同位素在判断地下水来源方向中的应用研究

焦家金矿多年水质资料显示:随着开采深度增加,矿坑水TDS值呈现增加趋势,矿山巷道内部分涌水点水质指标成倍于浅部含水层,个别突水点涌水量多年稳定在80 m3/h左右,TDS值达到或超过14. 8 g/L。高矿化度水的来源在以往矿产勘查报告中解释为古岩相封存水,报告结论是“矿坑水与海水没有明显水力联系”。但是,矿山开采几十年,高矿化度突水点也被揭露十多年了,古岩相封存水经过长期释放应该水压降低,流量减少,基岩含水层(蚀变花岗岩或变辉长岩内的裂隙)地下水静储量也不会太多,除非有稳定水头,才能维持突水点流量稳定。难道海水成为它们的补给源?不经过深入研究,仅凭“水咸”和矿化度高这些“证据”,无法得出矿坑水与海水有水力联系的结论。近几年,Cl-同位素在水文地质学的应用为解决疑问提供了较好的思路与方法。利用37Cl作为海水侵入示踪剂,确认海水与矿坑水是否存在水力联系以及联系程度,正确认识矿坑充水因素,将焦家金矿床矿坑充水因素矢量化,对矿床深部勘查过程中矿坑涌水量预测具有指导意义。     

河南夹沟铝土矿床突水机理与防治方法研究

文章建立了河南夹沟铝土矿床“二元”突水概念模型，揭示了突水水源来自两个不同的渗流场：矿床上部石炭系（C3）含水岩组渗流场、矿床下部奥陶系（O2）含水岩组＋寒武系（∈2＋3）含水岩组渗流场。前者以重力自由渗流为突水力源，以裂隙、溶孔（洞）为突水途径，突水类型为直接式突水；后者以高压水头顶托渗透为突水力源，以各类原生、次生裂隙为突水途径，突水类型为间接式突水。并论证了矿床“二元”突水的治理对策与方法，提出未来矿床开采以平行疏排降水为主，并正确预留C2矿床底板天然隔水层防护。     

贵州岩溶山区封闭型岩溶大泉系统特征研究——以露郎岩溶大泉系统为例

露郎岩溶地下水系统是贵州岩溶山区典型的储水构造系统。通过分析系统的含水层和隔水层、地质构造的空间分布特征,应用岩溶学“洼地分析法”解译区内地下水运动轨迹、水动力学原理计算区内地下水力坡度、“地面穿越法”调查系统补径排条件、“长期动态观测法”分析岩溶水动态特征,总结系统岩溶地下水运动规律,为该类型的岩溶地下水系统的水文地质研究、岩溶水开发和保护提供了良好的基础。     

云南威信李子埂煤矿突水治理方案分析

煤矿掘进过程中揭露了小断裂,断裂活化后,煤层下覆岩溶水涌入;矿井突水导致了龙洞坝泉暂时性断流.介绍了突水治理方案：采用物探方法寻找突水井巷,用“地表钻孔注砼法”封堵突水段井巷.该方案能彻底封堵本次突水的导水断裂和龙洞坝泉的水力联系,使龙洞坝泉涌水不会再受本次突水影响,同时,也能解除煤矿受本次突水的危害,为煤矿下一步的恢复工作奠定基础.     

近松散层采掘抗渗透破坏评价方法Ⅰ：临界水力坡度

抗渗透破坏评价是近松散含水层煤层开采溃水溃砂防控的重要基础工作,但至今尚未形成规范性方法和标准。松散层和风化带抗渗透破坏评价的关键是确定水力坡度和临界水力坡度。首先综述了流土和内部侵蚀发生的临界水力坡度确定方法,指出近松散层煤层采掘诱发溃水溃砂临界水力坡度与传统的临界水力坡度的不同特点。针对集中通道获得考虑临空面出口尺寸和岩土层物理力学性质的松散砂层、黏土层和基岩风化带的抗渗透破坏临界水力坡度的计算公式,采用试验结果验证,溃水溃砂临界水力坡度公式的适用性。通过单因素和多因素参数对临界水力坡度的敏感性分析结果表明,裂隙宽度是影响临界水力坡度大小的最重要因素,也表明在实际工程中通过控制采掘诱发的覆岩破坏是减少溃水溃砂灾害的关键措施。煤系风化带的临界水力坡度与其中黏土成分的含量、施加荷载大小有密切的关系,当黏土在风化岩石中占比(质量分数)为5%～40%时,其变化范围为2.9～67.2,给出了用高斯函数的拟合估算关系式和考虑上覆荷载的估算公式。研究结果将为近松散层开采溃水溃砂评价临界水力坡度计算提供参考。     

