對礦井突水水源的判別

汪鴻雁

摘 要：地下水的水化學特征可以反映地下水所處的水文地質環境，對礦井突水水源的正確、快速判別是礦井水害有效防治的前提條件，研究地下水的水化學特征有助于分析地下水的補給、徑流、排泄條件，對查明井下突水水源和水害防治有明確的指導意義。

關鍵詞：水化學地球特征；特征離子；突水水源

一、礦井突水特征

礦井突水是指掘進或采礦過程中當巷道揭穿導水斷裂、富水溶洞、積水老窿，大量地下水突然涌入礦山井巷的現象。礦井突水一般來勢兇猛，常會在短時間內淹沒坑道，給礦山生產帶來危害，造成人員傷亡。在富水的巖溶水充水的礦區及頂底板有較厚高壓含水層分布的礦山區，在構造破碎的地段，常易發生礦井突水。當巷道底板下有間接充水層時，便會在地下水壓力和礦山壓力作用下，破壞底板隔水層，形成人工裂隙通道，導致下部高壓地下水涌入井巷造成突水。但只要查明水文地質條件，采取措施，礦井突水是可以預防和治理的。

二、礦井突水水源判別

2.1一般的預感

通過觀察物理現象，如煤層變潮濕、松軟；煤幫出現滴水、淋水現象，且淋水可由小變大；有時煤幫出現鐵銹色水跡；當溫度降低，出霧或硫化氫氣味；有時可以聽到水的嘶嘶聲等識別礦井突水征兆。

2.2巖體力學等突水機理

通過對突水機理角度來判別突水水源，主要從巖體力學，地下水滲流場理論等角度分析水害來源。主要表現為工作面壓力增大，底板鼓起，工作層產生裂紋并逐漸增加；沿裂縫或煤層滲水會逐漸增加，而水將增加。

2.3數據分析

通過對地下水中所包含的水文地球化學信息進行數據分析，利用突水水質中所含有的水文地球化學信息來辨別突水水源。從研究現狀來看，以常規水化學識別法判斷礦井突水水源較為普遍。 通過分析水樣的水質類型、物化特征等，結合水質的水文地球化學分布、遷移、轉化規律來分析突水的來源。

2.3.1 特征離子和特征離子比值判別方式

為了快速判別礦井突水水源含水層，經常采用特征離子判別方式，即在掌握某些含水層獨特的離子含量前提下，直接測定該種特征離子，以快速給出突水含水層判斷。

（1）SO42-離子含量判別

酸性老窯水一般以高硫酸鹽含量（數百mg/l）為其特征，配以較低的PH值

（<6.0）和較高的Fe、Mn、Al含量，足以判斷突水的老窯水可能性。硫酸鹽含量較高亦是含石膏地層的地下水特征之一。

（2）Cl-離子含量判別

深部地下水，水化學類型已從HCO3型轉化為Cl型，氯化物為主導陰離子，故較高的氯化物（可達數百mg/L）配以較高的Na、Mg等可為深層地下水的標志。同時高氯離子含量也可以是地下水與受污染的地表水有聯系的一種指標。

（3）Na+離子含量判別：

砂巖地下水中，一般含有較高的地下水鈉離子含量（數百mg/l），配以較高的PH值（>8.3）及較低的總硬度含量，足以判斷突水的砂巖含水層可能性。

（4）NO3-離子含量判別：

與地表水有密切聯系的地下水如第四系含水層，或與補給密切聯系的奧灰水有可能具有較高的NO3-含量（> 10mg/l）。某些礦區即采用NO3-含量作為奧灰含水層突水的判斷指標。

（5）Fe2+、Mn2+離子含量判別：

水中鐵錳的富集條件是強酸性或還原環境，當突水中有鐵錳出現時，表明其水源來自還原環境，即來自封閉的煤系地層中的地下水運動滯緩帶。這樣的水源一般比交替強烈的強徑流帶水源富水性弱很多。

（6）F-離子含量判別：

某些含水層含有氟化物地層時，氟離子含量將會升高（>2.0mg/l），故氟離子含量可標示某些有關的含水層出水，如花崗巖地層出水等。

（7）Br-、I-離子含量判別：

巖溶地下水中溴、碘含量極底，但深層地下水和構造凹陷帶儲留水中，與含油地層有關的地下水中，溴和碘的含量可達數十mg/L或更高。因此這些離子對突水所處的地化環境有標志作用。

（8）特征離子比例特征判別：

下面列出一些特征離子和特征離子比值特征實例，以為水源類型的判別提供參考。

① γCa/γMg（用于研究碳酸鹽巖地層地下水）：

γCa/γMg=1.4～3.0 某礦區奧陶系灰巖含水層出水；

γCa/γMg=0.45～0.75 某礦區沖積層含水層出水；

γCa/γMg > 4.0 某礦區寒武系含水層出水；

γCa/γMg比值大幅度下降時，顯示海水、鹵水入浸地下水。

② γNa/γCl（用于海水、鹵水研究）：

γNa/γCl=0.876 海水特征比值；

γNa/γCl<<1.0 地下鹵水入浸；

γNa/γCl=1.9 某礦區奧灰含水層出水；

γNa/γCl=3.6 某礦區沖積層含水層出水；

γNa/γCl=7.25 某礦區煤系砂巖含水層出水。

③（γCa+γMg）/（γk+γNa）：

（γCa+γMg）/（γk+γNa）>1 在補給區及其附近的多數含水層出水；

（γCa+Mg）/（γk+Na） 比值下降，反映含水層強烈的Ca～Na離子交換結果。

④ γHCO3/γCl：

γHCO3/γCl=0.004 海水的特征比值；

γHCO3/γCl>>1 各種淡水含水層地下水；

γHCO3/γCl比值下降，有海水入浸或鹵水入浸地下水的可能。

⑤ 總礦化度的判別：

地下水按水的礦化度分類：

淡水 <1g/l 鹽化水 1.0～10.0g/l 咸水 10～50g/l

其中淡水又可分為：

超淡水<0.2g/l 微淡水0.2～0.5g/l 淡水0.5～1.0g/l

按此分類，煤礦床富水性強的地下水一般屬于淡水范圍，并以微淡水占主要部分。鹽化水在個別礦區深層地下水和徑流條件差的封存水中有時出現，但為數較少。總礦化度的測定除由陰陽離子總量計算外，可用電導率測定換算求得。

⑥ 溫度和氧化還原電位（ORP）判別：

某些礦區存在的地熱異常，引起不同含水層地下水較明顯的水溫差異，其溫度場的測定可用于突水的判別指標。

氧化還原電位在地下水徑流區與滯流帶上有明顯的差異，反映地下水所處的氧化還原環境，如高氧化還原電位（>+200mv）常顯示奧灰巖溶發育區的氧化環境，而低氧化還原電位（<+200mv）則多為地下水交替緩慢的滯流區，且埋藏一般較深。斷層出水的氧化還原電位高低會顯示該斷層導水性能的強弱。處于封閉缺氧還原環境下的老窯采空區積水，往往有較低的氧化還原電位值。

參考文獻：

[1]李燕，徐志敏，劉勇.礦井突水水源判別方法概述【J】.煤炭技術，2010，29（11）：87-89.