煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室（重点实验室）于2015年9月30日获批，依托国家能源集团，致力于煤炭开采矿井水资源保护、矿井水处理和利用、矿区生态修复方面的基础理论研究、关键技术研发和示范工程推广应用。重点实验室将围绕煤炭开采地下水资源保护利用与矿区生态修复的基础理论和关键技术开展持续研发，形成我国西部生态脆弱区水资源保护利用与矿区生态修复技术体系，占领该领域的技术制高点，建成世界一流的煤炭开采领域水资源保护与利用实验室，为推进煤炭绿色开采提供科技支撑。

重点实验室设立开放基金，鼓励国内高等院校、科研机构研究人员尤其是中青年学者，与重点实验室相关研究团队紧密合作，利用实验室大型仪器设备和数据共享平台，开展相关基础研究工作。

一、开放基金课题研究方向

（一）矿井水保护方向

1. 煤矿地下水库选址评价方法

研究内容：以神东矿区近水平煤层煤矿地下水库选址为研究对象，采用系统分析方法，分析煤层厚度（采高）、煤层间距、安全距离、埋深、底板隔水性、矿井涌水量、煤岩层性质等影响地下水库选址的因素，构建煤矿地下水库选址综合评价指标体系，提出各指标的测量方法；构建基于层次分析的模糊评价模型，选取2个以上煤矿地下水库选址案例（已建和新建各一个），进行综合评判分析。

技术路线或研究方法：采用理论分析方法，构建煤矿地下水库选址综合评价指标体系和模型；采用现场调研、实测和实验室测定，获取煤岩层相关基本力学性质、底板渗透性等指标；采用层次分析法确定各指标权重，计算各指标属于评价等级的隶属度，采用模糊层次评判法，对不同选址进行综合评判。

知识产权指标考核方面：申请发明专利2项（近水平煤层煤矿地下水库选址评价方法、底板渗透性测试方法等），发表论文2篇（近水平煤层煤矿地下水库选址综合评价方法及应用、新建煤矿地下水库选址技术及应用等）。

2. 煤矿地下水库储水系数时空演化规律研究

研究内容：以神东近水平煤层典型煤矿地下水库为研究对象，分析采空区储水空间的结构与特征；研究开采工艺及参数对采空区冒落煤岩体碎胀系数的影响，构建煤岩层碎胀系数与储水系数的关系模型；研究在一定空间和时间维度上，储水空间的变化规律；提出储水系数随空间和时间变化的计算模型。

技术路线或研究方法：采用分形等理论分析方法，研究储水系数空间尺度的分布；应用实验室测试方法，测定顶板煤岩层的孔隙率等基本指标；采用现场测试、试验模拟和数值模拟等手段，分析开采工艺及参数对碎胀系数的影响程度。

知识产权指标考核方面：申请发明专利2项（近水平煤层储水系数测定方法、近水平煤层碎胀系数试验模拟测定方法等）；发表2篇论文（基于分形的近水平煤矿地下水库储水空间构成分析；近水平煤矿地下水库储水系数计算方法及应用）

3. 煤矿地下水库板型人工坝体与煤柱坝体连接结构研究

研究内容：考虑煤矿地下水库坝体受到水压、覆岩压力、采空区岩体侧向压力、矿震等荷载组合作用，针对板型人工坝体与煤柱坝体的复合整体稳定性，研究人工坝体与煤柱坝体的连接结构型式，提出不同型式人工坝体嵌入煤岩层的深度、宽度、角度等理论计算模型，为人工坝体设计提供依据。

技术路线或研究方法：采用物理模型试验方法，构建不板型人工坝体与煤柱坝体连接模型，测试人工坝体和煤柱坝体及连接结构的安全性；利用理论分析的方法，提出板型人工坝体嵌入煤岩层的深度、宽度、角度等计算模型；通过数值分析方法模拟水压、覆岩压力、采空区岩体侧向压力、矿震等荷载组合作用下板型人工坝体与煤柱坝体连接结构的应力应变分布规律，揭示连接结构的破坏机理。

