煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室2022年开放基金指南
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（7项）
1. 煤矿地下水库煤柱坝体监测预警方法研究
研究内容：通过分析煤矿地下水库煤柱坝体在全生命周期内应力应变、位移、裂隙发育、渗流等变化规律，明确导致煤柱坝体失稳的主要影响因素，在此基础上提出煤柱坝体监测预警方法。
技术路线或研究方法：针对煤矿地下水库煤柱坝体安全稳定及监测预警问题，综合相似模拟试验和数值计算等手段，分析煤矿地下水库煤柱坝体在执行“导储用”过程中稳定性变化特征，综合分析各个指标变化特征及规律，探究煤柱坝体发生破坏关键因子及前兆信息，构建煤柱坝体稳定性评价体系，基于评价结果和煤柱坝体破坏前兆信息，提出煤柱坝体监测预警方法及关键技术，为煤矿地下水库安全运行提供保障。
考核指标：申请专利1项（一种煤矿地下水库煤柱坝体安全稳定性监测预警方法）；发表3篇论文（煤矿地下水库煤柱坝体稳定性评价方法、煤矿地下水库煤柱坝体失稳机理及监测预警方法，煤矿地下水库煤柱坝体安全评价及应用）。
2. 基于注浆参数优化的煤矿地下水库关键部位加固技术研究
研究内容：以神东矿区煤矿地下水库为研究对象，针对煤矿地下水库安全运行问题，分析煤矿地下水库库底、煤柱坝体、人工坝体、坝体连接处等容易发生失稳的主要原因，研发库底、坝体注浆防渗材料，提出基于注浆参数优化的煤矿地下水库核心应急处理措施和加固提升技术体系，指导现场工程实践。
技术路线或研究方法：采用材料研制、数值模拟、物理模拟、现场实验等方法，构建多场耦合作用煤矿地下水库库底与坝体损伤模型，揭示煤矿地下水库核心部位破坏机理，研制水浸环境下防渗材料，提出煤矿地下水库关键部位加固提升方法（如注浆加固、防渗堵漏等），协助现场将提出的技术进行实际应用和改进。
考核指标：申请专利1项（一种煤矿地下水库加固提升方法等），发表论文3篇（SCI/EI）（煤矿地下水库防渗材料研究、煤矿地下水库坝体及库底劣化机理研究，煤矿地下水库煤柱坝体加固提升方法及应用等）。
3. 煤矿地下水库坝体稳定性关键指标、权重及评价模型
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（各因素权重），确定关键指标参数，构建坝体稳定性评价模型，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，研究神东矿区煤矿地下水库坝体稳定性主要因素、关健指标参数、稳定性评价模型。充分考虑煤层开采扰动、煤层倾角、煤柱坝体埋深、煤柱坝体裂隙发育特征、煤柱与人工坝体连接结构、复杂应力条件及富水环境影响，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，论证确定关键指标参数及权重赋值，构建煤柱坝体稳定性评价模型。通过室内试验、数值模拟方法，获取坝体及顶底板岩层物理力学相关参数，并基于关键指标参数，对典型矿井煤矿地下水库坝体稳定性进行评价，验证所构建评价模型的有效性及适用性。
考核指标：申请专利1项（包括：煤矿地下水库坝体稳定性评价方法、煤矿地下水库坝体稳定性影响关键指标参数获取方法等）；发表3篇论文（煤矿地下水库坝体稳定性关键指标参数确定、权重计算、评价模型研究等）。
4. 煤矿地下水库储水系数计算方法研究
研究内容：煤矿地下水库储水系数是计算库容的关键参数，目前主要通过物理模拟实验和理论分析计算获得。由于储水采空区垮落岩体的异质性和复杂性，物理模拟试验的单一局限性，数值计算多用于实现多种复杂条件下煤矿地下水库储水性能的分析。研究采空区垮落矸石形态、堆积特征、岩性、体积等对储水系数的影响规律。探索特定地质条件下，采空区垮落矸石分布规律对储水空间展布形态的影响。分析特定地质条件下，采空区垮落矸石渐进压实和二次破坏进程对储水系数演化规律的影响。探究特定地质条件下，煤炭开采-岩层运动-地表沉陷全过程对储水系数动态变化特征的影响；确定空区储水系数与地表下沉系数的协同变化特征，搭建空区储水空间与地表下沉盆地的互补关系。
