新集矿区深层地下水水文地球化学特征与成因分析

以淮南新集矿区深层地下水充水含水层为研究对象，采集新集矿区不同层位的水样，测试水样的阴阳离子浓度，采用统计分析及离子比例系数分析法对砂岩水、推覆体片麻岩、推覆体寒灰水、奥灰水、太灰水5个含水层的74个水样数据进行了分析。结果显示:研究区深层地下水属弱碱性水，阳离子以Na⁺+K⁺为主，阴离子以Cl^-为主，奥灰水中Ca²⁺和SO^2-₄的浓度较大，水化学类型主要以Cl-Na和Cl（HCO₃）-Na型为主；水化学特征主要由浓缩作用和碳酸盐、硫酸盐溶解共同作用，其中大部分水样主要由岩盐溶解控制，新集矿区深层地下水的水化学特征主要由浓缩作用和硫酸盐溶解作用共同控制，砂岩水主要发生的是阳离子交换以及碳酸盐、硫酸盐溶解作用，推覆体片麻岩和推覆体寒灰水可能发生溶滤作用和阳离子交换作用。     

不连沟井田岩溶水水化学特征及其演化规律研究

岩溶水害是准格尔煤田安全生产的重大隐患之一,在分析准格尔煤田东北部不连沟井田水文地质条件的基础上,运用水文地球化学和数理统计的方法,查明研究区水化学特征及演化规律,为矿井水害治理提供科学依据。研究结果表明:(1)研究区岩溶地下水p H值为7.5～8.35,呈弱碱—偏碱性,TDS小于1 000 mg/L,整体为淡水;岩溶水水化学类型包括HCO₃-Na·Ca·Mg型水、HCO₃·Cl-Na·Ca型水和Cl-Na型水;Na⁺、Ca²⁺、HCO₃^-、Cl^-、SO₄^2-为岩溶水的主要阴阳离子。(2)岩溶地下水水化学组分主要受水岩作用及阳离子交替吸附作用的影响;Na⁺、Cl^-主要来源为盐岩的溶解或阳离子交换作用,Ca²⁺、Mg²⁺、HCO₃^-主要来源为方解石、白云石的溶解,...     

雨汪矿区水化学特征及成因分析

为研究云南省富源县老厂煤矿区四勘区西南部的雨汪矿区水环境特征及水循环规律,现场调查后,对8处地表水、1处地下水采取成因分析、相关性分析、同位素组成分析方法,利用Piper三线图和Gibbs图、Pearson相关性图和氢氧同位素组成图分析雨汪矿区的水化学特征及水体补给形式。结果表明,地表水p H呈中性,化学类型为Ca²⁺-HCO₃^-型,地下水p H值呈碱性水化学类型为Na⁺-HCO₃^-+CO₃^2-型,水样属于低矿化度水。地表水TDS与Mg²⁺显著相关,Na⁺+K⁺与SO₄^2-呈显著相关,氢氧同位素组靠近云南降水曲线附近下方地表水和地下水主要离子存在较大差异,地表水受碳酸盐岩风化和蒸发岩影响较明显,地下水可能受到不同含水层补给,并伴随溶滤作用。分析结果证实了含水层的相互联系,对后续防治水工作开展及巷道建设具有...     

溶解离子对白云石和氟磷灰石浮选及表面性质的影响研究

采用纯矿物浮选、Zeta电位和接触角测试等方法研究了溶解离子Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-、PO₄^3-对白云石和氟磷灰石浮选及表面性质的影响。结果表明，溶解离子会明显改变白云石和氟磷灰石的可浮性、表面电性和表面润湿性。Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-、PO₄^3-会降低白云石和氟磷灰石的接触角，导致其疏水性减弱，使其上浮率降低。Ca²⁺、Mg²⁺会使白云石和氟磷灰石表面Zeta电位升高，SO₄^2-、PO₄^3-会降低矿物Zeta电位。研究可为下一步有针对性地去除磷矿浮选中有害离子提供参考。     

裴沟煤矿典型断裂构造带水化学变化特征

断裂运动是错综复杂的地质作用，物质组成的变化能够通过水质中阴阳离子含量直观表现。以裴沟煤矿近20年来的突（涌）水点化验数据为依据探究各含水层水化学普遍性质，发现阳离子含量和矿化度可以作为水源判别的重要指标，以典型构造浮山寨断层为对象研究断裂构造带水化学变化特征，结果显示距离断裂构造带越近，水中Ca²⁺+Mg²⁺含量减小、Na⁺+K⁺含量增大、矿化度降低，揭示断层两盘不同含水层间水掺和程度。     

