酸性礦井水形成原因及預防治理

1、安全技術酸性礦井水形成原因及預防治理前言 煤炭是我國的主要能源，在我國一次性能源中占76%以上，必定要進行大量的采煤。采煤過程中破壞了煤層所處的環(huán)境，使其原來的還原環(huán)境變成了氧化環(huán)境。煤炭中一般都含有約0.3%5%的硫，主要以黃鐵礦形式存在，約占煤含硫量的2/3。煤層開采后處于氧化環(huán)境，流鐵礦與礦井水和空氣接觸后，經過一系列的氧化、水解等反應，生成硫酸和氫氧化鐵，使水呈現(xiàn)酸性，即生產了酸性礦井水。PH值低于6的礦井水稱酸性礦井水。酸性礦井水在我國部分煤礦特殊使南方煤礦分別較為廣泛。我國南方煤礦的礦井水pH值一般在2.55.8，有時達2.0。pH值低的緣由與煤中含硫量高有親密關系。酸性礦井水的形

2、成對地下水造成了嚴峻的污染，同時還會腐蝕管道、水泵、鋼軌等井下設備和混凝土井壁，也嚴峻污染地表水和土壤，使河水中魚蝦絕代，土壤板結，農作物枯萎，影響人體健康。1 酸性礦井水的危害 礦井水的pH值低于6即具有酸性，對金屬設備有肯定的腐蝕性;pH值低于4即具有較強的腐蝕性，對平安生產和礦區(qū)生態(tài)環(huán)境產生嚴峻危害。詳細有以下幾個方面： 1腐蝕井下鋼軌、鋼絲繩等煤礦運輸設備。如鋼軌、鋼絲繩受pH值4的酸性礦井水侵蝕，十幾天至幾十天其強度會大大降低，可造成運輸平安事故; 2探放pH值低的老空水，鐵質控水管道和閘門在水流沖刷下腐蝕很快，使放水失去掌握而帶來災難; 3酸性礦井水中SO42-含量很高，與水泥中某

3、些成分相互作用生成含水硫酸鹽結晶。這些鹽類在生成時體積膨脹。經測定，當SO42-生成CaSO42H2O時，體積增大一倍;形成MgSO47H2O時，體積增大430%;體積增大使混凝土構筑物結構疏松、強度降低而受到毀壞。 4酸性礦井水還是環(huán)境污染源。酸性礦井水排入河流，pH質小于4時，會使魚類死亡;酸性礦井水排入土壤，破壞土壤的團粒結構，使土壤板結，農作物枯黃，產量降低，影響工農關系;酸性礦井水人類無法飲用，長期接觸，可使人們手腳裂開，眼睛痛癢，通過食物鏈進入人體，影響人體健康。 2 酸性礦井水形成的緣由 煤系地層大多形成于還原環(huán)境，含黃鐵礦(FeS2)的煤層形成于強還原環(huán)境。煤炭中一般都含有約0

4、.3%5%的硫，主要以黃鐵礦形式存在，約占煤含硫量的2/3。煤層開采后處于氧化環(huán)境，流鐵礦與礦井水和空氣接觸后，經過一系列的氧化、水解等反應，生成硫酸和氫氧化鐵，使水呈現(xiàn)酸性，即生產了酸性礦井水。酸性礦井水形成的主要緣由即發(fā)生的主要化學反應如下： 1 黃鐵礦氧化生成游離硫酸和硫酸亞鐵： 2FeS2+7O2+2H2O2H2SO4+2FeSO4 2 硫酸亞鐵在游離氧的作用下轉化為硫酸鐵： 4FeSO4+2H2SO4+O22Fe2(SO4)3+2H2O 3 在礦井水中，硫酸亞鐵的氧化作用，有時也不肯定需要硫酸： 12FeS2+3O2+6H2O4Fe2(SO4)3+4Fe(OH)3 4 礦井水中硫酸鐵

