“矿井水资源化与利用”专题（《煤炭学报》）

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“矿井水资源化与利用”专题（《煤炭学报》）

来源：煤炭学报

专题整理于2021年5月，为2018—2021年《煤炭学报》刊登的“矿井水资源化与利用”主题论文。

行业视野: 环境保护
类别; 48个
关键词; 50位
专家; 10篇
论文; 11875IP
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矿井水地下储存过程中典型污染组分去除规律

作者(Author)：杨建, 王皓, 王甜甜, 王强民, 刘基

摘要：为了查清敏东一矿矿井水水质特征和地下储存过程中典型污染组分去除规律，设计了一种“地表处理+含水层储存”的实验装置，结合现场取样检测、污染组分分析、室内模拟实验等手段开展了相关研究，结果表明，敏东一矿井下矿井水中污染组分来源于天然地下水和煤炭生产，其中来自地下水的Fe,F,Mn等离子超标1.0~3.0倍;煤炭开采造成的污染包括COD、浊度、氨氮、总大肠菌群，分别超标69.67~192.33倍、24.16~55.17倍、0.52~1.10倍和4.33~7.67倍;石油类组分超标则表明矿井水中出现了一定程度的有机污染。混凝沉淀实验中，20.0 mg/L PAC条件下，浊度和COD分别降至13.60 NTU和4.73 mg/L;在常规处理(混凝沉淀)去除悬浮物和COD的基础上，采用“地表处理和含水层储存”的实验模拟工艺，利用地表包气带孔隙介质过滤、氧化反应等作用，使浊度<1.0 NTU,TOC含量=1.097~1.128 mg/L,UV254=0.026~0.037 cm-1,NH4质量浓度0.1 mg/L，地表处理段出水已经满足当地地下水条件;含水层储存过程中，还原环境还可以进一步去除矿井水中有机组分，使TOC含量和UV254进一步降至0.48~0.54 mg/L和0.005~0.008 cm-1。另外，利用三维荧光光谱指纹可以进一步查清矿井水中有机组分种类和去除过程，实验源水中主要出现了Ⅲ区的多环芳烃类有机物(荧光强度(fluorescence intensity，FI)=4 147)和Ⅴ区的腐殖质类有机物(FI=3 140);地表处理后，Ⅲ区和Ⅴ区的FI分别降至2 033~3 140和2 201~2 760，结合UV254的变化特征可以看出，好氧阶段优先去除大分子/多环芳烃类有机物，再经过含水层储存，Ⅲ区的FI进一步降至1 496~1 779，Ⅴ区的FI则≤1 638。采用“地表处理+含水层储存”的矿井水处理储存模式，可以有效去除煤炭开采产生的污染组分，保障矿井水地下储存的水质安全。

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煤炭学报

2020年第08期

1192

750
我国煤矿区水环境现状及矿井水处理利用研究进展

作者(Author)：孙亚军, 陈歌, 徐智敏, 袁慧卿, 张玉卓, 周丽洁, 王鑫, 张成行, 郑洁铭

摘要：煤炭长期占据我国能源消费结构的主体地位，因煤矿建设、开采、洗选、加工、废旧煤窑和矿井关闭等引发矿区一系列水环境问题尤为突出。国家大力支持“煤炭革命”，煤炭安全绿色开采成为新时代的主题，环保部门越发重视煤矿区的水环境问题。分析研究了我国煤矿矿区现阶段的水环境现状，针对不同矿区、不同矿井水类型，从矿井水污染模式和类型、含水岩组结构破坏、水资源流失、矿区土壤重金属富集和废弃矿井水位回升诱发的环境地质问题出发，总结我国煤矿区水环境研究现状、技术水平和未来发展趋势，并以矿井水处理为重点，分析归纳了洁净矿井水(物理法)、含悬浮物矿井水(混凝和超磁分离法)、高矿化度矿井水(蒸馏、离子交换和膜分离法)、酸性矿井水(物理、化学和生物法)、特殊组分矿井水(絮凝沉淀和离子交换法)和矿井水回灌(深层回灌)的水质特点、处理工艺和优缺点,并指明了未来的研究方向。根据煤矿区矿井水资源化利用现状，提出矿井水用于工农业生产、生活和特殊组分的矿井水资源化利用的优势和局限，针对特殊组分的矿井水提出了矿井水资源化利用的技术体系和理论框架，为进一步丰富和完善矿区水资源利用提供技术支撑。最后，针对矿井水资源化利用过程中的问题提出了“阻断、减量和保护”三原则，并对未来我国煤矿区环境现状和矿井水处理利用进行了展望。

