陕北能源化工基地煤炭开采对地下水资源的影响研究

本研究采用多角度分析，揭示了淮南潘二煤矿区主要含水层的水力联系和断层导阻水性。结果表明，奥陶系灰岩含水层与太原组C3Ⅲ段灰岩含水层密切相连，F1断层在太原组C3Ⅰ、C3Ⅱ段为阻水断层，在C3Ⅲ段和奥陶系为导水断层。

为了探讨乌东煤矿煤层顶板含水层之间的水力关系，本研究采用了统计分析、Piper三线图及Gibbs图等方法，对基岩地下水、第四系地下水及地表水的水化学特征进行了定性分析。通过比较不同水体中Cl-浓度的差异，定量评估了相邻含水层之间的水力连接程度。研究结果显示，所有地下水样品的pH值均在7.1～8之间，属于弱碱性水。随着含水层埋深的增加，地下水的总溶解固体（TDS）逐渐升高，而地表水和第四系地下水的TDS均低于基岩地下水。基岩地下水、第四系地下水和地表水的主要水化学类型分别为Cl·SO4-Na、HCO3·SO4-Na·Ca、SO4·Cl·HCO3-Na和SO4·Cl·HCO3-Na·Ca。基岩地下水样品受到浓缩作用的影响，而地表水和第四系地下水则受到岩石风化和蒸发的影响。此外，研究区域内地下水和地表水还发生了阳离子的交换作用。第四系地下水与地表水之间的水力联系度为0.361，属于中等程度；而第四系地下水与基岩地下水之间的水力联系度为0.404，属于低程度。这些研究成果可为乌东煤矿的水文地质环境评价及相关水资源管理提供重要参考依据。

为探索陕北侏罗纪煤田河兴梁井田煤炭资源的高效利用，本研究基于已有钻孔煤质化验数据统计分析，系统评估了5-3煤的煤质特征和工艺性能。采用主要指标分区图方法，结合煤炭资源评价洁净煤等级的六级划分方案，对其进行了洁净等级评估。研究结果显示，5-3煤原煤洁净等级为Ⅱ~Ⅲ级，为好至较好洁净煤，其中Ⅱ级为主，Ⅲ级主要分布在井田西部及东南角；经过浮选处理后，浮煤洁净等级为Ⅰ~Ⅱ级，为特好至好洁净煤，以Ⅰ级为主，Ⅱ级分布较零散。

煤炭资源开采过程中，地下水资源受到严重破坏，是煤炭绿色开采中的难题。煤矿地下水库的建设有效保护了矿井水资源，并提升了水资源的循环利用率。为了揭示煤矿地下水库水体净化的机理，对神东大柳塔煤矿地下水库进出水样水质指标进行了测定。运用相关性分析、主成分分析等统计方法，结合舒卡列夫分类、Piper三线图等水化学分析方法及离子比值法，分析了地下水库水体的水化学特性及其形成机制。研究结果显示，煤矿地下水库表现出显著的自净化效果，出水中固体悬浮物、浊度、电导率和溶解性总固体等指标显著降低，化学需氧量、Fe3+、Mn2+的去除率分别可达到42%、89%和94%。水化学类型由进水的Ca2+·Na+ - Cl-·SO42-型逐步向出水的Na+·Ca2+- Cl-·SO42-型转变，表明水库净化过程中发生了阳离子交换。多元统计分析表明，溶滤作用在地下水库水质净化过程中起着主导作用，同时还受到溶滤作用、混合作用、外界干扰和阳离子交换等因素的影响。

开采活动是导致煤矿产生强矿震和冲击地压的根本原因。本研究通过理论分析、数值模拟和现场实测，探讨了回采速度对采场围岩弹性能释放的机制影响。研究结果显示，随着回采速度的增加，采场支护压力和顶板破断释放的能量显著增加。此外，快速回采导致单位时间内释放的总能量和峰值能量增加，围岩能量积聚程度随开挖次数增加而加强。通过实际统计分析验证，确定了适宜的回采速度区间，为矿山开采强度优化提供了依据。

为有效防治淄博市大武水源地地下水的有机污染，本研究对180组地下水样品中的有机污染物进行了详细分析。采用统计分析学和单因子评价法，全面评估了地下水中有机污染物的种类及其分布特征。研究结果表明，该地区地下水有机污染物主要分布在金岭回族镇北部，特别是堠皋-西夏一带污染较为显著。检测到的有机污染物达89种，总检出率为70.56%，主要为卤代烃和单环芳烃。超标率为13.89%，超标有机物包括苯、三氯甲烷、四氯化碳、三氯乙烯。

本研究调查了巴基斯坦卡拉奇市地下水质量的空间变化及其潜在污染源。研究区域包含大型垃圾填埋场、工业区以及接纳大量工业和生活污水的露天排水沟。 研究分析了地下水样品中的 pH 值、电导率 (EC)、氟化物 (F-)、氯化物 (Cl-)、溴化物 (Br-)、硝酸盐氮 (NO3-N)、硫酸盐 (SO2-4)、钠 (Na+)、钾 (K+)、钙 (Ca2+)、镁 (Mg2+) 和铵 (NH4+) 等参数，并与世界卫生组织 (WHO) 的饮用水标准进行了比较。 结果显示，地下水中离子浓度排序为：Cl- > Na+ > SO2-4 > Mg2+ > Ca2+ > NO3-N > K+ > F- > Br-。EC 值普遍高于 WHO 标准，表明地下水中存在高浓度的溶解性离子。健康风险指数 (HRI) 分析表明，卡拉奇居民面临着较高的地下水污染暴露风险，例如，高浓度的 NO3-N 可能导致高铁血红蛋白症和出生缺陷。 主成分分析 (PCA)、聚类分析 (CA) 和地理信息系统 (GIS) 等多元统计分析和地理空间分析结果表明，人类活动正在对卡拉奇的地下水质量造成负面影响。

为了探究潞安矿区不同开采工艺对裂隙带高度的影响规律，通过地面施工20余个勘探钻孔，并采用水文观测、注水试验等多种手段，详细研究了采空区顶板岩层裂隙的分布情况。统计分析大量实测数据后发现，综放开采工艺在相同煤层条件下裂隙带发育最为显著，裂隙带高度相较于分2层综采工艺降低了24%。但裂采比值约为20，与初分层开采裂采比基本持平。研究还确定了潞安矿区裂隙带高度的计算经验公式，为水体下采煤提供了科学依据。

本研究基于工作面微震事件释能规律的统计分析，探讨了微震能量随时间变化的趋势。研究发现高能量微震事件是冲击地压发生的必要条件。以大同忻州窑煤矿为例，应用ARIMA季节性模型和门限自回归模型预测未来微震释能趋势，比较了两种方法的优缺点及适用条件；同时，利用微震能量方差变化特征函数，提出了冲击危险模式的识别方法。研究结果显示，周期性明显的高能量微震事件，ARIMA季节性模型能有效预测其释能趋势，而门限自回归模型适用于预测释能趋势周期性不显著的高能微震事件。微震能量方差变化特征函数判别准则可有效预警冲击地压的发生。