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采煤驱动下神东矿区地下水化学特征及控制因素

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中国环境科学 2022年

作者：侯泽明黄磊韩萱许磊李钢柱刘志强张圣微内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院内蒙古自治区水资源保护与利用重点实验室内蒙古自治区农牧业大数据研究与应用重点实验室

煤炭开采引起神东矿区上覆含水层结构变异，地下水流场及水化学特征发生演变，如何将地下水开发与经济发展、生态保护相结合，合理高效的使用水资源已经成为西部典型矿区亟待解决的问题。为查明当地地下水化学特征，本文使用Piper三线图... 详细信息

煤炭开采引起神东矿区上覆含水层结构变异，地下水流场及水化学特征发生演变，如何将地下水开发与经济发展、生态保护相结合，合理高效的使用水资源已经成为西部典型矿区亟待解决的问题。为查明当地地下水化学特征，本文使用Piper三线图、Gibbs图、主成分分析法、改进内梅罗指数法等对23个地下水水样进行分析，结果表明：研究区地下水呈弱碱性，化学类型从上游HCO;-Na;为主导型，逐渐过渡为下游HCO;·SO;-Na;·Ca;主导、Cl;-K;·Na;、F;-K;·Na;等多种类型共同存在。地下水化学类型主要受蒸发浓缩和岩石风化控制；HCO;主要来源于碳酸盐的溶解；Ca;、Mg;主要来源于硫酸盐岩的溶解；Cl;来源于岩盐的溶解和生活用水的污染；SO;来源于岩盐溶解；NO;主要来源于生活用水和人畜排便。整体水质良好，个别地区存在一定程度的离子富集现象。研究成果可为当地水资源的高效利用，生态环境的保护与恢复提供理论上的支撑与参考。

关键词：采煤驱动含水层结构变异地下水化学特征地下水类型离子富集

采煤驱动下晋东大型煤炭基地地下水循环演变特征——以辛安泉域为例

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煤炭学报 2021年第9期46卷 3015-3026页

作者：李向全张春潮侯新伟中国地质科学院水文地质环境地质研究所河北石家庄050061 中国地质大学(北京)中国地质科学院北京100083 自然资源部地下水科学与工程重点实验室河北石家庄050061

晋东煤炭基地水资源相对短缺,生态环境脆弱,随着煤炭资源的大规模开采和人类活动加剧,区域地下水循环特征演变剧烈。以晋东煤炭基地辛安泉域为典型研究区,系统研究了采煤驱动下地下水循环演变特征。通过建立泉流量与矿井涌水量、岩溶地... 详细信息

晋东煤炭基地水资源相对短缺,生态环境脆弱,随着煤炭资源的大规模开采和人类活动加剧,区域地下水循环特征演变剧烈。以晋东煤炭基地辛安泉域为典型研究区,系统研究了采煤驱动下地下水循环演变特征。通过建立泉流量与矿井涌水量、岩溶地下水开采量和大气降水间的多元相关性分析,揭示了岩溶大泉衰减机制及主控因子;通过地表径流切割和氢氧稳定同位素组成混合比例计算,识别了不同水体间的相互转化关系和矿井水的水源组成;结合区域水文地质条件、水化学和稳定同位素特征,构建了采煤影响下的地下水循环模式。研究结果表明:①辛安泉域岩溶大泉流量和岩溶地下水位总体呈下降趋势,1956—2017年泉流量衰减幅度达75%,1972—2017年岩溶地下水位下降最大达29.8 m;且均呈阶段性变化特征,表现为1956—1976年、1977—2002年和2003—2017年3个阶段分别为波动稳定期、快速下降期和缓慢下降期。②矿区东部煤炭开采对岩溶水影响强烈,主要影响途径是采煤活动造成岩溶水补给径流区的上覆含水层结构严重破坏和地表径流量衰减,导致岩溶水补给量减小。随着煤炭开采向西扩展,煤层埋深加大,岩溶水为深埋滞缓区,煤炭开采对其影响减弱。③岩溶大泉流量衰减和地下水位下降的主控因子为矿井涌水量,在快速下降阶段,岩溶水开采也是泉流量衰减和水位下降的重要影响因素。④同位素计算表明,矿井水水源构成主要为裂隙水,其次为孔隙水。地表水渗漏和孔隙水越流是岩溶水的重要补给来源,采煤直接影响地表径流量和孔隙水含水层,进而间接影响岩溶地下水位和岩溶大泉流量。⑤泉域采煤条件下的地下水循环模式可划分为浅部、深部和局部地下水流系统。局部地下水流系统主要受采煤影响,表现为地下水向采空区集中排泄。

关键词：采煤驱动煤炭基地保水采煤(保水开采) 地下水循环演变特征辛安泉域

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补连塔矿区上覆含水层水化学特征及流场模拟研究

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补连塔矿区上覆含水层水化学特征及流场模拟研究

作者：侯泽明内蒙古农业大学

学位级别：硕士

内蒙古自治区鄂尔多斯市自然资源丰富,为我国主要能源基地之一,鄂尔多斯市神东矿区煤炭资源的大规模开发利用,为当地的经济社会发展提供了强有力的支持。但高强度煤炭开采的同时,也给当地带来一系列地下水资源短缺问题,由开采引发的水... 详细信息