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煤炭学报

2020年第01期

2667

1542
基于水化膜弱化促进煤泥脱水机理及试验研究

作者(Author)：闵凡飞, 任豹, 陈军, 刘春福, 彭陈亮

摘要：煤泥颗粒表面水化是煤泥脱水困难的重要因素之一，通过弱化煤泥颗粒表面水化膜促进煤泥高效脱水是一种新的技术方法。为掌握基于弱化水化膜促进煤泥脱水机理，采用密度泛函理论方法模拟了不同长链烷基季铵阳离子(表面活性剂)在煤泥水主要矿物颗粒表面的吸附，通过对吸附构型、Mulliken键布局及电荷的分析，研究了水及药剂在高岭石(001)面、α-石英(001)面和蒙脱石(001)面的吸附机理;通过开展煤泥脱水试验和接触角测试，探讨长链烷基季铵盐药剂对煤泥水分和表面润湿性的影响规律。结果表明，水分子在不同种类矿物(001)面的吸附稳定性顺序为石英>高岭石>蒙脱石，石英对煤泥脱水影响大于高岭石和蒙脱石;长链烷基季铵盐药剂在矿物表面的吸附稳定性明显高于水分子，说明药剂与水分子的竞争吸附作用顺序是蒙脱石>石英>高岭石;长链烷基季铵盐与几种矿物(001)表面吸附均是以静电引力为主，弱氢键为辅。随着长链烷基季铵盐药剂用量的增加，煤泥滤饼水分先减少后增加，当药剂用量为500 g/t效果最好，水分降低2.25%以上;随着药剂用量和链长的增加煤泥表面疏水性显著增加。控制药剂用量是实现高效煤泥脱水的技术关键，添加适量的表面活性剂有利于弱化矿物表面的水化膜，过量长链烷基季铵盐阻碍煤泥脱水。

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煤炭学报

2020年第01期

1194

558
考虑有效应力影响的煤矿地下水库储水系数计算模型

作者(Author)：方杰, 宋洪庆, 徐建建, 杨连枝, 李正一

摘要：综合考虑煤矿地下水库储水系数的潜在影响因素，对弹性模量、上覆岩层体应力、泊松比、上覆岩层密度等进行理论分析，结合弹性力学、渗流力学的相关原理与知识，以及矿井水流动涉及的流固耦合渗流机理，建立了考虑有效应力影响的煤矿地下水库储水系数数学模型，并确定了模型解析解。以宽沟煤矿地下水库为例，计算该地下水库的储水系数并进行影响因素分析。结果表明:采高对储水系数的影响最大，上覆岩层体应力次之，弹性模量最小;储水系数随上覆岩层体应力、垮落带高度的增大而减小，随弹性模量、泊松比、采高的增大而增大。弹性模量每增加1.1 GPa，储水系数增大0.4%~3.0%;上覆岩层体应力每增加20 MPa，储水系数减小19%~39%;泊松比每增加0.1，储水系数增大10%~14%;垮落带高度每增加2 m，储水系数减小8%~11%;采高每增加1 m，储水系数增大20%~60%。根据该模型计算所得储水系数的分布范围为10%~35%，这与矿区抽排水工程试验值范围一致，验证了模型的准确性。

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煤炭学报

2019年第12期

943

1189
神府矿区井下综采设备检修过程中矿井水水质变化特征

作者(Author)：杨建, 曹志国, 王强民, 王甜甜, 张溪彧

摘要：鄂尔多斯盆地神府矿区生态环境脆弱、水资源短缺，矿井水是重要的非常规水资源，但是井下采掘过程中产生的各种污染组分，又大大限制了矿井水的回用。工作面是污染组分产生的主要来源，特别是综采设备检修期间。为查清工作面综采设备检修过程中污染组分释放规律，开展了该阶段矿井水水质变化的现场实验研究，结果表明:研究区煤层顶板基岩含水层长期水岩相互作用形成的高矿化度地下水，导致采空区积水中TDS质量浓度具有基岩含水层水特征(TDS=1348.0 mg/L)。综采设备检修和正式回采过程中设备用水TDS质量浓度较低，使综采工作面矿井水中TDS质量浓度略有降低(1 296.0~1 316.0 mg/L)，其中SO2-4质量浓度降低了28.0~48.0 mg/L。设备检修过程中的人类活动，向矿井水中排放NH4+和大肠杆菌等，硝化作用使采空区和检修前矿井水中NO-3质量浓度较高(1.12~1.97 mg/L)。综采设备检修会导致矿井水中耗氧量、TOC含量,UV254等有机物指标质量浓度显著增加，利用三维荧光指纹发现，采空区和设备检修前的矿井水中主要存在人类活动废水和煤溶出有机质，设备检修期间矿井水中主要存在多环芳烃和石油类污染物，且荧光强度非常高;正式回采期间矿井水中则存在人类活动排出有机物、设备用油、煤溶出有机物等。综采工作面(尤其是设备检修阶段)矿井水中油类污染物质量浓度相对较高。因此，有必要做好综采工作面有机污染的控制，以降低矿井水中污染物质量浓度和矿井水处理成本，扩大矿井水回用途径。

