矿业固废淋溶物对地下环境的污染控制研究进展

初步探讨了矿业生产所产生的固体废物(煤矸石、矿渣和尾矿等)在水的淋溶和其他介质的作用下产生的有毒有害物质对地下环境(土壤和水)的污染机制，重点论述了有毒有害物质(重金属、有机污染物等)含量分配，尤其是有机污染物对地下水环境影响。针对其污染特点，提出了相应解决办法及今后需做的重点工作。     

矿业固废淋溶物对地下环境的污染控制研究进展

初步探讨了矿业生产所产生的固体废物(煤矸石、矿渣和尾矿等)在水的淋溶和其他介质的作用下产生的有毒有害物质对地下环境(土壤和水)的污染机制,重点论述了有毒有害物质(重金属、有机污染物等)含量分配,尤其是有机污染物对地下水环境影响。针对其污染特点,提出了相应解决办法及今后需做的重点工作。     

pH值对碱性煤矸石碱度和重金属释放规律影响研究

为研究碱性煤矸石在不同pH值条件下碱度及重金属污染物的释放规律,以陕西省榆林市某矿区碱性煤矸石为研究对象,通过静态浸泡和动态淋滤试验,探究不同pH值条件下煤矸石中碱度与重金属元素Mn、Cu、Zn、Fe和Cr的释放规律。结果显示：在pH值为7,固液比(g∶mL)为1∶10条件下,煤矸石浸出液初始pH值为10.21,碱度释放量为0.154 mol/kg(碱度以H⁺消耗量计);随pH值降低,煤矸石碱度释放能力增强,pH值为2时,碱度释放量增加至0.399 mol/kg;碱度释放具有明显的阶段性,在pH值为7的条件下,煤矸石碱度释放过程中前15.5 h为快速期,15.5 h后进入平稳期,快速释放期大约可释放总碱度的33.1%。结合煤矸石样品矿物成分及含量的XRD分析测试结果,本文阐明了碱度的释放机制。pH值对碱性煤矸石中重金属离子的释放同样有较大影响,pH值越低,重金属离子的释放率越高。当环境体系的pH值由7降至2时,Mn、Cu、Zn、Fe和Cr离子的释放率分别提升39.78%、37.83%、16.58%、11.20%与12.75%。动态淋滤试验结果表明：在淋滤液pH值为...     

杏子河沉积物中石油污染物释放实验研究

以延安市安塞县境内杏子河中游主河道水体沉积物为研究对象,研究石油类污染物对上覆水体的二次污染规律。研究表明,在实验条件下,沉积物中石油污染物达到释放平衡的时间为16~18 d,上覆水体二次污染的质量浓度分别达到2.8 mg/L和3.5 mg/L;通过释放前后沉积物的石油含量对比发现,沉积物表层10 cm厚度对水体的污染贡献最大,是造成水体二次污染的主要源头。根据沉积物组分分析,杏子河沉积物中共检测出11种烷烃,7种多环芳烃。通过释放前后峰面积比较发现,碳原子数在12和17之间的烷烃容易进入水体,成为杏子河石油污染物的主要组成部分。另外,杏子河多环芳烃污染的主要组份是苊、芴、异丙基萘、菲、蒽、苯并[a]芘。     

焙烧条件对废干电池中汞的释放影响研究

在小型管式炉中进行废干电池的焙烧实验,分析了焙烧温度、时间及其交互作用对汞释放的影响.结果表明,焙烧时间对汞释放影响最大,温度也有显著影响,它们对汞释放有交互作用且作用显著,废干电池焙烧过程中汞在低温下更易释放.在温度650 ℃,焙烧时间120 min情况下,汞释放率达99%以上.焙烧前后干粉的X衍射分析结果表明,焙烧后电池中含有的晶态物增加,结构更复杂.     

