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我国煤矿区矿井水水质空间分布特征及矿井水处理技术思路 被引量：4
1
作者 孙亚军 郭娟 +6 位作者 徐智敏 张莉 陈歌 熊小锋 华景帆 穆林杰 吴文轩 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期584-599,共16页
矿井水是一种重要的非常规水资源,我国煤矿矿井涌水量巨大,不同类型矿井水的处理是国家与煤矿企业重点关注的科学问题。基于314座煤矿矿井水水化学数据调研与统计分析,阐明了矿井水水质空间分布特征及成因机制:矿井水水质主要以高TDS、... 矿井水是一种重要的非常规水资源,我国煤矿矿井涌水量巨大,不同类型矿井水的处理是国家与煤矿企业重点关注的科学问题。基于314座煤矿矿井水水化学数据调研与统计分析,阐明了矿井水水质空间分布特征及成因机制:矿井水水质主要以高TDS、高悬浮物、高硫酸盐、高Na+为主要特征,酸性矿井水和重金属主要集中于云贵等部分矿区;水质成因与煤矿区所处地域特征密切相关,如干旱与半干旱气候条件、充水地下含水层水质、煤层硫分含量、围岩岩性、微生物作用、岩浆活动等因素等,采矿活动对矿井水质形成及演化影响的权重较大。全国煤矿矿井水水化学类型以SO_(4)-Na型、SO_(4)-Ca·Mg型、SO_(4)-Na·Ca型、HCO_(3)-Na型和HCO_(3)-Ca·Mg型为主。基于全国矿井水水质特征,阐述了现有矿井水地面处理技术与瓶颈,论述了现有井下矿井水处理工艺,并以“阻断、减量、保护”为主要污染防控思路,提出一种煤矿废弃采掘空间矿井水自然修复技术,通过过程减量,实现矿井水低成本井下处理与回用。然后,基于采空区位置选择、采空区储水空间计算、储水安全性评价、减量修复效果评价、减量过程水动力场-水化学场-微生物场演化特征和次生危害解决方案等问题构建了矿井水自然修复技术框架,并基于煤矿实例采空水水化学组分和微生物群落结构演化规律验证了矿井水修复技术的可行性,具有较高的推广应用价值。煤矿废弃采掘空间矿井水自然修复技术的构建能够降低矿井水处理成本,助力煤-水协调绿色开采,实现矿井水修复与资源化利用。 展开更多
关键词 矿井水水质 井下矿井水处理 废弃采掘空间 自然修复 微生物群落结构
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煤矿矿井水水质形成及演化的水动力场-水化学场-微生物场耦合作用与数值模拟 被引量：8
2
作者 孙亚军 熊小锋 +4 位作者 陈歌 徐智敏 张莉 赵先鸣 DMYTRO Rudakov 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期941-957,共17页
煤矿矿井水的水质形成与演化过程机理复杂,受水动力场、水化学场和微生物场等多场作用影响显著。深入研究并揭示煤矿矿井水水质形成机理与演化趋势、阐明采空区封闭后矿井水的多场耦合作用机制是矿井水污染防控与修复的理论基础。以鄂... 煤矿矿井水的水质形成与演化过程机理复杂,受水动力场、水化学场和微生物场等多场作用影响显著。深入研究并揭示煤矿矿井水水质形成机理与演化趋势、阐明采空区封闭后矿井水的多场耦合作用机制是矿井水污染防控与修复的理论基础。以鄂尔多斯盆地某煤矿采空区为水文地质原型,在前期研究的基础上,进一步建立了煤矿采空区积水水位回升、蓄满后水动力-水化学-微生物场(HCB)多场耦合室内相似模拟和数值模型。采空区水动力场研究结果表明基质-裂隙双孔隙模型能有效模拟采空区水位回升过程,模拟误差为9.9%,其模拟精度远高于理论预测和单孔隙模型。水化学场模拟结果与试验较为吻合,SO_(4)^(2-)、HCO_(3)-和p H模拟相对误差分别为3.0%、21.0%和6.2%,模拟结果较为可靠。模拟结果显示采空区蓄水过程中水岩反应和微生物作用不明显;而蓄满后水动力几乎停滞,但水化学场和微生物场较为活跃,2号煤和3号煤层中黄铁矿的氧化反应使得SO_(4)^(2-)质量浓度提升约24.6%;后期采空区水环境演化为弱酸性、厌氧还原条件,微生物降解作用凸显,将SO_(4)^(2-)有一定的“自净”能力。通过调整微生物代谢速率常数,可将SO_(4)^(2-)降解比例提高到61.6%。实际工程场景中可通过补充碳源、人工建立密闭厌氧环境等强化手段实现这一目标。将多场耦合室内试验和数值模拟技术拓展到煤矿采空区积水水质形成与演化规律研究,研究结论可为煤矿区矿井水污染防治提供指导。 展开更多
