主要完成单位：华电煤业集团有限公司、中国矿业大学、陕西华电榆横煤电有限责任公司

    主要完成人员：兰毅、缪协兴、王秀林、杨宝智、汪青仓、李虎民、王永申、石建祥、赵鹏 惠学齐、朱南京、白海波、巨峰、王长申、马丹、李强、陈占清、李海龙

    立项背景

    鄂尔多斯盆地的侏罗系煤田为我国煤炭工业战略西移的重点开发对象，由于其中含煤地层为河湖相沉积，已有的勘探资料认为该煤系水文地质条件简单，煤层为隔水层且矿井涌水量不大，煤层顶、底板砂岩裂隙水为防治水的关键。但是，事实上在该区域已发生约 30 余次淹井事故，尤其在榆林小纪汗煤矿建设中发现了煤层为承压含水层，且为主含水层，给矿井建设、巷道掘进和工作面回采带来了十分严重的安全与环境问题。具体表现为：（1）矿井建设穿透煤层时水压高达2.7MPa，严重威胁着工人生命安全，制约了井筒施工速度；（2）巷道掘进中的涌水量最大达到450m3/h，高压水流淹没掘进工作面，对巷道安全快速掘进造成极大影响；（3）煤层内排出高矿化度水，对矿井水环境造成重大污染。因此，这种非常罕见的煤层为主含水层的矿井水文地质条件，严重影响了特大型矿井的建设与安全高效回采。

    课题组以国家重点基础研究发展计划（973）项目“西部煤炭高强度开采下地质灾害防治与环境保护基础研究”为依托，联合华电煤业集团有限公司，深入研究了鄂尔多斯盆地侏罗系煤田水文地质结构和构造，提出和论证了由新构造断裂与特殊的岩性组成造成煤层为矿井主要充水含水层，而非顶底板砂岩层的观点，研究了煤层为主含水层的采动岩体渗流特性，建立了井上下立体动态监控系统，有针对性地实施了截流和高水高排及优化采掘布局等来实现安全高效开采对策，取得了显著经济和社会效益。

    主要技术创新点

    煤层为主含水层是在陕西华电榆横煤电有限公司小纪汗煤矿首次发现的、 极为罕见的一种水文地质条件，对矿井建设、巷道掘进和工作面开采带来了非常严重的安全与环境问题，制约了特大型矿井的建设与安全开采。基于此，结合实际情况，经充分调研，通过分析鄂尔多斯盆地侏罗系煤田水文结构特征，研究了矿井突水机理，建立了鄂尔多斯盆地侏罗系煤田水文的相关理论，提出了水害防治的成套技术体系，取得了以下创新性研究成果：

    1.发现和论证了煤层为矿井主含水层的成因。首次发现了煤层为主含水层的特殊水文地质结构，揭示了鄂尔多斯盆地侏罗系煤田煤层为主含水层的地质成因。采用理论研究、现场测试和实验室分析的方法，在榆林地区小纪汗井田首次发现了煤层为主含水层的特殊水文地质结构，并揭示了其地质成因，改变了煤层为隔水层的传统认识，为鄂尔多斯盆地侏罗系煤田安全高效开采提供理论保障。

    2.揭示煤层为主含水层裂隙渗流与突水机理。研究了煤层为主含水层的采动岩体渗流特性，构建了采动岩体非线性动力学渗流运动方程，分析了掘进与回采时的渗流与突水特征，测定了覆岩破断与地表沉陷规律，为创新矿井防治水技术提供了依据。

    3.创建多手段动态的矿井防治水监测与预警。建立了井上和井下水位、水压与流量的立体观测系统，采用钻探、物探和化探等综合手段，形成了矿井水动态监控系统，给出矿井水害风险预警参数，编写了具有自主知识产权的煤层为主含水层的矿井水害预警软件，成功指导了高效化矿井的安全实施。

    4.建立了煤层为主含水层防治水理论与技术。在矿井浅部煤层中设置垂直径流方向的截水巷道，实施高水高排，降低矿井深部生产水害危害，在掘进和回采煤层中垂直径流方向布置超长疏放水钻孔以及其他针对煤层为主含水层的矿井防治水技术措施，形成了新的矿井防治水系统。

    项目成果特点

    首次发现了煤层为主含水层的特殊水文地质结构，改变了煤层为隔水层的传统认识，开创了煤层为主含水层矿井的安全高效开采模式；揭示了煤层为主含水层的地质成因，指导了矿井水害防治技术体系的建立与开展；针对性的煤矿水害防治方案，稳定了矿井煤炭产量，确保了千万吨级工作面的生产安全。本项目成果经煤炭工业协会组成的专家委员会鉴定为国际领先水平。该项目目前已发表学术论文30篇，其中SCI收录13篇，EI收录10篇，申请或获得国家授权专利16项，获得软件著作权2项。

    经济效益和社会效益

    自2011年10月，课题组进行煤层为主含水层矿井水害防治技术研究，之后，该技术在陕西华电榆横煤电有限公司小纪汗煤矿成功实施，首采工作面11203于2013年2月开始回采，2013年采出煤炭248万吨，2014年采出煤炭680万吨，两年共计采出煤炭928万吨，平均煤炭售价约153元/吨，共计新增产值为141251万元；共计新增利润为120730万元；新增税收共计20521万元。

    煤层为主含水层矿井水害防治技术研究项目基于榆横矿区煤层为主含水层的特殊开采条件，以建设特大型矿井为目标，通过研究该种条件下的水文地质特征，建立煤层为主含水层矿井的保水采煤模式。

    提出煤层为主含水矿井水害综合防治技术方法，对于确保高产高效矿井的安全开采具有重要的工程意义。本项目已在小纪汗煤矿成功实施，不仅避免了煤矿建井、巷道掘进及工作面开采中造成的人员安全威胁及水害防治经济损失，同时，为我国西部煤矿防治水害提供了新的技术思路，特别为特大型矿井建设与开采提供了安全保障，也为我国类似条件下矿井的开采提供技术借鉴，其经济与社会意义十分显著。鄂尔多斯盆地侏罗系煤田分布广泛，煤层为主含水层的水文地质结构首次发现，研究成果对于指导整个煤田区域矿井建设与生产具有重要意义，推广应用前景广泛。

    项目主要完成人

    项目主要完成人兰毅，华电煤业集团有限公司副总经理，高级工程师。从事多年煤炭安全生产管理工作，负责和组织多项重大技术攻关项目，解决多项重大安全生产中的技术难题。

    项目主要完成人缪协兴，中国矿业大学副校长，研究生院院长，教授。主持两项国家973计划项目“煤矿突水机理与防治基础理论研究”、“西部煤炭高强度开采下地质灾害防治与环境保护基础研究”和国家自然科学基金重点项目等。（张博）