某矿区煤矸石山重金属潜在生态危害性研究

为了弄清煤矸石山周围重金属污染程度,对煤矸石山周围的样品进行分析,通过Hakanson的重金属潜在生态危害指数法,对峰峰矿区煤矸石山周围环境中重金属的潜在危害性进行评价,结果说明矸石山周围存在生态风险,但风险程度为低水平.     

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.     

煤层气生产区重金属污染特征及其潜在生态危害

为了调查煤层气生产区采出地层水中的重金属在露天排放下对生产区地表土壤的影响,采集生产监测区煤层气井产出地层水样、蓄水池积水样、蓄水池底泥样和井场周围地表土样进行重金属含量的测试分析,应用地质累积指数法和Hakanson潜在生态危害指数法对地表土壤的重金属污染程度和生态危害进行了评价。结果表明,煤层气生产区井场蓄水池底泥受到As、Cd、Sn的中度污染,周围地表土壤受到Cd、Sn的中度污染和As、Cr、Pb、Cu、Co的轻度污染,各重金属的污染程度由高到低为Sn、Cd、As、Pb、Cr、Co、Cu、Mn、Ni、Zn。煤层气生产区土壤中重金属存在中度的潜在生态风险,对煤层气生产区地表土壤生态环境产生潜在生态风险的最主要重金属是Cd。     

西南某煤矿周边土壤重金属生态风险评价

为了解西南某煤矿周边农用地土壤重金属污染状况,分析测试了84件表层土壤样品8种重金属元素,进行了重金属污染评价和生态风险评价。结果表明,研究区土壤重金属均高于渝西地区背景值,Cd污染较明显。从潜在生态危害风险评价看,Hg、Cd是主要生态危害元素。     

新建电子废弃物拆解厂附近土壤重金属污染评价及其来源分析

为了探究新建电子废弃物拆解厂附近土壤重金属污染水平与同源相关性,对上海某新建(2012年)电子废弃物处理厂附近土壤中的重金属进行了分析,通过电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)对土壤中As、Cd、Pb、Cu、Zn 5种重金属元素进行了测定,采用潜在生态风险指数法和地累积污染指数法对污染程度进行了评价。结果表明,除Zn外,该场区附近土壤As、Cd、Cu、Pb质量比的最小值均大于当地化工区土壤的背景值,其中As和Cd的质量比更高,分别为国家二级标准(GB 15618—1995)的1.7倍和1.68倍。评价区土壤重金属的风险指数为392,属于强生态风险,其中Cd的潜在风险指数达到了285,具有很强的生态风险;As的风险指数为83,具有强生态风险;Pb、Cu和Zn具有轻微生态风险,应用地累积污染指数法得到了相似的结果。通过重金属相关性分析得出,5种重金属相互间具有显著相关性,可初步判断均来自电子废弃物拆解生产过程中产生的污染,因此,必须进一步加强电子废弃物拆解过程的污染控制。     

湘江长沙段洲滩菜园土壤重金属潜在生态风险评价

为研究湘江长沙段洲滩菜园土壤重金属污染现状及其潜在生态风险,采用火焰原子吸收法测定了土壤中重金属(Cu、Cd、Pb、Zn)的质量比,应用BCR三步连续提取法对土壤中重金属的化学形态进行了分析,采用改进的潜在生态风险指数法对土壤污染程度的潜在生态风险进行了评价。结果表明,土壤中Cu、Cd、Pb和Zn的平均质量比分别为36.40 mg/kg、12.87 mg/kg、164.41 mg/kg和431.21 mg/kg,土壤Cd、Zn污染严重,污染水平超过II级土壤水平。土壤中各重金属均以极高比例的可提取态存在,因而重金属在土壤中不稳定,Cd、Zn弱酸提取态质量比较高,容易释放,具有较强的潜在环境危害。4种重金属的潜在生态风险递减趋势为Cd、Pb、Cu、Zn,Cd为极强生态风险元素,Cu、Pb、Zn为轻微生态风险元素。研究区域所有采样点改进的潜在生态风险指数MRI均高于1 200,属于极强生态风险级别。4种重金属中,Cd的平均风险贡献率为98.21%,是最主要的污染物。因此,Cd污染应引起环境部门的高度重视。     

