露天矿坑：泥岩-地聚合物隔水层的损伤与渗透特性研究

露天煤矿开采过程中，水资源保护与恢复是一项至关重要的环保挑战，因为露天开采会形成漏斗效应，严重破坏周边地下水资源，阻碍了矿产资源的可持续开发。传统方法往往依赖于完整的隔水层来防止水源流失，但随着煤层以上隔水层被爆破剥离，这个问题变得尤为突出。为了解决这一问题，研究团队提出了利用泥岩-地聚合物材料重构露天矿内排土场的隔水层方案。这种新型材料不仅能够有效地阻止水分渗透，还能整合露天矿山及周边的工业固体废弃物，形成一个循环经济体系。 地聚合物材料，特别是由泥岩、矿渣和赤泥等碱激发粉体材料，配合标准砂和水玻璃制成的（直径50mm×100mm）试样，具有低渗透率的特点，这是作为隔水层材料的基本要求，其渗透系数应控制在10-15m²/m之间。研究的重点在于考察材料在损伤条件下的渗透特性。在单轴应力作用下，通过定义损伤变量Dσ，即应力与极限应力的比例，研究人员分析了不同损伤程度对材料渗透性的影响。 研究发现，当材料受到低损伤（σ/σc＜0.3）时，由于没有形成贯通裂纹，渗透介质无法穿透材料，因此数据难以获取。然而，随着损伤程度的增加（σ/σc≥0.3），材料的原始孔隙和微裂纹迅速扩展并连通，即使在卸载后，这些裂纹也不再闭合，导致渗透率急剧上升，范围大约在10-16~10-15m²/m。通过线性与指数拟合，研究团队确定了损伤变量与渗透率之间的指数关系，具体为n=6，显示出明显的非线性关联。 泥岩-地聚合物材料在从无损伤到完全损坏的过程中，其损伤-渗透特性显示出构建重构隔水层的良好潜力。然而，为了达到永久隔水的目标，还需要进一步研究材料的长期渗透性能以及在地下水环境中的稳定性，包括对重金属离子等污染物质的控制。这将是未来研究团队关注的重点，以确保露天矿开采的水资源保护与环境保护的双重目标得以实现。