贵州林歹铝土矿复合式围岩隔水安全性能研究

矿区隔水围岩隔水安全性能分析与评估是矿区深部开采设计的依据,对于矿山开拓系统的选择及安全生产具有重要作用。以贵州省林歹铝土矿为例,针对魏家寨矿段地下延伸开采遇到的涌水问题,重点研究矿区二叠系下统梁山组隔水岩层和石炭系摆佐组弱透水岩层组合成的复合式隔水围岩的隔水安全性能,并评价其在林歹铝土矿深部开采的隔水效果。评价结果表明:梁山组和摆佐组组合成的复合式隔水围岩具有良好的隔水性能,能在矿山延伸开采过程中有效阻止下部栖霞-茅口组灰岩含水层中的承压水涌入矿坑,防止突水事故的发生。本研究使矿山的呆矿复活,为矿山挽救了161×10~4 t深部铝土矿资源,并可为类似矿山的建设与生产提供借鉴。     

微震自动监测技术在荆门市A石膏矿采空区地面塌陷预警中的应用

湖北省石膏矿产资源丰富，历史开采遗留下大面积采空区，地面塌陷时有发生，严重威胁到人民的生命和财产安全，因此开展有效的石膏矿采空区地面塌陷监测预警工作对防灾减灾救灾至关重要。传统的石膏矿采空区地面塌陷监测方法，如大地形变测量法、遥感测量法等，因其时效性有限难以提前预警。以荆门市A石膏矿为研究对象，引入微震自动监测技术用于该矿采空区地面塌陷预警，通过对微震信号分析，发出地面塌陷的预警信息。结果表明：2021年2月16日22:00—23:00时间段利用微震自动监测技术监测到大量的震动、微震事件，而地面塌陷于次日10:00才表现出来，即采空区地下塌陷源开始时间比地面塌陷显现早10 h,说明通过对微震事件和微震波形的分析和判断，可以提前发布采空区地面塌陷的预警信息，为救灾工作赢得充足的时间。微震自动监测技术在湖北省A石膏矿采空区地面塌陷预警中的成功应用，对我国其他石膏矿采空区地面塌陷的预警具有示范应用效果。     

冲击危险煤层采掘活动的超低频电磁辐射响应

受载煤岩可产生超低频电磁辐射信号,而基于超低频电磁波相对于中频电磁波具有超长波长、抗干扰能力强的优点,可将其应用于煤矿冲击地压的监测预警。本文利用超低频电磁辐射技术对千秋煤矿有冲击危险煤层的采掘活动及动力现象进行了监测,并与常规中频电磁辐射监测数据进行了对比分析。结果表明:超低频电磁辐射对冲击危险煤层采掘活动所导致的围岩应力分布的空间特征及其随时间的变化均有明显的响应规律,且相对中频电磁辐射具有更好的超前预测能力;对于井下动力现象——天然煤炮及工作面人工放炮作业超低频电磁辐射也具有很好的响应规律;超低频电磁辐射技术在煤矿冲击地压的监测和超前预警方面具有良好的优势。     

模糊数学法在深部矿坑水环境质量评价中的应用

水资源危机越来越明显地影响矿山的可持续发展,有效利用资源成为矿山可持续发展的重要课题。对矿坑深层地下水进行水质评价并分类利用,是缓解矿山水资源危机的重要途径。云南会泽铅锌矿涌水量随着开采深度的加大而显著增大,应用模糊数学法和综合指数法对该矿区深坑水水质现状开展评价,结果表明,深部中段地下水水质较好,属Ⅰ-Ⅲ类水;其次,根据水量多年监测资料,得出可利用的稳定最低开采量为6500～11500m3/d,可以考虑用于矿山充填用水、采选厂用水、市政用水或生活用水。     

非煤矿山采空区失稳机理及稳定性数值模拟分析

地下开采形成的采空区而引起的灾害已成为地下矿山主要灾害之一。本文从非煤矿山采空区顶板(连续性结构岩体层状顶板、非连续性碎裂结构岩体)和矿柱两个关键影响要素对采空区失稳机理进行了研究,同时结合工程实例,采用FLAC3D软件对采空区稳定性进行了数值模拟计算与分析。结果表明:采空区围岩受力及变形导致的失稳状况与理论计算相吻合,并在工程上得到了很好的验证和应用。     

