含水层富水性分区及工作面疏放水后涌水量分段预测

风化基岩与烧变岩含水层严重威胁着陕北侏罗纪煤田矿井的安全生产,精确预测其富水性与工作面涌水量对矿井防治水具有重要意义。针对具有密切水力联系的风化基岩与烧变岩含水层,以陕西红柳林煤矿15217工作面所在区域为研究区,选取含水层厚度、岩性组合指数、岩石烧变及风化程度指数、岩心采取率为评价指标,提出了基于蝠鲼觅食算法优化支持向量机的含水层富水性预测方法,通过对风化基岩与烧变岩含水层富水性的精准分区预测,将工作面划分为不同富水等级的区段。在此基础上,分析经过长时间井下疏放水后的工作面采前水文地质条件,利用动静储量法对工作面不同富水等级区段的涌水量进行预测,与矿井生产过程中的涌水量实测数据相比,涌水量预测结果误差整体较小,介于0.30～6.98 m³/h,表明此预测方法可行度与准确率较高,为红柳林煤矿及类似条件矿井工作面涌水量预测提供了新的思路与方法。     

鄂尔多斯盆地北部深埋区“地貌—沉积”控水关键要素研究

鄂尔多斯盆地北部深埋煤田区地表主要有沙漠、基岩台地和黄土沟壑等地貌类型,沙漠区工作面涌水量比其他地貌区大1~2个数量级。为了查清煤层顶板直接充水含水层补给水源、导水通道和充水强度的控制要素,从地形地貌和地质沉积方面开展了研究,结果表明:沙漠地貌地势平缓,降水入渗系数大,第四系厚度大、富水性强,为下伏含水层提供了丰富的补给水源;基岩台地和黄土沟壑地貌,地形起伏大,降水入渗系数极小,浅部地层富水性极弱,是下伏含水层补给能力较弱的水源。陆相沉积形成的砂泥岩互层结构,不存在区域性稳定隔水层,各层段均属于弱-中等富水性含水层,3个矿井的白垩系含水层水位下降了20~130 m,证明浅部与深部含水层存在较密切的水力联系。煤层顶板主要发育七里镇砂岩和真武洞砂岩含水层,为厚度较大的中粗砂岩段,直接充水含水层地质沉积条件相似,但是沙漠区工作面顶板钻孔水量、累计预疏放水量和采空区涌水量均远大于其他地貌区,直接充水含水层富水性主要受地貌控制,深部含水层的水源为大气降水和第四系含水层。沙漠地貌区的不同矿井,工作面顶板钻孔水量、累计预疏放水量、采空区涌水量也存在较大差异,该差异与直接充水含水层厚度和岩性等有关,反映了地质沉积条件也是控制含水层富水性的重要因素。地形地貌和地质沉积是控制直接充水含水层富水性和工作面涌水量的关键要素。     

青草界泉域水文地质条件及矿井涌水量分析

论述了榆神矿区青草界泉域的水文地质条件,该泉域建设有锦界煤矿,认为青草界泉域萨拉乌苏组含水层厚度大,富水性强,泉域内煤层埋藏浅,煤层开采后产生的冒落带、裂隙带发育到萨拉乌苏组含水层底部,从而加大矿井涌水量。     

钻孔单位涌水量换算的理论与实践

单位涌水量是评价煤矿区含水层富水性强弱和划分矿井水文地质类型的重要指标之一。分析了单位涌水量换算的意义及煤矿钻孔实际抽水资料,研究了具有三次降深、二次降深及一次降深资料单位涌水量换算的方法,结合某煤矿的实际抽水资料进行了验证,计算结果符合该煤矿区含水层富水性的实际情况。      

