煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室（以下简称重点实验室）于2015年9月30日获批，依托国家能源集团神东煤炭集团和低碳院建设，致力于煤炭开采矿井水保护、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，研制了具有自主知识产权的“1+6”试验平台（一个综合试验平台：煤炭开采地下水运移与保护综合智能试验平台；6个专项试验平台：多煤层开采煤矿地下水库模拟试验平台、煤矿地下水库坝体结构试验平台、西部深部井工矿井筒施工模拟试验平台、煤矿地下水库矿井水自净化试验平台、水处理工艺集成试验平台、煤炭开采地表生态损伤减损与修复试验平台）。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。

根据国家科技部关于国家重点实验室“开放、流动、联合、竞争”的设立原则，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.长时水浸作用下煤矿地下水库煤柱坝体稳定性研究

研究内容：以神东矿区近水平煤层煤矿地下水库煤柱坝体稳定性为研究对象，研究煤柱坝体在长期水浸及干湿循环作用下失稳机理，揭示不同矿化度矿井水对煤柱坝体劣化机制，分析长时间水-岩离子交换溶蚀弱化机理，构建不同水质矿井水浸泡环境下“水-岩”耦合力学行为和蠕变损伤模型，研究煤柱坝体在服务期间内裂隙与渗流场演化规律，探究“应力-渗流-溶蚀”耦合作用下煤柱坝体破坏机制，基于研究结果及为煤柱坝体安全防控及合理尺寸设计及安全稳定评价提供理论支撑。

技术路线或研究方法：采用理论分析、数值模拟、物理模拟等方法，构建多场耦合作用煤矿地下水库煤柱坝体损伤模型；应用现场调研、实测和实验室测定，获取不同矿化度矿井水与煤岩离子交换规律，揭示矿井水浸泡对煤岩体弱化机理；基于蠕变实验和以上研究成果，分析长时间水浸作用下煤柱坝体稳定性变化规律。

知识产权指标考核方面：申请专利1项（煤矿地下水库煤柱坝体稳定性探测方法），发表论文3篇（SCI/EI）（水浸作用下煤矿地下水库坝体蠕变失稳机理研究，不同水质矿井水干湿循环环境下煤柱坝体强度弱化机制研究；含扰动损伤的煤柱坝体结构稳定的定量分析及判定标准等）。

2.复杂应力条件下煤矿地下水库煤柱坝体安全宽度研究

研究内容：煤柱坝体宽度是煤矿地下水库稳定性和安全性的重要指标之一。神东矿区以浅埋、近水平煤层为主，地质条件简单，煤柱坝体研究较多，而对大埋深、缓倾斜煤层条件下煤柱坝体留设宽度鲜有研究。大埋深矿井煤柱坝体为高应力围岩条件，缓倾斜煤层煤柱坝体有滑移分力，不同条件下煤柱坝体应力特征、裂隙发育规律和渗流规律有与浅埋煤层不同的特征，且无工程实体参照。本研究通过研究高应力、缓倾斜条件下煤矿地下水库煤柱坝体“三场”演化规律，为复杂应力条件下煤柱坝体安全宽度的确定提供理论依据。

技术路线或研究方法：采用理论分析、室内试验、物理模拟和数值模拟相结合的方法，构建该条件下煤柱坝体力学模型，开展高应力、缓倾斜煤层条件下煤矿地下水库煤柱坝体应力分布、裂隙发育和渗流规律，提出高围岩、缓倾斜煤层条件下煤柱坝体留设和计算的方法，增加煤柱坝体的可靠性和稳定性。

知识产权指标考核方面：申请专利1项（复杂应力条件下煤矿地下水库煤柱坝体安全宽度计算方法等）；发表3篇论文（高围岩应力条件下煤矿地下水库煤柱坝体裂隙发育及渗流规律特征研究、缓倾斜煤层煤矿地下水库煤柱坝体裂隙发育及渗流规律特征研究、复杂应力条件下煤矿地下水库煤柱坝体宽度优化研究等）。

3.煤矿地下水库坝体稳定性评价体系及关键指标参数研究

研究内容：以神东矿区煤矿地下水库坝体为研究对象，充分考虑裂隙发育特征、复杂应力及富水环境影响，研究影响坝体稳定性的主要因素，选取关键指标参数，构建坝体稳定性评价体系，并进行有效性验证。

