化学沉淀修复采动破坏岩体孔隙/裂隙的降渗特性试验

鞠金峰^1,2，李全生^3,4，许家林⁵，李娟娟^1,2，曹志国^3,4

1. 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2. 中国矿业大学物联网(感知矿山)研究中心3. 煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室4. 国家能源投资集团有限责任公司2030项目办公室5. 中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室

摘 要：针对覆岩采动破坏含水层的生态修复难题,以化学沉淀物封堵采动导水通道为思路,开展了铁/钙质化学沉淀对采动破坏岩体孔隙/裂隙的修复降渗特性试验。采用单一裂缝岩样模型和石英砂管模型分别模拟地下水在破断岩层裂隙通道和破碎岩体孔隙通道中的渗流状态,通过注入可与地下水发生铁/钙质化学沉淀的试剂,评价沉淀物对采动岩体孔隙/裂隙的封堵降渗特性。结果表明:在为期近42 d的水渗流试验中,两试验模型降渗趋势显著,且均呈现先快后慢的分区降渗特征。裂隙岩样模型选用铁质化学沉淀进行封堵降渗,绝对渗透率由初始的15.1μm~2降低为0.01μm~2;试验初期受裂隙面岩石黏土矿物遇水膨胀作用的叠加,降渗速度快、时间短。石英砂管模型选用钙质化学沉淀开展降渗试验,绝对渗透率由初始的62.3μm~2降低为0.1μm~2;由于其宏观孔隙通道尺寸大、初始孔隙率高(32.8%),导致初期快速降渗阶段持续时间明显偏长,且试验末期对应绝对渗透率值也相对偏大。试验结果证实了铁/钙质化学沉淀对采动破坏岩体孔隙/裂隙的封堵修复效果,同时也为利用化学沉淀方法进行采动覆岩导水通道封堵的含水层生态修复研究与实践提供了重要参考。

关键词：含水层修复;铁/钙质化学沉淀;裂隙岩体;石英砂管;自修复;降渗特性;