煤矿闭坑模拟系统水文地球化学变化研究

发布时间：2018-04-08 11:13

  本文选题：煤矿闭坑　切入点：充水模拟　出处：《中国矿业大学》2017年硕士论文

【摘要】：以徐州矿区即将闭坑的张双楼矿为例,建立煤矿闭坑后的水文地球化学过程模拟-监测系统。模拟了煤矿闭坑后的开放和封闭地下水系统,实现了对煤矿闭坑后水文地球化学场和地下水动力场演化过程的模拟与监测。获得以下主要结果和结论:(1)煤矿闭坑模拟系统包括封闭和开放系统,属于地下水流场与水化学场多场耦合模拟系统。(2)封闭模拟系统和开放模拟系统岩样为张双楼矿煤矸石(样品容量4~5吨),依据张双楼闭坑后采空体积和充水流量预测,按2.72的时间比控制试验系统充水注量,封闭系统闭坑充水流量17-19ml/min,开放系统闭坑充水流量16-18ml/min,充满时间为60天;预测张水楼煤矿闭坑后采空区充水时间约160天。(3)开放模拟系统分层水头(流场)监测显示,充水初期(承压前)各层水位呈直线上升特征,1.0m层位的水位差为10-24mm,充满初期衰减至14mm。由此预测闭坑后采空区1/3以下深度将呈滞水状态。(4)模拟系统2017年3月14日至2017年4月24日PH值在7.35-8.45左右,溶解氧含量1.74-7.73mg/L,电导率变化范围1.41-2.58ms/cm,氧化还原电位119.5m V-263.2m V。由此预测,张双楼矿闭坑后采空区水环境呈弱碱性、弱氧化环境,后期向弱还原环境演化。(5)滤液中硫酸根离子浓度变化幅度大,其中0.5m层位的硫酸根离子浓度一个月左右由背景值的113.4mg/L增大到600mg/L左右,最后一次取样又降至550mg/L左右。同时,Ca~(2+)由176.5mg/L的背景值下降到20mg/L左右,而K~+由背景值1.6mg/L增大到9.5mg/L左右,Na~+由50.29mg/L增大到500mg/L左右,而PH始终为弱碱性,由此推断硫酸根离子源碎屑岩(尤其是充填物)中石膏,钙被吸附,K、Na置换、释放。推测张双楼矿在闭坑初期溶液中存在大量的硫酸根离子。(6)模拟系统多数层位Fe~(2+)的含量由背景值低于检测限逐渐增加到0.2mg/L左右;Fe~(3+)离子的含量由背景值低于检测限增大到0.3mg/L左右(Fe元素背景值0.01mg/L)。推测张双楼矿在闭坑初期,铁离子和亚铁离子将缓慢增加。(7)滤液元素中Ba和Mg~(2+)离子较背景值进一步减小。钡元素由0.138mg/L降至0.015mg/L左右,降幅达89%;镁离子由32.1mg/L降至15mg/L左右,降幅达53%。据此推断,张双楼矿闭坑初期水溶液中钡元素和镁离子呈下降趋势,可能存在钡和镁的沉淀或吸附作用。(8)微量元素钼、锰及镍超出《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)。钼最大值达到0.105mg/L,超出标准规定的0.07mg/L达50%;锰元素最大浓度为0.12mg/L左右,超出标准规定0.1mg/L达20%;镍元素最大浓度为0.035mg/L,超出标准规定0.02mg/L达75%。砷、铜、铅有溶出现象,实验后期应加强观测。推测张双楼矿闭坑过程中,可能存在地下水污染问题。(9)水流路径—第四次取样时开放系统1.0m层位排泄区→第四次取样时开放系统1.5m层位排泄区主要发生了绿泥石、钾长石、方解石、石膏、CO_2(g)的溶解,白云石、伊利石的沉淀以及Ca~(2+)/Na~+、Ca~(2+)/K~+、Na~+/K~+的交换。由以上模拟结果可以预测:张水楼煤矿闭坑后采空区充水时间约160天,闭坑后采空区1/3以下深度将呈滞水状态;采空区水环境呈弱碱性、弱氧化环境,后期向弱还原环境演化;闭坑初期溶液中存在大量的硫酸根离子,铁离子缓慢增加,钡离子和镁离子呈下降趋势;微量元素钼、锰及镍存在超出《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)的现象,砷、铜、铅有溶出现象,可能存在地下水污染问题。
[Abstract]:The simulation and monitoring system of hydrological and geochemical processes after coal mine closure has been established . The simulation and monitoring of hydrological and geochemical fields and groundwater dynamic field evolution in the closed pit of coal mine are simulated . ( 6 ) The content of Fe ~ ( 2 + ) in the majority of the simulation system is increased to about 0.2 mg / L from the background value below the limit of detection . The content of Fe ~ ( 3 + ) ions is decreased slowly from the background value to about 0 . 3 mg / L ( Fe element background value is 0.01 mg / L ) . ( 9 ) The water flow path 鈥，

本文编号：1721360