神东矿区典型矿井水中氟的分布特征及形成机制_杨思敏.pdf
《神东矿区典型矿井水中氟的分布特征及形成机制_杨思敏.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《神东矿区典型矿井水中氟的分布特征及形成机制_杨思敏.pdf(11页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、神东矿区典型矿井水中氟的分布特征及形成机制杨思敏1,2,李井峰1,白璐1(1.国家能源集团煤炭开采水资源与利用国家重点实验室,北京102211;2.国家能源集团神东煤炭集团有限责任公司,陕西榆林719315)摘要:神东矿区位于陕西省北部和内蒙古鄂尔多斯市南部,气候干燥且降水稀少,水资源缺乏。矿区煤炭开采过程中产生的大量矿井水是重要的生产生活水源,然而神东矿区不同区域的矿井水氟化物浓度相差较大,部分区域浓度较高,为此笔者分析了高氟矿井水的分布特征及成因,对矿井水的资源化复用具有重要意义。基于神东矿区不同区域的 58 组矿井水水质分析结果,运用数理统计法,Piper 三线图、Gibbs 图,SI
2、模拟等研究方法,同时通过对不同区域采集岩心和煤层顶板岩石进行XRF 分析,探讨神东北部和中心矿区不同埋深矿井水中氟的时空分布特征及形成机制。研究结果表明:研究区矿井水中 F的质量浓度变化范围为 0.313.7mg/L,均值为 4.3mg/L,较高 F浓度的矿井水 pH 呈碱性。在水平方向上神东矿区呈现北部和西南部矿井水中 F浓度较高、东南部矿井水中F浓度低的现象;垂直方向上呈现随开采深度的增加而增加的趋势,不同深度延安组含水层地下水所补给矿井水的 F浓度差异较大,深度 80130m 延安组含水层地下水补给矿井水中 F浓度较低,200500m 延安组含水层地下水补给矿井水 F浓度相对较高。矿井水
3、中 F浓度随季节的变化趋势不明显。延安组岩样含氟矿物 XRF 分析表明北部矿区和中心矿区西部含氟矿物含量相对中心矿区东部高。矿井水较高的 F浓度与水化学环境具有一定的关系,蒸发浓缩作用、阳离子交替吸附,水岩相互作用导致的矿物溶解共同导致了地下水中 F的富集。关键词:氟;矿井水;水化学类型;空间分布;神东矿区中图分类号:TD743文献标志码:A文章编号:02532336(2023)06024611Distribution characteristics and formation mechanism of fluoride in typical minewater in Shendong Min
4、ing AreaYANGSimin1,2,LIJingfeng1,BAILu1(1.State Key Laboratory of Water Resources Protection and Utilization in Coal Mining,China Energy Investment Corporation Limited,Beijing 102211,China;2.Shendong Coal Group Co.,Ltd.,China Energy Investment Corporation Limited,Yulin 719315,China)Abstract:Shendong
5、miningareaislocatedinthenorthofShaanxiProvinceandthesouthofOrdosCity,InnerMongolia,withdrycli-mate,sparseprecipitationandwaterresourcesscarcity.Alargeamountofminewaterproducedintheprocessofcoalminingisanimport-antsourceofproductionandlivingwater.However,theconcentrationsoffluorideinminewaterindiffer
6、entregionsofShendongminingareaspresentsignificantdifferences,whiletheconcentrationisrelativelyhighinsomeareas.Therefore,thedistributioncharacteristicsandgenesisofhighfluorideminewaterwasanalyzedinthisstudy,whichwasofgreatsignificancefortheresourcereuseofminewater.Basedontheanalysisresultsof58groupso