知识产权指标考核方面：申请发明专利2项（煤矿地下水库坝体结构整体稳定性评价方法、人工坝体与煤柱坝体的连接结构安全性试验方法等），发表论文2篇（人工坝体与煤柱坝体的复合整体稳定性分析方法及应用、人工坝体与煤柱坝体的连接结构型式安全性分析及应用等）。

4. 煤矿地下水库板型人工坝体内锚杆受力特性及锚固效果评价

研究内容：以连接人工坝体和煤柱坝体的锚杆为研究对象，考虑覆岩压力、矿压、储水水压、采动应力等荷载作用下锚杆与人工坝体及煤柱坝体的相互作用关系及锚固力的变化规律，研究不同锚杆材质、锚固方式和锚固长度等因素对坝体结构的影响，提出安全合理的人工坝体锚固方案。

技术路线或研究方法：采用物理模型试验方法，构建板型人工坝体、煤柱坝体及锚杆连接的复合模型，测试人工坝体和煤柱坝体及连接结构的安全性；通过数值分析方法模拟覆岩压力、矿压、储水水压、采动应力等荷载组合作用下锚杆与人工坝体及煤柱坝体的相互作用关系及锚固力的变化规律，研究不同锚杆材质、锚固方式和锚固长度等因素对坝体结构的影响。

知识产权指标考核方面：申请发明专利2项（煤矿地下水库人工坝体与煤柱坝体锚固强度试验方法、锚固力现场测试方法等），发表论文2篇（组合荷载作用下锚杆与人工坝体及煤柱坝体的相互作用关系及锚固力的变化规律、不同锚杆材质、锚固方式和锚固长度等因素对坝体结构的影响规律等）。

5. 不同水压下地下水库煤柱坝体裂隙发育机理及注浆防护研究

研究内容：以近水平煤层地下水库煤柱坝体为研究对象，针对水压作用下，地下水库坝体裂隙发育很可能诱发坝体透水事故问题，采用实验室试验方法，借助CT扫描裂隙岩体三维模型重构技术和SEM扫描技术，研究压力水透过岩体裂隙时岩体裂隙发育规律；研究水压变化对裂隙发育规律的影响，分析不同水压作用后含裂隙岩石力学参数劣化规律；基于上述研究，寻找合理的注浆材料（超细水泥、化学材料），以岩石主要力学参数及高水压下透水性作为指标分析注浆材料堵水效果。

技术路线或研究方法：采用实验室试验和理论分析，研究高水压下岩石裂隙发育规律，借助CT扫描和SEM扫描，从宏细观角度获得高水压下裂隙发育机理，并采用物理力学参数测定仪器，分析不同水压下含裂隙岩石力学参数劣化规律；采用实验室试验，配制合适的裂隙注浆材料，确定合理的对比分析指标，获得最优注浆材料。

知识产权指标考核方面：申请发明专利2项（设计一种岩石裂隙加工方法；配制一种合理的裂隙注浆材料）；发表2篇论文（不同水压下地下水库坝体裂隙发育机理试验研究；地下水库坝体裂隙注浆材料配制及堵水效果研究）。

（二）矿井水处理和利用方向

1. 煤矿地下水库煤柱坝体及采空区残煤对矿井水水质影响规律研究

研究内容：煤矿地下水库是由煤柱坝体和人工坝体构成的封闭空间，其中，煤柱坝体结构占地下水库结构的80%以上；同时，煤矿地下水库内部有大量残煤，矿井水与煤柱坝体及采空区残煤存在吸附-溶解双重作用，在一定程度上影响矿井水水质。以几种典型煤种为研究对象，利用水-岩耦合模拟试验，分析水质指标的变化，研究在不同煤质条件下，煤柱坝体及采空区残煤对矿井水水质变化的作用机理和影响规律。

技术路线或研究方法：利用XRD、XRF、SEM和BET等手段对煤柱坝体和采空区残煤进行理化性质测试，根据煤质指标，分析煤质对矿井水水质造成影响的因素。利用物理模型试验装置，开展煤与矿井水的静态模拟试验和动态模拟试验，分析试验过程中矿井水水质指标的变化，研究在不同煤质条件下，煤柱坝体及采空区残煤对矿井水水质变化的影响因素和作用机理。

