷活动主要发生在上新世,这一时期的断陷幅度远大于第四纪,如在西北边缘地带,上新统的厚度达2000---3000m,而第四系厚度仅300--500m(图4.3).图4.2太原盆地第三系底板三维图图4.3太原盆地第四系底板三维图二、太原盆地松散岩类孔隙水含水层结构太原盆地的松散岩类孔隙水含水层包括盆地边缘的黄土台地和盆地内部的松散堆积物。
沉积盆地地下水动力场特征研究_以松辽盆地为例

越大 ,水势越大 。因此 ,水头也常用来判断地下水的
流动方向 [ 42 ] 。
松辽盆地东北隆起区 、北部倾没区大气水下渗 ,水头往倾没方向源自低 ,形成向心流 。在三肇凹陷 、齐
家 —古龙凹陷形成了压力系数 、水头的相对高值区 ,
发育离心流 (图 2) 。因此 ,总体上以盆地北端为主的
盆地边缘是大气水下渗 —向心流淡化区 ;中央坳陷区
1 前言
生油岩中的有机质和烃类与地下水的数量相比 是很小的 ,大量的地下水运动必然影响甚至控制着烃 类的运移方向和效果 。有关地下水运动在油气初次 运移中的作用已经开展了大量的研究工作 [ 1~10 ] ,如 M agara[ 7 ]和 Payne等 [ 10 ]认为生油岩中水运动机理包 括压实流体 、水热效应 、渗透效应 、粘土脱水作用引起 的流体运动 。而沉积盆地地下水动力场在油气二次 运移 、聚集成藏过程中亦有十分重要的作用 ,并被石 油地质学家们广泛接受 。沉积盆地地下水动力包括 重力作用下的地下水流动和泥岩压实水离心流 ,其中 泥岩压实水离心流是油气从生油岩中排出后进入储 层导致二次运移 ,并促使油气从分散到圈闭中聚集的 主要动力来源 [ 11~32 ] 。重力作用下的地下水流动对沉 积盆地边缘和盆地内局部隆起区以及残留盆地中的 油 气 运 移 、聚 集 起 到 了 重 要 的 控 制 作 用 [ 12, 13, 14, 16, 19, 22, 27, 33~39 ] ,同时也是水动力圈闭在鼻状 构造中油气聚集的决定因素 [ 9, 40 ] 。 因此 ,研究地下水动力场对认识油气藏的形成 , 预测油气分布规律 ,指导油气勘探方向都是重要的依 据之一 [ 9, 22 ] 。本文以松辽盆地为例探讨了含油气沉 积盆地地下水动力场形成 、演化的基本规律和分布特 征。
临汾盆地地下水流场及其变异特征分析

3 孔隙水系统渗流场的演变
3 . 1 临 汾盆 地 孔 隙水 系统 水 位 变 化 特 点
地 下水水 位是 地下 水系 统最敏 感 的状态 变量 ,因此 地
下水 水位的动态最能反映地下水系统 的演变状 态。临汾盆地
由于地下 水的开采量 逐年增加 以及 7 0 年 代 以来气 候持续 干
小的为翼城县 ,全县平均 下降 0 . 9 3 m,降速为 0 . 1 m / a 。 旱 ,地下水 系统的水位 出现持续 下降 。根据 1 9 8 6年与 2 0 0 4 表 1 临汾盆地 浅层水 1 9 9 1 — 2 0 0 0年际水位变化统计表
翼 城
一 O . 1 4
—0. 1 1 一O . 08 —0. 1 5 -0 . 09 0. 04 一O. 5 O 0. O1 一O. 1 3 0. 22
临 汾
- 0 . 4 0
一O. 1 5 0. 05 一O. 1 4 - 0. O2 O. 02 —O. 3 2 - 0. 0 3 -0. 2 7 —0. 3 2
尧 都
一 O . 4 1
—0. 1 4 O. 21 -0. 0 9 0. 0 4 O. 1 5 -0. 2 3 —0. 1 6 —0. 0 2 一O 42
襄 汾
- 0 . 4 2
一O. 2 2 O. O 7 一O. 1 6 —0 . 01 一O. O7 一O. 39 一O. O3 -0. 42 一O. 6 7
采现象 。 孔 隙水水位 下降区主要分布在临汾市区 、 侯马市 区、 大 ,形成时 间较早 ,由于集 中开采地下水强度大 ,从上世纪 襄 汾县 、曲沃及洪洞县 中南部等 区域 。 5 O年代末 开始 这两 个城市 的水 源地 附近孔 隙水水位开 始持 0年代 中后期 以来逐 渐形 成闭合 的降落漏 斗 ,到 在地 下水 系统 的源 区及补 给 比较充 足 、开 采相对 较小 续下 降 ,7 的地 区 ,地下 水位年均值变化不大 ,水位年际变化过程线没 2 0 0 0年左 右两个 降落漏 斗面积分别 达到 1 2 4 k m 及8 9 . 3 k n 1 2 / 0 0 0年 以后 至今临 汾 、侯马 两个 降落漏斗 的面 有 明显 的下降趋势 ,或者下降幅度 比较小 。地下水相对稳定 的最 大值 ,2 区主要分 布在翼城县和洪洞县境 内。这一 区域位于 中条 山山 积和漏斗 中心 的水位埋深保持稳定并略有下 降。受临汾盆地 前 冲洪 积扇 上 ,接 受 山前 侧 向补给 和降雨 入渗 补 给 ,开采 地下水开采格局 的调整影 响 , 甘亭镇及稷 山县东 的降落漏斗 0年代末 逐渐形 成 ,并发展 到当前的格局 ,目前 强度 相对 较小 ,1 9 9 2 — 2 0 0 0 年 地下水 位下 降 0 . 3 4 m ,年 均下 在上世 纪 9 降0 . 4 m,总 体上来 说地下水水 位处 于稳 定状 态。从 1 0 9 8 0 — 这两个降落漏斗影响面积较小 ,漏斗 中心水位埋深不大。整 0年代 中后 2 0 0 0年地下水水 位共下 降 0 . 2 2 m,年 均下降 0 . 0 1 m。该 区域 体上看 ,临汾盆地孔 隙水降 落漏斗 的总面积从 7 0 0 0年左右持续增 大 ,2 0 0 0年以来则逐渐保持稳 定并 地下水开采强 度 比较小 ,除接受降雨入渗补给外 ,还具有一 期 到 2
