煤田地质与勘探杂志

煤田地质与勘探杂志2025年第7期

• 基于地层承载力约束的“煤−水”协调开采理论与工程实践

  庞振忠, 曾一凡, 韩柯尧, 武强, 刘守强, 华照来, 赵刚毅, 张帅, 杨虎雄, 王学军, 李飞帆,

  背景榆神矿区煤炭资源高强度回采后引起的环境负效应问题和顶板水害问题，已经严重制约地区的可持续发展。方法与结果对此，在总结现有缓解煤炭开采对地下水资源及地表生态环境影响研究成果的基础上，通过采用理论分析、现场调研、数据统计等研究方法，对陕西榆神矿区煤炭开采与脆弱生态环境保护的矛盾进行分析，并系统阐述地层承载力概念和其对保护生态环境意义，通过数理统计方法拟合适应于西部生态脆弱矿区的导水裂隙带发育高度计算公式，应用简支梁理论和水文地质学理论确定出影响地层结构损伤的主控因素；最后基于“煤–水”双资源协调开采理论，确定基于地层承载力的“高效益”采煤协同开采技术架构与回采思路，并以曹家滩煤矿122107工作面为例进行工程应用。122107工作面采用“分块段逐步增采高”的回采思路进行回采后，顶板覆岩破断整体呈现出“台阶型”的破坏形态，回采全过程工作面涌水量在170 m3/h左右波动，未超出工作面的排水能力。结论在脆弱生态矿区需将承载力作为核心评估指标，通过控制开采工艺与地层承载力的动态平衡，实现资源开发与生态保护的协同，该回采思路不仅可确保煤炭资源的“高效益”采出率，而且可解决煤炭开采与脆弱生态环境保护之间的矛盾。研究结果可为西部其他干旱半干旱矿区提供理论和技术借鉴。

• 北方防沙带干旱半干旱露天矿区水资源保护利用关键技术与途径

  方杰, 徐智敏, 程伟, 逯梓晗, 赵勇强, 朱宇豪, 陈天赐,

  背景我国北方防沙带主要位于新疆、内蒙古、宁夏以及甘肃等干旱半干旱地区，该区降雨稀少、蒸发量大，导致水资源短缺、生态环境脆弱。近年来，随着该区域露天矿的规模化开发，开采扰动愈发强烈，区域地下水位下降、生态环境矛盾等问题日益突出，亟需创建露天矿区水资源保护技术体系，以突破煤炭开发与水资源保护相协调的技术难题。方法和结果以北方防沙带为研究区、北方防沙带露天煤矿为研究主体，查明区域内露天矿分布情况，揭示典型蒙东、蒙西、疆北区的露天矿区降水量、蒸发量、含水介质、涌水量、水质等区域性水文地质特征；研发了地表水、地下水、大气凝结水及矿坑水的多水源保护关键技术，形成以矿坑水资源“地表蓄水池−第四系含水层回灌−地下水库”多级储水模式、地表水截蓄、大气凝结水高效捕获利用、帷幕注浆为主的地下水源头控制与露天矿区人工重构生态含水层等为核心的露天矿区水资源立体保护技术；研究了矿坑水的高悬浮物处理技术、低成本规模化处理技术以及新型露天矿区生态精准灌溉技术。结论创建立体式、低成本、高效率、规模化、可复制的北方防沙带露天煤矿水资源保护与处理利用模式，形成主动、系统的地上/下水资源保、储、用技术集成体系，解决北方防沙带干旱少雨条件为主的矿区生态修复难题，为北方防沙带生态保护与修复提供水资源保障，对服务国家能源安全与生态文明建设等国家战略具有重要意义。

• 侏罗纪煤田砂岩地下水微量元素迁移特征 以郭家河煤矿为例

  施龙青, 曲兴玥, 程皓,

  背景鄂尔多斯盆地作为中国能源的重要枢纽，拥有丰富的煤炭资源储备，但煤炭开采过程中产生的环境问题不容忽视，特别是侏罗纪煤田生态环境尤为脆弱。方法以陕西郭家河煤矿为背景，在测试不同地质年代砂岩含水层中31种溶解微量元素的浓度基础上，采用数值模拟方法，对比分析煤层未开采还原环境条件下与开采后氧化环境条件下微量元素的演化特征，揭示研究区煤层开采对砂岩地下水微量元素迁移的影响作用。结果和结论研究发现，微量元素垂直分布不均匀，含煤地层与上覆地层中浓度存在显著差异，且特定元素行为与水量变化相关，呈现正负C-Q关系。在此基础上，建立As、Se、Cr、Fe和重金属元素的地球化学模型，阐明煤层开采影响下微量元素的溶解行为及其控制机制，主要受吸附作用和氧化性矿物溶解影响。每月约有8.11×10−8 Gmol与环境密切相关的微量元素被输送到地下水中，其中多种元素浓度超标。Fe、Mn、Al、Cu和Zn等主要来源于含煤地层，而V、Cr、Co等主要来源于白垩系砂岩地层。因此，需加强鄂尔多斯盆地侏罗纪煤田周边的环境保护和管理。

