“矿区污染与治理”专题（《煤炭学报》）

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“矿区污染与治理”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“矿区污染与治理”主题论文。

行业视野: 环境保护
类别; 54个
关键词; 57位
专家; 12篇
论文; 10805IP
点击量; 4120次
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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

1229

752
基于响应面法治理煤矿硫化氢的改性碱液配比优化

作者(Author)：张超, 王星龙, 李树刚, 刘超, 薛俊华, 刘华

摘要：针对传统碱液在煤矿硫化氢治理过程中吸收率低且易发生二次超限的缺点，以碳酸钠(Na2CO3)溶液为基料，选取表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚乙酸钠(AE9C-Na)和氧化剂过氧化氢(H2O2)为改性剂对碱液进行改性处理。以碳酸钠、表面活性剂和氧化剂的掺量作为影响因子，以硫化氢气体去除率为响应值，首先通过单因素实验单独考察了各影响因子变化对响应值的影响，研究了碳酸钠溶液中不同质量分数的表面活性剂和氧化剂对硫化氢气体脱除的影响。然后按照中心组合设计安排试验，根据试验结果对硫化氢去除率进行拟合与回归分析，得到回归拟合方程。然后应用响应面法(RSM)进一步确定了各影响因子的交互作用，结果表明:各影响因子显著性大小排序为:碳酸钠溶液质量分数＞表面活性剂质量分数＞氧化剂质量分数，碳酸钠溶液质量分数和表面活性剂质量分数的交互作用对硫化氢去除率影响最大。最后，利用Design-Expert软件对改性碱液的配比进行优化，综合考虑吸收效率与成本后，提出本实验所研制的改性碱液最佳配比为:碳酸钠溶液质量分数2.5%，表面活性剂质量分数0.25%，氧化剂质量分数0.8%。以崔家沟煤矿2303工作面为试验地点，喷洒改性碱液对现场硫化氢进行治理，现场试验结果表明，改性碱液对硫化氢的去除率平均为90.3%，且无硫化氢超限及二次逸散现象，治理效果显著。

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煤炭学报

2020年第08期

798

347
燃用准东煤过程中碱/碱土金属迁移规律及锅炉结渣沾污研究进展

作者(Author)：吕俊复, 史航, 吴玉新, 张扬

摘要：准东煤灰分含量低、着火温度低、燃尽性能优良，是优良的动力用煤，但准东煤灰中碱/碱土金属含量高，在燃烧过程中易挥发进入气相并冷凝在受热面上从而强化锅炉的沾污、结渣过程，要实现安全、高效、洁净燃用准东煤，需对准东煤燃烧过程中矿物尤其是碱/碱土金属转化特性和灰熔融特性进行研究。对准东煤中碱/碱土金属(AAEM)赋存形态及燃用过程中AAEM的迁移转化、煤灰熔融特性、准东煤结渣、沾污机理等研究进展进行了介绍，总结了锅炉结渣、沾污关键影响因素及目前常用的防控方法。由于实验样品和条件的差异，AAEM在煤燃烧过程中的释放、转化特性及其对灰熔融特性的影响尚未有一致结论;对于AAEM释放多采用热力学平衡计算，相应的动力学模型缺乏深入研究;由于燃烧试验台实验工况与实际锅炉烟气组分、热参数等存在一定差异，燃烧试验台获得的结渣、积灰特性能否反映真实锅炉情况有待验证;实际锅炉沉积样品分析面临锅炉工况调整困难、可重复性差等问题，需对锅炉实际结渣污特性进行深入研究;锅炉设计、掺烧、参数调整等方法仅能减轻准东煤结渣、沾污等问题，为实现准东煤的安全、高效、洁净利用，仍需更加深入的研究煤灰结渣、沾污机理。应加强灰化温度、气氛等对煤热转化中AAEM的释放和转化特性影响的系统研究,进一步开展AAEM在煤热转化过程中的释放、矿物转化动力学模型研究，同时，需针对温度、气氛、煤灰组分等对准东煤结渣、沾污的影响规律开展更加细致地研究，为结渣、沾污防控提供支持。