铬渣-煤矸石砖中Cr(Ⅵ)解毒机理研究

铬渣因所含Cr(Ⅵ)具有强氧化性而会对环境造成严重污染.本文采用自养煤矸石砖焙烧技术对铬渣进行无害化治理,对不同铬渣掺量的铬渣-煤矸石砖,进行铬的浸出毒性分析.通过试验得出,除铬渣掺量为15%的砖中六价铬浸出浓度超标外,其余铬的浸出浓度均小于国标规定,铬的解毒率都在95%以上.此技术对Cr的还原解毒为,在高温熔融条件下,煤矸石中的碳及随后产生的CO、H2、CH4等还原性物质与Cr(Ⅵ)化合物发生反应.铬渣、煤矸石及砖的X-粉晶衍射物相分析表明,砖中Cr(Ⅵ)被还原为Cr(Ⅲ)后,以类质同相方式进入辉石、尖晶石、铝硅酸盐等稳定物相,得以固化解毒.因此,还原后Cr的存在形式稳定,可以经受恶劣自然环境而不会重新溶出和造成二次污染,作为建材,可以安全利用.     

不同风化程度煤矸石中重金属释放及潜在生态风险

为研究不同风化程度煤矸石中重金属释放特征及潜在生态风险,以3种不同风化年限的煤矸石为研究对象,采用连续提取试验、动态淋滤试验和XRD分析的方式,研究不同风化程度煤矸石中重金属的赋存形态与释放规律的关系,并利用RAC风险评价法评估不同风化煤矸石中重金属元素的潜在环境风险.结果 表明:在不同风化程度煤矸石中,重金属Mo、Co、Cr、Cu、Pb以残渣态为主;受风化作用影响,Co和Cu的碳酸盐结合态明显降低.在煤矸石动态淋滤过程中,Co、Cu、Pb在初期(1～6d)均为快速释放,中后期(6d后)为稳定释放.随着风化时间延长,Co、Cu、Pb与S、Ca的相关性减弱,碳酸盐态分解,风化煤矸石重金属的释放量明显高于新鲜煤矸石.RAC风险评价结果表明:3种不同风化程度的煤矸石中Mo和Cr为无污染;随着风化作用时间延长,Co由新鲜煤矸石的中度污染下降为风化煤矸石的轻度污染;Pb由新鲜煤矸石的轻度污染下降为风化煤矸石的无污染;Cu的环境风险程度从大到小依次为新鲜煤矸石、风化2年煤矸石、风化7年煤矸石.     

改性煤矸石吸附废水中磷酸盐的研究

以煤矸石和氧化钙为原料,通过热碱改性方式,制备改性煤矸石吸附剂(Ca-CG).通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)方法分析证明了改性煤矸石比表面积增加,在其表面及其内部孔径中成功引入了 Ca2+.试验研究了氧化钙添加量和pH值对磷酸盐吸附的影响.动力学和热力学分析表明:Ca-CG吸附磷酸盐过程符合准二级动力学方程,且该过程是自发进行;在煅烧温度为1 073 K,煤矸石与氧化钙比例为1:0.5条件下,对10 mg/L磷酸盐去除率超过95％.     

从煤矸石中提取活性氧化铝的清洁化工艺

煤矸石中含有大量的铝,将其作为一种新的铝资源加以利用,有助于减小铝需求的压力,缓解煤矸石所引起的环境污染问题。煤矸石中铝、硅主要以高岭土形式存在,活性非常低,通过热活化可以提高煤矸石活性,增加氧化铝的浸出率。用XRD对熟料和赤泥矿物组成进行分析,并通过正交试验确定了煤矸石的烧成条件和浸出条件。结果表明,烧成条件为:石灰饱和系数LSF=0.9,烧成温度1 260℃,反应时间90 min,平均颗粒直径0.085 mm。浸出条件为:Na2CO3质量浓度100 g/L,液固比3 L/mg,浸出温度85℃,浸出时间100 min。在最适宜的条件下,煤矸石中氧化铝的浸出率达85.6%。     

煤矸石自燃过程中多环芳烃含量的变化研究

采用室内模拟实验的方法,综合分析了煤矸石堆积自燃过程中多环芳烃(PAHs)含量的变化规律。研究发现,煤矸石自燃过程中,PAHs的生成与散失同时存在。较低的温度(60℃)对多环芳烃的生成具有一定的促进作用;500℃之后,PAHs全部散失或者降解为小分子物质,含量几乎为0。单个PAH的含量变化与总含量基本一致,仅是某一个PAH在不同温度下在总含量中所占的比例不同。自燃过程中高环的PAHs可能生成低环的PAHs使其含量增加。     

