煤矿井下矸石充填体环境效应试验研究
发布时间：2021-12-25 11:45
近年来,矸石等固体废弃物充填采煤技术得到了广泛地推广应用,大量矸石深埋后将长期处于相对封闭的矿井水浸润环境中,矸石与矿井水间存在着复杂的水-岩物理化学作用,不仅使矸石的承载性能发生劣化,而且矸石中重金属元素的释放-迁移产生二次污染,对地下水环境形成潜在的污染风险。本文以矸石-水相互作用为出发点,采用文献调研、理论分析、试验测试、数值模拟等多种手段相结合的研究方法,研究了水化学溶液作用下矸石的瞬时压缩力学特性及蠕变特性,构建了考虑水物理化学作用的矸石蠕变损伤本构模型,从矸石的微区形貌、孔隙结构、矿物组成等角度揭示了矸石力学特性的劣化机制;获得了应力-渗流-化学耦合环境下矸石在承载压缩过程孔隙演化及渗流规律,基于静态浸泡试验重金属元素的析出特征,探明了矸石充填体重金属元素迁移浓度的分布规律,提出了矸石充填体重金属环境效应的调控方法与技术体系。取得了以下创新性成果:（1）测试得到了水化学溶液作用下岩性、粒径级配、pH、固液比和浸泡时间5种因素对矸石瞬时压缩力学特性的影响,并采用分级加载方法开展了不同浸泡时间下矸石的蠕变特性试验,引入水化学损伤变量,表征了矸石瞬时压缩力学参数随水化学损伤的演变...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：208 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
矸石产地区域分布及化学组分含量（改自文献[153]）
矿 0.13 - 30.9 3.2 73.1 15.2 25.3 2.83 32.1 87.0 2.5矿 0.12 14.0 24.2 0.51 65.2 245 8.30 2.60 47.9 31.9 162矿 0.15 26.6 - 1.36 - 184 12.2 3.14 111 36.2 136矿 0.33 19.2 12.6 0.33 62.1 114 10.2 3.20 84.4 223 105矿 0.48 31.1 1.09 5.11 52.5 - 9.80 2.50 52.7 7.55 145矿 0.64 34.4 36.1 0.70 100 316 15.2 3.34 112 97.9 257矿 - 22.4 26.7 1.21 45.8 252 - 4.40 89 46.4 142据表 2-3 的调研样品的反馈结果，矸石中富含重金属元素，主要包括Co、Cr、Cu、Hg、Mn、Mo、Ni、Pb、Sb、Zn、Th、U 等，非金属元s、V 等。就调研结果而言，我国西南地区包括贵州、四川等地，矸石 Co、Cr、V、Rb、Ba、Bi 等重金属元素；华中地区包括河南等地，量的 Zr、Hg 等重金属元素；华东地区包括山东、安徽等地，矸石中U、Mo、Sr、Pb、Zn、Be、Ni、Ga、As、Th 等重金属元素；北方地区北部及东北地区，矸石中主要含有 Mn 和 Cu 等重金属元素；其中，中所含的重金属元素含量普遍高于其它地区的矸石。
种典型岩性矸石试样的SEM图片
【参考文献】：
期刊论文
[1]纤维加筋微生物固化砂土的力学特性[J]. 谢约翰,唐朝生,尹黎阳,吕超,蒋宁俊,施斌. 岩土工程学报. 2019(04)
[2]葫芦素煤矿矿井水质特征及合适的水处理技术[J]. 何飞龙. 煤炭科学技术. 2018(S2)
[3]淮南潘集采煤沉陷区土壤及煤矸石镉环境地球化学特征[J]. 杨涛,陈欣悦,刘旭,郑刘根. 煤田地质与勘探. 2018(S1)
[4]空隙特征对砂岩水致劣化规律的影响[J]. 许宝田,张莉萍,燕晓莹,邱德俊. 岩土力学. 2019(02)
[5]考虑水化学损伤的砂岩流变损伤本构模型[J]. 冯晓伟,王伟,王如宾,袁双双,朱其志. 岩土力学. 2018(09)
[6]淮南煤田潘三矿煤中钡、锰、镍的含量及其赋存状态[J]. 汪文军,陈冰宇,丁典识,彭书传,刘桂建. 中国煤炭地质. 2018(04)
[7]水-岩作用下砂岩微细观结构变化特性及机理研究[J]. 胡玉,邓华锋,李建林,张吟钗,王伟,胡亚运. 防灾减灾工程学报. 2018(02)