长治市暴雨洪水分析研究

等3 021个,同时对辖区3 477个行政村9 653户沿河
居民的山洪灾害进行了调查和评价。本文在山洪灾 害非工程措施建设以及山洪灾害调查与评价工作的 基础上,分析致灾原因、绘制暴雨等值线、合理确定 危险村庄,进行洪灾系统研究,提岀防洪能力及防治 措施。
1区域概况与雨洪特性
1.1区域自然概况
长治市位于山西省东南部,东与河北、河南两省 相邻,西与临汾市接壤,南与晋城市毗连,北与晋中
市交界,全市东西长约150 km,南北宽约140 km,国 土总面积13 896 knF,现辖10县2区1市。
长治市东倚太行山,西靠太岳山,四周环山,中 部成盆状地形,俗称上党盆地。市域周边山峦重叠, 丘陵起伏,中部地势平坦,整个地势呈西北部高、东 南部低,中间分布着武乡盆地、沁县盆地、黎城盆地、 襄垣盆地和长治盆地等小型盆地。
龙头村流出长治市境,出境后在临汾市的安泽县又 汇入了发源于长子县的兰河。
长治市区域的降水量时空变化较大,根据多年
实测资料统计,最大年降水量794.9 mm(1971年),最 小年降水量339.2 mm (1997年),多年平均降水量 573.3 mm,年内降水主要集中在6-9月份,占全年降 水量的70%以上。降水总趋势由东南向西北递增.山
季节性变化。根据《山西省历史洪水调查成果》和《山 西洪水研究》,调查收集到了长治市各县(区、市)的
历史洪水,其中较大的主要有:1993年8月4日,沁河
孔家坡水文站出现了百年一遇的大洪水,实测洪峰
流量达2 210 m7s; 1993年8月,浊漳河干流石梁水文
煤层气开采对地下水的影响分析及防治措施——以山西晋城为例

煤层气开采对地下水的影响分析及防治措施——以山西晋城为例刘爱萍【摘要】煤层气作为一种新兴能源产业,在带动晋城地区经济发展方面作出了重要贡献.晋城地区煤层气资源丰富,集中在沁水县潘庄、樊庄、郑庄、柿庄一带,具有资源埋藏浅、可采性好、甲烷纯度高等特点,开采价值极高.然而煤层气的开采存在着很多与区域社会不和谐的因素,对地下水环境的影响方面尤为突出.通过对晋城地区煤层气分布特点,煤层气赋存、产出机理以及煤层气开发工程研究,结合当地煤层气勘探开发现状,对水环境可能或已经造成的影响进行了分析,并提出了防治措施.【期刊名称】《中国水利》【年(卷),期】2013(000)001【总页数】4页(P31-34)【关键词】煤层气;地下水;影响;防治措施;晋城【作者】刘爱萍【作者单位】山西省晋城市水利局,048000,晋城【正文语种】中文【中图分类】P618.11;P641.8一、研究区地质构造、含煤地层及水文地质条件1.构造特征山西省晋城地区煤层气开采区位于沁水盆地南部,盆地周缘地壳抬升,煤层出露,构造明显比盆地内复杂,其主体构造为一轴向NNE的沁水复式向斜,南北翘起端呈箕状斜坡,东西两翼基本对称。
研究区地处沁水复式向斜的翘起端,东部和西部边缘构造复杂,晋获断裂等边界断裂规模较大,对沁水盆地的演化具有控制作用(见图1)。
其地层总趋势是由东南向西北倾斜,地层倾角一般在10°以内,局部地区受构造影响可达到20°以上。
2.含煤地层及煤层晋城地区主要含煤地层为石炭系上统太原组和二叠系下统山西组。
共含煤21层,厚度6.75~16.50 m,平均12.21 m,含煤系数9.53%。
其中,3号和15号煤层为全区稳定可采煤层,也是煤层气勘探开发的主要目标煤层。
(1)太原组太原组厚度64~133 m,平均厚度在90 m左右。
由深灰色-灰色灰岩、泥岩、粉砂岩、砂岩和煤层组成,以K2、K3、K5及K6四层灰岩较稳定。
含煤7~16层,含煤系数7.52%,其中15号煤层为全区可采煤层,9号煤层为大部可采煤层。
煤炭开采对相邻区域生态潜水流场扰动特征

㊀第44卷第3期煤㊀㊀炭㊀㊀学㊀㊀报Vol.44㊀No.3㊀㊀2019年3月JOURNAL OF CHINA COAL SOCIETYMar.㊀2019㊀移动阅读代革联,薛小渊,牛超,等.煤炭开采对相邻区域生态潜水流场扰动特征[J].煤炭学报,2019,44(3):701-708.doi:10.13225/ki.jccs.2018.6029DAI Gelian,XUE Xiaoyuan,NIU Chao,et al.Disturbance characteristics of coal mining to the eco-phreatic flow field inadjacent regions[J].Journal of China Coal Society,2019,44(3):701-708.doi:10.13225/ki.jccs.2018.6029煤炭开采对相邻区域生态潜水流场扰动特征代革联1,2,薛小渊1,牛㊀超1,许㊀珂1,蒋泽泉2,肖乐乐1,刘美乐3(1.西安科技大学地质与环境学院,陕西西安㊀710054;2.国土资源部煤炭资源勘查与综合利用重点实验室,陕西西安㊀710054;3.