《煤炭科学技术》“矿井水防治与资源化利用”研究领域 · 热文精选

煤矿防治水工作是煤矿安全高效生产的重要保障。为了协助读者了解矿井水防治与资源化利用研究领域内的研究热点和前沿问题，促进学术交流与合作，编辑部根据论文的下载、引用等指标，整理了20篇《煤炭科学技术》2022年至今刊出的“矿井水防治与资源化利用”研究领域最受关注论文，以飨读者。以刊期排序。

行业视野: 煤炭科学技术
类别; 99个
关键词; 101位
专家; 20篇
论文; 4580IP
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断层活化特征及防隔水煤柱合理化留设研究

作者(Author)：朱敬忠, 刘启蒙, 刘瑜, 范佳俊, 杨森

摘要：目前浅部煤炭可采储量开挖殆尽，以井工开采的煤矿正逐渐向深部含煤地层区域延伸，因面临深部“高温、高压、高瓦斯”及复杂地质构造的威胁，井下作业环境变得十分恶劣。虽然通过钻探、物探手段及巷道开挖对煤矿安全生产构成较大影响的深部隐伏断层构造进行探查，但矿井对断层性质及采动影响下断层活化等基础资料掌握程度不足。在设计断层防隔水煤(岩)柱留设尺寸阶段，往〖JP2〗往存在断层煤(岩)柱留设过大或过小的问题，造成生产期间煤炭资源可开采量的降低，或诱发断层水害事故。以宿州煤电集团界沟煤矿F6断层为研究对象，从断层的含(导)水性、采动影响下断层活化特征、煤层顶板岩性特征及导水裂隙带发育高度等方面综合分析研究煤层防隔水煤柱宽度留设问题。利用基于有限元理论的COMSOL Multiphysics(CM)数值模拟、理论计算及矿井生产验证等多方法，确定最合理的防隔水煤柱尺寸。研究表明：F6断层在未扰动状态下表现为富水性弱，导水性差，但当工作面继续向再前推进至距断煤交线20 m时断层带附近岩层因受集中应力作用而发生塑性破坏，断层导水性质发生变化。基于以上综合分析最终确定F6断层防隔水煤柱合理留设宽度为36.13 m。研究成果对界沟煤矿安全效益和经济效益的最大化提供一定的技术保障。

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煤炭科学技术

2022年第08期

102

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基于微震监测的工作面底板突水全时空预警方法

作者(Author)：许延春, 黄磊

摘要：为分析采煤工作面不同时期、不同空间的微震响应特征差异，进而实现矿井水害预警和防治，基于典型案例分析提出了一种基于微震监测的工作面底板突水全时空预警的方法。所谓“全时空”是指包括采前时期、超前采动影响时期和开采时期在内的工作面全时间周期的3时段划分，以及工作面全空间的7个评价区域划分。在第1时段（采前时期），基于钻孔工程信息（钻孔涌水量、钻孔水压、钻孔注浆量）和微震响应特征，形成了突水危险性的表示方法，确定了原发性突水危险区，进而实现了采前时期突水危险性的长期预测；在第2时段（超前采动影响时期），设置“固定工作面”，并对微震事件及震源参数进行重新定位，在对微震事件核密度分析的基础上，获取突水前兆信息，确定了超前影响区、滞后影响区、侧向影响区的突水特征，进而实现了超前采动影响时期的突水危险性预警；在第3时段（开采时期），结合微震事件核密度分析，确定了顶板导水破坏区、底板破坏区、底板采动损伤区，引入2D-CE法在平面上对微震事件进行规范化，分析微震事件置信椭圆与预警含水层的位置关系，进而实现了工作面开采时期的突水危险性预报。同时根据开采验证结果，对前期预报方法进行修正，为后续工作面突水预报服务，使得焦作、邯邢矿区多个工作面基于微震监测的底板突水预测结果更加准确。

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煤炭科学技术

2023年第01期

417

576
榆神府矿区地下水水化学特征及形成机理

作者(Author)：范立民, 马万超, 常波峰, 孙魁, 苗彦平, 路波, 田水豹, 杨磊

摘要：煤矿区地下水化学特征及其形成作用对矿区地下水保护和矿井突水水源识别具有重要意义。以陕北榆神府矿区第四系松散层、白垩系洛河组、侏罗系安定组及直罗组地下水为研究对象，综合利用统计分析、Piper三线图、同位素、Gibbs图及离子比例关系等方法分析了地下水水化学特征及形成作用。结果表明：研究区地下水均为弱碱性淡水，其中第四系松散层、白垩系洛河组和侏罗系直罗组风化基岩地下水中，阳离子以Ca2+为主，阴离子以HCO3-为主，侏罗系安定组地下水中阳离子以K++Na+为主，阴离子以HCO3-为主，侏罗系直罗组正常基岩地下水中阳离子以K++Na+为主，阴离子以SO42-为主；各含水层地下水中TDS与主要离子相关性显著；白垩系洛河组与侏罗系直罗组正常基岩地下水中，离子空间分布差异性较大；通过同位素分析和溶滤作用分析，第四系与直罗组风化基岩含水层存在水力联系；研究区地下水主要离子形成受岩石风化控制，主要离子来源于碳酸盐、硅酸盐和硫酸盐矿物的溶解，并受到K+、Na+、Ca2+、Mg2+等阳离子交替吸附作用的影响。该研究结果可为榆神府矿区地下水资源保护和合理开发与利用等提供一定的借鉴。