技术路线或研究方法：采用理论分析、室内试验和数值模拟相结合的方法，针对神东矿区煤矿地下水库坝体稳定性主要因素、关键指标参数、稳定性评价体系进行研究。充分考虑裂隙发育特征、复杂应力及富水环境影响，建立坝体结构数学分析模型。通过理论分析，系统性的提出影响坝体稳定性的主要因素，论证选取关键指标参数，并确定权重赋值，构建煤柱坝体稳定性评价体系。通过室内试验手段，获取坝体及顶底板岩层物理力学参数。通过数值模拟方法，基于关键指标参数，对典型矿井煤矿地下水库坝体稳定性进行评价，验证所建立评价体系的有效性及适用性。

知识产权指标考核方面：申请专利1项（一种煤矿地下水库坝体稳定性评价及关键指标参数确定方法）；发表3篇论文（煤矿地下水库坝体稳定性分析本构模型研究、煤矿地下水库坝体稳定性影响关键指标参数研究、煤矿地下水库坝体稳定性评价体系研究）。

4.西部深部煤矿地下水库库容动态演化研究

研究内容：研究缓倾斜煤层开采后煤矿地下水库垮落岩体堆积形态演化规律，分析岩性、岩体尺寸、覆岩结构等因素对缓倾斜地下水库库容影响特征，揭示西部深部（以新街台格庙矿区埋深500m为例）地下水库储水空隙在高应力作用下变形机理，构建西部深部缓倾斜高应力环境下地下水库库容计算理论模型，并根据现场实例进行预测。

技术路线或研究方法：基于采出空间体积守恒，建立西部深部缓倾斜煤层开采条件下，考虑地表下沉和岩层裂隙的库容计算模型；通过多种数值软件耦合，模拟高应力条件下缓倾斜煤矿地下水库库容演化规律，分析不同岩性、不同形状、不同尺寸等因素对库容的影响，预测不同倾角和应力水平条件下库容大小，验证理论模型。

知识产权指标考核方面：申请专利1项（一种缓倾斜煤矿地下水库库容计算软件等）；发表论文3篇（西部深部高应力条件下地下水库储水系数演化规律、缓倾斜煤矿地下水库库容计算模型等、高应力条件下深部煤矿地下水库库容时空演化规律研究等）。

5.煤矿地下水库运行期应急处置技术研究

研究内容：以煤矿地下水库安全运行为目标，依据水位监测、煤柱坝体和人工坝体结构的应力应变监测及安全预警系统，考虑矿震、地震、采动岩体垮落等突发情况，研究不同条件下的应急处理方式，如应急泄水等，提出完整全面的煤矿地下水库运行期应急处置技术方案。

技术路线或研究方法：通过现场调研与分析，确定不同条件下应采用的应急处置措施；采用理论分析方法，根据各项监测数据与安全预警信息等，确定不同条件下的应急处置触发条件与阈值；通过数值分析方法、物理模型试验或现场试验方法，确定应急处置技术的具体参数。

知识产权指标考核方面：申请发明专利1项（煤矿地下水库安全运行应急处置方法等）；发表论文3篇（煤矿地下水库安全运行应急处置触发条件与阈值分析、煤矿地下水库安全运行应急处置技术参数分析等、煤矿地下水库应急泄水管道模型优化分析）。

6.煤矿地下水库储存高盐矿井水环境风险分析

研究内容：通过模拟高盐矿井水在采动裂隙网络中的渗流过程，分析高盐矿井水在煤矿地下水库中封存后对地下含水层的影响，进而评判采空区水库储存浓盐水时发生渗流并污染周边水系的环境风险，并提出有针对性的防控技术措施。

技术路线或研究方法：针对煤矿地下水库浓盐水封存可能对邻近含水层造成的环境影响问题，综合相似模拟试验和数值计算得到的裂隙网络特征，采用多场耦合数值模拟软件，分析煤层开采后采空区围岩(包括顶板、隔离煤柱及底板)的结构破断及裂隙发育等特征，掌握采空区围岩裂隙发育的边界范围。在此基础上，深入研究煤层开采后，采空区浓盐水储存对邻近含水层的影响，定量评判煤矿地下水库储存浓盐水对地下水的影响程度。