• 东胜煤田顶板水害差异性特征与矿井水综合利用

  黄海鱼, 丁湘, 刘溪, 樊江伟, 纪卓辰, 李兆扬,

  背景东胜煤田矿井水害类型多样，充水机制复杂，且矿区涌水量大、矿化度高，矿井水综合利用难度大，严重制约煤田安全绿色高效开发。方法为揭示东胜煤田顶板水充水特征，提高矿井水综合利用率，应用钻孔资料统计分析、层次分析法、水化学测试等方法，分析东胜煤田地层发育特征、含水层空间展布及其与开采煤层的空间配置关系，研究顶板水害特征和矿井水水化学特征与资源化利用途径。结果和结论(1)东胜煤田矿井充水强度总体由东北向西南方向随着煤层埋深加大逐步增强，主要受侏罗系直罗组含水层影响。(2)神东和万利等矿区为浅埋薄基岩顶板水害区，水害类型多样，西部呼吉尔特、纳林河等矿区为厚层顶板砂岩水害区域，水害类型单一。(3)矿井水矿化度整体上由东北向西南方向随着煤层埋深加大逐渐升高，主要原因为浅埋区易接受第四系潜水含水层补给，深部区含水层以侧向补给为主，且径流缓慢。(4)东胜煤田矿井水综合利用分为4种模式：矿井内水资源分质梯级利用模式，矿井间水资源联动调配模式，煤矿−化工联动净化利用模式，矿区−农业−生态联合水资源调配利用模式，可以有效避免相关产业向地表和地下水系统索取水资源，年节约水资源至少3 579.16万m3。

• 边界条件和参数非均质性对矿区涌水量模拟预测的影响

  吉强, 吴镇江, 姚莹莹,

  背景准确预测煤矿涌水量是实现矿井安全开采的重要基础。三维地下水数值模型可用于刻画矿区水文地质条件、模拟涌水动态过程，为科学预测开采涌水量提供了理论依据。然而，目前对于地表水−地下水交互的边界条件和含水层渗透系数非均质性对煤矿开采过程中的涌水量模拟预测的影响程度尚不清楚。方法选取典型煤矿作为研究对象，首先构建三维非稳态地下水数值模型，通过开展多情景模拟试验，定量分析降雨入渗补给、非饱和带入渗过程及河流边界设置对模拟的影响，然后通过地质统计学方法构建三维非均质渗透系数场，探讨参数异质性的影响。结果和结论在初始模型基础上，仅考虑降雨入渗补给的非均质性时，矿区平均涌水量降低25.48%，加上非饱和带垂向动力波入渗的影响后，矿区平均涌水量对比初始模型上升18.68%，且涌水量更易呈现周期性波动；当考虑河道与隔水层通过构造破碎带连通时，工作面平均涌水量对比初始模型上升7.51%，且涌水量增长趋势更快；当渗透系数非均质性升高时，涌水量加速增长，同时工作面平均涌水量占矿区平均涌水量的比例逐渐增加到85%~88%，导致矿区集中化涌水，而极端非均质性则使涌水趋于分散，随机非均质渗透系数分布对比均质概化参数，涌水增长趋势更加平缓。所有情景中，考虑河道位于潜水含水层的情景对涌水量影响最小，而河道穿过局部破碎的隔水层、低非均质性参数和考虑非饱和带垂向入渗过程等情景，涌水量与初始模型存在更大差异。研究成果为精准模拟复杂情况下矿区开采时地下水动态变化提供了参考。