高铁低铝煤矸石酸法提取铝、铁研究

以高铁低铝煤矸石为原料,经机械活化,酸浸提取有价元素铝、铁.首先利用硫酸盐在不同温度和不同硫酸质量分数条件下的溶解度差异,通过结晶分离法从酸浸液中转移出硫酸盐,然后利用新鲜煤矸石中和酸浸液中的游离酸,调节pH值至1.5～2.0,制备酸浸初步净化液.以初步净化液为研究对象,利用不同离子水解pH值的差异进行物质分离,再经纯化处理制备相应产品.用XRD对原料和产品进行了表征.结果表明,在硫酸质量分数为75％的条件下,反应液固比为4、温度为125℃、3h时煤矸石中铝、铁溶出率分别为92.5％、99.7％.通过项目经济效益分析可知,该法可以产生良好的环境效益、社会效益,同时可实现煤矸石增值,产生较好的经济效益.     

煤矿采空区充填用煤矸石泡沫混凝土发泡剂的研究

为防止地表沉陷,煤矿采空区需要充填,目前采用的充填方法为胶结充填、高水速凝充填等.泡沫混凝土具有质轻、流动性好的特点,可作煤矿采空区的充填材料.制备低水泥用量、含粗颗粒煤矸石的泡沫混凝土对发泡剂的泡沫稳定性要求较高,目前市售的发泡剂难以满足要求.在探讨发泡剂发泡、稳泡原理的基础上,研究了稳泡剂(D)的加入量对发泡液黏度、发泡倍率和泡沫稳定性的影响,以D与十二烷基硫酸钠(SDS)复配,研制出了高泡沫稳定性的发泡剂KD-1,该发泡剂的发泡倍率为21.3,开始泌水时间为7 min,90 min后沉降距为38 mm,并且考察了KD-1与混凝土早强剂的相容性.用此发泡剂制备出了最大粒径为5 mm、煤矸石掺量为63％(质量分数)、体积密度分别为800 kg/m3、900 kg/m3和1000 kg/m3的煤矸石泡沫混凝土,其90d单轴抗压强度分别为0.4 MPa、0.63 MPa和1.75 MPa.     

影响酸法提取煤矸石中氧化铝主要因素的试验研究

对煤矸石中有用元素的提取,是煤矸石深度利用开发的一个方向。从山西柳林煤矸石入手分析其组成与结构,采用X射线衍射来分析不同煅烧温度下煤矸石的晶型变化。研究了煤矸石在硫酸介质中氧化铝浸出的影响因素,较好的工艺条件如下:煤矸石活化温度为750℃,酸浸温度为100℃,酸浸时间为4 h,酸矸比为1.1∶1,固液比为1∶3。在此条件下Al2O3的浸出率可以达到85.2%。     

太原地区煤矸石作为建筑回填材料的试验研究

为了利用煤矸石作为建筑回填材料,控制其压实质量,以室内土工试验的方法,对太原地区某矿煤矸石进行了物理、力学等指标的试验研究。结果证明,所用煤矸石性能良好,性质较稳定,适合作为回填材料。并回归出该煤矸石的应力-应变关系式,得出了物理力学参数。     

井下采煤影响矿区坡面形态及侵蚀的数值模拟分析

针对井下采煤产生的大范围岩移必然最终改变原有地表形态并影响坡面侵蚀特征及规律这一特殊性,从井下与地表相结合的新视角,结合彬长矿区水土流失特征和典型煤矿采矿条件,以采厚、地表坡面坡度等因素为变量,构建了20个不同类型的数值模型,通过数值模拟方法研究并揭示井下采煤对地表坡面形态及侵蚀的影响规律。结果表明,第一,地表坡面坡度会随采厚增加而呈现增大的趋势,且自然坡度越大,坡度变化量越大;相同采厚条件下,坡度增大率与坡面自然坡度整体上呈负相关。第二,地表坡面坡长会随采厚增加而呈现减小的趋势,且自然坡度越小,坡长变化量越大;随采厚增加,地表坡面坡长减小率与自然坡度呈先正相关后负相关的关系,自然坡度为26.57°是拐点。第三,采厚的增加会提高地表坡面产流产沙的强度,加剧坡面侵蚀,这种效应在坡度较小的坡面更加显著;井下采煤引起地表坡面坡度的增大是产生这一规律的主因。     