知识产权指标考核方面：申请专利1项（一种煤矿地下水库储存浓盐水环境影响评价方法）；发表3篇论文（煤矿地下水库封存浓盐水渗流扩散规律研究，煤矿地下水库封存浓盐水防扩散技术研究，浓盐水作用下煤岩体力学性能弱化机理研究）。

7.煤矿地下水库作用下神东矿区水系统演化规律研究

研究内容：分析地下水库相邻工作面开采过程中浅表含水层、基岩裂隙水等变化规律，揭示地下水库执行“导储用”作用过程中单矿尺度水资源循环演变规律和影响范围，分析建库后“覆岩移动-裂隙发育-水资源流动”三者耦合动态变化特征，基于数值仿真模型和现场监测，研究煤矿地下水库对区域水资源总量、地下水位等影响机理，确定调用（如灌溉、生产等）煤矿地下水库水源过程中含水层水位与水流场演变的量化关系，对比分析地下水库建设前后区域水资源演变规律，揭示地下水库对矿区尺度范围水系统的影响范围和边界，为煤矿地下水库影响下区域水资源保护和评价提供基础。

技术路线或研究方法：采用理论分析、数值模拟、物理模拟等方法，分析煤炭开采过程中覆岩移动规律、采动裂隙发育规律，研究建设煤矿地下水库前后水资源流动特点，探索矿井尺度、矿区两种尺度下煤矿地下水库建设后对区域水资源影响范围和边界，对比分析煤矿地下水库执行“导储用”过程中对区域水系统影响规律。

知识产权指标考核方面：申请专利1项（一种煤矿地下水库建设后矿区水流系统变化计算方法等）；发表论文3篇（SCI/EI）（煤矿地下水库影响下区域水流系统演变规律研究、深部煤矿地下水库汇水范围划分研究、煤矿地下水库储水后对邻库工作面涌水量的影响等）。

8.煤矿地下水库选址评价模型构建

研究内容：分析特定水文地质条件下煤炭开采地下水运移规律，建立煤矿地下水库水源预测模型；综合考虑煤矿地下水库水源补给特征、水库埋深、库容大小、煤柱及人工坝体稳定性等因素，建立煤矿地下水库选址评价理论模型；提出相同矿井、不同开采条件下煤矿地下水库选址适宜性划分标准和方法。

技术路线或研究方法：通过现场调研、理论分析建模、物理实验、数值计算、德尔菲法等方法，研究特定地质条件下煤炭开采地下水运移规律；选取煤矿地下水库埋深、库容、坝体稳定性等影响煤矿地下水库选址的关键因素，建立考虑多因素的选址评价模型；通过上述理论分析，将煤矿地下水库选址适宜性划分为若干等级，提出选址评价划分标准和方法。

知识产权指标考核方面：申请专利1项（一种煤矿地下水库选址评价方法），发表论文3篇（煤矿地下水库水源预测模型分析研究、煤矿地下水库选址评价方法模型构建、煤矿地下水库选址适宜性划分标准研究）。

（二）矿井水处理和利用方向

1. 矿井水中有机污染物指纹解析研究

研究内容：受矿井生产影响，矿井水中的有机物成分复杂，是影响矿井水水质及利用的重要因素之一。以神东矿区几种典型的潜在有机污染源和地下水库矿井水为研究对象，分析潜在有机污染源的基本组成，厘清矿井水中有机污染物的主要种类及其含量，确定神东矿区煤矿地下水库矿井水的特征有机污染物，并揭示矿井水中特征有机污染物的健康风险和可能来源。

技术路线或研究方法：根据神东矿区井下各生产环节确定煤矿地下水库矿井水潜在的有机污染来源（乳化液、灭火剂、润滑脂、清洗剂等）。采用液相色谱-质谱、气相色谱-质谱及高分辨质谱等分析仪器，分析5-8种典型潜在有机污染源的基本组成，以神东矿区煤矿地下水库进水为研究对象，建立矿井水有机污染指纹谱图，根据含量、毒性等多个指标确定矿井水特征有机污染物，评价特征有机污染物的健康风险，并通过建立受体模型，确定特征有机污染物的主要来源及来源的贡献。

