陜西省榆林市作為我國重要的煤炭資源和煤化工產(chǎn)業(yè)基地,是煤炭工業(yè)發(fā)展重點開發(fā)區(qū)域之一。但是,西部地區(qū)水文地質(zhì)條件復(fù)雜,水資源匱乏,生態(tài)環(huán)境脆弱,煤炭開采對礦區(qū)生態(tài)環(huán)境破壞嚴(yán)重。因此對煤礦開采區(qū)進(jìn)行水文地球化學(xué)特性動態(tài)變化研究顯得尤為重要。論文以小紀(jì)汗煤礦為例進(jìn)行動態(tài)淋濾試驗。試驗樣品取自小紀(jì)汗煤礦的2~2煤頂板,首先通過XRF和XRD確定樣品的礦物成分和化學(xué)成分,然后利用標(biāo)準(zhǔn)Humidity Cell Test動態(tài)淋濾裝置進(jìn)行13周試驗,研究小紀(jì)汗煤礦侏羅系煤層頂板水文地球化學(xué)特性。主要結(jié)果和結(jié)論:(1)通過XRD和XRF測試得到,頂板巖芯樣品主要礦物成分包括:斜長石、石英、鈉長石、鉀長石、石膏、方解石、粘土礦物,化學(xué)成分以SiO_2、Al_2O_3、Fe_2O_3為主。煤樣品當(dāng)中主要礦物成分包括石英、硫化物、硅單質(zhì)以及大量有機物,化學(xué)成分以SiO_2、S、Al_2O_3為主。(2)淋濾液物理化學(xué)指標(biāo)特征:(1)頂板淋濾液pH值初期小于6,week3后pH在7左右波動;直接頂板淋濾液pH值從3.51逐漸上升至6.85;煤樣淋濾液pH值在3-7之間波動,平均pH值為5.26;(2)頂板及煤樣淋濾液EH平均值均在200-220mv范圍內(nèi),頂板混合樣EH值最高值超過800mv,平均值為278.5mv;(3)頂板及煤樣淋濾液DO值在5-10mg/L范圍內(nèi)逐漸升高;(4)頂板及煤樣淋濾液TDS逐漸降低。直接頂板淋濾液TDS值均大于1000mg/L,煤樣淋濾液TDS值最后穩(wěn)定在200mg/L左右波動;(3)淋濾液水質(zhì)類型變化:(1)1、2、4號樣品水質(zhì)類型由SO_4-Ca·Na經(jīng)SO_4-Ca·Mg過渡為SO_4·HCO_3-Ca·Mg(2)3號樣、5號直接頂板樣品、6號混合樣、7號煤樣水質(zhì)類型均為SO_4-Ca。(4)淋濾液金屬陽離子濃度變化分析:(1)頂板淋濾液中Na濃度從平均111.93mg/L逐漸降低至10mg/L以下,煤樣淋濾液Na濃度平均為8.35mg/L;(2)頂板淋濾液中K濃度從平均10.22mg/L逐漸降低至1mg/L左右,煤樣淋濾液K濃度平均為0.12mg/L;(3)頂板淋濾液中Ca濃度逐漸下降,直接頂板淋濾液Ca濃度穩(wěn)定在500mg/L左右,煤樣淋濾液中Ca濃度在100mg/L以下波動;(4)頂板淋濾液中Mg濃度從平均41.69mg/L逐漸降低至5-10mg/L;直接頂板淋濾液中Mg濃度從23.59mg/L逐漸降低至2mg/L左右;煤樣淋濾液中Mg濃度較低,平均為0.61mg/L;(5)頂板及煤樣淋濾液中Al濃度較小,試驗后期均小于1mg/L。(5)通過對淋濾液常規(guī)金屬陽離子濃度的動態(tài)變化分析,得到結(jié)論:淋濾液中Na主要來自巖芯樣品中鈉長石和方沸石的溶解;淋濾液中K主要來自樣品中鉀長石的溶解;淋濾液Fe的釋放與硫化物的氧化有關(guān);Ca是淋濾液中的主要陽離子,淋濾液中的Ca主要來源于碳酸鹽類沉積物及含石膏沉積物的溶解,以及含鈣礦物的風(fēng)化溶解;淋濾液中Mg主要來源于含鎂的碳酸鹽類沉積,此外,還來自含鎂礦物的風(fēng)化溶解;Al離子雖然在樣品中含量較高,但釋放較少。(6)通過對淋濾液微量元素濃度的動態(tài)變化分析,得到結(jié)論:小紀(jì)汗煤層頂板充水風(fēng)化期間,地下水中微量元素Ni,Pb,Mn及Zn的濃度超出《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749-2006)。Ba、Co、Cu、Mo、Cr、Sr以及Ti均有溶出現(xiàn)象,但不危及人體將康。推測小紀(jì)汗煤層頂板充水風(fēng)化過程中,可能存在地下水污染問題。(7)通過離子間相關(guān)性分析,得到結(jié)論:頂板巖芯樣品淋濾液中Al主要來源于鋁硅酸鹽的溶解,淋濾液中的Ti主要來源于賦存于鋁硅酸鹽中的金紅石的溶解;頂板巖芯樣品淋濾液中Ca主要來源于石膏和方解石的溶解;隨著頂板巖芯樣品中黃鐵礦等礦物的溶解釋放出Fe離子,Mn也逐漸淋出,可推測頂板巖芯中Mn主要賦存在黃鐵礦等礦物中。由以上結(jié)論可以預(yù)測:小紀(jì)汗煤層頂板充水風(fēng)化期間,礦井水水環(huán)境后期呈弱堿性、氧化環(huán)境;Ca與SO_4~(2-)分別為地下水中主要陽離子和陰離子;微量元素Ni,Pb,Zn及Mn存在超出《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749-2006)的現(xiàn)象,可能存在地下水污染問題;小紀(jì)汗煤礦礦井水在頂板淋濾后形成;小紀(jì)汗煤礦礦井水中Na、SO_4~2污染主要來源于頂板。
【學(xué)位單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TD745
【部分圖文】：

