补连塔和保德煤矿矸石中无机氮和重金属的溶出特征对比研究

文中以神东矿区补连塔矿和保德矿煤矸石为研究对象,通过浸泡实验来对比研究不同地质年代煤田煤矸石中Fe~(3+)、Cu~(2+)、Cr~(6+)及无机氮的溶出特征,以此来探讨煤矿地下水库中矸石对矿井水质的影响。研究结果表明:两种煤矸石浸泡液中无机氮均以氨氮含量最高,其变化趋势与硝酸盐氮一致,亚硝酸盐氮含量最低,但各无机氮含量均以补连塔矿较高。补连塔矿的单位质量煤矸石中重金属的最大溶出量分别为:Fe~(3+),2.904mg/kg;Cu~(2+),0.314mg/kg;Cr~(6+),0.248mg/kg,且均呈现先增加后降低的变化规律;浸泡液电导率整体上呈增加趋势,最大值为438.7μS/cm。保德矿煤矸石浸泡液中Fe~(3+)、Cu~(2+)、Cr~(6+)含量大部分低于检出限,电导率呈对数增长至最大值131.2μS/cm。两种煤矸石浸泡液均呈弱碱性,由于煤矸石组成及结构的不同,造成其pH在96h后的变化规律恰好相反。     

煤矸石振陷变形特性试验研究

动荷载作用下累积轴向残余应变是煤矸石路基发生振陷变形的主要原因,利用自燃煤矸石原料制作圆柱形试件进行动三轴试验,研究了不同相对密度Dr、动荷载幅值σ_(dmax)条件下煤矸石累积轴向残余应变ε_(pa)和动模量E_d特性,建立了考虑相对密度、动荷载幅值二因素的累积轴向残余应变和动模量公式。试验结果表明:动应力小于临界动应力σ_(dcr)时,累积轴向残余应变与动荷载振次对数值log N呈线性关系,可用公式ε_(pa)=a+b log N进行计算;动应力大于临界动应力σ_(dcr)时,累积轴向残余应变呈加速增长形式;动模量随累积轴向残余应变增长而降低,呈双曲线形式;初始动模量随相对密度增加而增大。研究结果为煤矸石路基振陷变形分析提供了试验、理论依据。     

煤矸石风化土壤中重金属的环境效应研究

对贵州水城矿务局周围煤矸石风化后形成的土壤进行了重金属含量、形态及分布特征以及重金属的植物可利用性的研究。结果表明,煤矸石风化形成的土壤中重金属Zn、Pb、Cd、Cu有明显积累,积累强度顺序为Cu>Cd>Zn>Pb,已经受到一定程度的污染;土壤中重金属的可交换态、碳酸盐态和有机态含量较低,多以铁锰氧化物和残渣态存在,受雨季影响,形态分布的季节变化也比较明显;植物可利用性高,实验植物吸收的重金属特别是Zn、Cd的量均已远远超过国家卫生标准。     

山西省王庄煤矿生态恢复模式研究

煤炭开采导致矿区土地覆被类型、土地利用结构、区域水循环等发生显著变化,其系统修复一直是一个日益受到高度重视的问题。基于山西省王庄煤矿的采煤沉陷和废弃物压占土地等主要生态环境问题,集成并优化了立体种植/养殖模式、物质循环利用模式、矿区废弃地林灌草模式和村庄废弃地“林果-畜禽”模式等4种生态恢复模式;最后在典型样区内对立体种植/养殖模式进行了经济、社会和生态效益的示范性评价,效果良好。     

不同煤矸石厚度及位置对土壤水分入渗过程的影响

矿区土壤煤矸石的存在能够改变土壤的某些物理特性,并影响土壤水分入渗过程。采用一维定水头垂直入渗室内土柱模拟试验,对5种不同煤矸石厚度(0,4,8,12,16cm)及3个位置(上层、中层、下层)的土壤水分入渗过程进行研究。结果表明,煤矸石覆盖土壤表层有利于土壤水分入渗,土壤水分累积入渗量和稳定入渗速率随着煤矸石厚度(0～16cm)的增加呈现增大的趋势,但煤矸石厚度较大(8,12,16cm)或较小(0,4,8cm)时土壤稳定入渗速率差异不显著。当煤矸石位于中层时,煤矸石的存在抑制了土壤水分入渗过程,土壤水分稳定入渗速率随着煤矸石厚度(4～16cm)的增加而变大,但煤矸石厚度为12,16cm时土壤稳定入渗速率差异不显著。煤矸石位于下层时,煤矸石厚度对土壤水分入渗过程影响较小。不同煤矸石厚度情况下,煤矸石位于上层时累积入渗量最大,而位于中层时累积入渗量最小。与Philip方程相比,Kostiakov入渗模型可以更好地反映含有煤矸石土壤的累积入渗量变化过程。     

