桃園Ⅱ2采區(qū)放水試驗太灰水化學特征研究

摘 要：為了判斷桃園煤礦Ⅱ2采區(qū)太灰含水層補給水源，對Ⅱ2采區(qū)放水試驗前后太灰水的常規(guī)水化學指標進行了采樣測試和分析。結果表明：在放水試驗開始前，采區(qū)太灰水質與礦井內太灰水質存在差異，與奧灰水水質具有一定相似性；在放水試驗過程中，太灰水質發(fā)生了變化，說明有其他水源的補給，太灰水質不斷與奧灰水質接近，說明采區(qū)內兩含水層存在水利聯(lián)系，突水危險性較大，研究結果為采區(qū)開采防治水提供了科學依據(jù)。

關鍵詞：太灰含水層；放水試驗；水化學特征；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]。該礦井水文地質條件復雜，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)籌備過程中，根據(jù)井下10煤底板物探異常反映，進行了鉆探探查，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。地下水水化學探測方法是礦井突水水源判別常用的方法之一，通過分析研究獲得的地下水化學成分數(shù)據(jù)，可以得到各個含水層的常規(guī)水化學特征水化學以及地下水的補給來源和徑流條件，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)水化學特征分析

依照桃園煤礦歷次放水試驗結果分析，各含水層水質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陽離子，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，在三個陽離子中，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。水化學類型為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)初始太灰水化學特征

放水試驗之前在Ⅱ2采區(qū)進行了太灰水取樣，依據(jù)樣品化驗結果總結出太灰水水質特征如下：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離子，其中鈣離子占比最多，達到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，都在20%上下。依照數(shù)據(jù)得到Ⅱ2采區(qū)太灰含水層水質Piper圖，見圖2，可以看出Ⅱ2采區(qū)太灰含水層水質與礦井具有一定的相似性。

3 放水試驗過程中太灰含水層常規(guī)水化學變化特征

進行井下放水試驗的過程中，在FS1，F(xiàn)S2和FS3三個取樣地點連續(xù)取樣，并進行水樣的檢測。太灰水常規(guī)離子數(shù)據(jù)以及總礦化度等指標數(shù)據(jù)見表2和表3，根據(jù)放水試驗過程中常規(guī)水化學特征的變化，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。隨著放水試驗的進行，PH值數(shù)據(jù)變化不大，在平均值7.34上下波動；在放水試驗的過程中，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；水質類型由SO4·Cl·HCO3-Ca·Mg·Na或SO4·HCO3- Ca·Mg·Na型向SO4·HCO3-Ca·Na·Mg型轉變，由此表明太灰含水層水質和放水試驗期間補給水源的水質相似。

通過放水試驗期間太灰含水層水化學系統(tǒng)聚類分析，表明在放水試驗過程中，接受奧灰水的補給量增多，這與上述分析結果是一致的。

4 結論

（1）通過放水試驗之前在Ⅱ2采區(qū)進行了太灰水取樣分析得出，采區(qū)內太灰水質與礦井內太灰水質存在差異，但與奧灰水質具有一定的相似性；

（2） 隨著放水試驗的進行，Ⅱ2采區(qū)內太灰水質類型向SO4·HCO3-Ca·Na·Mg型轉變，逐漸與奧灰水質接近，表明太灰與奧灰含水層之間存在著水力聯(lián)系。

參考文獻：

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作者簡介：李巖（1981-），男，工程師。