基于核磁共振技术研究渗流作用下土石混体细观结构的变化

为研究土石混合体在渗流作用下细观结构的变化。选取土石比例为7:3的重塑土石混合体试样进行室内渗流试验,采用核磁共振(NMR)实时监测试样在不同水力坡降和不同时间段下的细观结构信息,如孔隙分布和自由水孔隙等。结果表明:(1)渗透压力变化导致土石混合体孔隙分布发生改变,促使孔隙扩大及孔隙连通性变好,并破坏土石混合体结构特性等;(2)随着水力坡降和时间的增加,自由水孔隙、总孔隙及NMR渗透率均有不同程度增长,NMR渗透率增长速率持续升高,且自由水孔隙在对NMR渗透率贡献上大于束缚水孔隙;(3)低水力坡降下土石混合体孔隙分布曲线的不均匀系数K_(ua)和曲率系数K_(ca)系数变化较小,土石混合体侵蚀程度小,渗透破坏程度低。高水力坡降下K_(ua)和K_(ca)系数变化明显,土石混合体侵蚀程度较高,土石混合体形成渗流通道并发生渗透破坏。     

武汉市岩溶塌陷的演化机理研究

基于武汉市易发生的29处岩溶塌陷,从岩溶、覆盖层和地下水3方面分析了岩溶塌陷的内部结构;通过现场监测和数值模拟,分析了降雨、钻探和桩基施工的输入作用,并探讨了武汉市岩溶塌陷的演化机理。结果表明:（1）“上黏下砂”的盖层结构、浅部岩溶发育、孔隙水与岩溶水具良好水力联系是塌陷形成的基础条件;（2）自然环境下开口岩溶上方土洞扩展存在水力潜蚀和应力集中破坏两个演化阶段;（3）钻探和桩基施工联通孔隙水和岩溶水的瞬间,孔壁周边松散砂土快速进入临界水力梯度而破坏。桩基施工在覆盖层内的振动荷载和超孔隙水压力,易造成覆盖层整体破坏。在岩溶区施工产生的冲击作用可使岩溶水和孔隙水形成不同步波动,两者存在高水头差,致使覆盖层内砂层在压力差作用下破坏。     

山溪性多沙河流水力几何形态与来水来沙之关系分析

山溪性多沙河流中淤变化大、频繁、常受流域来水来水沙的影响，且当发生“平滩流量”时对河床形态的影响作用最大。以黄河一级支流祖厉河为例，从河床水力几何形态来水来沙条件之关系，分析了山溪性多沙河流的特性。     

煤矿过沟开采突水溃砂临界水力坡度计算及应用

为了研究浅埋煤矿综采工作面在过沟开采过程中发生突水溃砂灾害的临界条件,在松散含水层液化流动的临界水力坡度推算基础上,利用承压含水层单井非稳定流抽水模型导出了实际水力坡度求解公式,提出了突水溃砂灾害发生的临界判据。并利用临界水力坡度、实际水力坡度的计算方法及突水溃砂的判定方法对哈拉沟煤矿22404工作面过沟开采突水溃砂风险性进行了预测,结果表明:该工作面的实际水力坡度为3.595,实际水头高度大于12.64 m,均小于其临界水力坡度和临界水头高度,工作面具有突水溃砂的风险。根据计算结果,对该工作面上覆松散富水层在井下进行了预疏放水和注浆固砂处理,有效预防了突水溃砂灾害的发生,保障了工作面的生产安全。     

也论“单位涌水量就是导水系数”

针对所谓的井抽水流量公式,指出其在按达西定律进行推导时,过水断面的确定存在错误,不能反映抽水状态下井周侧进水的实际渗流状态。其公式中的补给半径及C值的确定无理论依据。由于水力性质不同,也不能以所谓的承压水抽水试验去验证温策尔所述内布拉斯加州潜水含水层抽水试验中的部分渗流现象。因此,“单位涌水量就是导水系数”的结论没有说服力。     

