水文地球化学方法在研究矿区水文地质条件中的应用

应用水文地球化学方法,研究了肥城西部矿区不同含水层的水化学特征,分析了它们相互间水力联系方式与联系程度,推断了奥灰水越流补给煤系灰岩水的补给地段,大致估计了其补给量,为防治水方案的制定提供了依据。      

多源数据挖掘下潘谢矿区深部灰岩水突水预警研究

深层灰岩水在长时间水岩耦合作用下各含水层的水化学成分有所不同,但随着地壳运动、采动影响等因素导致不同含水层产生水力联系。重大的突水事故都是深层高压灰岩水以浅层灰岩水为通道突入矿井发生的。依据对淮南煤田潘谢矿区9对矿井2015—2018年182个地面水文观测孔的水位数据及潘二矿突水后各水文观测孔水位变化的时空规律,得出水文观测孔的水位变化数据比水位高程数据更灵敏,潘谢矿区深层灰岩水由下向上对浅层灰岩水进行补给,通过聚类分析算法识别出矿井与深层灰岩水存在补给关系的浅层灰岩含水层区域;另一方面基于改进的随机森林算法对收集的7 000多条矿井水质化验资料进行分析,基于错分数据识别出与深层灰岩水水力联系紧密的各矿含水层信息。综合分析水位变化数据聚类分析结果,得出各矿井的突水风险区域。基于含水层分类显著因子、水化学空间分布特征,结合温度、流量、水位、水质等参数的高精度传感器,构建快速准确突水预警系统,对矿井出水点进行智能监测,为实施防治水措施提供快速、可靠的依据,可以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。      

姚桥矿地下水化学特征及在矿井水源判别中的意义

姚桥矿地下水系统包含四个子系统：新生界孔隙含水层组，煤系砂岩裂隙含水层组，太原群石灰岩溶隙含水层组及奥陶系灰岩岩溶含水层组。通过对这四个子系统水文地球化学特征的系统研究，提出了各子系统所特有的水质模型，并确定出能作为矿井水源判别依据的水溶组分，为矿井防治水提供水化学特征依据。     

华北煤矿奥灰突水特点及防治对策研究

奥陶系灰岩含水层是华北地区各矿区煤层开采的重要水害,通过对奥灰突水及相关的案例分析,认为奥灰突水多发生在区域降水量大于700mm的矿区;导水断层和陷落柱是造成突水的主要通道;奥灰水也可以通过补给薄层灰岩而进入矿井;不同层段的奥灰岩,其富水性不同,奥灰岩顶界具有一定的隔水作用。针对华北地区煤矿奥灰突水特点,提出其防范对策应是加强不同层位的水文地质探查,重点防范集中导水通道突水,并进行中间层的改造。     

新汶矿区河下采煤水的综合防治

新汶矿区地质储量2/3以上处在现代小汶河、古河床砂砾层及受河水补给煤系中灰岩含水层之下,矿床水文地质条件复杂,水威胁着矿井安全生产。在认识矿区水文地质条件的基础上,我们提出如下综合防治方法:充（充填法管理顶板）、隔（隔水煤岩柱留设）、疏（薄层灰岩疏水降压）、放（放出老空积水）、堵（地面注浆堵出水点）、截(薄层灰岩浅部截流)等。实践表明效果良好。      

神东矿区煤矿水害及其防治研究

神东矿区浅部煤层开采所面临的矿井水害,主要来自萨拉乌素组含水层、三门组含水层及烧变岩含水层,其中第四系含水层可形成突水溃沙灾害.本文重点总结了神东矿区第四系含水层溃水特点及防治水害的一般技术原则,对在类似矿区开展防治水工作具有借鉴意义.     