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煤炭学报

2020年第01期

1015

579
基于自然边坡模型的草原煤矿排土场坡形重塑

作者(Author)：李恒, 雷少刚, 黄云鑫, 程伟, 邓彪, 张周爱

摘要：在采矿活动中，由于传统的排土场边坡模型并不能很好的融入当地周围环境，导致排土场的水土流失现象十分严重，因此需要对边坡进行地形重塑，以减少土壤损失量，提高边坡保土能力，使排土场能与周围环境相协调。近自然地形重塑以未受扰动的地形作为参照，构建出符合当地侵蚀过程所形成的地形模型，在国内外地形重塑中有诸多应用。根据近自然地形重塑理论及统计学原理，以胜利矿区为研究区，提取并分析该地区自然边坡的特征参数，并以此构建了反S型边坡模型，利用WEPP模型对比分析反S型边坡模型和原排土场边坡模型，验证了反S型边坡模型的优势。研究发现:① 提取胜利矿区的自然边坡剖面线进行分析，分析结果表明胜利矿区主要的边坡坡型为反S型边坡，在此基础上提出了凸面水平占比和凸面竖直占比两个新的边坡特征参数，并对反S型边坡的特征参数进行提取。② 分别对胜利矿区陡坡部分和缓坡部分的边坡特征参数进行相关性分析和曲线拟合，在此基础上分别构建了陡坡部分和缓坡部分的反S型边坡模型，发现陡坡部分的反S型边坡模型中凸面和凹面在竖直方向上的分割点位于黄金分割点附近。③ 以陡坡部分的反S型边坡模型对胜利矿区排土场边坡的特征参数进行设计，向WEPP模型中输入胜利矿区气候、土壤、植被覆盖等数据后，在不同坡高和不同模拟年份的条件下对构建的边坡模型与原排土场边坡模型进行水蚀分析，结果表明随着坡高和模拟年份的增加，反S型边坡模型的保土能力和长期稳定性明显优于原排土场边坡模型，可以依据反S型边坡模型对排土场边坡进行设计。

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煤炭学报

2019年第12期

957

357
解钾细菌C6X对伊利石和钾长石钾吸附动力学的影响

作者(Author)：尚海丽, 毕银丽, 张延旭, 裘浪

摘要：为了开发蒙东露天矿排土场复垦技术，合理利用解钾细菌提高蒙东草原黏土层土壤肥力水平，开发其作为替代熟土的巨大潜力，综合采用无菌实验室静置培养预处理样品法和平衡吸附法，研究解钾细菌对蒙东草原黏土层中2种常见矿物钾长石和伊利石钾的吸附动力学过程的影响。试验结果表明:① 伊利石比钾长石钾的吸附平衡时间更短、钾的累积吸附量更大;解钾细菌显著提高伊利石钾的累积吸附量，而对钾长石无显著作用;② 伊利石钾的吸附动力学过程对指数方程拟合效果最佳，钾长石拟合效果最佳的动力学模型是一级动力学方程;解钾细菌对2种矿物的钾吸附固定过程的动力学模型无显著影响;③ 解钾细菌显著提高了伊利石钾的吸附固定速度，延长吸附平衡时间;解钾细菌对钾长石不同时段吸附速率的提高效果不稳定，对钾长石钾的吸附平衡时间无显著影响;解钾细菌作用提高了伊利石吸附速度随时间的降低速率，伊利石吸附速度随时间的降低速率比钾长石更快;④ 解钾细菌显著提高伊利石在快速阶段和中速阶段的钾吸附量，且吸附时间比接灭活菌处理延长总时长的10%。解钾细菌对钾长石的3个阶段的吸附时间无显著影响。因此，解钾细菌显著影响土壤黏土矿物钾的吸附动力学过程，这为合理利用解钾细菌改善蒙东地区土壤黏土钾肥利用率、促进黏土层作为替代熟土提供借鉴。