陕西煤业化工技术研究院有限责任公司,陕西西安㊀710065)摘㊀要:陕北煤炭能源基地高强度开采易影响生态潜水的自然径流条件,针对自然保护区周边煤炭资源开采对地下水流场的扰动问题,以榆神矿区某井田为例,通过构建研究区煤-水空间结构水文地质模型,系统分析研究区生态潜水的赋存特征及其规律;采用物理模拟㊁数值模拟㊁现场实测等手段,综合分析煤层覆岩岩性组合结构㊁煤层与关键层间距㊁煤层厚度㊁煤层埋深㊁工作面长度等因素,利用相关分析方法提出了适合于研究区导水裂隙带高度计算的裂采比公式;根据水文地质条件和煤层采动方式,采用地下水数值分析方法,模拟了煤炭开采后萨拉乌苏组生态潜水流场变化,分析了煤层采动后生态潜水受扰动的特征㊂研究结果表明:区内萨拉乌苏组生态潜水含水层全区发育,其赋存受基岩面形态控制,生态潜水水位受地形㊁含水层厚度㊁地下水分水岭和地表水等影响;下伏关键隔水层(保德组红土)受沉积影响在研究区东南局部缺失,形成 天窗 导水通道;区内覆岩结构以硬-软-硬㊁硬-硬-软2种组合类型为主,覆岩结构类型对导水裂隙带发育高度及形态有重要作用;统计分析多个导水裂隙带发育高度结果,提出榆神矿区导水裂隙带最大裂采比为28.1倍,该数值对榆神矿区保水采煤及水害防治具有重要指导意义;通过计算发现,煤层开采后,在研究区东南部保德组红土缺失区将造成生态潜水漏失与水位下降,最大降深可达10m ㊂为保护生态潜水资源,建议开采研究区东南部 天窗 部位的煤层时,必须采取相应的保水采煤技术㊂关键词:生态潜水;地下水流场;导水裂隙带;保水采煤中图分类号:TD823.8㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀文章编号:0253-9993(2019)03-0701-08收稿日期:2018-11-22㊀㊀修回日期:2018-12-19㊀㊀责任编辑:常㊀琛㊀㊀基金项目:国家自然科学基金资助项目(41472234);国家自然科学基金青年基金资助项目(41807190);陕西省社会发展科技攻关资助项目(2016SF -449)㊀㊀作者简介:代革联(1968 ),男,陕西西安人,教授㊂E -mail:593280534@qq.com㊀㊀通讯作者:牛㊀超(1985 ),男,山东滨州人,讲师,博士㊂E -mail:1098092955@qq.comDisturbance characteristics of coal mining to the eco-phreatic flow fieldin adjacent regionsDAI Gelian 1,2,XUE Xiaoyuan 1,NIU Chao 1,XU Ke 1,JIANG Zequan 2,XIAO Lele 1,LIU Meile 3(1.College of Geology and Environment ,Xi an University of Science and Technology ,Xi an ㊀710054,China ;2.Key Laboratory of Coal Resources Exploration and Comprehensive Utilization ,Ministry of Land and Resources ,Xi an ㊀710054,China ;3.Shanxi Coal and Chemical Technology Institute Co.,Ltd.,Xi an ㊀710065,China )Abstract :The natural runoff condition of high intensity mining in north Shaanxi coal energy base is easy to affect eco-phreatic in its adjacent regions.In this paper,aiming at the disturbance of coal resource exploitation to groundwater flow field around nature reserve,a mine field in Yushen mining area is studied.By constructing the hydrogeologicalmodel of coal-water spatial structure,the occurrence characteristics and its law of eco-phreatic in the study area are an-煤㊀㊀炭㊀㊀学㊀㊀报2019年第44卷alyzed systematically.By means of physical simulation,numerical simulation and field measurement,the combined structure of coal overburden lithology,the distance between coal seam and key layer,the thickness of coal seam,the depth of coal seam,the length of coal face and so on are analyzed synthetically.The correlation analysis method is used to propose the height of the fractured zone suitable for the study area.According to the hydrogeological conditions and