[8]深部煤炭资源采选充绿色化开采理论与技术[J]. 张吉雄,张强,巨峰,周楠,李猛,孙强. 煤炭学报. 2018(02)
[9]河南省大河沟锑矿床构造-流体与低温成矿[J]. 徐进鸿,张正伟,杨晓勇,张建军,史海松,吴承泉,郑超飞. 地质学报. 2017(12)
[10]大蒲河口表层沉积物中重金属污染特征[J]. 刘会欣,张甲波,王刚. 中国环境管理干部学院学报. 2017(06)
博士论文
[1]矸石充填材料力学行为及控制岩层移动机理研究[D]. 李猛.中国矿业大学 2018
[2]煤系砂岩渗流—蠕变损伤破裂机理及其分数阶模型研究[D]. 曹丽丽.中国矿业大学 2017
[3]两淮矿区表生环境中微量元素的环境生物地球化学研究[D]. 卢岚岚.中国科学技术大学 2017
[4]多场环境作用岩石蠕变特性试验及力学模型研究[D]. 江宗斌.大连海事大学 2016
[5]固体充填防治坚硬顶板动力灾害机理研究[D]. 周楠.中国矿业大学 2014
[6]煤矿区中砷的环境生物地球化学研究[D]. 康彧.中国科学技术大学 2014
[7]岩石弹塑性损伤MHC耦合模型及数值算法研究[D]. 王军祥.大连海事大学 2014
[8]含水层下矸石充填采煤覆岩导水裂隙演化机理及控制研究[D]. 李剑.中国矿业大学 2013
[9]建筑物下急倾斜煤层群矸石充填开采研究[D]. 董守义.中国矿业大学（北京） 2014
[10]含水及初始损伤岩体损伤断裂机理与实验研究[D]. 汪亦显.中南大学 2012
硕士论文
[1]充填煤岩裂隙渗透特性理论与实验研究[D]. 袁明枫.郑州大学 2018
[2]金矿废石和尾砂中砷在水环境中的释放规律[D]. 李江波.兰州交通大学 2018
[3]攀枝花大宝顶矿主采煤层Be和U元素地球化学特征[D]. 胡永发.安徽理工大学 2016
[4]低硫煤矸石中环境敏感性微量元素淋滤析出特征及机理研究[D]. 丁帅帅.安徽大学 2016
[5]五沟煤矿矿井水井下处理工艺效果分析与出水水质评价[D]. 李慧玲.安徽理工大学 2015
[6]储层矿物溶解度变化与次生孔隙分布的关系研究[D]. 王成军.中国石油大学(华东) 2015
[7]风化作用下煤矸石中重金属释放的地球化学效应[D]. 窦琳.长安大学 2015
[8]煤矸石混合料在道路工程中的应用研究[D]. 周见雨.河北工程大学 2013
[9]大水矿山隔水关键层再造及其安全可靠性研究[D]. 贾明.中南大学 2012
[10]煤矿开采对地下水水质及水量的影响研究[D]. 谢娟.西安科技大学 2012
本文编号：3552396
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：208 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
矸石产地区域分布及化学组分含量（改自文献[153]）
矿 0.13 - 30.9 3.2 73.1 15.2 25.3 2.83 32.1 87.0 2.5矿 0.12 14.0 24.2 0.51 65.2 245 8.30 2.60 47.9 31.9 162矿 0.15 26.6 - 1.36 - 184 12.2 3.14 111 36.2 136矿 0.33 19.2 12.6 0.33 62.1 114 10.2 3.20 84.4 223 105矿 0.48 31.1 1.09 5.11 52.5 - 9.80 2.50 52.7 7.55 145矿 0.64 34.4 36.1 0.70 100 316 15.2 3.34 112 97.9 257矿 - 22.4 26.7 1.21 45.8 252 - 4.40 89 46.4 142据表 2-3 的调研样品的反馈结果，矸石中富含重金属元素，主要包括Co、Cr、Cu、Hg、Mn、Mo、Ni、Pb、Sb、Zn、Th、U 等，非金属元s、V 等。就调研结果而言，我国西南地区包括贵州、四川等地，矸石 Co、Cr、V、Rb、Ba、Bi 等重金属元素；华中地区包括河南等地，量的 Zr、Hg 等重金属元素；华东地区包括山东、安徽等地，矸石中U、Mo、Sr、Pb、Zn、Be、Ni、Ga、As、Th 等重金属元素；北方地区北部及东北地区，矸石中主要含有 Mn 和 Cu 等重金属元素；其中，中所含的重金属元素含量普遍高于其它地区的矸石。
