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| 煤矸石在自然降水淋溶作用下所产生的淋溶液对矿区地下水水质的影响具有隐蔽性和长期性的特点。煤矸石粒径、组分的复杂性及其在倾倒-堆积过程中所形成的结构特点使得煤矸石堆体成为非均匀介质体。在此前提条件下,入渗水分在其中的运动以及水分与煤矸石介质之间所发生的水-岩相互作用将呈现出特殊的规律性。本文首先对煤矸石及其堆积物的特征进行分析,总结出我国采用井工开采方式的煤矿对煤矸石排放通常采用的倾倒-堆积方式的类型与特点,并利用崩塌-落石理论描述出煤矸石在倾倒过程中的运动特征,分别利用数值计算及相似模拟试验的方法对煤矸石山倾倒坡面及内部的粒径分布规律进行研究,利用MATLAB数字图像处理技术构建出可以描述煤矸石山非均质特性的剖面数字模型;通过引入沉淀/溶解相的概念,构建了可以表征在地球化学作用下多组分溶质释放-迁移的耦合模型;利用静态淋溶试验方法,对阜新矿区中兴煤矿煤矸石中常量无机组分的溶解-释放特征、硫化物产酸量以及硅酸盐风化、离子交换作用的产碱量进行定量化研究,为所建数学模型提供相关参数的选取依据;根据所建模型及所求参数,利用多物理场耦合软件COMSOL Multiphysics对20年内Cu 2+、Zn 2+、S O24-、Al3+、Si4+、C a 2+、Mg 2+、K+、Na+9种组分溶质在煤矸石山内释放-迁移规律进行了数值模拟。本文所得相关结论如下:（1）、煤矸石具有地域特征明显性、成分复杂性、易于风化性以及粒径分布的广泛性特点;其堆积物煤矸石山具有非均质性、几何形状特殊性及易于自燃性的特点。（2）、在对煤矸石的类别进行划分时,应引入粒径大小作为分类指标;（3）、煤矸石在倾倒坡面上的分布主要存在三个区域,小粒径煤矸石主要分布在坡面上方区域范围内;中等粒径煤矸石主要分布于坡面中部;大粒径煤矸石主要分布于坡角处;（4）、我国平原矿区通常使用的平地起堆-端部倾倒式煤矸石山,其剖面上的粒径分布总体呈现出锯齿状交错层理结构;（5）、通过引入沉淀/溶解相的概念,可构建出考虑地球化学作用下的渗流场-浓度场耦合模型。（6）、煤矸石组分溶质的溶解-释放分为快速溶解期和慢速释放期两个时期,不同时期内的溶解-释放规律可统一采用线性方程描述;（7）、煤矸石粒径大小与组分溶质的溶解-释放量之间的关系可用幂函数表征;（8）、煤矸石山内酸碱性的演化可分为方解石碱性期、硅酸盐滞后产酸期、硫化物产酸期与继续反应期四个时期,各时期长短取决于煤矸石的矿物组分特征;（9）、考虑煤矸石山为非均匀介质时,其内部的水分运动特征明显区别于将其视为均匀介质时的结果;在非均质模型中,倾倒坡区域与轨道坡区域相比,前者内部的水流速度较快、溶质释放较慢、迁移速度较快,溶液酸性较弱。 |
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