为矿井安全保驾护航——记中国煤炭科工集团西安研究院矿山水文地质产业

矿井水害防治专家董书宁董书宁(1961.2—)，男，汉族，陕西蓝田人，工学博士，研究员，博士生导师，国务院政府特殊津贴获得者，陕西省有突出贡献专家，陕西省首届优秀科技企业家，西安市高新区2011年度十大创新人物。

现任中煤科工集团西安研究院院长兼党委副书记，兼任中国煤炭工业协会水害防治专家委员会主任、中国煤炭工业劳动保护科学技术学会水害防治专业委员会主任、陕西省应急管理专家委员会专家组成员兼召集人、西安市水资源学会理事长、第四届国家安全生产专家组专家、国家煤矿安全监察局专家委员会水文地质组副组长等职。

董书宁致力于煤矿带(水)压开采、突水预报及矿区水资源评价与优化管理及岩土工程等方面的研究工作。

先后主持或主参完成了UNDP资助、国家“六五”、“七五”科技攻关、国家工业性试验、国家“973”计划、国家科技支撑计划及省部级等科研项目近30项，其中10项成果获国家、省部级科技进步奖；承担技术咨询、技术服务项目数十项，合著专著5部，其中外文专著1部，公开发表论文30余篇。

通过多年的潜心研究，在诸多方面都有自己的独到见解，如突水系数的灵活应用、突水危险区的计算圈定方法、比拟法在突水预报中的应用和“准三维”在矿区水文地质参数模拟计算中的首次应用等。

——————————————————————————————————————————————煤与煤层气专家张群张群(1958.7—)，男，汉族，安徽巢湖人，工学博士，研究员，博士生导师，国家煤炭工业技术创新优秀人才、陕西省有突出贡献专家，中煤科工集团首席科学家。

现任中煤科工集团西安研究院副院长、党委副书记、纪委书记，兼任中国地质学会-中国煤炭学会煤田地质专业委员会主任、全国煤炭标准化委员会煤岩分会主任、中国煤炭学会煤层气专业委员会副主任等职。

张群长期从事煤层气地质与勘探开发、煤田地质学、煤岩学研究工作，主持和参加国家973计划、国家科技攻关(支撑)计划等国家项目和课题25项，是“大型油气田及煤层气开发”国家科技重大专项“煤层气与煤炭协调开发关键技术”项目的负责人；主持完成重大技术咨询与技术推广项目60余项。

