某煤礦礦區地下水水質化驗分析

摘 要：雖然近些年新型能源興起，但是煤礦業依然是國民經濟發展的重要能源，因為其價格實惠存儲量又豐富。煤礦在開采時，特大安全事故的發生率較高，因此，煤礦開采始終貫徹安全第一的理念。煤礦在開采時發生水害是僅次于瓦斯爆炸的重大災害之一。其發生因素是礦床充水條件不穩定，在采礦過程中，礦坑會出現急劇的涌水量，從而造成煤礦災害。文章重點研究了福建煤礦，其水文地質條件特殊，是煤礦水災的高發區。

關鍵詞：煤礦；礦區地下水；水質化驗分析

中圖分類號：P641.73 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）21-0179-02

福建多巖溶地貌，巖溶地貌主要是巖石溶蝕、崩塌沉淀形成的。目前，科學研究發現，巖溶地貌較豐富的地區，其地下水源越多，相應的這個地區的水文地質條件也會比較復雜。煤礦地下水質化驗分析主要是為了研究煤礦區域水文條件，從而更好的分析出礦床充水因素。只有有效的預防煤礦開采礦坑涌水量，才能避免煤礦水害帶來的危害。水質化驗分析可以促使煤礦開采安全，為其安全運營提供有利的理論依據。本文綜合前人的研究成果，淺析福建煤礦地下實質化驗分析。

1 煤礦水害特點

1.1 地質概況

本文以福建煤礦為例來說明煤礦水害特點，其處于我國東南沿海地區，煤層分布面積在7 000 km2左右。地質結構多為砂巖，煤層處于砂礫巖下，其地質厚度大約為800 m。由于其地質結構特殊，煤層涵蓋分布就有一定的不均勻性。煤層夾雜砂巖與泥巖，其巖溶水水害發生的可能性較大。主要充水因素：自然降水、老窯積水、巖石涌水還有巖溶水。自然降水直接補給的是基巖風化帶的潛水，通過不斷滲透雨水到達基巖承壓水。老窯水主要是巖石裂隙、巖溶水等由斷裂層或者煤礦通道進入其內的水，其誘發水害的可能性最大。隨著采礦業的不斷擴展深入，巖石裂隙與巖溶水造成的水害事故也越來越多。由此可以發現，其地質巖層裂隙帶的充水性較弱，巖石與煤層的斷裂處充水較強。礦區剖面圖，如圖1所示。

1.2 事故分析

1.2.1 老窯透水

老窯水害事故多發的因素有很多，比如，煤礦非法越界開采，在廢棄的老窯內深度開采，造成水害事故。還有，有些煤礦的安全管理體系不健全，其安全管理責任落實不到位，預防事故發生的專職人員數目也不足，工人的安全意識不強。如果煤礦企業在超額開采，就可能造成水害。因為地質特殊和煤礦開采的特殊要求，煤礦在運作時，需要投入大量的技術管理，并且要配備相應的管理人員放水。同時，煤管部門可能對礦私拆密封等安全管理落實不到位，存在疏于管理現象，造成其管理監督的作用發揮不到位，從而發生老窯透水事故。

1.2.2 熔巖突水

熔巖突水事故，主要是2011年龍巖市煤礦155區段在掘進時，出現導水斷層與熔巖水突水狀況，其突水量達到1 000 m3/h，瞬間礦井被淹沒。其發生的主要原因，是對地質條件認定不明確，沒有及時使用透水設備。在斷層切割時，沒有科學的切割圖，致使巖層面與煤層面直接接觸。因為巖層面與地表水等相通，其接觸會促使熔巖水豐富，等到達到一定程度，承壓水就會直接進入煤礦井通道中，從而發生淹進事故。目前，煤礦對于巖石承壓水研究的深度還不夠深入，是其事故發生的主要原因。煤礦要多培訓工人探放水意識，從而保障工人有效的識別導水斷層征兆，也是貫徹煤礦“先探后挖”的規則。