知识产权指标考核方面：申请发明专利2项（煤质对矿井水水质指标影响的评价方法、煤柱坝体与矿井水的耦合作用试验方法等），发表论文2篇（地下水库煤柱坝体及采空区残煤对矿井水水质影响作用机理研究、煤矿地下水库采空区残煤煤质组成及其变化规律等）。

2. 乳化液对矿井水水质影响机理研究

研究内容：煤矿井下液压支架使用的乳化液成分复杂，是影响矿井水水质的重要因素之一。以国内煤矿几种典型的乳化液为对象，分析其基本组成，研究乳化液中的各种成分在进入矿井水后及长时间在采空区内积存情况下的迁移转化机理，并分析与评价各成分在不同浓度条件下对矿井水水质的影响程度。探索防治乳化液对矿井水水质影响的技术方法。

技术路线或研究方法：采用液相色谱-质谱等分析方法，分析几种典型乳化液基本组成。分别以模拟矿井水和实际矿井水为研究对象，研究乳化液中的各种成分在进入矿井水后与矿井水中悬浮物、阴阳离子等成分之间的反应，以及形成污染物的迁移化机理。利用水化学方法等手段分析与评价不同浓度条件下的乳化液对矿井水水质的影响程度。在此基础上，提出含乳化液矿井水处理的技术方法，并开展初步试验。

知识产权指标考核方面：申请发明专利2项（乳化液对矿井水水质影响评价方法；一种矿井水中乳化液的处理方法）；发表2篇论文（乳化液对矿井水水质影响机理；矿井水中乳化液处理实验研究）。

3. 高盐水井下采空区储存的渗流规律研究

研究内容：以高矿化度矿井水深度处理后产生的高盐水为研究对象，采用相似模拟实验和数值模拟的方法，研究其在矿井采空区导水裂隙带中的扩散渗流规律；确定其对周围水系水质的影响，并建立高盐水扩散路径的模型，建立定量化关系；研究不同含盐量的浓盐水在煤柱坝体中的渗透扩散性能，确定渗透扩散规律；研究高盐水含盐量、浸泡时间、水压等因素对高盐水通过煤柱坝体渗流的影响规律及定量化关系。

技术路线或研究方法：采用实验室试验和数值模拟方法，研究不同组分、不同浓度高盐水在处于不同压力时在围岩裂隙和煤柱中的渗流速度、渗流范围等规律，通过数值模拟确定在周围水系补水的情况下高盐水的水质变化规律，建立高盐水扩散渗流模型并确定量化关系，并确定高盐水在渗流过程中对围岩和煤柱坝体的损伤破坏机理。

知识产权指标考核方面：申请发明专利2项（一种高盐水渗流测试装置；一种高盐水渗流规律测试方法）；发表2篇论文（高盐水在围岩裂隙中的渗流及水质变化规律；高盐水对煤柱坝体的损伤研究）

4. 天然矿物吸附矿井水氟化物性能研究

研究内容：以典型廉价天然矿物或固废为对象，通过表面微结构活化开发高效除氟材料，研究改性材料对矿井水中氟离子的吸附性能及作用机制，筛选出具有较强性价比的复合吸附材料；在此基础上，研发单一或多种改性材料去除矿井水中氟化物的混合、组配工艺，在不大幅改变矿井水pH值的条件下实现较好的吸附性能；研究矿井水中多种共存离子对除氟过程的影响机制。

技术路线或研究方法：通过简单、高效的物理化学处理过程获取廉价的改性吸附材料对矿井水中氟离子进行吸附实验，通过多种仪器分析手段探究吸附材料物理、化学性能的影响因素及其对吸附过程的影响，并通过吸附等温模型、动力学模型和热力学参数分析吸附实验数据，探究矿井水中其他共存离子的浓度变化及其存在形式对氟离子吸附的影响。

