小纪汗煤矿侏罗系煤层顶板动态淋滤试验研究

发布时间：2020-10-24 20:29

　　 陕西省榆林市作为我国重要的煤炭资源和煤化工产业基地,是煤炭工业发展重点开发区域之一。但是,西部地区水文地质条件复杂,水资源匮乏,生态环境脆弱,煤炭开采对矿区生态环境破坏严重。因此对煤矿开采区进行水文地球化学特性动态变化研究显得尤为重要。论文以小纪汗煤矿为例进行动态淋滤试验。试验样品取自小纪汗煤矿的2~2煤顶板,首先通过XRF和XRD确定样品的矿物成分和化学成分,然后利用标准Humidity Cell Test动态淋滤装置进行13周试验,研究小纪汗煤矿侏罗系煤层顶板水文地球化学特性。主要结果和结论:(1)通过XRD和XRF测试得到,顶板岩芯样品主要矿物成分包括:斜长石、石英、钠长石、钾长石、石膏、方解石、粘土矿物,化学成分以SiO_2、Al_2O_3、Fe_2O_3为主。煤样品当中主要矿物成分包括石英、硫化物、硅单质以及大量有机物,化学成分以SiO_2、S、Al_2O_3为主。(2)淋滤液物理化学指标特征:(1)顶板淋滤液pH值初期小于6,week3后pH在7左右波动;直接顶板淋滤液pH值从3.51逐渐上升至6.85;煤样淋滤液pH值在3-7之间波动,平均pH值为5.26;(2)顶板及煤样淋滤液EH平均值均在200-220mv范围内,顶板混合样EH值最高值超过800mv,平均值为278.5mv;(3)顶板及煤样淋滤液DO值在5-10mg/L范围内逐渐升高;(4)顶板及煤样淋滤液TDS逐渐降低。直接顶板淋滤液TDS值均大于1000mg/L,煤样淋滤液TDS值最后稳定在200mg/L左右波动;(3)淋滤液水质类型变化:(1)1、2、4号样品水质类型由SO_4-Ca·Na经SO_4-Ca·Mg过渡为SO_4·HCO_3-Ca·Mg(2)3号样、5号直接顶板样品、6号混合样、7号煤样水质类型均为SO_4-Ca。(4)淋滤液金属阳离子浓度变化分析:(1)顶板淋滤液中Na浓度从平均111.93mg/L逐渐降低至10mg/L以下,煤样淋滤液Na浓度平均为8.35mg/L;(2)顶板淋滤液中K浓度从平均10.22mg/L逐渐降低至1mg/L左右,煤样淋滤液K浓度平均为0.12mg/L;(3)顶板淋滤液中Ca浓度逐渐下降,直接顶板淋滤液Ca浓度稳定在500mg/L左右,煤样淋滤液中Ca浓度在100mg/L以下波动;(4)顶板淋滤液中Mg浓度从平均41.69mg/L逐渐降低至5-10mg/L;直接顶板淋滤液中Mg浓度从23.59mg/L逐渐降低至2mg/L左右;煤样淋滤液中Mg浓度较低,平均为0.61mg/L;(5)顶板及煤样淋滤液中Al浓度较小,试验后期均小于1mg/L。(5)通过对淋滤液常规金属阳离子浓度的动态变化分析,得到结论:淋滤液中Na主要来自岩芯样品中钠长石和方沸石的溶解;淋滤液中K主要来自样品中钾长石的溶解;淋滤液Fe的释放与硫化物的氧化有关;Ca是淋滤液中的主要阳离子,淋滤液中的Ca主要来源于碳酸盐类沉积物及含石膏沉积物的溶解,以及含钙矿物的风化溶解;淋滤液中Mg主要来源于含镁的碳酸盐类沉积,此外,还来自含镁矿物的风化溶解;Al离子虽然在样品中含量较高,但释放较少。(6)通过对淋滤液微量元素浓度的动态变化分析,得到结论:小纪汗煤层顶板充水风化期间,地下水中微量元素Ni,Pb,Mn及Zn的浓度超出《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)。Ba、Co、Cu、Mo、Cr、Sr以及Ti均有溶出现象,但不危及人体将康。推测小纪汗煤层顶板充水风化过程中,可能存在地下水污染问题。(7)通过离子间相关性分析,得到结论:顶板岩芯样品淋滤液中Al主要来源于铝硅酸盐的溶解,淋滤液中的Ti主要来源于赋存于铝硅酸盐中的金红石的溶解;顶板岩芯样品淋滤液中Ca主要来源于石膏和方解石的溶解;随着顶板岩芯样品中黄铁矿等矿物的溶解释放出Fe离子,Mn也逐渐淋出,可推测顶板岩芯中Mn主要赋存在黄铁矿等矿物中。由以上结论可以预测:小纪汗煤层顶板充水风化期间,矿井水水环境后期呈弱碱性、氧化环境;Ca与SO_4~(2-)分别为地下水中主要阳离子和阴离子;微量元素Ni,Pb,Zn及Mn存在超出《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)的现象,可能存在地下水污染问题;小纪汗煤矿矿井水在顶板淋滤后形成;小纪汗煤矿矿井水中Na、SO_4~2污染主要来源于顶板。
【学位单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TD745
【部分图文】：