7、fminewaterqualityatdifferentregionsintheShendongminingarea,researchmethodssuchasmath-ematicalstatistics,piperthree-linediagram,gibbsdiagram,SIsimulation,etc.wereused.Meanwhile,XRFanalysiswasconductedonrockcoresandcoalseamroofrockscollectedfromdifferentareastoexplorethespatiotemporaldistributionchara
8、cteristicsandformationmech-anismoffluorineinminewateratdifferentburialdepthsinthenortheasternandcentralminingareas.Theresultsshowedthattheconcen-trationofF-inminewatervariedfrom0.3to13.7mg/L,withanaveragevalueof4.3mg/L.ThepHvalueofminewaterwithhigherF-收稿日期:20220525责任编辑:黄小雨DOI:10.13199/ki.cst.2022-04
9、27基金项目:煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室自主研发资助项目(SHJT-16-28);煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室自主研发资助项目(SHGF-16-22)作者简介:杨思敏(1992),男,内蒙古鄂尔多斯人,工程师,硕士研究生。E-mail:第51卷第6期煤炭科学技术Vol.51No.62023年6月CoalScienceandTechnologyJun.2023煤炭加工与环保杨思敏,李井峰,白璐.神东矿区典型矿井水中氟的分布特征及形成机制J.煤炭科学技术,2023,51(6):246256.YANGSimin,LIJingfeng,BAILu.Distributionchar
10、acteristicsandformationmechanismoffluorideintypicalminewaterinShendongMiningAreaJ.CoalScienceandTechnology,2023,51(6):246256.246concentrationwasalkaline.Inthehorizontaldirection,theF-concentrationinminewaterwashigherinthenorthandsouthwestofShen-dongminingarea,whileitpresentedlowerinthesoutheast.Thef
11、luorineconcentrationpresentedanincreasingtendencywiththeenhance-mentofminingdepthintheverticaldirection.TheF-concentrationofminewaterreplenishedbygroundwaterindifferentdepthsofYananFormationaquifervariedgreatly.ThelowerF-concentrationwasobservedintheYananFormationaquiferwithadepthof80-130meters,wher
12、eastherelativelyhighervaluewasshownatthe200-500metersdepth.ThetrendoffluorineconcentrationinminewaterisnotobviouswiththechangesintheseasonTheXRFanalysisoffluorinatedmineralsinrocksamplesfromtheYananGroupindicatedthatthecontentsoffluorinatedmineralsinthenorthernandwesterncentralminingareaswererelativ