知识产权指标考核方面：申请发明专利2项（研制一种以粉煤灰或其他工业废弃材料为基础的高效水处理吸附剂；研制一种氟化物定向吸附剂，解决竞争吸附问题）；发表2篇论文（改性粉煤灰去除矿井水中氟化物的试验研究；一种矿井水中氟化物定向吸附剂的制备方法）

5. 膜法-热法耦合处理高矿化度矿井水方法研究

研究内容：针对西部典型矿区高矿化度矿井水及脱盐后浓水，以研发大规模低成本高矿化度矿井水处理技术为目标，优先考虑利用西部矿区低成本热源，选择膜法-热法耦合处理技术开展研究，根据特定水质优选膜材料和操作形式；探索适宜的工艺参数；建立相关的传质和传热模型；剖析膜污染形成机理并提出相应控制策略。

技术路线或研究方法：通过调研、技术经济性分析等，确定高矿化度矿井水膜法-热法耦合处理技术，同时充分考虑西部矿区低成本热源构建工艺技术路线。采用实验室试验和理论分析手段，针对特定水质优选膜材料和操作形式，探索适宜的工艺参数。建立传质传热模型。对受污染后的膜进行剖析，分析造成膜污染的机理及主要因素。

知识产权指标考核方面：申请发明专利2项（设计一种利用低成本热源处理高矿化度矿井水的膜法工艺；研发一种浓盐水膜法-热法耦合处理的装置及操作方法）；发表论文2篇（高矿化度矿井水膜法-热法耦合处理的影响因素研究；矿井水浓水膜法-热法耦合处理的膜污染分析及调控）

（三）矿区生态修复方向

1. 神东矿区煤炭开采参数与覆岩结构关系研究

研究内容：以神东矿区浅埋近水平煤层覆岩结构及运移特征为研究对象，分析不同开采参数（工作面尺寸、推进速度、采高）下采动覆岩结构形式、平衡条件和运移特征，研究开采参数与覆岩结构的关系，提出基于源头减损的工作面开采工艺优化参数计算方法。

技术路线或研究方法：采用物理模拟、数值计算和理论分析，结合现场岩层移动监测资料分析，建立采动覆岩结构损伤力学模型，分析覆岩结构应力、应变分布特征，研究不同开采条件（工作面尺寸、推进速度、采高）下覆岩结构破断失稳特征，揭示开采参数对覆岩结构运移特征的影响规律，提出基于源头减损的开采工艺优化参数计算方法。

知识产权指标考核方面：申请发明专利2项（覆岩结构判别方法、一种基于源头减损的开采参数优化方法等），发表论文2篇（开采参数对覆岩运移特征的影响分析、浅埋近水平煤层开采参数优化研究）

2. 神东矿区采动覆岩结构特征及运移参数与地表裂缝分布关系研究

研究内容：为确定煤炭开采后地表裂缝发育特征，以神东矿区浅埋近水平煤层覆岩运移与地表变形特征为研究对象，分析采动地裂缝分布特征，研究覆岩破断运移参数对地表裂缝分布特征（深度、宽度、间距等）的影响关系，揭示覆岩运移与地表裂缝演化的内在关系，提出地表采动裂隙预测方法，为煤矿区采动损害控制、土地生态减损开采等提供理论参考。

技术路线或研究方法：采用物理模拟、数值计算和理论分析，结合现场地表观测和岩层移动监测资料，分析开采后上覆岩层垮落情况及裂缝发育情况，对地裂缝形成过程与采动覆岩破断形式、基本顶破断距、基本顶厚跨比、上覆关键层破断运移参数的关系进行定量研究，建立“覆岩断裂-地表开裂”的地表裂缝预测模型，并进行实例验证和分析,为相似条件下煤矿开采地表裂缝预计提供参考。

知识产权指标考核方面：申请发明专利2项（一种采动地裂缝发育特征评价方法、一种采动地裂缝发育预测方法等），发表论文2篇（浅埋近水平煤层采动地表裂缝分布规律研究、浅埋近水平煤层采动地表裂缝预测模型研究）