• 顶板砂岩含水层的地震各向异性特征

  于航, 陈同俊,

  目的煤层顶板砂岩含水层识别与评价关乎矿井生产安全，研究砂岩含水层的岩石物理与AVAz响应特征对矿井水害防治至关重要。方法综合VRH、DEM、Hudson、Wood岩石物理模型和各向异性Gassmann流体替代理论，提出了一种适宜裂缝HTI型砂岩的岩石物理建模方法，探究了裂缝参数和含水饱和度对地震岩石物理响应的影响。在此基础上建立双层正演理论模型，计算了HTI型砂岩层的反射系数，分析反射系数与裂缝密度、含水饱和度的关系。结果与结论岩石物理建模结果表明：裂缝密度越大，砂岩纵横波速度和各向异性越强；随着含水饱和度的增大，纵波速度先减小后增大，横波速度略有减小，各向异性系数 \varepsilon ^(\textv) 、 \delta ^(\textv) 增大， \gamma ^(\textv) 不变。AVAz正演结果表明：裂缝密度越大，砂岩反射系数的方位各向异性越强，饱水和干燥砂岩的纵波反射系数差异越大；入射角为40°、方位角为0°时，砂岩饱水状态的可分辨性最强；AVAz曲线的拟合斜率、截距和AVO各向同性梯度项、各向异性梯度项是砂岩含水层裂缝密度及含水饱和度的敏感指示因子。研究成果可为砂岩含水层的识别与评价提供理论依据。

• 矿井水监测预警系统研究进展及发展方向

  尹尚先, 丁莹莹, 连会青, 董东林, 杜通, 尹慧超, 赵鹏, 张义安, 王雄,

  背景矿井水灾是采动影响或触发的地质体剧烈变化的偶发事件，由于地质体的复杂性、不均一性以及动态性，加之采动影响的随机性、瞬时性，导致矿井水灾事件具有不确定性、不稳定性、偶发性和瞬变性，矿井水监测预警作为灾害超前防控前置条件，其研究及系统建设具有重要理论意义和实用价值。进展及展望(1)伴随煤炭开发利用，在与矿井水灾斗争的历程中，监测预警从零起步，历经人为经验判识、物理机制导引的信息采集辨识、物理−数据双驱动的智能监测预警，到目前基本完成了系统化改造、工业化示范、规模化应用，在基础研究、技术研发与系统建设等方面取得了显著进展，部分典型场景实现了超前预警，树立了矿井水灾可防可控可预警的信念。(2)但灾变物理机制不清致使指标体系不完善、信息获取不全面、评估预测不准确，导致预警漏报、误报、虚报等频发，大部分场景还未达到超前精准预警的总体目标，仍面临严峻挑战。(3)梳理了矿井水监测预警系统研究进展，提出了系统架构，针对系统的指标体系、信息感知(监测)、评估预测、辨识预警4个关键技术进行理论探讨，总结其内涵及关联关系，凝练总结其面临挑战，指明了以物理机制为基础向“物理−数据”双驱动转变的监测预警总体发展方向。(4)提出了构建全面指标体系、优化感知系统布置、多灾害全要素联合监测、建立地质水文模型 + 深度学习预测模型、预警规则和因子阈值设置、实时及超前预警、图像监测及大数据处理等7个具体发展方向，为该领域理论研究、技术研发及系统建设奠定了基础。

• 岩石粒径和浆液浓度影响下的采空区充填浆液扩散规律试验

  曾一凡, 袁子龙, 李昊, 武强, 赵刚毅, 周安琪, 高翔, 张帅, 白彦飞, 梁进, 杨虎雄, 盛新丽, 杨东辉, 赵艺霞,

  目的研究浆液扩散规律并预测注浆范围，对采空区煤矸石基注浆充填工程设计注浆孔距和排距、指导注浆施工、把握注浆充填密实度，进而保证注浆效果意义重大。方法以破碎岩石为被注介质，以煤矸石基浆液为注浆材料，开展不同破碎岩石粒径、浓度的破碎岩石注浆试验，对采空区矸石基浆液流动规律进行研究。结果和讨论(1)当浆液质量分数为50%时，3~5、>5~7、>7~9 mm粒径岩体的扩散距离分别为5.0、5.5、6.2 cm，粒径改变导致的扩散距离最大差异1.2 cm；当质量分数降至40%时，扩散距离分别增至10.2、14.5、18.0 cm，粒径梯度差异导致的扩散距离变化扩大至7.8 cm；当质量分数进一步降至30%时，扩散距离呈非线性增长，分别达到20.5、28.0、34.0 cm，粒径差异导致的扩散距离变化激增至13.5 cm；扩散距离随浆液浓度降低、破碎岩石粒径增大而增大，浆液浓度变化对扩散距离的影响相较于破碎岩石粒径更加显著。(2)煤矸石浆液在破碎岩石中流动可以分为快速、平稳、堵塞3个阶段，随浓度降低3阶段时间增长；煤矸石浆液在破碎岩石中的扩散距离随浓度减小而增大，破碎岩石粒径越大，浓度对扩散距离影响越显著，呈现明显的非线性特征。(3)通过分析粒径、浓度对颗粒扩散距离的影响规律，确定了扩散距离与浓度的基本关系，并结合粒径、浓度二者基本关系进一步量纲分析，建立了适用于采空区煤矸石基注浆充填的双参量浆液扩散距离预测方程。(4)本研究成果在陕北某矿采空区矸石注浆地面充填工程设计中应用，为采空区煤矸石规模化充填提供了全链条技术支撑，对实现“双碳”目标下的矿井固废协同处置具有显著示范意义。