技术路线或研究方法：采用离散元、有限元等数值计算软件，通过单一或多种软件耦合的方法开展研究。按照正态等随机分布规律，建立岩块的分布模型，研究一般条件下岩块形态、岩性、体积等对储水系数的影响规律；研究单一因素条件下岩块破碎对储水系数的影响规律。通过多种数值计算软件耦合，以特定地质条件为工程背景，建立煤层开采的数值模型，研究煤炭开采覆岩动态垮落和压实过程中储水系数的变化规律，以及工作面推进过程中和开挖结束后井下储水系数、地表下沉系数的空间展布规律，搭建井下储水空间与地表下沉盆地的互补关系。
考核指标：申请专利1项（煤矿地下水库储水系数计算方法等相关）；发表3篇论文（煤矿地下水库储水系数数值计算研究等相关论文）。
5. 垮落岩体冲击作用对煤矿地下水库煤柱坝体与人工坝体连接部位稳定性的影响研究
研究内容：煤矿地下水库长期运行过程中库区上覆岩层缓慢沉降，受高强度开采扰动、矿井水储放浸蚀软化、地震等条件影响，库区上覆岩层可能存在突然垮落风险，进而冲击库区岩体及坝体危害水库安全。选取神东矿区典型煤矿地下水库，研究库区上覆岩层垮落冲击风险，提出煤矿地下水库煤柱坝体与人工坝体连接部位对垮落岩体冲击作用的响应机制。
技术路线或研究方法：进行煤矿地下水库储水采空区顶板垮落机理及水波冲击相关理论研究，结合现有理论研究成果，考虑储水采空区顶板垮落结构与破断形式，提出储水采空区顶板失稳断裂垮落引起水波冲击的简化物理模型，并在此基础上建立人工坝体及连接部位对顶板垮落冲击响应机制的理论模型，按照模型的初始时间条件、边界条件，系统研究储水采空区顶板动力冲击作用的整个发展过程以及水力冲击荷载动力学参数的时空变化规律。
考核指标：申请专利1项（一种煤矿地下水库储水采空区垮落岩体冲击荷载监测方法）；发表论文3篇（储水采空区顶板失稳断裂垮落引起水波冲击力学模型、人工坝体及连接部位对顶板垮落冲击响应机制、储水采空区顶板动力冲击作用的整个发展过程以及水力冲击荷载动力学参数的时空变化规律）。
6. 浓盐水井下固化采空区封存煤柱坝体稳定性研究
研究内容：浓盐水固化材料不同压力充填时可能对采空区造成二次扰动以及对煤柱产生侧向压力，加之顶板荷载持续作用下，煤柱坝体和充填体可能发生蠕变变形，且采空区中常存在矿井水，上述因素均对煤柱坝体的稳定性具有一定影响。因此，应分析建立固化材料充填下采空区顶板、煤柱坝体与充填体的力学模型，以及水浸作用下煤柱与充填体间的协同蠕变变化规律及其变形破坏特征，开展煤柱坝体的稳定性控制机理研究。
技术路线或研究方法：通过资料收集分析和力学实验，分析不同含水率等因素影响下煤柱坝体试件及充填体试件破坏特征以及煤柱和充填体在顶板作用下的协同蠕变变形破坏特征。并采用理论分析的方法，建立煤柱坝体与采空区顶板、充填体的力学模型。通过采用物理相似模拟试验和数值模拟方法，分析浓盐水固化材料充填周期内不同影响因素下煤柱坝体及充填体的位移和应力变化规律，研究煤柱坝体稳定性控制机理。
考核指标：申请专利1项（一种浓盐水固化材料充填采空区的试验方法）；发表论文3篇（不同含水率等因素影响下煤柱坝体试件、充填体试件以及煤柱和充填体在顶板作用下的协同蠕变变形的破坏特征；浓盐水固化材料充填周期内煤柱坝体稳定性研究）。
7. 煤矿地下水库坝体结构工程安全评价方法
研究内容：基于煤矿地下水库坝体结构工程安全研究成果，充分考虑煤矿地下水库反复抽注水作用下煤岩体劣化机理、水库坝体及库底岩体在长时浸泡作用下稳定性变化特征、煤矿地下水库库采底隔水性能、水库坝体最大承载能力、坝体连接处稳定性、水库群安全距离、水库抗邻面采动及矿震扰动能力等因素对水库整体稳定性的影响，形成煤矿地下水库工程安全评价方法。
