一种以烧变岩和黄土作为储水材料的煤矿开采方法

本发明属于煤矿开采，具体涉及一种以烧变岩和黄土作为储水材料的煤矿开采方法。

背景技术：

1、我们西部地区煤炭资源丰富，但水资源整体匮乏。大气降水后形成大量的地表径流，但由于地表蒸发大，水资源难以保持，在干旱季节矿区普遍缺水。以往利用河流下设储水工程来增加存储的水资源量，但存在以下问题：

2、1)由于河流不同季节流量有较大差异，河流下的储水工程常常因流速变化而淤积大量的淤泥，淤堵造成储水工程利用率下降。

3、2)河流下的储水工程会对煤炭开采造成压覆，导致可开采煤炭资源量较大。

4、传统河流下储水材料为碎石，碎石由于孔隙大，持水性较差，干旱季容易被袭夺，导致可利用水资源量下降。另一方面，碎石在煤炭开采地表拉张应力影响较土体更大。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服传统技术中存在的上述问题，提供一种以烧变岩和黄土作为储水材料的煤矿开采方法。

2、为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：

3、一种以烧变岩和黄土作为储水材料的煤矿开采方法，包括如下步骤：

4、s1、通过水文地质调查，确定水流速度显著增大的区域；

5、s2、通过钻孔柱状图确定河流下的首采煤层的厚度m；

6、s3、在步骤s1查明的水流速度显著增大的区域布置地下储水系统，地下储水系统从上到下均保持在河流范围内，地下储水系统由上至下依次包括过滤层、储水层和底部隔水层；

7、储水层的深度h2由公式(i)计算得到：

8、

9、式中，h为河流下首采煤层雨季时到河流最高水面的距离，通过钻孔柱状图获取；h1为雨季河流最大深度，通过测量获取；kp为煤柱抗拉强度，通过取样测试获取；

10、s4、雨季时，通过地下储水系统收集补给河流水到地下；

11、s5、非雨季，缺水时打开抽水泵，从烧变岩中抽水；

12、s6、当抽水泵抽出的水衰减50％以上时，同时打开抽气泵，进一步利用黄土层中水，当水资源不抽取时关闭抽气泵；

13、s7、第二年雨季时，关闭抽水泵和抽气泵，重复步骤s4至步骤s6。

14、进一步地，如上所述以烧变岩和黄土作为储水材料的煤矿开采方法，步骤s1中，所述流速显著增大区域为河流的支流汇入主河道或河道过水断面减少超过30％的区域。

15、进一步地，如上所述以烧变岩和黄土作为储水材料的煤矿开采方法，步骤s3中，所述过滤层是厚度为0.2～1米的风积沙层。

16、进一步地，如上所述以烧变岩和黄土作为储水材料的煤矿开采方法，步骤s3中，所述储水层由烧变岩层和黄土层相间组成，且烧变岩层的厚度和黄土层的厚度比值为1:2～3，相邻的所述烧变岩层和黄土层之间相互连通。

17、进一步地，如上所述以烧变岩和黄土作为储水材料的煤矿开采方法，所述烧变岩层中烧变岩是原状获取的，包括烧熔岩和烧烤岩，烧熔岩和烧烤岩的质量比为4～1:2。

18、进一步地，如上所述以烧变岩和黄土作为储水材料的煤矿开采方法，所述烧熔岩铺设在烧烤岩上，并在烧烤岩中间埋设取水管，取水管的底端安装有过滤网，取水管的顶端与地面的抽水泵连接。

19、进一步地，如上所述以烧变岩和黄土作为储水材料的煤矿开采方法，位于最上方的所述黄土层的外表面有密封的聚乙烯膜，黄土层中埋设有抽气管，抽气管的顶端贯穿聚乙烯膜后与地面的抽气泵连通。

20、进一步地，如上所述以烧变岩和黄土作为储水材料的煤矿开采方法，步骤s3中，所述底部隔水层是厚度为1～3米的黏土层。

21、本发明的有益效果是：

22、1、本发明考虑到常规的地下储水材料为碎石或者采空区，其中采空区有一定的污染，碎石则是较好的储水材料，但其中孔隙度一般较低，且持水性差，容易被采煤扰动、袭夺，为此本发明使用新的材料——烧变岩和黄土，烧变岩有较好的净化水的特性(由于煤炭自燃烘烤变质作用，烧变岩有良好的亲水性和微生物负载性能)，其在天然状态下就是良好的导水、净水的材料。而烧熔岩天然条件下孔隙度更大，烧烤岩天然条件下孔隙度较小，当两者颠倒上下关系后，增加了入渗能力，降低了蒸发能力，能有更好的储水效果。黄土作为粉质黏土，水资源虽然补给困难，但其持水性较强。在雨季时通过火烧岩持续补给能够富集大量水资源，在需要用水时采用抽水泵后产生土体内附加应力，使得黄土中的结合水挤出。