知识产权指标考核方面：申请发明专利1项（矿井水中有机污染物的高通量分析方法或煤矿地下水库矿井水有机污染源解析方法）；发表3篇论文（矿井水中有机污染物的靶向和非靶向筛查、矿井水中有机污染物的污染特征及其健康风险评估、利用受体模型解析矿井水中特征有机污染物的来源等）。

2.双极膜电渗析处理杂盐制备酸碱技术研究

研究内容：针对西部典型高矿化度矿井水零排放过程中涉及的杂盐浓水（盐度＞10%），基于双极膜电渗析技术，对上述杂盐水进行产酸产碱的技术研究。分析西部典型高矿化度矿井水及煤化工废水零排放过程中涉及的杂盐浓水的化学组成；针对双极膜特点及杂盐水化学成分，提出双极膜系统进水预处理解决方案；优化对双极膜电渗析针对不同水源性质产酸产碱的操作参数；剖析影响产酸产碱效率的关键因素，并提出相应的控制措施；形成完整的小试参数总结，为中试提供数据支撑，并完成技术经济性分析。

技术路线或研究方法：针对至少一种零排放系统混盐水作为原水，分析其组成并提出预处理方案（包含且不限于除硬、除二氧化硅、有机物等）并进行小试验证；考察双极膜性能参数（包括且不限于电流效率、水迁移数等）；开展自配混盐水试验（包含且不限于硫酸根离子、氯离子、硝酸根离子等）及现场取水实验，针对不同配比来水及水源性质产酸产碱的操作参数（包括且不限于电流效率，水迁移数，最优进水盐度，最优产酸碱当量，最优淡水浓度等）；剖析影响双极膜系统产酸产碱效率的关键因素，例如膜材料的性质，电流强度，化学组成等对膜表面及内部结构污染的影响，确定污染膜的关键因素，剖析膜污染原理；针对某矿井水零排放项目，评估双极膜电渗析处理混盐产酸产碱的技术经济性。

知识产权指标考核方面：申请发明专利1项（一种控制双极膜电渗析膜污染的预处理方案）；发表论文3篇（双极膜技术在矿井水/煤化工废水零排放过程中制备酸碱的影响因素研究，双极膜电渗析膜污染机理解析及控制研究，双极膜电渗析过程提高电流效率机理研究）

3.电化学水软化技术除垢/阻垢过程优化及机理解析

研究内容：电化学水软化技术是一种新型的水处理技术，具有处理效果好、自动化程度高、无二次污染等优点，已逐步应用于工业给排水领域。以西部矿区典型高矿化度矿井水为对象，设计并研发系列化电化学水软化小试装置，重点探究水流方向、水质参数、水力停留时间、电极材料、电流密度、极板间距等参数对除/阻垢效果的影响；建立电化学除垢过程的动力学方程，筛选关键因素；解析电磁场环境下除/阻垢机理，分析电化学水软化过程的经济效益，为中试应用提供数据支撑。

技术路线或研究方法：基于现场调研，水质分析确定宁东矿区典型高矿化度矿井水水质特征；设计并研发两种或两种以上形式（不同外观或水流流向）的电化学水软化小试装置，采用正交试验、SPSS或响应曲面法（Response surface methodology）等实验方法确定影响电化学水软化效果及能耗的最佳参数；借助电化学工作站及大型检测仪器（如XRD、SEM、AFM等）分析电极寿命曲线及表面垢的微观形貌；筛选出最优的电化学水软化装置形态、电极材料及水质参数条件（如pH、电导率、初始硬度、碱度等），开展连续动态实验及阻垢效果对比实验，建立电化学除垢过程动力学方程及数学模型，在探究电化学除垢机理的基础上，重点开展电磁场条件下水分子状态变化及其阻垢机制。最后，对最优装置体系的运行成本及经济效益进行分析。

知识产权指标考核方面：申请发明专利1项（一种模块化智能型电化学水软化装置及系统）；发表论文3篇（电化学水软化法处理高矿化度矿井水的实验研究；电化学水软化技术除垢/阻垢机制研究；不同水质参数对电化学除垢效能的影响机制）。

