桃園Ⅱ2采區(qū)放水試驗(yàn)太灰水化學(xué)特征研究

摘 要：為了判斷桃園煤礦Ⅱ2采區(qū)太灰含水層補(bǔ)給水源，對(duì)Ⅱ2采區(qū)放水試驗(yàn)前后太灰水的常規(guī)水化學(xué)指標(biāo)進(jìn)行了采樣測(cè)試和分析。結(jié)果表明：在放水試驗(yàn)開(kāi)始前，采區(qū)太灰水質(zhì)與礦井內(nèi)太灰水質(zhì)存在差異，與奧灰水水質(zhì)具有一定相似性；在放水試驗(yàn)過(guò)程中，太灰水質(zhì)發(fā)生了變化，說(shuō)明有其他水源的補(bǔ)給，太灰水質(zhì)不斷與奧灰水質(zhì)接近，說(shuō)明采區(qū)內(nèi)兩含水層存在水利聯(lián)系，突水危險(xiǎn)性較大，研究結(jié)果為采區(qū)開(kāi)采防治水提供了科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：太灰含水層；放水試驗(yàn)；水化學(xué)特征；桃園煤礦

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.14.009

桃園煤礦位于淮北煤田，地層區(qū)劃為徐宿地層小區(qū) [1]。該礦井水文地質(zhì)條件復(fù)雜，2013年2月3日南三采區(qū)10煤1035工作面發(fā)生底板突水事故[2-3]。礦井主要含有新生界松散層含隔水層、二疊系主采煤層間含水層和隔水層、太原組灰?guī)r巖溶裂隙含水層和奧陶系石灰?guī)r含水層。在Ⅱ2采區(qū)籌備過(guò)程中，根據(jù)井下10煤底板物探異常反映，進(jìn)行了鉆探探查，發(fā)現(xiàn)該采區(qū)太灰與奧灰水位相近，較正常太灰水壓高。地下水水化學(xué)探測(cè)方法是礦井突水水源判別常用的方法之一，通過(guò)分析研究獲得的地下水化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)，可以得到各個(gè)含水層的常規(guī)水化學(xué)特征水化學(xué)以及地下水的補(bǔ)給來(lái)源和徑流條件，確定含水層之間的水利聯(lián)系等[4-5]。

1 礦井含水層常規(guī)水化學(xué)特征分析

依照桃園煤礦歷次放水試驗(yàn)結(jié)果分析，各含水層水質(zhì)Piper疊加圖如圖1所示。主要含水層特征如下：

1.1 第四系四含水

在主要含有的三種陽(yáng)離子成分中，其中鈉離子和鉀離子占比較大，鈣離子和鎂離子較少，其中鈣離子占絕大部分。陰離子中，主要為HCO3-。水化學(xué)類型為HCO3-Mg·Na·Ca型。PH值為8.1，礦化度平均為0.73 g/L，總硬度平均為363.37 mg/L。

1.2 二疊系煤系砂巖裂隙含水層

含有的三種陽(yáng)離子中，鈣離子和鎂離子占比較少；鈉離子是含水層中主要的陽(yáng)離子。三種陰離子中，以硫酸根離子為主，碳酸氫跟離子占比約為36%。水化學(xué)類型SO4·Cl·HCO3-Na型，PH值為8.6，總礦化度為2.17 g/L，總硬度為62mg/L。

1.3 太原組灰?guī)r含水層

可以看出主要含有三個(gè)陽(yáng)離子，其中最主要為鈣離子，另外一種鎂離子所占比例最小。含有的三種主要陰離子中，最主要的是硫酸根離子，其次為氯離子和碳酸氫跟離子。水化學(xué)類型為SO4·Cl·HCO3-Na·Ca·Mg、SO4·Cl-Ca·Na·Mg及SO4·HCO3·Cl-Na·Ca型。PH值平均為7.2，礦化度為1.12g/L～1.83g/L范圍之間，總硬度8450mg/L。

1.4 奧灰含水層

由圖可知，在三個(gè)陽(yáng)離子中，鈣離子與鈉離子加鉀離子含量占比接近。鎂離子占比最少；主要有三個(gè)陰離子，其中占比最多的為硫酸根離子，氯離子和碳酸氫跟離子所占比例相當(dāng)。水化學(xué)類型為SO4·Cl-Ca·Na、SO4·Cl·HCO3- Ca·Na·Mg類型。PH值為7.8，總礦化度1.90g/L，總硬度平均在1100mg/L左右。