安徽某硫铁尾矿区农田土壤重金属污染特征

对安徽省某硫铁矿尾矿区农田土壤、农作物进行重金属污染分析和风险评价,为硫矿区农田重金属污染风险管理与土地利用提供理论依据。布设30个采样点采集土壤及其毛豆样品,ICP-MS法测定Cu、Zn、As、Cd、Pb重金属全量,运用单因子指数、综合污染指数、潜在生态风险指数法和生物富集系数法对重金属污染程度进行评价。结果表明,研究区土壤p H值在3. 37～4. 60,均值为4. 03,土壤呈强酸性、酸性。比对安徽省土壤重金属背景值,研究区土壤已明显遭受外源重金属污染;比对GB 15618—2018《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》风险筛选值,受到Cd、Cu重金属污染,其中60%采样点Cu超标,76. 67%采样点Cd超标,但都远低于标准风险管制值;单因子污染指数评价结果显示该研究区农田以Cu、Cd污染为主;内梅罗综合污染指数评价结果表明研究区农田土壤总体已遭受重金属污染;潜在生态危害指数评价结果显示研究区土壤总体为轻微综合潜在生态危害,Cd在67%以上检测点为中等风险水平、10%为强风险水平。研究区农田农作物毛豆籽粒中Pb、Cd、As质量比均值未超过GB 2762—2017《食品安全国家标准食品中污染物限量》规定的限量值,其对重金属的富集系数(EF)从大到小依次为Cd、Zn、Cu、As、Pb。     

某荧光灯厂周围土壤汞污染评价

为探讨荧光灯厂周围土壤中重金属汞的环境风险,采集某荧光灯厂周围26个表层土壤样品进行分析,评价土壤汞污染状况及其影响因素。结果表明:调查范围内土壤汞的含量在0.050~0.363 mg/kg,平均含量为0.136 mg/kg,明显高于重庆市土壤汞背景值。荧光灯厂周围土壤汞污染严重,超标率达100%。地累积污染指数评价表明,有15.4%、38.5%和38.5%的土壤采样点分别达到中-强度、中度和无-中度污染水平,仅有7.6%的采样点未受污染。潜在生态风险评价表明,有7.7%、26.9%、42.3%和23.1%的采样点分别达到极强、很强、强和中等程度潜在生态危害。距离污染源越近,土壤汞污染水平和潜在生态危害程度越大。     

某页岩气开发场地重金属污染风险分析

为探究页岩气开发不同阶段对开发场地土壤中重金属含量的影响，以长宁区块某平台为例，监测开发过程中场地土壤重金属Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu、Ni、Zn的质量比变化，并对其分布特征评价。结果表明：页岩气开发各阶段场地土壤中重金属元素As的超标率最高达到了76.92%,页岩气开发对场地土壤中重金属Hg、Cd、As质量比变化影响程度相对较大；部分采样点土壤受重金属元素Cd与Hg影响存在中等生态危害风险，但场地内土壤重金属的综合生态风险指数RI平均值为70.357<150,仍有0.67%的比例存在中等生态危害风险；4.35%采样点土壤中因重金属元素As影响为中度污染风险，场地内土壤重金属的综合污染指数P的平均值为0.880,但1.35%采样点的土壤为中度污染风险。因此页岩气开发场地内土壤重金属存在一定的污染风险，为避免页岩气开发过程对场地土壤的污染，应加强重点区域防控与措施整改降低页岩气开发过程对场地土壤的污染风险，减少页岩气开采对资源地环境的影响。     

典型生态旅游地土壤重金属空间分布及潜在生态风险评价

以黔江区城市郊区和生态旅游区域作为研究对象,分析了土壤中8种(As、Cd、Cr、Cu、Pb、Ni、Zn、Hg)重金属含量,采用单因子污染指数法、内梅罗综合污染指数法、潜在生态危害指数法对土壤中重金属进行了空间分布及潜在风险评价。结果表明:黔江区土壤中8种重金属平均值含量均低于《土壤环境质量标准》(GB 15618—1995)二级标准,除Cd、Cr和Ni低于重庆市土壤背景值外,其余5种重金属都高于其背景值。黔江区土壤中8种重金属元素的污染程度大小为CuHgPbZnAsNiCrCd,不同采样点位呈现轻度、中度和重度污染。8种重金属之间相关性较强,Cr、Hg与As的来源可能相同,主要受到人类活动的影响。8种重金属平均单项生态风险因子由强到弱的顺序为HgCdAsCuPbNiCrZn,除Hg处于中等水平生态风险外,其余7种重金属的潜在生态危害程度都较低。与城郊区域土壤生态风险相比较,生态旅游区域土壤指数相对较高。研究区土壤平均潜在生态风险均值为107.6,处于轻微生态危害等级。     