平顶山矿区地下热水深部温度估算——地球化学温标的应用

应用地球化学温标估算了平顶山矿区地下热水的深部温度；介绍与分析了地球化学温标的应用条件、水－岩反应平衡状态，在此基础上应用合适的温标进行了计算。其结果为该区地温场和水－岩温度关系的研究提供了资料     

平顶山矿区地下热水溶部温度估算—地球化学温标的应用

应用地球化学温标估算了平顶山矿区地下热水的深部温度；介绍与分析了地球化学温标的应用条件，水－岩反应平衡状态，在此基础上应用合适的温标进行了计算。其结果为该区地温场和水－岩温度关系的研究提供了资料。     

霍州矿区李雅庄煤矿突水机理分析与水害防治

李雅庄煤矿是霍州矿区北端的一个井田,目前主要开采2#煤层。基于矿井水文地质条件及开采以来的突水资料分析,认为矿井主要水害为上马家沟组、峰峰组与太原组岩溶裂隙承压含水层,其突水方式是承压水通过导水断层或陷落柱涌人工作面;矿井以F2断层为界,分为东西两部分,西部水位较高,为补给区;东部水位较低,其内的马家沟组、峰峰组与太原组灰岩水基本属于相对独立单元,但三者间存在局部有限导水的特征。据此提出了矿井今后的防治水工作应以查明导水通道（断层、陷落柱）,并对其进行注浆加固与封堵为主。     

预防底板突水的目的含水层水文地质试验研究——鲁中煤田下组煤水文地质补充勘探方法

针对淄博、济东、肥城等华北型石炭二叠系煤田大水矿区原有煤田水文地质勘探阶段资料程度难以满足下组煤带压开采防治水的情况下,选择了预防底板突水中间指示含水层--处于下组煤层与奥灰之间的徐家庄灰岩进行了的采掘前矿井水文地质勘探.充分利用井下巷道,以井下放水试验（包括示踪试验）为主,井上、下结合同步观测,分块（分片、分区）、分层、分阶段及局部、联合放水试验分步骤逐渐暴露水文地质条件,肥城和济东等矿区的实际勘探效果证明针对中间指示含水层进行综合水文地质勘探可达到事半功倍的效果.     

华北煤田矿山开采导致含水层破坏风险评估:以淄博洪山煤矿为例

煤矿由建设到关闭后多年的生命过程都对含水层具有破坏作用，造成生态环境破坏、影响社会经济发展，其风险具有长期性.在华北煤田水文地质结构及矿山地质环境问题分析的基础上，总结了含水层破坏形式及其风险组成，提出了含水层破坏风险评估与管理的技术思路.利用淄博洪山煤矿从开采到关闭多年的试验和监测数据开展了实证研究.结果表明:（1）矿业活动对含水层破坏形式表现为含水层结构破坏、地下水流场变化和地下水污染3类，洪山煤矿奥灰水遭受破坏的可能性高，危险性低、中等和高的危险区面积分别为20.61、22.39、19.26 km2；（2）社会、经济和生态易损性由破坏性、脆弱性和可恢复性三项指标表达，洪山煤矿社会经济高度依赖奥灰水，其易损性高.（3）含水层破坏风险是可利用地下水资源量减少、生态环境恶化、社会经济负面影响及其长期效应的综合表达，洪山煤矿关闭后奥灰水遭受破坏的风险高.      

Using stable isotopes (δD, δ<Superscript>18</Superscript>O, δ<Superscript>34</Superscript>S and <Superscript>87</Superscript>Sr/<Superscript>86</Superscript>Sr) to identify sources of water in abandoned mines in the Fengfeng coal mining district,northern China

With depleted coal resources or deteriorating mining geological conditions, some coal mines have been abandoned in the Fengfeng mining district, China. Water that accumulates in an abandoned underground mine (goaf water) may be a hazard to neighboring mines and impact the groundwater environment. Groundwater samples at three abandoned mines (Yi, Er and Quantou mines) in the Fengfeng mining district and the underlying Ordovician limestone aquifer were collected to characterize their chemical and isotopic compositions and identify the sources of the mine water. The water was HCO₃·SO₄-Ca·Mg type in Er mine and the auxiliary shaft of Yi mine, and HCO₃·SO₄-Na type in the main shaft of Quantou mine. The isotopic compositions (δD and δ¹⁸O) of water in the three abandoned mines were close to that of Ordovician limestone groundwater. Faults in the abandoned mines were developmental, possibly facilitating inflows of groundwater from the underlying Ordovician limestone aquifers into the coal mines. Although the Sr²⁺ concentrations differed considerably, the ratios of Sr²⁺/Ca²⁺ and ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr and the ³⁴S content of SO₄^2? were similar for all three mine waters and Ordovician limestone groundwater, indicating that a close hydraulic connection may exist. Geochemical and isotopic indicators suggest that (1) the mine waters may originate mainly from the Ordovician limestone groundwater inflows, and (2) the upward hydraulic gradient in the limestone aquifer may prevent its contamination by the overlying abandoned mine water. The results of this study could be useful for water resources management in this area and other similar mining areas.     