• 烧变岩渗流特征及注浆减渗规律实验研究

  钱自卫, 谭春智, 孙强, 王海, 张改玲,

  背景烧变岩区是煤层自燃形成的特殊地质体，其内部发育的孔洞裂隙系统为地下水赋存与运移提供了优势空间，但对邻近煤层安全开采构成严重水害威胁。方法针对这一工程难题，采用三维重构技术系统解析烧变岩内部空隙结构特征，并通过室内渗流实验与注浆实验，揭示典型烧变岩的渗流规律与注浆减渗机制。结果和结论(1)烧变岩试样内部孔洞裂隙高度发育，空隙结构呈现复杂多变的空间展布特征，贯通大孔裂隙占总空隙的56.72%，主要孔裂隙网络间连通性一般。(2)渗流实验表明，烧变岩渗流水力梯度与流速呈现显著非线性特征，其渗流动力学行为符合Forchheimer方程表征规律，不同渗流方向的渗透性差异显著，渗透系数相差约50%。(3)黏土水泥浆在烧变岩孔裂隙系统中具有良好的可注性，其有效扩散距离主要受孔裂隙喉道的几何约束效应控制，随着与注浆口的距离增大，浆液对孔裂隙的充填比例逐渐降低。(4)烧变岩注浆后减渗效果显著，被注体的渗流水力梯度与流速仍呈现非线性特征，且注浆后 14 d内减渗率随时间延长逐渐增长并最终趋于稳定。研究成果为烧变岩区煤层开采水害防治提供了的理论依据与技术参考。

• 含不同裂隙数量砂岩注浆前后渗流特性试验研究

  陈军涛, 周浩宇, 喻军健, 李果, 范铭今, 李露, 王云昊,

  背景矿井巷道围岩注浆治理灾害是常规手段，裂隙发育程度对注浆加固与封堵效果影响显著。方法为明晰裂隙围岩注浆前后抗渗性能变化，选取煤矿沉积岩中最常见的砂岩为研究对象，通过室内试验、数值模拟等综合研究方法，探究不同围压条件下含不同裂隙数量砂岩试样渗透率变化特性，评估注浆处理对其渗流性能的影响特性；借助Rock Top多场耦合试验仪，对标准岩石试件进行三轴压缩–渗流试验，研究围压分别6、8和10 MPa情况下不同裂隙数量(1、2、3条)注浆/未注浆砂岩应力−应变行为与渗透率变化过程。结果与结论(1)将裂隙砂岩注浆后与注浆前的渗透率之比定义为裂隙砂岩注浆修复系数Zs，试验表明裂隙砂岩注浆修复系数越小，试件渗透率的修复程度越高；在相同围压条件下，未注浆试样渗透率随裂隙数量增多提高至原岩的27.6~283.4倍，注浆后试样渗透率比原岩降低了64.32%~98.47%，且裂隙砂岩注浆修复系数呈幂指数下降趋势；裂隙数量相同条件下，围压从6 MPa增加到8、10 MPa，注浆前后砂岩试样渗透率分别降低48.42%~85.30%、53.89%~90.14%。(2)随着裂隙数量的增加，注浆前后砂岩破坏特征表现为砂岩裂隙逐渐从裂隙端部向相邻裂隙扩展并相互连接，形成更复杂的破裂形态和更多的次生裂纹。(3)通过引入工程实际，利用COMSOL、Matlab软件对1、2、3条裂隙呈1∶100生成随机裂隙，通过分析工作面顶板和砂岩含水层底界面水流速度及注浆后效果，验证了在一定范围内砂岩裂隙数量越多，注浆后渗透率修复程度越高的结论，研究结论可为煤炭资源的安全开采和灾害防治提供重要的技术支持和科学指导。