关键词 矿井水水质 水动力场 水化学场 微生物场 多场耦合
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煤矿区矿井水水质形成与演化的多场作用机制及研究进展 被引量：77
3
作者 孙亚军 张莉 +6 位作者 徐智敏 陈歌 赵先鸣 李鑫 高雅婷 张尚国 朱璐璐 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期423-437,共15页
煤矿开采必然产生大量矿井水,并可能引发水环境污染问题,研究并揭示矿井水的水质形成与演化机理,是煤矿区水污染防控的理论基础。矿井水的水质形成及演化过程非常复杂,受水动力场、水化学场、微生物场和温度场多场作用控制。通过矿井水... 煤矿开采必然产生大量矿井水,并可能引发水环境污染问题,研究并揭示矿井水的水质形成与演化机理,是煤矿区水污染防控的理论基础。矿井水的水质形成及演化过程非常复杂,受水动力场、水化学场、微生物场和温度场多场作用控制。通过矿井水水质形成的多场作用研究和文献调研,界定了煤矿区矿井水污染场地的研究范围,提出了我国矿井水水质形成的“三带”模型,以传统矿井水害形成的水文地质结构模型为基础,提出并阐明了华北型、西北—东北型、南方型3种典型矿井水水质形成的水文地质结构模式及主控因素;划分并阐明了矿井水水质形成的水动力场的演化阶段及作用过程,包括采前自然平衡、开采强烈扰动和闭坑后再平衡3个阶段;厘清了矿井水水质形成的水化学场控制因素,包括地下水原生化学背景、物源特征及主要化学作用、矿井水水质的总体特征及演化趋势等;提出并阐明了矿井水水质形成的微生物作用机制,论述了矿井水中微生物群落的分布特征、矿井水水质演化以及矿井水污染负荷减量的微生物作用过程;阐明了矿井水水质演化的温度场作用过程,分别探讨了矿区的原生温度场、采动温度场特征及其对矿井水水质演化的影响。在上述基础上,总体阐明了煤矿区矿井水水质形成与演化的多场作用机制,提出了多场耦合作用等问题的研究展望。 展开更多
关键词 矿井水水质 水动力场 水化学场 微生物场 温度场 多场作用
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煤矿矿井水水质形成及演化的水动力场驱动作用及数学模型构建 被引量：12
4
作者 孙亚军 赵先鸣 +11 位作者 徐智敏 张莉 陈歌 冯琳 李鑫 陈天赐 袁慧卿 刘琪 郭娟 张健 刘嘉欣 熊小锋 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期4157-4170,共14页
煤矿开采过程必然引起区域地下水动力场的改变,并在一定程度上影响着矿井水的水质形成与演化,甚至诱发煤矿区地下水环境的污染问题。研究并揭示煤矿矿井水水质形成与演化的水动力场驱动机制及其关键参数的定量计算方法,是定量刻画煤矿... 煤矿开采过程必然引起区域地下水动力场的改变,并在一定程度上影响着矿井水的水质形成与演化,甚至诱发煤矿区地下水环境的污染问题。研究并揭示煤矿矿井水水质形成与演化的水动力场驱动机制及其关键参数的定量计算方法,是定量刻画煤矿区地下水污染问题及开展相应控制与修复工作的前提。本研究以鄂尔多斯矿区某煤矿的采空区为地质背景,阐明了其积水形成的水动力场演化过程与机制,根据水动力场流动路径的差异将其分为采空区水位回升阶段和蓄满水量交换阶段;在此基础上,揭示了采空区水质形成及演化的以水动力场为主要驱动力,水化学场、微生物场等多场协同作用的复杂过程;建立了基于顶板导水裂隙带不同垂高空隙反演的分层渗透系数定量计算模型,为开采扰动后采空区积水水位回升及蓄满后水量交换的计算奠定了理论基础;利用相似材料模拟试验和室内三维箱式模拟试验的实测数据与模型计算结果进行对比,理论计算渗透系数K和采空区水位回升高度随时间的变化与试验实测误差分别约为13.2%和22.5%,验证了理论计算模型的可靠性;最后,在煤矿采空区水动力场以及水动力场影响下的水化学场、微生物场的控制方程的基础上,明晰了水动力场–水化学场–微生物场之间的耦合关系,构建了水动力场主导下的多场耦合作用本构模型,为进一步探究水动力场耦合驱动下的煤矿矿井水水质形成及演化规律的多场耦合数值模型构建提供启示。该研究补充和扩展了煤矿矿井水污染防治理论。 展开更多