技术路线或研究方法：通过资料收集，调研煤矿地下水库坝体结构工程安全科研成果，分析不同因素对煤矿地下水库工程安全的影响，提出一套科学、完整且具有现场可行性及可操作性的工程安全评价方法。
考核指标：申请专利1项，发表论文3篇（煤矿地下水库煤柱坝体工程安全评价方法、煤矿地下水库人工坝体工程安全评价方法、煤矿地下水库抗震性能评价方法等）。
（二）矿井水处理和利用方向（6项）
1. 高效短流程矿井水悬浮物去除技术研究
研究内容：煤矿矿井水水质水量波动大，导致高悬浮物矿井水在处理过程中往往存在混凝药剂投加难以控制、悬浮物去除效果不稳定等问题，因此开发低药量、高效率的矿井水悬浮物去除技术，是矿井水井下高效智能处理的关键。以国家能源集团典型煤矿矿井水为研究对象，针对水中高浓度悬浮颗粒、胶体及煤粉等杂质，设计开发一种高通量、耐污堵的过滤膜材料，实现矿井水悬浮物高效短流程去除。研究矿井水悬浮物性质、浓度和矿井水水质对膜分离过程的影响，分析膜污染形成机理并提出相应控制策略，结合小型组件长时间运行实验验证技术可行性，设计处理工艺并进行技术经济分析。
技术路线或研究方法：选取典型煤矿区矿井水，分析矿井水中悬浮物的理化性质，筛选或设计制备可用于矿井水去除悬浮物的过滤膜材料，根据不同水质的矿井水进行悬浮物去除研究，考察矿井水中污染物、膜性质和操作条件对过滤效果的影响。解析悬浮物去除过程中膜污染的形成机理，通过对筛选或制备的膜材料进行改性研究，分析比较改性膜对悬浮物的去除效果。搭建小试实验装置，验证优选或改性后膜的处理效果，并设计矿井水去除悬浮物工艺，开展技术经济分析及同类型产品对比研究。
考核指标：申请发明专利1项（一种煤矿井水去除悬浮物的膜过滤技术），发表论文3篇（SCI或EI收录论文，至少一篇中文期刊）。
2. 废水零排放结晶母液处理研究
研究内容：矿井水或煤化工废水等高盐废水的深度处理及零排放已经成为煤炭开采和深度利用必须解决的问题之一。当前对于高盐废水零排放处理的主要技术是通过预处理、膜浓缩和分盐蒸发结晶实现，无论是氯化钠的多效蒸发结晶，还是硫酸钠的蒸发/冷冻结晶，结晶母液的循环都无法避免。随着母液循环时间的增加，污染物的逐步富集，不仅结晶盐产品质量受到影响，同时导致了大量的杂盐产生。如何有效的处理结晶循环母液，对于废水零排放具有重要意义。
技术路线或研究方法：采集典型煤矿矿井水零排放处理结晶母液，分析识别不同母液中污染物的类型和种类，厘清污染物的来源，确定污染物对结晶过程及结晶盐品质影响；针对典型污染物开展处理技术研究，实现主要污染物的浓缩富集或降解去除，处理后的母液满足循环使用标准；建立与原有零排放工艺相匹配的母液处理工艺路线，开展流程模拟及技术经济评价。
考核指标：申请发明专利1项（结晶母液处理技术及工艺），发表论文3篇（SCI或EI收录论文，至少一篇中文期刊）。
3. 煤基固废-高矿化度矿井水资源综合利用技术研究
研究内容：针对采煤及选煤过程中产生的高矿化度矿井水处理难度大、处理费用高，采矿过程中产生的煤矸石及燃煤电厂产生的煤矸石综合利用率低的问题，以矿井水浓盐水消纳为核心，开展浓盐水-煤矸石/粉煤灰混合制备填充材料的研究，探究煤基固废/粉煤灰制备高水材料的适用性，形成完整的试验技术方案，并作出技术经济与安全性评价。
技术路线或研究方法：针对典型矿井水零排放过程不同浓缩阶段产生的浓盐水，选择至少3种煤矸石/粉煤灰作为研究对象，分析固体材料物化性能，考察不同类型固体材料添加量、不同盐度矿井水浓水添加量和不同辅材的掺杂量对材料早龄期物理力学性能的影响；探明填充材料水化动力过程与水化机理；利用碱激发、电化学改性等方法对填充材料性能进行优化，确定至少一种煤矸石/粉煤灰-高矿化度矿井水混合制备填充材料的技术方法和工艺路线，并对其技术经济性做出评价。
