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基于分形理论的富水性指数法在含水层富水性评价中的应用

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煤矿安全 2020年第2期51卷 197-201页

作者：薛建坤中煤科工集团西安研究院有限公司陕西西安710054 陕西省煤矿水害防治技术重点实验室陕西西安710054

为了提高富水性指数法在复杂构造、低勘探程度矿区含水层富水性评价的可靠性,提出了基于分形理论的富水性指数法评价含水层富水性,给出了评价流程。首先确定影响含水层富水性的主控因素,其中构造因素可以用分形维数代替,利用层次分析法... 详细信息

为了提高富水性指数法在复杂构造、低勘探程度矿区含水层富水性评价的可靠性,提出了基于分形理论的富水性指数法评价含水层富水性,给出了评价流程。首先确定影响含水层富水性的主控因素,其中构造因素可以用分形维数代替,利用层次分析法确定各主控因素的权重,借助Arcgis软件,对各主控因素进行叠加获得含水层富水性分区图,并利用实测单位涌水量进行校正。选取准格尔煤田不连沟煤矿为研究对象,开展了砂岩含水层富水性评价应用,研究结果表明:相比传统含水层富水性评价方法,该方法使构造描述要素数量减少2~3项,同时解决了在水文地质勘查程度较低情况下含水层富水性合理准确评价与分区难题。

关键词：分形理论富水性指数法富水性评价层次结构分析法准格尔煤田顶板水害

顶板岩层薄弱区高承压含水层钻孔涌水治理技术

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煤矿安全 2019年第3期50卷 126-129,133页

作者：薛建坤中煤科工集团西安研究院有限公司陕西西安710054 陕西省煤矿水害防治技术重点实验室陕西西安710054

在分析鄂尔多斯盆地某煤矿井下锚索孔涌水特征的基础上,利用水化学分析方法,确定了锚索孔出水水源为顶板探水孔沟通的直罗组砂岩水,出水通道为钻孔与顶板围岩之间贯通型裂隙。针对顶板岩层薄弱、水压高的特点,提出并实施了"孔内疏水泄压... 详细信息

在分析鄂尔多斯盆地某煤矿井下锚索孔涌水特征的基础上,利用水化学分析方法,确定了锚索孔出水水源为顶板探水孔沟通的直罗组砂岩水,出水通道为钻孔与顶板围岩之间贯通型裂隙。针对顶板岩层薄弱、水压高的特点,提出并实施了"孔内疏水泄压+底部低压加固注浆+顶部高压封孔注浆"的治理方案。现场实施后,有效封堵了钻孔高压涌水,减水率达100%,且巷道围岩稳定。

关键词：岩层薄弱区高承压含水层钻孔水害注浆疏水泄压

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基于同位素方法的矿井突水水源定量分析研究

煤炭工程 2019年第12期51卷 150-153页

作者：薛建坤中煤科工集团西安研究院有限公司陕西省煤矿水害防治技术重点实验室

在分析山西龙泉煤矿水文地质特征及工作面突水特征的的基础上,研究了矿区各类水体的水化学及环境同位素特征,确定了01工作面突水水源为太灰、奥灰混合水,利用同位素方法定量计算了太灰水占工作面突水来源的46%,而奥灰水占54%。研究结果... 详细信息

在分析山西龙泉煤矿水文地质特征及工作面突水特征的的基础上,研究了矿区各类水体的水化学及环境同位素特征,确定了01工作面突水水源为太灰、奥灰混合水,利用同位素方法定量计算了太灰水占工作面突水来源的46%,而奥灰水占54%。研究结果表明:应用同位素方法能定量、准确判断出矿井突水的主要来源,可为制订有效的防治水措施提供科学依据。

关键词：同位素矿井突水水源识别水化学特征

鄂尔多斯盆地侏罗系煤田导水裂隙带高度预测及顶板充水模式

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采矿与安全工程学报 2020年第6期37卷 1222-1230页

作者：薛建坤王皓赵春虎杨建周振方李德彬中煤科工集团西安研究院有限公司陕西西安710054 陕西省煤矿水害防治技术重点实验室陕西西安710177

确定顶板含水层充水模式是顶板水害科学防治及保水采煤的基础,而导水裂隙带高度预测是关键,提高预测精度是研究的难点。以鄂尔多斯盆地侏罗系煤田为研究区域,以33个实测导水裂隙带高度样本为依据,基于粒子群(PSO)-支持向量机回归(SVR)... 详细信息