甘肃省小柳沟铜钨矿区矿山环境遥感调查与监测

采用遥感和GIS技术,利用两个时相的QuickBird-2和SPOF-5影像对甘肃省小柳沟铜钨矿区2003—2008年矿产资源开发现状与矿山环境进行了遥感调查、监测研究与野外验证,结果表明:小柳沟矿区矿产资源开发总数量和总面积呈现大幅上升趋势,开采面积和矿产开发占地分别从21 587.91 m2、133 517.67 m2增加了151 535.82 m2和537 437.26 m2,其中矿石堆、工矿用地、尾矿库面积分别增加了8.3倍、7.5倍、6.2倍;矿区新构造运动和泥石流活动较强,矿业开发产生的大量废弃物对矿山环境构成了较大的威胁,在暴雨、构造活动等外界因素的诱发下,极易发生新的泥石流、滑坡等灾害。     

半干旱山区采矿扰动植被指数时空变化规律

选取潞安矿区7个生产矿井中的8个试验工作面,采用概率积分法预测开采沉陷值;对2004—2007年7个时相(分别为2004年7月8日、11月1日,2005年2月1日、8月26日,2006年5月22日,2007年4月9日和6月1日)的SPOT2/4卫星遥感数据进行大气校正及波段运算,提取工作面开采沉陷前后的NDVI(归一化植被指数)平均值,经离散傅立叶变换得到NDVI时间序列曲线,以研究采矿扰动区植被指数的时空变化规律. 结果表明:①试验工作面地表覆被NDVI变化与采矿扰动区具有空间相关性. 非采矿扰动区(伪不变特征区)森林冠层的NDVI最大值由2004年的0.619451增至2007年的0.739987,平均年净增加6.18%. 在采矿扰动区,虽然开采前地表NDVI最大值呈增加趋势,但开采当年却显著下降,年均降幅达11.91%. ②试验工作面地表NDVI变化与采矿扰动具有时间相关性. NDVI在开采前表现相对稳定,受开采扰动虽出现下降但却滞后4～6个月,并且持续1～2a,其后转入上升期. 常村矿的S1-1#、S3-2#、N1-4#,漳村矿的2101#、2102#、2201#,五阳矿的5100#,王庄矿的5210#等8个试验工作面NDVI最大值年均降幅分别为12.24%、27.81%、15.79%、19.19%、7.19%、21.48%、13.25%和1.66%,平均值为14.83%. 在气候、耕作、采矿扰动等诸多因素影响下,采矿扰动是半干旱山区采矿区地表NDVI变化的主要诱因.      

某水电站导流洞入口边坡开挖稳定性分析

某水电站导流洞处于高山峡谷区,洞室开挖只是影响6倍洞径范围内围岩应力重分布状态,对边坡整体稳定性影响不大,但边坡开挖将切除一部分可支撑边坡的坡脚岩体,会产生较大的不利影响。本文就该边坡开挖过程中的稳定性问题进行了数值模拟,并对边坡开挖过程中的最大不平衡力、位移变形、应力状态、稳定系数等进行了监测与分析,得出边坡天然工况下有局部失稳的可能性。该研究可为该边坡的工程设计提供依据,也对类似工程具有借鉴作用。     

水力通风换热机温升效应数值研究

针对我国越来越多的金属矿山进入深部开采且遭遇地下热害和通风困难双重影响,提出了利用温差能驱动深井通风的新方法,采用水力通风换热机将地下热水的势能和热能转换为风流的动能和内能。在利用对流换热将水的热能转移到风流的过程中,推导了换热机风量大小计算公式,并用MATLAB软件对换热机风流升温效果进行数值模拟研究。结果表明:风流温度与换热高度呈现线性正相关关系,其升温效果与地下热水水头、换热机进风温度、地下热水温度3种因素呈现正相关关系,且影响因素排序为地下热水水头>换热机进风温度>地下热水温度;换热机在热水水头为260m、地热水温度为55℃、空气初始温度为24℃的外在条件下,风量达54 m3/s,出风温度约为34℃。     

