马兰煤矿矿井水水质变化特征及成因

通过对山西省马兰煤矿2号煤层采掘面在开采和封闭时期的矿井水和沉积物的研究,揭示采掘面封闭前后对矿井水水质和沉积物的影响机理。研究结果表明:马兰煤矿矿井水均为SO₄-Ca型水质,矿井水均富含SO₄2-和Fe离子;随着上部煤层的不断开采,3处矿井水呈现相同的变化规律,矿井水的pH值升高,Eh值降低,SO₄2-、Fe、Mn和Zn离子浓度随之下降,其中北一暗斜井处的矿井水水质变化最显著;矿井水水质指标和流速变化能够控制其沉积物的矿物组成和结晶程度,北一暗斜井处的沉积物在两次采样中由斯沃特曼铁矿变为针铁矿,而其他两处的矿井水沉积物矿物组分没有发生变化,主要由针铁矿组成。研究结果能够提高对老空区积水水质的预测精度,并对煤矿突水水源判识具有重要意义。      

煤矿酸性矿井水主动式生物修复中铁的行为与归宿

酸性条件下Fe(II)的生物氧化过程可以被有效应用于煤矿酸性矿井水修复中,但是Fe行为与归宿的不确定性增加了应用难度。本研究通过对某煤矿酸性矿井水场地发生的生物地球化学过程进行监测,富集培养场地沉积物嗜酸微生物群落,进行室内恒化生物反应器连续流实验,探究微生物作用下Fe及其他金属离子的行为与归宿。研究表明,Fe的形态转化是场地和反应器中最主要的生物地球化学过程。当pH<2.7时,反应更倾向于产生溶解性Fe(III);当2.7相似文献   

针铁矿-四方纤铁矿-水体系氧同位素分馏的实验研究

针铁矿是非常重要的三价铁氧化物之一,其氧同位素组成对于古环境再造具有很大的价值。以4种不同的铁化合物作为Fe3+离子的源物质,于30～120℃范围内,采用强迫水解方法,在不同同位素组成的水中分别实验合成针铁矿和四方纤铁矿。结果表明,以Fe(NO3)3·9H2O、NH4Fe(SO4)2·12H2O、Fe(SO4)3·7H2O为Fe3+源物质合成的是纯针铁矿,而以FeCl3·6H2O为Fe3+源物质合成的是四方纤铁矿。氧同位素分析显示,在30～120℃范围内实验测定的针铁矿-水体系和四方纤铁矿-水体系氧同位素分馏几乎不可区分,并且满足下列分馏关系:103lnα针铁矿-水=9.59×103/T-26.39103lnα四方纤铁矿-水=8.85×103/T-24.44实验测定的针铁矿-水体系氧同位素分馏不仅与前人实验结果一致,而且与增量方法理论计算相近。由于实验采用不同反应途径得到了一致的分馏结果,因此所测定的针铁矿-水体系氧同位素分馏代表了热力学平衡。     

煤矿隐蔽特大突水通道快速封堵技术研究

2011年8月6日14时,临近黄河的韩城禹昌煤矿在11^#煤层回采过程中发生底板奥灰水突水,突水通过相邻煤矿采空区,并与8月7日零时5分许冲跨桑树坪煤矿北二车场绕道封闭墙进入斜井280m大巷,很快淹没整个大巷系统造成斜井整体淹井事故。在进行了井上、下水文地质调查、物探、钻探探查和示踪剂测试、水质化验与综合分析研究的基础上,初步确定了突水点与过水通道的区域,结合矿井11#煤层顶、底板、奥灰岩峰峰二段水文地质条件特征,采取了骨料灌注沉积法和松散体注浆加固法,成功隔离了两个矿井之间的水力联系。经过单位吸水率、追排水量、水位变化、残余出水量检验,达到了预期目的,实现了隐蔽突水点及过水通道快速封堵,为矿井全面恢复生产提供了重要保障。     