the mining mode of coal seam,the change of eco-phreatic flow field of Sarawusu formation after coal mining is simula-ted by using the method of numerical analysis of groundwater,and the characteristics of disturbance of eco-phreatic af-ter coal seam mining are analyzed.The results show that the eco-phreatic of Sarawusu formation is developed in the whole area and its occurrence is controlled by the form of bedrock surface,and the eco-phreatic level is affected by to-pography,aquifer thickness,groundwater watershed and surface water.Under the influence of sedimentation,the key layer is missing in the southeastern part of the study area to form a skylight aqueduct.The overburden structure is mainly composed of hard-soft-hard and hard-hard-soft.The type of overburden structure plays an important role in the development height and shape of the water fractured zone.Based on the statistical analysis of the development height of several water fractured zone,it is proposed that the maximum fissure ratio is28.1times in Yushen mining area,which has an important guiding significance for water-preserved mining and water hazard prevention in Yushen mining area. It is found that after coal seam mining,the loss of red soil in Baode formation in the southeast of the study area will re-sult in the loss of eco-phreatic water and the decline of water level,with a maximum depth of10m.In order to protect the eco-phreatic water resources,it is suggested that when mining the coal seam of the skylight in the southeast part,the corresponding water-preserved mining method must be adopted.Key words:eco-phreatic;groundwater field;height of water fractured zone;water-preserved coal mining㊀㊀煤炭作为我国的主要能源和重要的化工原料,在我国经济建设中具有极其重要的战略地位㊂2017年,全国煤炭产量达到35.2亿t,神东㊁陕北㊁黄陇㊁新疆等14个大型煤炭基地产量占全国的比重达到94.3%,在今后相当长一个时期内,这种地位不会改变[1-2]㊂陕北煤田作为我国大型的整装煤田,现代化开采程度高,由于煤炭与地下水资源共处于同一地质结构中,在垂向空间构成了有机联系的地表生态环境 地下水资源 煤炭资源系统㊂在这样一个水资源贫乏,生态环境脆弱地区大规模开发煤炭资源,既造成地面塌陷㊁地裂缝等地质灾害,又对开采区的水文地质条件产生巨大影响,从而诱发地下水流场改变,造成地下水位急剧下降㊁泉水干涸㊁河流基流量大幅度衰减和流域生态环境恶化等一系列环境问题[3-4],针对以上问题王双明院士㊁范立民教授等在1992年就提出了保水采煤的思路和方法[5],此后,通过不断完善保水采煤理论与实践,范立民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[6-8]㊂随着我国煤炭生产重点的逐步西移和 一带一路 战略的提出与实施,针对西部干旱半干旱地区保水采煤研究这一热点和全国煤炭开采遇到的普遍问题,我国学者做了大量卓有成效的工作㊂钱鸣高院士提出了煤矿绿色开采的理念,建立了以保水开采㊁充填减沉开采㊁煤与瓦斯共采㊁矸石减排等技术为主的绿色开采技术体系,为我国煤炭资源的安全㊁绿色开发奠定了重要基础[9-10],武强院士等提出了 