高鹽礦井水深部轉移存儲介質特征與水動力演化規律

劉 琪，汪韋峻，羅 斌，王厚柱，張志軍

高鹽礦井水深部轉移存儲介質特征與水動力演化規律

劉 琪1，汪韋峻1，羅 斌1，王厚柱2,3，張志軍4

(1. 中國礦業大學 資源與地球科學學院，江蘇 徐州 221116；2. 中國中煤能源集團有限公司，北京 100120； 3. 中國礦業大學(北京) 地球科學與測繪工程學院，北京 100083；4. 中國煤炭地質總局勘察研究總院，北京 100039)

高鹽礦井水處理及排放是近幾年影響煤炭高效開采的重要因素之一，選擇開采煤層底板下深部適當的含水層，將高鹽礦井水進行異位轉移存儲是一種值得探索的礦井水排放減量方法。以鄂爾多斯盆地X礦為例，分析認為開采煤層以下寶塔山砂巖和深層劉家溝組砂巖地層具備轉移存儲空間。采取壓汞實驗和巖石力學分析研究2組地層介質特征；采用水位自然恢復試驗、壓水試驗和數值模擬等手段研究水文地質參數和水動力場特征。結果表明：寶塔山砂巖孔隙率為6.57%～19.89%，儲水潛力大但距離開采煤層過近，轉移存儲礦井水可能引起底板突水威脅，現今開采階段不考慮作為轉移存儲目的層；劉家溝組孔隙率為4.18%～ 7.49%，原始狀態下滲透系數為5.31×10–6m/d，注水壓裂后為0.008 14～0.015 27 m/d，滲透能力大幅提升并可保持穩定；MODFLOW模擬結果表明，劉家溝組含水層在長期轉移存儲礦井水方面具備較好前景。

礦井水處理；礦井水深部轉移存儲；介質特征；壓裂增透；鄂爾多斯盆地

我國化石能源呈現多煤少油少氣的特征，煤炭在現在和未來一段時間內都是我國能源消費的主體之一[1]。隨著我國煤炭開發重心逐步向西部干旱半干旱地區轉移，部分礦區呈現富煤少水特征，但也有多個礦區礦井水量大、含鹽量偏高，因此，探索礦井水的處理、減排方法十分必要。

保水采煤自20世紀末提出后，在保護我國西北干旱半干旱地區水資源完整方面做出突出貢獻[2]。在煤炭開采過程中，煤層頂板產生失穩垮落，垮落巖體上形成導水裂隙；當煤層距離含水層近，裂隙導通上方直接充水含水層時，水沿裂隙向下進入開采工作面、巷道，被礦井排出地表，使含水層失水；當失水量超過含水層自穩定限度后會形成當地水資源不可逆缺失[3-5]。在干旱半干旱缺水礦區，為保護受煤層開采影響的淺部含水層中地下水資源的可利用性，邵飛燕[6]提出將淺部含水層地下水向煤層底板以下含水層中進行“轉移存儲”的技術思路。武強等[7-8]基于礦山開采過程中礦井水量大但利用程度不高的情況提出“煤–水”雙資源型礦井開采技術方法，以梧桐莊礦突水治理為例，對礦井水進行控制、處理、利用、回灌與生態環?！拔逦灰惑w”的優化結合。我國要求水資源短缺礦區礦井水利用率要達到100%，高鹽礦井水減量減排是實現礦井水零排放的重要途徑。目前，高鹽礦井水處理多集中在礦井水中鹽分消除[9]，達標后作為礦區生產、生活和生態用水。此外，地下水轉移存儲也是一種有效處理高鹽礦井水的手段[10]。國外較先開展地下水轉移存儲研究[11-12]，我國主要集中在近地表地層和采空區[13-14]，深部轉移存儲進行過CO2封存相關的研究與實踐，如神華CCS示范工程[15]，其主要注入層位為劉家溝組、石千峰組、山西組、石盒子組和馬家溝組，工程結果表明，鄂爾多斯盆地三疊系劉家溝組是地質封存CO2的良好儲層，至今未發生泄露；說明劉家溝組具有一定的轉移存儲潛力。