23、2、本发明中储水层在河道范围内可以减少煤柱的留设，进而减少矿区煤炭的呆滞性，随着储水层深度增加，需要留设的煤柱先保持20米后逐渐增加，其中20m的最小煤柱要求是深度的一个阈值。因此，以20米煤柱为阈值可以反算在不增加煤炭资源呆滞量的基础上增加储水的总量。

24、3、本发明利用西北地区大面积赋存的火烧岩和黄土作为储水材料，简单易实施；一方面，由于选址选在水流速显著增大区域，这一区域沉降物较低；另一方面采用原状火烧岩作为储水介质，火烧岩天然与黄土等粘性土接触，因此其主要孔隙渗流特征整体不易发生沉积，因此减少了淤堵。另外，由于烧变岩有良好的亲水性和微生物负载性能，过滤后的水质有所提升；依据最小防水煤柱原理，设计储水空间高度，有效减少了煤炭呆滞储量。

25、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上的所有优点。

技术特征：

1.一种以烧变岩和黄土作为储水材料的煤矿开采方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的以烧变岩和黄土作为储水材料的煤矿开采方法，其特征在于：步骤s1中，所述流速显著增大区域为河流的支流汇入主河道或河道过水断面减少超过30％的区域。

3.根据权利要求1所述的以烧变岩和黄土作为储水材料的煤矿开采方法，其特征在于：步骤s3中，所述过滤层是厚度为0.2～1米的风积沙层。

4.根据权利要求1所述的以烧变岩和黄土作为储水材料的煤矿开采方法，其特征在于：步骤s3中，所述储水层由烧变岩层和黄土层相间组成，且烧变岩层的厚度和黄土层的厚度比值为1:2～3，相邻的所述烧变岩层和黄土层之间相互连通。

5.根据权利要求4所述的以烧变岩和黄土作为储水材料的煤矿开采方法，其特征在于：所述烧变岩层中烧变岩是原状获取的，包括烧熔岩和烧烤岩，烧熔岩和烧烤岩的质量比为4～1:2。

6.根据权利要求5所述的以烧变岩和黄土作为储水材料的煤矿开采方法，其特征在于：所述烧熔岩铺设在烧烤岩上，并在烧烤岩中间埋设取水管，取水管的底端安装有过滤网，取水管的顶端与地面的抽水泵连接。

7.根据权利要求4所述的以烧变岩和黄土作为储水材料的煤矿开采方法，其特征在于：位于最上方的所述黄土层的外表面有密封的聚乙烯膜，黄土层中埋设有抽气管，抽气管的顶端贯穿聚乙烯膜后与地面的抽气泵连通。

8.根据权利要求1所述的以烧变岩和黄土作为储水材料的煤矿开采方法，其特征在于：步骤s3中，所述底部隔水层是厚度为1～3米的黏土层。

技术总结
本发明属于煤矿开采技术领域，具体涉及一种以烧变岩和黄土作为储水材料的煤矿开采方法，通过水文地质调查，确定水流速度显著增大的区域；通过钻孔柱状图确定河流下的首采煤层的厚度M；在查明的水流速度显著增大的区域布置地下储水系统；非雨季，缺水时打开抽水泵，从烧变岩中抽水；当抽水泵抽出的水衰减50％以上时，同时打开抽气泵，进一步利用黄土层中水，当水资源不抽取时关闭抽气泵；第二年雨季时，关闭抽水泵和抽气泵。本发明利用西北地区大面积赋存的火烧岩和黄土作为储水材料，简单易实施；采用原状火烧岩作为储水介质，火烧岩天然与黄土等粘性土接触，因此其主要孔隙渗流特征整体不易发生沉积，减少淤堵。

技术研发人员：李涛,范立民,吴群英,闫敬旺,王建文,高颖,孙强,高永军,杨军伟
受保护的技术使用者：六盘水师范学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11