离子型稀土采矿对矿山及周边水土环境的影响

离子型稀土矿开采造成的水土环境问题具有潜在性、持续性的特点。文章选择中国南方典型离子型稀土矿山,对研究区内135 km2的地表水、地下水以及矿山内的表层土壤、深层土壤进行系统的采样、分析,以查明稀土采矿对矿山及周边地区水土环境的影响范围和程度。结果表明:离子型稀土矿开采对矿区及周边地区水土环境产生了不同程度的影响。矿区地表水酸化,p H值降低,分布范围为3.6~5.8,水中稀土总量为363~117 520μg/L、Pb含量为361~1 550μg/L、SO42-含量为214~1 121μg/L、NH4+含量为33.7~268μg/L、NO3-含量为90~468μg/L,这些指标超过国家《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)或当地地表水的背景值。空间分布表现为,矿区内地表水化学环境受到的影响最为严重,矿区外围的地表水次之,矿区及周边及矿区周围地下水基本未受影响。矿区土壤受采矿活动的影响,表现为矿区深层土壤严重酸化,表层土壤p H值分布范围为4.5~6,深层土壤为3~4。矿区深层土壤(地下150 cm之下)大量富集SO42-、NH4+-N、NO3--N、NO2--N,含量分布范围为34~90、5~73、34~304、33~115 mg/kg分别是背景值的2~3、20~24、18~20、3~6倍,存在潜在的生态风险。     

工业项目地下水污染监测井布设方案的定量化研究

工业成品生产过程中各类装置所产生的污染源严重威胁着工业建设项目厂区及其周边地下水环境安全,对工业项目厂区及其周边地下水水质进行有效的监测则成为防控地下水污染风险的关键。以某石化项目为例,基于对研究区水文地质条件的剖析和概化,通过野外水文地质调查及现场试验获取水文地质参数,利用FEFLOW数值模拟软件建立研究区地下水三维非稳定渗流模型和溶质运移模型,分析预测设定工况下污染物随地下水的迁移规律,实现了地下水污染监测井布设方案在时间和空间尺度上的定量化分析,并提出了合理且有效的监控管理措施,可为工业项目地下水监测井的精细化布设提供参考。     

泥河铁矿充水岩层水文地质特征分析

泥河铁矿主要矿体埋藏深度达700m以上,其围岩次生石英岩构成的含水层为泥河铁矿的间接充水水源,其地下水的补给来源和补给途径对矿区开采有着不可忽视的关键意义。本文从水文地质条件出发,对泥河铁矿深层含水层的补径排条件、形成过程及水化学组分特征进行了研究。结果表明:深部次生石英岩含水层位于泥河铁矿主矿体之上,其水位动态与大气降雨动态不相关,抽水试验揭示其与上部双庙组熔岩裂隙含水层之间水力联系不密切,该含水层只能通过熔岩裂隙接受微弱的侧向补给;推测在庐枞火山岩盆地演化的大环境下次生石英岩含水层的形成环境属半封闭-封闭状态,泥河矿区内该含水层地下水的水化学组分和附近成矿原因相似的罗河铁矿区相同含水层地下水的水化学组分均呈现硫酸根浓度、矿化度含量异常高的特征也证明了这一结论,从而可定性判断该含水层的地下水属于静存储量,有利于矿区的疏干排水,对矿区防治水有一定的指导意义。     