為保障鄂爾多斯盆地X礦安全高效開采煤炭資源，實現高鹽礦井水減量減排，開展高鹽礦井水異位轉移存儲儲層的水文地質結構特征和介質特征研究，通過對比分析研究區寶塔山砂巖與劉家溝組砂巖的介質特征與水動力學特征，優選目的層，并對礦井水回灌后的水動力影響進行了模擬，以期指導礦井水回灌工程的實際運行。

1 研究區概況

1.1 研究區自然條件

研究區X礦位于鄂爾多斯盆地，屬大陸性沙漠氣候。含煤地層為侏羅系延安組，含煤5組(2、3、4、5、6煤組)，最低可開采煤層為6-2中煤層?，F開采煤層為3-1煤，礦井涌水量已達1 900 m3/h，礦化度最高為2 g/L。該礦現有礦井水處理方法有深度處理與中轉水池蒸餾結晶法、化工用水、矸石處理用水和離層注漿用水，但以上水處理方式已趨于飽和，難以滿足開采需要。

1.2 轉移存儲目的層特征及選取原則

轉移存儲目的層選取應滿足以下2點準則：①從含水層介質特征方面，要求目的層必須分布穩定，厚度較大，具有一定程度的孔隙、裂隙發育，以提供儲水空間；②從水文地質結構方面，位于煤層底板以下較大深度，以免受開采頂底板破壞帶影響，且不能造成底板突水危險性增大，最好為相對封閉的獨立水文地質單元。

3-1煤直接充水含水層為頂板直羅組砂巖孔隙、裂隙含水層和延安組砂巖孔隙、裂隙含水層。延安組下段發育寶塔山中粗砂巖，已有研究表明，寶塔山砂巖孔隙發育，滲透性好，具有相當大的儲水空間[16-17]；三疊系劉家溝組主要由細砂巖、砂質泥巖組成，研究區內劉家溝組距離3-1煤1 200 m以上；據文獻[18]，鄂爾多斯盆地劉家溝組砂巖段裂隙發育，鉆井液周期性漏失，堵漏27次，漏失量最大達4 621 m3，這與CCS示范工程模擬結果[15]相吻合。寶塔山砂巖、劉家溝組砂巖與最低可開采煤層6-2中煤層距離如圖1所示。

依據轉移存儲目的層選取準則，分析研究區含水層介質特征和水文地質條件，選擇煤層下儲水空間用以轉移存儲礦井水，鉆孔揭露延安組底部寶塔山砂巖厚47.1 m、三疊系劉家溝組地層厚416.4 m，儲水空間大，提出寶塔山砂巖段和深部劉家溝組砂巖段作為轉移存儲層備選目標。

圖1 開采煤層下地層柱狀圖

2 轉移存儲層介質特性分析

轉移存儲層的儲水空間直接決定了其原始狀態下的可轉移存儲量，轉移存儲層砂巖的介質特征直接影響轉移存儲層的儲水空間大小[19]。研究區寶塔山砂巖為粗砂巖和含礫粗砂巖，距離6-2中煤近。劉家溝組成巖時代較煤層早，主要為砂巖。收集寶塔山砂巖和劉家溝組巖心樣本13組，測試孔隙率及孔徑小于100 nm、100～10 000 nm和大于10 000 nm孔隙占比(表1)，獲取研究區轉移存儲層的含水介質條件。

已有研究表明，含水介質孔隙多少和大小都會對地下水運動造成顯著影響(表2)[20]。測試結果表明，寶塔山砂巖孔隙率均值為14.53%，重力水可以運動的孔隙占比平均為88.69%，最低為82.45%，其中100～10 000 nm孔隙占比平均為74.87%，表明寶塔山砂巖孔隙多位于這一級別，重力水可在較高水頭下運動，作為儲層轉移存儲礦井水潛力巨大。劉家溝組砂巖孔隙率均值為5.50%，重力水可以運動的孔隙占比平均為74.22%，較寶塔山砂巖總孔隙率小，重力水可以運動的孔徑占比小，相當一部分孔隙充滿結合水，表明在原始狀態下，寶塔山砂巖在單位空間內轉移存儲礦井水潛力優于劉家溝組地層。

