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

　　 主要完成人員：蘭毅、繆協興、王秀林、楊寶智、汪青倉、李虎民、王永申、石建祥、趙鵬 惠學齊、朱南京、白海波、巨峰、王長申、馬丹、李強、陳佔清、李海龍

　　立項背景

　　鄂爾多斯盆地的侏羅係煤田為我國煤炭工業戰略西移的重點開發對象，由於其中含煤地層為河湖相沉積，已有的勘探資料認為該煤係水文地質條件簡單，煤層為隔水層且礦井涌水量不大，煤層頂、底板砂岩裂隙水為防治水的關鍵。但是，事實上在該區域已發生約 30 余次淹井事故，尤其在榆林小紀汗煤礦建設中發現了煤層為承壓含水層，且為主含水層，給礦井建設、巷道掘進和工作面回採帶來了十分嚴重的安全與環境問題。具體表現為：（1）礦井建設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）煤層內排出高礦化度水，對礦井水環境造成重大污染。因此，這種非常罕見的煤層為主含水層的礦井水文地質條件，嚴重影響了特大型礦井的建設與安全高效回採。

　　課題組以國家重點基礎研究發展計劃（973）項目“西部煤炭高強度開採下地質災害防治與環境保護基礎研究”為依託，聯合華電煤業集團有限公司，深入研究了鄂爾多斯盆地侏羅係煤田水文地質結構和構造，提出和論證了由新構造斷裂與特殊的岩性組成造成煤層為礦井主要充水含水層，而非頂底板砂岩層的觀點，研究了煤層為主含水層的採動岩體滲流特性，建立了井上下立體動態監控系統，有針對性地實施了截流和高水高排及優化採掘佈局等來實現安全高效開採對策，取得了顯著經濟和社會效益。

　　主要技術創新點

　　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現的、 極為罕見的一種水文地質條件，對礦井建設、巷道掘進和工作面開採帶來了非常嚴重的安全與環境問題，制約了特大型礦井的建設與安全開採。基於此，結合實際情況，經充分調研，通過分析鄂爾多斯盆地侏羅係煤田水文結構特徵，研究了礦井突水機理，建立了鄂爾多斯盆地侏羅係煤田水文的相關理論，提出了水害防治的成套技術體系，取得了以下創新性研究成果：

　　1.發現和論證了煤層為礦井主含水層的成因。首次發現了煤層為主含水層的特殊水文地質結構，揭示了鄂爾多斯盆地侏羅係煤田煤層為主含水層的地質成因。採用理論研究、現場測試和實驗室分析的方法，在榆林地區小紀汗井田首次發現了煤層為主含水層的特殊水文地質結構，並揭示了其地質成因，改變了煤層為隔水層的傳統認識，為鄂爾多斯盆地侏羅係煤田安全高效開採提供理論保障。

　　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採動岩體滲流特性，構建了採動岩體非線性動力學滲流運動方程，分析了掘進與回採時的滲流與突水特徵，測定了覆岩破斷與地表沉陷規律，為創新礦井防治水技術提供了依據。

　　3.創建多手段動態的礦井防治水監測與預警。建立了井上和井下水位、水壓與流量的立體觀測系統，採用鑽探、物探和化探等綜合手段，形成了礦井水動態監控系統，給出礦井水害風險預警參數，編寫了具有自主智慧財産權的煤層為主含水層的礦井水害預警軟體，成功指導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。在礦井淺部煤層中設置垂直徑流方向的截水巷道，實施高水高排，降低礦井深部生産水害危害，在掘進和回採煤層中垂直徑流方向佈置超長疏放水鑽孔以及其他針對煤層為主含水層的礦井防治水技術措施，形成了新的礦井防治水系統。

　　項目成果特點

　　首次發現了煤層為主含水層的特殊水文地質結構，改變了煤層為隔水層的傳統認識，開創了煤層為主含水層礦井的安全高效開採模式；揭示了煤層為主含水層的地質成因，指導了礦井水害防治技術體系的建立與開展；針對性的煤礦水害防治方案，穩定了礦井煤炭産量，確保了千萬噸級工作面的生産安全。本項目成果經煤炭工業協會組成的專家委員會鑒定為國際領先水準。該項目目前已發表學術論文30篇，其中SCI收錄13篇，EI收錄10篇，申請或獲得國家授權專利16項，獲得軟體著作權2項。

　　經濟效益和社會效益

　　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研究，之後，該技術在陜西華電榆橫煤電有限公司小紀汗煤礦成功實施，首採工作面11203于2013年2月開始回採，2013年採出煤炭248萬噸，2014年採出煤炭680萬噸，兩年共計採出煤炭928萬噸，平均煤炭售價約153元/噸，共計新增産值為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研究項目基於榆橫礦區煤層為主含水層的特殊開採條件，以建設特大型礦井為目標，通過研究該種條件下的水文地質特徵，建立煤層為主含水層礦井的保水採煤模式。

　　提出煤層為主含水礦井水害綜合防治技術方法，對於確保高産高效礦井的安全開採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採中造成的人員安全威脅及水害防治經濟損失，同時，為我國西部煤礦防治水害提供了新的技術思路，特別為特大型礦井建設與開採提供了安全保障，也為我國類似條件下礦井的開採提供技術借鑒，其經濟與社會意義十分顯著。鄂爾多斯盆地侏羅係煤田分佈廣泛，煤層為主含水層的水文地質結構首次發現，研究成果對於指導整個煤田區域礦井建設與生産具有重要意義，推廣應用前景廣泛。

　　項目主要完成人

　　項目主要完成人蘭毅，華電煤業集團有限公司副總經理，高級工程師。從事多年煤炭安全生産管理工作，負責和組織多項重大技術攻關項目，解決多項重大安全生産中的技術難題。

　　項目主要完成人繆協興，中國礦業大學副校長，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理論研究”、“西部煤炭高強度開採下地質災害防治與環境保護基礎研究”和國家自然科學基金重點項目等。（張博）