《華北奧陶系頂部碳酸岩隔水性及時空演化規律研究》是依託中國礦業大學，由白海波擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：華北奧陶系頂部碳酸岩隔水性及時空演化規律研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：白海波
- 依託單位：中國礦業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
華北奧陶系岩溶承壓含水層具有厚度大，含水量豐富，突水危害高的特徵。以現公認的隔水層厚度和方法進行評價，約5000億噸的煤炭不能開採，占華北已探明儲量的62.5%，深部比例將更高，如何既解放煤炭資源又保護水資源和環境已成為亟待解決的關鍵問題。為此，我們已前期對奧陶系做了部分現場試驗工作，經過部分開採實踐檢驗和初步分析，率先明確提出了華北奧陶系頂部存在碳酸鹽岩隔水層的觀點，但有待對其進行更深入的理論研究。本項目擬綜合運用采動岩體滲流理論與構造地質、岩相古地理、岩溶學和水文地質等理論，研究奧陶系頂部碳酸鹽岩殘留層位分布特徵，揭示碳酸鹽岩隔水層的形成與演化規律，並結合室內實驗、現場監測，分析奧陶系頂部碳酸鹽岩隔水層的隔水性能和機理。在新理論的指導下，奧陶系頂部碳酸鹽岩隔水層將成為解放巨大煤炭儲量和保護水資源和環境的隔水關鍵層，此項研究成果必將豐富綠色採礦技術體系。
結題摘要
針對華北奧陶系頂部碳酸岩隔水性及時空分布規律的科學問題，選定了20餘個典型煤田為研究試驗現場，按計畫和超額完成了地面與井下、間接探測與直接驗證、現場與室內、巨觀與微觀等測試、試驗工作，達到項目預期的研究目標和內容，在以下幾方面取得了進展：（1）率先明確提出和定義了奧陶系頂部碳酸岩隔水層。所謂奧陶系頂部隔水岩層是指奧陶系與晚古生代煤系地層假整合接觸界面以下一定厚度範圍內的碳酸鹽岩層，不同地區可為不同的層位 雖然其經歷過岩溶發育(如加里東期風化殼岩溶)，但經過再充填壓實膠結後，具有高強度和低滲透性，可以起到隔水層的作用；該隔水層在新生代以來的岩溶發育、新構造斷裂、陷落柱和岩漿岩體周圍裂隙等破壞將會減弱或失去隔水性能。（2）巨觀研究證實了奧陶系頂部碳酸鹽岩隔水層在各大煤田均存在。提出地震反演解釋岩層的含隔水性方法，對典型礦區奧陶系頂部岩層含、隔水性能進行波阻抗反演，表明奧陶系頂部隔水層大面積存在；典型礦區水文地質鑽探及“三量”觀測結果、抽注水試驗和井下放水試驗結果證實了在不同礦區奧陶系頂部碳酸鹽岩層隔水層是存在的；典型礦區井下原地壓水實測結果證明隔水層存在，即使岩層有一定的裂隙和岩溶擴容破壞，但仍有一定的阻水能力。（3）微觀分析及室內實驗揭示奧陶系頂部岩層高強度低滲透的的機理。分別對頂部隔水岩層為白雲岩、石灰岩和泥灰岩進行細緻分析，其岩石成分及微孔隙結構分析表明碳酸鹽岩緻密；全應力-應變滲透性試驗表明完整碳酸鹽岩滲透性較砂岩小； 20多個礦區300餘組岩樣基本岩石力學性質測試結果表明碳酸鹽岩強度高於碎屑岩和泥岩類。（4）古地理環境和古成岩程度決定隔水層類型。（5）奧陶系頂部碳酸鹽岩隔水層存在斷裂、陷落柱、岩漿岩體伴生裂隙和露頭新岩溶發育帶等4中類型的缺陷，成為奧陶系強岩溶水突出的薄弱部位。（6）建立塞子模型初步研究了陷落柱突水和注漿堵水機理。從“變質量”與“滲流失穩”兩個視角來闡述突水和注漿堵水的機理。（7）完成了現場套用推廣工作。江蘇龍固煤礦、山東新驛煤礦、內蒙古白雲烏素煤礦均利用奧陶系頂部碳酸鹽岩隔水層實現了下組煤的安全開採。 本研究項目在理論上改變了碳酸鹽岩層就是含水層的固有觀念，實踐上為解放華北下組煤，實現保水採煤奠定了理論基礎和提供了先例。