在長期轉移存儲過程中，轉移存儲層的抗壓能力也會影響其儲水潛力，這是由于轉移存儲過程中轉移存儲層水位上升導致回注井孔周圍巖層受壓產生不同程度的破裂，部分新裂隙產生、部分原有微裂隙擴張形成裂隙網絡，進一步增大儲水潛力。對寶塔山砂巖4組樣本和劉家溝組砂巖13組樣本進行單軸抗壓強度測試，結果如圖2所示；黏土含量等物性參數測試結果見表1。

表1 目標轉移存儲層孔隙分布及黏土含量

注：數據表示最小～最大值/平均值。

表2 微孔隙結構特征[20]

結果表明，原始狀態下寶塔山砂巖飽和抗壓強度低于劉家溝組砂巖；在長期轉移存儲飽和含水條件下，轉移存儲層抗壓強度均降低，寶塔山砂巖抗壓強度從32.1～60.2 MPa降低到22.6～44.3 MPa；劉家溝組巖層抗壓強度從59.7～114.0 MPa降低到30.0～66.1 MPa，劉家溝組降低顯著。對劉家溝組樣本進行X射線衍射得到黏土礦物平均質量分數17.45%，最高為23.50%。已有研究表明黏土含量的存在會弱化砂巖強度，其中含少量或大量泥質的砂巖，其單軸抗壓強度較不含泥質砂巖分別折減了22%和4%[21]。劉家溝組砂巖為泥質膠結，抗壓強度較低，在飽和含水與受壓雙重耦合下易發生開裂，增大原巖滲透性。

圖2 單軸抗壓強度測試結果

3 轉移存儲層蓋層及水化學特征

根據鉆孔取心及物探分析，延安組中含2、3、4、5、6煤組，寶塔山砂巖距6-2中煤僅8～10 m，受采動影響，煤層開采擾動裂隙現已導通直羅組含水層，導致寶塔山砂巖無穩定蓋層，某些開采侏羅紀煤田下組煤的煤礦，寶塔山砂巖甚至作為充水含水層考慮并進行疏放水可行性研究，證明煤層開采存在垂直裂隙導通含水層，寶塔山砂巖作為轉移存儲層時，礦井水會產生沿裂隙擴散逃逸的風險。

劉家溝組上段與和尚溝組主要以泥巖、砂質泥巖和粉砂巖為主，厚度達180 m。鄂爾多斯盆地屬于我國典型的克拉通盆地，地殼穩定，地震活動微弱，研究區內和尚溝組蓋層和劉家溝組上段不發育垂向裂隙，具有十分良好的封蓋作用。

表3 轉移存儲層礦井水水質

4 轉移存儲層水動力特征分析

4.1 寶塔山砂巖轉移存儲可行性分析

根據區域內寶塔山砂巖放水試驗顯示，寶塔山砂巖含水層水位1 180.10～1 200.33 m，滲透系數為0.105 7～2.024 7 m/d。根據《煤礦防治水細則》中突水系數法安全水頭值計算公式，對寶塔山砂巖段進行允許最大水位計算：

式中：s為底板隔水層安全水頭值，MPa；為底板隔水層厚度，取8～10 m；s為臨界突水系數，取0.1 MPa/m。

計算得到最低可開采煤層6-2中煤層可承受寶塔山砂巖含水層最大安全水壓為0.8～1.0 MPa，研究區寶塔山砂巖頂界高程440～470 m，因此，允許水位為520～570 m，在不影響未來開采6-2中煤條件下，寶塔山砂巖含水層還需疏降水位，因此，寶塔山砂巖段可存儲量十分有限。在現開采階段，寶塔山砂巖段不考慮作為轉移存儲層存儲高鹽礦井水，可作為該礦綠色閉坑后礦井水的轉移存儲層，形成分布式地下水庫等[22]。

4.2 劉家溝組水文地質試驗

針對劉家溝組進行自然水位恢復試驗、水力壓裂和多期次注水試驗，得到研究區域內劉家溝組的滲透性和富水性。2019年12月21日至12月29日對MC-1試驗回注孔進行自然水位恢復觀測(圖3)，洗井階段，劉家溝組無水反出；為準確檢測水位變化，在洗井結束后注水至水位–213.10 m開始觀測，得到水位恢復速率為5 cm/h，推測劉家溝組砂巖含水層靜水位約–100 m。