煤矿地质勘查与防治水工作的结合问题探讨【摘要】煤矿地质勘查与防治水工作的结合是矿山安全管理中的重要环节。

本文从煤矿地质勘查的角度出发，探讨了水文地质问题在勘查中的存在，防治水工作在勘查中的作用，以及煤矿地质勘查与防治水工作的结合方式。

通过实践案例分析，揭示了如何有效整合两者，提出了未来的研究方向。

文章认为，煤矿地质勘查与防治水工作的相互结合可以提高矿山安全性，降低事故风险，具有重要的意义。

未来研究可以进一步探讨两者的整合路径，以更好地应对矿山水文地质问题，保障矿山的安全生产。

【关键词】煤矿地质勘查、防治水工作、水文地质问题、安全、结合方式、实践案例分析、整合路径、矿山、研究方向。

1. 引言1.1 煤矿地质勘查与防治水工作的重要性煤矿地质勘查是煤炭资源开发的第一步，对煤矿的后续生产和安全管理具有至关重要的作用。

在进行煤矿地质勘查的过程中，水文地质问题是一个不可忽视的因素。

水文地质问题主要包括地下水的分布、运动规律以及对煤矿工程的影响等方面。

煤矿地质勘查与防治水工作的重要性在于，地下水的存在和运动会直接影响到煤矿的开采和生产，如果不加以有效管理和控制，会给矿山的安全稳定性造成严重影响。

积极开展煤矿地质勘查与防治水工作的结合，可以帮助矿山管理者更准确地了解地下水的状况，及时采取有效的措施进行水的排放和防治，从而提高矿山的安全生产水平。

通过对煤矿地质勘查与防治水工作的结合研究，可以更好地保护煤炭资源，提高矿山的生产效率，减少事故发生的概率，保障矿工的安全。

煤矿地质勘查与防治水工作的重要性不可低估，应引起矿山管理者和相关部门的高度重视。

1.2 研究背景煤炭作为我国主要能源资源之一，在能源结构中占据着重要地位。

而煤矿地质勘查作为煤矿开发的前期工作，对于确保煤矿开采安全、合理利用煤炭资源具有至关重要的意义。

由于煤矿地质条件的复杂性，往往存在着水文地质问题，例如煤层中的地下水含量较高、水文地质条件不稳定等，给煤矿开发带来了诸多隐患。

中煤科工集团西安研究院 KJ117系统使用说明书产品执行标准：Q/MKYX103-2011《KJ117 矿井水情实时监测系统技术条件》警示、警告：本产品在使用当中，不允许随意更换关联配接设备！不得擅自改变本安电路或与本安电路有关元器件的电气参数、规格、型号！格、型号！中煤科工集团西安研究院 KJ117系统使用说明书目录第一章概述 (1)1.1背景与需求 (1)1.2KJ117系统特点 (1)1.3用途与适用范围 (2)1.4环境条件 (2)1.5型号及含义 (3)1.6防爆性能 (3)第二章系统构成与原理 (4)2.1系统构成 (4)2.2工作原理 (5)2.3系统主要技术参数 (7)第三章系统监测中心站安装 (10)3.1中心站配置 (10)3.2系统运行环境 (10)3.3SQL S ERVER 2000安装 (10)3.4运行SQL S ERVER 2000服务 (15)3.5KJ117系统软件安装 (15)3.6系统数据库配置 (19)3.7中心站设备安装 (20)3.8KJJ41远程通信适配器 (20)第四章系统软件功能及操作 (22)4.1系统登陆 (22)4.2参数设置 (23)4.3主站设置 (23)4.4子站设置 (24)4.5测点设置 (25)4.6通信接口设置（RS232串口） (27)4.7实时监测功能 (27)4.8数据存储功能 (29)4.9图形曲线输出功能 (29)4.10数据报表输出功能 (32)4.11系统管理 (38)4.12数据备份 (38)4.13数据还原 (38)第五章井下监测站安装调试 (40)5.1井下监测站组成 (40)5.2KJF43A子站工作原理 (40)5.3KJF43A子站参数设置 (40)5.4井下监测站安装使用 (44)第六章系统通信网络安装 (46)6.1系统通信网络构成 (46)6.2KLY2中继器 (46)6.3通信网络敷设 (46)第七章常见故障及排除方法 (47)7.1主机收不到数据 (47)7.2主机收不到分支网络数据 (47)7.3井下监测站故障 (48)7.4系统显示数据异常 (48)7.5系统提示“没有配置有效的服务器” (48)7.6重装操作系统后，如何恢复数据 (49)第八章随机文件、运输、储存、售后服务 (51)8.1随机文件 (51)8.2运输 (51)8.3储存 (51)8.4售后服务 (51)第一章概述1.1 背景与需求煤炭是我国最重要的一次能源，煤炭工业是我国民经济的主要基础产业，对国家经济发展起着重要的作用。

煤矿巷道双臂探放水钻机阚志涛;邬迪;张幼振;邵俊杰;李旺年【摘要】为提高掘进工作面探放水孔作业的施工效率,研发一款具备2个工作臂、机身窄、移动灵活、稳固调角速度快、可与掘进机交替进行施工的快速成孔钻机;并对钻机的回转器、给进机构及变幅机构3个关键部分的设计进行了研究.试验表明,钻机结构设计合理,能满足掘进工作面探放水快速成孔施工要求,为煤矿巷道安全高效掘进提供了可靠的装备保障.【期刊名称】《煤矿安全》【年(卷),期】2018(049)006【总页数】3页(P102-104)【关键词】掘进工作面;探放水;快速成孔;双臂钻机;变幅机构【作者】阚志涛;邬迪;张幼振;邵俊杰;李旺年【作者单位】中煤科工集团西安研究院有限公司,陕西西安710077;中煤科工集团西安研究院有限公司,陕西西安710077;中煤科工集团西安研究院有限公司,陕西西安710077;中煤科工集团西安研究院有限公司,陕西西安710077;中煤科工集团西安研究院有限公司,陕西西安710077【正文语种】中文【中图分类】TD41近年来，随着煤炭开采深度和强度的加大，重特大透水事故时有发生，特别是在资源整合矿井内部及其周边废弃小煤窑繁多，在煤矿开采过程中，极易沟通采空区积水，造成矿井透水事故[1]。

而掘进工作面又是发生重大以上透水事故的主要地点[2]，因此，国家《煤矿防治水规定》明确指出“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的防治水原则，确保煤矿安全生产。

目前我国大多数煤矿采用常规分体式钻机进行掘进工作面探水孔施工，通常的做法是在掘进巷道侧帮用掘进机施工1个钻窝，然后用钻机进行钻孔施工，而非直接在掘进工作面进行探放水施工，主要原因是常规分体式钻机，主机及泵站的质量大，搬迁移位困难，且每次只能进行1个钻孔施工，不能在短时间施工多个不同方位、角度的钻孔，施工效率无法满足巷道快速掘进的要求[3-11]。

