①课题来源与背景：鄂尔多斯盆地是我国主要的能源生产基地，长期以来，盆地中南部的多对矿井煤层开采一直受到顶板洛河组含水层影响。洛河组含水层富水性较好、厚度大，以往采用"条带开采"和"限高开采"方案均难以彻底防治洛河组水害，反而影响了矿井生产效率，并造成煤炭资源的浪费。亭南煤矿水文地质条件在黄陇煤田较为典型，井田范围内洛河组含水层厚度大、隔水层厚度小，是彬长矿区顶板巨厚砂岩含水层水害影响典型矿井。因此，我单位联合中煤科工集团西安研究院有限公司对"顶板巨厚含水层涌水机理及主动防控关键技术研究"课题进行立项，对巨厚含水层涌水机理进行深入研究，该项目对于整个鄂尔多斯盆地西南缘受白垩系洛河组水害影响区域煤炭资源开采具有重要的战略意义。

②技术原理及性能指标：针对鄂尔多斯盆地西南缘黄陇煤田矿井开采受白垩系含水层影响严重的问题，采用区域水文调查、水文地质试验、"两带"发育高度实测、数值模拟、相似材料模拟等方法，以亭南煤矿为研究对象，围绕洛河组含水层非均质性、煤层顶板导水裂缝带发育高度、基岩含水层涌水机理展开研究，取得的主要技术成果如下：a、查明白垩系洛河组含水层为巨厚、弱透~半透、富水性中等的含水层，含水层具有明显的垂向非均质性特征，4#煤顶板表现为大尺度结构性"软弱－坚硬"型覆岩特征。b、采用理论分析、"两带"发育高度实测、数值模拟、相似材料物理模拟手段，结合非线性回归分析得出，彬长矿区煤层回采顶板裂高采厚比是随采厚增大而减小。亭南井田煤层顶板导水裂隙带平均可波及洛河组含水层70m。c、采用水文地质基础理论分析、地下水有限差分数值模拟方法，提出煤层顶板巨厚半透基岩含水层"递进渗流"充水模式，建立了含水层渗透性随深度变化的数值模型和考虑垂向入渗的解析模型进行涌水量预测。d、结合矿井生产实践，建立形成"递进渗流"充水模式下"主动防控"防治水技术体系。该体系包括巨厚含水层精细探查、工作面采掘参数优化控制、工作面开采涌水量预测、洛河组含水层下段疏放、采空区涌水疏排、采掘水文动态监测以及矿井综合优化疏水-供水技术等关键技术。

③技术的创造性与先进性：该研究成果与以往顶板含水层水害防治思路完全不同，在对含水层进行精细探查基础上允许导水裂缝带适当波及巨厚、中等富水含水层，并提出了该条件下的涌水机理及防控技术。该技术研究对顶板巨厚含水层水害影响程度评价和防治技术研究具有重要意义，进一步发展和完善了顶板水害防治理论。项目取得的主要创新性成果包括以下几点：a、首次分析得出彬长矿区煤层顶板大尺度结构性"软弱-坚硬"型覆岩结构下导水裂缝带发育规律；b、首次提出了煤层顶板巨厚含水层递进渗流充水模式；c、建立了巨厚含水层"递进渗流"主动防控关键技术体系。

④技术的成熟程度，适用范围和安全性：该技术经中国煤炭工业协会组织鉴定，达到国际领先水平，该技术已较为成熟，在煤层上覆巨厚含水层的黄陇煤田及鄂尔多斯盆地其它条件类似煤田均适用，经亭南煤矿及周边彬长矿区其它煤矿实践表明，该技术成熟可靠，能够极大提高煤炭的回采率，可以指导煤矿安全回采。

⑤应用情况及存在的问题：截止2017年底，项目研究成果已经推广到彬长矿区胡家河煤矿、小庄煤矿、大佛寺煤矿多个工作面回采过程中水害防治工作。同时，区域内新建矿井孟村煤矿首采工作面开采方案制定与防治水工作开展也均借鉴该项目的研究成果。彬长矿区内多数矿井新开采工作面由以往的"条带开采"、"限高综采"方式转变为综放开采方式，提高煤层采厚2-7m。同时，该研究成果应用于孟村煤矿、小庄煤矿采煤对地下水影响评价，科学认识了煤层开采对白垩系含水层影响程度。项目研究成果经济效益明显，推广效果良好。由于白垩系洛河组含水层非均质性强，局部区域可能存在不符合本研究成果的规律，加之受采矿影响后地下水渗流的复杂性，含水层非均质性划分研究仍需加强，逐步完善非均质性探查评价方法。因此，在渗流理论和防治水体系应用方面仍需要做进一步的研究工作。

⑥历年获奖情况：无；

⑦成果简介要向社会公开："顶板巨厚含水层涌水机理及主动防控关键技术研究"项目自2014年立项后开展了一系列科技攻关，采用渗流理论研究、数值和物理模拟、水文勘探、技术创新及现场应用相结合的综合手段，开展了白垩系含水层非均质性特征研究、综放开采导水裂缝带发育规律、巨厚基岩含水层受采动裂隙影响渗透规律、顶板防治水技术体系研究，提出了巨厚基岩含水层"递进渗流"充水模式，构建了黄陇侏罗纪煤田顶板水害防控技术体系。研究得出的防治水技术体系具有较好的推广意义，可切实保障鄂尔多斯盆地西南缘受顶板巨厚砂岩含水层影响煤炭资源的安全开采。由于该区域多位于西北干旱区，矿区水资源较为缺乏，该防治水技术体系为井下供水提供了良好的思路，在保障矿井安全的前提下，一方面减少了矿井废水排放，另一方面充分利用了含水层水，保护了有限的地下水资源，产生了深远的环境效益和社会效益，具有较大的推广价值。