煤-水 双资源型矿井开采概念,并提出了相应的开采技术和方法[11],王双明院士等划分了保水开采地质条件和保水开采分区,建立了基于生态水位保护的保水开采技术体系[12-13]㊂目前,保水采煤研究的主要内容包括:煤矿区地质条件的探查㊁隔水层稳定性评价㊁导水裂隙带高度的预测与探查㊁地下水资源与生态环境的耦合影响等㊂李文平等对西北保水采煤关键隔水层N2红土工程地质特性进行了相关研究[14],马雄德等研究了我国西部生态脆弱矿区植被与地下水关系及其对煤层开采的约束[15],黄庆享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,建立了保水采煤的岩层控制理论[16-17],李文平等[18]㊁王佟等[19]㊁邓念东等[20]对榆神府矿区水文地质条件进行了不同程度的研究,为榆神府矿区保水开采提供了基础资料,许家林等就覆岩主关键层位置对导水裂隙带高度的影响进行了深入研究,提出通过覆岩关键层位置来预计导水裂隙带高度的新方法[21-22]㊂仵拨云等对萨拉乌苏组含水层进行了研究,认为受高强度采煤影响,应采取保水采煤技术,确保开采后生态水位在15m以内[23],马立强研究了浅埋煤层保水开采技术工艺[24],孙亚军等根据神东矿区不同的水文地质结构类型,提出了5种保水开采模式及其关键技术[25],王苏健等研究了黄土高效注浆关键技术[26],207第3期代革联等:煤炭开采对相邻区域生态潜水流场扰动特征赵春虎等对西部干旱矿区采煤引起潜水损失量进行了定量评价[27],马立强等提出 采充并行 式充填保水采煤方法[28]㊂笔者在2015年以陕北侏罗纪煤田在开采过程中引起的导水裂隙带发育规律及对萨拉乌苏组生态潜水流场的影响分析,揭示了生态潜水含水层受开采扰动后地下水流场的变动规律[29]㊂由于陕北侏罗纪煤田主采煤层上方广泛分布有萨拉乌苏组含水层,其水质优良,是目前陕北沙漠滩地前缘地区居民生活与工农业生产的重要水源,也是维系沙漠滩地区植被生长的生态水源,将其称为生态潜水㊂前人对西部干旱半干旱矿区开采地质条件㊁地质环境影响和保水采煤等问题,开展了大量研究工作,并取得了丰富的理论与实践成果㊂随着 十三五 期间陕北能源化工基地的重点开发,开采强度急剧增加,加之井田地质条件相对区域仍存在较大的差异性,特别是在不同岩性结构组合下的保水采煤关键影响因素将发生较大的变化;同时,研究区某井田周边存在自然保护区和水资源保护地,煤炭资源开采对水资源和地质环境的影响成为极为 敏感性 的问题㊂因此,通过研究煤炭资源开采对相邻区域生态潜水流场的扰动研究是对保水采煤理论的进一步丰富与深化㊂1㊀研究区概况研究区某井田地貌类型主要为第四系风积半固定沙丘和固定沙丘,地表普遍沉积有第四系风积沙及萨拉乌苏组沙层,新近系上新统保德组红土在井田内有零散出露㊂主要可采煤层有2-2,3-1,4-2和5-2煤层㊂地层由老至新依次有:三叠系上统永坪组(T3y),侏罗系下统富县组(J1f),侏罗系中统延安组(J2y)㊁直罗组(J2z)㊁安定组(J2a),新近系上新统保德组(N2b),第四系上更新统萨拉乌苏组(Q3s)和第四系全新统风积沙(Q4eol)㊂第四系萨拉乌苏组在井田内地势相对低洼处分布较厚,多被风积沙掩盖,并与其构成同一含水层,极易接受大气降水补给㊂汇水面积大,补给条件好,下伏一般又有隔水的离石组黄土和保德组红土分布,故地下水赋存条件较好㊂根据井田水文地质条件分析,萨拉乌苏组含水层厚度呈对称式分布在井田内分水岭的两侧(图1)㊂萨拉乌苏组生态潜水水位埋深小于3m,水位年变幅1.0~1.5m,根据井田内勘探资料及长观孔资料,分水岭以东,生态潜水总体向东南方向径流,分水岭以西,生态潜水总体向西北方向径流(图2),根据井田内抽水试验资料,萨拉乌苏组含水层单位涌水量0.116~1.2L/(s㊃m),富水性中等到强㊂图1㊀生态潜水含水层厚度等值线Fig.1㊀Quaternary contour map of thickness of loose aquifer图2㊀井田内 生态潜水 原始水位分布Fig.2㊀Distribution of the original water level of Eco-phreaticin the mine field井田北部边角处存在一面积为14.32km2自然保护区,其压覆煤炭资源31146万t;井田东部6km 处存在一处水源保护区㊂针对煤炭的高强度开采对相邻区域萨拉乌苏组生态潜水流场产生的扰动影响及其程度,煤炭开采与生态环境是否和谐共处是本文研究的重点㊂2㊀研究区水文地质结构系统研究区某井田内主要的含水层包括上更新统萨拉乌苏组孔隙潜水(生态潜水)含水层㊁风化基岩裂隙承压水含水层㊁侏罗系中统安定组和直罗组基岩裂隙承压水含水层以及侏罗系中统延安组裂隙承压含水层㊂本次研究的主要对象萨拉乌苏组孔隙潜水(生态潜水)含水层,是以湖相堆积为主,沉积物以粉细砂㊁中粗砂夹亚黏土为主,地层整体结构疏松㊁空隙大,其渗透性较好,赋水条件优越㊂307煤㊀㊀炭㊀㊀学㊀㊀报2019年第44卷根据煤层上覆的松散含水层㊁隔水层㊁基岩空间分布及其组合形态等特征分类,按王双明等划分的5种煤层工程地质岩组组合类型[13],研究区覆岩结构以砂土基型和砂基型两类为主,覆岩岩性及其组合关系决定了受采动影响的裂隙发育特征,区内含(隔)水层及其空间结构组合特征如图3所示㊂图3㊀含(隔)水层与煤层空间组合示意Fig.3㊀Combination diagram