金属阳离子对高岭石颗粒沉降影响机理研究

高岭石是高泥化煤泥水中的主要矿物，具有粒度细、易泥化、表面荷电等特点，在煤泥水中长时间保持稳定分散状态，不利于煤泥水快速沉降。研究了常见金属阳离子Na⁺、K⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Al³⁺对高岭石颗粒沉降特性的影响，并采用Zeta电位、傅里叶变换红外光谱、微量热、接触角及激光粒度仪等分析手段揭示金属阳离子在高岭石沉降过程中的作用机理。结果表明，在自然pH条件下，加入Al³⁺后综合沉降指标最优，沉降效果最好，其次是Ca²⁺和Mg²⁺,加入K⁺和Na⁺沉降效果相对较差；加入金属阳离子可降低高岭石表面Zeta电位绝对值，压缩双电层，促进高岭石颗粒凝聚及沉降；金属阳离子可与高岭石表面亲水性羟基官能团发生反应，抑制高岭石的水化作用，导致表面疏水性增强，有利于高岭石颗粒疏水聚团及沉降。     

钙镁离子对长石和绿帘石浮选的影响及其作用机理

通过小型浮选试验、动电位测试、吸附试验、溶液化学计算和红外光谱分析等手段研究了油酸钠体系下Ca²⁺和Mg²⁺对长石和绿帘石浮选的影响。结果表明, 纯净的长石和绿帘石矿物几乎不浮, 加入Ca²⁺、Mg²⁺后, 矿物可浮性得到改善;钙镁离子主要以Ca²⁺、CaOH⁺、CaCO₃(s)和Mg²⁺、MgOH⁺、MgCO₃(s)形式吸附在矿物表面;油酸钠和钙镁离子在长石和绿帘石矿物表面存在静电吸附, 且钙镁离子可以促进油酸钠在矿物表面的吸附。     

麻家梁矿主要含水层的水化学特征及其成因研究

利用矿区钻孔做抽水试验取得的水质化验数据,利用Piper三线图研究了地表水、松散层水、山西组砂岩水、太原组砂岩水和奥灰水的水质类型及其水质类型形成原因。利用箱型图研究了各含水层中Ca²⁺、Mg²⁺、Na⁺+K⁺、Cl^-、SO₄^2-、HCO^-₃+CO₃^2-的含量,同时研究分析了同种离子在不同含水层中含量的差别,进而通过离子含量来判别水质类型。为麻家梁矿井水文地质和防治水工作提供理论依据。     

河南省典型矿区采空区地下水水质特征及利用分析

采空区地下水资源是煤矿开采生产中的一种可再生资源。河南省是全国产煤大省之一,煤炭开采历史悠久,所形成的采空区成为地下水的富集区,同时河南煤炭矿区一般也是水资源严重短缺的区域,因此,对采空区地下水资源的利用,是缓解水资源短缺的一个较优选择。通过对河南省典型煤炭矿区(平顶山、郑州、焦作、永城、义马、鹤壁)采空区地下水各方面资料的收集、分析,确定河南省主要开采二叠系煤层,截至2020年底有采空区面积约308 385.95 km²,矿井涌水量约37 869.68万m³,同时应用Piper三角图示法分析,确定采空区地下水主要阳离子为Na⁺+K⁺或Ca²⁺,阴离子为HCO₃^-或SO₄^2-离子,充水水源主要为煤层顶底板承压含水层水。按照地下水质量标准,水质评价结果有Ⅱ类、Ⅳ类、Ⅴ类三个等级,采空区地下水根据评价结果,经过滤、混凝沉淀、反渗透或电渗析脱盐的处理后,可用于饮用水、工业或农业用水。     

钙镁离子对细粒赤铁矿絮凝行为的影响

为了了解Ca²⁺、Mg²⁺对细粒赤铁矿絮凝行为的影响,以巴西某细粒赤铁矿石为研究对象,分别考察了用Na_2CO_3和Na OH调节矿浆pH的情况下,Ca²⁺、Mg²⁺对细粒赤铁矿絮凝行为的影响。结果表明:矿浆中Ca²⁺、Mg²⁺均能促进细粒赤铁矿的絮凝,随着Ca²⁺、Mg²⁺浓度的增大,促进效果增强。pH调整剂为Na_2CO_3时,随着矿浆pH升高,未达硬水浓度的Ca²⁺对细粒赤铁矿絮凝行为的促进效果均增强,而Mg²⁺对细粒赤铁矿絮凝行为的促进作用先增强后减弱;pH调整剂为Na OH时,随着矿浆pH升高,Ca²⁺、Mg²⁺对细粒赤铁矿絮凝行为的促进作用逐渐增强。矿浆中添加Ca²⁺与添加Mg²⁺相比,同等水硬度下,Ca²⁺对细粒赤铁矿絮凝行为的促进作用优于Mg²⁺。相同试验条件下,使用Na OH作pH调整剂时的细粒赤铁矿絮凝效果强于使用Na_2CO_3作pH调整剂时。     

