辛置煤矿主要含水层的自由排水柱淋滤实验与水岩作用机理

赵峰华, 郭元, 孙红福, 朱孟浩

赵峰华, 郭元, 孙红福, 等. 辛置煤矿主要含水层的自由排水柱淋滤实验与水岩作用机理[J]. 煤炭学报, 2019, (4). DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2018.1350
引用本文: 赵峰华, 郭元, 孙红福, 等. 辛置煤矿主要含水层的自由排水柱淋滤实验与水岩作用机理[J]. 煤炭学报, 2019, (4). DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2018.1350
ZHAO Fenghua, GUO Yuan, SUN Hongfu, et al. Free draining column leaching experiment and mechanism of water-rock interaction in main aquifer of Xinzhi coal mine[J]. Journal of China Coal Society, 2019, (4). DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2018.1350
Citation: ZHAO Fenghua, GUO Yuan, SUN Hongfu, et al. Free draining column leaching experiment and mechanism of water-rock interaction in main aquifer of Xinzhi coal mine[J]. Journal of China Coal Society, 2019, (4). DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2018.1350

辛置煤矿主要含水层的自由排水柱淋滤实验与水岩作用机理

Free draining column leaching experiment and mechanism of water-rock interaction in main aquifer of Xinzhi coal mine

  • 摘要: 辛置煤矿石炭系太原组K2灰岩含水层与奥陶系峰峰组O2f灰岩含水层水质参数相互重叠,利用传统的判别方法无法对这两个水源进行有效判别。为了解决辛置煤矿水源判别的问题,并揭示该矿4个主要含水层的水岩相互作用机理,对辛置煤矿4个主要含水层的岩芯样品进行自由排水柱淋滤实验。研究结果表明:① 岩芯样品含有非矿物相的硫酸盐,4个主要含水层地层同样也含有硫酸盐和石膏矿物,造成淋滤液和灰岩含水层水样均富含硫酸根离子;② K8,K3,K2和O2岩芯淋滤液中SO2-4离子当量百分比均超过74%,Ca离子当量百分比均超过40%,所有淋滤液对应的水化学类型均为SO4-Ca型;③ 所有淋滤液中阴离子含量大小顺序均为:SO2-4>HCO-3>Cl-,K8,K3,K2和O2f岩芯淋滤液中阳离子含量顺序分别为:Ca>Mg>K>Na,Ca>Na>Mg>K, Ca>Mg>Na>K和Ca>Mg>K>Na;④ K2灰岩岩芯样品和淋滤液中Mo,Sb,U和Sr含量均高于奥陶系O2f灰岩岩芯样品及其淋滤液,但Fe离子含量分布规律正好相反,该特征可以作为判别K2和O2f灰岩含水层的参考因素。辛置煤矿含水层的水化学特征受岩性、埋藏条件、地下水补径排及水动力条件的控制,含水层实际水质比淋滤液更为复杂多变。K8砂岩含水层和K3灰岩含水层的水化学类型分别为HCO3-Na型和SO4-Na型,与对应的淋滤液水化学类型差异较大;但K2和O2f灰岩含水层的实际水化学类型与淋滤液基本一致。二叠系K8砂岩含水层中主要的水岩相互作用为溶解斜长石为主,部分区域中可能存在少量的硫酸盐溶解反应。太原组K3灰岩含水层中的水岩相互作用主要为方解石和白云石矿物的溶解,以及部分硫酸盐和钠盐的溶解反应。太原组K2灰岩含水层和奥陶系峰峰组O2f灰岩含水层中主要的水岩相互作用均为方解石、白云石和硫酸盐的溶解,以及局部地段的脱硫酸作用。
    Abstract: The water quality parameters of the K2 limestone aquifer of the Carboniferous Taiyuan Formation and the O2 f limestone aquifer of the Ordovician Fengfeng Formation overlap each other in the Xinzhi coal mine,China. Therefore, the two water sources cannot be effectively discriminated by the conventional discriminating methods. In order to solve the problem of water source discrimination and reveal the water-rock interaction mechanism of the four main aquifers in the Xinzhi coal mine,this paper conducts a free draining column leaching experiment on the core samples of four main aquifers in Xinzhi coal mine. The results show that ① the core samples contain sulfate of non-mineral phase,and the four main aquifer formations also contain sulfate and gypsum minerals,which cause the leachate and limestone aq- uifer water samples to be rich in sulfate ions;② the equivalent percentages of SO24- and Ca2+ ions in the K8 ,K3 ,K2 and O2 core leaching filtrates exceed more than 74% and 40% ,respectively,and the corresponding water chemical types of all leaching filtrates are SO4 -Ca type;③ the order of anion content in all leaching filtrates is:SO24- >HCO- >Cl- ,the order of cation content in the K8 ,K3 ,K2 and O2 f core leaching filtrates are Ca>Mg>K>Na,Ca>Na>Mg>K,Ca>Mg>Na>K and Ca>Mg>K>Na,respectively;④ the contents of Mo,Sb,U and Sr in K2 limestone core samples and leaching filtrate are higher than those in Ordovician O2 f limestone core samples and leaching filtrate,but the distribution of Fe ion content is opposite. These characteristics can be as a reference factor for distinguishing K2 and O2 f limestone aqui- fers. The water chemistry characteristics of the aquifer in Xinzhi Coal Mine are controlled by lithology,burial condi- tions,groundwater recharge and hydrodynamic conditions. Therefore,the actual water quality of the aquifer is more complicated and changeable than the leachate. The water chemical types of K8 sandstone aquifer and K3 limestone aq- uifer are HCO3 -Na and SO4 -Na,respectively,which are different from the corresponding leachate water chemical types. However,the water chemistry types of the K2 and O2 f limestone aquifers are generally the same as the corre- sponding leaching filtrates. The main water-rock interaction in the Permian K8 sandstone aquifer is mainly dissolved plagioclase,and a small amount of sulfate dissolution reaction may exist in some areas. The water-rock interactions in the K3 limestone aquifer of the Taiyuan Formation are mainly the dissolution of calcite and dolomite minerals,as well as the dissolution of some sulfates and sodium salts. The main water-rock interactions in the K2 limestone aquifer of the Taiyuan Formation and the O2 f limestone aquifer of the Ordovician peak group are the dissolution of calcite,dolomite and sulphate,and the desulfurization occurring in local area.
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  • 网络出版日期:  2023-04-10
  • 发布日期:  2019-04-29

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