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SO24-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,SO24-、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。     

晋城矿区不同类型老空水水质特征及演化机理

为分析不同类型老空水水质特征及开发利用潜力,采用统计分析、水质模糊综合评价、水文地球化学模拟等方法,针对晋东煤炭基地晋城矿区二叠系山西组3号煤层、石炭系太原组9号和15号煤层开采所形成的老空水水质特征及演化过程进行对比分析研究。结果表明:(1)二叠系山西组3号老空水水化学类型为HCO₃型和HCO₃·SO₄型,石炭系太原组9号老空水为HCO₃·SO₄型和SO₄·HCO₃型水,石炭系太原组15号老空水为SO₄型水。(2)二叠系山西组3号老空水Ⅱ、Ⅲ类水占比达75%,具有一定供水意义;而石炭系太原组9号老空水Ⅳ、Ⅴ类水占比为60%,超标组分较多,开发利用潜力不大;15号老空水均为劣Ⅴ类老空水,无开发利用意义,且需加以防治。(3)劣质老空水的形成与环境开放程度和煤系地层黄铁矿的含量密切相关,所处环境越开放,黄铁矿含量越大,老空水水质越差。所处环境封闭时,老空水水质仅与补给水源的水质有关,与黄铁矿含量大小基本无关。研究成果可为矿区老空水的开发利用及综合防治提供科学依据。     

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。      

山东新巨龙煤矿区场地高TDS地下水水化学特征及成因机制

针对山东巨野新巨龙煤矿区地下水高TDS的现状,基于历史水质资料和取样测试结果,运用Piper三线图、相关性分析、氢氧同位素、Gibbs图解、离子比值与饱和指数等方法,探究其高TDS地下水水化学特征及成因。结果表明:随着建井和煤矿开采,研究区水化学环境发生改变,水化学类型不再是单一的SO₄-Na型,深层灰岩水的类型中出现SO₄·HCO₃-Na和SO₄-Ca·Mg型;研究区高TDS地下水的形成主要是因为含水层水动力条件差,高温水岩作用强,溶滤、蒸发浓缩作用明显,同时存在一定程度的反向阳离子交换作用;地下水体中白云岩和方解石表现为沉淀状态,石膏和盐岩处于溶解状态,是地下水主要成分Na+和SO₄2-的主要来源。研究成果不但为研究矿井水的构成、揭示煤矿区地下水污染及多场耦合的地下水演化过程和成因机制提供依据,还可为煤炭开采水害防治和矿井水处理利用奠定基础。      

矿物组成对离子吸附型稀土矿中稀土元素浸出效率的影响

稀土开采本质上是利用离子交换作用将稀土元素从矿物(黏土矿物、铁(氢)氧化物)表面解吸下来的过程,厘清不同类型矿物对稀土元素浸出的影响,对于提高开采效率至关重要。(NH₄)₂SO₄溶液是稀土元素浸矿时的常用提取剂,SO₄^2-可以通过与稀土元素络合、改变矿物表面电荷性质以及键桥作用等影响稀土元素在矿物表面的吸附/解吸行为,进而影响浸出效率。本研究以高岭石和水铁矿分别作为黏土矿物和铁(氢)氧化物的代表,通过向离子吸附型稀土原矿中添加不同含量(0、5%和10%)的高岭石或水铁矿,结合批量实验、X射线衍射分析(XRD)、电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)及原位红外光谱(in situ ATR-FTIR)等分析表征手段,模拟不同浸取剂体系(NH₄Cl和(NH₄)₂SO₄)下,矿物类型对稀土元素浸取的影响。结果表明,在空白对照组中(未添加高岭石和水铁矿),NH₄Cl浸出稀土...     

罗河铁矿水文地球化学特征及成因

作为庐枞盆地较早开展勘探工作的罗河铁矿, 矿区揭露的地下水可分为潜水和承压水2类, 潜水表现为弱碱性HCO₃--Ca+·Mg2+型水; 区域构造和凝灰岩阻隔了潜水和承压水的水力联系, 承压水以SO₄2--Ca2+型微咸温水为主, 水化学成分不受外界因素变化影响.离子比例系数和相关性分析说明承压水中主要水化学反应包括硫酸盐矿物溶解和阳离子交换.PHREEQC反向模拟SO₄2--Ca2+型承压水的成因主要是砖桥组下段次生石英岩中大量硬石膏、石英和水云母的原位溶解; 与此同时, 地下水中沉淀生成了方解石和绿泥石, 石膏溶解的Ca2+离子吸附交换粘土矿物中的Na+离子, 少量黄铁矿还发生了氧化还原反应.分析结果验证了罗河铁矿深部地下水相对封闭, 补给有限, 以静储量为主.      