工程碩士專業(yè)學(xué)位論文紀(jì)汗井田概況ojihan Coal Mine然地理概況（General Situation of Physical Geograph紀(jì)汗井田位于榆林城北西方向直距約 20km 處，行政區(qū)劃隸屬榆林汗鄉(xiāng)、芹河鄉(xiāng)、岔河則鄉(xiāng)、巴拉素鎮(zhèn)管轄。神（木）—延（安）鐵榆（林）—神（木）—府（谷）二級公路從井田東側(cè)通過，包（沙漠高速公路橫穿井田東南部，榆（林）—烏（審旗）公路從井田村鎮(zhèn)之間均有簡易公路通連，對外交通和內(nèi)部運輸條件均較便1。

但對煤炭資源開發(fā)，特別是大型機械化綜合采煤會有一定的影響。陜北一帶構(gòu)造分區(qū)及構(gòu)造圖見圖2-2。裂隙區(qū)內(nèi)的基巖，由于前新生代的風(fēng)化作用，頂面起伏較大，自頂面之下普遍形成厚度 20～40m 風(fēng)化裂隙帶，隨著基巖埋藏深度的增加，裂隙發(fā)育程度逐漸減弱。在基巖頂部，因裂隙密集常導(dǎo)致巖石破碎，是地表水下滲的良好通道。當(dāng)煤礦采煤產(chǎn)生的冒裂帶與風(fēng)化裂隙帶勾通時，可能造成礦坑涌水。圖 2-2 陜北一帶構(gòu)造分區(qū)及構(gòu)造圖Figure 2-2 Structural Zoning and Structural Map of Northern Shanxi

涌水量 75m3/d，單位涌水量 0.019L/s·m，滲透系數(shù) 0.0455m/d。水化學(xué)類型為SO4—Na·Ca 型水，礦化度 2110.75mg/L。2.3.2 隔水層在基巖中，厚度較大且連續(xù)分布的泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖等泥巖類與含水層相間分布，厚度一般為 10～40m，為層間裂隙承壓水的隔水層。2.3.3 補給、徑流及排泄條件（1）地表水、地下水的動態(tài)變化特征利用詳查階段 2004～2005 年一個水文年的地表水及地下水動態(tài)長期觀測資料，對其進(jìn)行評述。據(jù)區(qū)內(nèi)詳查階段一個水文年的地表水（海子）流量與地下水（機井）的水位。動態(tài)長期觀測結(jié)果，其動態(tài)變化與大氣降水關(guān)系極為密切，具有同步變化特征，地下水位動態(tài)特征是雨季大幅上升，枯季持續(xù)下降，但年變幅最大不超過0.4m（見圖 2-3）。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2854944