确定顶板含水层充水模式是顶板水害科学防治及保水采煤的基础,而导水裂隙带高度预测是关键,提高预测精度是研究的难点。以鄂尔多斯盆地侏罗系煤田为研究区域,以33个实测导水裂隙带高度样本为依据,基于粒子群(PSO)-支持向量机回归(SVR)的研究方法,构建了区域导水裂隙带高度预测模型。选择拟合优度R2、均方根误差RMSE为误差分析指标,通过对比PSO-SVR导高模型预测值与经验公式预测值,定量评价了PSO-SVR导高模型的预测精度,利用该模型预测了3个矿的导水裂隙带高度。研究结果表明:PSO-SVR导高模型预测值比经验公式预测值拟合优度提高0.10,均方根误差降低41.93,预测值与实测值较接近,与经验公式相比,提高了导水裂隙带高度预测精度。最后统计分析了研究区典型水文地质结构特征,按煤层埋深及含(隔)水层结构,划分了研究区3种水文地质结构类型:浅埋薄基岩厚松散含水层结构、中埋深厚基岩含水层结构、深埋巨厚复合基岩含水层结构。依据导水裂隙带预测结果及顶板水文地质结构类型,建立了研究区3种顶板含水层充水模式:浅埋松散含水层充水、中埋深厚砂岩含水层充水、深埋巨厚砂砾岩含水层充水。研究成果对于鄂尔多斯盆地侏罗系煤田顶板水害防治及保水采煤具有重要的实用价值。

关键词：鄂尔多斯盆地水害防治保水采煤导水裂隙带高度粒子群-支持向量机回归

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蒙陕接壤区矿井水中氟的污染特征及形成机制

煤炭学报 2022年第11期47卷 4127-4138页

作者：王甜甜薛建坤尚宏波周振方杨建刘基曹煜中煤科工西安研究院(集团)有限公司陕西西安710054 陕西省“四主体一联合”黄河流域中段矿区(煤矿)生态环境保护与修复校企联合研究中心陕西西安710054

自然成因高氟地下水诱发的环境及饮用水安全问题受到国内外广泛关注,前人对其分布特征及形成机制开展了大量研究,但高氟矿井水形成与地下水不同,受自然成因与人类活动双重控制。针对目前矿井水中氟的污染特征及成因机制尚不清晰的问题,... 详细信息

自然成因高氟地下水诱发的环境及饮用水安全问题受到国内外广泛关注,前人对其分布特征及形成机制开展了大量研究,但高氟矿井水形成与地下水不同,受自然成因与人类活动双重控制。针对目前矿井水中氟的污染特征及成因机制尚不清晰的问题,以蒙陕接壤区某矿井为研究对象,采集地表水、地下水、矿井水水样71组,地下含水层岩样34组,通过水岩样检测分析,研究矿井水中氟的主要污染特征,并借助piper三线图、Gibbs图、岩石SEM-EDS,离子关系图等探究高氟矿井水的形成机制。研究结果表明:研究区2-2煤矿井水与3-1煤矿井水氟离子质量浓度相差较大,2-2煤及3-1煤矿井水氟的平均质量浓度分别为0.29,6.36 mg/L,2-2煤顶板及3-1煤顶板地下水中氟的质量浓度分别0.30,4.32 mg/L,3-1煤高氟矿井水的形成与其顶板地下水中氟富集密切相关。3-1煤顶板地下水氟富集的主要原因是岩石中氟质量分数较高,平均值为609 mg/kg,氟磷灰石、角闪石及云母等含氟矿物的溶解是地下水中氟离子的主要来源。此外,3-1煤顶板地下水中氟富集还受绿泥石、伊利石及蒙脱石互层等黏土矿物表面的氟解吸作用及地下水Na^(+)与岩石Ca^(2+)、Mg^(2+)阳离子交换吸附作用的影响。较高质量浓度的OH-及HCO-3竞争吸附黏土表面的电位,促进F-的解吸;且高Na、低Ca的环境抑制了CaF_(2)沉淀的生成,促进了氟的富集。最终3-1煤顶板地下水在采煤扰动作用下经导水裂隙涌入采煤巷道或工作面形成高氟矿井水,随后与采空区岩石发生二次充分水-岩作用,进一步导致矿井水氟质量浓度升高。

关键词：矿井水氟污染特征水化学特征蒙陕接壤区

蒙陕接壤区浅埋煤层矿井水水化学特征及来源分析

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煤田地质与勘探 2023年第4期51卷 85-94页

作者：王昱同王皓王甜甜薛建坤尚宏波周振方煤炭科学研究总院北京100013 中煤科工西安研究院(集团)有限公司陕西西安710077 陕西省煤矿水害防治技术重点实验室陕西西安710077