钱营孜煤矿深部地下水水化学特征及来源解析

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1 945~5 292 mg/L,阳离子平均质量浓度由大到小排序为:Na+ (718 mg/L)、Ca2+ (270 mg/L)、Mg2+ (153 mg/L),阴离子平均质量浓度由大到小排序为:SO₄ 2? (2 305 mg/L)、HCO₃ ? (239 mg/L)、Cl? (186 mg/L),95%样品的水化学类型为SO₄-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Ca2+、Mg2+、Na+和SO₄ 2?浓度贡献率依次为73%、68%、63%和73%,源2对Cl?和HCO₃ ?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。      

岩溶区典型工业型城市地下水水化学特征及成因机制

文章以广西柳州市岩溶地下水为研究对象,在岩溶水文地质调查和样品采集测试的基础上,采用数理统计法、水化学方法（Piper图、Gibbs图、离子比值系数,矿物饱和指数计算）、因子分析法和模糊综合评价法,分析工业型城市岩溶地下水水化学特征及形成机制,开展岩溶地下水质量评价。结果表明,研究区岩溶地下水为中-弱碱性水,Ca2+、Mg2+、HCO₃?、SO₄2?是主要的阴阳离子,水化学类型以HCO₃-Ca型和HCO₃-Ca·Mg型为主,且城区的SO₄2?型水的比例远高于非城区。区内岩溶地下水水化学组分及演化主要受水－岩作用、工业污染、城镇生活污染和农业活动等主控因素的影响,贡献率分别为31.52%、25.15%、18.12%和10.74%。其中,城区的水化学组分受人类活动的影响程度大于非城区的。矿物饱和指数表明,区内方解石和绝大多数白云石为饱和状态,而石膏和盐岩均为溶解状态。不同功能区的水化学敏感指标有差异,工业区以重金属为主,农业区以三氮为主,生活区以K+、Na+、Cl?、SO₄2?为主。研究区整体水质较好,Ⅰ－Ⅲ类水的比例高达约87.39%;但不同区域的水质差异较大,其中城区的水质较差,超标因子主要为Al、Mn、Pb、Fe、Hg;非城区的水质较好,超标因子主要为三氮。研究成果可以为工业型城市岩溶地下水污染防治提供科学依据。      

沁水盆地南部潘庄区块废弃矿井煤层气地球化学特征及成因

为了研究废弃矿井中煤层气成因,以沁水盆地南部潘庄区块废弃矿井为例,抽采废弃矿井中煤层气并进行化学组分和同位素测试,并采集部分废弃矿井水样品测试水中离子浓度、pH值等进行研究。结果表明:潘庄区块废弃矿井中煤层气CH₄体积分数平均值为91.99%,CO₂为1.26%,N₂为6.73%;甲烷碳同位素（δ13C₁）值为-31.36‰~-33.53‰,平均-32.25‰,氢同位素（δD）值为-182.76‰~-193.20‰,平均-187.538‰。废弃矿井排采水中阴阳离子主要为Mg2+、K+、HCO₃-、Cl-、Na+、SO₄2-和NO₃-等,产出水型为Mg-（HCO₃）₂型,表明矿井水受到地表水的强烈影响。废弃矿井中煤层气主要以热成因气为主,少量次生生物气。与附近未开采煤储层相比,研究区废弃矿井中的环境更有利于次生生物气的生成。      