利用Aquifer Test軟件微水試驗中Bouwer & Rice方法計算原巖狀態下劉家溝組的滲透系數，具體計算公式如下：

式中：rc為井管半徑；y0=y(t0)為初始時刻水位；yt=y(t)為t時刻后水位；rw為過濾段鉆孔有效半徑；L為篩管長度；R/rw為水流長度；R為影響半徑；t為時間。

利用MC-1孔近似自然水位恢復數據，代入式(2)計算得到劉家溝組的滲透系數為5.31× 10–6m/d，表明劉家溝組原始狀態下為弱滲貧水含水層，總體呈現弱地下水循環交替；而劉家溝組地下水TDS極高，表明在原巖條件下劉家溝組地下水基本處于停滯狀態。

為滿足礦區轉移存儲水量的需要，對劉家溝組開展水力壓裂試驗進行局部增透，共進行6次注水試驗。根據注水試驗觀測數據，劉家溝組在后期穩定階段滿足地下水向承壓水完整井的穩定運動條件，即符合圓島模型假設(廣義)：無限含水層，產狀水平、等厚、均質、各向同性；長時間抽水后會出現似穩定狀態，取為影響半徑。則有：

式中：h為含水層厚度，m，取309 m；w為降深，m；為流量，m3/h；w取53.5 mm。

除第2次注水試驗水壓波動外，依據5次注水試驗穩定階段進行水文地質參數計算(表4)，得到劉家溝組經水力壓裂后滲透系數為0.008 14～ 0.015 27 m/d。相較劉家溝組原始滲透系數增大幾個數量級，表明水力壓裂局部增透可明顯改善劉家溝組水文地質條件。

4.3 劉家溝組長期轉移存儲水動力分析

前期注水試驗初步掌握劉家溝組的水文地質參數。在長期轉移存儲礦井水過程中，劉家溝組的水文地質條件可能會發生變化。為獲取高強度、持續性注水條件下劉家溝組的流場演化及水壓變化規律，利用2020年3月8日至4月30日礦井水回注數據(圖4)，分析劉家溝組地層變化情況。

表4 注水試驗求參成果

圖4 注水井井口水壓和注水量變化曲線

在水力壓裂試驗后進行試回灌，并獲得相關數據，利用式(3)再次進行參數計算，得到試回灌階段滲透系數為0.009 11～0.016 93 m/d，與壓裂階段滲透系數差別較小，證明回注地層壓裂后保持穩定，劉家溝組壓裂后轉移存儲礦井水的潛力較大。

分析結果表示，在為期2個月的回灌過程中，轉移存儲層劉家溝組的滲透系數基本穩定，說明介質特征也基本穩定，壓裂后劉家溝組不再產生二次裂隙擴展，介質條件穩定，壓裂后也有較好的轉移存儲空間，頂底板蓋層發育較好，未發生泄露。

基于以上分析，利用MODFLOW模擬長期轉移存儲下劉家溝組的流場變化情況，用于定量分析和預測長期轉移存儲條件下儲層的水動力場變化情況。研究區劉家溝組在鄂爾多斯盆地區域發育穩定連續，構造不發育，在實際數值模擬過程中，取100(為影響半徑)作為模擬邊界(零流量邊界)。根據現有資料，對劉家溝組進行有限單元網格剖分，并對影響半徑內進行網格加密，共計剖分網格數10 147個，模擬步長為1 d。因回注孔MC-1無觀測孔，采用石油井田在周邊地區的水力壓裂影響范圍經驗值700 m進行計算。利用2個月實際資料進行參數率定，設置在壓裂影響范圍內滲透系數為0.011 m/d，壓裂影響范圍外為5.31×10–6m/d，初始水位 –100 m，回灌量2 400 m3/d，模擬時間60 d。得到回注60 d后流場變化情況(圖5)，在設置回灌量下，井口水位達到773 m，圖4中實際觀測壓力7.5 MPa，表明模型參數設置較為合理。

圖5 模擬60、180和360 d后劉家溝組流場變化

模擬結果表明，模擬時間為60 d時，轉移存儲水體擴散半徑達到274 m；模擬時間為180 d時，轉移存儲水體擴散半徑達到472 m；模擬時間360 d時，轉移存儲水體擴散半徑達到665 m。在單口井轉移存儲1 a情況下，轉移存儲水體擴散半徑接近壓裂半徑，表明劉家溝組的轉移存儲礦井水前景較好，可作為該礦處理礦井水，實現礦井水減量減排，轉移存儲水資源的一種新途徑。

