某煤礦礦區(qū)地下水水質(zhì)化驗(yàn)分析研究

劉紅莉

寧夏國土資源調(diào)查監(jiān)測院，寧夏銀川 750001

0 引言

煤礦礦區(qū)地下水水質(zhì)化驗(yàn)對預(yù)防煤礦透水事故具有重要的作用，目前煤礦透水事故已經(jīng)成為了繼瓦斯爆炸之后最容易發(fā)生的事故之一。2004年，內(nèi)蒙古某煤礦發(fā)生了11 854m3/h的特大透水淹井事故，該事故造成13人死亡，2人失蹤，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)287.5萬元。為了判斷礦區(qū)透水事故的地下水來源和避免同樣事故的發(fā)生，本文對該礦礦區(qū)地下水水質(zhì)進(jìn)行了化驗(yàn)分析研究。

為研究該礦區(qū)地下水系統(tǒng)的水化學(xué)特征，筆者在充分收集區(qū)內(nèi)現(xiàn)有有關(guān)資料和研究前人工作成果內(nèi)容的基礎(chǔ)上，開展了坑道和地表水文地質(zhì)試驗(yàn)、水文地質(zhì)測繪、同位素測定、水質(zhì)化驗(yàn)等水質(zhì)研究工作。

1 煤礦礦區(qū)地下水化驗(yàn)研究的方法

礦物離子的含量在地下水化學(xué)特征及其分析指標(biāo)中占有非常重要的地位，地下水研究工作者把巖石圈中容易遷移且含量豐度較高的元素離子或分子稱為標(biāo)準(zhǔn)型組分，并且根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)型地下水組分(離子、分子等)的含量對地下水系統(tǒng)進(jìn)行分類。同時(shí)，地下水中各類陽離子和陰離子的濃度總和也表明了該地區(qū)的地下水的礦化程度，通常地下水系統(tǒng)中含有HCO3-、Ca2+、Mg2+濃度較高的為低礦化水，含SO42-較高的為中礦化水，含Cl-較高的為高礦化水，其具體研究方法如下。

2.1 地下水硬度的計(jì)算方法

一般情況下，采用Ca2+和Mg2+濃度的總和表示地下水的硬度，因此，水的硬度主要與水中的Ca2+和Mg2+含量有關(guān)，故采用狀態(tài)方程式對水的總硬度與Ca2+和Mg2+進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，找出引起水硬度變化的主要因素。經(jīng)計(jì)算Mg2+對總硬度的關(guān)聯(lián)度為r1=0.959，Ca2+對總硬度的關(guān)聯(lián)度為r2=0.894，可見此地區(qū)地下水中，引起總硬度變化的主要因素是Mg2+，相關(guān)曲線如圖1所示?？梢婋S著Mg2+含量增加，水的硬度也隨之提高，兩者相關(guān)系數(shù)R=0.728，經(jīng)相關(guān)性檢驗(yàn)，當(dāng)a=0.01時(shí) R0.01（n-2）=0.342，R＞R0.01（n-2）=0.342，兩者線性相關(guān)性較好，故采用對地下水中Ca2+、Mg2+濃度進(jìn)行計(jì)算就可得出其總硬度。

2.2 地下水礦化度的計(jì)算方法

礦化度表示水中各種鹽類總和，即水中全部陽離子和陰離子總和。地下水中，隨著礦化度變化，主要離子成分也隨之發(fā)生變化，通常情況下低礦化水常以HCO3-及Mg2+、Ca2+為主;高礦化水則以Cl-為主；中等礦化水中陰離子以SO42-為主。這主要由于各種鹽類在水中溶解度不同，氯鹽溶解度最大，硫酸鹽次之，碳酸鹽較小。分析地下水中SO42-、HCO3-、Cl-、Mg2+、Ca2+對礦化度指標(biāo)的關(guān)聯(lián)程度，得到關(guān)聯(lián)度分別為r1=0.959，r2=0.946，r3=0.956，r4=0.950，r5=0.934，由于 r1＞r3＞r4＞r2＞r5，可知對礦化度變化起主要影響的是SO42-與Cl-，礦化度與Cl-和SO42-相關(guān)系數(shù)R分別為0.95和0.91，表現(xiàn)出了良好的線性相關(guān)關(guān)系好。

3 礦區(qū)地下水系統(tǒng)的組成和水化學(xué)特征

該礦區(qū)屬內(nèi)蒙古煤礦的重要組成部分，常年降雨稀少，干旱多風(fēng)。深入調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，本礦標(biāo)準(zhǔn)型組分定為Ca2+、Mg2+、Na+、HCO3-、Cl-、SO42-等六種陰陽離子，且含有HCO3-、Ca2+、Mg2+等離子濃度較高，為低礦化水。根據(jù)本礦地下水標(biāo)準(zhǔn)型組分、各礦礦井充水之間的關(guān)系以及地下含水層特征，將本區(qū)地下水系統(tǒng)分為以下三個(gè)含水層子系統(tǒng)。