5、，具有進一步溶解各種硫化礦物的作用： Fe2(SO4)3+MS+H2O+3/2 O2M SO4+2FeSO4+H2SO4 5 硫酸鐵在弱酸性水中發(fā)生水解而產生游離硫酸： Fe2(SO4)3+6H2O2 Fe(OH)3+3H2SO4 6 在礦井深部硫化氫含量高時，在還原條件下，富含硫酸亞鐵的礦井水也可產生游離硫酸： 2FeSO4+5H2S2 FeS2+3S+H2SO4+4 H2O 酸性礦井水的性質除與煤中含硫量有關外，還與礦井水涌水量、密閉狀態(tài)、空氣流通狀況、煤層傾角、開采深度及面積、水的流淌途徑等地質條件和開采方法有關。礦井涌水量穩(wěn)定，則水的酸性穩(wěn)定;密閉差、空氣流通良好，則水的酸性較強，F(xiàn)e

6、3+離子含量較多;反之，則酸性較弱，F(xiàn)e2+離子較多;開采越深，煤的含硫量越高;開采面積越大，水的流經途徑越長，則氧化、水解等反應進行得越充分，水的酸性越強，反之則弱。 3 酸性礦井水的預防與治理 31 酸性礦井水的預防 依據酸性礦井水形成的條件和緣由，可以從減源、減量、減時等三個方面進行預防或減輕其危害程度。 1減源：撿選利用造酸礦物，化害為利。煤礦床的主要造酸礦物時夾雜在煤層中的黃鐵礦結核和煤本身的含硫量。煤的開采率低、殘留煤柱或浮煤丟失多，黃鐵礦結核廢棄在井下采空區(qū)中，被積水長期浸泡，是產生酸性水的重要根源。削減工作面丟失的浮煤、樂觀撿選利用黃鐵礦結核，能削減產生酸性水的物質。攔截地表水

7、，削減入滲量。例如回填矸石，掌握頂板，防止地面水沿塌陷裂隙浸入老空區(qū)。在井下，特殊是老井或廢棄封閉井巷處，對礦井水施放適量的抑菌劑，抑制或殺滅微生物的活性，或者削減礦井水中微生物的數量。通過降低微生物對硫化物的有效作用，達到掌握酸性礦井水生成的目的。 2削減排水量：設立特地排水系統(tǒng)，集中排酸性水，并在地表攔蓄起來，使其蒸發(fā)、濃縮，而后加以處理，免除污染。 3削減排放酸性水的時間：削減礦井水在井下的停留時間，可在肯定程度上降低微生物對煤中硫化物的氧化作用，從而有助于削減酸性礦井水的形成。對含黃鐵礦多、硫分高、地表水滲漏條件又好的淺部煤層，或已形成強酸性水的老窖積水區(qū)，在開拓布局上要權衡利弊，統(tǒng)籌

8、支配，在礦井前期不予開采或探放，留待礦井水末期處理，避開長期排放酸性水。 32 酸性礦井水的治理 在肯定地質條件下，酸性水中的硫酸可與鈣質巖石或其它基性礦物發(fā)生中和反應而降低酸度。用燒堿作中和劑用量少，污泥生成也少，但水的總硬度往往很高，雖降低了水的酸度，但增加了硬度，而且成本高，現(xiàn)已基本不用。目前，處理方法有以石灰乳為中和劑的方法、石灰石為中和劑的方法以及石灰石石灰法、微生物法和濕地處理法。石灰乳中和劑處理法適用于處理酸性較強、涌水量較小的礦井水;石灰石石灰法適用于各種酸性礦井水，尤其是當酸性礦井水中的Fe2+離子較多時適用，還可以削減石灰用量;微生物法基本原理時應用氧化鐵細菌進行氧化除鐵，此菌能從水生環(huán)境中攝取鐵，然后以氫氧化鐵形式把鐵沉淀子在它們的粘液分泌物中，時酸性水的低鐵轉化為高鐵沉淀出來，然后再用石灰石中和游離硫酸，可降低投資，削減沉渣。濕地法又稱淺沼澤法，此法具有成本低、易操作、效率高等優(yōu)點，詳細方法在這里不再詳述。 結論 煤系地層大多形成與還原環(huán)境，煤層開采后處于氧化環(huán)境，流鐵礦與礦井水和空氣接觸后，經過一系列的氧化、水解等反應，使水呈酸