煤矿区生态环境管理与可持续发展分析

煤炭作为我国最主要的能源,在经济发展中发挥了重要作用。然而,长期传统的粗放型生产经营方式引起许多诸多环境污染和生态破坏问题。在分析煤矿区主要环境问题基础上,从可持续发展理念出发,提出了以自然-经济-社会复合生态系统理论为基础的矿区生态环境管理体系,为我国煤矿区生态环境管理和可持续发展,提供建议。

含特殊悬浮物矿井水正交混凝试验研究

针对煤矿在特定时期排出的以微细岩石粉为主的特殊悬浮物矿井水水质,设计了L25(56)正交混凝试验,考察混凝过程中各因素对出水浊度的影响程度及最优化条件。结果表明,在各因素水平取值范围内,各因素对出水浊度的影响显著性次序为:絮凝剂投加量>絮凝剂种类>PAM投加量>絮凝转速>絮凝时间>PAM投加间隔时间;混凝的最优化条件:选择PAFC作为絮凝剂,PAFC投加量为250 mg.L-1,PAM投加量为0.50 mg.L-1,PAM投加间隔时间为120 s,絮凝转速和时间分别为190 r.min-1快速搅拌2 min、70 r.min-1中速搅拌10min、40 r.min-1慢速搅拌13 min。

淮南矿区采煤塌陷区时空演化特征研究

近些年来,随着矿区生态修复理念的提出,采煤塌陷区生态修复成为当下关注的重点。然而,绝大部分采煤沉陷区面积大,空间分布不均一,定量化难度较大。遥感技术因为机动性强,对象捕捉迅速,精度较高,而被广泛采用对采煤塌陷区的数字化应用。该文基于淮南矿区1985、1995、2000、2005、2010四个年度的数字遥感图像,采用单一动态度计算方式,获得了淮南采煤塌陷区耕地、园林地、水域、城镇用地、工矿用地和塌陷区定量面积比例,进而获得采煤塌陷区动态演化特征,这为遥感技术应用于矿区生态环境演化提供了指导思想。

超滤深度处理煤矿工业广场生活污水试验研究

为解决煤矿工业广场生活污水再生利用的问题,采用超滤技术对二级生化出水进行深度处理试验研究。结果表明:超滤对浊度、CODcr及NH4+-N的平均去除率分别为94.1%、24.8%和32.7%,对粪大肠菌群数的去除率大于99.99%。在操作压力小于0.16MPa的情况下,膜通量随操作压力的提高而线性增大;当操作压力大于0.2 MPa后,膜通量受操作压力的影响较小,继续提高操作压力会加剧膜的污染,周期反冲洗能够有效抑制膜通量的下降。超滤在过滤15min后反冲洗1min的条件下运行16h,膜通量仅下降7.3%。

煤炭开采对灰岩水影响研究

在谢桥煤矿深层煤炭的开采过程中,常采用疏水降压的方式开展防治水工作。为研究谢桥煤矿在煤炭开采过程中采取的疏排水措施对地下灰岩水水量和水质的影响,通过对谢桥矿东风井-440m井底车场的自流灰岩水连续一年实测和分析,以及对2013—2021年谢桥矿灰岩水的历史水文观测数据和水化学数据进行综合分析,研究了灰岩水水量和水质的变化情势。结果表明:短时期的开采活动基本不会对灰岩水的水质和水量造成影响;在长时期下,受谢桥矿煤炭开采扰动影响,K^(+),Na^(+),Cl^(-),SO_(4)^(2-)等水化学指标的含量呈减小趋势,煤炭开采对灰岩水的水质具有一定的正向影响;灰岩水水位整体呈下降趋势,煤炭开采对水量赋存存在一定负面影响,但可以通过对灰岩水开展注浆封堵等工程,减少灰岩水的涌出、减缓水位下降,从而有效保护灰岩水水资源。

老采空区重复采动条件下地质稳定性研究

针对闭坑30多年的大通煤矿四号井老采空区受小煤窑重复采动情况下的地质稳定性问题,利用钻孔取样及室内土工实验研究了松散层物理力学性质,采用瞬变电磁仪器对研究区50m和100m埋深视电阻率平面分布进行了现场探测,在此基础上对研究区地质稳定性进行了分区。研究结果表明,大通湿地单元第四系粘土层厚度稳定,透水性差,有效的阻隔了地表水通过入渗补给地下水;由于小煤窑的开采,研究区内中部和东部塌陷区活化,属于采空塌陷不稳定区,而其它区域相对比较稳定。研究结果为该区地质环境治理和生态系统重构提供了依据。