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煤炭学报

2019年第12期

866

307
煤矿分布式地下水库渗流场分析及优化调度

作者(Author)：刘晓丽, 曹志国, 陈苏社, 高岩堂

摘要：煤炭规模化开采势必产生扰动裂隙场，进而破坏地下水系统，并产生大量矿井水，导致矿井突涌水风险。为了保障煤矿生产安全，并将矿井水储存在井下供生产和生活使用，提出了煤矿地下水库理论框架和技术体系。煤矿地下水库建设的关键难题是库容(或储水量)的评估与控制，即将矿井水储存在采空区后，如何保障不断增加的矿井水不会危及到后续煤炭开采活动。基于此，提出了在煤矿区建设多个地下水库，通过管道将多个地下水库相互连接起来形成相互连通的分布式地下水库，并可在多个水库间进行水量联合调度的技术思路。其优势是可以通过水库间的水量调度保证每个水库中的矿井水在安全库容范围，特别是可以使威胁现有采区的地下水库储水量得到有效控制，防止水害发生。以某煤矿分布式地下水库建设为例，根据矿井开采区的地质资料，计算不同高程区域的储水能力，确定分布式地下水库的库容-水位曲线;在此基础上，建立分布式地下水库的地下水数值模拟模型，预测矿区的涌水量;并针对矿区的涌水量，结合地表水资源，按照水量供求关系，进行矿区水资源的优化调度，使得矿区涌水得到合理和高效利用。

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煤炭学报

2019年第12期

999

561
酸性水对含铁破碎岩体降渗特性的实验研究

作者(Author)：鞠金峰, 许家林, 方志远

摘要：针对采动破坏岩体在某些水、岩化学环境下常易出现水渗流能力降低的自修复现象，以含铁质矿物的砂质泥岩破碎岩样为研究对象，就酸性水溶液浸泡与过流过程中岩样的降渗过程及其产生机理开展了实验探索与理论研究。结果表明:酸性水对含铁破碎岩样的降渗现象除了与传统认识的黏土矿物遇水膨胀作用有关外，还与水、岩离子交换化学反应形成的铁质沉淀物和次生矿物对渗流通道的封堵作用密切相关;且随着实验过程中水溶液逐步由酸性向中性转变，破碎岩样的降渗趋势也呈现一定的分区特征。在水溶液pH值较低的初期阶段，岩石矿物受溶解、溶蚀作用显著，长石等铝硅酸盐矿物与H+发生离子交换生成次生高岭石、绢云母、石英等矿物，引起岩样渗透率小幅下降，并促使水溶液pH值逐步升高;由此，绿泥石、伊利石等矿物中析出的Fe2+氧化生成Fe(OH)3化学沉淀的进程大幅提高，引起实验中期岩样渗透率呈快速下降趋势;说明铁质沉淀物对破碎岩样的封堵降渗作用明显强于次生矿物。当水溶液的溶解、溶蚀作用因其pH值升高而快速衰减时，铁质沉淀物与次生矿物的生成进程也随之降低，水溶液对岩样的降渗作用随即进入尾声。研究结果为“人工调节地下水、岩化学环境促进破坏岩体修复”的保水对策制定形成了重要启示，可为煤炭开采水资源保护与生态修复等提供理论参考。

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煤炭学报

2019年第11期

1008

388
Desulfuromonas alkenivorans S-7 联合稻壳处理酸性重金属废水

作者(Author)：佘臣杰, 唐婕琳, 何环, 张朦, 童丽, 唐俊, 陶秀祥

摘要：为了研究硫酸盐还原菌和稻壳联合生物反应器在重金属废水处理中作用及机理。利用实验室前期分离鉴定的硫酸盐还原菌 Desulfuromonas alkenivorans S-7 联合填充稻壳柱式生物反应器处理人工合成酸性重金属(Fe3+ ,Mn2+ ,Cr6+ )废水。比较了废水处理过程中理化特性(pH,Eh ,Ec)及 3 种重金属离子变化规律,并利用 FT-IR 光谱仪分析了微生物和稻壳联合处理作用下重金属离子去除特性。研究结果表明:S-7 能够明显提高酸性废水的 pH,20 d 后 pH 最终稳定在 6.20 左右,也能使反应体系维持在较高的还原环境并降低体系的电导率。 S-7 菌株对 3 种代表性离子都有一定的处理效果,对 Fe,Mn,Cr 三种金属离子的去除效率分别为 Fe>Mn>Cr。反应器处理前期废水中离子的去除速率较快,后期由于离子共存对废水处理的影响使废水中金属离子浓度趋于平衡,出现动态制约平衡,S-7 菌株对 3 种重金属离子的去除机制可能存在差异。处理后期由于 Cr6+浓度上升明显,增大了 SRB 反应器中的重金属含量,明显影响 SRB 反应器的稳定性能;稻壳填充对 S-7 菌株生长能够稳定维持 SRB 反应器的厌氧环境,并且稻壳对金属离子去除也存在一定程度的物理吸附作用。 FT-IR 分析表明:S-7 菌体处理废水时会吸附 Fe,Mn,Cr 离子,其中羟基、胺基、酰胺基及羧基是发生吸附作用重要的官能团;稻壳在处理重金属废水前后,稻壳的 Si—O—Si 和羰基在处理重金属废水中可能发挥了作用。

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煤炭学报

2019年第09期

933

258