AMD河流沉积物中矿物组成特性及其环境意义

矿山酸性废水(Acid mine drainage,AMD)中,含有大量的溶解性Fe、SO2-4和重金属,因此在AMD这种极端特殊的环境中容易形成含铁硫酸盐次生矿物,比如施氏矿物、水铁矿、黄钾铁矾、针铁矿等。据报道,这些次生矿物对AMD河流中重金属的迁移特性起着至关重要的作用[1,2]。因此对AMD河流沉积物中矿物组成特征的调查研究,有助于了解主要矿物对类重金属迁移转化等地球化学过程的影响,为矿区重金属污染修复提供可靠的理论依据[3]。因此本研究结合差示X射线衍射和连续萃取的方法,建立适合典型金属硫化物矿区受AMD影响河流沉积物的矿物学分析方法,在此基础上研究施氏矿物、水铁矿、黄钾铁矾、针铁矿等次生矿物对类重金属环境特性的影响。本研究以广东省韶关市大宝山矿区(24°34′28″N,113°43′42″E)受AMD污染的横石河流域为研究对象,沿河采集了河床卵石沉积物和河流淤泥两种沉积物样品,共采集了18个点位的沉积物样品,包括3个不受AMD影响的支流对照组。样品经过一系列预处理(冷冻干燥、研磨、过筛等)过程,于4℃下保存备用。本研究利用连续萃取的方法结合扫描电镜、X射线衍射、傅立叶红外光谱、拉曼光谱等手段对沉积物样品进行了萃取和表征。结果表明:p H沿着横石河升高,伴随着矿物的组成出现演替现象并且重金属的含量也随之衰减。沉积物中除了含有硅铝酸盐、石英外,主要成分为铁羟基硫酸盐矿物。其中,横石河上游主要矿物组成为黄钾铁矾和施氏矿物,到中下游时以针铁矿和水铁矿为主。类重金属As、Cd、Cu、Pb、Mo、Cr、Ni、Mn、Zn等以吸附和共沉淀的形式伴随着矿物暂时固定于沉积物中。但是,随着河流环境条件的改变,次生矿物将发生相转化并可能将引起重金属的释放。     

希瓦氏奥奈达菌MR-1还原针铁矿的实验研究及地球化学意义

本文实验研究了希瓦氏奥奈达菌株(Shewanella oneidensis MR-1,以下简称MR-1)在pH为中性的厌氧条件下还原针铁矿的过程,探讨了MR-1菌异化还原针铁矿的动力学特征。采用邻菲罗啉分光光度法检测了反应前后溶液中铁含量的变化,利用扫描电子显微镜、粉晶X射线衍射和激光拉曼光谱分析了针铁矿及其还原产物的形貌特征和物相组成。结果表明,针铁矿在厌氧条件下可被MR-1还原,生成磁铁矿、菱铁矿等次生矿物。本文认为针铁矿的微生物异化还原过程以直接接触机制为主,同时存在间接还原机制;溶液中的Fe2+与CO32-、SO42-等沉淀生成菱铁矿等次生产物,同时部分Fe2+、Fe3+离子可吸附于矿物表面,甚至能引起矿物相的转化,两者共同构成了针铁矿的次生分解路径。     

基于偏标加权法模糊综合评判的矿井涌水水源分析

白龙煤矿一采区右翼480m水平,开采10#、11#煤层。该区域内煤层底板标高为470m～520m,大部分区域低于K2含水层水位（519.5m）及O2f含水层水位（520m）,为带压开采。由于K2和O2f含水层在水质、静水位等指标上很接近,不能快速准确区分。因此采掘工作面揭露构造出水后,快速准确地识别突水水源是矿井水害治理过程中最基础且必要的工作。通过对10-108工作面历次涌（突）水进行现场采样化验取得水化学指标,选择K＋＋Na,Ca2＋,Mg2＋,Fe3＋,NH4＋,SO42-,HCO3-,NO3-,NO2-共9种化学成分做为评价指标,采用偏标加权法确定权重的模糊综合评判模型,对采掘工作面的涌（突）水水源进行快速识别,分析结果与巷道实际揭露后情况一致,表明该方法是较为有效的。     