因此，一款可直接在掘进工作面进行多个探水孔施工的高效钻探装备已是当务之急。

沧桑砥砺照征程励精图治谱新篇——记煤炭科学研究总院的发展之路作者：孙晓霞来源：《新材料产业》 2012年第11期本刊记者/ 孙晓霞煤炭科学研究总院（以下简称“煤科总院”），是我国煤炭行业的大型综合性科研开发机构和技术创新基地。

多年来，煤科总院一直是行业科技攻关的主要承担单位，具有较高知名度和较大影响力，在引领煤炭科技、推动煤炭工业进步等方面发挥了重要的作用。

发展历程在坐落于北三环和平里附近的煤科总院大院里，记者有幸采访到了煤科总院康立军副院长。

亲历了煤科总院改革历程的康院长，为记者清晰地讲述了煤科总院一路走来的历程。

煤科总院成立于1957年，曾是原煤炭工业部直属的科研事业单位，1999年转制为中央直属大型科技型企业。

2008年，煤科总院与中煤国际工程设计研究总院实施战略重组，成立中国煤炭科工集团有限公司（以下简称“集团公司”），煤科总院成为集团公司的3个全资子公司之一。

2009年集团公司开始对组织架构进行调整，对其重要三级子公司实施扁平化管理，将三级子公司调整为集团公司二级子公司。

在这样的改革背景下，原属煤科总院的京外院所归集团公司直接管理。

今天的煤科总院，下设北京煤化工研究分院、节能工程技术研究分院、矿山安全技术研究分院、安全装备技术研究分院、检测研究分院、经济与信息研究分院6个分院，致力于节能环保和煤矿安全科学技术研究，继续为煤炭科技的进步而努力。

科技创新谈起煤科总院的研发实力，康院长显得十分自信。

他介绍说，煤科总院建院50多年来，共取得科研成果5600余项，获得国家和省部级科技进步奖、发明奖1000余项，国家级奖200多项，获得各种专利700多项；另外，还承担了煤炭行业70%以上的国家科技攻关项目和行业重点科研项目。

目前，煤科总院以系统、配套、完整、先进的工艺技术和装备，先进和完备的科研试验手段，为煤炭工业的进步提供了强有力的科技支撑。

康院长介绍说，煤科总院在致力于“推动煤炭科技进步”的同时，也以“发展节能环保产业”为企业的使命。

项目名称：蒙陕矿区深部侏罗纪煤田沉积控水规律与水害防控技术体系研究完成单位：中国中煤能源集团有限公司；中煤科工集团西安研究院有限公司项目简介：蒙陕矿区是中煤集团重点建设的亿吨级煤炭基地，位于内蒙古鄂尔多斯市和陕西榆林市辖区。

涉及呼吉尔特、纳林河、榆横等煤炭资源整装完好的三大矿区。

蒙陕矿区侏罗纪煤田水文地质条件较为复杂，煤层埋藏较深（500-700m），煤系地层为复杂的陆相沉积，覆岩结构复杂，上覆含水层厚度大，隔水层少且厚度薄。

区内均为近期开发的新建矿井，由于水文地质勘探程度较低，缺乏成熟防治水工作经验可供借鉴，实际揭露情况与前期勘探阶段的评价预测结果存在较大的差异，建井伊始防治水形势便十分严峻。

主要表现在以下几个方面：其一，对含、隔水层空间展布规律缺乏系统研究，地质分析与预报工作难以开展；其二，缺乏适用于本区的含水层富水性及矿井突水危险性量化评价方法，异常涌水和突水灾害频繁发生；其三，以往矿井涌水量预测计算结果偏差较大（预测值与实测值偏差达50%以上），严重影响矿井设防；其四，缺乏定量化评价顶板水疏放效果的方法，对疏放水工程设计和效果评价停留在定性化和经验判断层面，存在较大的水害隐患；最后，尚未形成一整套适应类似条件的顶板水防治、管控技术体系，采掘过程中涌水量波动幅度大，给矿井生产安全和作业环境带来诸多问题。

因此，迫切需要采取综合技术手段来探查研究矿区水文地质条件，准确预测预报水情水害；研究适用于蒙陕矿区的矿井涌水量预测方法，精准预计矿井不同采掘阶段的矿井涌水量；研究制定并优化形成适合深部侏罗纪煤田且切实有效的防治水技术方案，切实保障矿井安全建设与生产。

建立了矿区煤系地层层序地层格架，分析了各层段沉积体系与构造格架组合关系、岩相古地理演化及沉积相展布规律，精确定位了砂岩含水层位置及展布特征，揭示了特殊的沉积地质条件是控制深部侏罗纪煤田矿井水文地质条件的主要因素，掌握了深部侏罗纪煤田沉积控水规律；基于沉积地质条件，提出富水性分区划分指标。