种典型岩性矸石试样的SEM图片
【参考文献】：
期刊论文
[1]纤维加筋微生物固化砂土的力学特性[J]. 谢约翰,唐朝生,尹黎阳,吕超,蒋宁俊,施斌. 岩土工程学报. 2019(04)
[2]葫芦素煤矿矿井水质特征及合适的水处理技术[J]. 何飞龙. 煤炭科学技术. 2018(S2)
[3]淮南潘集采煤沉陷区土壤及煤矸石镉环境地球化学特征[J]. 杨涛,陈欣悦,刘旭,郑刘根. 煤田地质与勘探. 2018(S1)
[4]空隙特征对砂岩水致劣化规律的影响[J]. 许宝田,张莉萍,燕晓莹,邱德俊. 岩土力学. 2019(02)
[5]考虑水化学损伤的砂岩流变损伤本构模型[J]. 冯晓伟,王伟,王如宾,袁双双,朱其志. 岩土力学. 2018(09)
[6]淮南煤田潘三矿煤中钡、锰、镍的含量及其赋存状态[J]. 汪文军,陈冰宇,丁典识,彭书传,刘桂建. 中国煤炭地质. 2018(04)
[7]水-岩作用下砂岩微细观结构变化特性及机理研究[J]. 胡玉,邓华锋,李建林,张吟钗,王伟,胡亚运. 防灾减灾工程学报. 2018(02)
[8]深部煤炭资源采选充绿色化开采理论与技术[J]. 张吉雄,张强,巨峰,周楠,李猛,孙强. 煤炭学报. 2018(02)
[9]河南省大河沟锑矿床构造-流体与低温成矿[J]. 徐进鸿,张正伟,杨晓勇,张建军,史海松,吴承泉,郑超飞. 地质学报. 2017(12)
[10]大蒲河口表层沉积物中重金属污染特征[J]. 刘会欣,张甲波,王刚. 中国环境管理干部学院学报. 2017(06)
博士论文
[1]矸石充填材料力学行为及控制岩层移动机理研究[D]. 李猛.中国矿业大学 2018
[2]煤系砂岩渗流—蠕变损伤破裂机理及其分数阶模型研究[D]. 曹丽丽.中国矿业大学 2017
[3]两淮矿区表生环境中微量元素的环境生物地球化学研究[D]. 卢岚岚.中国科学技术大学 2017
[4]多场环境作用岩石蠕变特性试验及力学模型研究[D]. 江宗斌.大连海事大学 2016
[5]固体充填防治坚硬顶板动力灾害机理研究[D]. 周楠.中国矿业大学 2014
[6]煤矿区中砷的环境生物地球化学研究[D]. 康彧.中国科学技术大学 2014
[7]岩石弹塑性损伤MHC耦合模型及数值算法研究[D]. 王军祥.大连海事大学 2014
[8]含水层下矸石充填采煤覆岩导水裂隙演化机理及控制研究[D]. 李剑.中国矿业大学 2013
[9]建筑物下急倾斜煤层群矸石充填开采研究[D]. 董守义.中国矿业大学（北京） 2014
[10]含水及初始损伤岩体损伤断裂机理与实验研究[D]. 汪亦显.中南大学 2012
硕士论文
[1]充填煤岩裂隙渗透特性理论与实验研究[D]. 袁明枫.郑州大学 2018
[2]金矿废石和尾砂中砷在水环境中的释放规律[D]. 李江波.兰州交通大学 2018
[3]攀枝花大宝顶矿主采煤层Be和U元素地球化学特征[D]. 胡永发.安徽理工大学 2016
[4]低硫煤矸石中环境敏感性微量元素淋滤析出特征及机理研究[D]. 丁帅帅.安徽大学 2016
[5]五沟煤矿矿井水井下处理工艺效果分析与出水水质评价[D]. 李慧玲.安徽理工大学 2015
[6]储层矿物溶解度变化与次生孔隙分布的关系研究[D]. 王成军.中国石油大学(华东) 2015
[7]风化作用下煤矸石中重金属释放的地球化学效应[D]. 窦琳.长安大学 2015
[8]煤矸石混合料在道路工程中的应用研究[D]. 周见雨.河北工程大学 2013
[9]大水矿山隔水关键层再造及其安全可靠性研究[D]. 贾明.中南大学 2012
[10]煤矿开采对地下水水质及水量的影响研究[D]. 谢娟.西安科技大学 2012
本文编号：3552396
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