4.复杂成分矿井水深度除硬技术研究

研究内容：以西部典型矿区（神东和宁煤）高矿化度矿井水（矿化度4000～8000ppm）为研究对象，开展复杂成分矿井水（硬度：200～600ppm，含有微量有机物和阻垢剂）深度除硬的技术研究，建立稳定可行的高盐高硬矿井水深度除硬技术路线。研究矿井水中盐分、有机物、阻垢剂对除硬过程关键参数的影响，解析其影响机理。基于典型的工业用阻垢剂，开展不同种类、投加量等参数对不同矿化度的矿井水除硬效果研究，并针对残留阻垢剂在水相中的稳定体系开发破稳药剂，以解决双碱法工艺中实际药剂投加量远高于理论投加量的问题，降低运行成本。

技术路线或研究方法：采用典型矿区现场调研和水质分析等方法，确定复杂矿井水水质成分（盐分、碱度、硬度、有机物及阻垢剂等）。应用双碱法+树脂交换的方法（不仅限于此法），开展复杂矿井水深度除硬技术研究，确定药剂投加种类、投加量、反应时间、树脂类型、再生周期及寿命等关键技术参数，对比分析在阻垢剂存在的条件下除硬关键技术的变化规律，解析典型阻垢剂对除硬的抑制作用。针对水中残存阻垢剂所致的稳定体系开发新型破稳药剂，研究破稳条件下除硬关键参数的变化规律。

知识产权指标考核方面：申请发明专利1项（一种复杂成分矿井水深度除硬技术），发表论文3篇（复杂成分矿井水深度除硬技术研究；水中残留阻垢剂对双碱法软化效果的影响机制研究；高效破稳对复杂成分矿井水除硬效果的影响研究）。

5.矿井水智能加药控制技术研究

研究内容：以神东煤矿矿井水典型预处理工艺（混凝、双碱法化学软化）为研究对象，研究加药量与进水水量波动，及水质关键指标（浊度、硬度、碱度等）情况之间的内在关系，建立矿井水智能加药系统，实现矿井水处理过程中药剂添加量随水量水质波动的智能调节。

技术路线或研究方法：针对神东煤矿矿井水典型预处理工艺，开展加药控制系统调研，对现行处理过程中所需药剂种类、药剂量、及在线监测方法进行梳理和总结，提出可靠的检测仪表及监测方法。针对关键工艺环节及加药节点，开展实验室小试实验，以探究加药量与水量、水质关键指标（浊度、硬度、碱度等）之间的内在联系及作用机理，建立多个不同类型的药剂的添加量-矿井水进水关键指标的复合影响机理数学模型，实现药剂量的智能投加及精准实时调节。

知识产权指标考核方面：申请专利1项（矿井水处理智能加药控制系统，发表论文3篇（不同药剂对矿井水进水指标的影响；矿井水自动软化控制及调节技术研究；矿井水预处理智能加药控制系统研究）。

6.干热岩压裂储层裂隙网内渗流和传热规律研究

研究内容：干热岩地热资源开发过程中，低温工质注入压裂后的热储层后，扰乱了地下深部岩石系统的热平衡和化学平衡，不仅影响了热储层部分裂隙分布，而且引起部分矿物溶解或沉淀，进而改变储层的孔隙度、渗透率和热交换效率等。以典型地区（青海或山西）干热岩为对象，研究干热岩开发过程中高温高压环境下不同性质工质在岩石裂隙的渗流特征，探索工质在干热岩储层缝网内的传质传热规律、水化/溶蚀反应特征，揭示裂隙网内渗流和传热规律。

技术路线或研究方法：以水为工质，花岗岩为热储存岩体，采用物理模拟和理论分析的方法解析高温高压下水-岩相互作用，分析不同温度、水质、水量和水压等条件下，水对不同岩体力学、物相组成、裂隙结构和渗流性质的影响；采用数值模拟的方法，基于离散裂缝网络模型建立考虑热流固耦合干热岩储层解析模型，研究不同注入流体对干热岩储层渗流场和温度场的影响极其随时空的演化规律，并获得采热效果的影响因素。

