现阶段煤炭开采产生的废弃矸石广泛利用于矿山充填领域，然而矸石内部重金属离子对矿区水资源产生的潜在污染风险愈发突出。结合短壁块段式充填采煤技术，综合分析重金属离子析出与迁移的敏感性因素，建立矸石充填材料重金属离子“下行”迁移模型，揭示矸石充填材料重金属离子“下行”迁移规律，提出重金属离子“下行”迁移控制技术。研究表明：矸石粒径、煤层埋深、底板岩性以及重金属离子析出浓度是关键性影响因素，且重金属离子迁移距离随底板岩层的渗透率及重金属离子析出浓度的增大而增大，随矸石粒径及煤层埋深的增大而减小，确定底板岩层的渗透率及重金属离子析出浓度为核心影响因素。提出了重金属离子“下行”迁移控制技术，包括顶板注浆封堵技术、底板铺设防渗层技术、pH值调控技术以及矸石粒径控制技术。

国家自然科学青年基金项目(52004201)；国家自然科学基金项目(52274143,51874284)；中国博士后科学基金特别项目(2021T140551)；中国博士后科学基金面上项目(2020M683677XB)；深部煤炭资源开采教育部重点实验室开放研究基金项目(KLDCRM202103)；

1 短壁块段式充填采煤技术
1.1 块段式充填采煤系统
1.2 块段式充填采煤工作面布置
2 矸石充填材料重金属离子析出与迁移敏感性分析
1) 矸石粒径
2) 煤层埋深
3) 底板岩性
4) 重金属离子析出浓度
3 矸石充填材料重金属离子“下行”迁移模型建立
3.1 基本假设
3.2 渗流场控制方程
3.3 浓度场控制方程
3.4 应力场控制方程
4 模型的实施与验证
4.1 模型实施
4.2 模型验证
1) 独立性验证
2) 数学模型验证
5 数值模拟结果分析
5.1 矸石粒径对重金属离子迁移的影响
5.2 煤层埋深对重金属离子迁移的影响
5.3 底板岩性对重金属离子迁移的影响
5.4 重金属离子析出浓度对重金属离子迁移的影响
6 重金属离子“下行”迁移控制技术
6.1 工作面环境控制技术
1) 顶板注浆封堵技术
2) 底板铺设防渗层技术
6.2 矸石充填材料属性控制技术
1) pH值调控技术
2) 矸石粒径控制技术
7 结 论

张云,刘永孜,曹胜根,来兴平,刘嘉,张雷铭,童亮,何伟.短壁块段式充填采煤矸石充填材料重金属离子“下行”迁移规律及控制技术[J].采矿与安全工程学报,2023,40(02):284-294.DOI:10.13545/j.cnki.jmse.2022.0533.