临涣矿区突水水源标型微量元素及其判别模型

利用示踪不同含水层水文地球化学特征的标型微量元素捕捉突水预兆期内的水文地球化学信息,建立判别模型分析煤矿重大突水水源,具有重要的理论与实践意义。本课题利用任楼井田及所在临涣矿区其他生产矿井的长观孔、矿井出水点从上而下分别取第四系第四含水层、二叠系煤系砂岩含水层、石炭系太原组岩溶含水层及奥陶系岩溶含水层24个水样,测试了24种微量元素含量。通过分析4类主要突水含水层微量元素含量与聚类规律,得到了Be、Zn、Ga、Sr、U、Zr、Cs、Ba8种主要突水含水层的标型微量元素,建立了以标型微量元素作为解释变量的突水水源Bayes线性判别模型。以24个水样为训练样本,得到模型判别正确率达到了80%,并分析了区域水循环与水文地球化学演化对判别模型效果具有一定程度的控制作用。     

西部侏罗系矿区充水含水层水文地球化学特征及矿井水来源综合识别

本文以水文地球化学理论为指导,基于研究区水文地质条件及矿山水害研究基础,构建了不同充水含水层水化学和氢、氧同位素基础特征值,结合不同煤层埋深煤矿含隔水层组合特征和导水裂隙带发育高度,综合识别了浅埋、中深埋和深埋多个煤矿的矿井水来源。研究结果显示,受水岩作用和水动力条件等因素影响,煤层上覆不同充水含水层地下水水化学类型和氢、氧同位素值差异明显;随着煤层埋深的增大,矿井水的矿化度呈显著增加趋势,氢、氧同位素整体呈减小趋势;在此基础上,综合采用水化学和环境同位素的方法对研究区不同煤层埋深煤矿的矿井涌水进行识别,认为浅埋煤矿矿井水为第四系松散含水层地下水和侏罗系砂岩含水层地下水的混合水,深埋和中深埋煤矿矿井水主要为侏罗系砂岩含水层地下水。     

吴堡矿区首采地段水文地质特征及矿床充水条件分析

从鄂尔多斯盆地东部地下水类型、含水岩组等区域水文地质条件入手,对陕北石炭二叠纪煤田吴堡矿区首期开采地段水文地质条件进行了分析。分析表明,区内第四系松散层含水层在首采区虽然分别较广,但水量相对较小,正常情况下与其下含水层贯通的可能性较小,对于煤矿开采影响较小;基岩风化裂隙潜水、太原组灰岩溶隙裂隙及砂岩裂隙承压水及奥陶系灰岩岩溶承压水是煤矿开采中最为主要的突水类型。从矿坑充水水源、充水通道和充水强度角度对首期开采地段进行了矿床充水因素的研究。研究认为,矿井充水水源为煤层顶底板砂岩裂隙水、灰岩裂隙溶隙承压水及奥陶系岩溶承压水;充水通道主要是煤层开采后顶板形成的冒落带和导水裂隙带以及底板受其承压水的影响而产生的破坏带。建议在矿井设计前对首采地段进行三维地震勘探,进一步查明区内断层性质、规模和易发生矿井涌水的部位,为建井设计、矿坑底板的突水和防治提供依据。     

淮北矿区五沟煤矿太原组上段灰岩岩溶裂隙水富水性及径流特征

五沟煤矿太原组上段灰岩岩溶裂隙水是矿井主采煤层（10煤）的主要充水含水层。通过对矿区水文地质边界条件、地面抽水试验和井下放水试验的分析,认为矿区水文地质边界受制于周边的较大型隔阻水断层,从而形成了较封闭的地下水系统;太原组上段灰岩含水层的富水性在平面上具有不均一性,在垂向具有随着深度的增加,岩溶发育有减弱的趋势,基本上属弱富水含水层,仅在局部构造发育带为中等富水含水层。利用利用surfer软件,绘制出矿区太原组灰岩水位等值线图;从图上可以看出,矿区目前太原组含水层水位标高总体呈北高南低,中间高两边低的态势,并在井田西南部形成以水5孔及J5-1孔为中心的低水位区。该研究对目前矿井防治水工作具有重要的指导意义。     