煤矸石自然风化及人工模拟风化过程中盐分及pH值的动态变化——以平朔露天矿区为例

为揭示煤矸石初期物理崩解风化过程中盐分和pH值的动态变化规律,选择了山西平朔露天矿区17处暴露地表自然风化5年和14年粒径为0.1～10.0mm的风化煤矸石,以及经过人工破碎粒径也为0.1～10.0mm的新鲜煤矸石为对比材料。研究结果表明:自然风化14年左右的煤矸石全盐量高于风化5年左右的煤矸石。自然风化煤矸石pH值的变化幅度为6.55～9.20,人工破碎新鲜煤矸石的pH值为7.26～7.95。人工破碎新鲜煤矸石30min、48h、96h浸水试验结果表明,同一浸泡时间含盐量随着粒径缩小而升高,同一粒径随着浸泡时间的延长而变大;同一浸泡时间pH值随着粒径缩小而降低,同一粒径随着浸泡时间的延长也变大;风化煤矸石的pH值和全盐含量>新鲜煤矸石。     

煤矸石垂直入渗规律模拟研究

室内模拟实验研究了不同掺土比例及覆土厚度两种方式下的煤矸石渗透规律。结果表明,随着掺土比例的增大,煤矸石的渗透速率迅速减小,掺土比例为1：0．5煤矸石的初始入渗速率、稳定入渗速率和平均入渗速率分别是掺土比例为1：1．0煤矸石的1．05倍、1．23倍和1．42倍,分别是掺土比例为1：2．0煤矸石的3．98倍、1．45倍和3．18倍;随着覆土厚度的增大,煤矸石的稳定入渗速率和平均入渗速率迅速减小,达到稳定入渗的时间迅速增加,减小或增加关系均符合幂函数关系。     

煤矸石酸性水释放对土壤重金属化学行为的影响

利用微波消解法和Tessier的5步连续提取法分析测定了韩城燎原矿区高硫煤矸石堆放场不同深度土壤的9种重金属含量和不同赋存形态,并结合重金属分配系数分析了它们的释放迁移能力。结果表明,堆放场土壤重金属As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Sn、V、Zn的均值皆超过远离堆放场土壤背景值和中国土壤背景值,其中以As、Cd、Zn为最显著。在不断接受煤矸石堆放场雨水淋溶释放的酸性水入渗条件下,污染土壤中重金属的生物有效性和迁移性为:CdZnNiSnPbCuAsCrV。由于受到土壤含水率和有机质的影响,在土壤40—60cm范围内,重金属Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn释放迁移能力为最弱。酸性水入渗对As、Cd释放迁移能力影响较小,而对Cd释放迁移能力影响较大。     

高硫煤矸石对苏打盐化土的改良效果研究

针对山西省大同盆地中度苏打盐化土,利用高硫煤矸石为改良材料,通过室内培养试验,研究苏打盐化土施加不同细度和用量的高硫煤矸石后,土壤p H、EC、ESP和交换性钠离子的变化规律,旨在为苏打盐化土改良提供理论依据。结果表明:施加细度为70目的高硫煤矸石处理效果最佳,16、32、48、64 g/kg处理下其p H值降低了6.66%、11.20%、14.67%、16.70%,ESP值降低了59.96%、68.24%、69.81%、73.76%,交换性钠离子含量降低了19.05%、21.09%、17.69%、19.05%。施用高硫煤矸石会导致大量外源离子的输入,使苏打盐化土EC值与对照相比均有所升高。但通过调整土壤中盐离子结构,致使产生毒害作用的钠离子含量减少,对苏打盐化土起到良好的改良效果。     

改性煤矸石吸附预处理洗浴废水试验研究

利用改性煤矸石吸附预处理洗浴废水,考察了改性煤矸石粒径、投加量及吸附反应时间对废水处理效果的影响。试验结果表明,改性煤矸石吸附预处理洗浴废水的最佳试验条件为:在原废水COD262.4 mg/L、浊度15.8NTU、LAS为7.1 mg/L时,投加100目改性煤矸石2 g与50 mL废水混合振荡吸附120 min。在此试验条件下处理后出水COD、浊度及LAS分别为100.3 mg/L、4.3 NTU和1.6 mg/L,去除率分别可达到61.76%、72.78%、77.89%。该项研究为改性煤矸石作为水处理吸附剂在洗浴废水处理中的应用提供了理论依据,同时也为洗浴废水的预处理提供一种途径。