内蒙古自治区鄂尔多斯市自然资源丰富,为我国主要能源基地之一,鄂尔多斯市神东矿区煤炭资源的大规模开发利用,为当地的经济社会发展提供了强有力的支持。但高强度煤炭开采的同时,也给当地带来一系列地下水资源短缺问题,由开采引发的水质与水量的变化,成为制约当地社会、经济继续发展的主要问题。因此,本文以神东矿区旗下较有代表性的补连塔矿区为研究区,开展采煤驱动作用下含水层系统演化研究,探究地下水化学组分变化特征及流场变化情况,以便高效合理的提出地下水治理方案与水资源保护措施。本研究在收集研究区的地理、地质、气象、区域水文地质、农牧业等相关资料的基础上,结合野外实地勘查和室内试验等多种手段,对补连塔矿区的地下水流场变化、地下水化学组分变化与空间分布特征进行分析评价,并建立水文地质概念模型。通过地下水三维数值模拟软件GMS内嵌套的MODFLOW地下水流场模拟模块,模拟补连塔矿区在多年高强度采动作用下上覆含水层的流动变化;通过计算冒落带与裂隙带的影响高度并结合常规离子、微量离子、氢氧同位素等对采煤层系上覆含水层之间的水力联系做出判断;通过实测研究区地下水各化学组分特征,针对矿区及煤矸石、矿渣堆放区产生的特征污染物含量进行空间分布研究,并提出采动作用下地下水环境的治理措施。本次研究的主要内容共有以下几方面:(1)对研究区浅层含水层布设地下水采样点,以乌兰木伦河及其支流为网格并进行适当延伸,进行网格状采样,对水样进行测试,测试指标为Na、K、Ca、Mg、F、Cl、SO、NO、CO、HCO、TDS、PH、δD、δO、H共15项指标,地下水各化学组分含量以《地下水质量标准》GB T 14848-2017为标准(选取地下水质量标准Ⅲ类水为标准值)得到地下水各化学组分所占权重,使用改进内梅罗指数法对地下水水质进行评分,结果表明:补连塔矿区地下水系统水质总体良好,地表径流为西北到东南,上游含水层颗粒较大,下游含水层颗粒较小,上游到下游含水层孔隙逐渐减小,导致溶滤作用随孔隙变小而逐渐强烈。研究区地下水矿化度偏高、呈弱碱性淡水环境。(2)通过地理信息系统对研究区NO、SO和TDS的实测含量进行空间分布情况的分析,结果表明,在采煤驱动下研究区地下水中SO呈现出上游方向向下游方向富集的趋势,在下游区域浓度达到最高;而NO等离子与组分呈现出以矿区为中心7km为半径的范围内浓度最高,向周围逐级递减的态势;TDS总体趋势以补连塔矿区与其他临近矿区为中心,呈现出多点富集并向四周递减的态势。(3)通过对水样常规水化学组分、微量水化学组分、氘氧同位素进行分析,并结合水文地质资料,推测在采动作用下,补连塔矿区煤层上覆第四系孔隙含水层、直罗组裂隙含水层、延安组含水层出现连通,各含水层之间相互贯通,并存在越流补给直接补给到含煤地层,是导致含煤地层地下水水质较差的原因之一。(4)通过分析研究区地质、水文地质、气象等资料,确定研究区的地质结构、空间展布、边界类型和源汇项等数据建立研究区概念模型。结合研究区实际情况将模型概化为由上至下分别为第四系含水层、直罗组含水层、砂纸泥岩弱透水层和延安组含水层,模型西侧为已知流量补给边界,东侧为已知流量排泄边界,南北为零流量边界,模型类型为均质各向异性三维非稳定流模型。模型预测表明:2020-2046年地下水水位在现有开采条件下并无显著变化,但开采导致局部地下水循环模式发生改变形成降落漏斗,形成局部地下水循环系统加快地下水循环。(5)在地下水化学特征、含水层结构变异与地下水流场变化趋势的基础上,基于采动影响下补连塔矿区地下水的保护需求,提出地下水环境的合理治理方案,以科学排放、科学减排、重复利用与精准定位为基本准则,开展对研究区地下水环境治理、矿区突水精准定位处理的工作,并在后期加强地下水监测工作,以实现长期的合理规划与及时治理。

关键词：采煤驱动水化学特征氘氧同位素多层含水层水力联系地下水数值模拟

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矿区水文地质研究进展及中长期发展方向

地质学报 2016年第9期90卷 2464-2475页

作者：张发旺陈立王滨么红超许柏青李敏巍胡博文钱龙中国地质科学院水文地质环境地质研究所石家庄050061 中国地质科学院岩溶地质研究所广西桂林541004

矿区水资源保护和矿山防治水这两个互相矛盾又紧密联系的问题给传统的矿山水文地质学带来了更多的挑战和机遇,迫切需要新理论、新技术的发展。为了更好的实现矿区未来地下水资源的开采、利用与保护以及采煤安全和区域水资源可持续利用,... 详细信息

矿区水资源保护和矿山防治水这两个互相矛盾又紧密联系的问题给传统的矿山水文地质学带来了更多的挑战和机遇,迫切需要新理论、新技术的发展。为了更好的实现矿区未来地下水资源的开采、利用与保护以及采煤安全和区域水资源可持续利用,本文选择长治盆地为重点研究区,从采动引起的覆岩移动入手,在资料分析的基础上,采用相似材料模拟、综合物探、野外监测、现场注(压)水试验的方法,运用水文地质学原理研究了采煤引起含水层结构变异厚度及其渗透性变化特征;在此基础上,以长治盆地集中开采区水文地质条件和野外监测数据为基础,建立了区域地下水流场三维动态模拟试验台,为研究含水层结构变异后的地下水循环机理和水资源重新分布提供技术支撑;本文同时指出了我国矿山水文地质研究目前存在的问题和面临的挑战,分析了矿山水文地质学科的发展趋势,展望了未来相关分支学科和关键核心技术的发展方向与前景。

关键词：矿区采煤驱动水文地质研究进展发展方向

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