淮南潘谢矿区岩溶水化学特征及其形成机制研究

淮南煤田深部煤层开采受其下部岩溶水害的干扰,分析其化学组分分布规律、探讨其形成过程,可为水害防治提供一定的理论指导。本文以淮南潘谢矿区太原组岩溶含水层为研究对象,通过分析其水文地质背景,采用多元统计、水化学组分、水文地球化学反向模拟等方法,对该区两个次一级水文地质单元的水化学组分进行分析。结果表明：受挤压-拉张作用下的古地貌是影响古地下水补、径、排的重要因素;Ⅰ区、Ⅱ区阴、阳离子均以Cl^-、Na⁺+K⁺为主,但Ⅱ区中HCO₃^-占比较大,且Ⅰ区SO₄^2-含量大于Ⅱ区;受局部开放的氧化环境影响,Ⅰ区主要以阳离子交换作用为主,存在黄铁矿氧化,而Ⅱ区以阳离子交换作用与黄铁矿的氧化为主,为还原环境,但逐步向部分氧化环境转变;长期的矿山开采活动使得区内岩溶地下水流系统发生持续改变,也是影响单元间岩溶水质产生差异性的重要因素。     

挥发性有机物污染场地挖掘过程中污染扩散特征

我国城市工业污染场地主要受挥发性及半挥发性有机污染物(VOCs/SVOCs)的污染.挥发性有机污染物挥发性大,在环境中容易迁移,土壤被挖掘和扰动时,土壤中VOCs很容易形成短时间内的相对较高浓度释放;如果施工人员没有进行适当防护,极易产生健康危害.本研究通过现场快速监测与采样管采样技术相结合,研究污染场地修复开挖过程中气态污染物的分布规律.监测结果表明,在场地开挖的主导风向上,气态污染物浓度分布随距离而下降,并呈现波峰和波谷交替出现的特征.监测结果可以用多个高斯烟团的叠加来拟合.本研究结合工业场所职业健康与安全有关限值,推导污染土壤修复开挖现场安全区域划分的方法,并提出相应分区的个人安全防护响应措施.     

CO_2地质封存项目环境监测评估体系初步研究

作为中国第一个较大规模的CO_2咸水层封存项目,中国神华煤制油深部咸水层二氧化碳地质封存示范项目(以下简称"神华CO_2封存项目")的封存安全性是评价该项目成功与否的重要标志。为了解释封存项目的安全性,该项目采用了包括Vertical Seismic Profile(VSP)地震监测等地下、地表与地上空间内的各种监测手段。但目前得到的监测数据零乱分散,缺乏系统科学的归纳与解释。基于该项目采用的监测手段,开发了包括地下、地表与地上空间的多维度CO_2地质封存过程中的环境监测评估体系。采用该体系对某时典型监测数据进行评估的结果表明,该封存项目属于非常安全的状态,没有发现CO_2泄漏风险。     

富水黄土隧道围岩大变形控制技术研究——以银百高速甜永段榆林子隧道为例

富水黄土隧道开挖施工过程中会出现隧道围岩大变形、初期支护结构破坏等工程灾害。以银百高速甜永段榆林子富水黄土隧道为依托,对该富水黄土隧道围岩变形特征进行了现场监测与分析,利用MIDAS-GTS-NX有限元分析软件对大管棚+超前注浆小导管支护、基底旋喷桩支护、拱脚钢管桩+基底旋喷桩支护、帷幕注浆加固4种加固措施对榆林子富水黄土隧道围岩加固及变形控制效果进行了数值模拟,结合该富水黄土隧道围岩变形特征现场监测与对比分析,讨论了经帷幕注浆加固的榆林子富水黄土隧道的加固效果。结果表明：榆林子富水黄土隧道围岩的变形大致可分为变形快速发展—变形持续发展—变形稳定3个阶段,隧道围岩变形值可利用指数函数模型进行预测;4种加固措施可有效地减小隧道围岩变形量达20.1%～86.5%,Boltzmann函数能够有效地预测隧道围岩的先前变形;4种加固措施对于隧道支护结构的受力情况也有明显的改善,加固后隧道仰拱填充层最大主应力减小了18.2%～35.3%,隧道初衬最大主应力减小了33.7%～76.8%;从4种加固措施的加固效果来看,帷幕注浆加固措施对于该富水黄土隧道变形及结构受力情况的控制效果最佳。该研究结果可为富...     

