山西省阳泉山底河流域煤矿“老窑水”动态特征、演化机理及对娘子关泉域的环境效应

【研究目的】煤矿“老窑水”以分布范围广、隐蔽性强、污染程度重、自然净化慢、持续时间长等特点,成为后采煤时代严重威胁中国生态文明建设的重要制约因素。【研究方法】本文以山西省阳泉市山底河流域煤矿“老窑水”为研究对象,通过长系列水质和水量系统性监测,运用统计学方法系统分析了山底河流域老窑水的水量和水质动态特征及其演化机理,评估了“老窑水”对娘子关泉域岩溶水的环境效应。【研究结果】研究表明,山底河“老窑水”总出口pH值平均为3.58,TDS平均为4744 mg/L,SO_(4)^(2-)平均为3327 mg/L;雨季地下水位上升后与采空区接触面积或体积增大和降雨量的影响滞后等是造成煤矿“老窑水”的流量与水化学特征指标电导率、SO_(4)^(2-)浓度非线性相关的主要原因;煤系地层中黄铁矿的强氧化反应主要发生在地下水位季节变动带、包气带和地表;煤矿采空积水区的一定深度为还原环境,具备开展微生物法治理的条件;山底河煤矿“老窑水”出流后进入下游碳酸盐岩河段渗漏,对娘子关泉域岩溶水的渗漏补给量达7247.08 m^(3)/d,水质差,是娘子关泉域岩溶地下水的重要污染源。【结论】山底河流域“老窑水”流量对降雨量的调蓄周期为半年;水化学特征指标与流量呈非线性相关,“老窑水”黄铁矿的强氧化反应主要发生在地下水位季节变动带、包气带和地表;“老窑水”出流后渗漏补给娘子关泉域达7247.08 m^(3)/d,SO_(4)^(2-)、Fe和Mn超标严重,对泉域岩溶水污染严重,急需开展煤矿“老窑水”的治理和废弃煤矿生态修复。

矿井瞬变电磁法在老窑水超前探测中的应用

介绍了矿井瞬变电磁超前探测技术的原理与方法,在某矿2号总回风巷的掘进过程中,采用该技术对掘进头前方的老窑积水区进行了探测。探测结果表明,矿井瞬变电磁超前探测技术能准确圈定老窑水的位置,其施工方便快捷适于实时跟踪探测,但对积水量仅能做定性评价而不能给出定量解释,视电阻率断面图上探测异常区域分布比实际积水区间要大,且侧帮测点易受到金属锚网支护的影响,同时由于采用多匝小回线装置形式,发射电流关断时间过长,存在近距离探测盲区。

老空、老窑水的充水特征及防治对策

针对目前老空、老窑水的突水情况 ,总结分析了老空、老窑水的充水特征及突水原因 ,并提出了有效的预防措施 ,这对目前抑制矿井水害事故 。

马兰黄土吸附酸性老窑水中典型污染物的实验研究

酸性老窑水给当地关键带的水资源及生态环境带来潜在风险。因此,研究治理闭坑矿区的酸性老窑水已是迫在眉睫。以马兰黄土为吸附剂,通过吸附实验研究了黄土剂量、吸附时间等因素对酸性老窑水中典型污染物(SO4^2-、Fe、Mn、Zn)的吸附特性。结果表明:黄土可以有效吸附酸性老窑水中典型污染物。随着黄土剂量和吸附时间增加,SO4^2-、Fe、Mn和Zn的去除率增加,且由于存在竞争性吸附,导致黄土对污染物去除率不一致。黄土对酸性老窑水典型污染物的吸附更符合准二级动力学模型。同时对吸附饱和的黄土进行碱再生,表明再生黄土首次对污染物也有较好的处理效果。此外,利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)研究分析了黄土的吸附前后特性,表明马兰黄土对其吸附以化学吸附为主,伴随物理吸附。

煤矿“老窑水”的室内浸泡模拟试验

煤矿开采后,地下水充填采空区形成"老窑水",并通过各种途径污染相邻地区的地表水和地下水。为了探讨"老窑水"的治理方法,选取水中添加煤+石灰、煤+石灰岩、煤3种情况的浸泡水样,开展了为期270d的室内对比性分析试验。结果表明:煤+石灰+水样品处理效果较好。研究结果对煤矿矿井闭坑前开展"老窑水"的处理具有一定的参考价值。

老窑水危害的成理及预防分析

老窑水作为一种突发性的在矿井地质灾害,对矿井的开发造成极大威胁。文章从老窑水的形成、赋存角度入手,结合前人的理论,简述了突水机制,并以此为基础分析了它的危害及作用机制。

老窑水突发性强排疏干诱发地面塌陷的案例分析

我国南方某石灰岩矿区已有多年的开矿历史,形成上下两个水平开采区,上水平停止开采已经两年时间。2003年年底,下水平在开拓过程中揭露了溶洞,而后通过导水断层疏干了上水平老窑水,引起地面塌陷。从分析塌陷的时间、空间、岩溶突泥物及水文条件等证据入手,论述了该矿区地面塌陷是由于老窑水突发性强排疏干诱发的。

