煤矿矿井水水质形成及演化的水化学-微生物场作用及数学模型构建
张莉1
徐智敏2
孙亚军2
高雅婷1
陈歌1
朱璐璐3
1.中国矿业大学资源与地球科学学院,江苏徐州 2211162.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 2211163.中国矿业大学资源与地球科学学院,江苏徐州 221116;中煤航测遥感集团有限公司,陕西西安 710199
摘要：矿井水的水质形成及演化过程非常复杂,受水动力场、水化学场和微生物场等多场控制.建立水化学场-微生物场耦合作用数学模型是构建多场耦合模型的重要内容.本文在构建矿井水水质形成及演化的水动力场数学模型基础上,选取以高盐(SO4-Na型)为主要矿井水水质特征的华北典型矿井作为模式研究区,开展室内微宇宙模拟试验.利用水文地球化学测试、微生物高通量测序等手段,探究水化学场与微生物场耦合作用下的水质演化过程.全封闭、前期半封闭和高煤3组对比试验结果表明:全封闭试验组体系中特征污染物为SO42-,浓度整体先增加后降低,截止365 d时相较于浓度最高点降低了 14.3％;前期半封闭时SO42-浓度低于封闭试验体系,而后期封闭后又高于全封闭试验组,说明氧气对S042-的来源与去路存在明显影响;试验前期明显的H2S气味证明发生了硫酸盐还原反应;参与硫循环的相关菌属(主要包括硫氧化菌和硫酸盐还原菌)丰度与SO42-的浓度变化密切相关.反应体系中对SO242-浓度产生影响的主要作用包括吸附/解吸、溶解/沉淀、硫氧化菌参与的黄铁矿氧化作用以及硫酸盐还原菌参与的硫酸盐还原作用.在此基础上分别建立影响SO42-浓度4个作用的数学模型,并与微生物场耦合构建了煤矿矿井水水质形成及演化的水化学-微生物场数学模型.该模型反映了水化学与微生物作用下的水质演化内在机制,并为后续构建煤矿区地下水污染的多场耦合数值模型奠定基础.
关键词：矿井水水质生物地球化学作用水化学场微生物场数学模型
分类号：TD745(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家自然科学基金(42172272)国家重点研发计划(2019YFC1805400)国家重点研发计划(2023YFC3012103)
论文发表日期：2024-09-30
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：17( 943-959 )
英文信息