第32卷10期2020年10月中国煤炭地质COAL GEOLOGY OF CHINAVol.32No.10Oct.2020doi:10.3969/j.issn.1674-1803.2020.10.08文章编号:1674-1803(2020)10-0035-05榆神矿区锦界矿含水层水化学特征及矿井水来源分析董兴玲1,2(1.中煤科工集团西安研究院有限公司,西安㊀710054;2.陕西省煤矿水害防治技术重点实验室,西安㊀710077)摘㊀要:以陕北侏罗纪煤田榆神矿区锦界煤矿为例,开展了煤矿地下水含水层水文地球化学特征研究;并根据矿区含水层及井下矿井水的水化学特征㊁工作面回采导水裂缝带发育高度㊁含水层水位变化等方面的分析结果,确定了矿井水的来源㊂结果表明:该区矿井水接受风化基岩裂隙承压水和萨拉乌苏组潜水的补给;矿井水中裂隙水补给占45%,萨拉乌苏组潜水补给占55%㊂关键词:矿井水来源;水化学特征;含水层水位;导水裂缝带中图分类号:P641.1㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:AAquifer Hydrochemical Features and Mine Water Source Analysisin Jinjie Coalmine ,Yushen Mining AreaDong Xingling1,2(1.Xi an Research Institute,China Coal Technology and Engineering Group Corp,Xi an,Shaanxi 710054;2.Shaanxi Key Laboratory of Coalmine Water Hazard Control,Xi an,Shaanxi 710077)Abstract :Taking the northern Shaanxi Jurassic coalfield Jinjie coalmine in the Yushen mining area as an example,carried out coalminegroundwater aquifer hydrogeochemical features study.Based on aspects of mine area aquifer and underground mine water hydrochemicalfeatures,winning face water conducted fissure zone developed height,aquifer water level variation etc analyzed results have confirmed mine water sources.The result has shown that the mine water has received recharges from weathered bedrock fissure confined water and Xar Us Formation phyreatic water.Mine water recharge from fissure water accounts for 45%,while phreatic water from Xar Us Forma-tion 55%.Keywords :mine water source;hydrochemical features;aquifer water level;water conducted fissure zone基金项目:天地科技股份有限公司科技创新创业资金专项项目(2018-TD -MS073);国家自然科学基金项目(41907264);陕西省自然科学基础研究计划项目(2019JQ -009)㊂作者简介:董兴玲(1982 ),女,山东枣庄人,博士,助理研究员,主要从事矿区水环境保护与生态修复方面的研究工作㊂收稿日期:2020-05-22责任编辑:樊小舟0㊀引言我国西部煤炭资源丰富,煤炭资源量占据全国煤炭资源总量的70%以上,神东㊁陕北㊁黄陇㊁新疆4个亿吨级煤炭基地在国民经济基础能源供给中肩负着主要角色[1-2]㊂然而该地区的水资源仅占全国的8.3%,水资源短缺已严重制约了该地区煤炭开发和下游产业的发展[3-4]㊂其中榆神矿区地处毛乌素沙漠与陕北黄土高原的接壤地带,水资源贫乏,且蒸发量大于降雨量,生态环境脆弱,科学㊁合理利用水资源对于煤矿区健康发展至关重要[5]㊂因此,研究矿区矿井水的来源与组成特征,是矿井水利用的前提㊂煤炭的开采促进了区域经济的发展,良好的生态环境和丰富的水资源也是经济发展的重要保障㊂然而,榆神矿区煤炭资源开采是否会造成浅部第四系地下水资源的漏失,对工农业生产和生活产生影响,需要开展相关研究㊂目前主要通过水文地球化学特征㊁覆岩破坏发育特征㊁含水层水位观测等分析井下矿井水的来源[6-8],但是采用其中单项技术手段,现场往往存在实际困难,包括未开展这方面的工作,判断依据不充分等,导致判别井下矿井水来源成为长期存在的难题㊂因此,本研究在对榆神矿区锦界矿开展矿区含水层水文地球化学特征㊁井下矿井水水化学特征㊁工作面回采导水裂缝带发育规律㊁含水层水位变化等方面的研究,实现对研究矿区的井下矿井水来源的准确判断,以期为煤矿区水资源保护与利用提供理论基础㊂1㊀地质及水文地质条件锦界煤矿位于榆林市神木县境内,地处榆神矿区二期规划区的西北部,可采储量15.78亿t,矿井36㊀中㊀国㊀煤㊀炭㊀地㊀质第32卷设计能力1000万t,首采煤层为3-1和4-2㊂矿区地表绝大部分被第四系沉积物覆盖,地层由老至新依次为:三叠系上统永坪组,侏罗系中统延安组㊁直罗组,新近系上新统保德组,第四系中更新统离石组,上更新统萨拉乌苏组㊁全新统风积沙及冲积层㊂煤矿煤层埋藏浅,区内水文地质条件简单,依据赋存条件及水力特征,煤矿地下水主要含水层有松散层孔隙潜水(沙层水)和直罗组孔隙裂隙承压含水层(风化岩水层),前者包括河谷冲积层潜水和萨拉乌苏组潜水,局部区域存在烧变岩孔洞裂隙潜水㊂第四系松散沙层含水层属孔隙类含水层,以青草界泉域为中心,含水层厚度变化较大,为0~64.10m,其中青草界沟下游10~15m,上游10~30m,最大厚度64.10m(图1)㊂单位涌水量0.116~1.7217L /(s.m),富水性中等,主要接受大气降水直接补给为主,沿黄土及红土顶面向古冲沟㊁青草界沟和河则沟潜流运移,以泉的形式排泄为主㊂在土层缺失区,沙层水下渗补给直罗组风化岩裂隙水,为3-1煤层开采时局部充水水源㊂虽然补给条件良好,但因受区域降雨量小的影响,补给量一般㊂直罗组风化基岩含水层全区分布㊂岩层风化强烈,岩心疏软碎裂,裂隙发育,具有良好的渗透性及储水条件,一般多显示承压水水力特征,局部具潜水水力特征㊂风化岩层厚度0~83.75m,平均32.0m㊂青草界沟流域厚度为0~10m,青草界沟以南厚度20~40m,最大值62.02m㊂单位涌水量0.0173~0.6504L /(s.m),平均0.24952L /(s.m),富水性中等㊂主要接受区域侧向补给和上部第四系地下水通过黄土 天窗 的渗透补给,沿正常基岩面由高向低运移至河谷区出渗和顶托越流排泄㊂为3-1煤层开采时直接及主要充水水源,补给条件一般㊂图1㊀锦界煤矿地表水系Figure 1㊀Surface hydrographic net in Jinjie coalmine2㊀样品采集与分析首先收集了该地区地质勘探㊁水文补勘或矿井建设生产过程中的水质资料,开展了矿井含水层水文地球化学特征研究;此外,中煤科工集团西安研究院有限公司于2020年1月15日对该煤矿的井下排水进行了现场取样,共采集水样6组,在陕工勘水土检测中心进行水质指标测试㊂主要检测指标包括常规阴阳离子㊁pH 值㊁总硬度㊁总矿化度(TDS)等㊂3㊀含水层水化学特征及差异3.1㊀水化学特征3.1.1㊀第四系含水层该层主要包括河谷冲积层(Q al 4)㊁风积沙(Q al4)㊁和萨拉乌素组河湖相沙层(Q s3)㊂其中,青草界沟以北风积沙与萨拉乌苏组累计厚度为10~76.10m;青草界沟之南10m 左右㊂沙层广覆地表,结构松散㊁地形地貌极易接受大气降水补给㊂含水层地下水的水化学特征具体表现为:pH 值在8.0左右,矿化度为240~390mg /L,属于弱碱性淡水㊂阳离子主要以Ca 2+为主,质量分数平均为52.68mg /L,其次为Na +和Mg 2+;阴离子以HCO -3为主,平均质量分数为193mg /L,其次为SO 2-4和Cl -㊂地下水的水化学类型为HCO 3-Ca 型㊂3.1.2㊀风化基岩含水层含水层层厚0~83.75m,除青草界沟外全区分布㊂总的趋势青草界沟及井田南部㊁东部较薄,其余地段较厚㊂全组岩层风化强烈,岩心疏软碎裂,少数钙质胶结砂岩硬度大,裂隙发育,具有较好的渗透性及储水条件,一般多显示承压水水力特征,局部具潜水水力特征㊂含水层地下水的水化学特征具体表现为:pH 值为7.7~8.2,平均矿化度为267mg /L,属于弱碱性淡水㊂阳离子主要以Ca +为主,质量分数平均为44mg /L,其次为Na +和Mg 2+;阴离子以HCO -3为主,平均质量分数为171mg /L,其次为SO 2-4和Cl -㊂地下水的水化学类型为HCO 3-Ca㊂3.2㊀水化学特征差异首先对各含水层的盐分(即矿化度)特征差异分析,再利用aquachem 水化学软件绘制Piper 三线图(图2㊁图3)㊁水样化学成分Stiff 图(图4)等,比较直观地确定各含水层的水化学差异性㊂3.2.1㊀水化学特征总体差异性煤矿地表大部分被第四系风积沙所覆盖,结构松散,极易接受大气降水补给㊂第四系含水层与大气降水的水力联系密切,其径流受地形控制,地下水径流路径较短,水循环积极,使得降雨入渗过程中只10期董兴玲:榆神矿区锦界矿含水层水化学特征及矿井水来源分析37㊀溶解了少量矿物质而使水中含有不同离子组分,形成了以溶滤成因为主的㊁低矿化的重碳酸盐型淡水,矿化度平均为281mg /L,pH 值为8.0,属于弱碱性淡水(DSX1-DSX5);由于部分区域中更新离石黄土与新近系红土隔水层局部缺失,风化基岩通过土层隔水层 天窗 发生水力联系,水力联系相对较好,导致该含水层水化学特征与第四系基本一致,矿化度平均为267mg /L(JY1-JY6)(图2)㊂图2㊀各含水层水中TDS 特征Figure 2㊀Aquifers total dissolved solid features3.2.2㊀水化学Piper 图从图3可以看出,第四系阳离子组分点主要分布在Ca 2+-Na +线偏上部,Mg 2+相对较为稳定㊂全部样品点位靠近Ca 2+端元,阴离子全部靠近HCO -3-Cl-线且落在HCO -3端元,直观的显示出HCO -3-Ca 型水的水质特点,即低矿化度溶滤水的水质类型,表现出第四系含水层直接接受大气降水的补给,径流条件相对较好,循环交替积极的特点;煤层上覆基岩含水层地下水在piper 三线图所处位置和第四系基本一致,这是因为该含水层地下水与上覆第四系之间保德组红土隔水层部分缺失,可通过土层隔水层 天窗 与第四系含水层发生水力联系,导致该含水层水化学特征与第四系基本一致,也显示出HCO -3-Ca型水的水质特点㊂图3㊀含水层水化学piper 三线图Figure 3㊀Aquifer hydrochemical Piper trilinear nomograph3.2.3㊀水化学Stiff 图按照水样中各成分的摩尔浓度百分比,绘制水化学Stiff 图(图4)㊂从图4中可以看出,第四系与煤上基岩的Stiff 图形形状基本一致,表明二者具有一致的补给水源㊂4㊀矿井水来源分析4.1㊀导水裂缝带发育高度导水裂隙带计算参考‘煤矿防治水手册“中的经验公式进行计算㊂H 裂=100M0.26M +6.88ʃ11.49(1)式中:H 裂为导水裂隙带的最大高度,m;M 为煤层有效采厚,m㊂按照公式(1),3-1煤开采导水裂缝带高度为28.3~59.8m㊂同时,矿方于一盘区93104工作面开图4㊀含水层水化学Stiff 图Figure 4㊀Aquifer hydrochemical Stiff diagram38㊀中㊀国㊀煤㊀炭㊀地㊀质第32卷展了顶板 两带 发育高度实测工作,实测结果显示,冒采比为3.8,裂采比为13,根据实测值预测导水裂隙带为43.4m㊂3-1煤层上覆基岩厚度在青草界沟及两侧㊁井田东北角和井田西部J1307-J1107钻孔地段小于导水裂缝带发育高度,导水裂隙将直接沟通风化基岩含水层,局部导水裂隙则沟通了松散沙层潜水,特别是青草界沟谷地带及土层缺失的 天窗 地段㊂4.2㊀含水层水位变化规律煤矿第四系地下水位变化特征如图5所示,可以看出地下水位呈明显下降趋势,可见3-1煤开采导水裂缝带高度尚发育至该含水层㊂图5㊀第四系地下水位变化特征Figure 5㊀Quaternary groundwater level variation features煤矿风化基岩地下水位变化特征如图6所示,可以看出地下水位埋深从2018年6月的18.35m 下降至2018年12月份的25.81m,下降幅度高达0.045m /d,可见31煤开采导水裂缝带高度已经发育至该含水层㊂图6㊀风化基岩地下水位变化特征Figure 6㊀Weathered bedrock groundwater variation features4.3㊀矿井水水化学特征本次研究采集的锦界煤矿井下矿井水来自井下中央水仓(矿井水处理站进水)㊂煤炭开采过程中形成的井下涌水,主要来自覆岩导水裂缝带范围内含水层,煤矿井下矿井水的水化学特征具体表现为(图7):pH 