关键词 矿井水水质 采空区 水动力场 渗透系数 多场耦合
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矿井水水质评价中模糊综合评判法的改进及其应用 被引量：16
5
作者 李喜林 王来贵 +1 位作者 赵奎 刘玲 《水资源与水工程学报》 2009年第5期5-8,共4页
矿井水水质评价是人们认识水环境质量不可少的手段和工具。模糊综合评判法恰好符合水环境系统中各因素间的不确定性、随机性和模糊性,因而在水质评价中具有较强优势,但也存在一些问题。在对模糊综合评判法进行改进的基础上,以我国典型... 矿井水水质评价是人们认识水环境质量不可少的手段和工具。模糊综合评判法恰好符合水环境系统中各因素间的不确定性、随机性和模糊性,因而在水质评价中具有较强优势,但也存在一些问题。在对模糊综合评判法进行改进的基础上,以我国典型的矿业缺水城市——阜新为例,对该地区矿井水水质进行评价。评价结果为该地区矿井水的污染治理和开发利用提供了科学的依据。 展开更多
关键词 矿井水水质评价 改进的模糊综合评判法 矿井水污染 阜新矿区
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新街台格庙矿区首采井田矿井水水化学特征及数值模拟预测 被引量：2
6
作者 王旭东 闫祖喻 +5 位作者 唐佳伟 张锁 郭强 刘小庆 陈明聪 李井峰 《中国煤炭》 北大核心 2024年第7期154-163,共10页
基于内蒙古新街台格庙矿区首采井田中地下水和岩石样品取样分析,探讨了矿区充水含水层水化学特征及空间分布规律,并利用地下水模型系统(GMS)软件对矿井水中典型水化学组分进行了预测。研究结果表明,新街台格庙矿区首采井田充水含水层为... 基于内蒙古新街台格庙矿区首采井田中地下水和岩石样品取样分析,探讨了矿区充水含水层水化学特征及空间分布规律,并利用地下水模型系统(GMS)软件对矿井水中典型水化学组分进行了预测。研究结果表明,新街台格庙矿区首采井田充水含水层为直罗组延安组,地下水阳离子以钠离子为主,组分平均含量为906.4 mg/L;阴离子以硫酸根为主,其含量均值为2289.3 mg/L。直罗组延安组砂岩去离子水反应使得pH值增加,逐渐趋于碱性,且离子组分浓度逐渐增大,其中阳离子中增幅较大的为钙离子和钠离子。阴离子中增幅较大的为重碳酸根离子和硫酸根离子,最终水化学类型为SO_(4)·HCO_(3)Ca·Na型。通过模型预测了台格庙矿区首采井田矿井水涌水水质,阳离子包括钾离子、钠离子、钙离子和镁离子,浓度分别为3.2~15.8、385~765、143.6~194.5、30.5~45.5 mg/L;阴离子包括硫酸根离子和氯离子,浓度范围分别为1170~1900、82.07~91.08 mg/L。 展开更多
关键词 地下水数值模拟 矿井水水质 开采扰动 反应动力学 水质预测
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高矿化度矿井水井下循环利用水质指标研究 被引量：6
7
作者 雷兆武 孙京敏 +4 位作者 张尊举 景长勇 金泥沙 董亚荣 张俊安 《煤炭工程》 北大核心 2022年第6期128-131,共4页
高矿化度矿井水的排放影响着矿区周边生态环境,为提高高矿化度矿井水的利用量,降低对环境的风险,介绍了九龙矿基于国内高矿化度矿井水处理利用技术现状,选择将高矿化度矿井水深度处理后,回用于井下生产和回灌井下含水层,实现高矿化度矿... 高矿化度矿井水的排放影响着矿区周边生态环境,为提高高矿化度矿井水的利用量,降低对环境的风险,介绍了九龙矿基于国内高矿化度矿井水处理利用技术现状,选择将高矿化度矿井水深度处理后,回用于井下生产和回灌井下含水层,实现高矿化度矿井水的零排放的案例。以该矿地下水水质为基础,结合《地下水质量标准》(GB/T 14848—2017)中Ⅲ类水质要求,确定该矿高矿化度矿井水井下循环利用水质指标,指导深度处理工艺选择,促进煤矿向绿色矿山、绿色生产方式的转变,为其他同类矿山提供借鉴。 展开更多
关键词 高矿化度矿井水 矿井水水质 井下回灌 水质指标 反渗透工艺
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