煤炭学报(煤炭学报包一翔)

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创新点

（1）分析了矿业活动影响下神东矿区高氟地下水的含量分布及空间特征。

（2）研究了神东矿区高氟矿井水形成的水化学环境特征。

（3）揭示了神东矿区高氟矿井水形成的主要机制。

作 者

郝春明1,2,张 伟1,何瑞敏3,李 庭4,包一翔2,李井峰2

单 位

1. 华北科技学院 化学与环境工程学院; 2. 煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室; 3. 神华神东煤炭集团有限责任公司; 4. 中煤(北京)环保工程有限公司

研究背景

神东矿区煤炭资源十分丰富,但淡水资源相对匮乏,生态环境脆弱,人均水资源量非常有限。由于地表水资源缺失,采矿产生的矿井水会全部被储存于地下水水库中,作为当地生活饮用水循环利用 。随着煤矿的高强度大规模开采,高质量浓度的F-在矿井水中被检出,其中布尔台矿区矿井水中F-质量浓度高达7.40mg/L ,超过了《生活饮用水卫生标准》7.4倍,高氟矿井水已成为威胁矿区居民饮用水安全和制约资源化循环利用的关键问题。然而其分布特征,来源和形成机制还未进行过系统的分析和研究。

为此,笔者以神东矿区矿井水中F-为主要研究对象,系统分析高氟矿井水的含量特征和空间分布,探讨了其来源和形成机制,为实现矿区水资源循环利用,保护矿区居民饮用水水质安全,防止地下水F-污染,维护区域生态环境健康发展提供技术指导和科学支撑。

摘 要

神东矿区煤炭资源丰富,但淡水资源匮乏,高氟矿井水已成为制约矿井水循环利用的关键因素,然而高氟矿井水的来源和形成机制尚未进行过系统研究。

系统采集了神东矿区62 组不同水体样品,利用数理统计、离子比及因子分析等手段,在矿物溶解与沉淀,蒸发浓缩,阳离子交换,竞争吸附和人为污染作用等方面探讨了神东矿区高氟矿井水的F-质量浓度特征和空间分布规律,并分析了其来源和形成机制。

结果显示:神东矿区矿井水中F-质量浓度为0.16~12.75mg/L,平均值为5.01mg/L,有77.78%的样品超过了《生活饮用水卫生标准》(GB5749—2006)。从空间分布看,神东矿区矿井水中F-质量浓度呈现西北高,东南低的态势,高氟矿井水主要分布在布尔台矿和乌兰木伦矿等矿区。垂向上看,高氟地下水主要集中分布在埋深150~300m,主要为3-1煤和5-2煤开采后产生的矿井水的埋深范围。 偏碱性,TDS,Na+,HCO3-,和低Ca2+是形成高氟矿井水的主要水化学环境。延安组是高氟矿井水最主要的补给来源。高氟矿井水的形成主要受含氟矿物的溶解控制,方解石和白云岩的溶解饱和影响了萤石等含氟矿物的溶解平衡,造成矿井水中F-质量浓度的升高;阳离子交换作用提升了矿井水中Na+的质量浓度,HCO3-的竞争吸附置换出了黏土矿物表面吸附态的F-,均促进了F-在矿井水中富集,而蒸发浓缩和人类活动对高氟矿井水形成贡献较小。

部分图片

水体采样点分布和水文地质剖面

不同水体Piper 三线图

常规能源是指技术上比较成熟，已被人类广泛利用，并在生产和生活中起着重要作用的能源。包括：水电、汽油、蒸汽、煤炭、石油、天然气等资源。

不同埋深的矿井水氟化物分布

不同水体氢氧同位素分布

矿井水中F-与其它水化学离子相互关系

矿井水中Ca2+和F-相互关系

F-与多种矿物饱和系数SI 关系

矿井水中Gibbs 图和F-与C(F-) / C(Cl- )对比关系

矿井水中CAI1 与CAI2 和TDS 与n(Na+) /[n(Na+ )+n(Cl-)]相互关系

矿井水中HCO3-和pH 分别与F-相互关系

矿井水中F-和Cl-分别与NO3-相互关系

作者简介

传统的石灰/石灰石工艺有其潜在的缺陷，主要表现为设备的积垢、堵塞、腐蚀与磨损。为了解决这些问题，各设备制造厂商采用了各种不同的方法，开发出第二代、第三代石灰/石灰石脱硫工艺系统。

郝春明，男，1978年2月19日生，河北廊坊人，华北科技学院，博士（后），副教授，硕士生导师。国家重点研发计划项目和河北省生态环境厅土壤-地下水污染防治项目评审专家。曾主持河北省自然科学基金面上，自然资源部科研性专项，中国地质调查局基础地质调查项目等10余项，获自然资源部科技进步二等奖1项，出版科研专著2部，发表学术论文45篇，其中SCI和Ei14篇。

研究方向

矿山环境污染控制与生态修复

主要成果

致力于矿业活动影响下特征污染物在矿区多介质间迁移转化机制的研究工作，取得了多项成果。研究了污染物迁移转化过程中伴随的水岩作用；分析了环境同位素在矿区水土环境污染物形成，迁移转化过程中的应用；开展了特征污染物的定量源解析，为矿区特征污染物的源解析、迁移转化分析以及污染防治提供了技术支撑。

来源：

郝春明,张伟,何瑞敏,等. 神东矿区高氟矿井水分布特征及形成机制[J]. 煤炭学报,2021,46(6):1966-1977.

HAO Chunming,ZHANG Wei,HE Ruimin,et al. Formation mechanisms for elevated fluoride in the mine water in Shendong coal-mining district[J]. Journal of China Coal Society,2021,46(6):1966-1977.

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