皖北岩溶地下水的动力特征及计算

安徽北部岩溶地下水的动态特征,可用泉的流量动态及地下水位动态来表征。（1）大泉的衰减特征值β=0.03～0.04。（2）岩溶裸露区的水位动态特征方程为:ht=hoe（3）隐伏岩溶区为向斜储水盆地,上覆第四系含水岩组,有“天窗”与岩溶水发生水力联系。从某大型供水源地的孔群抽水试验表明:凡有“天窗”补给量加入岩溶水的观测孔,其S—lgt曲线在出现第一直线斜率段m1之后又出现第二较缀的直线斜率段m2,同时每个孔在该段的斜率相近,因此可以 则可同时求出岩溶水的导水系数T、及“天窗”补给量Q天。      

查找垂直导水通道的水文地质试验方法

华北型煤田下伏的奥灰岩溶裂隙含水层,通过垂直导水构造与煤系含水层发生水力联系。这些垂直导水通道隐伏性强、横断面有限,用常规的水文地质勘探方法难以查找。在开滦、肥城等矿区,选择位于最下部可采煤层和奥灰之间的某一含水层作为“中间指示含水层”,在其中寻找反映下部水源补给含水层性质的“水文地质异常区”,通过放水试验,进一步缩小其范围,查明了３个垂直导水构造。以上实例说明在水文地质条件类似的大水矿区,应用此     

基坑降水“疏不干”问题及其工程对策

“疏不干”是基坑垂直井点降水工程中常遇到的一种地质工程现象 ,基坑降水“疏不干”的根本原因是垂直井点降水无法切断待疏干区内外地下水的水力联系 ,区外水不断补给区内 ,并达到补给-疏排动平衡。“疏不干”问题的存在 ,使基坑工程仍受地下水的影响 ,可使土钉支护的有效性降低甚至失效 ,易诱发工程事故。增加抽水或渗水井、水平降水、堵 (挡 )水、含水层底板水平滤水管导流、垂直注浆钢管与土钉联合支护等等是可选的有效治理技术 ,而深层搅拌排桩或地下连续墙、旋喷等挡水技术等可使基坑工程避开“疏不干”问题。     

孟加拉国巴拉普库利亚煤矿含水层水力联系研究

为进一步查明孟加拉国巴拉普库利亚煤矿水文地质特征及含水层间水力联系,为矿井水害防治提供理论依据,以19组水质化验数据为基础,结合含水层及隔水层空间展布特征、井田构造特征、水位历时曲线、水化学类型、氢氧同位素特征等,综合分析新近系UDT含水层、Ⅵ煤顶板含水层、Ⅵ煤含水层之间的水力联系。结果表明,井田北部LDT隔水层局部缺失,为UDT含水层水向含煤地层补给提供了条件;井田北翼煤层顶板含水层与UDT含水层水位变化规律密切相关,且水位相近,初步证明两者存在水力联系;各含水层水均为HCO₃-Ca·Na·Mg型,均为低矿化度水,进一步证明各含水层间存在水力循环;聚类分析结果表明各含水层水质存在一定关联度,推演含水层间水力联系程度;氢(δD)氧(δ18O)同位素特征点分布于全球大气降水线附近,表明大气降水是各含水层共同的补给水源。研究成果可以指导孟加拉国巴拉普库利亚煤矿Ⅵ煤层开采时水害防治方向。      

海拉尔盆地贝尔凹陷布达特群水力破裂的岩石学特征及其成因探讨

海拉尔盆地贝尔凹陷布达特群凝灰质泥岩中发育大量凝灰质泥岩角砾。岩芯及透射光显微镜观察发现,这是一种水力破裂体系中流体和岩石作用的产物一水压碎屑岩。水压碎屑岩的岩石学特征表现为：角砾之间具有可拼合性、岩芯横切面上发育大量“T”型垂直裂缝、微细纤维状铁白云石脉对壁生长。水力破裂作用的成因主要与布达特群岩性组合特征、构造-流体作用有关。     