煤矸石山自然发火数学模型在红阳三矿新矸石山自燃防治中的应用

煤矿矸石山自燃现象普遍存在 ,对环境污染及危害极大 ,防治矸石山自燃是矿区环境修复的重点研究内容。笔者利用宏观的连续介质研究方法 ,以多孔介质流体动力学理论为指导 ,建立了煤矿矸石山自然发火数学模型 ,从数学上揭示了矸石山自燃的动态演变过程。通过分析矸石山内的渗流场明确了自然发火的影响因素及内在联系 ,针对红阳三矿新矸石山的自燃预防问题 ,提出了碾压、覆盖和边界注浆相结合的综合防治施工方案。该技术在红阳三矿新矸石山的现场应用表明 ,治理方案科学、经济、合理 ,实施效果良好。研究结果对预防矸石山自燃具有理论指导意义与实际应用价值。     

绿色开采条件下露天煤矿土地动态演化规律研究

以白音华三号露天煤矿为例,研究了基于绿色开采条件下的露天煤矿土地动态演化规律。根据绿色开采中土地占用面积最优化及破坏土地尽早恢复的原则,建立了白音华三号露天煤矿地质模型、采矿模型等,研究了采场形态与采矿时间的动态变化关系;建立了内排土场排土模型,充分利用内排空间是减小运输成本与征地费用的重要途径,优化了内排土场发展过程边坡形态及排土容量;通过合理规划采、排计划,达到了绿色开采原则指导下的边开采边恢复土地的目的,既解决了露天矿合理征地问题,又解决了露天开采带来的生态恢复问题。     

软弱基底排土场变形破坏治理措施研究

针对软弱基底露天矿排土场普遍存在的变形破坏问题,结合胜利东二露天矿南排土场南帮边坡的工程实际,基于极限平衡理论,给出了通过探槽及滑坡变形反分析综合确定基底赋存条件及抗剪强度指标的方法;提出了对软弱基底排土场的变形治理措施;根据已有监测数据,对南帮边坡治理效果进行了评价。结果表明:在实施削坡减载措施后,各地表监测点的累计位移趋于平缓,边坡治理措施效果明显,解决了胜利东二露天矿迫切的安全问题,为同样具有软弱基底的其他露天矿排土场变形及破坏治理提供了指导。     

基于正交试验的煤矿安全开采充填材料配比优化研究

针对目前我国"三下"压煤的现状,以及煤矿固体废弃物以煤矸石、粉煤灰为主的情况,结合岱庄煤矿膏体充填工程实践,以水泥为胶结料,煤矸石和粉煤灰为粗细骨料,运用正交试验的方法定量确定了水泥、粉煤灰和煤矸石不同配比和膏体浓度对煤矸石膏体充填各性能指标的敏感程度,以及各指标随各因素的变化趋势。结果表明:提高水泥掺量可以缩短膏体的凝结时间并提高膏体的强度;膏体的塌落度即流动性主要通过调节其浓度来实现;加入适量的粉煤灰可以提高膏体的流动性,但随着粉煤灰的增多,分层度和泌水率都有所增加。当水泥∶粉煤灰∶煤矸石为1∶2.22∶4.44,浓度为75%时,充填膏体的可泵性和强度都达到最佳,充填效果显著,有助于煤矿安全开采。     

Co-utilization of two coal mine residues: Non-catalytic deoxygenation of coal mine methane over coal gangue

The deoxygenation of coal mine methane (CMM) is a necessary process for concentrating methane by pressure-swing adsorption technology. Removal of oxygen in CMM by the reaction between oxygen and carbon in coal gangue is a novel solution for simultaneously utilizing two kinds of byproducts of coal mine, CMM and coal gangue. Process conditions for the deoxygenation of CMM were investigated systematically by using a fixed-bed reactor. The results show that higher temperature and lower gas flow rate not only decreased the residual oxygen concentration in the outlet gas but also increased the methane loss, and that the particle size of gangue did not influence deoxygenation within the experimental conditions used. Under optimal conditions (650 °C and 250 mL/min), there was no residual oxygen in the outlet gas and the methane concentration decreased by less than 0.5 mol%. XRD results show that coal gangue was activated during deoxygenation, and that activated gangue was suitable for utilization as a main component in cementitious materials.     