工程硕士专业学位论文纪汗井田概况ojihan Coal Mine然地理概况（General Situation of Physical Geograph纪汗井田位于榆林城北西方向直距约 20km 处，行政区划隶属榆林汗乡、芹河乡、岔河则乡、巴拉素镇管辖。神（木）—延（安）铁榆（林）—神（木）—府（谷）二级公路从井田东侧通过，包（沙漠高速公路横穿井田东南部，榆（林）—乌（审旗）公路从井田村镇之间均有简易公路通连，对外交通和内部运输条件均较便1。

但对煤炭资源开发，特别是大型机械化综合采煤会有一定的影响。陕北一带构造分区及构造图见图2-2。裂隙区内的基岩，由于前新生代的风化作用，顶面起伏较大，自顶面之下普遍形成厚度 20～40m 风化裂隙带，随着基岩埋藏深度的增加，裂隙发育程度逐渐减弱。在基岩顶部，因裂隙密集常导致岩石破碎，是地表水下渗的良好通道。当煤矿采煤产生的冒裂带与风化裂隙带勾通时，可能造成矿坑涌水。图 2-2 陕北一带构造分区及构造图Figure 2-2 Structural Zoning and Structural Map of Northern Shanxi

涌水量 75m3/d，单位涌水量 0.019L/s·m，渗透系数 0.0455m/d。水化学类型为SO4—Na·Ca 型水，矿化度 2110.75mg/L。2.3.2 隔水层在基岩中，厚度较大且连续分布的泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩等泥岩类与含水层相间分布，厚度一般为 10～40m，为层间裂隙承压水的隔水层。2.3.3 补给、径流及排泄条件（1）地表水、地下水的动态变化特征利用详查阶段 2004～2005 年一个水文年的地表水及地下水动态长期观测资料，对其进行评述。据区内详查阶段一个水文年的地表水（海子）流量与地下水（机井）的水位。动态长期观测结果，其动态变化与大气降水关系极为密切，具有同步变化特征，地下水位动态特征是雨季大幅上升，枯季持续下降，但年变幅最大不超过0.4m（见图 2-3）。
【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 赵峰华;孙红福;刘乃利;蔡文菊;韩蕊;陈兵;;含煤岩系岩石静态产酸潜力综合评价[J];地球科学(中国地质大学学报);2014年03期

2 刘伟;;煤矸石中重金属动态淋滤溶出特征研究[J];能源环境保护;2013年01期

3 缪协兴;王长申;白海波;;神东矿区煤矿水害类型及水文地质特征分析[J];采矿与安全工程学报;2010年03期

4 孙可明;李凯;肖利萍;;煤矸石淋溶液地下迁移规律的模拟研究[J];水资源与水工程学报;2010年02期

5 曹云全;张双圣;刘汉湖;刘伟;;煤矸石中重金属动态淋滤和静态浸泡溶出特征研究[J];河北工程大学学报(自然科学版);2010年01期

6 宁增平;肖唐付;周连碧;贾彦龙;孙嘉龙;何立斌;杨菲;李航;彭景权;;锑矿区酸性岩排水产生潜力预测研究[J];地球与环境;2009年03期

7 熊琼;阳军生;熊华刚;;路用煤矸石的淋溶浸泡试验分析[J];长沙理工大学学报(自然科学版);2008年03期

8 靳明;阳军生;;煤矸石淋溶微量元素对高速公路沿线土壤水环境污染的仿真研究[J];湖南科技大学学报(自然科学版);2008年03期

9 郭慧霞;杨建;王心义;郑海亮;;焦作矿区土壤对煤矸石中污染组分的吸附解吸试验[J];农业环境科学学报;2008年01期

10 张新华;张祥伟;王华;王江平;谢和平;朱家骅;;尾矿堆场对地下水及其水质影响的联合模拟研究[J];水动力学研究与进展A辑;2007年05期

本文编号：2854944