5 結論

a. 轉移存儲目的層選取的兩點準則為：目的層必須分布穩定，厚度較大，具有一定的孔隙、裂隙發育程度，以提供儲水空間；位于煤層底板以下較大深度，以免受開采擾動，最好為相對封閉的獨立水文地質單元?；谝陨蠝蕜t，在鄂爾多斯盆地X礦內選擇延安組寶塔山砂巖和劉家溝組砂巖作為備選轉移存儲層。

b.寶塔山砂巖段厚度47.1 m，平均孔隙率為14.53%，其中重力水可移動的孔隙占比88.69%，但距離煤層近，無穩定蓋層，轉移存儲高鹽礦井水會產生垂向擴散逃逸的風險；劉家溝組總厚416.4 m，砂巖段厚度309 m，平均孔隙率為5.50%，其中重力水可運動的孔隙占比74.22%，原生條件下孔隙發育較差，但存在水力壓裂的可能，對煤層開采無影響，更適合用于礦井水的轉移存儲。

c.劉家溝組水力壓裂局部增透后滲透系數增大到0.008 14～0.015 27 m/d，在長期注水試驗條件下滲透系數不發生明顯變化，保證壓裂后介質特征基本穩定。長期轉移存儲數值模擬結果表明，劉家溝組具有較為良好的轉移存儲礦井水前景。

d.寶塔山砂巖可考慮作為該礦閉坑后的礦井水轉移存儲層，與已采煤工作面形成采空區+寶塔山砂巖含水層聯合分布式地下水庫，合理調蓄當地水資源。

[1] 謝和平，吳立新，鄭德志. 2025年中國能源消費及煤炭需求預測[J]. 煤炭學報，2019，44(7)：1949–1960.

XIE Heping，WU Lixin，ZHENG Dezhi. Prediction on the energy consumption and coal demand of China in 2025[J]. Journal of China Coal Society，2019，44(7)：1949–1960.

[2] 范立民，馬雄德，蔣澤泉，等. 保水采煤研究30年回顧與展望[J]. 煤炭科學技術，2019，47(7)：1–30.

FAN Limin，MA Xiongde，JIANG Zequan，et al. Review and thirty years prospect of research on water-preserved coal mining[J]. Coal Science and Technology，2019，47(7)：1–30.

[3] 繆協興，王安，孫亞軍，等. 干旱半干旱礦區水資源保護性采煤基礎與應用研究[J]. 巖石力學與工程學報，2009，28(2)：217–227.

MIAO Xiexing，WANG An，SUN Yajun，et al. Research on basic theory of mining with water resources protection and its application to arid and semi-arid mining areas[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2009，28(2)：217–227.

[4] 王厚柱，王樺. 鄂爾多斯侏羅紀煤田巨厚頂板砂巖含水層區域治理技術研究[J]. 煤炭工程，2019，51(10)：96–101.

WANG Houzhu，WANG Hua. Study on regional control technology for ultra-thick sandstone aquifer of Jurassic coal seam roof in Ordos coalfield[J]. Coal Engineering，2019，51(10)：96–101.

[5] 張念龍，靳德武，邵東梅. 采煤排水對區域水資源的影響：以山西陽武河流域上游煤礦區為例[J]. 煤田地質與勘探，2008，36(4)：50–53.

ZHANG Nianlong，JIN Dewu，SHAO Dongmei. Affection analysis of coal mining drainage for regional water resources：Taking coal mining area of upper reaches of Yangwu river valley as example[J].Coal Geology & Exploration，2008，36(4)：50–53.

[6] 邵飛燕. 含水層轉移存儲技術在神東礦區保水采煤研究中的應用[D]. 徐州：中國礦業大學，2008.

SHAO Feiyan. Application of aquifer transfer storage technology in Shendong mining area[D]. Xuzhou：China University of Mining and Technology，2008.

[7] 武強，王志強，郭周克，等. 礦井水控制、處理、利用、回灌與生態環保五位一體優化結合研究[J]. 中國煤炭，2010，36(2)：109–112.

WU Qiang，WANG Zhiqiang，GUO Zhouke，et al. A research on an optimized five-in-one combination of mine water control， treatment，utilization，back-filling and environment friendly treatment[J]. China Coal，2010，36(2)：109–112.