采煤对浅层地下水环境的影响及矿井水生态利用分析

黄河流域中上游矿区煤?水矛盾突出,煤炭开采对地下水环境造成一定的破坏。基于此,以鄂尔多斯盆地北部侏罗纪煤田榆神府矿区为研究区,在野外调查、数据分析、室内测试的基础上,分析研究区矿井水的量质特征,揭示煤炭高强度开采对地下水环境的影响,并开展矿井水生态利用研究。结果表明:研究区矿井富水系数在0.23~2.28,平均为0.91,评估2020年区内矿井排水量高达4.70亿m3,受采掘活动影响,浅埋煤层开采区地下水位下降趋势明显;区内矿井水出现不同程度的污染组分超标现象,主要超标指标为化学需氧量(COD)、Na+、SO₄ 2?、溶解性总固体(TDS),未处理的矿井水外排将会污染区内地下水环境;研究区浅层地下水超限的水质指标主要为NO₃-N,与矿井水超限水质指标差别较大,反映出浅层地下水水质受采矿活动影响较小;提出矿井水浅层回灌和矿井水生态灌溉2种模式开展研究区矿井水的生态利用,矿井水回灌对矿井水中的溶解性有机碳、色度具有较好的去除效果,回灌后出水满足Ⅲ类地下水限值;浅埋煤矿矿井水具有作为矿区生态修复灌溉用水的较好潜力,中深埋煤矿和深埋煤矿矿井水不适宜作为灌溉用水。研究结果为我国西部煤矿区水资源保护和生态修复提供重要依据。      

鱼田堡煤矿水文地质特征及深部突水模式分析

通过对鱼田堡煤矿各生产水平、开采区域、开采煤层涌水观测资料,以及水质化验、连通试验等资料的分析与研究,查明了该矿深部煤层开采的突水水源及突水通道——浅部与采空区融为一体的“地下水库”及深部K3（4#煤层）开采时在煤层顶板以上发育的采动离层裂隙带,为防治矿井深部突水提供了较为切合实际的水文地质依据。     

煤矿酸性矿井水除铁研究

煤矿酸性矿井水除铁研究煤矿酸性矿井水（下称酸性水）主要来自于高流煤层的开采．煤层的开采，提供了氧化过程中所必须的氧，地下水渗人并与残留煤的接触，使煤层和顶底板中的硫铁矿、有机流在氧存在的条件下，经过化学的、生物的作用形成游离的硫酸，使矿井水呈酸性。其...     

山西庞庞塔矿地下水化学特征及含水层间水力联系分析

依据矿区补勘钻孔抽水取得的水质化验资料,重点对影响煤层开采的奥陶系中统石灰岩岩溶裂隙含水层和太原组灰岩岩溶裂隙含水层进行了水化学特征分析,结果发现,奥陶系峰峰组含水层中SO42-离子含量普遍较高,大部分地段高于HCO3-离子含量,阳离子以Ca2+和Mg2+离子为主,水化学类型以SO4-Ca· Mg型为主;上马家沟组含水层SO42-离子含量较峰峰组岩溶裂隙水明显下降.根据各钻孔水质化验的主要离子成分、矿化度、总硬度及水化学类型进行各含水层间的水力联系分析,认为峰峰组含水层与上马家沟组含水层、太灰含水层与奥灰含水层水力联系均较弱.该研究可为矿井开采中开展水害防治提供参考.     