2 Ⅱ2采區(qū)初始太灰水化學(xué)特征

放水試驗(yàn)之前在Ⅱ2采區(qū)進(jìn)行了太灰水取樣，依據(jù)樣品化驗(yàn)結(jié)果總結(jié)出太灰水水質(zhì)特征如下：PH值平均7.33，太灰水總礦化度為1.70g/L，總硬度為992mg/L，永久硬度為630mg/L，屬極硬水，水化學(xué)類型為SO4·HCO3-Ca·Mg·Na、SO4·Cl·HCO3-Ca·Mg·Na或SO4·HCO3-Ca·Na·Mg型。主要離子成分含量如表1所示。

由表1中可以看出，太灰含水層主要含有三種陽(yáng)離子，其中鈣離子占比最多，達(dá)到45%上下，鎂離子所占比例最少，僅為20%左右，其余為鈉離子和鉀離子，占比達(dá)到了30%；在主要的三種陰離子中，所占比例最多的是硫酸根離子，比例達(dá)到了60%，其次為氯離子和碳酸氫跟離子，兩者占據(jù)比例相當(dāng)，都在20%上下。依照數(shù)據(jù)得到Ⅱ2采區(qū)太灰含水層水質(zhì)Piper圖，見(jiàn)圖2，可以看出Ⅱ2采區(qū)太灰含水層水質(zhì)與礦井具有一定的相似性。

3 放水試驗(yàn)過(guò)程中太灰含水層常規(guī)水化學(xué)變化特征

進(jìn)行井下放水試驗(yàn)的過(guò)程中，在FS1，F(xiàn)S2和FS3三個(gè)取樣地點(diǎn)連續(xù)取樣，并進(jìn)行水樣的檢測(cè)。太灰水常規(guī)離子數(shù)據(jù)以及總礦化度等指標(biāo)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2和表3，根據(jù)放水試驗(yàn)過(guò)程中常規(guī)水化學(xué)特征的變化，研究太灰含水層與其他含水層之間是否存在著水力聯(lián)系。

從上表可看出，太灰水質(zhì)類型為SO4·HCO3-Ca·Mg·Na或SO4·HCO3-Ca·Na·Mg兩種類型。在含有的三種陽(yáng)離子中，主要為鈣離子，三種陰離子中，主要為硫酸根離子。PH值平均為7.34，總礦化度約為1.77g/L。隨著放水試驗(yàn)的進(jìn)行，PH值數(shù)據(jù)變化不大，在平均值7.34上下波動(dòng)；在放水試驗(yàn)的過(guò)程中，總堿度數(shù)值先上升然后下降，最后小于初始數(shù)值。總礦化度和總硬度數(shù)值變化較大，數(shù)值不斷上升。SO42+、Ca2+離子含量逐漸增加；Mg2+離子含量逐漸減少；水質(zhì)類型由SO4·Cl·HCO3-Ca·Mg·Na或SO4·HCO3- Ca·Mg·Na型向SO4·HCO3-Ca·Na·Mg型轉(zhuǎn)變，由此表明太灰含水層水質(zhì)和放水試驗(yàn)期間補(bǔ)給水源的水質(zhì)相似。

通過(guò)放水試驗(yàn)期間太灰含水層水化學(xué)系統(tǒng)聚類分析，表明在放水試驗(yàn)過(guò)程中，接受奧灰水的補(bǔ)給量增多，這與上述分析結(jié)果是一致的。

4 結(jié)論

（1）通過(guò)放水試驗(yàn)之前在Ⅱ2采區(qū)進(jìn)行了太灰水取樣分析得出，采區(qū)內(nèi)太灰水質(zhì)與礦井內(nèi)太灰水質(zhì)存在差異，但與奧灰水質(zhì)具有一定的相似性；

（2） 隨著放水試驗(yàn)的進(jìn)行，Ⅱ2采區(qū)內(nèi)太灰水質(zhì)類型向SO4·HCO3-Ca·Na·Mg型轉(zhuǎn)變，逐漸與奧灰水質(zhì)接近，表明太灰與奧灰含水層之間存在著水力聯(lián)系。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：李巖（1981-），男，工程師。