3. 神东矿区地表裂缝与土壤质量演化关系研究

研究内容：以神东矿区风积沙开采地表为研究对象，跟踪测试3~5个不同开采地质特征（埋深、采高、地表土层厚度等）工作面自开切眼至停采线动态推进中地表裂缝发育和土壤质量变化的关系，重点分析近地表0~5m不同深度的土壤质量变化及对地表生态有较大影响的有机质、土壤结构、紧实度、渗滤性、持水率等土壤质量指标因采动裂缝发育的变化情况。结合当地温度、降雨量、开采特征和地质条件，研究采矿引起的地表裂缝导致地表土壤结构、含水率、养分等变化的关系，以及保持土壤结构稳定性的地表裂缝参数限值等，提出神东矿区开采过程中土壤质量提升方法。

技术路线或研究方法：采用现场实测、室内试验结合的方法，获取矿区气候数据特征，深入研究采动周期下地表裂缝发育情况和土壤质量的动态变化过程，分析对地表生态修复有较大影响的有机质、土壤结构、紧实度、渗滤性、持水率等土壤质量指标变化；采用理论分析方法，研究采矿引起的地表裂缝导致地表土壤结构、含水率、养分等相互关系，以及保持土壤结构稳定性的地表裂缝参数限制等。对比分析开采与非开采影响区土壤含水量变化差异，分析不同开采区域土壤含水量与不同地表裂缝特征的对应关系，建立神东矿区采动土壤损伤影响因子，提出神东矿区土壤质量提升方法，为矿区生态修复提供支撑。

知识产权指标考核方面：申请发明专利2项（采动影响周期下地表裂缝或土壤损伤现场测试方法、一种矿区土壤含水量实时监测方法及布置方式等），发表论文2篇（神东矿区采动周期下土壤质量变化特征、神东矿区地表裂缝揭露对土壤含水量的影响规律等）。

4. 神东矿区覆岩与地表采动损伤评价研究

研究内容：针对覆岩与地表采动损伤机理需深入研究和损伤程度难以量化问题，以神东矿区采动覆岩和地表土壤为研究对象，总结覆岩及地表土壤损伤类型与特征；揭示覆岩与地表土壤损伤机理；分析覆岩及地表土壤损伤的主要影响因素和影响规律；提出覆岩与地表土壤损伤程度的评价方法；建立覆岩与地表土壤损伤评价指标体系。为矿区采动岩土的损伤演化规律研究奠定基础。

技术路线或研究方法：通过现场调查与资料搜集，总结分析神东矿区以往覆岩与地表损伤特点，根据损伤特点提出覆岩及地表损伤的类型，全面分析不同类型的损伤特征；通过以往实测理论分析、相似模拟试验和数值模拟分析，揭示覆岩与地表的损伤机理，深入分析不同开采条件下覆岩移动变形及破断规律与发生条件；全面分析地质开采因素对覆岩与地表土层的损伤程度变化关系，提出覆岩及地表损伤的主要影响因素；根据不同地质开采因素对覆岩及地表损伤的规律和影响方式，提出覆岩与地表损伤程度的评价方法；采用统计相关分析、加权回归等方式，建立覆岩与地表损伤评价指标体系，并根据具体条件确定各指标权重。

知识产权指标考核方面：申请发明专利2项（一种覆岩采动损伤程度评价方法、一种采动损伤评价指标权重确定方法），发表论文2篇（神东矿区覆岩与地表损伤机理研究、神东矿区采动覆岩与地表损伤评价方法）。

5.神东矿区地表移动多源监测数据融合处理方法研究

研究内容:针对当前矿区地表损伤监测技术中效率和精度难以兼顾的问题，以神东矿区地表变形及损伤多源监测数据为研究对象，在大量水准观测数据的基础上，结合InSAR大区域小变形监测数据、LiDAR激光扫描面域低精度数据或RTK零散点观测数据，建立两种或多种数据源的快速高效融合算法模型，以最少的时间投入和观测数据，获取较高精度的观测结果和地表移动盆地，提出数据融合流程，开发数据融合处理软件或平台，并提出科学合理的数据融合评价方法。为矿区准确、高效、经济地获取地表移动变形监测提供可靠手段，为地表损伤及生态自修复能力评价等奠定基础。