对上榆泉煤矿奥灰水的研究

上榆泉煤矿位于山西省忻州市河曲县,地处黄河东岸,距黄河1．2km,井田面积29．7837km^2,井田内共赋存5层可采煤层,分别是9#、10#、11#、12#、13#层,煤种为长焰煤。矿井设计生产能力300万吨／年,矿井采用平硐加斜井综合开拓,水平标高850米,现采9、10#煤层,有一个综采面一个综放面,四个综掘队。井田内部分煤层处于奥灰水水位标高之下,且奥灰顶部隔水层厚度仅为50m,奥陶系地层缺失峰峰组,属于薄隔水层带压开采．     

我国煤矿区矿井水污染问题及防控技术体系构建

煤炭开采必然产生大量的矿井涌水,我国目前的矿井水整体上表现出水质相对较差、水处理成本较高等问题。首先明确了我国典型矿区矿井水水质的主体特征:常规离子是造成矿井水水质差的主要化学组分;矿井水中有毒有害物质占比小,且基本优于地下水Ⅲ类水质量标准。其次,详细探讨了我国矿井水水质形成、演化的几个科学问题,包括不同水文地质结构下物理–化学作用所起的主导作用,时间效应对水质演化的影响,微生物群落结构特征及其与环境因素的相关关系,水动力场–化学场–微生物场–温度场的多场耦合问题等。接着重点介绍矿井水污染防控的技术方法,以减少矿井突(涌)水量和水资源保护为前提,以实现煤–水双资源协调开采、煤炭绿色开采为目标,以矿井水“阻断、减量、保护”为主要防控思路,围绕煤矿区矿井水阻断技术、污染负荷减量技术、污染区修复治理等科学问题展开分析;通过各种现有技术、方法、工艺,最大可能地降低吨煤矿井水处理成本,如采用井下预处理、地面深度处理、超深回灌封贮、生态资源化利用等。最后,提出研发煤矿区地下水及污染物的阻断材料和吸附材料、注浆装备、监测设备、投料设备、原位取样检测设备等,形成我国煤矿区矿井水污染防控技术体系。该技术体系的构建可对煤矿绿色开采、煤矿区深层地下水污染防控、闭坑矿井水污染防控、矿区地下水资源及生态环境保护利用等提供理论及技术支撑。      

针铁矿/水界面反应性的实验研究

选择针铁矿对Pb2+、Cu2+、Cd2+等3种重金属离子的吸附实验,开展矿物/水界面反应性研究.金属离子(M2+)在矿物-水溶液间分配有多种表面反应机制,这些表面反应发生作用的条件主要取决于吸附质水化学性质和矿物表面荷电性,因此,溶液pH值是影响矿物/水界面反应性的关键因素.在不同pH值条件下, 表面羟基可通过发生质子化或去质子化反应而使得矿物表面产生荷电性并发生改变,而金属离子的水解则可显著加快金属羟基配合物的形成,从而进一步增强了矿物/水界面反应.本实验条件下针铁矿表面对重金属离子的吸着量随pH值升高而升高,在一个较窄的pH值范围内吸附率急剧升高,呈S形分布.针铁矿对3种不同的重金属离子的吸附能力的强弱顺序是Cu2+＞Pb2+＞Cd2+.无论是Langmuir方程还是Freundlich方程,都能较好拟合针铁矿对重金属离子的等温吸附过程.Freundlich方程的n值均在0.1～0.5之间,说明重金属离子在针铁矿表面的吸附并不能简单地归结为单配位或双配位模式,可能存在着多种吸附结合形态.表观吸附常数KM值的变化规律,说明重金属离子与针铁矿表面反应模式及其表面吸附形态发生了变化,具体的吸附形态还有待谱学研究进一步证实.     

高砷含水层沉积物含铁矿物特性及其对砷的水文地球化学作用

含水层沉积物中含铁矿物的特征与活性会影响砷的迁移转化行为。通过内蒙古含水层沉积物含铁矿物的溶解、还原动力学实验,研究了沉积物含铁矿物特征和活性及其与砷运移的关系。结果表明,沉积物中具还原活性的铁氧化物总量(m0)与岩性有关,细砂为52 μmol/g,黏土为45 μmol/g。初始还原速率k′均在10-5 s-1的数量级。表征活性均匀度的参数γ值介于合成铁氧化物矿物和表层沉积物之间。沉积物中Fe(Ⅲ)氧化物的还原活性主要介于人造纤铁矿与针铁矿的活性水平范围内。沉积物中可能存在两类活性水平不同的Fe(Ⅲ)氧化物。As更倾向于吸附在活性较强的Fe(Ⅲ)氧化物上。还原环境中,活性较强的Fe(Ⅲ)氧化物的还原性溶解,促进了沉积物中砷的释放。     