宁夏红石湾煤矿涌水量评价

在分析红石湾煤矿区地质及水文地质条件的基础上,对矿井的充水因素进行了论述,认为区内的古近系孔隙水含水层分布广,厚度大,富水性较强,但由于其距首采区的主采煤层(三煤)较远,导水裂隙带的最大破坏高度尚未达到该含水层,且其间有近20m厚的隔水层,所以该含水层对煤矿开采影响较小;影响区内煤矿涌水量的主要含水层为二叠系石盒子组砂岩含水层和山西—太原组砂岩含水层。采用富水系数比拟法、狭长水平巷道水动力学法、大井法对煤矿涌水量进行了计算,通过对各种计算方法适应性的评述及计算结果的对比,最后选用狭长水平巷道水动力学计算结果作为矿井正常涌水量,大井法计算结果作为矿井的最大涌水量。     

榆神矿区南部中小煤矿突水危险性研究

论述了榆神矿区部分中小煤矿突水实例,分析了矿井突水的地质、水文地质条件,认为,榆神矿区萨拉乌苏组含水层厚度大,富水性强,煤层埋藏浅,煤层开采后产生的冒落带、裂隙带发育到萨拉乌苏组含水层底部,从而引起突水灾害。本文提出了矿井突水预测的思路和方法,认为应该加强矿井水文地质条件研究,开展水文地质补充勘探,查明水文地质条件,做好防治水工作,减少矿井涌水量,保护萨拉乌苏组含水层结构完整性。     

基于GIS的煤层顶板含水层富水性评价

为减少单一赋权法在评价含水层富水性方面的不足,以韩家湾煤矿为例,在综合分析矿井地质、水文地质条件的基础上,选取含水层的厚度、岩心采取率、砂岩粒度指数、砂地比以及砂泥交互层数作为影响富水性的主控因素,分别利用模糊层次分析法、CRITIC法获得各主控因素的主、客观权重,通过博弈集合理论得到综合权重,进而基于GIS平台对含水层的富水性进行分区评价。结合钻孔单位涌水量、矿井出水点的分布结果对含水层的富水性分区结果进行验证。结果表明:研究区富水性整体呈现由中部向两侧逐渐减弱的趋势,该模型的评价结果与实际情况相吻合。     

基于ArcGIS的洛河组含水层富水性评价

含水层富水性评价是矿井涌水量预测与水害防治的重要基础。选取彬长文家坡煤矿41盘区4号煤层顶板白垩系洛河组含水层的厚度、孔隙度、含水率、上段视电阻率、下段视电阻率和冲洗液消耗量6个主控因素,利用层次分析法（AHP）确定各主控因素的权重。在ArcGIS数值可视化软件上对各影响因素的矢量图进行归一化处理和叠加分析,构建了基于多因素融合的含水层富水性评价模型,并对41盘区富水性进行了分区评价。利用钻孔单位涌水量和4101工作面涌水量变化数据对洛河组富水性评价结果进行了验证分析,结果表明该模型的分区评价结果与实际符合,为彬长矿区洛河组含水层富水性评价提供了重要依据。      

宁正矿区洛河组含水层水文地质特征及防治对策

洛河组含水层是宁正矿区最主要的直接充水含水层。为了给矿井安全高效绿色开采提供科学依据,从洛河组含水层的岩性、富水性、水化学、裂隙、补给径流排泄特征以及与煤层的关系等方面,分析了含水层特征,研究了对矿区生产的影响,并提出了防治对策。结果表明,洛河组含水层地层松散,结构破碎,胶结程度差,孔隙发育,富水性强,矿化度高,与煤层距离近,是影响煤层开采的主要充水含水层。因此,需要重点查明洛河组含水层富水性规律、导水裂隙带发育高度及规律等,开展矿井水涌水机理、砂岩注浆试验、矿井水资源化处理及利用等技术的研究,为矿井防治水提供科学依据。     

宁夏红柳煤矿直罗组下段含水层富水性评价

宁夏红柳煤矿自2009年9月份开始回采以来,矿井首采工作面2#煤顶板多次发生较大规模涌水,造成了较大的经济损失。在综合分析井田水文地质条件基础上,研究影响含水层富水性的多个地学信息,确定了含水层厚度、单位涌水量、渗透系数、脆塑性岩厚度比、岩心采取率、冲洗液消耗量等6个主控因素;应用基于GIS的层次分析法(AHP),确定了各主控因素对富水性影响的权重,计算出了富水性指数,最后建立了富水性分区图,对矿井安全生产具有指导作用。     

