唐山沿海地区地面沉降科学计算与预测

通过分析唐山沿海地区水文地质与工程地质条件,对唐山沿海地区地面沉降形成机理有了新的认识。建立区内地下水降落漏斗发展趋势数学模型,并且进行模型识别;引入贮水系数概念,结合地下水降落漏斗中心水位埋深值,建立区内地下水位变化趋势数学模型;将区内年地面沉降率和地下水位埋深数学模型有机结合,建立唐山沿海地区地面沉降数值计算模型,计算结果符合区内地面沉降变形实际。 海     

准东矿区邻近奇台绿洲地下水位变化趋势分析

根据准东矿区邻近奇台绿洲1983~2013年地下水位观测资料,对其变化趋势进行了分析,运用Surfer软件分析了奇台绿洲地下水埋深、地下水位和地下水流等分布特征,结果表明:近31年以来,研究区地下水位总体呈下降趋势,年均下降速率为0.51m/a,其中,西部区域下降速率为0.65m/a,东部区域下降速率为0.37m/a;在西部区域形成了多处地下水位降落漏斗,且漏斗面积不断增加;东南区域地下水位高于西北区域,地下水总体呈由南向北流动;地下水位分布和地形分布特征基本一致,局部地形起伏处,地下水流大小和方向变化亦有相应变化;由南向北地下水埋深逐渐变浅;农业灌溉用水量不断增加是造成绿洲地下水位下降的主要原因。     

榆神矿区地下水埋深上限阈值

减少矿产资源开发过程中水资源损失是生态脆弱矿区水资源管理的重点,量化地下水位埋深与潜水蒸发速率关系,可为西部干旱矿区水资源保护提供科学思路。以隔水岩组厚度与导水裂隙带高度之差,划分了榆神矿区煤层开采地下水位变化趋势分区;以水位埋深变浅区覆盖的风积沙为试样开展潜水蒸发试验,分析蒸发过程及不同水位条件下潜水蒸发规律;通过在水分特征曲线的转折点处构建双切线,推导求取地下水埋深上限阈值的解析公式;采用漏斗法测定榆神矿区风积沙的水土特征曲线,利用最小二乘法求取特征参数,求取榆神矿区煤层开采区地下水埋深上限阈值。结果表明:榆神矿区地下水位变化趋势可分为3个区,即水位埋深变浅区、过渡区和水位埋深增加区。水位埋深变浅区多位于榆神三、四期规划区,此区域水位埋深4 m的面积占矿区面积的59.1%,开采沉陷极易造成地下水浅埋或出露;榆神矿区风积沙蒸发过程可分为2个阶段,即稳定蒸发阶段和水汽扩散阶段,地下水位埋深0.5 m左右时蒸发过程中的水分传输机制发生了转变,蒸发进入水汽扩散阶段;在稳定蒸发条件下建立了土壤水分运移方程,推求了地下水埋深上限阈值计算公式,地下埋深上限阈值与毛细上升高度和进气压力值有关,在数值上等于表层土与地下水之间毛管水力联系中断时表层土的基质势;地下埋深上限阈值可以通过van Genuchten方程的拟合参数α,n来求解;利用实测风积沙水土特征曲线的参数,确定榆神矿区地下水埋深上限阈值为50 cm,与蒸发试验结果一致。水位埋深变浅是中深部煤层开采遇到的普遍问题,对于干旱半干旱地区的榆神矿区而言,控制合理的水位埋深上限已成为煤层开采中需要面临的新的科学问题。     

近50年太行山前平原地下水演变的时代标志性特征

针对太行山前平原浅层地下水超采日趋严峻问题,以滹沱河流域为例,采用MapGIS空间分析技术,探讨了近50年来该区地下水位埋深及分布面积演变的时代标志性特征。研究表明,该平原区浅层地下水呈现区域疏干加剧的态势;1963年,地下水以小于5m埋深的分布区为主,其面积占全区面积的96.8%,尚未出现大于10m埋深的分布区;1975年,5~10m埋深的分布面积迅速扩大,占全区面积的67.3%,大于10m埋深的分布区面积达23.1%;1985年,10~20m埋深的分布面积占69.4%,出现大于20m埋深的分布区,面积340km2;1995年,20~30m埋深的分布面积占全区面积的51.7%,为4238km2,大于30m埋深的分布区面积达4.7%;2005年,大于30m埋深的分布面积占全区面积的49.9%,出现大于40m埋深的分布区,面积达330km2。目前,局部出现了大于50m埋深的分布区。气候旱化,加剧地下水补给量减少和开采量不断增大,加之河道长期干涸,是主导成因。因此,适时调控开采量,使其与气候变化规律相适应,将有利于遏制该区地下水超采疏干态势。     