of water layer and coal seam space3㊀覆岩采动裂隙发育规律研究区煤层上覆基岩多为砂岩㊁粉砂岩和泥岩互层㊂粉砂岩和泥岩呈层状结构,水平层理发育,煤层顶板和底板亦发育有小型交错层理㊁节理裂隙等结构面㊂泥岩所含黏土矿物亲水性强,黏塑性泥岩㊁砂质泥岩在采后虽容易产生垮落,但垮落带发育高度较小,导水性也较差;按照岩石物理力学特征,包括极软岩类㊁软岩㊁中硬岩石㊁硬岩4类㊂研究区主要以中硬岩㊁软岩为主要岩性组合,其中,研究区内最为典型的组合为:硬-软-硬㊁硬-硬-软组合㊂对于保水采煤而言,覆岩采动裂隙的发育高度是判断保水采煤方法的决定性影响因素㊂实现保水采煤的核心是要准确预测导水裂隙带的发育高度[30],对采动覆岩的导水裂隙带发育高度的研究方法,主要包括理论分析㊁经验公式法㊁物理模拟㊁数值模拟和现场实测㊂根据研究区某井田综合地质条件建立模型,模拟地质体长ˑ宽:700m ˑ500m㊂整个模型由10层煤岩层组成,从煤层到地表松散覆盖层共有9层岩层,其中萨拉乌苏组为主要含水层,隔水性能最好的是保德组亚黏土层,此层是整个保水开采的关键隔水层㊂根据区内覆岩结构㊁煤层厚度㊁煤层埋深㊁工作面长度及关键层与煤层距离等构建了7种模型,基于数值模拟㊁物理模拟和相邻矿井现场实测,获得了研究区煤层在不同开采条件下导水裂隙带发育高度的具体值(表1)㊂表1㊀导水裂隙带研究结果Table 1㊀List of results of development height of water fractured zone研究方法矿井/模型覆岩结构关键层间距/m 煤层厚度/m煤层埋深/m工作面长度/m 导水裂隙带高度/m裂采比模型1硬-硬-软100530025011523.0数值模拟模型2硬-硬-软180840030020025.0模型3硬-软-硬50530025012525.0模型4硬-软-硬70840030022528.1模型5硬-硬-软130630030014524.2相似材料模拟模型6硬-硬-软185840032021026.3模型7硬-软-硬80630030015025.0相邻一矿硬-硬-软1005.5260300146.1826.6硬-软-硬807.9210143117.8414.9实测相邻二矿硬-硬-软904.5250255114.3825.4硬-软-硬905.022*******.3027.8相邻三矿硬-软-硬803.520019096.3027.5㊀㊀以数值模拟中模型2和相似材料模拟中模型6为例进行详细分析,数值模拟中模型2利用RFPA 软件根据表1中的参数建立相应模型,进行覆岩导水裂隙带高度预测㊂模拟煤层开采后从弹性模量图中可以判断导水裂隙带发育的趋势,模型二开挖前后岩层破坏特征如图4所示㊂采掘到50m 时,顶板出现离层垮落,上覆岩层中开始形成导水裂隙,裂隙高度为30m;采掘至100m 时,顶板垮落带高度逐步增加,导水裂隙带发育到60m;至200m,裂隙继续向上发育,高度达到150m;当工作面推进至300m,裂隙基本不发育,高度基本稳定在200m 左右,导水裂隙带发育形态为箱形㊂模型6采动破坏前后的结果如图4所示,开挖初期,顶板出现细微离层,采掘至60m 时,离层现象发育明显,直接顶垮落,出现初次来压;至200m 以后垮落带高度稳定在35m 左右,裂隙继续向上扩展;采掘至320m,裂隙带发育高度稳定在407第3期代革联等:煤炭开采对相邻区域生态潜水流场扰动特征210m 左右,两侧垮落高度㊁裂隙带发育基本一致㊂根据数值模拟㊁相似材料模拟和实测的导水裂隙带发育高度[31],在硬-硬-软覆岩结构条件下的导水裂隙带发育形态呈现出拱形或拱-箱型㊂图4㊀模型2,6各开挖前后的模型破坏Fig.4㊀Model 2,6failure diagram before and after eachexcavation导水裂隙带的发育高度受影响的因素较多,单一条件不同引起的高度发育值存在较大的差异,从整个陕北能源基地保水采煤㊁顶板水害防治全局出发,以数值模拟获得的最大裂采比为研究区导水裂隙带最终发育高度,即研究区导水裂隙带发育高度为采厚的28.1倍㊂4㊀煤炭开采对水资源-生态环境的影响煤层开采所引发水资源量㊁水源地保护和生态环境问题是含水系统对外部激励不同程度的响应,是一个相互作用㊁相互制约的时空有机整体㊂采用地下水三维可视化数值模拟软件Visual Modflow 对研究区的含水系统进行模拟预测,以揭示煤炭资源开发对相邻区域生态潜水流场的扰动㊂4.1㊀水文地质概念模型平面上,将模型建模范围外扩到水源地的位置(图5);垂向上,依据实际地质及水文地质条件,将模型概划为3层,第1层为地表到萨拉乌苏组(Q 3s )底板的地层,主要为生态潜水含水层;第2层为保德组(N 2b )和安定组(J 2a )地层,为隔水层;第3层为2-2煤顶板地层,主要含水层为2-2煤顶板含水层(图6)㊂模型涉及面积约1240km 2,其中井田面积约220km 2,平面上将模型剖分为100ˑ100的网格,每个单元格的面积约为0.252km 2㊂模型范围以内设置为活动单元格,模型范围以外为不活动单元格㊂在计算过程中对局部重点区域进行加密处理㊂图5㊀数值模型平面图Fig.5㊀Plan of numericalmodel图6㊀三维地质结构模型Fig.6㊀Three-dimensional geological structure