3.1 松散孔隙含水層

一般情況下，松散孔隙含水層屬于被新生界松散層覆蓋得煤礦地層，該層特點(diǎn)是比較松散，一般厚度在200m～250m。該層自上而下包括三個(gè)隔水層和四個(gè)含水層，其中第三個(gè)隔水層厚度較大，占據(jù)整個(gè)松散空隙含水層得1/3左右，具有較好的隔水性能，將地表水與一、二、三含水層與第四含水層以及基巖地下水層隔開。其中，第四含水層直接覆蓋在煤層上，水可以通過基巖裂隙滲透到淺部煤層上，是開采時(shí)礦井的主要水源之一，需要不斷進(jìn)行疏干處理，它對松散孔隙含水層有著直接的決定作用。

在本礦區(qū)中，第四含水層含有較高的Cl-，含有較低的SO2-4和HCO-，三種陽離子占有比較相近的比例，均在30%左右。表現(xiàn)為較高的硬度和較高的礦化程度特征，其水的pH在7.5～7.7之間，稍微偏堿性。另外，該層反映天然徑流條件較差，對其水質(zhì)起到主要的過濾作用。

3.2 砂巖裂隙含水層

砂巖裂隙含水層富水性較弱，不能明顯的將其分割成含、隔水層，但自上而下也可將其劃分為四個(gè)隔水段和三個(gè)含水段。在這整個(gè)砂巖裂隙含水系統(tǒng)中主采煤層頂?shù)装迳皫r裂隙滲透出來的地下水是礦井充水的直接來源。

在本礦區(qū)整個(gè)含水層的水表現(xiàn)了大致相同化學(xué)特征，三種礦物陽離子中K+、Na+占據(jù)了非常高的比例，大約在92.5%～94.6%之間，陰離子中HCO3-占了較高的比例，其次是Cl-，SO42-含量較低。其水pH在8.4～8.7之間，水質(zhì)偏堿性，表現(xiàn)出了較高的礦化度和較低的水硬度。

3.3 石灰?guī)r巖溶裂隙含水層

在正常煤層開采情況下，石灰?guī)r巖溶裂隙含水層距開采操作層較遠(yuǎn)，其充水對煤礦礦層影響較小。但是當(dāng)井巷工程遇到導(dǎo)水性斷層或巖溶陷落柱時(shí)，就有可能造成灰?guī)r與煤層的間距縮短，隔水層變薄弱，此時(shí)，灰?guī)r水很容易通過導(dǎo)水性斷層或巖溶陷落對礦坑直接充水或發(fā)生底鼓突水。而且這種情況下的灰?guī)r透水具有水量豐富、水壓大、透水破壞性大等特點(diǎn)。因此，石灰?guī)r巖溶裂隙含水層也是礦井安全生產(chǎn)的重要隱患之一。

在本礦區(qū)中，K+、Na+、Ca2+和Mg2+四種陽離子占有比較相近的比例，陰離子中Cl-占著主要的比例，約在56.44%。其pH在7.9左右，呈現(xiàn)出稍微的堿性。其水質(zhì)表現(xiàn)為較高的硬度和較高的礦化程度，硬度在57.76德國度左右，礦化度為2.425g/L。

4 結(jié)論

煤礦礦區(qū)地下水水質(zhì)化驗(yàn)分析研究工作的目的是查清礦區(qū)內(nèi)的水文地質(zhì)條件，分析礦床的充水條件，預(yù)測各礦體在開采過程中的礦坑涌水量，減少或避免突水對礦山生產(chǎn)造成的危害，為保證煤礦開采提供理論依據(jù)，為保證煤礦安全生產(chǎn)提供基礎(chǔ)。本文在對本礦各層地下水化學(xué)特征分析研究的基礎(chǔ)上，考察了各含水層的水質(zhì)特點(diǎn)，對今后井下涌水來源的分析判斷有著一定的參考價(jià)值，有利于礦井防治水患，安全生產(chǎn)。相信，隨著人們安全意識(shí)的不斷加強(qiáng)和我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們會(huì)越來越重視煤礦礦區(qū)地下水水質(zhì)化驗(yàn)工作，地下水質(zhì)化驗(yàn)工作也會(huì)更好的為煤礦開采工作服務(wù)。

[1]楊少華.淺談礦區(qū)地下水環(huán)境影響評價(jià)[J].科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2008.

[2]孟凡生，王業(yè)耀.煤礦開采環(huán)境影響評價(jià)中地下水問題探析[J].地下水，2007.