知识产权指标考核方面：申请专利1项（一种干热岩地热资源开发水-热-化学耦合机理研究装置及研究方法），发表论文3篇（高温高压下水岩相互作用研究；干热岩压裂储层裂隙网内渗流和传热规律；热交换前后水质变化及其热力学性质特性）。

（三）矿区生态修复方向

1. 浅埋深厚松散层损伤破坏对地裂缝孕育特征的影响规律

研究内容：为了探究松散层对采动损伤传导规律的作用机制，选取神东矿区典型浅埋厚松散层工作面为研究对象，研究不同松散层厚度、物理力学性质等条件下松散层变形破坏、地表沉陷盆地移动和地裂缝时空演化规律，构建厚松散层损伤力学模型，揭示松散层与地裂缝演化的内在关系，提出地表采动裂缝预测方法，为煤炭开采地表生态减损与修复提供理论支撑。

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土层移动监测资料，建立厚松散层损伤力学模型，定量分析不同松散层厚度、物理力学性质（强度、内聚力、内摩擦角等）等参数对松散层移动变形破坏和地裂缝孕育特征的影响规律，揭示松散层对采动损伤传导规律的作用机制，提出不同松散层厚度下采动地裂缝预测方法。

知识产权指标考核方面：申请发明专利1项（一种松散层移动变形破坏的现场监测方法等），发表论文（SCI/EI）3篇（浅埋煤层开采松散层对采动损伤传导规律的作用机制研究、不同开采条件下厚松散层损伤力学模型及破坏机制研究、浅埋厚松散层采动地表裂缝预测研究）。

2. 土壤侵蚀影响下植被损伤特征及自修复机理

研究内容：针对神东矿区土壤侵蚀影响下植被损伤特征及自修复机理不清的问题，分析风蚀、水蚀、沉陷及多因素耦合作用下土壤侵蚀特征，研究不同土壤侵蚀类型、植被种类等条件下植被根系损伤特征及其自修复规律，揭示土壤侵蚀与根系损伤及植物自修复之间的内在联系，建立数学模型，并在野外侵蚀区监测植被根系生长情况进行现场验证，遴选出适宜土壤侵蚀带的植物及植被组合，为矿区生态修复与治理提供借鉴。

技术路线或研究方法：采用现场监测、理论分析、试验分析和物理模拟相结合的方法，模拟不同风蚀、水蚀、沉陷及多因素耦合下土壤侵蚀特征；分析植物在不同土壤侵蚀下根系损伤情况，监测植物地上部分光合作用、SPAD值、植物激素等，研究土壤侵蚀情况下植被自修复机理；在野外选择土壤侵蚀区，监测侵蚀区植被根系损伤情况及水土流失情况，探究野外条件下植物自修复规律及机理。

知识产权指标考核方面：申请发明专利1项（一种土壤侵蚀测定方法），发表论文3篇（不同侵蚀模式下水土流失变化特征及规律，神东矿区土壤侵蚀下植物根系损伤模式研究，神东矿区植物根系损伤及自修复机理研究）。

3. 西部矿区深部开采岩体损伤特性与本构模型研究

研究内容：以西部矿区深部煤层开采（新街矿区、神东矿区等）为工程背景，研究采动应力下关键承载层砂岩细观裂隙起裂、发育和宏观应力-变形-波速-能量演化规律，分析裂隙网络演化与岩体力学特性间的关系，基于裂隙演化定义损伤变量，建立岩体损伤本构模型，分析采动应力下砂岩一次损伤、二次损伤特征与关键影响因素，提出岩体损伤程度评价方法及破断失稳判据，为西部矿区深部开采岩层采动破坏机理及数值分析提供理论支撑。

技术路线或研究方法：通过室内试验和理论分析，研究不同循环加卸载路径、不同围压条件下砂岩裂隙结构、力学特性、波速与能量演化规律，建立岩体损伤变量，研究岩体裂隙特征对力学性能的影响机制，分析砂岩损伤演化关键控制因素，建立适用于西部矿区深部开采条件的砂岩损伤本构模型，提出关键承载层砂岩失稳判据；结合现场工程实测，提出岩体损伤程度评价方法，实现岩体损伤判定及其控制在工程中应用。

