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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会
蒙陕接壤区煤炭开采过程中矿井水来源研究
  • 15
  • 作者

    杨建 李慧

  • 单位

    西安科技大学地质与环境学院西安科技大学煤炭绿色开采地质研究院西安科技大学陕西省煤炭绿色开发地质保障重点实验室

  • 摘要
    蒙陕接壤区作为我国能源安全的核心保障区域,同样也是黄河流域生态保护和高质量发展的关键地带。该区域煤炭资源的高强度开采可能对生态环境造成重大影响,尤其是对地表以下浅层第四系含水层的破坏。由于难以精确评估顶板各含水层的渗漏情况,这增加了制定科学、有效的保水采煤策略的难度。本研究基于对蒙陕接壤区地下水中环境同位素(D和18O)的检测与分析,应用同位素质量守恒原理,计算了矿井水水源的相对贡献量。研究发现,各含水层水中的环境同位素受地形地貌、地层结构和地下水赋存等因素的影响。研究区的第四系地下水主要来源于大气降水和地表水,具有快速的循环更替速度,表现为富含氚的现代水补给特征,其D和18O值与大气降水和地表水相近。深埋区的白垩系与第四系水力联系紧密,循环更替过程较长,导致环境同位素值有所降低。白垩系和侏罗系地下水受垂向补给控制,循环更替速度减缓,D和18O值逐渐降低,其中白垩系地下水的D值范围为-80.2‰至-75.6‰,18O值范围为-10.6‰至-8.7‰。浅埋区和中深埋区地层由于沉积时间长,成岩作用较好,加之后期构造运动的影响,与第四系或新近系直接接触,接受第四系地下水补给,导致D和18O值相对较高。而深埋区的侏罗系地层由于本身厚度较大,上覆有厚层的第四系和白垩系地层,地下水补给条件较差,地下水径流过程漫长且较为封闭滞流,因此D和18O值相对较低。本研究利用地下水中的D值,通过二元混合模型计算得出,在浅埋区的矿井水中,第四系水的比例有所不同:SGT和HLG煤矿的占比小于20%,而BLT和LSJ等煤矿的占比介于28.0%至57.0%,YBJ煤矿的占比则接近80%。在中深埋区,矿井水中第四系水的比例通常小于20%,但在开发较早、顶板存在保德组红土层"天窗"的HLW和SS煤矿中,第四系水的比例分别达到了37.05%和26.24%。在深埋区,矿井水中白垩系水的占比约为30%。IsoSource模型的计算结果显示,第四系水的贡献率在7.6%至9.3%之间,白垩系水的贡献率在12.0%至17.1%之间,而侏罗系上段水的贡献率在74.9%至80.4%之间,且不同矿区的矿井水中各水源的贡献率相近。本研究准确识别了矿井水中各含水层水的来源比例,对于蒙陕接壤区的保水采煤和生态环境保护具有重要的实际意义。
  • 关键词

    环境同位素矿井水煤炭开采水源判别模型顶板地层结构

  • 文章目录


    1 研究区概况
    2 样品采集和检测分析
    3 结果与讨论
    3.1 地下水更新情况
    3.2 同位素背景特征
    3.3 矿井水来源判别
    3.3.1 模型构建
    3.3.2 水源判别
    3.4 判别效果验证
    4 结论
  • 引用格式
    杨建,李慧.蒙陕接壤区煤炭开采过程中矿井水来源研究[J/OL].煤炭学报,1-14[2024-12-13].https://doi.org/10.13225/j.cnki.jccs.2024.0577.
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