對(duì)礦井突水水源的判別

汪鴻雁

摘 要：地下水的水化學(xué)特征可以反映地下水所處的水文地質(zhì)環(huán)境，對(duì)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(xué)特征有助于分析地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄條件，對(duì)查明井下突水水源和水害防治有明確的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：水化學(xué)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(jìn)或采礦過程中當(dāng)巷道揭穿導(dǎo)水?dāng)嗔?、富水溶洞、積水老窿，大量地下水突然涌入礦山井巷的現(xiàn)象。礦井突水一般來勢(shì)兇猛，常會(huì)在短時(shí)間內(nèi)淹沒坑道，給礦山生產(chǎn)帶來危害，造成人員傷亡。在富水的巖溶水充水的礦區(qū)及頂?shù)装逵休^厚高壓含水層分布的礦山區(qū)，在構(gòu)造破碎的地段，常易發(fā)生礦井突水。當(dāng)巷道底板下有間接充水層時(shí)，便會(huì)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(dǎo)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(zhì)條件，采取措施，礦井突水是可以預(yù)防和治理的。

二、礦井突水水源判別

2.1一般的預(yù)感

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

2.2巖體力學(xué)等突水機(jī)理

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

2.3數(shù)據(jù)分析

通過對(duì)地下水中所包含的水文地球化學(xué)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，利用突水水質(zhì)中所含有的水文地球化學(xué)信息來辨別突水水源。從研究現(xiàn)狀來看，以常規(guī)水化學(xué)識(shí)別法判斷礦井突水水源較為普遍。 通過分析水樣的水質(zhì)類型、物化特征等，結(jié)合水質(zhì)的水文地球化學(xué)分布、遷移、轉(zhuǎn)化規(guī)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(jīng)常采用特征離子判別方式，即在掌握某些含水層獨(dú)特的離子含量前提下，直接測(cè)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(shù)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(xué)類型已從HCO3型轉(zhuǎn)化為Cl型，氯化物為主導(dǎo)陰離子，故較高的氯化物（可達(dá)數(shù)百mg/L）配以較高的Na、Mg等可為深層地下水的標(biāo)志。同時(shí)高氯離子含量也可以是地下水與受污染的地表水有聯(lián)系的一種指標(biāo)。

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

（5）Fe2+、Mn2+離子含量判別：

水中鐵錳的富集條件是強(qiáng)酸性或還原環(huán)境，當(dāng)突水中有鐵錳出現(xiàn)時(shí)，表明其水源來自還原環(huán)境，即來自封閉的煤系地層中的地下水運(yùn)動(dòng)滯緩帶。這樣的水源一般比交替強(qiáng)烈的強(qiáng)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(shí)，氟離子含量將會(huì)升高（>2.0mg/l），故氟離子含量可標(biāo)示某些有關(guān)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(gòu)造凹陷帶儲(chǔ)留水中，與含油地層有關(guān)的地下水中，溴和碘的含量可達(dá)數(shù)十mg/L或更高。因此這些離子對(duì)突水所處的地化環(huán)境有標(biāo)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(shí)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(qū)奧陶系灰?guī)r含水層出水；

γCa/γMg=0.45～0.75 某礦區(qū)沖積層含水層出水；

γCa/γMg > 4.0 某礦區(qū)寒武系含水層出水；

γCa/γMg比值大幅度下降時(shí)，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(qū)奧灰含水層出水；

γNa/γCl=3.6 某礦區(qū)沖積層含水層出水；

γNa/γCl=7.25 某礦區(qū)煤系砂巖含水層出水。

③（γCa+γMg）/（γk+γNa）：

（γCa+γMg）/（γk+γNa）>1 在補(bǔ)給區(qū)及其附近的多數(shù)含水層出水；

（γCa+Mg）/（γk+Na） 比值下降，反映含水層強(qiáng)烈的Ca～Na離子交換結(jié)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(qiáng)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(gè)別礦區(qū)深層地下水和徑流條件差的封存水中有時(shí)出現(xiàn)，但為數(shù)較少?？偟V化度的測(cè)定除由陰陽離子總量計(jì)算外，可用電導(dǎo)率測(cè)定換算求得。

⑥ 溫度和氧化還原電位（ORP）判別：

某些礦區(qū)存在的地?zé)岙惓?，引起不同含水層地下水較明顯的水溫差異，其溫度場(chǎng)的測(cè)定可用于突水的判別指標(biāo)。

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

參考文獻(xiàn)：

[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(shù)，2010，29（11）：87-89.