• 超大采高土–基型覆岩采动导水裂缝发育规律及控水开采策略

  张玉军, 华照来, 宋业杰, 胡皓宇, 李嘉伟,

  背景导水裂缝带发育高度是煤矿顶板水害防控与水资源保护的关键，不同覆岩岩性及结构是导水裂缝带发育高度及特征差异性的主要控制因素。方法以陕西曹家滩煤矿10 m超大采高工作面开采为工程背景，在实测土–基型覆岩采动导水裂缝发育高度的基础上，采用应力–渗流耦合数值模拟方法研究土–基型覆岩采动响应差异性规律，并提出顶板复合含水体下控水开采策略，分析控水开采效果。结果与结论(1)曹家滩煤矿10 m超大采高工作面顶板属于典型的土–基型覆岩结构，受红土层遇裂缝可弥合再生隔水特性与对采动裂缝抑制作用的影响，裂采比为22.56倍，采动裂隙基本发育至红土层下部，只有极少数裂隙扩展到红土层，但红土层的整体隔水性未受破坏，基岩和土层内显现传统导水裂缝带变异规律。(2)基于超大采高土–基采动破坏演化与顶板含水层充水规律分析的基础上，提出“静储量精准疏放+动补给增排分流+全空间流场监测+局部防切顶漏顶”的控水开采策略。(3)综合开采过程中长观孔水位、工作面涌水量及水化学等多因素，采动裂缝仅导通基岩裂隙及风化带含水层，第四系含水层未受采动影响，实现了超大采高工作面控水安全高效开采。研究成果可为国内超大采高高强度开采覆岩破坏、水害防控与水资源保护提供依据。

• 采动活化断层内水砂突涌规律及灾变机制

  张士川, 黄普, 李杨杨, 王成功, 吴振华,

  背景在煤炭地下开采过程中，断层内水砂混合物可能突涌至矿井底板，尤其在断层富水性强、充填物结构松散条件下，突涌灾害更为显著，严重威胁矿井安全生产。现有研究多集中于单一因素对突涌灾害的影响，因此系统研究多因素共同作用下断层内水砂混合物突涌规律具有重要意义。方法基于流体力学与颗粒力学理论推导水砂混合物的失稳条件和流量公式，并通过三因素四水平正交试验方法，利用破碎岩石变形−渗流试验系统，研究黏土质量分数、砂石粒径和初始水压对突涌行为的影响。结果和结论黏土对突涌行为具有显著抑制作用，当黏土质量分数达到40%时，突涌现象表现为极低的流量和负荷；初始水压为突涌主要驱动力，其增大会导致突涌强度显著增加；砂石粒径对突涌现象有着非线性调节作用，较小粒径与较大粒径均易使系统失稳，适中的砂石粒径可在渗透性和系统稳定性之间达到平衡；通过多因素统计分析，明确各因素对突涌现象的影响程度由大到小为：黏土含量(即黏土质量分数)、初始水压、砂石粒径，预测使流量、负荷和孔隙水压分别达到最小的最优试验条件组合为：黏土质量分数30%、初始水压0.3 MPa、砂石粒径分别为0.3,0.5、1,2)和0.5,1.0) mm。研究成果可为采动活化断层导致的水砂突涌灾害防治提供理论依据。

• 低渗灰岩注浆压力跃变机理与调控工艺研究

  樊振丽, 曹路通, 崔勇, 张志巍, 张风达,

  背景随着我国石炭−二叠纪煤田逐步转入下组煤开采，面临的煤层底板承压水害和岩溶水资源保护问题愈发突出。在煤层底板岩溶水害地面超前区域治理过程中，由于浆液选型与注浆压力调控之间的匹配规律不清，导致参数选择依赖经验性，注浆加固效果不佳。方法针对豫西地区新安煤田奥陶系灰岩(简称奥灰)顶部低渗泥灰岩“升压快、注浆量少”的现象，以孟津煤矿地面区域治理工程中的单液水泥浆、黏土浆和黏土水泥浆注浆材料为研究对象，开展不同类型浆液孔口压力测试、静态流变、液相颗粒分布、Zeta电位、导电率、微观形貌与元素分布等试验，基于水泥颗粒与黏土颗粒的絮凝机理，从物理和化学角度剖析不同注浆材料在注浆过程中起压差异机制。结果和结论(1)带正电荷的水泥颗粒与带负电荷的黏土颗粒容易相互吸附形成三维网状结构的絮凝体，导致黏土水泥浆液中出现粒径大于600 µm的大颗粒，且粒径100 µm以上的颗粒占比78%，容易堵塞裂隙。(2)黏土水泥浆的导电率(1.87 mS/cm)相比水泥浆有所降低，浆液混合后发生黏土颗粒包裹水泥颗粒的现象。(3)水泥浆颗粒粒径较小且静态屈服应力和黏度较低，容易通过地层中狭窄的裂隙通道，注浆压力表现平稳；黏土水泥浆静态屈服应力和静态黏度分别是水泥浆的4.5倍和4.0倍，相对容易堵塞裂隙通道，导致其起压速率是水泥浆的10倍。基于阶梯式缓慢起压原则，提出低压充填、中压扩散和高压加固的“三阶段”黏土水泥浆与水泥浆交替注浆模式，可显著提升治理效果，并为类似条件下的低渗灰岩注浆治理提供参考。