model模型的顶板设置为补给和蒸散条件,底板为2-2煤层,设置为隔水边界㊂由于模型边界无自然水文地质边界,均为人为划定边界,各含水层的边界条件地下水流场给定为一般水头边界和隔水边界㊂通过对所建立的模型进行识别㊁验证,确保校正后的模型能够再现所研究的实际地质体㊂其中,模型的识别采用抽水试验数据,采用识别后的模型对已知水位数据进行验证㊂507煤㊀㊀炭㊀㊀学㊀㊀报2019年第44卷4.2㊀煤层开采对生态潜水含水层流场的扰动依据煤层厚度和裂采比计算导水裂隙带发育高度,以导水裂隙带发育高度顶界面为界将煤层顶板含水层划分为2层,上层为未被导水裂隙带破坏的含水层,水文地质参数采用识别验证后的参数;下层为被导水裂隙带破坏的含水层㊂当裂采比为28.1倍煤厚时,依据通过计算2-2煤层开采所产生的导水裂隙带高度,将模型中2-2煤顶板含水层被导水裂隙带导通区域的垂向渗透系数设置为天然状态下的10倍,水平方向上的渗透系数不变㊂通过模拟井田2-2煤层开采,对研究区相应开采地段进行水位疏降,由疏降后生态潜水含水层地下水流场图可知(图7),在保德组隔水层缺失地段生态潜水含水层局部范围内被疏干,大部分范围内出现了水位降落漏斗,降深为1~10m,最大降深集中在天窗附近,其他区域地下水流场变化不大,降深范围小于2m(图8)㊂图7㊀疏降后生态潜水含水层流场Fig.7㊀Flow field of quaternary aquifer after mining 4.3㊀煤层开采对水源地的影响从流域上分析,井田中部的分水岭不仅是生态潜水含水层的分水岭,在一定程度上也控制了2-2煤顶板含水层的流场;研究区南部开采地段东部位于甲河流域,西部位于乙河流域;研究区北部开采地段整体位于乙河流域㊂因此,北部的开采地段不会跨流域对水源地造成影响,仅南部开采地段会对水源地存在一定的影响㊂2-2煤层开采在保德组隔水层缺失的 天窗 附近对生态潜水含水层造成一定程度的影响,预测生态潜水水位最大降幅达到10m,且 天窗 位于地表分水岭以东,甲河流域的补给区,因此,下伏含水层通过 天窗 的补给量会减少㊂建议在 天窗区域开采时必须采取相应的保水图8㊀疏降后生态潜水水位降深Fig.8㊀Depth chart of the quaternary groundwater levelafter minning采煤技术,采用特殊的开采技术与工艺,确保水源地的安全㊂4.4㊀煤层开采对自然保护区的影响该自然保护区是陕西省重点植物保护区,近年来,区内植物的发育速度较快,分布面积不断扩大,自然环境得到了很好的改善㊂通过模拟分析可知,煤炭资源开采后在井田北部边角处生态潜水水位局部下降约2m㊂王双明㊁范立民㊁马雄德等[12,15,32]研究了沙柳㊁沙蒿㊁小叶杨㊁汗柳等4种典型物种对沙漠地下水埋深的敏感性,观测了沙柳对地下水的依赖性,发现水位埋深大于215cm 后,地下水不再给沙柳发育提供水源㊂而柏树等树木虽适应性强㊁耐干旱,但目前关于树木生长对地下水的依赖性,以及与生态潜水水位埋深关系的研究较少,应作为下一步的研究重点㊂5㊀结㊀㊀论(1)导水裂隙带发育高度的控制因素较多,不同地质条件㊁开采条件下导水裂隙带发育高度差异较大,从整个陕北能源基地保水采煤以及顶板水害防治全局出发,提出研究区导水裂隙带的发育高度为采厚的28.1倍㊂(2)研究区北部开采地段不会跨流域对周边生态保护区造成影响,仅在东南部保德组隔水层缺失的 天窗 附近对生态保护区造成影响;模拟结果表明,在高强度开采条件下,生态潜水漏失区地下水位将下降10m左右㊂(3)生态水位漏失区保水采煤技术㊁生态潜水监测系统构建㊁生态潜水局部下降区生态影响及阈值确定等是区内未来研究重点㊂607第3期代革联等:煤炭开采对相邻区域生态潜水流场扰动特征参考文献(References):[1]㊀王显政.关于建设现代化煤炭经济体系的思考[J].中国煤炭,2018,44(10):5-8.WANG Xianzheng.Consideration of building modernized coal eco-nomic system[J].China Coal,2018,44(10):5-8.[2]㊀袁亮.我国煤炭资源高效回收及节能战略研究[J].中国矿业大学学报(社会科学版),2018,20(1):3-12.YUAN Liang.Strategics of high efficiency recovery and energy saving for coal resources in China[J].Journal of China University of Mining &Technology(Social 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长治盆地集中采煤区地下水流场演变
探究
煤炭资源开发和利用对地下水环境有着重要的影响,长治盆地作为集中采煤区,面临着地下水环境日益恶化的问题。
因此,对长治盆地集中采煤区地下水流场演变进行探究意义重大。
本文基于采集的水文地质数据和地下水流场模拟分析,探讨了长治盆地集中采煤区地下水流场演变规律及其影响因素。
探究结果表明:煤层开采造成了长治盆地集中采煤区地下水流场的改变,进一步影响了地下水水质。
其中,地下水流淌速度的变化和地下水的运移途径改变是主要的影响因素之一。
因此,需要加强长治盆地地下水监测和保卫,实现煤炭资源的可持续开发和利用。
关键词:长治盆地;集中采煤区;地下水流场;演变规律;影响因素
正文:
一、引言