广西碎屑岩地区电法找水实例

据统计,"十二五"期间,广西抗旱找水成井1 747口,电法在岩溶地区找水成功率为75%,在碎屑岩地区为10%,两者成井率相差较大。碎屑岩地区与岩溶地区地层岩性、水文地质条件明显不同,是电法找水效果差异大的主要内因。碎屑岩地区地层岩性主要以泥类岩、砂类岩和砾岩为主,其中泥类岩、砂类岩中的粉砂岩、细砂岩地层含水条件差,该类岩层属低阻岩层,是电法找水干扰层,不是目标层;砂类岩中的粗砂岩和砾岩层属硬脆性岩层,在应力作用下易形成裂隙含水,该类岩层属中高阻岩层,是电法找水主要目标层;此外,碎屑岩地区岩相显著变化的层面上层理裂隙较发育,富含地下水,也是电法找水的主要目标。通过实例分析,总结碎屑岩地区电法找水经验,供今后碎屑岩地区电法找水提供参考。     

鄂尔多斯盆地白垩系含水层系统分析

从地下水含水层系统的角度对鄂尔多斯盆地白垩系地下水系统进行了划分和分析。由于下白垩系统保安群为一套陆相碎屑岩建造,岩性复杂,由砂岩、粉砂岩和泥岩组成的频繁交替、重复叠置的多层层状结构,决定了鄂尔多斯白垩系自流水盆地是多层结构的地下水系统。这种重复叠置的多层层状地质结构,决定了地下水含水层系统的多层性、承压性及层与层之间的相对封闭性。根据沉积旋回和含水介质的性质,在全盆地范围内把白垩系地下水系统从上向下划分为：罗汉洞含水岩组、环河含水岩组和洛河含水岩组。通过对这3大含水岩组分别进行了分析认为,洛河含水岩组和环河含水岩组分布范围广、,含水层厚度大、天然资源丰富,是盆地区具供水意义的主要含水岩组。罗汉洞含水岩组因分布面积小,含水层厚度差异大、水质变化大,除陇东地区外,大部分地区供水价值较小。     

Strontium isotopic evidence on the chemical evolution of pore waters in the Milk River Aquifer,Alberta, Canada

Strontium isotope ratios were measured on 13 rock, 18 leachate and 28 pore-water samples from the Milk River aquifer, the confining argillaceous formations, and the glacial till mantling the recharge area. Strontium isotope ratios (⁸⁷Sr/⁸⁶Sr) of pore waters from the aquifer, confining units, and the glacial till ranged from 0.7069 to 0.7082. The ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratios in aquifer pore waters decrease with increasing distance from the aquifer recharge area, and this is interpreted to be the result of mixing and water–rock interaction within the aquifer.The solute composition of the recharging groundwater is modified by the local lithology, causing distinct geochemical patterns along different flow paths within the aquifer. Whole-rock ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratios indicate that the shales and till are generally more radiogenic than the aquifer sandstone. The authigenic carbonate cements and rock-forming minerals comprising the major lithologic units had little apparent influence on the pore-water Sr chemistry. Carbonate cement leachates from the till and the aquifer sandstone are more radiogenic than those from the confining shale formations. Feldspar separates from the aquifer sandstone have relatively radiogenic Sr isotope ratios, whereas bentonites from the Milk River and Colorado Shale Formations have whole-rock and leachate Sr isotope ratios that are relatively unradiogenic. Ratios of most Milk River aquifer pore waters are lower than those of any leachates or whole rocks analyzed, except the bentonites.The ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratios of exchangeable Sr in the bentonites are similar to ratios found in the more evolved pore waters. Simple rock–water interaction models calculated for the whole-rock, leachate, and exchangeable-ion/pore-water pairs indicate that ion exchange with bentonite clays within the Milk River and Colorado Shale Formations appears to influence the isotopic evolution of the pore-water Sr in each of these units.     

