CaCO3/Fe(OH)3修复单一裂隙岩样的降渗试验_中国煤炭行业知识服务平台

CaCO3/Fe(OH)3修复单一裂隙岩样的降渗试验

作者

鞠金峰李全生许家林李娟娟
单位

中国矿业大学矿山互联网应用技术国家地方联合工程实验室中国矿业大学物联网（感知矿山）研究中心煤炭开采水资源保护与利用全国重点实验室国家能源投资集团有限责任公司中国矿业大学煤炭精细勘探与智能开发全国重点实验室中国矿业大学深地工程智能建造与健康运维全国重点实验室
摘要

采煤引起的覆岩导水裂隙广泛发育是导致地下水流失与生态损伤的重要原因，科学实施导水裂隙的修复降渗对于实现采损含水层生态功能修复与煤矿绿色开采意义重大。利用化学沉淀易发生吸附-固结而形成封堵降渗作用的特性，开展了CaCO3/Fe(OH)3修复单一裂隙岩样的降渗试验。以Na2CO3水溶液作为模拟地下水，CaCl2水溶液和FeSO4水溶液分别作为修复试剂，模拟裂隙岩体的导水渗流条件，将模拟地下水和修复试剂以恒流方式同时注入单一裂隙岩样中，最终得到了两种沉淀物分别对两个不同裂隙发育岩样的修复降渗规律。试验结果表明，两种沉淀物对岩样裂隙均起到明显降渗作用，但由于两者微观结构及固结成垢机制的差异，造成对裂隙修复降渗效果的不同。CaCO3沉淀属典型晶态沉淀，依靠晶种吸附和晶体生长固结成核，形成的固结体结构紧密、稳定性好，对裂隙易产生良好的修复降渗效果；两个岩样分别历经400 min和208 min后的降渗幅度即达到220倍和175倍。而Fe(OH)3沉淀属典型非晶态沉淀，单纯依靠沉淀胶体的范德华力吸附于裂隙面并积聚固结，水温偏高易降低范德华力造成沉淀固结体结构疏松，难以抵抗高水压冲蚀作用，修复过程易出现降渗曲线频繁“反弹”现象；将试验水温由28℃降至8℃时，裂隙降渗幅度即由35倍提升至106倍，修复降渗效果显著提高。表明Fe(OH)3沉淀适宜用于浅部相对低温条件的裂隙岩体修复降渗，而CaCO3沉淀修复裂隙适宜的水温区间更广。研究结果可为化学沉淀修复导水裂隙的含水层生态功能修复实践提供参考。
关键词

导水裂隙修复化学沉淀吸附-固结渗透率含水层生态功能修复绿色开采
基金项目(Foundation)

国家重点研发计划项目(2021YFC2902104)；中央高校基本科研业务费专项项目(2020ZDPYMS19)；国家自然科学基金项目(51604259)；
文章目录

1 单一裂隙岩样的修复降渗试验
1.1 岩石试件制备
1.2 水溶液配制
1.3 试验过程
2 试验结果与分析
2.1 不同沉淀物对裂隙的修复降渗特征
2.2 裂隙面沉淀物细观形貌
3 讨论
4 结论
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