露天矿坑隔水层重构及泥岩-地聚合物损伤渗透特性

TD824; 露天矿水资源保护与恢复是煤炭露天开采面临的重大环境问题,是制约露天煤矿大规模发展的重要因素.露天开采形成漏斗效应,对周边地下水资源破坏严重且难以恢复,根本原因是煤层以上隔水层被爆破剥离,隔水层缺失;内排物料结构松散,渗透系数大,达不到隔水、阻水的效果.目前针对恢复与保持露天矿水资源问题,鲜有系统研究及有效措施.因此研究团队提出,以泥岩-地聚合物材料构建露天矿内排土场重构隔水层,将露天矿山及周边工业固体废弃物纳入隔水层原材料选材范畴,在实现构建隔水层的同时,消耗大量工业废渣,形成以露天矿山为中心的工业生态圈.低渗透率是隔水层材料基本特征,其数值应在10-15 m2以内.重点考察了材料损伤渗透特性.以地聚物缩聚反应为理论基础,采用泥岩、矿渣、赤泥作为碱激发粉体材料,采用标准砂作为细骨料材料,水玻璃为激发剂,制备得到标准(φ50 mm×100 mm)泥岩-地聚合物试样.定义了一维应力条件下,以单轴加载水平为指标的损伤变量,通过渗透试验分析了不同损伤程度条件下材料渗透特性.结果 表明,低损伤(当σ/σc＜0.3时)情况下,材料并未出现贯通裂纹,导致渗透介质未能穿过材料,所以未能采集到数据;随损伤的增大(当σ/σc≥0.3时),试样的原始空隙与微裂纹迅速扩展、贯通,应力卸载后贯通裂纹不闭合,导致渗透率的急剧增大,且数量级介于10-16～10-15 m2.通过线性与指数2种形式拟合试验结果,确定了本试验条件下损伤变量指数n=6,损伤变量Dσ与渗透率k呈典型非线性关系.泥岩地聚合物材料,在无损伤至破坏全过程中,其损伤-渗透性能满足构建重构隔水层对渗透率要求.为实现永久隔水目的,应当关注其长期渗透性能,以及在地下水环境中是否释放重金属离子等污染性物质,研究团队将针对以上方面内容继续开展研究.