準(zhǔn)格爾煤田特厚煤層開采奧陶紀(jì)灰?guī)r水害形成機(jī)理及防控關(guān)鍵技術(shù)

項(xiàng)目名稱：準(zhǔn)格爾煤田特厚煤層開采奧陶紀(jì)灰?guī)r水害形成機(jī)理及防控關(guān)鍵技術(shù)研究完成單位：神華集團(tuán)有限責(zé)任公司；中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司；鄂爾多斯市煤炭局項(xiàng)目簡介：1、項(xiàng)目背景準(zhǔn)格爾煤田位于鄂爾多斯盆地東緣北端、準(zhǔn)格爾旗東南部黃河西岸,主采石炭-二疊系煤層，探明煤炭儲量265億噸，煤層厚度平均16.0m。由于構(gòu)造發(fā)育和水文地質(zhì)條件復(fù)雜，底板奧灰水害事故頻發(fā)。煤層底板奧陶紀(jì)灰?guī)r水害已成為制約準(zhǔn)格爾煤田礦井安全生產(chǎn)的重大隱患。煤層底板奧灰水害防治長期以來是我國煤炭科學(xué)研究領(lǐng)域的重大技術(shù)難題，而我國對奧灰水害探查及其防治技術(shù)的研究一直集中于華北地區(qū)，針對西部鄂爾多斯盆地準(zhǔn)格爾煤田奧灰水文地質(zhì)的系統(tǒng)研究工作十分有限，在該地區(qū)針對煤炭資源安全開采而開展的奧灰水文地質(zhì)及其水害防治研究工作幾乎為零，人們對該區(qū)域煤炭資源開采奧灰水害危險(xiǎn)性及其形成條件的認(rèn)識存在巨大偏差。突出表現(xiàn)為：①對準(zhǔn)格爾煤田奧灰水文地質(zhì)特征認(rèn)識存在偏差。該區(qū)域?qū)儆诎敫珊?、半沙漠氣候條件，降雨量少，易形成礦井缺水不會發(fā)生水害的錯(cuò)誤認(rèn)識。②對該區(qū)域煤田奧陶紀(jì)灰?guī)r巖溶發(fā)育規(guī)律，尤其是灰?guī)r巖溶發(fā)育特征、充填方式、發(fā)育分布規(guī)律等缺乏全面深入系統(tǒng)地研究。③對該區(qū)域煤田主采煤層底板受奧灰水害威脅程度，尤其是奧灰水帶壓開采突水危險(xiǎn)性評價(jià)與分區(qū)等方面的系統(tǒng)研究基本空白。④準(zhǔn)格爾煤田地理位置特別，礦區(qū)在黃河沿岸，奧陶紀(jì)灰?guī)r水與黃河水力聯(lián)系密切，奧灰接受黃河水補(bǔ)給，一旦發(fā)生礦井突水，水量大且不易衰減。⑤對準(zhǔn)格爾煤田特厚煤層、大采高、寬工作面、綜放開采引起的底板巖體采動變形破壞規(guī)律缺乏認(rèn)識。⑥對奧灰水突水后快速高效搶險(xiǎn)治理等關(guān)鍵技術(shù)和裝備研究不足，尤其是存在多含水層充水礦床常規(guī)水文地球化學(xué)手段難以判別突水水源的技術(shù)瓶頸。如何科學(xué)有效地解決這些突出問題，實(shí)現(xiàn)奧灰水害威脅程度的準(zhǔn)確評價(jià)、超前防控與治理，建立適合本區(qū)特色的底板奧灰水害評價(jià)、探放、治理體系是該區(qū)域煤礦安全生產(chǎn)亟待解決的重大科技難題。為此神華集團(tuán)有限責(zé)任公司聯(lián)合中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司及鄂爾多斯煤炭局等多家單位，開展《準(zhǔn)格爾煤田特厚煤層開采奧灰水害形成機(jī)理及防控關(guān)鍵技術(shù)研究》，研究鄂爾多斯盆地東緣準(zhǔn)格爾煤田奧陶紀(jì)灰?guī)r巖溶水文地質(zhì)特征；黃河與煤田的地下水補(bǔ)給、徑流及排泄關(guān)系；特厚煤層現(xiàn)代化開采底板破壞規(guī)律；奧灰水害評價(jià)及防治技術(shù)體系。2、主要科技創(chuàng)新：1）揭示準(zhǔn)格爾煤田與華北地區(qū)奧灰?guī)r沉積演化規(guī)律差異性：巖溶斜坡順層發(fā)育，奧陶紀(jì)峰峰組缺失、淺表層巖溶發(fā)育，煤層與奧灰之間薄層灰?guī)r缺失。2）揭示了準(zhǔn)格爾煤田奧灰水“接受黃河定水頭補(bǔ)給、富水性強(qiáng)、連通性好、徑流帶上巖溶陷落柱發(fā)育、不易疏降”等水文地質(zhì)特征，提出利用三維熒光光譜指紋技術(shù)識別有機(jī)物指標(biāo)判別突水水源新方法。3）揭示了特厚煤層、大采高、寬工作面綜放開采條件下底板破壞規(guī)律，隨煤層埋深增加由北向南底板破壞深度呈增加趨勢， 實(shí)測值為（26-35m）;提出了基于單位涌水量-突水系數(shù)雙因素的底板奧灰水害危險(xiǎn)性評價(jià)方法及標(biāo)準(zhǔn)，并首次應(yīng)用到準(zhǔn)格爾煤田。4）創(chuàng)建了“雙因素評價(jià) -雙標(biāo)志層探放-雙目標(biāo)層注漿”的奧灰水害評價(jià)及防控技術(shù)體系。3、與國內(nèi)外同類先進(jìn)項(xiàng)目對比在采用有機(jī)物判別突水水源和特厚煤層現(xiàn)代化開采條件下奧灰水害評價(jià)及防控技術(shù)體系研究方面達(dá)到“國際領(lǐng)先”，在灰?guī)r沉積演化規(guī)律差異性和特厚煤層底板破壞規(guī)律研究方面達(dá)到“國際先進(jìn)”。4、推廣應(yīng)用及社會經(jīng)濟(jì)效益推廣應(yīng)用方面：通過項(xiàng)目研究，為準(zhǔn)格爾煤田帶壓開采礦井建立了奧灰水害評價(jià)、探查及治理綜合防控體系，解放煤炭資源近10億噸。研究成果在推廣應(yīng)用中，基本消除了水害事故的發(fā)生。在社會效益方面：項(xiàng)目實(shí)施以來，對遏制準(zhǔn)格爾煤田重大煤礦水害事故的發(fā)生起到了關(guān)鍵作用，促進(jìn)了煤礦安全生產(chǎn)。解放了大量受水害威脅的煤炭資