鄂尔多斯盆地北部深埋煤层工作面涌水量预测方法

鄂尔多斯盆地北部侏罗纪深埋区中生代地层以河流相沉积为主,呈分阶段的多旋回演化特点,导致煤层顶板含隔水层交替分布;由于地表大部分为毛乌素沙漠,降水入渗补给系数大,第四系松散层储水能力强,充足的补给水源造成煤层顶板直接充水含水层富水性较强,其中最主要的充水含水层为七里镇砂岩,以七里镇砂岩为关键层,将煤层至七里镇砂岩概化为一个直接充水含水层。承压水井大降深抽水时,当井中水位低于含水层顶板,井附近的含水层会出现无压水流区,形成承压–无压水井,采用分段法计算流向井的流量,包括无压水区和承压水区。实际工作面回采过程中,井中水位已降低至煤层底板;传统的承压–无压水井公式假设条件为井径较小(≤m级),而实际工作面回采过程中,随着覆岩导水裂隙带对七里镇砂岩关键充水含水层的破坏,导致整个煤层顶板形成巨大的采空区疏水井(102~103 m级),且该采空区疏水井半径逐渐增大,传统公式适用性不高。基于《地下水动力学》中的承压–无压水井公式,结合鄂尔多斯盆地北部深埋煤炭开采过程中采空区疏水井演化过程,建立适合于深埋区开采扰动下的采空区疏水井承压–无压水公式;以葫芦素煤矿首采工作面为研究对象,利用地质勘探和井下揭露获得的相关水文地质参数,计算葫芦素煤矿首采工作面回采过程中涌水量。结果表明:工作面回采初期,由于导水裂隙带未充分发育,尚未沟通七里镇砂岩,此阶段实际涌水量偏小;中后期导水裂隙带发育至七里镇砂岩,涌水量计算值与实际值较为接近,证明深埋煤层工作面涌水量计算公式可较准确地预测研究区工作面回采过程中的涌水量。本次建立的深埋工作面涌水量计算公式,广泛适用于我国西部侏罗纪煤田区,可为深埋煤田区煤炭资源安全开采提供科学的水害防治依据。      

吉林省西部平原新近系碎屑岩控水机理分析

吉林省西部平原新近系碎屑岩含水层是地下水主要开采层,本文主要对西部平原新近系碎屑岩控水机理分析探讨。     

Discrimination between different water bodies from a multilayered aquifer (Kaluvelly watershed,India): Trace element signature

In the multilayered aquifer of Kaluvelly (India), comprising various sedimentary layers overlying a charnockitic basement, concentrations of trace elements were measured in aquifer formations and in groundwaters to identify geochemical tracers for water bodies. The two main sandstones (Cuddalore and Vanur) originate from the charnockites and the Cuddalore sandstone has experienced lateritization. In the studied area, two charnockite end-members were identified: a dioritic and a granitic one. Mineralogical composition and whole-rock Ti concentrations confirmed the charnockite which displayed the granitic composition as the parent rock of the two sandstones. Titanium distribution indicates that the Cuddalore sandstone originates from a more intense weathering of the parent material than the Vanur sandstone. Despite extensive differences in trace element contents recorded in aquifer formations, only a few trace elements were suitable to distinguish the water bodies. Among soluble elements, Li (in the Vanur aquifer) and Ba (in the charnockite and carbonaceous aquifers) can be used as tracers. As the input of these elements in solution is mainly regulated by the available stock, for a given mineralogical origin there is a direct link between the aquifer formation composition and water signature. With the exception of As, concentrations of redox-sensitive elements were not preserved during pumping because of oxidation, preventing their use as tracers. Low-mobility elements such as La, Ce, Th, Zr, Nb, Hf, or Ta were too insoluble to be detected in waters and/or to record the aquifer formation signature. Their input in solution was not regulated by the available stock but by the dissolution rate of rock-forming minerals. Only Ti can be used to distinguish between two out of the three aquifers (charnockite and Vanur). The specific behavior of Ti recorded in these waters may be linked to rutile inclusions within plagioclases and to the influence of climate on Ti solubility.     