浅议淮矿生态实验室环境监测业务现状

为提高淮南矿业集团环境监测业务管理水平,分析了现阶段生态实验室环境监测的管理模式,指出生态验室在经费管理、监测任务、资质认证、薪酬体系等方面存在的问题,建议优化部门联系机制并加强人才队伍建设。

曝气生物滤池处理低负荷生活污水试验研究

为丰富煤矿区低负荷生活污水的处理技术,探析曝气生物滤池对低负荷生活污水的处理效果,本研究采用曝气生物滤池小试装置开展现场物理模拟试验,试验结果表明曝气生物滤池可在同一池中完成有机物的降解和氨氮的氧化,其对氨氮、化学需氧量和悬浮物均有较好的去除效果,且对氨氮和悬浮物的处理效果更佳。

巢湖水体-沉积物磷形态与有效性

为探讨巢湖磷形态内源污染特征及生物有效性,采用传统化学方法和梯度扩散膜技术(DGT),分析了巢湖水体和沉积物磷形态的空间分布特征和不同区域沉积物对磷的吸附特性。结果表明,西部湖区水体中总磷(TP)和可溶性无机磷(DIP)浓度高于中、东部湖区,处于富营养化水平。不同湖区沉积物中TP、铁/铝结合态磷(Fe/AlP)和藻类可利用磷(AAP)由大到小依次为西部、东部和中部,钙结合态磷(Ca-P)分布没有明显差异,有机磷(OP)含量由大到小依次为东部、西部和中部湖区;沉积物中生物有效性磷(DGT-P)含量全湖分布差异较小,河口处波动较大,说明河口受河流携带污染物影响较大;沉积物中DGT-P含量与高活性AAP、Fe/Al-P、OP和DIP含量相关系数R分别为0.541、0.547、0.731(P<0.01)和0.438(P<0.05),因此可考虑将DGT作为生物有效性磷监测手段。等温吸附实验表明东、西部湖区沉积物对磷酸盐具有较高吸附潜能,中部湖区较低;然而平衡溶液中DGT-P却存在较大差异,西部湖区9号样点最大平衡浓度(0.62 mg·L-1)约为东部湖区3号样点(0.07 mg·L-1)的9倍,说明沉积物对上覆水磷的生物有效性存在较大影响。

巢湖流域十五里河水体与表层沉积物生物可利用磷(BAP)研究

研究了巢湖十五里河水体与表层沉积物的氮磷分布,并采用传统化学分析法和梯度扩散膜技术(DGT)分析了沉积物中生物可利用磷(BAP)含量。结果表明,十五里河水体正磷酸盐(DIP)和总磷(TP)浓度自上游至下游呈现先上升后下降的趋势,且一直保持在富营养化水平〔ρ(DIP)≥0.343 mg·L-1,ρ(TP)≥0.676 mg·L-1〕,上游的污水汇入是导致水体磷浓度急剧升高的主要原因,中游污染源少而使磷浓度下降,下游农业面源与支流的汇入又使磷浓度有所增加。沉积物中4种BAP含量由高到低依次为藻类可利用磷(AAP)含量、NaHCO3提取磷(Olsen-P)含量、水溶性磷(WSP)含量和易解吸磷(RDP)含量,其中沉积物w(AAP)和w(Olsen-P)与沉积物w(TP)之间呈显著正相关(P<0.01)。中下游河段沉积物孔隙水中磷具有向水体迁移的趋势,说明这些沉积物磷有自孔隙水向上覆水扩散的潜在风险。十五里河BAP含量检测结果表明,DGT技术与传统化学方法检测结果相关性显著,因此DGT技术可作为今后十五里河BAP分析研究的重要工具。