知识产权指标考核方面：申报发明专利1项（一种深部岩体损伤程度评价方法），发表论文3篇（高围压条件下关键承载砂岩损伤特性及本构模型研究、西部矿区高围压下砂岩损伤演化机理及失稳判据、西部矿区深部开采岩体损伤评价体系研究）。

4. 基于多源卫星信息因子的矿区生态时空演变模型构建

研究内容：针对神东矿区自然演替、人工及半人工治理的生态变化下，难以区分气候、植被、植物生境等的影响或共同作用效果，以及对生态自修复及累积效应认识不足的问题。采用多源卫星（遥感大数据、GNSS、GRACE、ERA5）动态生态信息因子获取及综合分析方法，对比现有生态评价模型（RSEI），构建包含气候、植被、生境、采动影响等因素的矿区生态评价模型（MRSEI）；揭示植被、土壤、水土流失、大气延迟量、PWV、水储量等各指标的时空动态变化规律，探索自然演替区、人工及半人工干预区的生态累积效应；评价人工管护效果。

技术路线或研究方法：对神东矿区近20年植被、土壤、水土流失、大气延迟量、PWV、水储量、土地类型进行识别并建立矿区生态环境分析与评价模型（MRSEI）。以机器学习语言为依托，寻找最优变量，反演矿区生态模型指标，通过地面实测数据（Radiosonde、GNSS Level、NPP）的对比分析，优化模型，得出开采影响区生态变化的主要影响因子，评价自然与半人工干预条件下生态自修复效果，评价人工管护条件下生态功能与质量。

知识产权指标考核方面：申请发明专利1项（一种基于动态遥感信息因子的矿区生态模型构建方法），发表论文3篇（基于多源数据（GNSS\ERA5）的矿区大气参数反演及评价方法研究、基于动态遥感信息因子的矿区生态时空演变模型、神东矿区自然演替与人工干预下生态差异研究）。

5. 神东矿区煤基固废土壤改良技术研究

研究内容：针对神东矿区表土稀缺不利于植物生长和煤基固废资源化利用难题，分析该区煤矸石等煤基固废理化性质与资源化利用方向；结合当地土壤、植被等生态修复因素，研究当地土壤对植物生长的主要限制因子；制备煤矸石等煤基固废土壤改良剂，分析改良后土壤的持水、保肥、控盐性能，验证煤基固废制备剂对土壤的改良作用，建立基于煤基固废土壤改良资源化利用的生态环境风险评价方法。

技术路线或研究方法：通过室内试验对煤基固废理化性质、生物毒性、自燃特征、物质结构形态等进行深度表征；结合神东矿区土壤特性和修复目标，采用化学固化、热力活化、生物质改良等方法，开展煤基固废土壤改良剂制备试验研究，确定最佳材料配比与主要控制因子；通过室内或现场验证性试验，分析煤基固废制备剂对土壤持水、保肥、控盐性能的影响，开展煤基固废土壤重构的生态风险评价。

知识产权指标考核方面：申请发明专利1项（一种煤基固废土壤改良方法），发表论文3篇（煤基固废土壤改良剂的制备试验研究、不同煤基固废配比条件下土壤改良作用研究、基于煤基固废土壤重构的生态风险评价方法）。

6. 新街矿区土壤水-地下水-植被互馈响应关系研究

研究内容：针对矿区土壤水-地下水-植被互馈响应机制不明确的问题，以新街台格庙矿区为研究对象，分析矿区土壤水、地下水和植被的空间变异特征，研究水分迁移转化机理和地表植被演化规律，揭示土壤水-地下水-植被互馈响应机制，为矿区生态恢复治理提供理论参考。

技术路线或研究方法：通过遥感监测、现场测试、原位试验、模拟试验等技术手段，定量分析矿区土壤含水量、容重、孔隙度、粒径等土壤物理性质、地下水位、植被覆盖度、物种多样性等关键指标；采用空间分析方法，研究土壤水、地下水、植被空间分布特征；采用模型构建方法，建立土壤水-地下水-植被互馈响应模型。

知识产权指标考核方面：申请发明专利1项（一种土壤水三维空间分布模型构建方法），发表论文3篇（矿区土壤水-地下水-植被互馈响应关系研究、基于三维空间模型的土壤水空间变异性研究、包气带土壤水运移规律研究）。

二、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.