翁牛特旗--库伦旗一带严重缺水区的地质环境及找水途径

翁牛特旗--库伦旗一带为西辽河平原周边的严重缺水区.通过分析研究区地下水形成的地质环境,认为降水量、地形地貌、岩性构造和地下水循环是造成研究区严重缺水的主要因素,地层岩性和新构造运动是影响地下水富集的决定性因素.指出要加强含水层的岩性和构造、基岩区的断裂性质和产状的研究,并提出在基岩区、低山丘陵区寻找构造裂隙水和断裂带脉状水是解决研究区严重缺水的较好途径.     

陕北侏罗纪煤田三角洲平原沉积环境及其岩石力学特征

三角洲平原沉积环境是陕北侏罗纪煤田煤炭资源的主要形成环境之一,为获得不同环境煤层顶板岩石力学参数特征,进一步探究沉积环境与岩石力学特征之间的关系,首先从区域沉积环境分析入手,然后运用岩心精细描述、沉积构造分析、地球物理测井分析等技术,识别微相、划分顶板沉积微相类型及其组合特征;之后对不同沉积环境中不同位置、不同岩性的岩石进行系统地分层采样和测试分析;最后综合分析煤层顶板各沉积微相的岩石力学特征。结果表明,煤层直接顶板以泥岩、粉砂质泥岩为主,形成于三角洲平原亚相中的沼泽、湖泊沉积微相,局部见粉砂岩、细粒砂岩形成于分流河道和天然堤微相;基本顶主要以中-细粒砂岩为主,形成于分流河道沉积微相;沉积环境不仅控制煤层顶板岩性分布而且控制岩石力学参数及其含水层富水性的分布,其中,湖泊、沼泽相泥岩顶板区是顶板支护的重点部位,多期分流河道砂岩叠置顶板区是未来矿井防治水以及探放水的重点区域。      

煤炭开采后峰峰矿区奥陶系岩溶水硫酸盐演化过程研究

文章运用水化学和同位素水文学等手段,寻求奥陶系岩溶水硫酸盐演化过程的“指纹”,通过不同含水层间水化学、稳定同位素差异的比对,分析其与上覆含水层间的水力联系和硫动力分馏过程,阐述采矿活动影响下峰峰矿区奥陶系岩溶水硫酸盐的演化过程。研究结果表明:煤矿开采后,峰峰矿区奥陶系岩溶水硫酸盐含量普遍增高,演化特征呈现多样性,存在多种硫动力分馏过程。分馏动力主要来自矿坑水和孔隙水通过导水裂隙的渗漏（越流）补给,以及脱白云石化过程中自身蒸发岩矿物（石膏）的溶解。      

激发极化法在准噶尔盆地含水区测定中的应用

采用激发极化法对准噶尔盆地盆五井区进行了含水区定位研究,通过分析视电阻率单点曲线和视极化率单点曲线,对研究区范围内的地质及地层的含水情况进行初步判断,识别了含水层及水层的顶界埋深;在这一基础上用二维直流电法反演软件对视电阻率资料进行了二维反演,使之更接近地层真电阻率。视极化率剖面图的分析表明盆五井区存在一定的地下水资源,其中P200201、P200202、P200207线所经过的区域的含水性较好。第三系上新统上独山子组（N₂d₂）地层为强含水层,第三系上新统下独山子组（N₂d₁）为弱含水层。盆五井区含水层的特点是高阻含水、低阻不含水,这反映出该区的砂岩沉积较为疏松,地下水的矿化度偏低。推测该研究区地下水的水质较好。