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煤炭科学技术

2023年第01期

305

641
煤矿矿井水资源化利用技术创新

作者(Author)：何绪文, 王绍州, 张学伟, 李福勤

摘要：国家对煤矿矿井水资源化利用高度重视，排放标准的不断提高和智慧矿山概念的不断深化，给矿井水处理技术提出了新的挑战。通过对矿井水地面处理技术与井下多级过滤处理技术的分析和比较，在总结了现有技术存在问题的基础上，提出了聚瓷膜超滤高效处理矿井水新技术。新技术相比于传统处理技术的多流程而言，因处理过程无需加药，可省去整个加药系统，故处理过程仅包括高压预处理与常压过滤处理2个主要单元，解决了矿井水传统处理方法必须加混凝剂的难题，可真正做到矿井水处理全过程无人值守，符合智慧矿山的要求。新技术具有流程短、占地小、无需加药、出水水质稳定、可自动运行等特点，同时还可实现模块化、智能化，可适用于不同场景下含高悬浮物矿井水的直接过滤，或作为矿井水苦咸水的预处理单元，其中特别适合用于矿井水的井下处理就地复用。其核心组件聚瓷膜更是具有强度高、通量大、超亲水疏油、耐受悬浮物（SS）质量浓度可达10 000 mg/L等优势。通过实验室试验和矿井水地面处理改造工程案例可知，在进水SS质量浓度为0～10 000 mg/L，聚瓷膜直滤后出水SS均能稳定达到1 mg/L以下，浊度稳定达到1 NTU以下，该技术在煤矿矿井水资源化利用方面有明显优势，可为将来的大规模工程化推广应用提供技术参考。

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煤炭科学技术

2023年第01期

210

249
祁东煤矿构造控水特征和地下水运移规律

作者(Author)：张培森, 李复兴, 付翔, 田志兆, 牛辉, 许大强

摘要：以祁东煤矿为例，通过研究矿井地下水运移规律及其所在区域的构造控水特征，以期为煤矿水害的超前精准治理和区域防治提供借鉴参考。利用构造控水理论结合祁东煤矿及其所在矿区、煤田的地质构造背景，对构造控水的逐级控制作用和构造控水作用方式进行研究，结果如下：祁东煤矿基岩地层形态整体受宿南向斜控制，局部受魏庙断层等构造控制，新生界地层形态亦受到构造的间接控制；在宿南向斜控制下，矿井内或矿井外南部风化后的二叠系煤系砂岩裂隙含水层、太灰、奥灰与四含角度不整合接触；在魏庙断层控制下，在矿井南部采区部分二叠系煤系砂岩裂隙含水层含水层再次露头，与四含角度不整合接触，不整合接触使得含水层间可产生水力联系。总结分析结果，认为：①地质构造通过对地层形态的控制，对地下含水层水起到控制作用；②地质构造通过控制含水层间的接触，对含水层间的水力联系起到控制作用。为进一步验证含水层间的水力联系，利用水位变化的对比分析和皮尔逊（Person）相关系数，对放水试验期间南部采区四含、太灰和正常水位观测期间四含、太灰、奥灰的钻孔水位观测结果进行分析，得出：①南部采区放水试验期间，四含（SQ10-14）与太灰（ST4）水位变化基本同步，相关性极强；②正常水位观测期间，四含（SQ10）、太灰（ST4）、奥灰（SO2）两两之间水位变化具有极强的相关性，同一含水层内不同观测孔间水位变化的相关性差异较大。证实：受构造控制，在矿井局部，四含与基岩含水层角度不整合接触区域，存在水力联系。利用地下水数值模拟软件Groundwater Model System（GMS）结合参数反演Parameter Estimation（PEST），对四含水位分布和径流规律进行研究，得出：四含水位在−7~−57 m，南部水位比北部水位高，在魏庙断层处，水力梯度较大；四含水径流集中在矿井西南部和中部，西南部整体向北径流，中部以东西向径流为主，四含径流有绕过魏庙断层。