知识产权指标考核方面：申请专利1项（一种利用浓盐水和粉煤灰/煤矸石制备填充材料用于采空区填充的方法），发表论文3篇（SCI或EI收录论文，至少一篇中文期刊）。
4. 煤矿地下水库协同微生物除氟技术研究
研究内容：针对神东矿区矿井水中氟超标问题，以神东高氟矿井水为处理对象，优选出适合煤矿地下水库水质条件和环境条件的高效除氟菌群；揭示微生物除氟过程中氟元素的迁移、转化与去除机制，识别影响微生物除氟性能的主控因素，建立相应的优化调控方法；构建微生物除氟反应器系统，考察其长期连续运行性能，并依据地下水库库内处理和库外模块化处理2种应用场景，分别提出原位和异位微生物除氟技术方案。
技术路线或研究方法：从氟污染污泥、土壤或河道底泥中采集5-8个环境样品，通过调控生态位和选择压，实现除氟微生物的快速驯化与富集。以神东典型煤矿地下水库高氟矿井水为处理对象，与文献报道的除氟菌群进行性能比对，完成除氟功能菌群优选；采用微生物宏基因组技术，识别参与氟元素迁移、转化与去除过程的主要功能微生物菌群和关键酶，系统揭示微生物除氟过程与作用机制，重点考察煤矿地下水库水质、环境因素对微生物除氟性能的影响，建立面向实际应用场景的优化调控方法；在实际矿井水条件下，考察除氟微生物稳定自持生长状态，明确悬浮生长的最佳菌体浓度以及固定化生长的填料类型，在此基础上，构建微生物除氟小试反应装置，通过开展长期连续实验，获得微生物除氟工艺关键运行参数，形成针对煤矿地下水库库内、库外处理的原位和异位微生物除氟工艺方案，为现场实际应用提供技术支撑。
知识产权指标考核方面：申请发明专利1项（一种高氟矿井水微生物除氟优化调控方法），发表论文3篇（SCI或EI收录论文，至少一篇中文期刊）。
5. 矿井水中硫酸根离子高效低耗处理技术研究
研究内容：硫酸根离子对人体和生态环境具有潜在的危害，当高浓度的硫酸盐废水渗入农田，会破坏土壤结构，造成土壤盐渍化，导致农产品产量和质量下降。因此，为推动矿井水资源化利用与产业高质量发展，内蒙等地区要求矿井排水需达到地表水III类标准，明确要求SO42-不得高于250 mg/L。以国家能源集团典型高矿化度矿井水为研究对象，研究区域内SO42-浓度分布与贮存水平，开展以吸附法为核心的SO42-高效低耗去除技术研究，探究杂盐体系复杂环境下SO42-去除效率，并对其工艺运行成本及安全性作出评估。
技术路线或研究方法：以国家能源集团典型矿区矿井水（SO42-浓度梯度介于250~500 mg/L）为研究对象，基于理化分析、材料开发、室内试验、正交优化与数值模拟等手段，开展SO42-高效低耗处理技术研发与应用评价。重点考察杂盐体系复杂环境下，pH、温度、COD、共存/竞争离子对SO42-的去除效率影响。借助SPSS、Design-Expert或Prism等工具开展多因素影响下SO42-的去除效率与相互因素影响主次顺序的研究，并在最佳工艺条件下探究SO42-的吸附性能与吸附机理。最后对吸附材料的经济性与安全性做出评价，形成一套完整的硫酸根离子高效低耗处理技术方案。
考核指标：申请发明专利1项（吸附材料/药剂制备方法与应用相关），发表论文3篇（SCI或EI收录论文，至少一篇中文期刊）。
6. 煤矿地下水库矿井水热能存储与应用潜力研究
研究内容：我国煤矿以井工开采为主，而且新建矿井也多为深井，多数开采深度普遍在500m以深。随着开采深度增加，深部区域出现“高温”矿井水，不少煤矿的矿井水温度达30℃以上，甚至出现了热害。煤矿地下水库作为西部重要的矿井水保护利用方式，水库中储存的矿井水不仅可以用于矿区生产生活，还可以利用成熟的水源热泵机组技术，将矿井“热水”与矿区供热结合起来，解决煤矿的日常洗浴用热与冬季取暖问题。以神东矿区地下水库为模拟研究对象，对矿区矿井水水质、水量和温度特征及其影响因素进行分析。通过室内模拟实验和数值模拟计算等方法评估其静态储能及围岩动态补热能等参数，评估地下水库存储矿井水热能存储利用潜力，制定热能利用技术路线。