纳林河二号煤矿涌水水源判别的PCA-Logistic方法

纳林河二号煤矿作为纳林河矿区的第一对大型矿井，生产初期由于其自身复杂的水文地质条件和采掘的强扰动，导致涌水事件时有发生，给矿井的安全生产造成严重威胁，快速有效地找到涌水水源是防治矿井水害的关键。通过对纳林河二号煤矿主要含水层及采空区水样进行水质分析并绘制Piper三线图，揭示矿区各含水层地下水及采空区水的水化学特征，统计Ca2+、Mg2+、Na++K+、HCO₃-、Cl-、SO₄2-、pH和矿化度8个指标作为水源判别的原始数据，经主成分分析法（PCA）处理得到4个主成分F₁、F₂、F₃和F₄；将4个主成分的值作为Logistic回归模型的判别指标，建立纳林河矿区涌水水源判别模型；以36组标准水样作为训练样本，发现模型回代准确率为97.22%，再利用建立的模型对4组待判水样进行判别，结果与实际分析相符。研究结果表明:主成分分析和无序多分类Logistic回归方法相结合的涌水水源判别模型能够有效消除样本原始数据间的冗余信息，使涌水水源判别结果更加快速准确，可为矿井防治水工作提供决策和依据。移动阅读      

Origin of high manganese concentrations in coal mine drainage, eastern Tennessee

The origin of high dissolved manganese concentrations in slightly acidic mine runoff from a surface mine operated by the Cumberland Coal Company in eastern Tennessee was investigated. Mineralogical and chemical analyses were performed on 31 samples of sandstone, shale, coal, and mudstone from the mine to identify the sources and stratigraphic distribution of high extractable manganese contents in the spoil materials. The samples were analyzed for their bulk mineral content by X-ray diffraction, net acid-base potential, and reaction to 2 or 4 chemical extraction procedures. A limited number of samples were analyzed for petrographic characteristics, clay mineral composition by X-ray diffraction, and mineral compositions by electron microprobe. Analysis of the data and consideration of the geochemical conditions at the mine were used to identify probable sources for the high extractable manganese contents.The results indicate 2 prominent, independent sources of extractable manganese. The first source is exchangeable manganese on clay minerals (mainly illite + muscovite and chlorite) and is concentrated in shale and mudstone rock types. The second and more significant source is manganese in siderite concretions and cement, mainly in shale and mudstone. Comparison to other coal-bearing strata indicates that manganese-rich siderite is common in fresh- to brackish-water subaqueous sediments that overlie coal. This is especially the case for coals formed in wet, tropical environments.Ratios of manganese to calcium and magnesium in mine runoff suggest that manganese from siderite is the major cause of the high dissolved manganese contents. A conceptual model is developed to explain the high manganese contents of the mine runoff. Oxidation of pyrite creates mildly acidic waters that are subsequently partially neutralized by reaction with impure siderite. Solubilized manganese remains dissolved in the slightly acidic runoff water, whereas dissolved iron precipitates as ferric hydroxide or goethite. Consideration of data from other coal mining regions suggests that similar reactions involving impure siderite may be responsible for high manganese concentrations in acidic to slightly acidic mine runoff. Geochemical reaction path modeling of pyrite and impure siderite with rainwater illustrate how resulting water compositions may vary depending on pyrite to siderite ratios in spoil materials. Spoil water compositions from the Cumberland mine are largely consistent with reaction of pyrite and impure siderite in proportions observed in the sediments; however, deviations may be explained by minor mixing with waters that reacted only with impure siderite or clay mineral exchange reactions.     

Sampling riverine sediments impacted by acid mine drainage: problems and solutions

 Sampling acid mine drainage (AMD) or natural acid rock drainage (ARD)-impacted sediments is complex, requiring appropriate field sampling techniques to ensure representative samples that are both repeatable and reproducible. The important factors affecting sampling of riverine sediments are examined. These include sample site location, field observations, representative sampling, sample collection techniques, and sample preservation. A recommended sampling and processing protocol is presented for AMD- and ARD-impacted riverine sediments, which includes sediment sampling, Fe hydroxide floc sampling, chemical analysis, interstitial (pore) water collection, sediment elutriates, sediment fractionation, and physical analysis. The importance of bioassay testing is discussed, as is quality assurance and assessment approaches to define sediment quality criteria. Received: 18 September 1995 · Accepted: 23 October 1995     

