團柏礦下組煤主要含水層水化學特征研究

王 力，劉彥俊

（1.霍州煤電集團 汾河焦煤公司三交河煤礦，山西 洪洞 041600；2.霍州煤電集團 技術研究院，山西 霍州 031400）

團柏礦下組煤主要含水層水化學特征研究

王 力1，劉彥俊2

（1.霍州煤電集團 汾河焦煤公司三交河煤礦，山西 洪洞 041600；2.霍州煤電集團 技術研究院，山西 霍州 031400）

通過研究團柏礦下組煤各主要含水層水化學成分及其特征，了解掌握礦井各含水層水質成分差別，用來查明各含水層補給、徑流、排泄條件，判別各含水層之間是否有水力聯系，分析突水水源，對礦井水害防治和搶險救災具有重要指導意義。

含水層；水化學特征；水力聯系；垂直分帶性

1 下組煤水文地質概況

團柏礦位于霍西煤田的中部，處于上、下團柏斷層之間，受上、下團柏斷層控制。東邊為郭莊泉排泄區，西邊為龍子祠泉域與郭莊泉域的奧灰地下水分水嶺，北邊界為上團柏半阻水斷層（斷距520 m ～550 m），東南邊界是下團柏斷層（斷距250 m～320 m），阻水性強于導水性。煤系地層地下水的化學面貌，綜合反映了該區地下水的徑流環境，地質與水文條件起了決定性的作用。許多水害防治專家通過水化學特征分析，用于指導礦井水害防治和搶險救災[1-2]。奧灰富水性南盤明顯弱于北盤，據勘探資料分析，郭莊泉域通過此斷層向南有一定的潛流量，主要是落差小的西南段[3-4]。

1.1 下組煤主要含水層關系

礦井下組煤主采煤層為10號、11號煤，主要含水層為石炭系太原組（C3t）K2灰巖含水層、本溪組（C2b）含水層和奧陶系峰峰組（O2f）含水層。其中太原組K2灰巖含水層為其直接頂板充水層，本溪組（C2b）含水層和奧陶系峰峰組（O2f）含水層為其底板巖溶裂隙承壓含水層。

1.2 地下水補、徑、排條件

井田內松散巖類孔隙水及砂巖裂隙水主要在區域地表裸露區接受大氣降水補給，沿地層分布由高向低流動，其主要排泄方式為在溝谷兩側出露成泉或補給其它含水層。太原組灰巖水在區域地表裸露區接受大氣降水補給，在局部通過構造接受奧灰越流補給，其主要排泄方式為在溝谷兩側出露成泉和井下人工排泄。團柏礦東部緊鄰郭莊泉，處于郭莊泉巖溶地下水系統的團柏河強徑流帶上。奧灰在井田西部呂梁山、井田北東部太岳山的裸露灰巖區接受大氣降水補給，徑流方向為由西北、北部、東北向南部徑流，在郭莊泉群處以泉水的形式排泄，同時在局部通過構造補給上部其它含水層，部分巖溶水還可越過下團柏斷層以潛流形式向南補給龍子祠泉域巖溶水及臨汾斷陷盆地松散層孔隙水[4]。

2 礦井水化學特征分析

2.1 各主要含水層水化學特征

團柏礦下組煤目前共收集各主要含水層水樣52個，其中太原組巖溶水水樣13個，本溪組砂巖水水樣4個，奧陶系峰峰組灰巖水水樣35個。各地下水以K++Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-等離子的標型組分，如表1所示，用來分析各含水層水化學特征。

表1 團柏礦各地下水系統中的標型組分表

2.1.1 太原組（C3t）灰巖水水化學特征

C3t灰巖水水質基本屬于弱堿性，為中等礦化度及中等硬度水，處于徑流區內，水質呈典型的深層灰巖水。C3t灰巖石水中Ca2+所占比例最大約占一半以上，Mg2+略小約占1/3，K++Na+相對很低，其含量分別為178.08 mg/L～285.51 mg/L、41.2 mg/L～101.66 mg/L、35.75 mg/L～78.72 mg/L，平均值分別為187.57 mg/L、55.18 mg/L、55.62 mg/L。由此可見Ca2+在陽離子中占絕對優勢，為C3t灰巖水水質中的特征陽離子。C3t灰巖水三種主要陰離子以為主，其次為HC離子，Cl-離子所占比例相對略低，各離子含量分別為280.3 mg/L～778.54 mg/L、265.42 mg/L～366 mg/L、22.6 mg/L～119.3 mg/L，平均值分別為460.38 mg/L、323.88 mg/L、44.22 mg/L。由此可見在陰離子中占絕對優勢為C3t灰巖水水質中的特征陰離子。

2.1.2 本溪組（C2b）砂巖水水化學特征

C2b砂巖水水質基本屬于弱堿性水，為中等礦化度及中等硬度水。C2b砂巖水陽離子以Ca2+為主所占比例最大約占80%，Mg2+相對較低約占1/10～ 1/3，K++Na+很低不足10%，其含量分別為211.2 mg/L～299.6 mg/L、25.44 mg/L～69.12 mg/L、0.5 mg/L～43.68 mg/L，平均值分別為267.3 mg/L、47.22 mg/L、21.66 mg/L。由此可見Ca2+在陽離子中占絕對優勢，為C2b砂巖水水質中的特征陽離子。C2b砂巖水三種主要陰離子以為主約占一半以上，其次為HC離子約占1/3，Cl-離子所占比例相對很低不足10%，各離子含量分別為457 mg/L～644.2 mg/L、300.1 mg/L～389.8 mg/L、27.73 mg/L～39.76 mg/L，平均值分別為550.6 mg/L、351.05 mg/L、34.70 mg/L。由此可見離子在陰離子中占絕對優勢，為C2b砂巖水水質中的特征陰離子。