技术路线或研究方法：充分调研神东矿区“热水”生产应用现状，选取适宜矿井为模拟研究对象，研究水库位置、矿井水水质水量及温度等参数对水库热能储能的影响，利用数值模拟计算并建立矿区静态/动态储能模型，评估地下水库矿井水热能存储潜力；选择典型矿井为例，依托地下水库设计矿井水热能利用技术路径，建立模拟模型，开展技术经济评估。
考核指标：申请发明专利1项（井下废弃空间储热方法），发表论文3篇（SCI或EI收录论文，至少一篇中文期刊）。
（三）矿区生态修复方向（6项）
1. 神东矿区高强度开采下“地表变形-植被扰动”时空演化模型
研究内容：针对神东矿区高强度井工开采对地表植被生长扰动过程认识不足的问题，以神东多个井工矿为案例，研究不同采动形变过程模式（形变量、起止时间、持续时间等）对地表植被扰动的时空影响规律，并分析不同季节（温度、降水、风力等）条件下植物生理指标与地表下沉之间的关系，分析地表形变对植被扰动的“时空窗口”，为采矿生产计划与植被养护提供科学依据。
技术路线或研究方法：通过现场调查、历史观测数据整理、开采沉陷多源观测等技术手段，结合物理模拟和数值分析方法，建立井工矿区植被典型理化参数反演模型；监测地表不同下沉时间、下沉范围、下沉量与不同气象条件下植被生长指标，利用机器学习方法，建立地表下沉对植被要素的统计关系模型，量化地表下沉对植被生长的扰动阀值，并识别引发最大生态扰动的“时空窗口”。
考核指标：申请发明专利1项（一种采动地表下沉生态扰动的时空窗口识别方法），发表论文3篇（空地协同的干旱半干旱井工矿区地表土壤含水量监测方法；煤矿区地表沉降与植被生长时空演变规律研究；煤矿区地表沉降与土壤含水量时空演变规律研究）。
2. 岩土体耦合作用下采动地裂缝“开裂—闭合”力学模型
研究内容：以神东矿区典型采煤沉陷区为研究对象，研究浅埋煤层采动地裂缝自修复规律及其影响因素；构建岩土体耦合作用下采动地裂缝“开裂—闭合”力学模型，揭示松散层土体破坏机制及动态地裂缝自修复机理，提出采动地裂缝临界破坏值与闭合宽度阈值的计算公式。
技术路线或研究方法：采用理论分析、室内试验、数值模拟、物理模拟等方法，研究采动覆岩回转下沉作用下基岩层与松散层接触面的应力与位移分布特征；基于岩土力学与连续介质理论，构建动态地裂缝“开裂-闭合”力学模型，研究岩土体接触面摩擦力及位移量、松散层力学性质及移动变形量等因素对松散层破坏、地裂缝开裂路径和“开裂-闭合”自修复规律的影响机制，建立采动地裂缝孕育临界变形值、裂隙闭合宽度阈值与岩土体接触面摩擦力及位移量、松散层力学性质及移动变形量等因素的定量关系。
考核指标：申请专利1项（浅埋煤层开采沉陷区地裂缝位置预测方法），发表论文3篇（覆岩块体回转驱动下岩土体耦合破坏机制研究；岩土体耦合作用下采动地裂缝“开裂—闭合”自修复机理研究；浅埋煤层开采沉陷区地裂缝自修复过程的定量分析及分区判定方法）。
3. 神东矿区采动覆岩裂隙发育范围预计模型
研究内容：以神东矿区不同采深与采厚开采条件为背景，研究高强度开采下覆岩纵向与横向裂隙发育特征及其时空演化规律，获得覆岩裂隙场关键表征参数；基于分形理论提出覆岩损伤量化方法，构建高强度开采覆岩裂隙发育和采动应力之间的关系，创建神东高强度开采条件下覆岩裂隙发育范围（裂隙纵向最大高度、裂隙带横向发育范围）的预计模型。
技术路线或研究方法：以神东高强度开采5-6个典型工作面覆岩裂隙“三带”实测数据为基础，采用物理试验、理论分析和数值模拟等方法，研究高强度开采下覆岩裂隙场的横向和纵向展布特征，分析裂隙场随开采推进的时空演化规律，提出采动裂隙演化的理论模式和特征参数；基于分形理论构建裂隙演化过程量化方法，结合裂隙发育的试验、现场实测数据和理论分析，建立高强度开采覆岩裂隙发育范围的预计模型。