湿地植物对煤矿老窑水污染土壤中重金属的富集能力研究

选择水葱(Scirpus validus)、芦苇(Phragmites australis)、香蒲(Typha orientalis)和头状穗莎草(Cyperus glomeratus Linn.)4种湿地植物,设置不同浓度煤矿老窑水进行盆栽实验,探讨4种植物对煤矿老窑水污染土壤中重金属的富集能力。结果表明:4种植物对重金属Mn、Zn都有一定的富集和转移能力,但不同植物对不同重金属的富集转移效果不同,Mn的富集转移效果优于Zn,Mn更多存储于植物地上部分而Zn更多存储于植物根部。对煤矿老窑水污染的土壤,水葱的重金属富集转移效果优于其他3种植物。

煤矿酸性“老窑水”低Ca/Mg成因机制

山西省阳泉市山底河煤矿“老窑水”循环系统多年水质监测数据计算结果显示,煤矿酸性“老窑水”的Ca/Mg值普遍偏低,且存在Ca/Mg值随酸化程度的增强(SO_(4)^(2−)含量增加或pH减小)而减小的规律。针对这一问题,结合研究区的地球化学物源条件,通过室内试验以及野外监测水样的石膏、方解石、白云石矿物饱和指数与pH变化关系,分析煤矿酸性“老窑水”低Ca/Mg值的成因机制。研究表明:区内石炭系-二叠系的煤系地层中碳酸盐岩夹层、分散状态分布的菱镁矿、黄铁矿是“老窑水”中Ca^(2+)、Mg^(2+)、SO_(4)^(2−)的物质来源;在黄铁矿氧化水解形成的以硫酸根为主导的酸性溶液中(pH为2.0~4.5),代表硫酸对石膏、方解石、白云石可溶解性的饱和指数排序为石膏>方解石>白云石,受石膏在高浓度硫酸活性降低并发生沉淀、方解石溶解受Ca^(2+)同离子效应抑制和饱和状态的平衡调节的综合影响,使Ca^(2+)相对含量减少,由于MgSO_(4)溶度积大于CaSO_(4),故Mg^(2+)含量未受上述约束(或较低),脱白云岩化反应可因Ca^(2+)含量随石膏沉淀而继续进行,加之区内有菱镁矿的溶解,使得Mg^(2+)相对含量增加,最终出现了镁矿酸性“老窑水”Ca/Mg值低的结果。Ca/Mg值可作为煤矿酸性“老窑水”的污染特征指标,应用于环境影响评价。

地面瞬变电磁法在老窑水探测中的应用

介绍了利用地面瞬变电磁进行采空区充水区探测方法和原理,在某煤矿采区疑似采空充水区域用该方法进行了探测。探测结果表明,瞬变电磁能较准确的圈定老窑水体所在位置,且施工方法方便灵活易于对矿区开采工作进行辅助性指导。但难以完全克服地形影响和地表人文干扰,同时无法对老窑水藏水量进行定量解释。

砂土对老窑水中SO_4^(2-)吸附效果的实验研究

为改善矿区水生态,保护水资源,利用砂土作为酸性老窑水的修复材料,研究不同粒径级土样对老窑水中硫酸根离子的去除效率,以及pH值、氧化—还原电位(E_h值)、电导率(E_C值)的变化情况。研究结果表明,粒径小于0.075 mm的土样去除硫酸根离子的效率最高,去除率最高达到62.36%,对pH调节显著,使氧化—还原电位和电导率显著下降;粒径范围为0.075～0.500、0.500～2.000、2. 000～5.000 mm的土样对硫酸根离子的去除率均小于10.00%,对pH值调节作用不明显,对氧化—还原电位和电导率的影响较小。

TEM一维反演技术在老窑水勘查中的应用

近年来,瞬变电磁法已成为煤矿水文地质勘查方面首选的物探手段,但受勘探精度所限,在以巷采方式为主的老窑积水勘查中应用较少。利用瞬变电磁法多年来所取得的探测经验,通过对OCCAM反演技术进行深入研究,应用该反演方法对探测资料进行解释,在宁夏盐池某煤矿成功探测了老窑积水的位置及分布范围,并得到了后期钻探验证,勘查成果为矿井防水系统的设立和综合防治水体系的构建提供有力的依据和基础资料。采用瞬变电磁法探测以巷采方式为主的老窑积水,选取有效的反演方法予以解释,可以在浅、中埋深地区取得较好的勘探效果。