值为8.10,矿化度为276.00mg /L,属于弱碱性淡水㊂阳离子主要以Ca 2+为主,质量分数为46.10mg /L,其次为Na +和Mg 2+;阴离子以HCO -3为主,质量分数为207.00mg /L,其次为SO 2-4和Cl -,矿井水的水化学类型为HCO 3-Ca 型㊂图7㊀矿井水中TDS 特征Figure 7㊀Mine water total dissolved solid features4.4㊀矿井水与含水层水化学差异将矿井水与各含水层地下水进行水化学特征比较,从图8可以看出,煤矿矿井水中矿化度㊁主要阴阳离子浓度㊁水化学类型等,均与基岩及第四系下水接近㊂图8㊀矿井水和含水层水化学piper 三线图Figure 8㊀Mine water and aquifer hydrochemical Pipertrilinear nomograph利用Piper 三线图(图8)和Stiff 图(图9)则进一步看出,煤矿矿井水在Piper 三线图中的位置与第四系㊁基岩地下水所处位置基本一致㊂Stiff 图也进一步证明,矿井水与第四系及基岩地下水的Stiff 图形状特征基本一致,表明各水样点的化学组分及比重较为接近,这些地下水具有相同的补给来源㊂4.5㊀矿井水来源分析基于煤矿地层结构㊁含隔水层空间展布和煤层10期董兴玲:榆神矿区锦界矿含水层水化学特征及矿井水来源分析39㊀图9㊀矿井水和含水层水化学Stiff 图Figure 9㊀Mine water and aquifer hydrochemical Stiff diagram顶板导水裂缝带发育,对煤矿各含水层地下水和矿井水水化学特征研究㊂结果发现,煤矿矿井水的水化学特征与第四系及基岩地下水接近,结合导水裂缝带发育高度和地下水位动态变化特征(风化基岩急剧下降,第四系明显下降),可以初步判断矿井水来源于基岩和第四系地下水㊂两种不同类型矿井水的混合比例可以通过下式求出:δsample =XδA +(1-X )δB(2)式中:X 为A 型水与B 型水的混合比例;δsample 为混合后样品的同位素δD ㊁δ18O 值;δA 为A 型水的同位素δD ㊁δ18O 值;δB 为B 型水的同位素δD ㊁δ18O 值㊂根据煤矿地下水的补排关系及水化学特征,矿井水接受风化基岩裂隙承压水和萨拉乌苏组潜水的补给,矿井水δD 为-72ɢ,裂隙水δD 为-78ɢ,萨拉乌苏组潜水δD 为-64.75ɢ,利用上述公式(2)计算可以得出矿井水中裂隙水补给占45%,萨拉乌苏组潜水补给占55%㊂5㊀结论1)煤矿地下含水层的水化学特征与第四系及基岩地下水接近,其水化学类型为HCO 3 Ca 型,该地区地表大部分被第四系风积沙所覆盖,结构松散,极易接受大气降水补给㊂2)综合采用水化学特征分析㊁导水裂缝带测试成果统计和地下水位观测数据分析,确定了煤矿矿井水的来源,该地区矿井水接受风化基岩裂隙承压水和萨拉乌苏组潜水的补给,矿井水δD 为-72ɢ,裂隙水δD 为-78ɢ,萨拉乌苏组潜水δD 为-64.75ɢ;采用同位素分析技术,根据同位素质量守恒定理,计算得出矿井水中裂隙水补给占45%,萨拉乌苏组潜水补给占55%㊂参考文献:[1]谢和平,吴立新,郑德志.2025年中国能源消费及煤炭需求预测[J].煤炭学报,2019,44(07):1949-1960.[2]王双明,段中会,马丽,等.西部煤炭绿色开发地质保障技术研究现状与发展趋势[J].煤炭科学技术,2019,47(2):1-6.[3]叶贵均.西北五省(区)煤炭资源水资源及生态环境[J].煤田地质与勘探,2000,6(1):39-42.[4]张东升,李文平,来兴平,等.我国西北煤炭开采中的水资源保护基础理论研究进展[J].煤炭学报,2017,42(1):36-43.[5]申涛,马雄德,戴国锋.浅埋煤层开采的矿井水来源判别[J].中国煤炭地质,2011,23(10):35-38.[6]刘基,杨建,王强民,等.榆林市矿区浅层含水层水质现状及水化学特征研究[J].煤炭科学技术,2018,46(12):61-66.[7]王强民,孙洁,刘基,等.神府榆矿区地表水化学特征及水环境质量评价[J].干旱区资源与环境,2018,32(9):190-195.[8]陈陆望,刘鑫,殷晓曦,等.采动影响下井田主要充水含水层水化学环境演化分析[J].煤炭学报,2012,37(S2):362-367.。