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煤炭科学技术

2023年第02期

394

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导水裂隙带发育高度预测模型对比研究

作者(Author)：寻博辉, 吕义清, 姚星

摘要：为了提高导水断裂带发育高度预测的准确性，通过收集以往地质采矿条件相似地区导高实测数据，综合分析取采高、埋深、倾角及工作面斜长4个因素作为算法模型的导高主要影响因子，利用工程探测、机器学习和数值模拟相结合的方法，对采矿覆岩导水断裂的发育特征进行分析研究。通过钻孔试验以及数控摄像技术对浅埋煤层综采条件下的导水断裂带发育高度进行实测；通过构建基于自适应粒子群算法优化最小二乘支持向量机回归算法（APSO-LSSVR）和UDEC数值模拟的导高预测模型，结合实测导高数据确定华宁煤矿覆岩破坏高度计算方法。结果表明：研究区实测导水断裂带发育高度处于60.3～90.6 m；基于APSO-LSSVR算法的导高模型的预测结果与真实值的拟合优度为94.79%，均方根误差为1.652 3，预测的准确性较高，将其应用到研究区不同工作面导水断裂带高度的预测中，该模型与实测数据相比平均相对误差为1.36%，相较于传统UDEC数值模拟预测方法，其准确性相对提高了9.03%。可以看出经自适应粒子群算法优化后的支持向量机模型对于数据特征较小的数据集合处理性能较高，能够较好反映导水断裂的发育情况，可满足实际开采需求；将基于APSO-LSSVR的导水断裂带发育高度预测模型应用于研究区待开采的22109、22110工作面，得出22109工作面导水裂隙带为62.7 m,22110工作面导水裂隙带为67.3 m。

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煤炭科学技术

2023年第03期

93

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矿井水水化学特征及资源化利用研究

作者(Author)：李竞赢, 刘启蒙, 杨明慧

摘要：由于煤炭开采活动大量矿井水被抽排至地面,造成严重水资源浪费和环境污染,为发展“绿色矿业”理念,探寻矿井水资源化利用的有效途径。以淮南煤田张集煤矿为研究对象,采集了矿区不同来源矿井水共 82 个水样,并选取 Ca2+、Mg2+、Na++K+、Cl−、SO4 2−、CO3 2−、HCO3 −七大离子和 pH、TDS、EC、TH 共 11 个指标作为水质检测依据,探讨了张集煤矿矿井水的一般水化学特征、主要离子成分、离子含量动态变化特征,并利用相关性和主成分分析方法深入探究矿区水样的水化学特征,然后依据水化学分析结果对矿井水进行水质评价,并按照“分级分类”标准进行水质等级划分,得到矿井水初步利用途径,最后计算水样钠吸附比(SAR),建立钠吸附比(SAR)和 EC 关系,划分张集煤矿矿井水盐渍化和钠毒害风险等级,最终判定研究区矿井水资源化利用的途径。得出结论:张集煤矿矿井水 TDS 含量为 255.47~7 291.74 mg/L,平均值高达 2 346.60 mg/L,严重超标,其中离子组成含量贡献度最高的是 Na+和 K+;按照“分级分类”标准划分的水质分级结果为研究区Ⅴ类矿井水占比高达 81%;钠吸附比(SAR)和 EC 关系显示,79.3% 的水样点分布在 S3-E4 区和 S4-E4 区,说明张集煤矿矿井水存在较高的盐渍化和钠毒害风险,不适宜用做农业用水,矿井水水域只可作为一般工业用水区、人体非直接接触娱乐用水区或者一般景观水域。

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煤炭科学技术

2023年第04期

102

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综采工作条件下覆岩导水裂隙带高度预测模型优化

作者(Author)：王旭, 尹尚先, 徐斌, 曹敏, 张润畦, 唐忠义, 黄文先, 李文龙

摘要：准确预测导水裂隙带高度是煤炭防治水中的重要问题，也是保障煤矿安全生产的前提。目前，导水裂隙带高度预测模型存在预测准确性差等问题。在广泛收集各地不同煤矿区综采导水裂隙带发育高度实测数据的基础上，总结前人研究成果，选取采厚、工作面斜长、倾角、采深和硬岩比例系数5个因素建立导水裂隙带高度预测模型。同时，采用因素分析法分析了影响因素的权重，确定主控因素，并建立多元线性回归模型、多元非线性回归模型及BP神经网络预测模型，并对预测模型计算导水裂隙带高度进行准确性检验。以西山矿区实测导水裂隙带高度为例，选出最优模型，对最优预测模型BP神经网络模型进行检验分析，并与“三下”规范经验公式、多元线性回归模型和多元非线性回归模型计算结果进行对比。结果表明，“三下”规范经验公式与实际数据存在失真，已不能指导综采条件下导水裂隙带高度预测，而BP神经网络预测模型误差在10%以内，且绝对误差和相对误差较为稳定，同时该模型降低了因素之间的相关性，提高了预测准确性。因此，BP神经网络预测模型在预测导水裂隙带高度方面具有较好的准确性和应用性。研究成果可为指导矿井现场防治水害的工作提供参考建议。

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煤炭科学技术

2023年第S1期

82

38