基于Hilbert谱信息熵的煤矸放落振动特征分析

针对煤矿安全生产中的综放工作面煤矸界面探测问题,提出利用煤矸下落冲击钢板的振动特征来探测煤矸界面的方法。煤矸振动信号表现出非平稳特征,采用经验模态分解方法将复杂矿井环境下的煤矸振动信号分解成固有模态分量。选择包含煤矸振动特征的前7个本征模函数(IMF)分量,通过Hilbert变换得到Hilbert谱。分析不同放煤状态下钢板振动信号的Hilbert谱发现,顶煤下落时的Hilbert谱分布较均匀,而煤矸混放时的Hilbert谱呈现不均匀分布。根据信息熵理论,提出了基于Hilbert谱信息熵的煤矸振动特征提取方法。试验结果表明,顶煤下落时的Hilbert谱信息熵要大于煤矸混放时的Hilbert谱信息熵,因此,煤矸振动的Hilbert谱信息熵特征能够准确地反映放煤状态。     

矸石山自燃阻化剂的阻化机理研究

为了防治矸石山的自燃和改善矿区环境质量,揭示和研究矸石山煤矸石自燃阻化剂的阻化作用机理,寻求高效的煤矸石山自燃阻化剂,通过在煤矸石中添加各类自燃阻化剂,在柱箱中进行空气氧化程序升温实验,并利用气相色谱仪对不同氧化温度下分离出的气体中O2,CO,CO2以及各种烃类组分的含量进行分析,研究其自燃发生、发展的规律,从而为研究矸石山煤矸石的自燃阻化提供理论依据。实验研究表明,带有吸附基团的高聚物和表面活性剂组成的聚合物乳液对煤矸石自燃具有较好的阻化作用。该研究成果对矸石山煤矸石自燃治理具有一定的指导意义。     

排土场稳定性影响因素显著性研究

为提升排土场稳定性,以某露天煤矿排土场为例,结合正交试验和强度折减法,开展排土场稳定性影响因素显著性研究.通过分析资料与野外调研,厘定典型排土场稳定性诱发因素,构建排土场真三维地质模型,反演验证和分析排土场的岩土体参数和变形规律特征,得出排土场边坡内部应力和位移的变化特征以及塑性破坏区分布范围;以真三维网格模型中最危险...     

煤矸石中某些物淋溶释放特点的实验分析

为全面了解煤矸石中污染物的释放特点,定量预测煤矸石中污染物在大气降水作用下对土壤-地下水污染的强度,对新邱露天矿不同风化程度的煤矸石溶解释放污染物进行了动态淋溶实验研究.采用国家标准分析方法进行分析,并绘制了实验曲线.结果表明,煤矸石风化程度越高,溶解释放物的总硬度(CaCO3)、硫酸盐(SO42-)、钠(Na )、总溶解性固体(TDS)越多,并释放出一定量的氟化物(F-)、化学需氧量(CODMn)、总铁(Fe)等.淋滤液pH值在6.6～7.0间,有少量氯化物(C1-)、锰(Mn)、锌(Zn),微量其他重金属和砷(As).新鲜混合煤矸石溶解释放出较多的氟化物(F-)、化学需氧量(CODMn)和总铁(Fe).淋滤初期,污染物溶解释放速率较快,之后随降水量增加,污染物溶出速率也越来越慢,煤矸石中污染物的溶解释放主要受扩散控制.采用最小二乘法拟合得出各污染物浓度与降水量间呈指数衰减曲线关系,即Cv=Co Vn模型,该模型可定量预测煤矸石中污染物对土壤-地下水污染的强度.     

粉煤灰-煤矸石基胶结充填材料制备与性能研究

为了解决我国煤矿采空区地表沉陷以及"三下"压煤资源浪费的问题,提出以粉煤灰-水泥熟料-脱硫石膏复合胶凝材料为胶结材,原状粉煤灰为细骨料,破碎后的煤矸石为粗骨料制备新型煤矿开采胶结充填材料。依据正交试验结果和各因素影响规律趋势图,确定充填材料的优化配合比。研究结果表明,适当增大水泥熟料掺量可缩短材料初凝时间,减小水胶比能使材料强度显著提高,而材料坍落度可通过选取适宜的浆体中的固体质量分数和灰矸比来有效调节,当胶凝材料中水泥含量为15%,脱硫石膏含量为8%,水胶比为2,灰矸比为2∶3,浆体中的固体质量分数为70%时,充填材料性能可达到最佳。通过试验优选材料各项参数,工业废弃物可以用来制备高质量的胶结充填材料。