煤田地质与勘探

作者：李涛, 高颖, 范立民, 杨军伟,

关键词：保水采煤, 有效隔水土层, 附加应力, 固结释水, 涌水量预测, 榆神矿区,

背景榆神矿区煤炭开采逐渐向厚土层分布区转移，导水裂隙带以上饱和土持续释放水，导致矿井排水负担加重。为此，以陕北榆树湾煤矿为例，开展采动作用下有效隔水土层释水机理及矿井涌水预测研究。方法采用常规水化学、同位素水化学和微生物高通量测序方法，定性和定量识别了矿井主要充水水源。通过压水试验研究了煤炭开采中有效隔水土层所在整体下沉带的附加应力场特征，并利用土层有效应力线图形分析法研究了基岩含水层疏放后有效隔水土层附加有效应力特征。在此基础上，构建了双重驱动力下有效隔水土层固结释水量计算模型，阐释了其释水过程。并提出了直接−间接矿井涌水量预测方法，与4种涌水量预测统计模型对比，验证了该方法可靠性。结果和结论(1)常规水化学、同位素水化学和微生物高通量测序对矿井充水含水层识别结果分别为：离石组+保德组黄土层占比50.71%、61.08%和57.00%，直罗组基岩含水层占比49.29%、38.92%和43.00%，其中同位素水化学和微生物识别结果更加可靠。(2)有效隔水土层固结释水的驱动力包括整体下沉带采动附加应力和下伏含水层疏放后附加有效应力2种类型，其中研究区采动附加应力为0.2 MPa，下伏含水层疏放后附加有效应力受有效隔水层厚度和疏放水头高度影响。(3)基于一维固结理论，揭示了土层固结释水过程可分为3个阶段：缓慢增长阶段、稳定增长阶段和增长衰减阶段，研究区离石组黄土完成95%以上的固结需要329 d，保德组红土完成95%以上固结需要17 833 d。(4)联合大井法涌水量计算公式和土层固结释水方程，提出了矿井直接−间接充水含水层综合涌水量预测公式，预测3 a后矿井涌水量将达到1 215.59 m3/h，与统计预测方法结果1 229.40 m3/h相近。研究成果可为砂土基型保水采煤分区涌水量预测和水害防治提供借鉴。

来源：2025年第10期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

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