井下定向钻进技术在矿井老窑水治理中的应用

针对神华宁夏煤业集团公司石炭井焦煤分公司一号井老窑水对二号井安全开采造成的安全隐患问题,通过分析一号井与二号井的边界关系、水力联系,以及现场地质、施工条件,应用具有先进定向功能的井下定向钻进技术,自二号井向一号井上组煤回风上山实施了7个长距离定向钻孔,4个钻孔施工至巷道内且成孔后单孔初始涌水量达到80~130 m3/h,水头压力达到1.8 MPa,疏放水190d后一号井老窑水水头高度下降了6 m。最后针对钻孔与巷道贯通时采空区内淤泥瞬间涌出,造成卡钻、水头压力高导致钻孔施工安全隐患等问题,提出具体的技术解决方案。

地面及矿井井下瞬变电磁法探测矿井老窑水的应用研究

煤矿采空区资料缺失、老窑水积聚范围不明是下一步矿井重组、安全开采的重大安全隐患,而物探方法在老窑水探测中的作用日益显现。通过研究瞬变电磁法在地面半空间和矿井井下全空间的应用技术,将两种方法结合应用,能够充分发挥瞬变电磁法的优势,对矿井老窑水做出有效探测。以某矿为研究对象,综合运用地面和井下瞬变电磁法探查4#煤层采空区老窑水,有效地查明了煤层老窑水的位置及范围,并指导了钻探探放水工作,共探放老窑水5.9×10~4 m^3,排除了老窑水的安全隐患,取得了较好的探测效果。

四种湿地植物对酸性老窑水修复潜力研究

以阳泉市山底河流域四种常见的湿地植物水葱、芦苇、香蒲和莎草为例,通过盆栽试验,对比其在自来水和酸性老窑水中的生长和生理状况及体内S、Mn、Zn含量,并选用熵权TOPSIS评价法综合评价其对酸性老窑水的耐受性和污染物吸收能力,以此来探究四种植物对酸性老窑水的修复潜力。结果表明,在酸性老窑水的影响下,四种植物体内的S、Mn、Zn含量均高于对照组,香蒲和水葱的生长受到促进,芦苇和莎草的生长受到抑制;通过熵权TOPSIS评价法来评价四种植物的耐受性和对老窑水中污染物的吸收能力,有效避免了主观因素的影响,在四种植物中,香蒲对酸性老窑水的修复潜力最强。

山西省闭坑煤矿酸性老窑水的形成机制及防控修复思路——以宁武县某闭坑煤矿为例

山西省煤炭资源丰富,煤矿的大量开采在带动山西经济社会高速发展的同时,也产生了严重的生态环境问题。以宁武县某闭坑煤矿老窑水为例,介绍了老窑水现场污染状况及水质特征,阐述了老窑水形成机制及危害,提出了适宜的防控修复技术方案,有望为山西省乃至全国的闭坑煤矿酸性老窑水的治理积累经验,提供示范。

复杂水文条件下石圪台矿防治老窑水害方法研究

煤矿水害是与瓦斯、煤尘、顶板、火灾等并列的五大灾害之一,其严重程度仅次于瓦斯,位列第二。煤矿发生老窑突水,危害井下工作人员的生命以及国家财产安全。本文基于石圪台煤矿水文地质条件,探讨了复杂水文条件下老窑水害防治和方法,从而为老窑水灾害防治措施的制定提供良好保障,从根本上提升综合防治效果和质量,为老窑水害防治提供了借鉴意义。

生石灰处理法在老窑水治理中的应用

阳泉矿区是我国最大的无烟煤基地,历年累计煤炭开采总量达到15亿t以上。随着煤矿被关闭,闭坑后采空区内形成了大量煤矿"老窑水",对水环境的破坏影响逐步显现,选取当地生石灰材料,对老窑水的治理进行初步探讨,对生石灰处理老窑水中Ca^(2+)、Mg^(2+)、SO_4^(2-)、TFe、Mn、HB等进行了分组分析试验,得出结论,并据此提出老窑水治理的建议。

阳泉地区“老窑水”现状及治理对策探究

阳泉地区的“老窑水”目前已在部分区域出露,对区域地表水和喀斯特地下水水质造成了一定的影响。因此,本文在充分了解“老窑水”成因及对阳泉地区的影响的基础上,针对区域现状,按照分类制定、综合施策的原则,系统探究了“源头控、末端治”有效结合的治理方案,可为当地“老窑水”治理提供参考,以期为其他类似地区的“老窑水”治理提供借鉴。

汾西矿区复杂老窑水矿井瞬变电磁法探测研究

汾西矿区众多小煤窑形成复杂的采空区,老窑水具有隐蔽性、复杂性和突发性,对矿井安全生产形成巨大威胁。探讨了阻尼最小二乘法的反演过程,应用矿井瞬变电磁法的相关原理及探测方法,分析了老窑富水性的地物特征,对掘进面超前探测数据反演后得到的结果进行了解释和验证。研究表明,矿井瞬变电磁法对老窑水的探测具有很好的效果,为老窑水防治提供了可靠依据。