主要完成單位：華電煤業(yè)集團有限公司、中國礦業(yè)大學(xué)、陜西華電榆橫煤電有限責任公司

　　 主要完成人員：蘭毅、繆協(xié)興、王秀林、楊寶智、汪青倉、李虎民、王永申、石建祥、趙鵬 惠學(xué)齊、朱南京、白海波、巨峰、王長申、馬丹、李強、陳占清、李海龍

　　立項背景

　　鄂爾多斯盆地的侏羅系煤田為我國煤炭工業(yè)戰(zhàn)略西移的重點開發(fā)對象，由于其中含煤地層為河湖相沉積，已有的勘探資料認為該煤系水文地質(zhì)條件簡單，煤層為隔水層且礦井涌水量不大，煤層頂、底板砂巖裂隙水為防治水的關(guān)鍵。但是，事實上在該區(qū)域已發(fā)生約 30 余次淹井事故，尤其在榆林小紀汗煤礦建設(shè)中發(fā)現(xiàn)了煤層為承壓含水層，且為主含水層，給礦井建設(shè)、巷道掘進和工作面回采帶來了十分嚴重的安全與環(huán)境問題。具體表現(xiàn)為：（1）礦井建設(shè)穿透煤層時水壓高達2.7MPa，嚴重威脅著工人生命安全，制約了井筒施工速度；（2）巷道掘進中的涌水量最大達到450m3/h，高壓水流淹沒掘進工作面，對巷道安全快速掘進造成極大影響；（3）煤層內(nèi)排出高礦化度水，對礦井水環(huán)境造成重大污染。因此，這種非常罕見的煤層為主含水層的礦井水文地質(zhì)條件，嚴重影響了特大型礦井的建設(shè)與安全高效回采。

　　課題組以國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（973）項目“西部煤炭高強度開采下地質(zhì)災(zāi)害防治與環(huán)境保護基礎(chǔ)研究”為依托，聯(lián)合華電煤業(yè)集團有限公司，深入研究了鄂爾多斯盆地侏羅系煤田水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)和構(gòu)造，提出和論證了由新構(gòu)造斷裂與特殊的巖性組成造成煤層為礦井主要充水含水層，而非頂?shù)装迳皫r層的觀點，研究了煤層為主含水層的采動巖體滲流特性，建立了井上下立體動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，有針對性地實施了截流和高水高排及優(yōu)化采掘布局等來實現(xiàn)安全高效開采對策，取得了顯著經(jīng)濟和社會效益。

　　主要技術(shù)創(chuàng)新點

　　煤層為主含水層是在陜西華電榆橫煤電有限公司小紀汗煤礦首次發(fā)現(xiàn)的、 極為罕見的一種水文地質(zhì)條件，對礦井建設(shè)、巷道掘進和工作面開采帶來了非常嚴重的安全與環(huán)境問題，制約了特大型礦井的建設(shè)與安全開采?；诖?，結(jié)合實際情況，經(jīng)充分調(diào)研，通過分析鄂爾多斯盆地侏羅系煤田水文結(jié)構(gòu)特征，研究了礦井突水機理，建立了鄂爾多斯盆地侏羅系煤田水文的相關(guān)理論，提出了水害防治的成套技術(shù)體系，取得了以下創(chuàng)新性研究成果：

　　1.發(fā)現(xiàn)和論證了煤層為礦井主含水層的成因。首次發(fā)現(xiàn)了煤層為主含水層的特殊水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)，揭示了鄂爾多斯盆地侏羅系煤田煤層為主含水層的地質(zhì)成因。采用理論研究、現(xiàn)場測試和實驗室分析的方法，在榆林地區(qū)小紀汗井田首次發(fā)現(xiàn)了煤層為主含水層的特殊水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)，并揭示了其地質(zhì)成因，改變了煤層為隔水層的傳統(tǒng)認識，為鄂爾多斯盆地侏羅系煤田安全高效開采提供理論保障。

　　2.揭示煤層為主含水層裂隙滲流與突水機理。研究了煤層為主含水層的采動巖體滲流特性，構(gòu)建了采動巖體非線性動力學(xué)滲流運動方程，分析了掘進與回采時的滲流與突水特征，測定了覆巖破斷與地表沉陷規(guī)律，為創(chuàng)新礦井防治水技術(shù)提供了依據(jù)。