13、elyhighercomparedwiththatintheeast-erncentralminingarea.ThehighF-concentrationinminewaterhadacertainrelationshipwiththehydro-chemicalenvironment.Evapora-tionandconcentrationprocess,cationalternatelyadsorption,andmineraldissolutioncausedbywater-rockinteractionledtotheenrich-mentofF-ingroundwater.Key
14、words:fluoride;minewater;hydrochemicaltype;spatialdistribution;ShendongMiningArea0引言HCO3地壳中的氟元素是含量排名第 13 位的元素,电负性强。作为人体必不可少的微量元素之一,较低浓度的氟(F)能使人体的骨骼和牙齿坚固,减少龋齿的发病率,过量的 F则可能导致氟斑牙、软组织损害、氟骨病、肿瘤和白血病等疾病1-3。氟化物在中国、印度和巴基斯坦等国家的地下水中出现较高浓度的现象,是一个相对严重的问题4-6。地下水作为重要的饮用水来源,世界卫生组织(WHO)和中国对饮水中氟的“标准限值”分别为 1.5mg/L 和 1
15、.0mg/L7。地下水中氟化物产生的原因较为相似,包括含氟矿物及其风化产物与地下水的水岩溶解作用,阳离子交换作用和蒸发作用等。常见的含氟矿物包含硅酸盐矿物、萤石(CaF2)、冰晶石(Na3AlF6)、黄玉(Al2SiO4)、氟磷灰石(Ca5(PO4)3F)、氟镁石(MgF2)、云母类和角闪石等,而 CaF2则通常被认为是地下水中F的主要矿物质来源4,8-9。高浓度 F常见的水化学环境为较高浓度的和 Na+、较高的 pH 和温度、低浓度的 Ca2+10-12。神东煤炭集团公司共有 13 座矿井,具有良好的地质条件和丰富的煤炭资源储量,是我国首个 2 亿 t级的煤炭生产基地。然而,神东矿区干旱少雨
16、,缺少饮用水资源。神东煤炭集团公司在开发煤炭的同时,也产生了大量的矿井水,矿井水可作为重要的生产、生活和生态用水资源。煤炭生产过程加速水-岩耦合作用,进而使地下水中的 F浓度增加13。通过对神东矿区矿井水水质指标检测发现,神东矿区部分位置矿井水存在氟化物浓度超过地表水环境质量标准(GB38382002)(1mg/L)的现象。矿井水中较高的氟化物影响水的资源化利用,也增加企业的环保成本。目前,神东矿区矿井水氟化物随着时空变化的分布规律报道较少。因此,以神东矿区不同区域的矿井水为研究对象,以长周期矿井水水质监测为基础,研究矿井水氟化物的赋存规律、水化学环境特征和氟化物时间空间变化规律等方面,系统分
17、析高氟矿井水的产生规律和时间、空间分布特征。期望能为神东矿区减少环保成本、提高水资源利用效率,为矿区不同区域高氟矿井水的调查和治理提供帮助。1研究区概况神东煤炭集团公司矿井区域位于陕西省北部内蒙古自治区西南部,榆林市北部鄂尔多斯市东南部,北纬 39.3339.50、东经110.07110.18。处于黄土高原北缘与毛乌素沙漠东侧过渡地带,面积3481km2。气候为半干旱大陆性季风气候,冬寒雨雪稀少,春旱多风干燥,夏季炎热多雨,降水年际和年内变化很大,多年平均降雨量 424.3mm14。根据神东矿区内部相对位置,相对靠北部位置的煤矿可称为北部矿区,相对位置在南部的位置为中心矿区,中心矿区根据乌兰木
18、伦河的相对位置,分为东部和西部。神东北部矿区包括补连塔煤矿以北的煤矿,以布尔台煤矿为代表,中心矿区为补连塔煤矿及以南的煤矿,根据中心矿区地理位置,西部以补连塔煤矿为代表、东部以哈拉沟煤矿为代表,3 个煤矿分别代表高 F区域、次高 F区域和低 F区域。神东矿区地表水系统发达,主要包括乌兰木伦河及其支流和饽牛川及其支流。研究区主要包含有3 个地下含水层,第含水层组(Q4):为松散层孔隙潜水,其水位埋深的升降与降雨丰枯有关。第含水层组(J2z):直罗组裂隙承压水,分布面积广。第、含水层组为浅层地下水,第(J12y)含水层组为延安组裂隙承压水,为深层地下水。2材料与方法2.1样品采集在神东矿区不同位置
19、矿井水进行了不同季节周杨思敏等:神东矿区典型矿井水中氟的分布特征及形成机制2023年第6期247期采样,共采集矿井水样品 58 组(图 1),其中神东北部矿区矿井水为 12 组(分布在布尔台煤矿 42 煤,共6 组;深度 345.0435.0m;长期监测位置在 42 煤层采空区清水排立风井钻孔,共 6 组;深度 435.0m),神东中心矿区(西)矿井水为 24 组(取样位置分布在补连塔煤矿 22 煤层,共 7 组;深度 210.0286.1m;长期监测位置在 22 煤层采空区清水应急排口,共17 组;深度 299.99m),神东中心矿区(东)矿井水为22 组(取样位置分布在哈拉沟煤矿 22 煤
