内容简介
本书通过系统分析鄂尔多斯盆地煤层赋存与水文地质条件，梳理了盆地范围内离层水害、溃水溃沙灾害、巨厚砂岩含水层水害和烧变岩水害四种典型顶板水害的主要分布范围与特征；运用水文地质学、工程地质学、采矿工程等多学科理论与方法，揭示了砂泥岩叠合离层水害形成机理、薄基岩溃水溃沙灾害发生条件、巨厚砂岩含水层“渗流”充水模式及侧向补给型烧变岩水害成因，建立了典型顶板水害危险评价方法，提出了离层水害束状钻孔靶向探放技术、溃水溃沙灾害注浆加固与综合治理技术、巨厚砂岩含水层水害主动防控技术及烧变岩水害帷幕截流技术，并开展了相关的工程实践工作。
目录
序一
序二
序三
前言
第1章 绪论 1
1.1 研究背景与意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.2.1 离层水害研究现状 2
1.2.2 溃水溃沙灾害研究现状 4
1.2.3 厚层砂岩含水层水害研究现状 7
1.2.4 烧变岩水害研究现状 11
1.3 本书研究内容 12
第2章 鄂尔多斯盆地水文地质条件及顶板水害特征 14
2.1 自然地理条件 14
2.2 区域地质及水文地质条件 15
2.2.1 区域地层 16
2.2.2 区域构造 20
2.2.3 区域水文地质条件 22
2.3 煤层顶板水害分布特征 27
2.3.1 煤炭储量及矿区建设 27
2.3.2 煤层典型顶板水害及分布 30
2.4 煤层典型顶板水害及其形成条件 33
2.4.1 离层水害 34
2.4.2 溃水溃沙灾害 43
2.4.3 巨厚砂岩含水层水害 47
2.4.4 烧变岩水害 58
第3章 砂泥岩叠合离层水害成因与防控技术 68
3.1 砂泥岩叠合离层水害及其特征 68
3.1.1 离层水害发生过程 68
3.1.2 离层水害周期特征 69
3.1.3 工作面覆岩结构特征 69
3.2 砂泥岩叠合离层水害形成机理 70
3.2.1 含水层富水研究 71
3.2.2 工作面覆岩破坏规律研究 82
3.2.3 砂泥岩叠合离层水害形成 98
3.3 砂泥岩叠合离层水害防控技术 120
3.3.1 离层水害危险分区分级 120
3.3.2 离层水体探放技术 124
3.4 应用实例 125
3.4.1 离层水体验证探放 125
3.4.2 离层充水含水层水源疏放 127
3.4.3 离层水探放效果 130
第4章 薄基岩溃水溃沙灾害成因与防控技术 133
4.1 薄基岩溃水溃沙灾害案例及特征 133
4.1.1 薄基岩溃水溃沙灾害案例 133
4.1.2 薄基岩回采工作面溃水溃沙特征 135
4.2 薄基岩回采工作面溃水溃沙形成机理 136
4.2.1 导水沙通道形成规律 136
4.2.2 薄基岩溃水溃沙灾害因素分析及形成机理 161
4.3 薄基岩回采工作面溃水溃沙灾害防控技术 168
4.3.1 溃水溃沙灾害预测 168
4.3.2 溃水溃沙灾害防控方法与关键技术 176
4.4 应用实例 197
4.4.1 回采工作面概况及充水因素分析 197
4.4.2 回采工作面溃水溃沙灾害防控措施 199
第5章 巨厚砂岩含水层水害成因与防控技术 209
5.1 巨厚砂岩含水层水害特征 209
5.2 巨厚砂岩含水层水害形成机理 211
5.2.1 巨厚砂岩含水层非均质特征精细勘探 211
5.2.2 综放开采导水裂隙带高度研究 224
5.2.3 巨厚砂岩含水层充水模式 245
5.2.4 渗流充水模式下涌水量预测 254
5.3 巨厚砂岩含水层水害防控技术 264
5.3.1 水害防控思路与技术体系 264
5.3.2 主动防控关键技术 265
5.4 应用实例 272
5.4.1 工作面概况 272
5.4.2 煤矿水害防控工程 272
5.4.3 工作面煤矿水害防控工程 272
5.4.4 水害防控效果 274
第6章 侧向补给型烧变岩水害成因与防控技术 276
6.1 烧变岩水害特征 276
6.2 侧向补给型烧变岩水害形成机制 278
6.2.1 烧变岩水害概况 278
6.2.2 水文地质条件探查 279
6.2.3 烧变岩水与水库水水力联系 293
6.3 侧向补给型烧变岩水害防控技术 295
6.3.1 注浆帷幕条件分析 295
6.3.2 注浆帷幕关键技术 298
