F-在煤矿采空区充填矸石中运移规律及其随达西流速变化特征

• Published in: 河南理工大学学报（自然科学版） Vol. 44; no. 2; pp. 90 - 98
• Main Authors: 赵丽, 贾祥腾, 张庆, 许峰, 朱开鹏, 孔伟芳, 邢明飞, 金毅
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 河南理工大学 资源环境学院,河南 焦作 454000 01.03.2025; 陕西省煤矿水害防治技术重点实验室,陕西 西安 710077%河南理工大学 资源环境学院,河南 焦作 454000%陕西省煤矿水害防治技术重点实验室,陕西 西安 710077
• Subjects: dispersion coefficient; 氟化物; 阻滞系数; 双点位吸附溶质运移模型; 煤矸石; coal gangue; solute transport; fluoride; 溶质运移; retardation coefficient; two-site model; 弥散系数
• ISSN: 1673-9787
• DOI: 10.16186/j.cnki.1673-9787.2023030059

X75; 煤矿开采过程中,煤矸石的大量堆积及其对地下水的污染影响,已成为亟需解决的生态环境和资源化利用问题.目的 将煤矸石充填采空区作为矿井水净化的储水空间,既能实现煤矸石资源化利用,又有助于去除矿井水中的氟化物,是一种经济且环保的可行方案.方法 本研究以矿井水中F-为研究对象,以保德矿采空区煤矸石为充填介质,根据研究区水文地质条件,在25℃、达西流速6.24,3.12,1.56 cm/h下开展室内柱模拟实验.利用CDE模型和双点位模型对实验数据进行数值模拟,探讨不同流速下F-运移特征.结果 结果表明:Cl-作为非反应性示踪剂,其穿透时间与流速负相关,CDE模型可以较好表征其运移规律,弥散作用随着达西流速增加而增大;相较于CDE模型,双点位模型能更好地表征F-运移过程,充填矸石对F-吸附阻滞现象显著,且阻滞系数R和吸附量均随流速减小而增大.F-在煤矸石上的平衡吸附点位占总吸附点位的比值(f值)和分配系数β值随流速减小而增加,而一级动力学吸附速率常数α随流速减小而降低,这表明溶质运移过程中平衡吸附作用随着流速减小逐渐增强.此外,随着淋滤液持续注入,矸石表面的OH-不断被注入的F-通过离子交换吸附作用置换到淋出液中,导致淋出液pH升高,且流速越低,pH升高越明显.结论 研究结果为高氟矿井水净化提供了一定的理论依据,有助于提升煤矸石资源化利用途径,具有显著的环境经济效益和推广应用潜力.