4. 曹志国, 何瑞敏, 王兴峰. 地下水受煤炭开采的影响及其储存利用技术[J]. 煤炭科学技术, 2014, 42(12): 113-116, 128.

5. 张建民, 李全生, 南清安,等. 西部生态脆弱区现代煤-水仿生共采理念与关键技术[J]. 煤炭学报, 2017, 42(1):66-72.

6. 顾大钊. 能源“金三角”煤炭现代开采水资源及地表生态保护技术[J]. 中国工程科学, 2013, 15(4): 102-107.

7. 李井峰, 熊日华. 煤炭开发利用水资源需求及应对策略研究[J]. 煤炭工程, 2016, 48(7): 115-117.

8. 胡振琪, 龙精华, 王新静. 论煤矿区生态环境的自修复, 自然修复和人工修复[J]. 煤炭学报, 2014, 39(08): 1751-1757.

9. 李全生.东部草原区煤电基地开发生态修复技术研究.生态学报,2016,36(22):7049~7053.

10. 曹志国, 王瑞国, 何瑞敏. 基于WEB-GIS的矿区生态监测与管理信息系统[J]. 煤炭工程, 2018.

11. 庞义辉,李全生,曹光明,周保精.煤矿地下水库储水空间构成分析及计算方法[J].煤炭学报,2019(02):557-566.

12. 于妍,陈薇,曹志国,陈健,张凯.煤矿地下水库矿井水中溶解性有机质变化特征的研究[J].中国煤炭,2018,44(10):168-173.

13. 吴宝杨.煤矿分布式地下水库煤柱坝体合理布置方式[J].煤矿安全,2018,49(09):68-72, 78.

14. 姚强岭,刘亚鹏,陈田,李学华,杨书懿,段宏飞.地下水库人工坝体强度损伤演化特征试验研究[J].煤炭学报,2018,43(04):1111-1117.

15. 郭强.煤矿矿井水井下处理及废水零排放技术进展[J].洁净煤技术,2018,24(01):33-37, 56.

16. 张建民,张凯,曹志国,张勇.基于采动-爆裂模型的导水裂隙带高度计算方法[J].煤炭学报,2017,42(06):1557-1564.

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. 申请者原则上应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：每个开放基金课题要求发表学术论文3篇，论文研究内容必须严格按照开放基金课题合同（任务书）规定的要求，发表前须经重点实验室审核通过，且第一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），其中论文发表期刊要求：一是JCR分区的Q1、Q2分区相关学术期刊；二是国内行业一流期刊；三是重点实验室组织的国内外特刊（Special Issue）。不认可国内外学术会议论文，必须有1篇论文发表于国内行业一流期刊。申报发明专利1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，须通过重点实验室申报。

国内行业一流期刊包括：煤炭学报、采矿与安全工程学报、岩石力学与工程学报、岩土工程学报、岩土力学、地下空间与工程学报、地质学报、地学前缘、水利学报、水科学进展、化工学报、环境科学、中国环境科学、农业工程学报、工程科学学报、中国矿业大学学报、中南大学学报（自然科学版）、工程科学与技术、东北大学学报(自然科学版)、吉林大学学报（地球科学版）、International Journal of Coal Science & Technology。

6. 2021年度资助的开放基金课题单项申请金额为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. 资助对象应具有固定科研岗位的科研人员，博士学位，年龄不超过35周岁。

8. 2021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://wpu.chnenergy.com.cn/。

9. 开放课题申请截止日期：2021年11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。

各领域技术联系人及联系方式

矿井水保护方向：李海祥 010-57337578，18810882354，20047003@chnenergy.com.cn

矿井水处理和利用方向：王霄 010-57337374，13020065349，20052145@chnenergy.com.cn

矿区生态修复方向：宋子恒 010-57337577，18511785855，20047004@chnenergy.com.cn

联系地址：北京市未来科学城国电新能源院园区304楼

煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室

2021年10月25日