• 渗流−应力耦合下断层带裂隙岩体渗透演化规律

  赵德康, 韩冰, 曾一凡, 冯国瑞, 席永红, 常波峰, 李政昊, 王鹏威, 王立三,

  背景断层构造是煤矿底板突水的重要通道之一，对矿井安全生产构成严重威胁，深入研究渗流–应力耦合下断层带裂隙岩体渗透特性演化规律对煤矿底板断层突水防治具有重要意义。方法以山西潞安高河煤矿为工程背景，首先分析断层带裂隙岩体的微观物理性质及孔裂隙结构特征；然后通过三轴渗流实验研究重复加卸载条件下断层带裂隙岩体渗透性演化规律，建立渗透系数与围压的定量耦合关系；最后以高河煤矿Fw159断层为研究对象，结合力学模型分析，建立断层突水数值模型，分析底板断层带突水通道形成演化规律。结果和结论断层带裂隙岩体孔裂隙结构复杂、边缘粗糙、呈不定向发育的微观特征对岩体的渗透性能具有控制作用；渗透系数与围压之间存在负指数关系，渗透压变化对底板破碎带位移及导水通道形成具有显著影响；开采过程中应力扰动先于位移效应发生，且在应力达到峰值后，位移效应逐渐显现，当孔隙水压达到3 MPa时，承压水在断层底部聚集，沿断层破碎带向上导升，直至失稳破坏。研究成果阐明了断层带裂隙岩体渗透特性与煤矿底板断层突水之间的内在联系，为煤矿底板突水防治与矿井安全开采提供了理论依据。

• 蒙陕接壤区矿井水资源多目标优化配置模型

  苗贺朝, 董书宁, 王皓, 杨元园, 乔伟, 王晓东, 王东琦, 付宏洋, 刘禹廷,

  目的随着我国煤炭资源开发区域由东向西转移，西部煤炭基地在国民经济基础能源供给中的压舱石作用更加凸显。然而西部生态环境脆弱，煤炭安全高效绿色开发长期面临水害防治和水资源保护难以协调的困局。因此，推进矿井水管控技术走向智能化，是解决西部矿区煤−水矛盾的关键途径，也是在保障煤炭企业生产安全的前提下，实现矿区水资源保护利用的迫切需求。方法针对现有矿井水配置技术存在的分级分质配置规则不完善、对矿井水资源特殊性考虑不足等问题，以地表水、地下水、矿井水和再生水为水源，构建综合考虑经济效益、环境效益和公平性的水资源分级分质多目标优化配置模型。在制定矿区水资源分级分质配置规则基础上，结合水量平衡、水质标准和用水需求约束等条件，采用第二代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)，对我国蒙陕接壤区某矿现状水平年水资源逐月配置方案进行求解，并评价了Pareto解集中经济、环境、公平效益侧重的配置方案，该案例验证了模型的有效性。结果和结论(1)配置结果合理，矿井水年均利用率为78.4%，月平均利用率与月供需水量之差呈正相关，生态和农业需水是关键影响因子。(2)矿井水月平均利用率最高为92.2%(4月)、最低为31.4%(8月)，此二月均推荐经济或环境方案。(3)1~12月环境方案，各水源利用率范围分别为100%、35.21%~100.00%、32.18%~95.11%和82.89%~100.00%。(4)生活、工业、生态、农业用水的满足度范围分别为95.00%~98.16%、97.27%~109.14%、94.35%~105.05%和81.95%~108.85%。(5)当矿井水利用率低时，其他水源利用率增大，供水结构不合理。研究结果可为矿井水资源的科学管理和综合利用提供理论依据和实践指导，并为类似资源优化配置问题提供参考。