技术路线或研究方法：采用数据分析技术，如概率论统计方法、逻辑推理方法、理论分析方法、基于特征抽取的融合方法和基于搜索的融合方法，建立不同数据源之间统一的坐标系统和转换参数，系统分析高强度开采下不同地表移动观测数据的相关性与差异性；对比分析不同数据源融合的稳定性、可靠性；根据沉陷区的监测数据特征，建立矿区地表多源观测数据融合的算法模型，并提出数据融合的可靠性评价指标。

知识产权指标考核方面：申请发明专利2项（一种多源数据融合算法、一种数据融合精度及可靠性评价方法），发表论文2篇（基于数据挖掘和深度学习的多源数据融合方法、地表移动多源观测数据融合误差来源及误差处理方法）。

参考技术文献

1. 顾大钊. 煤矿地下水库理论框架和技术体系[J]. 煤炭学报. 2015, 40(2): 239-246.

2. 顾大钊, 颜永国, 张勇等. 煤矿地下水库煤柱动力响应与稳定性分析[J]. 煤炭学报, 2016, 41(07): 1589-1597.

3. 曹志国, 李全生, 董斌琦. 神东矿区煤炭开采水资源保护利用技术与应用[J]. 煤炭工程, 2014, 46(10): 162-164, 168.

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17. 顾大钊等著，能源“金三角”煤炭开发水资源保护与利用[M]. 科学出版社，2012

18. 顾大钊等著，晋陕蒙接壤区大型煤炭基地地下水保护利用与生态修复[M]. 科学出版社，2015年

三、开放课题基金申请

1. 申请者应原则上根据重点实验室上述指南研究方向，以基础研究或应用基础研究为目标，申报开放基金课题，每个方向下资助1~3个项目。

2. 重点实验室开放基金将优先资助立论清晰、目标明确、研究内容具体、具有创新科学意义的研究课题。

3. 鼓励申请者须同本重点实验室科研团队开展合作研究，并在申请书中须有明确的合作研究计划。

4. 优先资助申请者利用本重点实验室的先进科学仪器设备和数据共享平台，以客座研究人员身份，来实验室开展研究工作。

5. 课题必须设置明确的知识产权目标（论文、专著、专利、软件著作权等），具体要求为：原则上每个开放基金课题要求发表核心期刊以上学术论文2篇，且完成单位必须署“煤炭开采水资源保护与利用”国家重点实验室（State Key Laboratory of Water Resource Protection and Utilization in Coal Mining），其中：要求SCI或EI期刊论文1篇，且第一完成单位为重点实验室；申报发明专利2项，专利的第一申请人为神华神东煤炭集团有限责任公司，同时专利申请人须包含北京低碳清洁能源研究院，须通过国家重点实验室申报，相关专利申请及维持费用由国家重点实验室列支；软科学课题和软件开发类课题满足论文要求的基础上另行商议。

6. 2019年度资助的开放基金课题单项申请金额原则上为20万元左右，资助不超过20项。开放基金课题执行期为2年。

7. 资助对象须具有博士学位、具有固定科研岗位的科研人员，年龄原则上不超过35周岁，特别优秀的可以放宽至40周岁。

8. 2019年度开放基金课题采用网上申报提交系统进行材料提交，网址：http://wpukfjj.shenhuagroup.com.cn/zdsys。

9. 开放课题申请截止日期：2020年8月30日。申请者应在截止日期之前将系统审核通过的课题申请书正式版（一式二份，所在单位签字盖章）邮寄至联系人。

联系人及联系方式

矿井水保护方向：吴宝杨 010-5733 7367，138 1099 6419 baoyang.wu.c@chnenergy.com.cn

矿井水处理和利用方向：郭强 010-5733 7364，189 1189 8291 qiang.guo.cw@chnenergy.com.cn

矿区生态修复方向：杨英明 010-5733 7373，131 2688 0013 yingming.yang@chnenergy.com.cn

联系地址：北京市未来科学城国家能源集团202楼

煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室

2020年6月29日