2.1.3 奧陶系峰峰組（O2f）灰巖水水化學特征

O2f灰巖水水質基本屬于弱堿性，表現為中等礦化度與中等硬水的特征，處于徑流區內，水質呈典型的深層灰巖水。O2f灰巖水3種主要陽離子Ca2+所占比例最大約占1/2以上，其次為Mg2+，K++ Na+相對略少，各離子含量分別為120.57 mg/L～321.2 mg/L、31.44 mg/L～70.57 mg/L、6 mg/L～58.67 mg/L，平均值分別為224.49 mg/L、47.58 mg/L、38.49 mg/L。由此可見Ca2+在陽離子中占絕對優勢，為O2f灰巖水水質中的特征陽離子。O2f灰巖水水3種主要陰離子以為主，其次為HC離子，Cl-離子所占比例相對較低，各離子含量分別為219.8 mg/L～813.53 mg/L、222.9 mg/L～387.4 mg/L、22.66 mg/L～46.49 mg/L，平均值分別為 493.35 mg/L、318.49 mg/L、27.71 mg/L。由此可見在陰離子中占絕對優勢為O2f灰巖水水質中的特征陰離子。

2.2 C3t灰巖水、C2b砂巖水、O2f灰巖水水化學特征對比分析

根據收集的下組煤52個含水層水樣水質分析數據，取各離子含量的平均值繪制柱狀圖進行對比分析。

圖1 各含水層平均離子含量柱狀圖

從圖1可知：從整體上來看，3種水樣除了鈣離子、硫酸根離子、礦化度（TDS）稍微有點差異外，其他離子指標基本相同。從鈣離子、礦化度含量來看，C2b砂巖水的最高，O2f灰巖水的次之，C3t灰巖水的最低，且其含量相差不大。

從圖2可知：3種水樣大體上集中同一個位置，說明3種水樣水力聯系很緊密，含水層之間基本已經導通，說明團柏礦地下水不存在明顯的垂直分帶性。O2f灰巖水與C3t灰巖水水樣在圖上呈近似直線狀態，說明團柏礦O2f灰巖水與C3t灰巖水存在細微的平面分區性。

3 分析對比結果

1）C3t灰巖水、O2f灰巖水與C2b砂巖水這3種水樣除了鈣離子、硫酸根離子、礦化度稍微有點差異外，其他離子指標基本相同。從鈣離子和硫酸根離子來看，C2b砂巖水整體略高于O2f灰巖水，O2f灰巖水略高于C3t灰巖水。

2）3種水樣基本都具有相同的離子特征，Ca2+均在陽離子中占絕對優勢，為水質中的特征陽離子均在陰離子中占絕對優勢，為水質中的特征陰離子。

圖2 C2b砂巖水、C3t灰巖水與O2f灰巖水水質疊加圖

3）團柏礦太原組含水層、本溪組含水層、峰峰組含水層之間水力聯系緊密，含水層之間基本已經導通。

4）團柏礦地下水不存在明顯的垂直分帶性，但O2f灰巖水與C3t灰巖水存在細微的平面分區性。

4 結束語

通過分析對比團柏礦各主要含水層的水化學特征，得知下組煤各含水層之間的水力聯系緊密，已基本導通，不存在明顯的垂直分帶性，但O2f灰巖水與C3t灰巖水存在細微的平面分區性，以此為依據，對指導礦井水害防治具有重要意義。

[1] 胡東祥,岳尊彩,孫如華,等.兗州礦區下組煤主要含水層水化學特征[J].能源技術與管理,2007(6):11-13.

[2]陳朝陽,王經明,董書寧,等.焦作礦區突水水源判別模型[J].煤田地質與勘探,1996,24(4):38-40.

[3] 張人權,周宏,陳植華,等.山西郭莊泉巖溶水系統分析[J].地球科學-中國地質大學學報,1991,16(1):1-17.

[4]山西霍州煤電集團有限公司,中煤科工集團西安研究院.山西霍州煤電集團有限公司煤礦防治水技術手冊[M].北京：煤炭工業出版社,2013.

（編輯：武曉平）

Hydrochemical Characteristics of Major Aquifers of Lower Group Coal in Tuanbai Mine

WANG Li1,LIU Yanjun2
(1.Sanjiaohe Mine,Fenghe Coking Coal Co.,Ltd.,Huozhou Coal and Electricity Group,Hongtong 041600,China;
(2.Institute of Technology and Research,Huozhou Coal and Electricity Group,Huozhou 031400,China)

Hydrochemical components and characteristics of major aquifers of lower group coal in Tuanbai Mine are studied to find the component differences between the aquifers,to discover the condition of supply,run-off and drainage,to judge hydraulic connection among the aquifers,and to analyze the source ofwater bursting,which could guide the water control and rescue work in mines.

aquifer;hydrochemical characteristics;hydraulic connection;vertical zonation

P641.5

A

1672-5050（2016）04-064-03

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2016.08.018

2016-04-14

王力（1974-）男，山西翼城人，大學本科，工程師，從事煤礦地測防治水工作。