考核指标：申请发明专利1项（一种上覆岩层裂隙场演化测试方法），发表论文3篇（高强度开采覆岩裂隙发育采动应力驱动机制；高强度开采覆岩裂隙发育规律与模型研究；基于分形理论的覆岩损伤量化方法）。
4. 不同岩性组合下覆岩损伤传导规律试验研究
研究内容：针对岩层岩性及其几何组合特征对覆岩损伤传导影响程度认识不足的问题，研究神东矿区不同岩性组合特征下覆岩损伤特征和传导规律，建立不同开采条件下井上下损伤（覆岩与地表裂隙、移动变形）传导关系模型；揭示不同岩性组合特征下的开采损伤机制，提出不同岩性组合下损伤控制的开采参数阈值确定方法和开采损伤控制途径。
技术路线或研究方法：以室内相似模拟试验为主，结合数值模拟实验和理论分析，研究覆岩层在不同岩性、层厚、组合顺序下的覆岩损伤传导规律及其结构发育规律，通过不同采深、岩性组合下的采高、推进速度、开采尺寸的模拟及试验研究，采用理论分析方法，揭示不同岩性组合特征下的开采损伤机制，建立典型地质开采条件下的井上下开采损伤传导关系模型，并着重分析，提出覆岩及地表损伤控制阈值确定方法和开采减损途径。
考核指标：申请专利1项（一种岩性组合影响的相似模拟快速铺设装置及试验方法），发表论文3篇（不同岩性组合下覆岩损伤传导规律试验研究；典型地质开采条件下井上下开采损伤传导关系模型；不同岩性组合下损伤控制的开采参数阈值确定方法）。
5. 基于矸石/粉煤灰构建的土壤基质改良与优势植物筛选及保育
研究内容：针对神东西部矿区煤矸石/粉煤灰无害消纳、排矸场生态恢复效果不佳问题，研究耐受高配比煤矸石/粉煤灰土壤基质的植物筛选与保育技术。将煤矸石和粉煤灰按不同比例与土壤改良剂及当地典型土壤混合，探究高配比煤矸石/粉煤灰土壤对当地植物生长的影响，优选高配比适生植物，从植物激素变化、根系发育等角度阐明植物耐受机理；厘清土壤改良剂对高配比土壤基质理化性质及微生物活性的影响；研发适用于高配比土壤基质的植物促生改良剂；建立矸石/粉煤灰-农牧废弃物-微生物-植物联合的固废消纳与矿区生态质量提升绿色安全新技术。
技术路线：以神东矿区典型土壤（黄土或沙土）为基质，煤矸石/粉煤灰为补充基质，设置配比梯度为40%~80%的煤矸石/粉煤灰复配土壤，通过室内模拟试验筛选2~4种耐受高比例煤矸石/粉煤灰复配土壤的本地植物或植物组合，监测不同处理下植物根系、激素、微量元素及光合呼吸作用等指标变化特征，揭示植物耐受机理；对不同配比土壤基质添加秸秆/枯枝落叶/牛羊粪便等农牧废弃物或土壤细菌/土壤真菌等微生物菌剂，从土壤养分、物理结构、团聚体、酶活性、微生物群落变化角度，探究土壤改良剂对高配比土壤质量的影响；针对不同配比土壤基质，形成植物促生改良剂制配方法，结合植物/植物组合优选，建立矸石/粉煤灰-农牧废弃物-微生物-植物联合的固废消纳与矿区生态质量提升技术。
考核指标：申请发明专利1项（一种煤基固废制备土壤基质的方法），发表论文3篇（耐受高煤矸石、粉煤灰配比的优势植物筛选；高比例煤矸石/粉煤灰对优势植物和微生物群落的影响研究；植物激素对高比例煤基固废土壤植物生长的影响研究）。
6. 神东矿区煤基固废重金属固化材料制备试验
研究内容：煤基固废重金属固化稳定是煤基固废生态安全利用的关键，目前主要固化手段包括水泥固化、石灰固化、地聚合物固化、热塑性微包胶和药剂稳定固化技术，但存在固化体抗渗性差，重金属浸出浓度高，抗酸碱侵蚀能力弱，成本高、可推广可能性差等问题。依据神东矿区环境特点，因地制宜结合煤基固废自身性能替代或部分替代水泥等传统胶凝材料，在不引入酸碱改性的前提下实现重金属的固化稳定。具体内容包括：根据煤矸石、粉煤灰、脱硫石膏、炉底渣、气化渣等不同煤基固废特性，筛选制备胶凝替代材料，提出多源固废协同处置重金属固化材料制备方法；重点针对Pb、Cr和Cd等重金属元素，研究煤基固废协同制备材料的重金属固化稳定机理。