　　3.創(chuàng)建多手段動態(tài)的礦井防治水監(jiān)測與預(yù)警。建立了井上和井下水位、水壓與流量的立體觀測系統(tǒng)，采用鉆探、物探和化探等綜合手段，形成了礦井水動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，給出礦井水害風險預(yù)警參數(shù)，編寫了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的煤層為主含水層的礦井水害預(yù)警軟件，成功指導(dǎo)了高效化礦井的安全實施。

　　4.建立了煤層為主含水層防治水理論與技術(shù)。在礦井淺部煤層中設(shè)置垂直徑流方向的截水巷道，實施高水高排，降低礦井深部生產(chǎn)水害危害，在掘進和回采煤層中垂直徑流方向布置超長疏放水鉆孔以及其他針對煤層為主含水層的礦井防治水技術(shù)措施，形成了新的礦井防治水系統(tǒng)。

　　項目成果特點

　　首次發(fā)現(xiàn)了煤層為主含水層的特殊水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)，改變了煤層為隔水層的傳統(tǒng)認識，開創(chuàng)了煤層為主含水層礦井的安全高效開采模式；揭示了煤層為主含水層的地質(zhì)成因，指導(dǎo)了礦井水害防治技術(shù)體系的建立與開展；針對性的煤礦水害防治方案，穩(wěn)定了礦井煤炭產(chǎn)量，確保了千萬噸級工作面的生產(chǎn)安全。本項目成果經(jīng)煤炭工業(yè)協(xié)會組成的專家委員會鑒定為國際領(lǐng)先水平。該項目目前已發(fā)表學(xué)術(shù)論文30篇，其中SCI收錄13篇，EI收錄10篇，申請或獲得國家授權(quán)專利16項，獲得軟件著作權(quán)2項。

　　經(jīng)濟效益和社會效益

　　自2011年10月，課題組進行煤層為主含水層礦井水害防治技術(shù)研究，之后，該技術(shù)在陜西華電榆橫煤電有限公司小紀汗煤礦成功實施，首采工作面11203于2013年2月開始回采，2013年采出煤炭248萬噸，2014年采出煤炭680萬噸，兩年共計采出煤炭928萬噸，平均煤炭售價約153元/噸，共計新增產(chǎn)值為141251萬元；共計新增利潤為120730萬元；新增稅收共計20521萬元。

　　煤層為主含水層礦井水害防治技術(shù)研究項目基于榆橫礦區(qū)煤層為主含水層的特殊開采條件，以建設(shè)特大型礦井為目標，通過研究該種條件下的水文地質(zhì)特征，建立煤層為主含水層礦井的保水采煤模式。

　　提出煤層為主含水礦井水害綜合防治技術(shù)方法，對于確保高產(chǎn)高效礦井的安全開采具有重要的工程意義。本項目已在小紀汗煤礦成功實施，不僅避免了煤礦建井、巷道掘進及工作面開采中造成的人員安全威脅及水害防治經(jīng)濟損失，同時，為我國西部煤礦防治水害提供了新的技術(shù)思路，特別為特大型礦井建設(shè)與開采提供了安全保障，也為我國類似條件下礦井的開采提供技術(shù)借鑒，其經(jīng)濟與社會意義十分顯著。鄂爾多斯盆地侏羅系煤田分布廣泛，煤層為主含水層的水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)首次發(fā)現(xiàn)，研究成果對于指導(dǎo)整個煤田區(qū)域礦井建設(shè)與生產(chǎn)具有重要意義，推廣應(yīng)用前景廣泛。

　　項目主要完成人

　　項目主要完成人蘭毅，華電煤業(yè)集團有限公司副總經(jīng)理，高級工程師。從事多年煤炭安全生產(chǎn)管理工作，負責和組織多項重大技術(shù)攻關(guān)項目，解決多項重大安全生產(chǎn)中的技術(shù)難題。

　　項目主要完成人繆協(xié)興，中國礦業(yè)大學(xué)副校長，研究生院院長，教授。主持兩項國家973計劃項目“煤礦突水機理與防治基礎(chǔ)理論研究”、“西部煤炭高強度開采下地質(zhì)災(zāi)害防治與環(huán)境保護基礎(chǔ)研究”和國家自然科學(xué)基金重點項目等。（張博）