“矿井突水水源判别方法及水化学特征研究”专题

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“矿井突水水源判别方法及水化学特征研究”专题

来源：煤田地质与勘探

矿井突水水源快速判别和矿井涌水量准确预测是突水灾害防控的重要环节，也可极大地避免矿井发生突水事故和减少突水事故产生的损失。《煤田地质与勘探》编辑部现整理矿井突水水源判别方法及水化学特征研究相关文章，供大家参考学习。

行业视野: 安全
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专家; 15篇
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蒙陕接壤区浅埋煤层矿井水水化学特征及来源分析

作者(Author)：王昱同, 王皓, 王甜甜, 薛建坤, 尚宏波, 周振方

摘要：为研究蒙陕接壤区浅埋煤层开采下矿井水水化学特征与来源，通过采集研究区内的矿井水、不同含水层地下水及地表水样，综合利用水化学特征研究、数理统计、离子比例系数法以及氢氧同位素，探究该区矿井水水化学特征及其形成作用。基于此，对研究区矿井水的主要来源进行了识别。结果表明，矿井水与第四系萨拉乌苏组、侏罗系直罗组和延安组地下水水力联系紧密。矿井水主要离子形成受水-岩作用影响，主要阴阳离子来源于硅酸盐矿物与方解石的溶滤作用；受到反向阳离子交换作用影响，使矿井水中Na+含量高于浅部地下水；混合作用对矿井水水化学成分形成影响较小。矿井水受延安组、直罗组地下水与萨拉乌苏组地下水共同补给，三者在矿井水补给水源中所占比例分别为86.39%、1.59%与12.02%。研究成果可为该区的矿井水害防治与水资源处理利用提供依据。

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煤田地质与勘探

2023年第04期

234

128
黄土梁峁地貌矿井水水质时空变异评估与关键控制因子水源识别

作者(Author)：施龙青, 曲兴玥, 韩进

摘要：针对黄土梁峁地区砂岩-泥岩互层覆岩突水水源难以准确判别以及不同水源所占比例无法定量化问题，在系统采集了陕北朱家峁煤矿地表水、地下水水样基础上，采用数理统计、Piper三线图、Gibbs图、常规水化学特征比值法，揭示了不同含水系统水化学演化规律和水源补给关系。通过分析水体稳定同位素组成演变特征，明确了不同环境背景下各类水源水质时空变异性。在此基础上，以常规、同位素特征比因子作为判别指标，构建了基于T-球型模糊聚集算子TOPSIS法(T-TOPSIS)、粗糙集理论(RST)、D-S证据理论(DSET)与单指标未知测度函数(SIUMF)的突水水源混合比例计算模型。结果表明，研究区地表水、地下水水化学类型虽均以Na-SO4·Cl为主，但两者受控因素有着明显差别，即地表水水化学成分受硅酸盐岩风化和蒸发结晶共同控制；地下水成分则主要受控于蒸发结晶作用。此外，经历了强烈蒸发作用的地表水对地下水存在一定程度的补给作用。T-TOPSISRST-DSET-SIUMF突水水源混合比例判别模型表明，陕北朱家峁煤矿50%以上的突水水源为顶板砂岩水和地表沙空沟水。三维高密度电法探测结果验证了该模型的准确性。