突水作用下地下水位降落漏斗演变过程分析

煤矿开采对地下水疏排必然产生区域性的地下水降落漏斗,大型突水和开采疏排点的转移将造成漏斗演变。针对突水和开采主要作用下的地下水位降落漏斗演变过程,采用地下水由高水位流向低水位的理论,以裴沟煤矿2011—2020年的突水、开采及水位变化资料为基础,研究局部地下水径流改变与主要因素的关系,发现发生大型底板突水后将破坏和改变原来的地下水径流方向,径流补给的波及范围由近及远,水位降深初始以垂向发展为主,之后横向扩展速率增大,地下水位降落漏斗经历形成—加剧—稳定—转移的演变过程,当补给和排泄达到相对稳定状态后,漏斗中心将随开采区域集中疏排点的改变而转移,演变成“一主多辅”的多中心漏斗形态。预测未来几年裴沟矿区和郑州矿区因区域疏排量减小将造成煤矿开采区水位逐步抬升和漏斗逐渐被填平,是突水点附近水害威胁严重区域合格规划开采时间和布置灾害治理工程较为重要的科学依据。     

高强度采矿活动对地下水影响的数值模拟研究

为探究高强度采矿活动对地下水的影响，选取内蒙古神东煤矿区某井田为研究对象，该煤矿为平面上开采面积占比大、空间上开采尺寸大、时间上开采速度快为特点的高强度开采方式。在收集整理相关水文气象、勘测资料的基础上，利用GMS(Groundwater Modeling System)数值模拟软件建立符合研究区水文地质条件的地下水流模型，对研究区未来10年采动影响下的地下水水位及流场进行预测分析，并对地下水水均衡状态进行分析。研究结果表明：高强度采动对直罗组含水层的扰动影响最大，在开采盘区内形成了多个水位降落漏斗，降落漏斗中心水位下降幅度由第1年末的105 m增大到第10年末的351 m，该层地下水整体水位与径流条件均发生改变。高强度采动对志丹群含水层的扰动影响较小，仅在矿井上方局部位置水流场发生改变，10年间，采掘中心处水位由20 m下降至116 m。通过水均衡分析可知，地下水总补给量为357 589.74 m³/d，总排泄量为357 563.62 m³/d，误差为0.007 3%，其中降雨入渗是研究区的主要补给来源，占比51.90%，其次为河流补给，占...     

呼吉尔特矿区植被类型与地下水位关系研究

呼吉尔特矿区地处毛乌素沙地,为研究煤炭资源开发后引起浅层地下水变化进而对植被类型的影响,通过地下水埋深与植被种群分布的空间分析,结合现场调查获得了地下水埋深与植被种群分布规律,研究发现区内的典型草原植被已被沙生植被、草甸植被、盐生植被等隐域性植被取代,丘间湿地植被对浅层地下水水位敏感度较高,可作为重要指标纳入煤炭矿区生态环境的监测体系。     

纳林河二号煤矿首采区水文地质条件分析及涌水量预测

以纳林河二号煤矿首采区3~(-1)煤为研究对象,基于地质与水文地质资料、水化学测试及抽水试验,分析井田水文地质、充水水源及通道特征。构建研究区地下水流三维数值模型,预测地下水水位降深及矿井涌水量的动态变化,结果表明:随着首采区3~(-1)煤采掘空间的不断增大,地下水位降落漏斗面积逐渐扩大,水位降深随之增大,涌水量也呈增大趋势。研究结果可为矿井首采区防治水工作提供科学依据。     

江汉平原冷浸田地区地下水特征研究

冷浸田地区因土壤发生层长期遭到地下水浸渍而导致作物减产明显。为研究冷浸田的成因及其地下水特征，选取江汉平原为研究区，以遥感影像、气象和近30年的典型冷浸田地区地下水水位监测数据为基础，采用空间分析和相关性分析等方法，研究江汉平原冷浸田的分布特征及影响因素、地下水水位埋深的时空变化规律和地下水环境特征。结果表明，2021年江汉平原冷浸田主要分布在监利、汉川、洪湖、仙桃、潜江等地区，分布范围相比20世纪80年代呈减少趋势；冷浸田的分布与潜水位埋深有着十分密切的联系，水位埋深较浅的地区容易诱发冷浸田；年内主汛期潜水水位埋深较浅，更易发生冷浸田现象；近30年来，冷浸田地区地下水水位埋深整体呈增大趋势；降雨是诱发冷浸田的重要影响因素；冷浸田分布地区的地下水处于强还原环境，铁、锰和硫化物等还原性物质易大量积累。     