煤矿矿井水处理技术现状与展望目录一、内容概要 (2)二、煤矿矿井水处理技术现状 (3)三、煤矿矿井水处理技术现状分析 (4)3.1 现有技术的主要特点 (6)3.2 技术应用中的成功案例 (7)3.3 存在的主要问题和挑战 (8)四、煤矿矿井水处理技术展望 (10)4.1 技术发展趋势预测 (11)4.1.1 高效节能技术的应用 (12)4.1.2 智能化技术的应用 (13)4.1.3 绿色可持续发展技术的应用 (14)4.2 未来矿井水处理技术的关键领域 (16)4.2.1 深度处理技术领域 (17)4.2.2 矿井水回用技术领域 (18)4.2.3 自动化与智能化技术领域 (20)五、技术改进与创新的建议 (21)5.1 加强科技创新，提高处理效率 (22)5.2 推广先进工艺，提升产业水平 (23)5.3 强化人才培养，增强技术创新能力 (24)六、结论 (26)6.1 对当前煤矿矿井水处理技术的总结 (26)6.2 对未来煤矿矿井水处理技术的展望 (28)一、内容概要随着全球经济的快速发展，煤炭作为主要能源资源的需求不断增加，煤矿矿井水的排放问题日益严重。

煤矿矿井水处理技术的研究和应用对于保障水资源安全、提高煤炭开采效率和实现绿色矿山建设具有重要意义。

本文将对当前煤矿矿井水处理技术的现状进行分析，并对未来发展趋势进行展望。

煤矿矿井水主要包括地下水、地表水和井下废水。

地下水是矿区居民生活用水和工业用水的重要来源，地表水则是矿区生态环境的重要组成部分。

随着煤炭开采的不断扩大，矿井水量逐渐增加，矿井水污染问题日益严重。

主要污染源包括：采煤过程中产生的废水、煤矸石堆场渗滤出的水、地面塌陷引起的污水等。

这些污染物对地下水和地表水造成严重污染，影响矿区居民的生活和生态环境。

针对煤矿矿井水的处理技术主要包括物理处理、化学处理和生物处理等方法。

物理处理方法主要包括沉淀、过滤、吸附等技术，适用于去除悬浮物、颗粒物等污染物；化学处理方法主要包括中和、氧化还原、沉淀等技术，适用于去除重金属离子、有机物等污染物；生物处理方法主要包括好氧生物处理、厌氧生物处理等技术，适用于去除有机物、氮磷等污染物。

2024.02 矿业装备 / 590 引言尽管我国能源结构总体上在不断优化，多种类型的清洁能源得到了广泛的应用，但随着煤炭产业的转型升级，尤其是煤炭资源依然是我国的战略性安全能源，煤炭产业在我国的地位依然十分重要。

然而，就目前的情况来看，随着我国煤炭工业的发展，向深层开发方向发展已势在必行。

从目前矿井防治水的角度来看，钻井是矿井防治水的重要手段，采用定向钻井技术可以提高矿井防治水的成效。

所以，在矿井防渗水条件下，研究和分析了定向钻工艺在矿井防渗水条件下的应用，具有一定的现实意义。

1 定向钻进技术的概述目前，随着我国科学技术的发展，煤炭资源的开发利用，煤炭资源开发利用的技术与装备日趋成熟，对煤炭资源开发与利用的需求也随之提高。

定向性钻进技术可以根据资料信息进行准确的勘探工作。

为了能够有效地应用定向钻进技术，需要采用相应的采矿装备，使其在矿井的生产中更好地发挥其功能，为矿井的生产提供方便和辅助。

将定向钻进技术应用到煤矿地质防治水工作中，能够科学、精确地定位某些钻孔的轨迹，保证钻头能够正确、稳定地找到并到达地下工作面，这大大提高了我国矿山勘探的效率和效果，也为煤炭开采中的有关工作人员的身心健康提供了一种有效的保证[1]。

2 定向钻进技术的优势当前，随着科学技术的进步，将定向钻进技术应用于矿井的地表水防治，已成为当今时代发展的必然趋势，并在实践中得到了很好的应用，从而保证了矿井的地表水防治工作能够更好的进行。

在现实的调研中，定向钻进技术能够有效地利用随钻测量技术及其各种技术功能，准确的计算出矿井的地表3D 坐标，能够在构造点的某些钻井内部形成一定数目的分支孔，再通过定向开树枝技术来计算该点的3D 坐标，便于对矿井进行勘探，从而为矿井的开发工作带来了便利。

通常，在进行地质勘探工作以后，工作人员能够对两个或多个3D 坐标的数据和信息进行采集和计算，进而对其进行分析和研究，更好的查明水患发生的位置，并根据其信息和数据来改善和完善采矿的方法和防控的措施，使矿山的地质条件更适合于采矿的需要，达到采矿的标准，从而保障采矿工作能够顺利进行，进定向钻进技术在煤矿地质防治水工作中的应用分析西伟东（霍州煤电云厦防治水工程技术分公司，山西霍州 031400）摘要：在煤炭开采过程中，经常会遇到水灾害的问题，对整个开采工作造成很大的影响。