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煤矿矿井水水质形成及演化的水动力场-水化学场-微生物场耦合作用与数值模拟

煤炭学报 2024年第2期49卷 941-957页

作者：孙亚军熊小锋陈歌徐智敏张莉赵先鸣 dmytro rudakov 中国矿业大学资源与地球科学学院江苏徐州221116 矿山水害防治技术基础研究国家级专业中心实验室江苏徐州221116 Department of Hydrogeology and Engineering Geology Dnipro University of TechnologyDnipro Ukraine 49005

煤矿矿井水的水质形成与演化过程机理复杂,受水动力场、水化学场和微生物场等多场作用影响显著。深入研究并揭示煤矿矿井水水质形成机理与演化趋势、阐明采空区封闭后矿井水的多场耦合作用机制是矿井水污染防控与修复的理论基础。以鄂... 详细信息

煤矿矿井水的水质形成与演化过程机理复杂,受水动力场、水化学场和微生物场等多场作用影响显著。深入研究并揭示煤矿矿井水水质形成机理与演化趋势、阐明采空区封闭后矿井水的多场耦合作用机制是矿井水污染防控与修复的理论基础。以鄂尔多斯盆地某煤矿采空区为水文地质原型,在前期研究的基础上,进一步建立了煤矿采空区积水水位回升、蓄满后水动力-水化学-微生物场(HCB)多场耦合室内相似模拟和数值模型。采空区水动力场研究结果表明基质-裂隙双孔隙模型能有效模拟采空区水位回升过程,模拟误差为9.9%,其模拟精度远高于理论预测和单孔隙模型。水化学场模拟结果与试验较为吻合,SO_(4)^(2-)、HCO_(3)-和p H模拟相对误差分别为3.0%、21.0%和6.2%,模拟结果较为可靠。模拟结果显示采空区蓄水过程中水岩反应和微生物作用不明显;而蓄满后水动力几乎停滞,但水化学场和微生物场较为活跃,2号煤和3号煤层中黄铁矿的氧化反应使得SO_(4)^(2-)质量浓度提升约24.6%;后期采空区水环境演化为弱酸性、厌氧还原条件,微生物降解作用凸显,将SO_(4)^(2-)有一定的“自净”能力。通过调整微生物代谢速率常数,可将SO_(4)^(2-)降解比例提高到61.6%。实际工程场景中可通过补充碳源、人工建立密闭厌氧环境等强化手段实现这一目标。将多场耦合室内试验和数值模拟技术拓展到煤矿采空区积水水质形成与演化规律研究,研究结论可为煤矿区矿井水污染防治提供指导。

关键词：矿井水水质水动力场水化学场微生物场多场耦合

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A mathematical model of gas flow during coal outburst initiation

引用

International Journal of Mining Science and Technology 2019年第5期29卷 791-796页

作者： dmytro rudakov Valeriy Sobolev Department of Hydrogeology and Engineering Geology National Mining UniversityDnipro 49005Ukraine Department of Construction Geotechnics and GeomechanicsNational Mining UniversityDnipro 49005Ukraine

A proposed concept of outburst initiation examines the release of a large amount of gas from coal seams resulted from disintegrating thermodynamically unstable coal organic matter(COM).A coal microstructure is assumed to getting unstable due to shear component appearance triggered by mining operations and tectonic activities considered as the primary factor while COM disintegration under the impact of weak electric fields can be defined as a secondary *** energy of elastic deformations stored in the coal microstructure activates chemical reactions to tilt the energy balance in a“coal–gas”*** on this concept a mathematical model of a gas flow in the coal where porosity and permeability are changed due to chemical reactions has been *** this model we calculated gas pressure changes in the pores initiated by gas release near the working face till satisfying force and energy criteria of *** simulation results demonstrated forming overpressure zone in the area of intensive gas release with enhanced porosity and *** calculated outburst parameters are well combined with those evaluated by field measurements.

关键词： Coal organic matter Coal meta-stability Outburst Gas flow Permeability Modeling

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