我国煤矿区水环境现状及矿井水处理利用研究进展

煤炭长期占据我国能源消费结构的主体地位,因煤矿建设、开采、洗选、加工、废旧煤窑和矿井关闭等引发矿区一系列水环境问题尤为突出。国家大力支持"煤炭革命",煤炭安全绿色开采成为新时代的主题,环保部门越发重视煤矿区的水环境问题。分析研究了我国煤矿矿区现阶段的水环境现状,针对不同矿区、不同矿井水类型,从矿井水污染模式和类型、含水岩组结构破坏、水资源流失、矿区土壤重金属富集和废弃矿井水位回升诱发的环境地质问题出发,总结我国煤矿区水环境研究现状、技术水平和未来发展趋势,并以矿井水处理为重点,分析归纳了洁净矿井水(物理法)、含悬浮物矿井水(混凝和超磁分离法)、高矿化度矿井水(蒸馏、离子交换和膜分离法)、酸性矿井水(物理、化学和生物法)、特殊组分矿井水(絮凝沉淀和离子交换法)和矿井水回灌(深层回灌)的水质特点、处理工艺和优缺点,并指明了未来的研究方向。根据煤矿区矿井水资源化利用现状,提出矿井水用于工农业生产、生活和特殊组分的矿井水资源化利用的优势和局限,针对特殊组分的矿井水提出了矿井水资源化利用的技术体系和理论框架,为进一步丰富和完善矿区水资源利用提供技术支撑。最后,针对矿井水资源化利用过程中的问题提出了"阻断、减量和保护"三原则,并对未来我国煤矿区环境现状和矿井水处理利用进行了展望。     

煤层采动顶板水文地质参数演化与矿井涌水量动态计算方法

为预防煤矿采掘过程中突水事故的发生，开展矿井突水预测预报尤其是涌水量的精准计算尤为重要。以目前矿井涌水量计算普遍采用的解析法(也称“大井法”)为例，针对采动顶板水文地质参数演化与矿井涌水量动态精准计算之间的矛盾问题，在进一步分析笔者团队前期研究成果的基础上，阐述了采动顶板破坏过程中涌水形成机制和水文地质参数演化规律，探索性提出了变参条件下矿井涌水量动态计算方法，并进行了工程应用与可靠性评价。研究表明：采动诱发顶板直接充水含水层的渗透系数(K)呈“稳定增加—波动变化—恢复稳定”的变化特征，水位降深(S)和影响半径(R)呈“快速增加—略微下降—恢复稳定”的变化特征；传统解析法预计涌水量时在边界条件概化、参数选取以及计算过程存在误差，论文提出了矿井涌水量动态计算方法，即考虑采空区面积、水位漏斗动态变化过程的“移动大井”理论模型，以初次(周期)垮落步距为计算单元依次概化“移动大井”,渐次计算工作面推进过程中的动态涌水量；以徐矿集团下属某矿1306工作面为例，分别开展了工作面回采过程中引用影响半径(R₀)单参数变化和引用影响半径(R₀)、水位降深(S)...