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煤田地质与勘探

2023年第02期

234

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煤矿采空区水-岩作用模拟试验研究

作者(Author)：孙亚军, 赵先鸣, 徐智敏, 郭娟, 张莉, 陈歌, 陈天赐, 朱璐璐, 高雅婷, 陈炜阳

摘要：采空区积水在我国煤矿中广泛存在。明确在采空区封闭-半封闭环境条件下的水-岩相互作用机理,对实现煤矿区水污染减量以及地下水资源保护具有重要意义。以内蒙古某煤矿采空区积水为研究对象,设计高度还原采空区环境的箱式模拟试验,采用X射线衍射仪(XRD)和X射线荧光光谱仪(XRF)对模拟采空区填充物(煤、垮落岩体)中矿物成分及元素组成进行分析,借助离子色谱仪(IC)和电感耦合等离子体发射光谱分析仪(ICP-OES)等对水中水化学特征进行表征,探究采空区积水水质形成的水-岩相互作用机制。结果表明:水-岩相互作用主要为煤及垮落岩体中的矿物溶解-沉淀作用、阳离子交换作用、煤中黄铁矿氧化作用以及混合作用。矿物溶解作用占主导地位,采空区积水中的Na+、K+主要来源是钠长石、钾长石等硅酸盐矿物的溶解,而Ca2+和Mg2+主要来自于钙长石、方解石、绿泥石等矿物溶解;离子交换作用主要发生在采空区水-岩作用的初期(0～20 d),而后逐渐减弱;采空区底部残煤中黄铁矿氧化作用是积水SO42-浓度升高、还原性增强、pH和DO(溶解氧)降低的主要原因;混合作用在试验中后期(30～150 d)逐渐凸显,使采空区积水的水化学特征趋向于一致。研究结果为煤矿采空区积水污染预测以及防治提供理论参考。

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煤田地质与勘探

2023年第01期

185

1507
钱营孜煤矿深部地下水水化学特征及来源解析

作者(Author)：陈凯, 刘启蒙, 刘瑜, 彭位华, 汪子涛, 赵祥

摘要：我国浅部煤炭资源已逐渐枯竭，在煤炭进入深部开采的条件下，来自煤层底板高承压灰岩水的威胁也越来越大，深入理解矿区含水层中水化学组成控制机制是针对性地开展水害防治工作的重要科学前提。为了查明安徽钱营孜煤矿深部地下水中常规离子的定性与定量来源，通过多种数理统计方法（包括相关性分析和R型聚类分析）、离子比值法和Unmix模型对22个灰岩水中常规离子浓度进行了分析。结果表明，地下水呈中至弱碱性，溶解性总固体（TDS）变化范围为1945～5292mg/L，阳离子平均质量浓度由大到小排序为：Na+（718mg/L）、Ca2+（270mg/L）、Mg2+（153mg/L），阴离子平均质量浓度由大到小排序为：SO42-（2305mg/L）、HCO3-（239mg/L）、Cl-（186mg/L）,95%样品的水化学类型为SO4-Na型。相关性分析、聚类分析和离子比值分析表明，含水层中水化学组成控制因素主要为硫酸盐和碳酸盐矿物的溶解（源1）以及盐岩的溶解和硅酸盐矿物的风化（源2）。Unmix模型显示源1和源2对地下水中常规离子浓度的平均贡献率分别为56%和44%，其中，源1对Ca2+、Mg2+、Na+和SO42-浓度贡献率依次为73%、68%、63%和73%，源2对Cl-和HCO3-浓度的贡献率分别为75%和66%。研究成果可为相似条件煤矿突水水源的精准识别提供理论支持。

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煤田地质与勘探

2022年第08期

181

70
山东新巨龙煤矿区场地高TDS地下水水化学特征及成因机制

作者(Author)：张玉卓, 孙亚军, 徐智敏, 张莉, 吕伟魁, 袁慧卿, 周丽洁, 高雅婷, 朱璐璐

摘要：针对山东巨野新巨龙煤矿区地下水高TDS的现状，基于历史水质资料和取样测试结果，运用Piper三线图、相关性分析、氢氧同位素、Gibbs图解、离子比值与饱和指数等方法，探究其高TDS地下水水化学特征及成因。结果表明：随着建井和煤矿开采，研究区水化学环境发生改变，水化学类型不再是单一的SO4-Na型，深层灰岩水的类型中出现SO4·HCO3-Na和SO4-Ca·Mg型；研究区高TDS地下水的形成主要是因为含水层水动力条件差，高温水岩作用强，溶滤、蒸发浓缩作用明显，同时存在一定程度的反向阳离子交换作用；地下水体中白云岩和方解石表现为沉淀状态，石膏和盐岩处于溶解状态，是地下水主要成分Na+和SO2-4的主要来源。研究成果不但为研究矿井水的构成、揭示煤矿区地下水污染及多场耦合的地下水演化过程和成因机制提供依据，还可为煤炭开采水害防治和矿井水处理利用奠定基础。