高水压力作用下裂隙岩体渗透性的变化研究

渗透系数是表征裂隙岩体透水性能的一个重要参数,当水压力较小时,岩体的渗透系数变化不明显,但在高水压力条件下,岩体的渗透系数会发生明显变化,这给我们在进行渗流分析时带来了一定的困难,因为多数情况下是将渗透系数当作定值来计算的。在高压水条件下,基于非达西流方程,推导了裂隙岩体的渗透系数与水压力之间的表达式,并给出了常规压水或低水压力、高压压水时水力劈裂前后渗透系数的计算公式。现场压水试验结果表明,当岩体发生水力劈裂后,渗透系数增加明显,此时可以通过压水量和水压力的变化量来计算裂隙岩体的渗透系数。通过几个抽水蓄能电站的高压压水试验结果验证了裂隙岩体水力劈裂前后渗透系数的变化规律,并与实际裂隙岩体的渗透系数进行了比较,其误差在10%左右,表明本文给出的渗透系数表达式的合理性和准确性,为水利水电工程的渗流分析及渗漏量的计算提供了渗透系数选择的依据。     

低渗透性介质孔隙水渗流规律

针对以往对低渗透介质中的孔隙水的渗流规律研究存在的问题,利用微渗流-固结联合试验、三轴渗透固结试验、压汞试验等方法,对低渗透性介质-粘性土中的孔隙水的渗流规律进行了较系统的研究,对孔隙水运移规律的实质、极限水力梯度存在与否、达西定律的适用范围及在实际应用中注意的问题等方面进行探讨,并提出新的见解.     

开发低煤阶煤层气的新型径向水平井技术

低煤阶煤层具有机械强度低、渗透率较高、内生裂隙发育的特点。为提高低煤阶煤层气开发效率,提出首先钻径向水平井眼,依靠多条水平井眼沟通煤层内裂隙,再根据储层条件优化水力压裂改造措施,在煤层形成的主裂缝,通过变排量措施扩展和沟通更多的内生微裂隙,以提高单井产量。为解决多井眼井底可能出砂多的问题,提出优先采用螺杆泵或电潜螺杆泵排采工艺。从阜新刘家区块和珲春盆地煤层地质条件与目前现场应用现状出发,探讨了径向水平井技术与水力压裂联合作业的可行性,提出优化两个区块的径向水平井眼布孔方式,将欠平衡钻井和“边喷边洗”的喷射技术结合,并改进常规的水力压裂改造措施,实现径向水平井技术与水力压裂改造措施有机结合,以充分发挥这两种技术的不同优势,形成一体化的煤层气开采技术。通过对径向水平井与压裂改造工艺技术的改进与联合,为低煤阶煤层气开采提供了又一新的技术方法。      

考虑薄膜水的利用介质粒度分布获取水土特征曲线的方法

利用介质粒度分布间接获取水土特征曲线（SWCC）是一种快速、经济的方法。由于该方法的传统模型（HP模型和MV模型）忽略了薄膜水,获得的SWCC在低含水率段存在显著误差。提出了一种考虑介质表面薄膜水的含水率估算方法,与HP模型和MV模型的吸力计算方法结合预测SWCC,选用土壤水力性质数据库UNSODA的17种土壤样品对两种修正模型的预测效果进行了验证。结果表明,采用薄膜水修正后的HP模型和MV模型可以显著改善传统模型中SWCC低含水率段含水率的低估,并能有效地预测砂土等粗粒介质的SWCC。另外,含水率估算中引入参数β后,修正的MV模型也可用于壤土和黏土等细粒介质的SWCC的预测。     

潘二矿奥陶系岩溶地下水数值模拟及疏放性分析

奥灰岩溶水是淮南煤田目前A组煤层开采水害威胁主要突水水源,预测和超前防治对于A组煤层安全开采具有十分重要现实意义。采用地下水系统分析、统计分析及数值模拟方法,对潘二矿“5.25”奥灰突水前后岩溶地下水动态进行系统分析,建立了数值模型,对比了防治方案,结果表明：奥灰水与太灰水之间水力联系程度存在较大差异性,其中与C₃III组含水层间水力联系密切,而与上部C₃I、C₃II组联系较弱;模拟结果间接反映了奥灰浅部裂隙、溶隙、岩溶塌陷较为发育,而深部岩溶发育相对较差;在防治方案上,将疏水降压与区域治理相结合是最佳方案,研究成果为矿井及类似矿山岩溶水害防治提供一定参考。