基于植被地下水关系的保水采煤研究

为研究我国西部生态脆弱矿区植被与地下水关系及其对煤层开采的约束,采用路线穿越法剖析了典型区植被随潜水埋深变化的演替规律,利用遥感获取煤层开大规模采前(2000年)植被指数,并与同期地下水位埋深建立了统计关系。结果表明:研究区天然状态下植被随地下水位埋深的增加呈现明显的分带特征,潜水埋深0~4.0 m时植被对地下水依赖性较强;综合考虑水文地质条件和植被与地下水关系,榆神矿区可划分为植被约束区、地下水约束区和无约束区3个区;矿区开采15 a后,2014年矿区地下水位明显下降和植被盖度普遍升高现象并存,这与煤炭资源高强度开采区集中在无约束区有关。生态脆弱矿区井田规划和煤层开采必须重视植被和地下水约束研究,因地制宜地制定保水采煤技术预案。     

山西保德中低阶煤层气地质特征

通过对钻井岩心及地化进行分析,揭示了山西保德地区煤层气地质特征。山西保德煤层厚度较大（5～10 m）,埋藏较浅（450～700 m）,为高发热量低阶煤层（30.98 MJ/kg）。其分布稳定,有机质成分高（60.2%～92.7%）,变质程度低（Ro为0.55%～0.88%）,硫含量较低0.24%～1.73%,应用安全性较高,抗碎强度大（80.1%～86.0%）,不易破碎,便于压裂开采。煤层孔隙度大、渗透率高,易形成游离气的运移和聚集。煤层地处地下水径流区,地下水渗流具有侧向封堵性能,封闭性的逆断层对煤层气也具有良好的封堵作用。其构造简单,顶底板均为砂质泥岩与泥岩,封堵条件好。实验室测试,煤层吸附能力很强（3.79～14.27 m³/t）,并随埋深增强。其含气饱和度较大（10.67%～85.94%）,具有随埋深增强的趋势。储层压力较大（2.09～2.96 MPa）,具有富集成藏的良好条件。实践开采显示,8煤层含气量为0.48～7.856 m³/t,自上而下逐步增大,且甲烷含量高（18.29%～95.47%）;11煤层含气量为0.44～4.67 m³/t,自上而下逐步增加,甲烷含量高（1.24%～93.29%）。目前2层合并开采后稳定日产3 000 m³,具有工业开采价值,可在该区加大勘探开发力度。     

基于FEFLOW的地下水环境影响评价研究

运用FEFLOW有限元地下水模拟软件,对某条件下地下水环境进行了评价研究。根据水文地质条件、地质条件,建立了数学模型以及水文地质概念模型,利用FEFLOW数值模拟软件研究了地下水流场、分层的均衡性、潜水埋深、潜水水位,研究得出:在矿井开采与某水源开采的条件下,形成了以某水源地为中心的大范围降落漏斗,从而造成潜水位下降程度相近;矿井抽水造成的潜水位下降和水源地抽水影响相比并不明显;2种方式的开采造成潜水埋深大幅度增加,导致了评价区域内潜水获得的蒸发量和大气降水入渗补给量明显降低,研究为类似工程条件下地下水环境影响评价提供一定的借鉴意义。     

保德煤矿8号煤瓦斯赋存规律及主控因素研究

为查明保德煤矿8号煤瓦斯赋存规律和主控因素,从煤层特征和煤层含气性特征入手,讨论了矿区构造、煤层埋深、煤层厚度、煤质以及矿区水文地质条件等多种因素对瓦斯赋存的影响,查明了保德煤矿8号煤瓦斯赋存的主控因素。结果表明,保德煤矿8号煤层瓦斯含量在纵向上随埋深的增加而增高,在平面上富集受煤厚和矿区地下水水动力条件控制;此外,矿区局部发育的小构造也对8号煤瓦斯含量有一定影响,水分、灰分、挥发分等煤质主要参数对8号瓦斯含量影响较小。通过掌握煤层瓦斯赋存规律和其主控因素可以为抽采钻孔合理布置提供理论依据,对煤矿的安全生产具有重要意义。     

