鮑店礦主要含水層水化學特征研究

魏鵬飛

【摘 要】在對鮑店煤礦地質及水文地質條件背景調查及分析研究的基礎上，以對開采下組煤有主要影響的礦井主要含水層為研究對象，主要研究了各個含水層常規水化學特征，揭示了主要含水層的地下水的水質類型。研究成果對礦區防治水工作和突水水源判別具有一定的參考意義以及實用價值。

【關鍵詞】水文地球化學；含水層；水化學特征；鮑店煤礦

0 前言

我國是煤炭需求和生產的大國，煤炭資源是我國分布最廣、儲量最豐富的常規能源。我國煤礦水文地質條件復雜，煤礦礦井中水災時常發生。水災已經成為限制煤炭安全生產發展的主要因素之一。中國是世界上煤炭事故高風險國家，煤礦死亡人數是美國每年200倍，印度的 10 倍以上，一百萬噸死亡率比世界平均水平高出10倍[1]。王玉民，焦立敏[2]以煤峪口礦礦井涌水為例，說明了礦井水質的“時空”研究方法，詳細闡述了利用水質分析法確定礦井涌水水源，為正確預測礦井涌水量和判斷礦井涌水水源提供了依據。

因此，掌握煤礦區含水層的分布特征以及主要含水層的水化學特征，對煤礦含水層的動態特征進行監測跟蹤，對煤礦安全開采具有重大意義。水文地球化學是根據大量的地下水長期觀測數據資料，分析研究不同含水層的地下水的水力聯系，相同含水層的地下水的徑流補給關系，并且研究水化學特征的變化規律，總結研究區域地下水的分布規律以及動態變化特征，為煤礦的安全開采和合理開發利用地下水資源提供決策依據。

1 礦井水文地質概況

根據鮑店煤礦生產礦井地質報告，兗州煤田是一個不完整的向斜盆地，嶧山斷裂在煤田的東部區域，在西部區域、北部區域和南部區域地區都是奧灰隱伏露頭。在煤田的外圍地區分別分布著鄒西奧灰水源地、曹洼奧灰水源地和曲阜奧灰水源地，在東邊方向上以嶧山斷層為邊界。邊界外奧灰水與煤田內奧灰水有著直接水力聯系。

鄒西奧灰水源地地下水的流動方向接近東西方向，含水層的富水性能比較強，曲阜-曹洼水源地的地下水的流動方向是北東向南西；嶧山斷層為隔水邊界。綜上所述，鮑店煤田的水文地質邊界在西部地區、北部地區和南部地區是奧灰露頭區，東部地區是嶧山斷層，構成一個完整的水文地質單元。

2 主要含水層

礦區對生產有影響的主要含水層自上而下為：第四系下組砂礫層含水層，侏羅系底部砂巖含水層，二疊系砂巖含水層，石炭系薄層灰巖含水層（組），奧陶系灰巖含水層。上組煤開采的直接充水含水層為山西組砂巖含水層、太原組三灰含水層，間接充水含水層為第四系下組砂礫層含水層、侏羅系上統紅色砂巖含水層；下組煤開采的直接充水含水層為太原組十下灰含水層，間接充水含水層為本溪組十三灰、十四灰含水層以及奧陶系灰巖含水層。

3 離子濃度和礦化度特征

本次鮑店礦區水化學研究共收集礦區不同含水層的水質資料41 份，這些水質資料涵蓋礦區不同含水層，其中奧灰水樣27個，十三灰水樣6個，十四灰水樣4個，十下灰水樣3個。根據已經得到的數據，經處理得到主要含水層離子的濃度。

由圖1可以看出總體上，鮑店煤礦的奧灰、十三灰、十四灰、十下灰、八灰頂砂含水層在陽離子濃度上濃度接近，不易區分；陰離子中，在SO42-和HCO3-的濃度上有較大的差別。

奧灰含水層中的SO42-明顯大于其余含水層，而且奧灰含水層的礦化度較高，我們可以將SO42-做為奧灰含水層的標識離子，與其余含水層區分。

十下灰含水層水樣比較特殊，pH值高達12.4～12.9，形成強堿性水，水中HCO3-消失，出現和 OH-，OH-含量高達 764.27～816.06mg/L，與其它含水層水質類型有著明顯差異。所以我們可以通過CO32-和OH-這兩種陰離子將十下灰含水層與其余含水層區分開。

4 各主要含水層的水化學類型差異

收集的水質資料主要是含水層自上而下有上石炭統太原組八灰頂砂、十下灰、十三灰、十四灰和奧灰。水質 中各主要離子濃度；離子濃度的不同，造成含水層的水質類型具有一定的差異，而同一含水層由于水文地質條件的不同或不同時間取得的水樣其水質中離子含量也存在一定的差異。我們利用數據來畫piper三線圖，分析不同含水層的水質類型，得到圖2和圖3。

通過對主要含水層的水質類型進行對比分析，我們知道的各個主要含水層的水質類型，八灰頂板砂巖含水層的水質類型為HCO3-Na型，顯示出典型砂巖水水質特征；十下灰含水層水質類型為HCO3-Na型；十三灰含水層水質類型也為 HCO3-Na型，水質類型與奧灰水有著明顯的差異；十四灰含水層水質類型有兩種，分別為HCO3-Na型和SO4·HCO3-Na 型；奧灰含水層其水質類型為SO4-Ca·Mg和SO4-Ca（Mg）。

5 結論

依據前面的闡述和討論，特別是對鮑店煤礦主要含水層（奧灰含水層、十下灰含水 層、十三灰含水層和十四灰含水層）水化學特征的研究，獲得了以 下主要研究結論和認識：

1）通過 SO42-離子濃度和礦化度的差別，我們可以區分出奧陶含水層和其余含水層；通過CO32-和OH-兩種陰離子的濃度差別，我們可以區分出十下灰含水層；并且了解了地下含水層的徑流條件和環境特征，為煤礦的安全開采提供了一定的依據。

2）通過對主要含水層的水質類型進行對比分析，我們知道的各個主要含水層的水質類型。各個含水層水質類型的不同，為我們區分各個含水層提供依據，有助于判斷突水水源。

【參考文獻】

[1]張占存.水分對煤的瓦斯吸附特性影響的實驗研究[J].全國煤礦安全學術年會，廣西北海，2008.

[2]王玉民，焦立敏.利用水質分析法判定礦井涌水水源[J].煤礦安全，2001（10）：12-14.

[責任編輯：田吉捷]