[8] 武強，申建軍，王洋. “煤–水”雙資源型礦井開采技術方法與工程應用[J]. 煤炭學報，2017，42(1)：8–16.

WU Qiang，SHEN Jianjun，WANG Yang. Mining techniques and engineering application for “Coal Water”dual-resources mine[J]. Journal of China Coal Society，2017，42(1)：8–16.

[9] 孫亞軍，陳歌，徐智敏，等. 我國煤礦區水環境現狀及礦井水處理利用研究進展[J]. 煤炭學報，2020，45(1)：304–316.

SUN Yajun，CHEN Ge，XU Zhimin，et al. Research progress of water environment，treatment and utilization in coal mining areas of China[J]. Journal of China Coal Society，2020，45(1)：304–316.

[10] 鐘偉，高振記，臧雅瓊. 工業有害廢液地下灌注國內外研究現狀分析[J]. 環境工程技術學報，2013，3(3)：208–214.

ZHONG Wei，GAO Zhenji，ZANG Yaqiong. Review of research on underground injection technology for industrial hazardous waste disposal both at home and abroad[J].Journal of Environmental Engineering Technology，2013，3(3)：208–214.

[11] KIM W Y. Induced seismicity associated with fluid injection into a deep well in Youngstown，Ohio[J]. Journal of Geophysical Research：Solid Earth，2013，118(7)：3506–3518.

[12] SARIPALLI K P，SHARMA M M，BRYANT S L. Modeling injection well performance during deep-well injection of liquid wastes[J]. Journal of Hydrology，2000，227(1/2/3/4)：41–55.

[13] 杜新強，路瑩，冶雪艷，等. 地下水人工回灌過程中介質堵塞與水質變化研究進展[J]. 黑龍江大學工程學報，2018，9(2)： 1–6.

DU Xinqiang，LU Ying，YE Xueyan，et al. Advances on porous medium clogging and water quality change during artificial recharge of groundwater[J].Journal of Engineering of Heilongjiang University，2018，9(2)：1–6.

[14] 顧大釗，張勇，曹志國. 我國煤炭開采水資源保護利用技術研究進展[J]. 煤炭科學技術，2016，44(1)：1–7.

GU Dazhao，ZHANG Yong，CAO Zhiguo. Technical progress of water resource protection and utilization by coal mining in China[J]. Coal Science and Technology，2016，44(1)：1–7.

[15] 刁玉杰. 神華CCS示范工程場地儲層表征與CO2運移規律研究[D]. 北京：中國礦業大學(北京)，2017.

DIAO Yujie. Study on the reservoir characterization and CO2migration underground in the Shenhua CCS demonstration project site[D]. Beijing：China University of Mining and Technology(Beijing)，2017.

[16] 呂玉廣，劉寶開，趙寶峰，等. 侏羅系寶塔山砂巖水文地質特征與解危開采研究：以新上海一號煤礦為例[J]. 煤田地質與勘探，2020，48(6)：170–178.

LYU Yuguang，LIU Baokai，ZHAO Baofeng，et al. Hydrogeological characteristics and danger-solving mining of Jurassic Baotashan sandstone：A case study in New Shanghai No.l coal mine[J]. Coal Geology & Exploration，2020，48(6)：170–178.

[17] 李德彬. 侏羅系煤田寶塔山砂巖含水層疏放水可行性研究[J]. 煤炭工程，2019，51(2)：92–96.

LI Debin. Study on the feasibility of water drainage for the Baotashan sandstone aquifer in Jurassic coal field[J]. Coal Engineering，2019，51(2)：92–96.

[18] 戰沙，張金功，席輝. 鄂爾多斯盆地蘇里格地區上古生界主要裂縫的測井識別[J]. 內蒙古石油化工，2010，36(10)：64–66.

ZHAN Sha，ZHANG Jin’gong，XI Hui. Log identification of main fractures in the Upper Paleozoic in Sulige area，Ordos Basin[J].Inner Mongolia Petrochemical Industry，2010，36(10)：64–66.

[19] 王蘇健，馮潔，侯恩科，等. 砂巖微觀孔隙結構類型及其對含水層富水性的影響：以檸條塔井田為例[J]. 煤炭學報，2020，45(9)：3236–3244.