• 华北型煤田封闭采区地下水回升渗流特征与水质演化规律

  尹会永, 孙德辉, 董方营, 王凡华, 张历峰, 吴焘, 刘超, 曾一凡,

  背景煤矿采区封闭诱发的地下水回升过程所伴生的渗流场演变与水质演化，对矿井水害防控、水资源循环利用具有重要影响，系统揭示其渗流−水化学协同作用机制是推进矿区水系统协同治理与资源化开发的基础科学问题。方法以山东枣庄滨湖煤矿116封闭采区为工程背景，采用水化学测试、数值模拟、理论计算方法，分析封闭采区内积水回升渗流特征以及离子浓度、矿相演化规律，对地下水回升及水化学演化模式进行表征。结果与讨论 (1)滨湖煤矿116采区现有积水主要分布于采区西侧，根据封闭前涌水量计算，积水回升灌满整个采区空间预计需要426 d。采区封闭后0~90 d内，突水点持续涌水，采空区水位快速回升至−450~−250 m，封闭后90~360 d内，采空区水位回升速度减缓，采空区两侧水位升至−150 m，之后水位变化不大，至封闭455 d时积水完全灌满采空区，与预计结果基本相符，此时地下水流场基本达到平衡状态。(2)奥灰水与十四灰水在沿裂隙上涌及突水过程中，阳离子交换加速，Na++K+浓度快速上升，Ca2+、Mg2+显著下降，此阶段钠长石、钾长石及岩盐等矿物相增多，石英、方解石及白云石因溶解或沉淀减少。(3)采空区封闭后，积水回灌过程中水−岩作用持续，但阳离子交换速率减缓，矿物相变化趋势与突水阶段相似但强度减弱，最终形成以高Na+/K+、低Ca2+/Mg2+为特征的水化学平衡体系，整个过程反映了从动态突水扰动到封闭采空区缓慢自平衡的封闭采区积水化学演化模式。研究结果为揭示相似背景下的采空区积水水环境演化规律提供了参考，为封闭矿井地下水资源开发利用提供了理论依据。

• 酸性矿山废水被动处理系统设计与效能评估

  颜瑞雯, 朱君, 朱俊豪, 林刚, 张婉秋, 贾增华, 王文明, 郗富瑞,

  背景酸性矿山废水(AMD)是矿山开采过程中产生的富含重金属的高酸性溶液，可引发严重的环境污染问题。方法以安徽庐江矾矿为例，基于Phreeqc模型和AMDTreat软件建立一套用于设计和评估AMD一体化被动处理系统的系统性框架。在对场地水文地球化学特征(pH 2.93~3.06、Fe 5.98~42.52 mg/L、Al 18.87~32.14 mg/L)及物理条件(流量50~96 m3/h、可用面积约5万m2)进行综合分析的基础上，选定一套由垂直流湿地与好氧人工湿地串联构成的复合式AMD被动处理系统，并利用水文地球化学模型Phreeqc对该系统性能进行预测。结果和结论提出的AMD一体化被动处理系统能够有效将出水pH提升至约7.6，并对Fe、Al去除率均>99.0%，Cu等其他重金属去除率>97.0%，出水水质全面满足中国GB 3838—2002《地表水环境质量标准》III类标准。此外，借助AMDTreat软件进行的全生命周期成本分析显示，该系统的建设投资约为368万元，年运行维护费用46万元，相较于传统主动处理技术具有显著的长期成本优势。本研究提出的“技术筛选–效能模拟–经济评估”一体化设计方法，不仅适用于庐江矾矿AMD治理，也可为类似矿区的生态修复提供科学依据和技术参考。

• 露天矿区“四水”资源转化关系与立体储存利用模式

  陈天赐, 徐智敏, 孙亚军, 方杰, 王强民, 熊小锋, 朱宇豪, 逯梓晗, 万飞,

  背景我国露天煤矿主要分布在新疆、内蒙古等干旱半干旱地区，煤炭资源的露天开采与该地区地下水资源保护的矛盾日益突出，开采产生的大量矿坑涌水往往造成矿区影响范围内地下水资源的进一步流失，同时矿坑水无法高效储存和矿区区域用水紧缺形成冲突。方法以蒙东某典型大水露天矿为研究区，通过现场调查取样、钻孔监测、室内水化学测试、数值模拟等方法，重点查明研究区大气降水、地表水、地下水和矿坑水的“四水”水量构成、水文地球化学特征及相互转化关系，并构建露天矿区“四水”资源立体储存与综合调配利用体系。结果和结论(1)研究区地下水、矿坑水补给来源主要为大气降水，区域地下水资源受露天开采影响的流失量达3 081.2万 m3/a，地下水降落漏斗平均面积为15.26 km2，降落漏斗半径约为1.88 km，在同时考虑区域大气降水稀少且蒸发强烈的特点情况下，研究区地下水资源流失量可超40亿 m3/a。(2)在此基础上，提出研究区5种矿坑水立体储存模式：地表蓄水、坑底和边帮蓄水、排土场重构生态含水层储水、第四系松散含水层储水及煤层底板深部基岩含水层储水。(3)进一步结合研究区“四水”资源的水质、水量特征以及各部门的用水需求，提出“四水”资源5种联合调配利用途径：矿区的生产和生态用水、矿区周边的生活、工农业和生态用水；在构建基于改进遗传算法的“四水”调配模型的基础上，形成露天矿区“四水–五储–五用”立体储存与综合调配利用体系。(4)结合“四水”调配模型运算结果，提出研究区以利用矿山疏排地下水为水源、以东帮截水帷幕外第四系回注储水(365万m3/a)为核心、以坑底和边帮动态蓄水(20万m3)的矿区地下水资源保护思路，模拟墙外第四系水位抬升过程和最大水位抬升为1.54 m，可有效减小露天开采导致的地下水资源流失量、促进区域地下水位的回升。研究结果对露天矿坑水高效储存保护和调配利用具有重要的理论意义和工程实践价值。