城市纳污河流磷时空分布特征研究:以巢湖十五里河为例

2012年,逐月采样分析了巢湖十五里河水体与表层沉积物中磷含量分布特征。结果表明:十五里河水体磷污染状况严重,正磷酸盐(DIP)年均浓度1.134 mg/L,总磷(TP)年均浓度1.876 mg/L,由上到下呈现不断积累的趋势,并与流域内富营养化水平相一致。表层沉积物生物可利用性磷(BAP)含量呈现AAP>Olsen-P>WSP>RDP的规律,丰水期(5-7月)是全年磷浓度最高时期,也是控制十五里河磷污染物汇入巢湖的重要时期;以十五里河为典型的城市纳污河流沉积物对磷污染物表现出"汇"的特征,但在丰水期表现出"源"的特征,成为重要的内源磷释放来源。

潘谢矿区深部灰岩水离子来源解析与水循环示踪

采集潘谢矿区太灰水和奥灰水共28个水样,通过Piper三线图、因子分析、离子比例系数及氢氧稳定同位素分析,研究矿区深层灰岩地下水离子成分特征及其来源,揭示水岩相互作用与水循环。结果表明:①研究区太灰水为低矿化度水,水化学类型主要为HCO3-Na型和Cl-Na型;奥灰水为高矿化度水,水化学类型主要为Cl-Na型;两含水层为碱性水,常规离子变异系数较小,水环境较为稳定;②太灰水中Na+不仅来源于蒸发岩的溶解,还来源于硅酸盐矿物的风化作用,奥灰水中水岩交互作用以蒸发岩溶解为主;两含水层均发生了阳离子交替吸附作用,太灰水的交替吸附比奥灰水强烈;③太灰水和奥灰水主要源于暖季大气降水的入渗补给,氘盈余均低于全球大气降水氘盈余平均值(10‰),蒸发作用不强烈,空气相对湿度高。

水体与沉积物中生物可利用性磷相关性研究

以巢湖十五里河水体和沉积物为研究对象，运用梯度扩散膜技术（DGT），研究了水体与沉积物中生物可利用性磷（BAP）含量间的相关性，并与4种化学提取方法（WSP、RDP、AAP、Olsen-P）进行比较，探索表征水体与沉积物中BAP更合适的方法。结果表明，DGT技术比其他4种方法获得的数据相关系数更高，可作为研究水体与沉积物BAP的重要工具。

两淮矿区主要含水层水化学特征差异性研究

以两淮矿区(潘谢矿区和临涣矿区)为研究对象,分析了煤系砂岩水(以下简称砂岩水)、太灰水样离子的质量浓度组成及水化学类型,采用多元统计分析、因子分析和离子比例系数分析法对结果进行讨论。结果显示,两淮矿区水化学特征和离子来源在空间上均有一定差异性,尤其是砂岩水。两淮矿区太灰水主要发生了石灰岩和白云岩等岩石风化以及水岩相互反应产生的溶解作用,淮南地区SO42-普遍小于淮北地区,但淮北地区的砂岩水矿化度整体低于淮南地区砂岩水。淮南矿区砂岩水主要发生硅铝酸盐矿物、石灰岩和白云岩的盐岩溶解作用,淮北矿区砂岩水主要是硅酸盐岩的溶解释放和脱碳酸作用。

潜流人工湿地控制淮南采煤沉陷区水质研究

经对淮南采煤沉陷区水质现状进行研究发现,沉陷区自然积水区域的水质整体情况较差。为防止沉陷水域水质进一步的恶化、保护沉陷水域水质,选择低成本、易操作、环保生态型的潜流人工湿地控制沉陷水域水质有着极大的推广和示范意义。

淮南采煤沉陷区积水重金属健康风险评价

为研究淮南采煤沉陷区积水中重金属对人体产生的潜在健康风险,对9个矿19个沉陷水域进行采样,测试5种重金属(Cd、Cr、Pb、Ni、Zn)含量,采用美国环境保护局(USEPA)推荐使用的健康风险评价模型,对其进行健康风险评价。研究结果表明:采样水域5种重金属年平均离子浓度由大到小依次为:Zn>Cr>Ni>Pb>Cd,重金属的分布影响因素可能与农药化肥的使用、工业废水的排放、汽车尾气中重金属的大气沉降、渔业养殖以及采煤活动等因素有关;重金属的健康风险值总体随季节变化,呈现出丰水期小于枯水期的特点;该区域沉陷积水的重金属致癌风险整体较为安全,但化学致癌物(Cr)的健康风险值超出其他4种重金属4~8个数量级;5种重金属的健康风险平均值排序为:Cr>Cd>Pb>Zn>Ni,其中,Cd的致癌风险值及Pb、Zn、Ni非致癌风险值均低于最大可接受风险值5.05×10^(-5)a^(-1)。

