含煤地层产酸潜势与酸性水预测模型研究

在煤炭资源开发前，准确评价含煤地层的产酸潜势以及建立高精度的酸性水预测模型，对于煤矿区的环境保护具有十分重要的意义。本项目采用煤地质学、矿物学、环境地球化学、统计学的理论和方法，以我国石炭二叠纪含煤地层标准剖面所在地――太原西山煤田――为研究区，在对研究区煤地质学与水文地质学详细调研、以及合理采集地层样品的基础上，通过改进岩石产酸潜势静态评价技术和方法、新设计索氏岩石产酸动力学实验技术和方法，查明太原西山石炭二叠纪含煤地层的产酸潜势，并建立煤系酸性水预测模型。项目研究成果不仅为太原西山煤田开发过程中的酸性水预测预防提供科学依据，而且对我国华北石炭二叠纪煤矿区的酸性水预测和预防具有重要的示范性。

本项目以我国华北石炭二叠纪含煤岩系的典型代表太原西山煤田为研究区，以建立准确评价含煤岩系样品产酸潜势的实验方法和酸性水预测模型为目标。项目取得以下重要成果。.（1）建立了含煤岩系样品产酸潜势的静态评价实验方法和酸性水预测模型。研究结果表明，采用样品总硫计算样品的最大产酸潜势（MPA），采用过滤的Sobek ANC实验方法计算样品的酸中和潜势（ANCF）是较合适的含煤岩系样品静态产酸潜势评价的实验方法，样品的净产酸潜势（NAPP）通过MPA减去ANCF计算获得（NAPP=MPA-ANCF）。根据上述含煤岩系静态产酸潜势评价方法构建了含煤岩系静态产酸评价参数体系，这些参数包括：样品糊状物pH（paste pH）、总硫（St，d）、最大产酸潜势（MPA）、酸中和潜势（ANC）、酸中和潜势与最大产酸潜势比值（ANC/MPA）、净产酸潜势（NAPP）。据上述参数构建了一套静态产酸预测图件（模型）：paste pH总硫图、paste pHNAPP图、MPAANC图、ANC/MPANAPP图。上述图件中都明确划分了产酸区、不产酸区和不确定产酸区，可根据上述图件对具体的含煤岩系样品的产酸潜势进行综合评价，最后得出可靠的产酸预测结果。其中ANC/MPANAPP图能够对净产酸潜势（NAPP）绝对值小于50 kg (H2SO4) /t的样品的产酸潜势做出准确评价。.（2）建立了含煤岩系样品产酸潜势的索氏淋滤实验动态评价方法和动态酸性水预测模型。研究表明，索氏淋滤实验是经济、准确、高效的含煤岩系岩石产酸潜力动态评价方法，淋出液的pH值、（Ca+Mg+Mn）/SO42-累积摩尔浓度比可作为索氏淋滤实验岩石产酸潜力评价的参数；pH值小于7、（Ca+Mg+Mn）/SO42-累积摩尔浓度比小于1的样品评价为产酸样品，反之评价为不产酸样品。产酸样品的产酸速率为177.1--291.8 mM [SO42-]/(kg.d)。.此外，还研究了酸性水中稀土元素分布模式及控制因素、酸性水中金属元素的迁移和schwertmannite矿物对镉离子的吸附行为、山西马兰煤矿酸性水的水质特征。