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... 详细信息

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。

关键词：蒙陕接壤区浅埋煤层水化学特征氢氧同位素形成作用来源分析

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钻孔单位涌水量换算的探讨

煤炭技术 2011年第8期30卷 261-262页

作者：薛建坤许进鹏宋淑光中国矿业大学资源学院江苏徐州221008 淄博矿业集团岱庄煤矿山东济宁272009

针对目前利用钻孔单位涌水量评价含水层富水性所存在的问题,较详细地总结了利用3次降深抽水试验资料进行单位涌水量换算的方法,并通过工程实例深入地分析了为什么要进行单位涌水量换算,在此基础上提出了对只有1次或2次降深抽水试验数据... 详细信息

针对目前利用钻孔单位涌水量评价含水层富水性所存在的问题,较详细地总结了利用3次降深抽水试验资料进行单位涌水量换算的方法,并通过工程实例深入地分析了为什么要进行单位涌水量换算,在此基础上提出了对只有1次或2次降深抽水试验数据的处理,以使单位涌水量换算和含水层富水性评价工作更加完善。

关键词：含水层富水性钻孔单位涌水量 Q^S曲线方程井径换算

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基于靶面帷幕注浆的导水断层治理技术

中国煤炭地质 2020年第5期32卷 49-52页

作者：薛建坤中煤科工集团西安研究院有限公司西安710054 陕西省煤矿水害防治技术重点实验室西安710054

断层水害是煤矿水害的一种主要类型。针对断层水害探查及治理的复杂性,以准格尔煤田深部矿区龙王沟煤矿巷道掘进过断层为研究对象,在综合利用物探、钻探、化探等手段的基础上,确定龙王沟煤矿DF21断层为导通底板灰岩水的导水断层。针对... 详细信息

断层水害是煤矿水害的一种主要类型。针对断层水害探查及治理的复杂性,以准格尔煤田深部矿区龙王沟煤矿巷道掘进过断层为研究对象,在综合利用物探、钻探、化探等手段的基础上,确定龙王沟煤矿DF21断层为导通底板灰岩水的导水断层。针对断层附近巷道底板承受灰岩水压低、隔水层厚度大的特点,提出利用井下靶面帷幕注浆技术治理断层水害,并最终实现了巷道安全掘进。研究成果可为准格尔煤田其他矿区同类型断层水害治理提供借鉴。

关键词：靶面帷幕注浆水害探查导水断层水害治理准格尔煤田

蒙陕接壤区煤矿采空区水−岩系统中氟来源及释放规律

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煤田地质与勘探 2023年第2期51卷 252-262页

作者：王甜甜靳德武薛建坤姬红英尚宏波周振方杨建曹煜中煤科工西安研究院(集团)有限公司陕西西安710077 陕西省“四主体一联合”黄河流域中段矿区(煤矿)生态环境保护与修复校企联合研究中心陕西西安710077 河南理工大学资源环境学院河南焦作454000

采空区是高氟矿井水形成的关键区域,其水−岩系统中氟的来源与溶解释放决定了矿井水中氟的富集或贫化。针对蒙陕接壤区3-1煤采空区矿井水氟来源及释放规律不清晰问题,采用水化学测试、岩石矿物成分分析、矿物扫描电镜与能谱检测,以及室内... 详细信息

采空区是高氟矿井水形成的关键区域,其水−岩系统中氟的来源与溶解释放决定了矿井水中氟的富集或贫化。针对蒙陕接壤区3-1煤采空区矿井水氟来源及释放规律不清晰问题,采用水化学测试、岩石矿物成分分析、矿物扫描电镜与能谱检测,以及室内水−岩作用仿真模拟试验,查明矿井水氟物质来源与赋存载体,揭示岩石中氟释放规律。结果表明:研究区3-1煤矿井水水化学类型主要为HCO_(3)-Na与SO_(4)-Na型,3-1煤采空区矿井水氟浓度高于3-1煤生产工作面的矿井水浓度,且采空区矿井水pH、Na^(+)/Ca^(2+)浓度比均大于工作面矿井水。3-1煤采空区矿井水F−的物质来源为泥岩与粉砂岩,2种岩石中氟平均含量分别为741、610 mg/kg,氟在固相中的主要赋存载体为蒙脱石、高岭石、伊利石及绿泥石。采空区水−岩系统中氟的释放受岩性、粒径、pH、温度及Na^(+)/Ca^(2+)浓度比5个因素影响。其中,泥岩及粉砂岩中的氟比细砂岩中的更容易释放进入水中;无论何种岩性,随着粒径的减小,氟释放F−的浓度增大;此外,碱性、高温及高钠低钙的水化学环境均可促进岩石中氟的溶解释放。

关键词：煤矿采空区 3-1煤矿井水氟来源溶解释放蒙陕接壤区