含水煤岩单轴压缩微震信号特征试验研究

为了对煤层底板突水进行预测,基于煤岩在压力作用下有微震信号产生,提出利用自行设计的微震全波形综合监测试验系统对干燥煤岩和含水煤岩变形破裂过程微震信号的变化规律进行研究。结果表明:煤岩变形破裂过程可分为压实阶段、线弹性变形阶段和破裂发展阶段,在破裂发展阶段微震信号事件数和信号强度迅速增加;随着加载速度的增大煤岩的峰值强度增大,煤体产生微震信号事件数增多,大振幅的微震信号事件也增多,出现应力下降即煤岩形成较大裂隙时产生强度较大的微震信号;但饱和含水煤岩的峰值强度和煤岩冲击倾向性比自然干燥煤岩都低,且微震信号事件数和信号强度都降低。上述结论对指导现场煤层底板突水的预警有重要意义。     

输煤巷道通风排尘特征参数数值模拟优化研究

针对输煤巷道煤炭运输过程中煤尘污染问题,利用数值模拟的方法,对不同风速下的煤尘颗粒运移规律、巷道底板沉积煤尘粒子扬尘规律进行模拟。通过对两种模拟结果进行对比分析,确定在一般干燥巷道中排尘风速以1.5～2.7 m/s为宜,既有利于粒径小于24μm的煤尘颗粒排出井外,也有利于粒径大于24μm的煤尘颗粒沉降;并且风速+带速不超过4m/s为宜,可以把粒径小于30μm的煤尘颗粒排出井外,很好地起到风流稀释作用。并与现场实测结果进行对比,结论基本一致。     

确保地表建筑物安全矸石充填开采原料配比及充填量的确定

为确定某矿的矸石充填开采过程中最优充填材料配比和最佳的矸石充填量。设计了一种新型的矸石压缩模具,应用该模具和YE-200A液压试验机对十种不同粒径配比的矸石进行压缩试验,得出均匀配比的矸石为最优充填配比。采用最小二乘法拟合的数学模型,确定了均匀配比矸石充填材料与压力的变化规律。最后推出了均匀配比的矸石充填高度与采厚、顶板允许下沉量及顶板压力的函数关系。     

大型露天煤矿绿色开采评价体系研究

为解决露天煤矿开采给环境带来的诸多不利影响,以露天煤矿绿色开采为理念,从固体环境、水体环境、气体环境和生态环境4个方面构建了露天煤矿绿色开采评价体系。通过数学方法和数学模型对影响露天煤矿的基本指标进行量化处理和权重分配,得出露天煤矿开采"绿色度"指标值。建立了露天煤矿绿色开采评价标准,并利用所建立的评价指标体系和评价模型对黑岱沟露天煤矿进行了应用研究。     

煤与瓦斯突出过程中煤体层裂演化特征实验研究

为了探究煤与瓦斯突出过程中煤体层裂演化特征,利用自主研制的煤与瓦斯突出实验模拟系统,研究突出过程中煤体层裂结构特征、煤体裂隙厚度演化特征和煤体质点运动演化特征。研究结果表明：在轴向应力0.9 MPa、瓦斯压力0.4 MPa时,煤体层裂发展时间持续85 ms,煤体共计出现11处裂隙。层裂从煤体后方的弱构面出现并向前方发展,其位置大多集中于突出腔体中后部,煤体层裂形式均为纵向贯通,在第9处出现最大纵向断裂裂隙。煤体裂隙总厚度约为75.6 mm、单处裂隙平均厚度约为8.4 mm,二者均呈现随时间递增的趋势。层裂过程中煤体单处裂隙厚度并不都是沿程递增的,部分煤体中部裂隙厚度呈现先增大后减小的特征。煤体的运动表现为靠近突出口端的运动速度更快、运动距离也更长。研究结果可为揭示煤与瓦斯突出层裂机制提供参考。