• 鄂尔多斯盆地矿井水深部地质存储适宜性评价

  古丽波斯坦·吐逊江, 隋旺华, 艾比拜尔·买买提, 杨伟峰, 陈歌, 高亮,

  目的面对我国煤矿排水量大、处理成本高以及利用率低的问题，深入探究高效、环保且经济可行的矿井水处理技术，是煤炭行业实现绿色转型、践行可持续发展战略的关键所在。矿井水深部地质存储是一种新兴的矿井水处理技术，具有低成本、零排放特点。适宜的目标储层筛选是实现矿井水深部地质存储工程的关键步骤，目前相关研究已经提出了一些筛选准则，但定量化的筛选和评价方法亟待建立。方法采用模糊综合评价法和层次分析法，提出鄂尔多斯盆地矿井水深部地质存储的适宜性指标体系和评价方法，从地质稳定性、存储潜力、水文地质条件等方面选择评价指标，再根据盆地内一级构造单元和深部地层的地质特征，对各单元的每个评价指标依据评价指标分级进行赋分，确定权重，最后计算出综合适宜性评分。结果和结论(1)经地质条件分析和计算，鄂尔多斯盆地的地质存储液体潜力容量为9.78×1012 m3、存储潜力大。(2)结合鄂尔多斯地质特征提出评价方法和评价指标，其中包括构造单元适宜性评价3个一级评价指标和12个二级评价指标，深部地层适宜性评价包括4个一级指标和19个二级评价指标。(3)鄂尔多斯盆地的陕北斜坡构造单元适宜矿井水的深部地质存储，适宜的深部储层为二马营组、和尚沟组和刘家沟组储盖组合和马家沟组自储自盖组合，为优先实验性存储区选择提供了依据。

• 采煤沉陷区治理修复与开发利用关键技术进展

  孟庄涵, 王玉涛, 田延哲,

  背景煤炭资源开采形成的采煤沉陷区已成为制约我国生态文明建设与社会经济可持续发展的难题，其治理修复与开发利用对生态安全、粮食保障及能源转型意义重大。方法针对采煤沉陷区“旧账未清、新账叠加”的治理困局，研究基于治理、修复、开发、利用的核心概念，构建“理论−现实”双层分区依据体系，将全国采煤沉陷区划分为平原耕地修复区、高寒林草地生态保护区、高潜水位湿地建设区、荒漠新能源开发区、城市建设利用区、地下空间开发利用区6类功能导向型分区，系统梳理各分区关键技术进展、实践成果及现存挑战。进展平原耕地修复区聚焦“充填材料优化−科学土壤重构工艺−主动修复策略”，实现损毁耕地生产力恢复；高寒林草地生态保护区构建“耐寒植物筛选配置−适生土壤基质构建−合理人工植被重建−差异化水资源管理”，解决极端环境下生态系统重建难题；高潜水位湿地建设区发展“湿地新农业−水资源调蓄−光伏开发”模式，实现水文系统重构与生态价值转化；荒漠新能源开发区探索新能源开发建设、生态效应评估以及新能源消纳难题，支撑“沙戈荒”能源基地建设；城市建设利用区形成“精细勘探−靶向治理−结构抗变形−注浆质量检测−多手段协同监测−残余变形监测预警与塌陷风险控制”全流程技术链，保障地上、地面工程安全开发；地下空间开发利用区基于废弃矿井功能转化潜力与开发适宜性，探索废弃矿井多维开发利用路径。研究表明，功能导向型分区具有科学性与有效性，当前采煤沉陷区在土地结构转型、生态功能恢复方面取得显著成效，但仍面临技术适配性不足、多源数据融合滞后、生态价值转化路径不明等共性问题。展望从智能化水平、数字化转型、碳汇经济开发等方面，展望了采煤沉陷区治理修复与开发利用发展趋势，提出围绕黄河泥沙资源化利用与智能采复协同、高寒矿区生态修复功能群落精准配置与冻土防护、高潜水位沉陷区湿地碳汇经济价值评估等进一步的研究方向，为我国矿山城市可持续发展提供参考。