本文選題：關(guān)閉煤礦　切入點(diǎn)：水-巖-氣相互作用　出處：《中國礦業(yè)大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：含瓦斯煤礦關(guān)閉后礦井內(nèi)仍殘余CH_4、CO_2、N_2等氣體,上述氣體在礦井水-煤巖作用下有可能帶來瓦斯突出與地下水污染問題。本文通過室內(nèi)實驗和數(shù)值模擬重點(diǎn)針對CO_2、N_2氣體開展了關(guān)閉煤礦水-巖(煤)-氣反應(yīng)模擬研究,揭示了閉坑條件下水-巖-氣三相反應(yīng)過程中礦井水質(zhì)演化與煤巖礦物相變化機(jī)理,主要成果如下:(1)我國關(guān)閉高瓦斯煤礦主要分布在黑龍江、山西、湖南、江西及四川、云貴、重慶等地;高瓦斯礦井水化學(xué)特征以酸性礦井水居多,礦化度及硫酸鹽含量相對較高,水化學(xué)類型有HCO_3·SO~(4-)Na型水、HCO_3~-Na型水、SO_4~-Ca·Mg型水、Cl·SO_4~-Na型水、Cl·HCO_3~-Na型水、Cl·HCO_3·SO~(4-)Na型水及SO_4~-Ca·Mg型水,其中SO_4~-Ca·Mg型水分布較多。(2)關(guān)閉煤礦水-巖(煤)-氣反應(yīng)室內(nèi)實驗結(jié)果表明:隨著反應(yīng)時間的增加,以CO_2/N_2為氣相的水-巖反應(yīng)中,溶液的pH值逐漸升高,Eh與pH呈負(fù)相關(guān)逐漸降低,溶液中HCO_3~-、SO_4~(2-)、Ca~(2+)、Mg~(2+)、可溶性SiO_2的含量均呈現(xiàn)不同程度的增加,溶液中Fe的濃度逐漸下降,溶液的礦化度逐漸增加;在以CO_2為氣相的水-煤反應(yīng)中,溶液中Cr、As、Cd、Al、Fe、Pb等微量元素與TOC的含量逐漸增加,重金屬與有機(jī)污染風(fēng)險加劇;利用SEM、XRD、XRF等手段研究了三相反應(yīng)過程中煤巖層主要礦物的溶解沉淀情況,高嶺石、石英主要發(fā)生溶解反應(yīng),方解石在溶解的同時伴隨著碳酸鹽礦物的再生成,黃鐵礦表面生成赤鐵礦、菱鐵礦、綠泥石等新礦物。(3)采用PHREEQC軟件模擬了不同溫度、壓力、水化學(xué)條件對關(guān)閉煤礦水-巖-氣三相反應(yīng)平衡的影響,結(jié)果表明,隨著溫度的升高,溶液的pH值略有降低,CO_2的溶解度、HCO_3~-、Ca~(2+)的濃度逐漸降低,方解石的溶解效應(yīng)最明顯;隨著CO_2分壓增大,溶液的pH值逐漸降低,CO_2的溶解度、HCO_3~-、Ca~(2+)的濃度逐漸增大,方解石的溶解效應(yīng)最明顯,不同CH_4分壓下溶液的水化學(xué)成分和地層礦物的溶解沉淀量基本沒有變化;隨著體系pH值的增大,CO_2的溶解度先上升后迅速下降,HCO_3~-的濃度逐漸升高,Ca~(2+)的濃度逐漸降低,方解石、高嶺石的溶解量逐漸降低,石英的沉淀量逐漸減少并發(fā)生微量溶解;隨著Fe~(3+)濃度的升高,溶液的pH值迅速降低,HCO_3~-的濃度逐漸降低,Ca~(2+)、Fe~(2+)、SO_4~(2-)的濃度逐漸升高,高嶺石、方解石、黃鐵礦的溶解量不斷增大,石英的沉淀量逐漸增多;硫酸鹽的加入提高了地層礦物的溶解量,其中方解石的溶解效應(yīng)最明顯。
[Abstract]:After the gas mine was closed, there was still a remnant of gas Ch _ 4 / CO _ 2C _ 2T _ 2 in the mine. The above mentioned gas may bring about gas outburst and groundwater pollution under the action of mine water and coal rock. This paper, through laboratory experiments and numerical simulation, has carried out a simulation study on the water-rock (coal gas) reaction of coal mine closing by focusing on CO _ 2H _ N _ 2 gas. The mechanism of mine water quality evolution and coal rock mineral facies change in the process of water-rock-gas three-phase reaction under closed pit condition is revealed. The main results are as follows: 1) the closed high gas coal mines in China are mainly distributed in Heilongjiang, Shanxi, Hunan, Jiangxi and Sichuan, Yungui. In Chongqing and other places, the chemical characteristics of high gas mine water are mainly acid mine water, the salinity and sulfate content are relatively high. The hydrochemical types include HCO_3 路SO~(4-)Na type water, HCO3, -Na type water, so 4- Ca-mg type water, Cl 路SO_4~-Na type water, Cl 路HCO_3 路SO~(4-)Na type water and SO_4~-Ca 路mg type water, The results of laboratory experiments on the water-rock reaction of coal mine with SO_4~-Ca 路mg type water distribution are more and more. The results show that with the increase of reaction time, the pH value of solution increases gradually and decreases negatively with pH in the water-rock reaction with CO_2/N_2 as gas phase. In the solution, the content of soluble SiO_2 increased in varying degrees, the concentration of Fe in the solution gradually decreased, and the salinity of the solution gradually increased. In the water-coal reaction with CO_2 as the gas phase, The contents of trace elements and TOC in the solution increased gradually, and the risk of heavy metal and organic pollution increased. The dissolution and precipitation of main minerals in coal strata during three-phase reaction were studied by means of SEMXRDX XRF, kaolinite, kaolinite, etc. Quartz mainly dissolves, calcite dissolves at the same time accompanied by carbonate mineral formation, pyrite surface forms hematite, siderite, chlorite and other new minerals. It uses PHREEQC software to simulate different temperatures and pressures. The effect of hydrochemical conditions on the three-phase equilibrium of water-rock-gas reaction in coal mine closure is studied. The results show that the pH value of solution decreases slightly with the increase of temperature, and the concentration of HCO _ 3H _ 2O _ (3) -cai _ (2) decreases gradually, and the dissolution effect of calcite is the most obvious. With the increase of the partial pressure of CO_2, the pH value of the solution decreases gradually the solubility of HCO _ 2 and the concentration of HCO _ 3H _ 2O _ (2) increases gradually. The dissolution effect of calcite is the most obvious. The hydrochemical composition of the solution and the amount of dissolved and precipitated minerals in the formation are basically unchanged under different partial pressures of CH_4. With the increase of pH value of the system, the solubility of COS-2 rises first, then decreases rapidly. The concentration of HCO3- increases gradually, the dissolution of calcite and kaolinite decreases gradually, the precipitation amount of quartz decreases and the micro-dissolution occurs. With the increase of Fe~(3) concentration, the pH value of the solution decreases rapidly and the concentration of HCO3- decreases gradually. The concentration of kaolinite, calcite and pyrite increases gradually, and the precipitation amount of quartz increases gradually, and the concentration of kaolinite, calcite and pyrite increases gradually. The addition of sulphate increased the dissolution of the formation minerals, and the dissolution effect of calcite was the most obvious.
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TD71

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1636999