Оценка миграции и воздействия металлических элементов на окружающую среду в цементированном закладочном материале из пустой породы и летучей золы в подземных угольных шахтах

Цементированный закладочный материал из пустой породы и летучей золы (CGB) широко используется в качестве экологичной технологии добычи полезных ископаемых. Однако под совместным воздействием геологического напряжения и подземных вод металлические элементы, содержащиеся в CGB, склонны мигрировать в прилегающие породы, что может привести к загрязнению подземных вод. В настоящем исследовании количественно изучено влияние исходного значения pH и повреждённости, обусловленной напряжением, на миграционное поведение металлических элементов в CGB с использованием мультифизической сопряжённой модели «напряжение–проницаемость–концентрация». Для комплексной оценки воздействия миграции металлических элементов на состояние подземных вод применён усовершенствованный метод оценки по индексу Немерова. Результаты показывают, что: (1) при увеличении повреждённости CGB от 0,76 до 0,95 скорость фильтрации Дарси в нижней части CGB сначала возрастает, затем уменьшается и в итоге стабилизируется на уровне 2,01 × 10−7 м/с. Максимальное время достижения пикового значения скорости фильтрации Дарси составляет 3 года; (2) при повреждённости CGB, равной 0,95, максимальные расстояния миграции Al, Cr, Mn, Fe, Ba и Pb составляют соответственно 40,5; 34,0; 29,8; 32,9; 38,8 и 32,1 м; (3) щелочная среда способствует миграции Al, Cr, Fe, Mn и Pb, тогда как Ba мигрирует дальше в кислых условиях. Максимальное расстояние миграции Ba при pH 3 составляет 31,6 м; (4) согласно усовершенствованному индексу Немерова, при увеличении повреждённости от 0,76 до 0,95 площадь территории с плохим качеством воды возрастает с 0 до 1,71%, при этом ни один участок не относится к категории очень плохого качества. При изменении исходного pH от 3 до 11 100% территории классифицируется как имеющая удовлетворительное или более высокое качество воды. Исходное значение pH CGB оказывает относительно слабое влияние на состояние подземных вод. Данное исследование предоставляет экспериментальные данные и теоретическую основу для экологической оценки CGB.