导水裂隙的自修复——地下水混流沉淀的影响

• Published in: 煤炭学报 Vol. 48; no. 6; pp. 2540 - 2549
• Main Authors: 李全生, 鞠金峰, 许家林, 曹志国, 张凯, 王晨煜, 郭俊廷
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 中国矿业大学 物联网(感知矿山)研究中心,江苏 徐州 221008%中国矿业大学 煤炭资源与安全开采国家重点实验室,江苏 徐州 221116%中国矿业大学 矿业工程学院,江苏 徐州 221116 01.06.2023; 国家能源投资集团有限责任公司,北京 100011; 煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室,北京 100011%中国矿业大学 矿山互联网应用技术国家地方联合工程实验室,江苏 徐州 221008
• Subjects: 含水层修复; self-healing of water-conducting fracture; green mining; confluence and mixing of groundwater; 地下水交汇混流; 导水裂隙自修复; aquifer restoration; 绿色开采; chemical precipitation; 化学沉淀
• ISSN: 0253-9993
• DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.CN22.1576

TD745; 采动覆岩导水裂隙在其产生后的长期演变过程中,会发生导水渗流能力逐步降低的自修复现象,研究揭示导水裂隙的自修复机制对于科学指导矿区采动地下水的生态功能恢复实践意义重大.基于神东矿区补连塔煤矿 12401工作面采后 15 a覆岩导水裂隙自修复的工程探测结果,就采后不同层位地下水交汇混流产生化学沉淀对导水裂隙的修复降渗机理开展研究.结果表明,12401工作面采后覆岩导水裂隙直接发育至第四系松散层,已沟通多个含水层;由于浅层地下水含有较多Ca2+,而基岩地下水CO3 2-、HCO3-质量浓度偏多,2种地下水在采动覆岩中交汇混流时会产生CaCO3 化学沉淀;沉淀物随水迁移并不断吸附于裂隙通道表面,发生包藏-共沉-固结的结垢过程,经过长时间的累积,最终形成具备一定抗蚀能力的结垢物或包结物,堵塞并修复裂隙.室内试验测试发现,这一过程引起的导水裂隙自修复降渗效果相比水-(气)-岩相互作用产生的效果更为稳定且快速;裂隙岩样受 2种不同水质模拟地下水混流通过近 2个月时间后,绝对渗透率即由 0.09×10-15 m2 降低为 0.002 5×10-15 m2,且在水压 1.5 MPa条件下也未出现明显渗透性波动.由于这种不同地下水的交汇混流主要发生在开采边界附近的裂隙岩体中,因而覆岩不同区域导水裂隙的自修复过程及效果将出现明显差异.12401工作面中部区域覆岩导水裂隙的自修复主要由降雨入渗过程引起的水-(气)-岩相互作用引起,而开采边界附近覆岩导水裂隙则由不同地下水的交汇混流反应和水-(气)-岩相互作用共同主导其自修复,因而后者对应产生的自修复效果要明显偏好.现场探测结果显示,历经 15 a的自修复演变,开采边界附近覆岩在深度 86.7～179.1 m范围导水裂隙已全部实现自修复,而采区中部覆岩在对应自修复区域内仍存在局部未修复现象,深度在110.0～118.6 m,由此证实了地下水交汇混流产生化学沉淀对导水裂隙的良好修复效果.