峰峰矿区大淑村矿水文地质条件探析

大淑村井田周边赋存的断层均为倾向井田外侧的正断层,致使井田部位相对抬升,切断了含水层的补给来源,地下水补给、排泄不良,井田处于相对封闭的水文地质单元之中。井田内开采上组煤的主要充水含水层为大煤顶板砂岩含水层,次为野青灰岩和伏青灰岩含水层;煤层回采冒落后,下石盒子组底部砂岩含水层将成为间接充水含水层。这些含水层的富水性弱,单位涌水量均小于0．05L／（s·m）,因此,大淑村井田开采上煤组的矿井水文地质类型为中等,矿井受水害的影响不大,矿井防治水的工作简便易行。     

Simulation of groundwater level recovery in abandoned mines,Fengfeng coalfield,China

Abandoned mines are of high potential risk as they could be a large underground storage of pollutants(heavy metals and organic wastes, etc.). Various physical, chemical and biological reactions would take place when groundwater flows into underground spaces, which makes abandoned mine a huge potential hazard to groundwater environment. The recovery of groundwater level is one of the key elements controlling the reactions and causing such hazards. This paper simulated groundwater level recovery processes in the abandoned mines, Fengfeng coalfield by using the computer program FEFLOW. The paper integrated the pipe flow model, "three zones" model and groundwater inrush(discharge) model in the simulation of groundwater in the complex laneway-aquifer system. Groundwater flow in the laneway systems was considered pipe flow and described in Bernoulli equation. The water-bearing medium(coal seam roof) overlying the laneway systems was divided into "three zones" composed of the caving zone, fissure zone and bending zone based on the disruption degrees of previous mining. Groundwater in the Ordovician limestone aquifer(bottom of coal seam) flowing into laneway systems was considered a major inrush/recharge source, and its flow rate was calculated by an inrush(discharge) model which was newly developed in this study and incorporated into FEFLOW. The results showed that it would take approximately 95 days for groundwater in abandoned mines to recover to regional groundwater level elevation, and the total amount of water filling up would be about 1.41195×10~7 m~3, which is consistent with the actual data. The study could be of theoretical and practical significance to mitigate abandoned mines' hazards and improve mine groundwater utilization.     

地下水化学特征在岱河矿涌水水源判别中的应用

岱河矿区地下水系统包含三个主要子系统:第四系全新统孔隙含水层、煤系砂岩裂隙含水层组及煤系下伏灰岩岩溶裂隙含水层组。通过对矿区三个子系统地下水化学特征分析,确定各子系统涌出水来源判别依据的水溶组分并建立各子系统所特有的水质模型,进而提出矿井涌水水源判别模式。实际应用表明,该判别模式具有快速准确的特点,可以为了解矿井涌水来源,预测矿井涌水量,防治矿井突水提供理论依据。     

地下水水位及水温在查明矿区岩溶水补给条件中的应用——以福建马坑铁矿为例

综合利用马坑矿区积累的水位、水温资料,结合前期对矿区水文地质条件的认识,查明了矿区岩溶水在疏干条件下的补给的变化特征。矿区岩溶含水层以石炭系船山组至二叠系栖霞组灰岩为主,大气降水为其主要补给来源。矿区开采过程中由于矿山采石场开采灰岩造成的溶洞出露地表、采空塌陷裂隙、第四系扰动及沟谷堵塞等使大气降水入渗补给量增大;断层破碎带使分布于灰岩含水层上部的二叠系文笔山组泥质砂岩地层具有了良好的含水性及导水性,致使其上部加福组砂岩裂隙水通过小娘坑断层及F3断层等破碎带补给岩溶水;溪马河河水沿河床与F1断层交汇段渗漏补给岩溶水;深部花岗岩低温热水也沿F1及F10断层破碎带进入矿坑。