20、层和 31 煤层,共 14 组;深度分别为 80.6128.1m 和 173m;长期监测位置在 22 煤层采空区清水应急排口和采空区供水 2 处,共 8 组;深度 95.9m 和 114.6m),所有矿井水样品所处煤层上部第一个含水层均为延安组,往上为松散层萨拉乌苏组含水层。神东北部矿区和神东中心矿区(东)分别采集岩心 2 组;神东中心矿区(西)采集煤层顶板 1 组。以不同煤矿生产过程中产生的矿井水和煤矿涌水为研究对象,采集不同季节煤矿生产产生的矿井水和井下强排孔水源。强排孔矿井水通常在取样前先确保强排孔运转,一段时间后开始取样。N0510 kmC(F1)小于 1 mg/L4 mg/LC(F1
21、)1 mg/L7 mg/LC(F1)14 mg/L矿界北部矿区中心矿区(东)中心矿区(西)图1神东矿区矿井水采样点分布Fig.1DistributionofminewatersamplingpointsinShendongMiningArea2.2样品的采集和分析温度、pH 值、溶解氧(DO)等指标现场测试,其余指标送至实验室检测。水样测试均在鄂尔多斯市环境监测检验有限公司检测进行。在实验室先用蒸SO24馏水润洗采样瓶(1L 棕色玻璃瓶)3 遍,矿井水采样前,再用水样润洗 23 遍后取样。水样采样执行 水质采样技术指导HJ4942009 标准,水样在现场测定指标后,装满并密封带回实验室,放于
22、4 冰箱保存,48h 内检测分析。F测定校准采用国家标准样品,编号:GSB07-1194-2000,保证数据的准确性。DO 和 pH 值采用 DZB-718L 便携式多参数分析仪/EJYS-JC-137 进行测定,水温采用水银温度计进行现场测定,Cl、NO3和 F采用液相离子色谱(883BasicICPlus 离子色谱仪/EJYS-FX-005)测定,Na+、Mg2+、Ca2+和 K+采用 iCAP7200电感耦合等离子体发射光谱仪/EJYS-FX-008 测定,溶解性总固体根据水质悬浮物的测定重量法GB/T119011989测定,电导率采用 HQ14D/电导率仪 EJYS-FX-018 测定
23、,碱度采用水和废水监测分析方法(第 4 版增补版)酸碱指示剂滴定法(B),20192021 年神东监测矿井水时间规律 F采用水和废水监测分析方法(第 4 版增补版)液相离子色谱仪(瑞士万通 930 型)测定。岩心元素分析采用 X 射线荧光光谱仪,ZSXPrimusII,岩心经过物理破碎和研磨后进行测定。采用 Aqqa1.5 绘制矿井水 Piper 三线图,Origin2022 绘制矿井水 Gibbs 图。研究采用Piper 三线图及相关性分析等方法分析地下水水样的水化学类型及其特征。水岩耦合作用矿物的溶解与沉淀受到矿 物 在 地 下 水 中 的 饱 和 指 数(SI)决 定,采 用PHREEQ
24、C2.15 计算石膏、方解石、白云石和萤石的饱和指数。3结果与分析3.1不同区域矿井水水化学指标表 1 为神东北部矿区和中心矿区矿井水水化学指标统计。根据表 1 可知,神东北部矿区和中心矿区不同煤矿矿井水 pH 值总体呈碱性,中心矿区不同深度的矿井水 pH 值呈现出较大差异,北部矿区矿井水 pH 呈碱性,pH 为 7.78.7,均值为 8.3,中心矿区西部矿井水 pH 呈碱性,pH 为 6.88.9,均值为 7.9,中心矿区东部矿井水 pH 为 6.88.9,均值为 7.7。神东中心矿区东部矿井水 F质量浓度基本小于 1.0mg/L,而神东中心矿区西部和北部矿区矿井水 F浓度均出现较高的情况,
25、前者在 3.012.8mg/L,后者在 4.113.7mg/L。神东北部矿区和中心矿区西部矿井水 EC 平均值分别是 2.27 和 2.72mS/cm,中心矿区东部矿井水 1.04mS/cm。随着矿井水中 F浓度增加,pH 值在逐渐增加。2023年第6期煤炭科学技术第51卷2483.2氟的分布特征3.2.1氟的时间变化规律为阐明神东矿区矿井水 F浓度时间变化特征,选取 20192021 年时间范围内神东北部矿区和神东中心矿区西部矿井水 F浓度进行分析,同一取样位置的 F含量随时间的变化进行对比分析(图 2),结果表明 20192020 年神东北部矿区和神东中心矿区西部矿井水 F含量随季度变化趋
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 矿区 典型 矿井 水中 分布 特征 形成 机制 杨思敏
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。