长治盆地是我国鄂尔多斯盆地的一部分,是内蒙古自治区重要的煤炭资源基地。
然而,随着煤炭资源的大规模开发和利用,长治盆地地下水环境日益恶化。
特殊是在集中采煤区,地下水位下降、水质恶化、水量缩减等问题日益突出,已经严峻影响了当地的生态环境和人民群众的生产生活。
因此,对长治盆地集中采煤区地下水流场演变进行探究,可以援助我们更好地理
解和精通长治盆地地下水环境的演变规律,为保卫地下水资源、实现煤炭资源的可持续利用提供科学依据。
二、探究现状
国内外学者已经对长治盆地地下水环境进行了广泛的探究。
早期探究主要集中在地下水资源的调查和评判,随后逐渐扩展到地下水环境污染和保卫、地下水流场模拟和猜测等方面。
目前,长治盆地地下水流场的探究已经取得了一些进展,如利用数值模拟和现场试验等方法探究了地下水流场的分布和演变规律,分析了不同因素对地下水流场的影响。
但是,对长治盆地集中采煤区地下水流场演变的探究还较为薄弱。
三、探究方法
本文接受水文地质调查和地下水流场模拟的方法,对长治盆地集中采煤区的地下水流场演变进行探究。
水文地质调查主要包括采集地下水水位、地下水化学组成等数据,用于描绘区域内地下水的分布和演变规律。
地下水流场模拟通过建立数学模型,模拟地下水流淌的过程,并分析不同因素对地下水流场的影响。
四、探究结果
(1)集中采煤区地下水流场的特点
长治盆地集中采煤区的地下水流场具有以下特点:一是地下水位下降较为明显,主要是由于煤层开采造成的上覆岩层变形和坍塌引起的;二是地下水化学组成的变化较为显著,主要是由于煤层开采造成的煤层水和地下水混合引起的。
(2)地下水流场演变规律
长治盆地集中采煤区地下水流场的演变规律主要表此刻两个方面:一是地下水流向的改变,主要是由于煤层开采改变了原有的地下水流淌途径;二是地下水流淌速度的加快和减慢,主要是由于地下水流通面积和流路径的改变造成的。
(3)影响因素
煤层开采是长治盆地集中采煤区地下水流场变化的主要因素,其对地下水流场的影响主要有以下方面:煤层水的涌出、地下水流淌途径的改变、地下水流通面积的变化等。
五、结论和建议
(1)结论
通过对长治盆地集中采煤区地下水流场演变的探究,我们发现煤层开采对地下水环境的影响分外明显,尤其是对地下水流场的变化具有重要的影响。
因此,需要实行有效的措施加强长治盆地地下水的保卫和监测,实现煤炭资源的可持续开发和利用。
(2)建议
为了实现长治盆地地下水的保卫和监测,提出以下建议:
1. 加强地下水监测网络的建设,定期对地下水进行水质和水
量监测;
2. 加强地下水环境保卫的法规制定和实施,严格限制采煤活
动对地下水环境的破坏;
3. 推广清洁能源,缩减化石能源的使用,从源头上减轻长治
盆地地下水环境的压力;
4. 进步循环经济,大力推行煤层气的开发利用,实现煤炭资
源的多元化利用。
六、。
(3)建议续
5. 实行煤层气与采煤井联合开发,合理利用煤层气对采煤的
改善作用,缩减对地下水流场的影响;
6. 推广煤层注水、注气技术,增加地下水的储存和补给,保
卫地下水资源;
7. 加强煤矸石、煤尘、煤渣等矿区固体废弃物的治理,防止
二次污染地下水;
8. 发挥社会力气的作用,加强地下水环境保卫意识的普及和
宣扬,形成全社会的环保共识。
总之,保卫地下水环境是长治盆地集中采煤区煤炭资源可持续开发利用的重要保障。
只有加强监测、制定有效的政策和措施、推广清洁能源、进步循环经济等综合措施,才能实现长治盆地地下水环境的有效保卫和可持续利用。
9. 强化企业责任,实行环境损害赔偿。
在采煤过程中,企业
应该承担环保责任,确保对环境的影响最小化。
对于已经造成的地下水污染,企业应承担相应的赔偿责任,依法依规进行处理,以减轻对地下水环境造成的影响。
10. 建立健全地下水保卫体系。
通过建立地下水保卫区、重点监测点和保卫区划分等管理制度,确保地下水的保卫和管理工作得到有效执行和落实,防止环境污染。
长治盆地是我国重要的煤炭资源集中区,也是我国环境污染比较严峻的地区之一。
因此,对于长治盆地的地下水环境保卫工
作,我们应该熟识到其重要性,实行乐观的措施进行保卫。
尤其是在推动清洁能源和进步循环经济方面,我们需要更加努力,推动煤炭产业的转型升级,使煤炭生产变得更加环保和可持续,为经济进步和生态建设两个方面作出更大的贡献。
总之,地下水环境保卫工作是我们务必要面对和解决的问题。
只有我们实行乐观的措施,制定出更加有效的政策和措施,联合社会力气,加强企业责任,建立健全的保卫体系,才能够实现长治盆地的可持续进步和地下水环境的保卫工作,使我们的环境真正变得更加美妙和可持续。
除此之外,我们也需要加强科技创新和技术创新,研发和应用新的科技手段和设备,降低污染物排放,在保障经济进步的同时,保卫好我们的环境。
此外,我们也需要加强对地下水环境保卫知识的普及和教育,提高大众的环保意识,增强人民群众的环保意识和责任感。
只有每个人都能够意识到自己的环保责任,才能够形成全社会的环保氛围,共同保卫好我们的地下水环境。
最后,我们信任,在各方共同的努力下,长治盆地的地下水环境保卫工作一定能够取得更大的进展,让我们一起为保卫地球故里做出我们的贡献。
综上所述,长治盆地的地下水环境存在着一系列的问题和挑战,但通过加强监管措施、推广水资源节约利用、加强科技创新等多方面的措施,我们能够有效地保卫地下水环境,为经济进步和人民生活提供更加可持续的支持。
同时,也需要全社会共同
努力,普及环保知识,提高大众环保意识,形成全民参与的环保氛围,共同保卫好我们的地球故里。