1.2.3 地表水饋入

2013年，福建蘇二煤礦出現地表水饋水事故，其影響嚴重，淹沒了采礦區變電所和中央泵房，直接損失200多萬元，所幸無人員傷亡。其潰水點在河床塌陷處，是經過老窯滲漏到現采礦區的，其水涌點在廢舊港道。由此分析出，事故的主要原因是，水患排查不徹底，沒有將水害隱患分析透徹，所以未能及時發現河床塌陷，造成水害事故。

2 水質化驗方法

2.1 研究路線

檢測礦物離子，是地下水水質研究的重要科學分析支撐。首先對巖石圈中，含量較豐富的元素離子分組研究。然后再研究試下水離子或者分子含量，并且以此統一分析。同時，地下水中的陽離子或者陰離子，其總濃度就是礦區地下水礦化程度。低礦化水的判別方式是：研究地下水含HCO3-、Ca2+、MG2+的含量，如果這些礦物質元素濃量高，就是低礦化水。中礦化水就是研究水質里是否含有較高的SO42-，高礦化水就是水質中含有濃量的CL-。

2.2 地下水硬度與礦化度的公式計算法則

正常情況下，煤礦地下水水質分析，是通過分析Ca2+、MG2+的含量總和確定水質硬度的，所以其含量總和就是地下水硬度。但是在研究中，要根據其硬度關聯分析出水質變硬的因素。在此福建礦區本次收集50個水樣，分析出當MG2+的含量增加時，水的硬度與之成正比，也在不斷上升。并且計算出MG2+的含量為0.958，Ca2+的關聯硬度為r2=0.902，那么就能明確此礦區水硬度的主要原因是MG2+，此地區水質化驗離子系數見表1。

煤礦地下水的陽離子與陰離子計算總和，是其水質鹽類總和。當地下水的礦化度出現變化時，其離子成分也會相對應的變化。HCO3-、Ca2+、MG2礦物質元素是水質低礦化的主要依據，CL-的濃量是水質高礦化的主要表現，這都是根據水質鹽度的溶解度分析出的。因為水質鹽度的溶解程度不同，氯鹽、硫酸、碳酸的溶解反應就不一樣。所以，分析地下水質的HCO3-、Ca2+、MG2、SO42-，就能明確其水質的礦化程度。同時，還可以判斷出礦化度的主要影響元素是SO42-。

3 煤礦區地下水化學特征與其系統組成

該礦區是福建礦區的主要組成部分，降水量高，氣候濕熱。經調查研究，本礦的主要影響元素定位：HCO3-、Ca2+、MG2、SO42-、CL-、MG2+，由于其離子濃度比較低，所以其地下水歸類為低礦化水。文本根據此地質含水特征，將其分為三個含水層面。

3.1 松散砂礫含水層

由于此礦區地質問題，砂礫含水層的覆蓋性比較松散，其厚度在200～250 m之間。并且此地質包括含水層與隔水層個三個，隔水層的厚度比較大，占據松散砂礫含水層的30%，其隔水能力良好，有效的將含水層與基巖水層隔開。煤礦礦井開采的水源，基本就是基巖裂隙不斷滲透到煤層的。此礦區，在這個層面地下水含有較濃的CL-，可以得出結論其水質較硬，其原因是這段時間內天然降水量不夠豐富，徑流水滲透就比較弱。

3.2 裂隙含水層

裂隙含水層在正常情況下，含水性都較弱，并且這個層面的地質分割情況并不明顯。礦井水的直接來源，同樣是砂巖裂隙在開采中滲透水。在此層面HCO3-占有量比較高，水質成分偏堿性。

3.3 石灰巖裂隙含水層

石灰巖裂隙是水害發生的直接層面，但是其層面正常沖水性較弱，只有導水層出現斷層的現象，才會直接造成礦坑充水。此層面的礦物離子較接近，所以要格外注意石灰巖層透水。

4 結 語

研究礦區地下水水質，能有效的預防煤礦水害。水害的防止與治理是煤礦發展重點突破問題，其研究層面還比較淺顯。所以水質化驗分析還需要不斷的深化與拓展，這一領域是煤礦可持續發展的重大課題。

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