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作者
王知乐 田雨 周伟 王轶 李蕊
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单位
中国矿业大学矿业工程学院中国矿业大学环境与测绘学院中国矿业大学煤炭精细勘探与智能开发全国重点实验室
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摘要
我国露天煤矿多处于季节性降雨明显和土层瘠薄的北方生态脆弱区，生态本底脆弱且土壤侵蚀严重。为了改善区内大型露天矿规模化开发引起土壤侵蚀和水土流失加剧的突出问题，提出采用壳聚糖联合脲酶诱导碳酸钙沉淀技术（EICP）对露天矿排土场边坡进行抗侵蚀改性。本研究通过不同温度与掺量下的EICP溶液试验，确定最优矿化反应参数，制备对照组、EICP和壳聚糖靶向诱导EICP三组边坡试样，通过边坡抗侵蚀相似模型装置分析边坡侵蚀状况、冲蚀量和表面强度变化规律，探究其对边坡抗侵蚀特性的影响规律。并对各组试样进行微观形貌、物相组成及热稳定性分析试验，探究壳聚糖联合EICP提高边坡抗侵蚀性的作用机理。结果表明：①排土场边坡EICP抗侵蚀最优反应参数为尿素与氯化钙浓度1mol/L、壳聚糖掺量5g/L、温度不高于60℃；②降雨侵蚀后，对照组分布不均匀表面凹坑，改性组则无明显变化，EICP和壳聚糖联合EICP组的最终土体冲蚀量分别降低了85.4%和91.6%，表面强度分别提高了9.8%、14.2%，EICP处理导致土体pH值有所降低，而添加壳聚糖能够稳固脲酶活性进而保证尿素水解；③壳聚糖分别通过静电作用和酸碱作用吸附脲酶与Ca2+为EICP提供成核位点，促进EICP稳态矿化产物（方解石）的生成并分散分布于土体颗粒间，且壳聚糖水凝胶与矿化产物都具有黏附、桥接和充填土体颗粒的固化作用，同时Ca2+可驱离强结合水降低颗粒间双电层厚度从而增强土体结构。结合室内试验与微观测试结果阐述了壳聚糖联合EICP技术提高边坡抗侵蚀性的有效性，揭示了其提高土体颗粒间联结力和减小坡面侵蚀力从而提高排土场边坡的抗侵蚀性的改性机制，研究成果有望对露天矿排土场边坡侵蚀防治技术的发展与工程应用提供有益借鉴。
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关键词
酶诱导碳酸钙沉淀壳聚糖成核位点人工模拟降雨抗侵蚀性能排土场边坡
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文章目录
1 材料与方法
1.1 试验材料
1.2 EICP溶液试验
1.2.1 胶结液浓度确定
1.2.2 温度与脲酶活性的关系
1.2.3 壳聚糖掺量确定
1.3 边坡抗侵蚀试验
1.3.1 抗侵蚀试验装置与方案
1.3.2 土体冲蚀量测试
1.3.3 表面强度测试
1.3.4 pH值测试
1.4 微观测试
1.4.1 SEM微观结构及能谱测试
1.4.2 X射线衍射测试
1.4.3 热重曲线测试
2 结果与分析
2.1 EICP溶液试验结果分析
2.1.1 胶结液浓度确定
2.1.2 温度与脲酶活性的关系
2.1.3 壳聚糖掺量确定
2.2 抗侵蚀试验结果分析
2.2.1 表面侵蚀状态观测
2.2.2 土体冲蚀量
2.2.3 表面强度
2.2.4 pH值
2.3 微观测试结果分析
2.3.1 SEM微观结构及能谱分析
2.3.2 X射线衍射分析
2.3.3 热重曲线分析
3 讨论
3.1 壳聚糖对EICP过程的影响
3.2 壳聚糖联合EICP提高边坡抗侵蚀性机理
4 结论
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引用格式
王知乐,田雨,周伟,等.壳聚糖联合EICP对露天矿排土场边坡抗侵蚀性影响机制研究[J/OL].煤炭学报,1-16[2024-08-09].https://doi.org/10.13225/j.cnki.jccs.2024.0484.
煤炭学报
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