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区域注浆影响下煤层底板太原组灰岩水水文地球化学演化规律 被引量:7
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作者 郭艳 桂和荣 +7 位作者 魏久传 庞迎春 胡满聪 郭祥东 洪荒 聂锋 崔亚利 叶爽 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第8期3204-3217,共14页
淮北煤田下组煤开采,主要威胁水源是煤层底板灰岩水(包括石炭系太原组及奥陶系灰岩水),淹井事故时有发生。针对底板灰岩水害治理,目前多采用地面定向钻高压注浆技术,对煤层底板太原组第3层薄层灰岩(简称“三灰”)进行区域性加固改造,以... 淮北煤田下组煤开采,主要威胁水源是煤层底板灰岩水(包括石炭系太原组及奥陶系灰岩水),淹井事故时有发生。针对底板灰岩水害治理,目前多采用地面定向钻高压注浆技术,对煤层底板太原组第3层薄层灰岩(简称“三灰”)进行区域性加固改造,以封堵三灰岩溶裂隙并阻断穿过三灰的垂向导水通道。但大规模高压注浆工程的实施,受注含水层地下水流场会受到干扰,在大量浆液析出水的耦合作用下,地下水化学场必然会受到严重扰动。以淮北煤田桃园煤矿太原组灰岩含水层(简称“太灰水”)为研究对象,基于常量组分监测数据统计、Piper图、离子组合比及饱和指数分析,开展了区域注浆前-注浆期间-注浆结束后(即区域注浆前-中-后“三时段”)太灰水水文地球化学演化规律研究。结果表明:(1)三时段太灰水中Na^(+)+K^(+)、HCO_(3)^(-)、Cl^(−)先减小后增大,Ca2+、SO_(4)^(2-)和pH先增大后减小,Mg2+、TDS则整体减小。注浆治理区域Ca2+、SO_(4)^(2-)相对较高,碱度较大,而Na^(+)+K^(+)、HCO_(3)^(-)含量相对较低。注浆前以SO_(4)·Cl^(−)Na和SO_(4)·Cl^(−)Na·Ca(混合型)为主,区域注浆“中-后”时段,太灰水则以SO_(4)·Cl^(−)Na·Ca和SO_(4)·Cl^(−)Na型居多,混合型水占比增大。(2)注浆期间,太灰水中碳酸盐、硫酸盐溶解作用、脱硫酸作用和阳离子交换作用减弱,方解石、白云石的溶解作用增强,同时浆液析出水的混合影响作用明显。注浆结束后,碳酸盐、硫酸盐溶解作用、脱硫酸作用和阳离子交换作用逐渐增强,方解石、白云石的溶解作用逐渐减弱,浆液析出水的混合影响作用减弱。注浆结束1 a后水化学作用逐渐向注浆前状态恢复,但仍未恢复至注浆前状态,可知区域注浆治理对太灰水化学场扰动影响比较明显。(3)太灰水中白云石、方解石饱和指数较大,多呈现沉淀状态;石膏、岩盐饱和指数较小,多以溶蚀状态存在。三时段太灰水中方解石、白云石和石膏3种矿物饱和指数均呈先增加后降低趋势,其中白云石表现较为明显,而岩盐饱和指数变化不明显。多数矿物饱和指数与pH呈较强的正相关性,而石膏饱和指数则与TDS呈较强正相关性。(4)由于高pH的注浆浆液析出水的混扰,原来离子间平衡被打破,从而导致区域注浆以来太灰水常量指标相关性降低,且注浆结束后比注浆期间相关性更低。 展开更多
关键词 区域注浆扰动 太灰水 水岩作用 淮北煤田
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区域注浆扰动下渗流场−化学场演化及耦合作用 被引量:4
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作者 郭艳 桂和荣 +7 位作者 魏久传 胡满聪 郭祥东 聂锋 陈永青 解建 叶爽 李俊 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期152-166,共15页
在淮北煤田普遍采用地面定向钻高压注浆技术治理煤系底板岩溶水害。注浆后渗流场补径排路径发生变化,且注浆实施中注浆高压以及浆液析水会在一定时期内改变受注目标含水层地下水渗流场和化学场的分布特征。以淮北煤田桃园煤矿为研究对象... 在淮北煤田普遍采用地面定向钻高压注浆技术治理煤系底板岩溶水害。注浆后渗流场补径排路径发生变化,且注浆实施中注浆高压以及浆液析水会在一定时期内改变受注目标含水层地下水渗流场和化学场的分布特征。以淮北煤田桃园煤矿为研究对象,利用Feflow软件,构建了区域注浆扰动下目标层渗流场与化学场(简称“双场”)演化模型,探讨了“双场”耦合机制,选择受环境影响较小的Cl−为模拟因子,开展了“双场”耦合作用下溶质运移影响因素分析,在此基础上构建了区域注浆扰动下溶质扩散预测模型。研究结果表明:识别验证后渗流场模型中,模拟水位与实测水位误差小于3 m的点占71.9%,模拟效果较好;识别验证后化学场模型中,Ⅱ4采区溶质运移模拟效果较好,Ⅱ1采区模拟值偏低约14.4 mg/L,误差约为实际值的6.6%,低于10%,总体模拟效果较好。渗透系数相对较大的Ⅱ4采区和Ⅱ2采区Cl−较容易运移扩散;而渗透系数较小的Ⅱ1采区岩石致密,渗透性较差,模型运行50 a期间,其基本以“滞水”状态存在。基于注浆扰动下Ⅱ4采区局部渗流场演化特征,认为溶质运移主要受渗透系数、弥散度、水力梯度、渗透流速、注浆时间、浆液相对密度等参数控制,并发现在注浆结束后18~22 a Cl−质量浓度达到峰值,随后Cl−质量浓度开始降低,约在40 a后达到区域注浆之前的平衡状态。基于多次设参运行获得数据,建立了“双场”耦合作用下溶质扩散的预测模型,误差率小于10%的数据占比达81.4%,说明所建立的溶质扩散预测模型基本可靠。研究可为区域注浆扰动下受注目标含水层水环境演化研究以及煤矿水害预测预警提供科学依据,具有重要的理论和实践意义。 展开更多
