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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会
水分和冻融循环对酷寒矿区煤矸石风化崩解速率影响的定量研究
  • Title

    Quantitative determination of the effect of moisture and freeze / thaw cycles on coal gaugue decay rate in severe cold mining areas

  • 作者

    程伟郭海桥尚志牟守国卞正富雷少刚

  • Author

    CHENG Wei1,2 ,GUO Haiqiao3 ,SHANG Zhi4 ,MU Shouguo1,2 ,BIAN Zhengfu1,2 ,LEI Shaogang1,2

  • 单位

    中国矿业大学 国土资源研究所矿山生态修复教育部工程研究中心神华宝日希勒能源有限公司神华北电胜利能源有限公司

  • Organization
    1. Institute of Land Resources,China University of Mining and Technology,Xuzhou  221116,China; 2. Research Center of Mine Ecological Construction,Min-istry of Education,Xuzhou  221116,China; 3. Shenhua Baorixile Energy Company Limited,Hulunbeier  021500 China; 4. Shenhua Beidian Shengli Energy Company Limited,Xilinhot  026000,China
  • 摘要

    酷寒矿区表土瘠薄,陆地覆被破坏后可利用表土稀缺是制约煤矿区土地复垦的重要因素之一,难以获得足够的可用表土不仅直接影响到煤矿土地复垦效果,同时也限制煤矿区可持续发展的进程。因此在缺土区拓展可利用表土来源不仅是煤炭土地复垦中亟待解决的生产问题,也是一个重要的科学问题。煤矸石是矿产资源开发利用的副产物,也是潜在的表土来源之一。针对特殊环境下的土地复垦需要,以酷寒矿区未风化煤矸石为研究对象,从水分变化、冻融循环单独作用和水分-冻融循环叠加作用于煤矸石的角度进行试验设计,分析了3类14种处理下煤矸石风化崩解的差异性。结果表明:水分-冻融循环处理下煤矸石风化崩解速率明显大于水分和冻融循环单独处理,风化崩解速率差异较大。运用聚类分析把煤矸石14 种处理下的崩解速率分为2类,2类间的崩解速率差异显著,引起风化崩解速率差异显著的因素主要是较大的温差变化引起水分和盐分结晶膨胀。其中饱和含水-冻融循环组风化崩解速率大于非饱和水分组,大温差组大于小温差或恒温组。指出了温差变化中冰晶作用的存在引起了煤矸石的快速崩解主导因素。本研究揭示了水分作用对煤矸石风化崩解的影响大于温度用冻融循环有利于煤矸石风化崩解。

  • Abstract

    This paper focuses on the weathering decay characteristics of coal gangue in severe cold mine areas. These coal gangue are subjected to the treatments of content moisture,freeze / thaw cycles and content moisture+freeze / thaw cycles under laboratory conditions,respectively. The results show that the weathering decay rate under content moisture+freeze / thaw cycles treatment is higher than that under content moisture or freeze / thaw cycles. The hierarchical clustering method is applied to analyze the decay characteristics of the coal gaugue. The sample is almost individually clas- sified into two clusters. The result also show a significant difference in content moisture+freeze / thaw cycle groups. The existence of frost crystallization wedging brings the disintegration of coal gaugue decay rates. The results also show that the effect of moisture variation,but not freeze / thaw cycle,on rock decay is a crucial factor in coal gaugue decay. Freeze / thaw cycle,in particular,affects the coal gangue,because it causes more spalling and fracturing by frost crystal- lization. The analysis suggests that the moisture content and phase plays a key role in coal gaugue decay processes.

  • 关键词

    煤矸石风化崩解速率冻融循环风化成土

  • KeyWords

    coal gaugue;weathering rate;freeze / thaw cycle;weathering and pedogenesis

  • 基金项目(Foundation)
    “十三五”国家重点研发计划资助项目(2016YFC0501107);国家科技基础性工作专项基金资助项目(2014FY110800);江苏省资源环境信息工程重点实验室开放基金资助项目(JS201805)
  • DOI
  • Citation
    CHENG Wei,GUO Haiqiao,SHANG Zhi,et al. Quantitative determination of the effect of moisture and freeze / thaw cy- cles on coal gaugue decay rate in severe cold mining areas[ J]. Journal of China Coal Society,2019,44(12):3859 -3864.
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    • 不同试验处理下煤矸石风化崩解速率聚类分析的树形

    图(1) / 表(0)

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