技术路线或研究方法：通过现场调研与测试分析，研究西部矿区煤基固废资源环境属性，开展煤基固废综合利用环境风险评估；通过室内试验，研发制备煤基固废重金属固化稳定材料；通过机理研究，揭示重金属污染物的高效固化机制，实现煤基固废的绿色环保安全应用。
考核指标：申请发明专利1项（一种多源煤基固废重金属固化的方法），发表论文3篇（煤基固废重金属污染物特性研究；多源煤基固废重金属污染物固化材料制备技术研究；煤基固废重金属元素固化机理研究）。
（四）新能源开采方向（1项）
1. 深部咸水层CO2地质封存条件下CO2-水岩反应机理及运移规律研究
研究内容：研究分析特定温压条件下超临界CO2与水岩相互作用过程，从微观尺度研究储层矿物成分、盐水组分以及孔渗特征变化规律，揭示CO2-水岩反应微观机理和对储层储集性能的控制机制；在微观研究的基础上，结合现有模拟手段，进行超临界CO2封存多场耦合模拟，揭示CO2地质封存过程中运移规律。
技术路线或研究方法：采用模拟试验，研究分析超临界CO2注入咸水层后，CO2-水岩地球化学反应过程和主要封存机理，以及对储层物性的影响；采用多场耦合数值模拟，研究不同注入速率、地层围压、储层温度、储层孔隙度、储层渗透率、盐水组分等影响因素对二氧化碳运移的影响。
考核指标：申请专利1项（一种CO2地质封存储层评价方法），发表论文3篇（高温高压下超临界CO2-水岩相互作用及封存机理研究、CO2-水岩相互作用对储、盖层物性影响研究、CO2封存过程中的运移、积聚规律研究等）。
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.
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12. 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.
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15. 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.
16. 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1~2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：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“中国神华能源股份有限公司神东煤炭分公司”或“中国神华能源股份有限公司”或“北京低碳清洁能源研究院”，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。
6. 2022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. 2022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：2022年12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：张勇 010-57337363，13811496435，20022938@chnenergy.com.cn
矿井水处理和利用方向：唐佳伟 010-57337332,15652967769，20062356@chnenergy.com.cn
矿区生态修复方向：宋子恒 010-57337577，18511785855，20047004@chnenergy.com.cn
新能源开采方向：刘成涛 010-57337372，13451344511，20070892@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
2022年11月20日