关键词 区域注浆扰动 渗流场−化学场耦合模型 溶质运移 数值模拟 底板水害
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钱营孜煤矿深部地下水水化学特征及来源解析 被引量:15
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作者 陈凯 刘启蒙 +3 位作者 刘瑜 彭位华 汪子涛 赵祥 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2022年第8期99-106,共8页
我国浅部煤炭资源已逐渐枯竭,在煤炭进入深部开采的条件下,来自煤层底板高承压灰岩水的威胁也越来越大,深入理解矿区含水层中水化学组成控制机制是针对性地开展水害防治工作的重要科学前提。为了查明安徽钱营孜煤矿深部地下水中常规离... 我国浅部煤炭资源已逐渐枯竭,在煤炭进入深部开采的条件下,来自煤层底板高承压灰岩水的威胁也越来越大,深入理解矿区含水层中水化学组成控制机制是针对性地开展水害防治工作的重要科学前提。为了查明安徽钱营孜煤矿深部地下水中常规离子的定性与定量来源,通过多种数理统计方法(包括相关性分析和R型聚类分析)、离子比值法和Unmix模型对22个灰岩水中常规离子浓度进行了分析。结果表明,地下水呈中至弱碱性,溶解性总固体(TDS)变化范围为1945~5292 mg/L,阳离子平均质量浓度由大到小排序为:Na^(+)(718 mg/L)、Ca^(2+)(270 mg/L)、Mg^(2+)(153 mg/L),阴离子平均质量浓度由大到小排序为:SO_(4)^(2−)(2305 mg/L)、HCO_(3)^(−)(239 mg/L)、Cl^(−)(186 mg/L),95%样品的水化学类型为SO_(4)-Na型。相关性分析、聚类分析和离子比值分析表明,含水层中水化学组成控制因素主要为硫酸盐和碳酸盐矿物的溶解(源1)以及盐岩的溶解和硅酸盐矿物的风化(源2)。Unmix模型显示源1和源2对地下水中常规离子浓度的平均贡献率分别为56%和44%,其中,源1对Ca^(2+)、Mg^(2+)、Na^(+)和SO_(4)^(2−)浓度贡献率依次为73%、68%、63%和73%,源2对Cl^(−)和HCO_(3)^(−)浓度的贡献率分别为75%和66%。研究成果可为相似条件煤矿突水水源的精准识别提供理论支持。 展开更多
关键词 深部地下水 水化学特征 来源解析 受体模型 Unmix模型 安徽钱营孜煤矿
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建筑废弃混凝土作为高潜水位矿区复垦充填材料的可行性研究
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作者 郑永红 孔自豪 +3 位作者 张治国 马庆斌 王格 尹小宇 《环境科学与技术》 2025年第11期93-101,共9页
随着城市化进程的快速推进,建筑废弃混凝土产量与日俱增,如何有效处理废弃混凝土已成为亟待解决的问题。该文以淮南市某处采煤沉陷复垦区充填的建筑废弃混凝土为研究对象,对混凝土中盐基离子和重金属(Pb、Cu、Cr、Zn、Ni、Cd)的全量、... 随着城市化进程的快速推进,建筑废弃混凝土产量与日俱增,如何有效处理废弃混凝土已成为亟待解决的问题。该文以淮南市某处采煤沉陷复垦区充填的建筑废弃混凝土为研究对象,对混凝土中盐基离子和重金属(Pb、Cu、Cr、Zn、Ni、Cd)的全量、不同形态的含量和浸出毒性进行了测定,采用内梅罗综合污染指数法、潜在生态风险指数法和风险评估编码法(RAC)评估了废弃混凝土充填生态风险和可行性。结果表明:(1)建筑混凝土pH值为8.70,呈碱性,水溶性盐总量为12.53 g/kg。参照土壤盐分类型划分标准,建筑混凝土盐化类型为硫酸盐型,混凝土作为充填材料将导致土壤和地下水中硫酸盐积累并造成污染。(2)废弃混凝土中6种重金属元素全量均小于农用地土壤污染风险筛选值(pH>7.5),其中Pb、Cu和Zn 3种元素含量分别超过淮南市土壤背景值1.22、1.44和2.27倍。混凝土毒性浸出液中仅有Pb元素含量超过地表水环境质量标准和地下水质量标准中Ⅲ类水质标准,低于地表水环境质量标准Ⅴ类水质标准。混凝土中Zn、Pb和Cd元素碳酸盐结合态占比高于覆盖土壤,当pH、温度等因素发生变化后存在向环境中溶出迁移可能。(3)混凝土的内梅罗综合污染指数为1.75,处于轻度污染等级。Hankson潜在生态指数均小于40,处于Ⅰ级轻微生态危害,其中Cd元素生态风险贡献率最高。风险评价编码法指数表明混凝土中重金属Cr、Cd和Pb为中等风险。因此,建筑废弃混凝土可以作为采煤复垦地充填材料,但应做好充填场地的防渗和排水系统,防控混凝土渗滤液对土壤和地下水造成盐分积累和重金属污染。 展开更多
关键词 废弃混凝土 高潜水位矿区 充填材料 重金属 生态风险评价
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