淮南矿区矿井水中悬浮物粒径特性分析

以淮南矿区现行生产矿井的矿井水为研究对象,通过系统性采样和测试分析,对矿井水中悬浮物的含量范围及其粒径特性和分布进行全面分析和研究。对悬浮物粒径测试后发现,淮南矿区未经处理的矿井水原水悬浮物含量较高,经预沉沉砂池沉淀后其悬浮物含量基本稳定在130~554 mg/L;在以综掘/综采为主要开采方式的矿井,其矿井水悬浮物具有含量高、粒径细小、不易自然沉降等特点,平均粒径稳定分布在1.45~21.16μm,粒径小于30μm的悬浮物可占总悬浮物90%以上。分析发现,矿井水中悬浮物的粒径大小及分布主要取决于煤矿的开采、挖掘等生产作业方式,其粒径分布与悬浮物含量的高低无关。

基于组合权-改进灰色关联度理论的矿井突水水源识别

基于组合权和改进灰色关联理论,针对潘谢矿区4个含水层中提取的35个学习样本,建立了矿井突水水源识别模型,并利用该模型对7个检验样本进行了水源识别。结果表明:相同含水层的学习样本和检验样本中Na^(+)+K^(+),Ca ^(2+),Mg ^(2+),Cl^(-),SO_(4)^(2-)和HCO_(3)^(-)等6项化学指标值的含量变化趋势更为接近,符合灰色关联理论。组合权重综合考虑了主客观权重,避免人为因素的干扰,同时考虑了识别指标的实际情况。组合权方法计算的6项识别因子中,Ca ^(2+),Mg ^(2+),HCO_(3)^(-)的权重分别为0.231,0.383,0.203,且3者的权重值相加占总值的81.7%,说明3项指标在矿井突水水源识别中起主要作用。采用建立的组合权-改进灰色关联度模型对7个检验水样进行识别,除1个水样外,其余均与实际结果一致,识别准确率达到86%,表明该模型在矿井水源识别中具有一定的适用性。

基于主成分分析的潘谢矿区突水水源Fisher判别模型

依据淮南潘谢矿区的各含水层水化学成分的差异性,针对复杂的多类突水水源判别问题,建立基于主成分分析方法与Fisher分析方法的水源判别综合模型。以潘谢矿区的39个水样作为学习样本,6个水样作为预测样本对该模型进行检验和应用。结果表明:该模型判别矿井突水水源准确率高,具有准确快速、简易方便、实用性强的特点。

矿井水典型水化学组分纳滤模拟试验研究

为揭示纳滤对高矿化度矿井水的处理机制,选取NaCl、MgCl_(2)、Na_(2)SO_(4)、MgSO_(4)作为矿井水典型化学组分,通过模拟试验研究了溶液浓度和操作压力对分离性能的影响。结果表明:纳滤膜通量主要取决于膜两侧的操作压力差和溶质的渗透压差,分别呈现正相关和负相关关系;质量浓度为1000 mg/L时,氯化物最低膜通量和硫酸盐最高膜通量分别为16.5 L/h和15 L/h;质量浓度为2500 mg/L时,氯化物最低膜通量和硫酸盐最高膜通量分别为13 L/h和12 L/h;截留率受Donnan效应与筛分作用的共同影响,影响程度分别取决于离子荷电量和离子水合半径;在操作压力为0.1~0.4 MPa的条件下增大操作压力提高溶液浓度,NaCl截留率由38.9%逐步降低到19.5%,MgCl_(2)截留率由34.0%逐步上升到62.4%,硫酸盐在96.2%~98.0%之间波动;在操作压力为0.1~0.4 MPa的条件下增大操作压力,NaCl和MgCl_(2)截留率均呈现先升高再降低的趋势,最大值分别为33.9%和51.5%(0.3 MPa时),最小值分别为27.6%和41.9%(0.1 MPa时),硫酸盐截留率在96.2%~99.0%之间波动。