神东矿区顶板垮落岩体在不同水化学条件下的离子迁移特征

采空区内含有大量的顶板垮落岩体，矿井水在地下水库内储存过程中，与采空区内顶板垮落岩体存在离子交换/吸附、溶滤等水岩相互作用，在一定程度上影响矿井水水质。采集了内蒙古哈拉沟矿区采空区顶板垮落岩体，对其阳离子交换容量(CEC)进行测定，并开展了不同水化学条件下(Na⁺、Mg²⁺、K⁺、Ca²⁺质量浓度各250 mg/L)的水岩耦合静态吸附-溶出实验。实验结果表明：采空区顶板垮落岩体的CEC与粒径大小成反比，当粒径小于120目(0.125 mm)时CEC达134 mmol⁺/kg,采空区顶板垮落岩体中交换性盐基离子总量排序为交换性钙?交换性镁>交换性钠>交换性钾；静态吸附-溶出实验48 h后各体系中离子质量浓度趋于平衡，Na⁺体系溶液中阳离子质量浓度均有所升高，其他3种体系中，原有离子质量浓度均有所下降，且K⁺质量浓度下降幅度最大。采空区顶板垮落岩体交换至水溶液中的离子质量浓度由高到低的顺序为：Ca²⁺&g...     

深部岩溶矿井水化学特征及含水层水力联系研究

近年来，华北型煤矿区上组煤开采中受奥灰岩溶水影响的事件时有发生，威胁巨大，为此，以东滩煤矿为例，采用统计分析、Piper三线图、Gibbs图、氯碱指数等水化学研究方法对研究区地表水及各含水层进行了分析。结果显示：研究区地表及地下水整体偏碱性，水质受岩石风化作用影响为主，部分受到蒸发沉淀作用，大气降水对含水层的水化学性质影响很小；各含水层离子来源主要为硅酸盐、蒸发盐及碳酸盐风化及阳离子交换作用；东滩煤矿奥灰含水层与地表水、第四系、十四灰水力联系密切，侏罗系砂砾岩与3煤顶板砂岩含水层水力联系紧密；未来东滩煤矿开采过程中，一、三采区受奥灰影响较大，突水风险较高，十四采区次之，四采区受奥灰影响突水风险较低，需提前做好预防。     

基于PCA-AWOA-ELM模型的矿井突水水源识别

矿井突水是煤矿生产过程最具威胁的灾害之一，为了保障煤矿安全生产，提高矿井突水水源识别精度，提出一种基于改进鲸鱼优化算法(AWOA)耦合极限学习机的水源识别模型。以岱庄煤矿为例，选取Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Cl^-、SO₄ ^2-、HCO₃^-作为判别指标，基于SPSS因子分析提取评价指标主成分，6种离子间相关性较大，Ca²⁺和Mg²⁺,Ca²⁺、Mg²⁺与SO₄^2-、Cl^-之间的相关性均达到了0.7以上，SO₄^2-和Cl^-之间的相关性也达0.68，通过主成分分析提取了3个主成分，从六维空间降低到三维空间，在减少了样本指标之间信息重复的同时，也减少了极限学习机输入层数量，提高了模型对各类型数据的泛化能...     

回水中无机离子对硅钙质磷矿石正反浮选的影响

以贵州某硅钙质胶磷矿为研究对象,通过往矿浆中添加不同浓度的Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-、PO₄^3-、F^-等影响离子,考察了无机离子对磷矿正反浮选的影响,结果表明: Ca²⁺和Mg²⁺会沉淀捕收剂,使精矿P₂O₅品位和回收率大幅度降低; 碱性条件下PO₄^3-会抑制磷矿正浮选; 酸性条件下SO₄^2-易与Ca²⁺反应生成硫酸钙沉淀附着在磷矿表面,影响磷矿反浮选; F^-对磷矿正反浮选影响较小。研究成果可为磷矿正反浮选废水的处理回用提供指导。     

磷尾矿充填中有害元素地下迁移规律研究

以磷尾矿、粉煤灰、水泥为原料制备浆体充填体,通过自制淋滤实验装置模拟充填体中P^-、F^-、总硬度(Ca²⁺、Mg²⁺)、SO₄^2-等在地下的渗透迁移过程。结果表明:充填后地下环境短时间内呈碱性,但淋滤60 d后接近地下水pH值;磷元素易被钙镁体系控制,转化为难溶态,迁移范围较小;淋滤介质对氟化物具有一定吸附作用,淋滤中可溶态氟转化为结合态氟,同时氟化物的溶出具有长期性;钙、镁离子迁移能力较小,溶出集中在充填后30 d内;淋滤介质对硫酸盐吸附作用较小,硫酸盐可能存在较大迁移范围。     

