地温影响下的核素铀钾镭判识煤层底板突水水源技术研究

Systematic monitoring on groundwater level, ground temperature, thermal conductivity of limestone, chemical composition of ground water, and U, K and Ra in limestone aquifer of coal seam floor is done in four high-temperature coalfields of Pingdingshan, Yongcheng, Xinzheng and Huaibei. Genetic mechanism of abnormal ground temperature is analyzed on the basis of previous research. The space distribution of U, K and Ra is studied. The difference and influencing factors of changes in U, K and Ra are researched to confirm the space decision threshold of U, K and Ra. The formulas of Ra content in the procedure of U decays is proposed to confirm the theoretical Ra content. Modern mathematical technique are used to establish identification model of limestone aquifer, and the model is used to identify floor water inrush resource in high-temperature coalfields.

针对平顶山、永城、新郑、淮北等四个高温煤田区的煤层底板薄层和厚层灰岩含水层，分别开展水位、地温、灰岩热导率、地下水常规化学组分和铀钾镭的系统监测。在此基础上，分析地温异常高的成因机制；研究灰岩和地下水中铀钾镭空间分布和动态变化的差异程度及影响因素，确定地下水中铀钾镭的空间变化阈值；推导给出基于铀衰变的镭含量计算公式，确定镭含量理论值；采用现代数学方法，构建判别薄层和厚层灰岩地下水来源的数学模型，并用于高温矿井的底板突水水源识别。

项目研究中共实测了106个钻孔温度、29个岩样铀钍钾和密度、11个寒武系灰岩铀钍钾镭和热导率及密度、77个大气降水和地表水及寒武系灰岩地下水铀钍钾镭、19个寒武系灰岩地下水氡、16个寒武系灰岩地下水水样的总α、121个地热水水质全（简）分析、7个钻孔岩芯物理力学参数，为完成项目研究任务奠定了基础。.根据获得的丰富资料，系统分析了煤田地温场和大地热流值分布特征，解析了岩层放射性核素对热流背景的贡献，说明了岩浆岩生热和控热、地质构造导热、地下水吸热和输热、岩层传热和覆盖层保热对高地温分布的影响，得到了平顶山煤田高地温主要是由于岩浆岩残余热量通过岩层向上传导或通过断层向上传递所致的结论。.解析了同层灰岩中铀钾镭的共生特征及空间分布和时间变化规律，研究了不同层灰岩中铀钾镭空间分布的差异程度。依据衰变理论探究了灰岩中放射性核素的衰变模式及平衡状态，推导给出了基于铀衰变的镭含量计算公式，确定了镭含量理论值。得到了平顶山煤田寒武系灰岩中核素铀和镭的含量维持放射性平衡状态即灰岩中核素镭含量已达最大值的结论。. 分析了地下水中铀钾镭含量空间分布和变化特征，解析了寒武系灰岩中铀钾镭背景含量、地下水中铀镭氡衰变、水化学溶解和沉淀作用对地下水中放射性核素含量的控制性影响，研究了地温异常对地下水中钾和总α影响，探讨了地下水中放射性核素的运移机理，为基于放射性核素核素铀钾镭判识高地温矿井突水水源提供了支撑。.遴选了煤层底板突水水源识别的指标因子，应用熵权法确定了指标因子的权重，基于模糊可变集理论构建了判别薄层和厚层灰岩地下水来源的数学模型，检验了所建立模型的可靠性。针对不同时间和不同地点所检测的多离子含量，修正模型并用于高地温矿井底板突水水源的识别，为突水水源快速准确识别提供了保证。. 在项目的资助下，共发表SCI和EI期刊论文16篇、中文核心期刊论文4篇，出版学术专著1部，授权发明专利5项，获省部级二等以上科技进步奖2项，培养研究生15名。