煤礦地下水水質(zhì)化驗探析

李凌晉

（山西潞安礦業(yè)（集團）公司節(jié)能環(huán)保處， 山西 長治 046204）

煤炭資源作為我國使用量最大的一次性能源資源，在國民經(jīng)濟發(fā)展中占據(jù)著重要的地位，隨著煤炭開采地質(zhì)條件越來越復(fù)雜，在開采過程中發(fā)生透水事故的概率不斷地增加，對煤礦生產(chǎn)企業(yè)的安全生產(chǎn)造成了巨大的威脅。通過研究發(fā)現(xiàn)不同地質(zhì)條件下的煤礦地下水的礦物質(zhì)含量有著明顯的差別，而井下綜采面的地質(zhì)條件又與透水事故的發(fā)生有著緊密的連續(xù)[1]，因此在煤炭開采過程中為了提前對透水事故進行預(yù)警，為井下作業(yè)人員的安全撤離或者采取降低透水事故影響的措施提供足夠的時間，就需要對煤炭開采過程中地下水的水質(zhì)進行分析，建立起地下水化學(xué)特性評價體系，研究不同煤層條件下的礦區(qū)水文條件，分析礦床的水文水位情況，更好地實現(xiàn)對井下透水事故的預(yù)防。

1 礦井地下水化學(xué)類型分析

礦井的地下水在長期礦巖作用及煤體開采過程中的擾動作用下其水質(zhì)的化學(xué)特性呈現(xiàn)出了極其復(fù)雜的變化，若要對地下水所處的礦層地質(zhì)特征進行研究、對地下水突出的情況進行分析及評價，就需要對不同地質(zhì)條件下所含地下水的化學(xué)成分的含量進行精確的研究，描繪出不同水層的離子含量[2]。本文針對某礦在開采時所獲得的187個地下水樣特征進行分析，發(fā)現(xiàn)其中煤系水的樣本達到了137個，上含水的水樣樣本為12個，太灰水的水樣樣本為11個，下含水的水樣樣本為4個，奧灰水的水樣樣本為2個，其他的樣本均為混合水等層位不清晰的地下水樣本。

對煤水系的水系樣本進行分析，其中Mg2+，Ca2+的體積分數(shù)僅占約10%，Na+和K+的體積分數(shù)約85%以上，水樣中的負離子的體積分數(shù)極其分散，但HCO3-在水系分布上的體積分數(shù)較高，水質(zhì)總體分布呈HCO3-·Cl+K特性，從水體分布來看該礦井地下水的水體與其他水層之間存在著較大的水利聯(lián)系，水體分布和礦井地下水的水層之間存在著采動影響造成的水層之間的越級流動補給。

上含水水樣樣本和其他的水層樣本之間的化學(xué)成分存在著顯著的差別，水體含量中HCO3-的體積分數(shù)超過了65%，SO42-的體積分數(shù)約為13%，Cl-的體積分數(shù)占比約為21%，水體類型為HCO3-·K+Na+Cl型，由此可分析該區(qū)域煤礦地下水主要以地表水補充為主，在地下呈現(xiàn)明顯的流動特性，與地下河道相連通。

在某礦的水樣樣本中有一個樣本的中含水水樣是落在了上含水的臨界特征點上，其水體特征和上含水的水樣水質(zhì)特征相似，因此該區(qū)域的上含水層與中含水層之間存在著某些互通連續(xù)，其他的水體樣本中的下含水、奧灰水和太灰水的水體樣本含量和另一個中含水的水層樣本極為接近，其HCO3-的體積分數(shù)低于15%，SO42-的體積分數(shù)超過43%，Cl-的體積分數(shù)占比約為36%，在陽離子分布中K+/Na+的體積分數(shù)大于75%，而SO42-和Cl-的體積分數(shù)在陰離子中占有較大的比例，因此該區(qū)域的礦井地下水的封閉性較好。某礦的水樣分布如下頁圖1所示[3]。

2 煤礦地下含水層特征離子提取與分析

圖1 某礦地下水水樣分布圖（質(zhì)量分數(shù)%）

對煤礦井下各地質(zhì)條件下含水層的標型組分進行分析，將各特征離子進行單獨的分類標注，是用于對各煤礦井下含水層水質(zhì)化驗分析并分析各層地下水之間水力聯(lián)系的最重要的方法，本文采用箱圖法對水質(zhì)成分進行化驗分析，確定個水層之間的特征離子的含量，作為對礦井地下水流動特性分析的基礎(chǔ)，進而揭示其發(fā)生透水事故的幾率。

箱圖法[4]是用于對水樣樣本中的四分位數(shù)、中位數(shù)和極值進行統(tǒng)計的表示方法，在箱圖中最上方的線段表示最大數(shù)值，次上方的線段表示第三、四分為數(shù)值，最下方的線段表示最小數(shù)值，次下方的線段表示第一、二分為數(shù)值，最中間位置的加粗的線條用于表示中位數(shù)據(jù)，統(tǒng)計的某礦的地下水水樣的箱圖分布如圖2、圖3、圖4所示，框圖中，1表示上含水樣、2表示中含水樣、3表示下含水樣、4表示煤系水樣、5表示太灰水樣。

由圖2可知，Ca2+的體積分數(shù)分布能夠明顯的將煤水系和其他水系進行明顯的區(qū)分，在該水系樣本中有較多的極值存在，給水系樣本的區(qū)分造成了較大的干擾，極值存在較多主要是由于在該區(qū)域中各水層之間存在著一定的流動和相互摻雜，總體上來說通過水系中Ca2+的含量能夠判斷煤系水樣中砂巖的裂隙。

由圖3可知，K++Na+的分布狀況可以用于標示上含水的的標型組成，在圖示上含水的體積分數(shù)最低，可以明顯的區(qū)分不同水源的含水層，在中含水層中各水樣支架存在著比較大的區(qū)別，對水樣的判別存在著較大的干擾，在該煤礦地下水中煤系水的體積分數(shù)占了全部水樣體積分數(shù)的92%以上。

由圖4可知SO42-在各水系中的分布比較均勻，因此在實際中很難通過檢驗水系中SO42-的含量來對水系的狀況進行判斷。

由以上分析可知，在實際應(yīng)用中可通過檢驗煤礦地下水中Ca2+、K++Na+的體積分數(shù)來對地層中地下水的情況進行判斷，進而判斷出該區(qū)域發(fā)生透水事故的概率，及時采取必要的控制措施確保煤礦井下的生產(chǎn)安全。

3 結(jié)語

圖2 Ca2+的箱型圖

圖3 K++Na+的箱型圖

圖4 SO42-的箱型圖

本文通過對煤礦地下水水質(zhì)化驗的分析，得出可利用檢驗水系中Ca2+、K++Na+的體積分數(shù)來對煤層中的水系的狀態(tài)進行判斷，預(yù)測出在井下巷道綜采面開采過程中發(fā)生透水事故的幾率，將事故可能降低到最小，通過對某礦不同區(qū)域水系樣本的分析得出，在該礦煤系水中的Ca2+的體積分數(shù)較高，由此分析出該處礦層可能是處于斷層區(qū)域或者是與地下水系相連通，在實際開采時發(fā)生透水事故的概率較大，因此需要采取一定的控制措施，避免發(fā)生透水事故。