凉水井煤矿酸性水的形成及排放处理

凉水井煤矿利用矿区山地沟谷地形,采用平峒配斜井多井口开采生产。矿井涌水量不大,但受季节降水量控制,水质酸性较高,特别在开采中、下煤组区及小井时,矿坑酸性水浓度更高,pH值在2—4之间。经过数年来开采及排放矿井水,对矿坑酸性水的成因、变化规律有了初步认识,并采取了相应的有效处理及排放措施,保证了矿井的正常生产。      

SO2、NO2与针铁矿、赤铁矿、磁铁矿的非均相反应

硫酸盐是大气颗粒物的重要组分,SO2与矿质颗粒物的非均相反应可能是硫酸盐和水溶性铁形成的重要途径之一,但目前对该反应途径的研究比较有限。本研究开展了不同相对湿度条件下SO2((7.14±0.29)μg/L)、NO2((5.13±0.21)μg/L)与针铁矿、磁铁矿、赤铁矿的非均相反应,定量分析了产物硫酸盐、硝酸盐以及水溶性铁的含量随反应时间的变化。结果表明,SO2与针铁矿反应24 h仍未达到饱和,平均反应摄取系数小于1×10^?8,但其随着相对湿度增大而增大。当NO2和SO2共存时,SO2和针铁矿非均相反应24 h仍未达到饱和,相对于NO2与针铁矿反应,SO2的共存抑制了硝酸盐的生成;反应前24 h,SO2平均反应摄取系数小于1×10^?8,非干态下相对湿度对SO2摄取系数无显著影响。SO2或SO2、NO2共存时与磁铁矿、赤铁矿的反应几乎无硫酸盐生成,仅在SO2与NO2共存时生成少量硝酸盐。此外,SO2与3种含铁矿物的非均相反应对Fe元素水溶性的促进作用非常有限。     

榆阳煤矿矿井涌水来源及对红石峡水源地的影响

根据监测资料,分析了榆阳煤矿矿井水的来源、矿井水与煤层顶板各含水层地下水的化学成分特征、矿井涌水通道特征、不同含水层地下水对矿井水的“贡献”率,研究了红石峡水源地补给来源,探讨了榆阳煤矿开采对红石峡水源地的影响,提出了榆阳煤矿开采对红石峡水源地影响不大的结论,但由于红石峡水源地范围内煤矿较多,众多煤矿大范围、高强度开采将直接影响红石峡水源地补给来源。     

用灰色关联度分析法判别矿井突水水源

某湖下开采的煤矿发生突水,应用灰色关联度分析法,把突水时矿坑水的水质资料作参考序列,把湖水和煤层上覆砂岩含水层的水质资料作比较序列,对各序列作标准化处理,计算出关联系数,进而求出关联度,比较影响因素(湖水和砂岩水)对研究对象(矿坑水)的贴近程度,得出结论:矿井突水水源为砂岩水,与湖水无关。      

在我国发现的Schwertmannite矿物及其特征

采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜与能谱(SEM-EDX)、X射线荧光(XRF)、傅立叶红外光谱(FT-IR)、热分析(DTA-TG)等分析方法,在我国山西马兰煤矿的酸性矿坑排水(AMD)沉淀物中首次发现了“斯沃特曼铁矿”(Schwertmannite)。研究表明,山西马兰煤矿酸性矿坑排水沉淀物中的Schwertmannite矿物的粒径为0.3~70μm,且分布比较均匀,其BET表面积为44.065 0 m2/g;SEM二次电子像显示为球形或椭圆形(聚集体)结构,颗粒大小比较均匀,球的表面有针状毛刺;该矿物的化学式为Fe8O8(OH)4.52(SO4)1.74.4.73H2O。