水化學分析法判別煤礦突水水源

劉帥

摘要：邢東煤礦底板鉆孔發生突水，及時準確判別出水水源，成為了治理礦井突水的關鍵。本文對礦井主要含水層進行水化學特征分析后，繪制出水樣的PiPer三線圖，并通過出水點與背景值進行對比，從而判斷出出水水源為奧灰巖溶水，為封堵井下突水奠定了基礎。

關鍵詞：水化學分析 ?突水水源 ?PiPer三線圖

通過對地下水的化學特征、分布規律等進行研究分析，在一定程度上有助于對地下水的賦存、補給，以及徑流和排泄條件等進行分析，這些分析對于查明煤礦井下突水水源，以及對井下突水進行有效防治具有重要的意義。邢東礦在-980集中運料巷進行正常底板超前鉆孔時突水，通過與礦井多個含水層進行水化學分析，將該處出水點與背景值進行比對分析后，判斷出出水水源為奧灰巖溶水，為治理井下突水奠定了基礎。

1 礦井水文地質條件

邢東礦井位于太行山中段東麓與華北平原西側，地勢西高東低。本井田處于半封閉狀態，奧灰巖溶水是井田地下水的主要補給來源，在各自含水層內自西向東緩慢運動，礦井匯集各含水層地下水，成為良好的排泄場所。

2 -980鉆孔出水點概況

-980集中運料巷屬于向新區開拓，該巷道迎頭前方為F23前下斷層，落差30m，施工的15號底板鉆孔穿過該斷層。該鉆孔施工至206m時，發現鉆孔出水，初始水量為20m3/h，穩定水量為90m3/h。

根據礦井水文地質和巷道迎頭實際揭露情況，15號鉆孔突水得出2種可能：①野青灰巖水通過鉆孔而突水;②奧灰水通過斷層導水而突水。

其依據是：①根據鉆孔剖面圖，出水鉆孔距野青灰巖很近，不能排除野青灰巖水的可能;②-980集中運料巷迎頭前方為F23、SF86斷層，導通含水層的可能性很大。

對于突水原因，尤其是突水水源等，難以通過分析水文地質條件進一步認清，在這種情況下，需要對出水水源進行判斷，進一步組織開展礦井防治水工作。

3 礦井主要含水層水化學特征

為了對出水水源快速準確地做出判斷，通常情況下，需要分別取8份礦區不同含水層水樣和1份出水點水樣，共9份，分別對其進行編號處理，進一步對其進行水質分析。

根據水中八大離子的實際情況，繪制PiPer三線圖，同時將各個水樣陰陽離子中每升毫克當量百分數含量投影到菱形圖上，繪制水樣的PiPer三線圖。根據樣點投影到圖上分布區域的不同，在一定程度上可以直接反映出不同含水層、相同含水層中水化學類型的差異。

①砂巖含水層水化學特征。1#、2#、3#水樣雖然處于不同的含水層，但從圖1可以看出，這三個水樣屬于一個區域，水質類型均為HCO3·Cl-NaK型，水樣所含離子濃度及其水質類型顯示這三個含水層中循環深度較淺，徑流條件較差。

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不同含水層疊加PiPer三線圖 ?15號出水點PiPer三線對比圖

圖1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖2

②野青、伏青、大青灰巖水化學特征。4#、5#、6#水樣雖然處于不同的含水層，在圖1中均處于1區，堿土金屬離子濃度超過堿金屬離子濃度，野青灰巖水質類型為HCO3-NaK型，伏青灰巖水質類型為SO4（HCO3）- NaK·Ca（Mg）型，大青灰巖水質類型為HCO3- Ca·NaK型。富水性弱至極弱。

③奧灰水化學特征。從圖1中可以清晰看出，奧灰2個水樣均在PiPer圖的中上區域，且彼此靠近，水質類型均為SO4-Ca·Mg型，礦化度在3600～3700mg/L之間。

將9#出水點與前8個水樣共同繪制出疊加的PiPer三線圖，見圖2。

從圖2可以看出，15號鉆孔出水點水樣與奧灰水樣極其相近，而與其他含水層水樣的落點偏離較大。

9#水樣水質類型為SO4-Ca·Mg型，礦化度為3072mg/L，PH值7.3。15號鉆孔出水點位置雖然在野青附近，但是其陰、陽離子含量和礦化度與奧灰水非常接近，水質類型也一樣，并且出水點水量較大。另外，根據水3

奧灰觀測孔中水位的變化規律與15號鉆孔突水水量呈

正相關，如突水發生后12小時內，水3下降了3.56m之多。

4 結語

①通過對邢東煤礦15號出水點的水化學特征分析，并且與礦區不同含水層可能引發突水的背景值進行比較，結合礦井的水文地質情況和突水情況等特點，綜合判斷出水點水源為奧陶系灰巖水，且與水3孔存在良好的水力聯系，為及時治理井下突水奠定了基礎。

②不斷完善礦井各含水層水化學數據特征庫，對礦井防治水工作具有重要意義。當井下發生涌水時，就可以利用水化學特征分析法，較為快速的對出水水源作出判別。及時提出正確的治理方案，使礦井水害降到最低限度。

參考文獻：

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