Evaluation of Water Inrush Vulnerability and Feasibility Analysis of Mining Under Rivers: A Case Study Involving the Jinjie Coal Mine in China.

The shallow groundwater of the Quaternary Salawusu Formation in China is distributed widely in the arid and semi-arid areas of northern Shaanxi and is an essential component of water supply and ecosystem maintenance there. To safely exploit the coal resources and protect the water resources, it is important to understand the impact of local high-intensity coal mining on such shallow groundwater. We used the "three maps—two predictions" method, the theory of equivalent mining height, and numerical simulations to evaluate the water inrush conditions for the 3–1 coal seam and to analyze the feasibility of backfill mining under the Qingcaojiegou and Hezegou Rivers. The results for the Jinjie coal mine showed that: part of the Quaternary porous phreatic aquifer and most of the J2z weathered-bedrock pore–fissure confined aquifer are high-risk areas in the connectivity zoning map; there are large areas of strong or relatively strong water-abundant areas in the 3–1 coal seam roof, and; large areas in the southwest, northwest, and northeast parts of the coalfield are in high- and low-risk areas and face a serious threat of roof water inrush. Overall, it should be feasible to mine under these rivers, using backfill mining to effectively reduce the height of the water-flowing fractured zone and amount of surface subsidence. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Resumen: Las aguas subterráneas poco profundas de la formación Salawusu del Cuaternario en China están ampliamente distribuidas en las zonas áridas y semiáridas del norte de Shaanxi y son allí un componente esencial del abastecimiento de agua y del mantenimiento del ecosistema. Para explotar de forma segura los recursos de carbón y proteger los recursos hídricos, es importante comprender el impacto de la minería local de carbón de alta intensidad en dichas aguas subterráneas poco profundas. Hemos utilizado el método de "tres mapas - dos predicciones", la teoría de la altura de extracción equivalente y simulaciones numéricas para evaluar las condiciones de irrupción del agua en la veta de carbón 3–1 y analizar la viabilidad de la extracción de relleno bajo los ríos Qingcaojiegou y Hezegou. Los resultados para la mina de carbón de Jinjie mostraron que parte del acuífero freático poroso cuaternario y la mayor parte del acuífero confinado de fisura porosa de roca meteorizada J2z son áreas de bajo riesgo en el mapa de zonificación de conectividad; además, hay grandes áreas de abundancia de agua fuerte o relativamente fuerte en el techo de la veta de carbón 3–1 y grandes áreas en las partes suroeste, noroeste y noreste del yacimiento de carbón se encuentran en áreas de alto y bajo riesgo y se enfrentan a una grave amenaza de irrupción de agua en el techo. En general, debería ser factible explotar bajo estos ríos, utilizando la minería de relleno para reducir eficazmente la altura de la zona de fracturación por flujo de agua y la cantidad de hundimiento de la superficie. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Zusammenfassung: Das flache Grundwasser der quartären Salawusu-Formation in China ist in den ariden und semiariden Gebieten des nördlichen Shaanxi weit verbreitet und spielt eine zentrale Rolle für die Wasserversorgung und die Erhaltung der dortigen Ökosysteme. Für den sichere Abbau der Kohleressourcen bei gleichzeitigem Schutz der Wasserressourcen ist eine genaue Kenntnis der Auswirkungen des lokalen Bergbaus auf die flachen Grundwassersysteme unabdingbar. Um die Verhältnisse von Wassereinbrüchen für das 3–1 Kohleflöz zu bewerten und die Machbarkeit des Versatzbergbaus unter den Flüssen Qingcaojiegou und Hezegou zu analysieren, wurde die Methodik „Three maps – two predictions ", die Theorie der äquivalenten Abbauhöhen und numerische Simulationen eingesetzt. Die Ergebnisse für das Jinjie Kohlebergwerk zeigen, dass (1.) ein Teil des quartären, phreatischen und porösen Grundwasserleiters und ein Großteil des porengespannten Grundwasserleiters J2z im verwitterten Ausgangsgestein als Niedrigrisikogebiete in der „connectivity zoning map "; (2.) es große Bereiche mit stark oder relativ stark wasserführenden Zonen in der Decke des 3–1 Kohleflözes gibt; und (3.) große Bereiche im Südwesten, Nordwesten und Nordosten des Kohlereviers in Hoch- und Niedrigrisikogebieten liegen und eine hohe Gefährdung für Wassereinbrüche aufweisen. Insgesamt erscheint eine Auskohlung unter den Flüssen durch Versatzbergbau zur effektiven Verminderung der Höhe der wasserführenden Bruchzone und der Oberflächensenkungen möglich. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

摘要：: 我国陕北干旱半干旱地区广泛分布的第四系萨拉乌苏组浅层地下水，对该地区供水和生态系统维护具有重要意义。为了实现煤炭资源安全开采的同时，对水资源进行保护，有必要了解当地高强度开采对浅层地下水的影响。本文以锦界煤矿为例，采用"三图-双预测"方法、等价采高理论以及数值模拟方法，对3-1煤开采的突水危险性进行了评价，并分析了青草界沟和河则沟下充填开采的可行性。研究结果表明：在顶板垮落安全性分区图中，部分第四系孔隙潜水含水层和大部分直罗组风化基岩孔隙裂隙承压含水层属于高风险区；3-1煤层顶板存在大面积的强富水或较强富水区；井田西南、西北、东北部大片区域处于高风险和相对高风险区域，面临着严重的顶板水害威胁。总体而言，采用充填开采的方法，可以有效降低导水裂隙带发育高度和地表沉降量，在青草界沟和河则沟下采用充填开采的方式是可行的。 [ABSTRACT FROM AUTHOR]