煤矿地下水库水岩作用时间规律模拟试验研究

矿井水在煤矿地下水库的停留时间会影响出水中离子浓度水平,而煤矿地下水库运行期间的水岩作用时间规律尚不明晰。为揭示煤矿地下水库不同运行阶段水岩作用的发生类型及强度,结合现场采样测试分析,设计细砂岩–矿井水(S-K)和泥岩–矿井水(N-K)2组水岩相互作用静态模拟试验,从试验前后岩石成分变化及水中主要离子变化2个方面解析水岩作用类型,并结合Q型聚类分析探讨水岩相互作用的时间规律。岩石矿物成分变化表明,水岩作用过程中发生了钠长石、正长石等矿物的溶解以及高岭石、石英等矿物的沉淀;离子比值分析与统计学分析表明,水岩作用过程中还发生了阳离子交换反应以及硅酸盐、蒸发岩等矿物的溶解和碳酸钙矿物的沉淀;Q型聚类分析表明,静态模拟试验水样样本按时间序列可划分为3类,分别代表水岩作用前期(0～0.5 d),中期(1～10 d或1～8 d)以及后期(12～47 d或10～47 d)。结合离子来源解析综合判定：在本试验中,水岩作用前期以阳离子交换反应为主,离子变化主要表现为Na+浓度激增,而Ca2+浓度锐减;中期以阳离子交换反应与矿物溶解-沉淀为主,离子变化主要表现为Na+、K+、Cl-浓度增高,Ca2+、HC...     

蒙陕接壤区煤矿采空区水-岩系统中氟来源及释放规律

采空区是高氟矿井水形成的关键区域,其水-岩系统中氟的来源与溶解释放决定了矿井水中氟的富集或贫化。针对蒙陕接壤区3-1煤采空区矿井水氟来源及释放规律不清晰问题,采用水化学测试、岩石矿物成分分析、矿物扫描电镜与能谱检测,以及室内水-岩作用仿真模拟试验,查明矿井水氟物质来源与赋存载体,揭示岩石中氟释放规律。结果表明：研究区3-1煤矿井水水化学类型主要为HCO₃-Na与SO4-Na型,3-1煤采空区矿井水氟浓度高于3-1煤生产工作面的矿井水浓度,且采空区矿井水pH、Na⁺/Ca²⁺浓度比均大于工作面矿井水。3-1煤采空区矿井水F-的物质来源为泥岩与粉砂岩,2种岩石中氟平均含量分别为741、610 mg/kg,氟在固相中的主要赋存载体为蒙脱石、高岭石、伊利石及绿泥石。采空区水-岩系统中氟的释放受岩性、粒径、pH、温度及Na⁺/Ca²⁺浓度比5个因素影响。其中,泥岩及粉砂岩中的氟比细砂岩中的更容易释放进入水中;无论何种岩性,随着粒径的减小,氟释放F-的浓度增大;此外,碱性、高温及高钠低钙的...     

河南省永城市浅层地下水化学特征及形成机制

地下水是河南省永城市重要的供水水源，浅层地下水水质污染严重制约了该市经济发展和居民生活质量的提高.在实地调查采样分析的基础上，运用水化学图解法、数理统计法、地球化学模拟法等方法综合分析了永城市浅层地下水的水化学特征和形成机制，探讨了该市浅层地下水污染来源和主要影响因素.结果表明:随含水介质和人类活动影响强度的变化，浅层地下水中K+、Ca2+、NO₃-、Cl-、SO₄2-的浓度和COD（chemical oxygen demand）随深度增加而减少，而Na+、F-、Mg2+、HCO₃-的浓度和TDS（total dissolved solids）随深度增加而上升.在煤矿区及煤化工区浅层地下水中SO₄2-浓度大于250 mg/L，远远高于其他区域的SO₄2-浓度，而在农业区浅层地下水中NO₃-浓度大于30 mg/L，远远高于其他区域的NO₃-浓度.综合分析表明:煤矿及其化工业废水和生活污水排放、过量使用化肥农药是永城市浅层地下水污染的主要因素.      

从电法勘探资料分析宋楼煤矿主斜井突水因素

根据宋楼煤矿主斜井直流电法勘探资料及矿井地质及水文地质条件的分析,煤矿主斜井突水原因应该是来自第四系砂砾石含水层及深层地下岩溶水。通过电法勘探确定裂隙发育带、富水区域、涌水部位,对此处实施钻孔注浆堵水后,恢复生产。