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煤炭学报

2019年第12期

798

249
宝日希勒矿区土壤耐重金属铁、锰、铜、铬细菌的筛选与鉴定

作者(Author)：张晓东, 李雅舒, 陈金, 莫莉, 包玉英

摘要：内蒙古露天矿的大规模开采严重影响了内蒙古草原的生态多样性和生态稳定性。由于矿山开采，金属冶炼，存在于土壤中的重金属被剥离到地表，随着大气、水流进入到土壤及水环境中，矿区及附近的重金属污染非常严重，已经严重危害到附近人类饮食和生活健康，我国面临重金属污染治理的巨大的挑战和难题，为筛选出露天煤矿区高效耐重金属菌株，为草地生态修复提供微生物修复的理论基础和菌种资源，以宝日希勒露天矿区为研究对象，选取矿区内外共5个样地，利用不同类型的重金属胁迫培养基筛选出耐铜离子、铁离子、铬离子、锰离子的细菌进行梯度培育，筛选出每种重金属耐受力最强的菌株。研究结果表明，在不同重金属浓度梯度的胁迫下，菌株XFe-1最高耐铁浓度为500 mg/L，菌株XCu-1最高耐铜浓度为500 mg/L，菌株XCr-1最高耐铬浓度为200 mg/L，菌株XMn-1最高耐锰浓度为50 g/L。随后对4种菌株进行重金属胁迫生长曲线实验，每种菌株均对重金属不同浓度有不同程度的响应。通过16s rDNA基因序列分析比对，对4种优良耐重金属细菌进行分子鉴定，XFe-1为蜡状芽孢杆菌(Bacillus toyonensis)，XCu-1为蜡样芽胞杆菌(Bacillus cereus)，XCr-1属于短杆菌属(Brevibacterium sp.)，XMn-1与Genbank基因库序列比对与芽孢杆菌属最高相似度仅为85.37%，为未知种。并对优良耐重金属菌株进行保藏。

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煤炭学报

2019年第12期

751

287
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

894

308
草原型露天煤矿区土壤重金属污染评价及空间分布特征

作者(Author)：李晶, 杨超元, 殷守强, 杨震, 刘乾龙, 崔绿园

摘要：草原型露天煤矿区土壤重金属含量的空间分布特征和污染状况，关系到矿山开采与生态环境修复政策的制定，同时也是研究煤炭开发影响范围的参考指标之一。本文通过分析矿区采场周边土壤重金属含量，评价矿区土壤重金属污染程度，分析土壤重金属的空间异质性，作为从重金属污染视角研究煤炭开采影响的“类型”与“边界”，以及确定生态修复措施的参考依据之一。以宝日希勒一号露天矿采场为中心，从采场边缘向外4 km范围内沿西、西北、北、东北、东、南6个方向设置辐射状的调查样线，共布设了58个土壤采样点。距采场边界0~2 km采样间隔为200 m，2~4 km采样间隔为400 m。在土壤样品采集与处理的基础上，应用内梅罗指数法、地质累积指数法和潜在生态危害指数法，对宝日希勒露天矿区周边土壤重金属污染水平及潜在生态危害进行评价。采用单因素方差分析法分析采场外4 km范围内土壤重金属含量在不同方向上随采场距离的变化特征，判断采煤活动是否对采场外土壤重金属含量造成影响及影响边界。通过对土壤重金属含量进行相关分析，探索不同土壤重金属元素是否具有相同的来源。研究结果表明:① 与土壤环境质量(GB 15618—1995)Ⅰ级标准相比，宝日希勒矿区土壤重金属中Pb，Zn和Cr均未超标，Cu超标率为28%，但未超过国家Ⅱ级标准，对农牧业生产、人体健康和环境基本没有影响。② 以内蒙古土壤背景值为标准，Pb，Cu部分无污染，部分中度污染，Zn和Cr没有污染。综合污染程度指数处于“警戒线”水平。潜在生态危害指数<150，处于轻微生态风险等级。③ 在附近有道路分布的西、西北方向及S201省道附近的采样点上，Pb含量相对较高。④ Zn与Cu在东方向，Pb与Cu在北方向具有较强的相关性，各元素之间在其他方向均未表现出较强的相关性。Pb，Cr，Zn和Cu含量与采场距离关系不密切，没有呈现距离衰减特征。⑤ 参照2018年颁布实施的《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 15618—2018)，各项土壤重金属含量远低于规定的风险筛选值，土壤污染风险低，可以忽略。宝日希勒矿区采场外4 km范围内土壤重金属含量总体上处于无污染状态。各方向Pb，Cr，Zn和Cu含量均未表现出距离衰减特征，个别土壤采样点重金属含量相对高，附近分布有道路、居民点、电厂等，与煤矿直接开采关系不明显。

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2019年第12期

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