6.4 烧变岩水害治理效果检验 307
6.4.1 治理效果即时检验 307
6.4.2 采前疏放水效果检验 309
6.4.3 采后效果验证 311
第7章 结论与展望 312
7.1 主要结论 312
7.2 展望 314
参考文献 316
摘要与插图
第1章绪论
1.1研究背景与意义
煤炭在我国一次能源结构中占比达60%左右，且未来几十年内，煤炭仍将是我国的主体能源。鄂尔多斯盆地是我国重要的含煤盆地，其侏罗纪煤炭资源储量占全储量的31.9%（双明，1996）。国家批复建设的14个亿吨级大型煤炭基地中，有神东、陕北、黄陇及宁东4个基地主采鄂尔多斯盆地侏罗纪煤炭资源。随着“”倡议的提出及我国煤炭开发的战略西移，鄂尔多斯盆地侏罗纪煤炭资源开发已成为我国煤炭工业可持续发展的重要支撑（董书宁等，2020a；虎维岳等，2010）。
煤矿水害是与火灾、瓦斯、煤尘和顶板事故并列的矿井五大灾害之一，不但影响矿井正常生产，而且会威胁矿井并造成人员伤亡（董书宁等，2010）。我国煤炭资源赋存条件差异较大，加之矿床水文地质条件复杂，是世界上煤矿水害为严重的国家之一（董书宁等，2007）。2000～2019年，全国共发生煤矿水害事故182起，死亡人数达839人，直接经济损失数十亿元（董书宁等，2020b）。
以来，多数研究者认为鄂尔多斯盆地处于我国西北干旱缺水地区，煤层顶板含水层富水相对较弱，顶板水害对矿井影响较小，因此对煤炭资源开发过程中顶板水害研究程度不高，矿井水研究的往往集中在受底板奥灰水威胁的华北型煤田（双明，2017；侯光才等，2009）。鄂尔多斯盆地侏罗系煤层上覆广泛发育有基岩裂隙孔隙含水层和第四系松散含水层，由于侏罗系煤层开采条件较好，通常采用大规模机械化采煤，超大综采（综放）工作面开采后对顶板覆岩扰动强度极大，由此产生的导水通道很容易沟通上覆含水层，导致工作面顶板水害事故频繁发生（董书宁，2020；董书宁等，2020a)。顶板水害不仅造成人员伤亡事故，还给煤炭企业造成巨大的经济损失，严重制约我国煤炭工业健康发展。
，鄂尔多斯盆地侏罗系煤层顶板水害形成机理不清，致灾判别标准难以量化，缺乏有效的顶板水害防控技术措施。为了保障鄂尔多斯盆地煤炭资源的开发，中煤科工集团西安研究院有限公司董书宁研究员带领研究团队针对煤层顶板水害形成机理及防控技术开展了跨区域、长周期、多学科融合的科技攻关，取得了多项创新成果，对鄂尔多斯盆地及类似地区的煤炭工业持续健康发展具有重要意义。
1.2国内外研究现状
煤层顶板水害是采掘扰动造成覆岩移动与断裂，影响煤层上覆含水层（体），使得地下水或地表水集入井下采掘空间而引发的一种矿井灾害。其中，地下含水层所引发的顶板水害由于其形成机理复杂、表现形式多样，是水领域的主要研究对象。目前，我国煤矿涉及的主要顶板水害类括离层水害、溃水溃沙灾害、厚层砂岩含水层水害和烧变岩水害。
1.2.1离层水害研究现状
由于煤层上覆岩层的物理力学质不同，煤层开采过程中不同岩层的形变有所差异，会产生离层空腔并被含水层充水，在采掘扰动、静水压力和地应力等因素共同作用下，水体在短时间溃入井下造成灾害。目前，已有较多的实际案例证实，离层水害是一种特殊的顶板水害，具有瞬时涌水量大、持续时间短及形成机理复杂等特点。国内外对离层水害的主要研展介绍如下。
1.离层水害机理研究
离层水害机理研究主要是应用关键层理论和覆岩移动规律，对开采过程中离层发育及其分布规律、离层空间大小、离层产生的力学条件及工作面开采速度、岩、岩层厚度等因行分析。张培森等（2020）通过分析招贤煤矿水文地质条件，基于理论分析、相似材料试验等方法，预判特厚煤层开采过程中覆岩离层发育与积水层位。徐建国等（2020）揭示了离层积水载荷传递造成离层间覆岩破坏、产生次生裂隙形成突水的机理。黎灵等（2018）提出，特厚煤层综放开采离层突水为周期来压、向斜构造等多因素综合作用导致。马莲净等（2019）对老虎台特厚煤层分层综放开采工作面“两带”发育高度、断层和离层空间形成特行了定量化研究，提出了断层-离层耦合溃水机理。朱卫兵等（2009）通过工程探测和理论分析，认为导水裂隙带计算过程中应考虑离层区积水的载荷传递作用。孙学阳等（2017）认为，离层的形成、离层发育位置、离层补给水源和可积水离层空间持续时间四个因素决定了离层……