基于组合权-改进灰色关联度理论的矿井突水水源识别

基于组合权和改进灰色关联理论,针对潘谢矿区4个含水层中提取的35个学习样本,建立了矿井突水水源识别模型,并利用该模型对7个检验样本进行了水源识别。结果表明：相同含水层的学习样本和检验样本中Na⁺+K⁺,Ca²⁺,Mg²⁺,Cl^-,SO₄^2-和HCO^-₃等6项化学指标值的含量变化趋势更为接近,符合灰色关联理论。组合权重综合考虑了主客观权重,避免人为因素的干扰,同时考虑了识别指标的实际情况。组合权方法计算的6项识别因子中,Ca²⁺,Mg²⁺,HCO^-₃的权重分别为0.231,0.383,0.203,且3者的权重值相加占总值的81.7%,说明3项指标在矿井突水水源识别中起主要作用。采用建立的组合权-改进灰色关联度模型对7个检验水样进行识别,除1个水样外,其余均与实际结果一致,识别准确率达到86%,表明该模型在矿...     

“天窗区”浅层地下水安全开采研究

针对榆神府矿区某煤矿煤层开采遇"天窗区"导通浅层地下水,改变局部水文地质条件,影响煤矿安全开采的情况,通过Visual Modflow软件建立三维地下水非稳定流数值模型,预测浅层地下水通过"天窗区"对煤层开采涌水量的影响值。研究结果表明:第四系浅层含水层对2煤开采的矿井涌水量中补充的水量为3456.5 m³/d,其中通过"天窗区"对2煤开采的矿井涌水量中补充的水量为2768.8 m³/d;第四系含水层受"天窗区"影响较小,"天窗区"外的第四系含水层对煤层开采影响较小。研究结果为煤矿进行保水安全开采方案提供依据。     

从氯碱盐泥中浸出钙镁的试验研究

针对某氯碱生产过程中产生的盐泥, 为从其中回收钙镁, 制备纳米氢氧化镁和纳米碳酸钙, 对氯碱盐泥进行了盐酸浸出试验研究。结果表明: 采用盐酸浸出, 浸出时间15 min, 温度为60 ℃, 酸度2 mol/L, 液固比5∶1, 搅拌速率500 r/min, 钙镁总浸出率可达到98%以上, 所得钙镁富液中, Ca²⁺、Mg²⁺ 、Al³⁺、Fe³⁺离子浓度为分别为0.63、0.25、0.05、0.022 mol/L, pH=0.5。     

累托石对钾离子的吸附/解吸动力学研究

以KCl为钾源,研究了湖北钟祥累托石对钾离子的吸附和解吸动力学行为。结果表明：累托石对K⁺的吸附速度很快,吸附动力学过程符合ExpAssoc模型,吸附平衡时间约为30 min;累托石对K⁺的等温吸附过程符合Langmuir等温吸附模式,饱和吸附量为14.588 mg/g;pH=5的HCl溶液对K+的解吸量最小,Ca²⁺+Mg²⁺混合溶液对K⁺的解吸量随着Ca²⁺+Mg²⁺浓度的提高而提高,Elovich模型和指数模型（双常数模型）可较好地描述 K⁺的解吸过程;累托石是较好的钾元素缓释载体,环境中Ca²⁺+Mg²⁺浓度越低,缓释效果越好。     

烷基硫酸盐捕收剂对菱镁矿和白云石的浮选性能研究

白云石是低品质菱镁矿中主要的含钙杂质，但是白云石与菱镁矿的晶体结构相似、组成相近，导致钙镁矿物浮选分离困难。开发新型高效脱钙捕收剂是提高白云石与菱镁矿分离效率的主要手段。基于此，探索性地将十二烷基硫酸钠(SDS)作为白云石的捕收剂进行钙镁分离，考察了矿浆pH值、SDS浓度以及可溶性离子Ca²⁺、Mg²⁺和Fe³⁺对菱镁矿与白云石浮选性能的影响，结果表明：在SDS浓度为20×10^-5mol/L、矿浆pH值为10时，白云石与菱镁矿有较好的浮选分离效果。Ca²⁺和Mg²⁺对菱镁矿与白云石均有抑制作用，对两种矿的浮选性差异影响较小。Fe³⁺对白云石的抑制作用较小，对菱镁矿的抑制作用较大，有利于两种矿的浮选分离。FTIR与Zeta电位结果表明，SDS在白云石表面的吸附量远远大于在菱镁矿表面的吸附量，且Fe³⁺可以促进SDS在白云石表面的吸附，抑制SDS在菱镁矿表面的吸附，从而增大白云石与菱镁矿间的可浮性差异。