WANG Sujian，FENG Jie，HOU Enke，et al. Microscopic pore structure types of sandstone and its effects on aquifer water abundance：Taking in Ningtiaota coal mine as an example[J]. Journal of China Coal Society，2020，45(9)：3236–3244.

[20] 徐智敏，高尚，孫亞軍，等. 西部典型侏羅系富煤區含水介質條件與水動力學特征[J]. 煤炭學報，2017，42(2)：444–451.

XU Zhimin，GAO Shang，SUN Yajun，et al. A study of conditions of water bearing media and water dynamics in typical Jurassic coal rich regions in western China[J]. Journal of China Coal Society，2017，42(2)：444–451.

[21] 韓應偉，王國偉，馬宏發. 泥質含量對砂巖力學性質及其破壞特征的影響規律研究[J]. 煤礦安全，2019，50(4)：46–49.

HAN Yingwei，WANG Guowei，MA Hongfa. Influence of argillaceous content on mechanical properties and failure characteristics of sandstone[J]. Safety in Coal Mines，2019，50(4)：46–49.

[22] 劉埔，孫亞軍. 閉坑礦井地下水污染及其防治技術探討[J]. 礦業研究與開發，2011，31(4)：91–95.

LIU Pu，SUN Yajun. Discussion on groundwater pollution caused by abandoned mines and its controlling techniques[J]. Mining Research and Development，2011，31(4)：91–95.

Medium characteristics and hydrodynamic evolution law of high salinity mine water recharge in deep well

LIU Qi1, WANG Weijun1, LUO Bin1, WANG Houzhu2,3, ZHANG Zhijun4

(1. School of Resources and Geosciences, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, China; 2. China National Coal Group Corporation, Beijing 100120, China; 3. College of Geoscience and Surveying Engineering, China University of Mining and Technology(Beijing), Beijing 100083, China; 4. General Prospecting Institute, China National Administration of Coal Geology, Beijing 100039, China)

The treatment and discharge of high salt mine water is one of the important factors affecting efficient coal mining in recent years. It is a worth exploring method to reduce the discharge of mine water by selecting the appropriate aquifer under the floor of the coal seam and transferring the high salt mine water to other places. Taking the X mine in the Ordos Basin as an example, the Baotashan sandstone and the deep Liujiagou Formation sandstone formation below the coal seam have transfer storage space. By mercury intrusion experiment and rock mechanics analysis, the two groups of formations were analyzed for medium characteristics; the water level natural recovery test, water pressure test and numerical simulation were used to study the hydrogeological parameters and hydrodynamic field.The research results show that Baotashan sandstone has a porosity of 6.57%-19.89%, which has great water storage potential but is too close to the mining coal seam. The transfer and storage of mine water may cause the threat of water inrush from the floor, so the current mining stage is not considered as a transfer storage layer. The permeability of Liujiagou Formation is 4.18%-7.49% and the permeability coefficient is 5.31×10-6m/d in the original state. After water injection and fracturing, the hydrogeological parameters of the Liujiagou Formation are 0.008 14-0.015 27 m/d. The permeability is greatly improved and can be maintained in a stable state. MODFLOW numerical simulation results show that the Liujiagou Formation has a good prospect in the long-term transfer and storage of mine water.

mine water treatment;transfer mine water storage; media characteristics; hydraulic fracturing; Ordos Basin

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TD74；TD82

A

1001-1986(2021)05-0029-07

2021-01-29；

2021-08-10

國家重點研發計劃項目(2019YFC1805400)

劉琪，1998年生，男，山西呂梁人，碩士研究生，研究方向為水文地質與工程地質.E-mail：ts20010098a31ld@cumt.edu.cn

劉琪，汪韋峻，羅斌，等. 高鹽礦井水深部轉移存儲介質特征與水動力演化規律[J]. 煤田地質與勘探，2021，49(5)：29–35. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2021.05.003

LIU Qi，WANG Weijun，LUO Bin，et al. Medium characteristics and hydrodynamic evolution law of high salinity mine water recharge in deep well[J]. Coal Geology & Exploration，2021，49(5)：29–35. doi: 10.3969/j.issn.1001- 1986.2021. 05.003

(責任編輯 周建軍)