浅埋深大采高矿压监测与分析

针对杨家村浅埋深大采高的现状与特点,在222203工作面安设了17台KJ216矿用观测设备对工作面进行矿压观测。结果表明:该矿初次来压时压力现象明显,最大值超过支架的额定阻力,周期来压步距范围为8.5～17.5m。同时,顶板破断明显,地表塌陷剧烈,塌陷裂缝几乎垂直于工作面。该研究为大采高浅埋深工作面来压情况及顶板管理提供了可靠的数据依据。     

深部隐伏构造特征地震解释及对煤矿安全的影响

为了查明隐伏构造带的分布,针对研究区不同年份采集的三维地震资料进行了连片叠前时间偏移处理,采用全三维层位追踪和地震多属性断层识别,获得了研究区主要煤层构造形态和断裂构造分布。根据三维地震解释成果,依据隐伏构造带的塌陷范围及破碎程度,将隐伏构造划分为正常带、影响带和断陷带。隐伏构造带平面上展布复杂,剖面上浅层断距大,深层断距小,具有断陷带的发育特征。隐伏构造带内的断层可以将上到松散层含水层,下到灰岩岩溶裂隙含水层的各个含水层连通起来,因此隐伏构造带构成突水威胁。随着开采水平加深,采动影响加大,隐伏构造带突水的危险性也将增大。在煤矿开采进程中,为避免发生突水灾害,要采取必要的安全防范措施。     

河流下浅埋深薄基岩煤层部分开采可行性分析

控制覆岩破坏高度是实现水体下安全开采的关键。针对“浅埋深、薄基岩、坚硬顶板”河流下压覆煤炭资源的问题，采用数值模拟的方法，计算了巷柱式和房柱式等部分开采的覆岩破坏高度，并从防水煤岩柱留设、岩梁极限跨度以及煤柱稳定性3个方面论述河流下部分开采的可行性。研究结果表明，部分开采能够很好地控制覆岩破坏高度，煤岩柱厚度基本满足留设防水安全煤岩柱要求；由于上覆基岩柱中存在厚度大于10 m的粗砂岩，在跨度小于8.53 m的情况下可以支撑上覆岩层；设计煤柱安全系数为1.28～1.81，均满足要求。采用采6 m、留6 m的巷柱（窄条带）式开采是最佳方案，面积采出率为50%，按总采出率45%计算，可解放河流压覆区域约52万t煤炭。     

废弃露天矿山生态修复治理现状及发展趋势研究

为了研究废弃露天矿山生态修复治理现状及发展趋势，以郑州市矿区为例，结合无人机遥感调查、野外实地调查等技术，明确了研究区域生态修复治理现状，即当前矿山土地资源破坏总面积约为19 105 000 m²,仅有9%的土地资源完成了生态修复。经过治理的矿区土壤有机质含量为6.6 g/kg,植被资源覆盖度为25.07%,空气达标率为80%,区地上地下水资源均呈现出匮乏状态。当前矿山生态修复取得了一定效果，但需要进一步完善。根据区域生态修复治理现状，从土地资源、土壤适宜性、水资源分布、植被资源覆盖、水土流失、空气质量等方面出发分析矿山生态修复治理未来发展趋势，以期保障相关生态修复治理工作的顺利进行。     

神东矿区矿井水水化学特征及其灌溉 适宜性评价

矿井水水化学特征决定着其处理工艺及其成本。以神东矿区为研究对象,采集了12组矿井水样品进行测试,采用统计分析、Piper三线图、Gibbs图、各离子间相关关系,确定了其水化学特征及其影响机制。结果表明,矿井水样品的pH值为7.64~8.48,TDS为275.13~3 090.14 mg/L,F^-浓度最高为6.75 mg/L,绝大部分矿井水为高氟、高矿化度水;在空间上呈现了西北高、东南低,随埋深增大,TDS和F^-浓度逐渐升高的趋势;主要水化学类型为HCO₃·SO₄·（Cl）-Na及HCO₃·SO₄·（Cl）-Na·Ca。煤层埋深较浅,易接受补给的矿井水主要受岩石风化控制,反之,主要受浓缩作用控制。同时矿井水还发生了阳离子反交换作用。其用于灌溉的盐碱害较严重,综合EC值、SAR以及钠百分含量指标,判定矿井水大部分为不适合灌溉用水。研究为后期制定矿井水处理工艺及高效利用方案提供参考。