淋洗条件下砂土和粉土水盐运移过程的监测研究

土壤水盐运移过程和运移机制研究是盐渍土研究的核心问题,淋洗条件下土壤水盐运移动态规律是研究盐渍土形成、冲洗、排水、改良的理论基础.通过室内一维垂直入渗试验,采用自主研发的电阻率监测装置研究了砂土和粉土在淋洗过程中的水盐运移的动态变化特征.结果表明,监测装置的实时数据能够监测到两种土壤淋洗过程中电阻率峰值的下移和逐渐消失的过程,在每次淋洗后,砂土经过30 min达到水盐平衡,而粉土需要70 min.砂土每次淋洗脱盐的深度基本保持一致,约为35 cm,经过3次淋洗后土柱脱盐;粉土每次淋洗脱盐深度约为10 cm,经过7次淋洗后土柱脱盐.该监测装置可以针对不同土壤水盐运移的速率而设置其时间和空间分辨率从而实现水盐运移的远程、原位、动态监测,为盐渍化的监测、评估和预警提供了一种有效的手段.     

溶洞顶板受荷变形监测过程研究

以青溪大桥桥基岩溶洞穴围岩工程地质条件定性-半定量-定量分析为基础,在岩土自重和桩基的外附荷载作用下,对桥墩所在位置的溶洞顶板稳定性进行综合评价。利用自行研制的钻孔多点位移计对施工荷载施加过程中溶洞及项板岩体的变形进行现场监测,该仪器综合了传统多点位移计和收敛计对深部岩体和岩层表面分别进行监测的优势,利用同一组数据对施工影响下溶洞洞体和顶板的变形规律进行分析。结果表明,在重大施工荷载作用下保证8.0 m溶洞顶板厚度是安全稳定的,大大节约了溶洞处理费用,并为类似的岩溶洞穴稳定性施工提供了有力的技术支持。     

矿区地下水硝酸盐来源的解析

石拐矿区是内蒙古重要的煤炭供应地,地下水受到矿山活动的影响,面临着污染和水质异常等问题,为保障该地区居民的饮水安全,矿区地下水的硝酸盐污染分布特征分析和污染源追踪具有重要意义。该文通过双同位素对石拐矿区的地下水硝酸盐污染源进行定性分析,分析其污染特征和同位素特征值,利用IsoSource模型定量评估地下水中硝酸盐中不同来源的贡献率。结果表明,研究区有40%的取样点硝酸盐超标,有显著的空间特征和时间特征。沿着地下水流向,矿区下游及居民区上游硝酸盐浓度超标,居民区硝酸盐浓度在雨季有明显增幅。地下水的δ15N-NO3-的变化范围为0.07‰～2.69‰,δ~(18)O-NO_3~-的变化范围在-5.09‰～-2.85‰。根据不同污染源的同位素值范围,确定土壤有机氮和NH4+硝化是地下水硝酸盐的主要来源,且距离矿区越近,土壤有机氮的贡献率越高。     

CMC-nZVI对高硫矿山土壤中铜的固定效果及机理

纳米零价铁(Nanoscale zero-valent iron,n ZVI)因具有较大比表面积和较强还原能力,常被用于原位修复变价重金属污染土壤,而对其应用于高硫富铜矿山土壤的修复及机理研究却鲜见报道.本研究以羧甲基纤维素-纳米零价铁(CMC-n ZVI)为供试材料,以广东省大宝山矿区高硫富铜土壤为供试土壤,按水土比1 g∶5 m L将CMC-n ZVI与矿山土壤混合均匀,通过毒性淋溶提取、重金属形态和酸可挥发性硫化物提取等实验,探究了CMC-n ZVI对矿山土壤中Cu的固定效果及机制.结果表明:(1)CMC-n ZVI对高硫土壤中的Cu具有极好的固定效果,毒性淋溶提取实验结果表明,n ZVI处理土壤中Cu的浸出浓度低于15 mg·kg-1,达到安全标准;(2)n ZVI可促进厌氧微生物的活性,促进土壤中大量硫酸盐被还原,因此Cu可能被Fe S、Fe S2吸附或直接生成硫化物沉淀,最终固定于土壤中;(3)新生成的无定形或微晶型次级铁矿物易通过吸附或共沉淀将游离的Cu(II)固定.