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煤田地质与勘探

2021年第05期

587

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榆神矿区煤矿防治水的几点思考

作者(Author)：范立民, 孙魁, 李成, 宁奎斌, 冀瑞君

摘要：为了科学解释榆神矿区矿井涌水量较大的涌(突)水事件，为煤矿防治水奠定基础，分析了近年来区内发生的突水事件及矿井较大涌水情况，提出矿井较大涌水形成机理、红土层水文地质性质、矿井涌水量预测的准确性等疑问，阐述了突破“井田”范围，从区域上研究地下水系统和突水水源，关注延安组、直罗组、安定组、洛河组等砂岩弱富水性含水层，从导水裂隙带中寻找突水水源，科学评价各岩(土)层的水文地质条件，采动岩层(含水层)渗透性演化以及探索矿井水害源头预防和区域治理思路等几点思考，提出应该从区域上认识水文地质条件及对煤矿涌(突)水的“贡献”，揭示矿井较大涌水形成机理，进一步加强水文地质补充勘探，准确识别含水层、隔水层及其空间赋存关系，探测大采高、大采面环境下导水裂隙带发育规律，并提出从区域上识别地下水强径流带和局部富水区的基础上，制定矿井水害防控措施的思路，为榆神矿区煤矿水害防治提供借鉴和帮助。

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煤田地质与勘探

2021年第01期

1672

738
保德煤矿奥陶纪灰岩水水化学特征及形成机理

作者(Author)：张泽源, 许峰, 王世东, 刘其声

摘要：奥陶纪灰岩(简称奥灰)水是保德煤矿煤层开采的主要威胁水源，且为主要供水水源之一。为研究保德煤矿奥灰水水化学特征，并分析其形成机理，对保德煤矿区奥灰水进行系统取样，综合运用相关性分析、离子比例系数、饱和指数反演、氯碱指数等方法进行分析。研究结果表明：奥灰水的水质类型从径流区到滞流区呈HCO3-Na(Na·Ca)→HCO3·Cl-Na·Ca(Ca·Mg)→Cl-Na(Na·Ca)的变化趋势，各离子质量浓度与TDS值呈线性关系，除HCO– 3外，其余离子质量浓度均与TDS值呈正相关；阳离子交替吸附、BSR反应、溶滤沉析作用是控制矿区地下水化学环境的主要作用。根据饱和指数(SI)计算及路径模拟结果证实，径流区方解石、白云石和石膏大量溶解，滞流区出现白云石沉淀，石膏始终处于不饱和状态, 趋于发生溶解。该结论可为保德煤矿深部煤炭开采水害防治与矿井水利用提供依据。

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煤田地质与勘探

2020年第05期

1027

197
突水水源的独立性权–模糊可变理论识别模型

作者(Author)：董东林, 李祥, 林刚, 卞建玲, 曹成龙, 吴恒

摘要：在煤矿开采过程中，矿井水害事故频繁发生。为快速准确地找出矿井突水水源，降低矿井突水给煤矿生产带来的危害，以赵各庄矿为例，运用独立性权系数与模糊可变理论相结合的方法，选取了Na+，Ca2+，Mg2+，Cl–，SO2– 4和HCO– 36种水化学指标，对赵各庄矿的20组水样数据进行分析计算。结果表明：独立性权系数–模糊可变理论模型排除了水样中各指标间冗余信息的影响，克服了水样各变量间权重难以确定以及变量对水质影响不均匀的问题，可在一定程度上保证突水水源识别模型的准确度；Cl–权重值远大于其他各项化学指标的权重值，即Cl– 对突水水源的识别结果影响较大；采用本文所建模型判别赵各庄矿的8组测试水样，判别准确率达87.5%，表明该模型在矿井突水水源识别中具有重要参考价值。

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煤田地质与勘探

2019年第05期

698

236