桃園Ⅱ2采區放水試驗太灰水化學特征研究

摘 要：為了判斷桃園煤礦Ⅱ2采區太灰含水層補給水源，對Ⅱ2采區放水試驗前后太灰水的常規水化學指標進行了采樣測試和分析。結果表明：在放水試驗開始前，采區太灰水質與礦井內太灰水質存在差異，與奧灰水水質具有一定相似性；在放水試驗過程中，太灰水質發生了變化，說明有其他水源的補給，太灰水質不斷與奧灰水質接近，說明采區內兩含水層存在水利聯系，突水危險性較大，研究結果為采區開采防治水提供了科學依據。

關鍵詞：太灰含水層；放水試驗；水化學特征；桃園煤礦

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.14.009

桃園煤礦位于淮北煤田，地層區劃為徐宿地層小區 [1]。該礦井水文地質條件復雜，2013年2月3日南三采區10煤1035工作面發生底板突水事故[2-3]。礦井主要含有新生界松散層含隔水層、二疊系主采煤層間含水層和隔水層、太原組灰巖巖溶裂隙含水層和奧陶系石灰巖含水層。在Ⅱ2采區籌備過程中，根據井下10煤底板物探異常反映，進行了鉆探探查，發現該采區太灰與奧灰水位相近，較正常太灰水壓高。地下水水化學探測方法是礦井突水水源判別常用的方法之一，通過分析研究獲得的地下水化學成分數據，可以得到各個含水層的常規水化學特征水化學以及地下水的補給來源和徑流條件，確定含水層之間的水利聯系等[4-5]。

1 礦井含水層常規水化學特征分析

依照桃園煤礦歷次放水試驗結果分析，各含水層水質Piper疊加圖如圖1所示。主要含水層特征如下：

1.1 第四系四含水

在主要含有的三種陽離子成分中，其中鈉離子和鉀離子占比較大，鈣離子和鎂離子較少，其中鈣離子占絕大部分。陰離子中，主要為HCO3-。水化學類型為HCO3-Mg·Na·Ca型。PH值為8.1，礦化度平均為0.73 g/L，總硬度平均為363.37 mg/L。

1.2 二疊系煤系砂巖裂隙含水層

含有的三種陽離子中，鈣離子和鎂離子占比較少；鈉離子是含水層中主要的陽離子。三種陰離子中，以硫酸根離子為主，碳酸氫跟離子占比約為36%。水化學類型SO4·Cl·HCO3-Na型，PH值為8.6，總礦化度為2.17 g/L，總硬度為62mg/L。

1.3 太原組灰巖含水層

可以看出主要含有三個陽離子，其中最主要為鈣離子，另外一種鎂離子所占比例最小。含有的三種主要陰離子中，最主要的是硫酸根離子，其次為氯離子和碳酸氫跟離子。水化學類型為SO4·Cl·HCO3-Na·Ca·Mg、SO4·Cl-Ca·Na·Mg及SO4·HCO3·Cl-Na·Ca型。PH值平均為7.2，礦化度為1.12g/L～1.83g/L范圍之間，總硬度8450mg/L。

1.4 奧灰含水層

由圖可知，在三個陽離子中，鈣離子與鈉離子加鉀離子含量占比接近。鎂離子占比最少；主要有三個陰離子，其中占比最多的為硫酸根離子，氯離子和碳酸氫跟離子所占比例相當。水化學類型為SO4·Cl-Ca·Na、SO4·Cl·HCO3- Ca·Na·Mg類型。PH值為7.8，總礦化度1.90g/L，總硬度平均在1100mg/L左右。

2 Ⅱ2采區初始太灰水化學特征

放水試驗之前在Ⅱ2采區進行了太灰水取樣，依據樣品化驗結果總結出太灰水水質特征如下：PH值平均7.33，太灰水總礦化度為1.70g/L，總硬度為992mg/L，永久硬度為630mg/L，屬極硬水，水化學類型為SO4·HCO3-Ca·Mg·Na、SO4·Cl·HCO3-Ca·Mg·Na或SO4·HCO3-Ca·Na·Mg型。主要離子成分含量如表1所示。

由表1中可以看出，太灰含水層主要含有三種陽離子，其中鈣離子占比最多，達到45%上下，鎂離子所占比例最少，僅為20%左右，其余為鈉離子和鉀離子，占比達到了30%；在主要的三種陰離子中，所占比例最多的是硫酸根離子，比例達到了60%，其次為氯離子和碳酸氫跟離子，兩者占據比例相當，都在20%上下。依照數據得到Ⅱ2采區太灰含水層水質Piper圖，見圖2，可以看出Ⅱ2采區太灰含水層水質與礦井具有一定的相似性。

3 放水試驗過程中太灰含水層常規水化學變化特征

進行井下放水試驗的過程中，在FS1，FS2和FS3三個取樣地點連續取樣，并進行水樣的檢測。太灰水常規離子數據以及總礦化度等指標數據見表2和表3，根據放水試驗過程中常規水化學特征的變化，研究太灰含水層與其他含水層之間是否存在著水力聯系。

從上表可看出，太灰水質類型為SO4·HCO3-Ca·Mg·Na或SO4·HCO3-Ca·Na·Mg兩種類型。在含有的三種陽離子中，主要為鈣離子，三種陰離子中，主要為硫酸根離子。PH值平均為7.34，總礦化度約為1.77g/L。隨著放水試驗的進行，PH值數據變化不大，在平均值7.34上下波動；在放水試驗的過程中，總堿度數值先上升然后下降，最后小于初始數值。總礦化度和總硬度數值變化較大，數值不斷上升。SO42+、Ca2+離子含量逐漸增加；Mg2+離子含量逐漸減少；水質類型由SO4·Cl·HCO3-Ca·Mg·Na或SO4·HCO3- Ca·Mg·Na型向SO4·HCO3-Ca·Na·Mg型轉變，由此表明太灰含水層水質和放水試驗期間補給水源的水質相似。

通過放水試驗期間太灰含水層水化學系統聚類分析，表明在放水試驗過程中，接受奧灰水的補給量增多，這與上述分析結果是一致的。

4 結論

（1）通過放水試驗之前在Ⅱ2采區進行了太灰水取樣分析得出，采區內太灰水質與礦井內太灰水質存在差異，但與奧灰水質具有一定的相似性；

（2） 隨著放水試驗的進行，Ⅱ2采區內太灰水質類型向SO4·HCO3-Ca·Na·Mg型轉變，逐漸與奧灰水質接近，表明太灰與奧灰含水層之間存在著水力聯系。

參考文獻：

[1]邱國良.桃園煤礦八采區太灰可疏放性評價[D].淮南：安徽理工大學，2012.

[2]翟曉榮，吳基文，韓東亞.補給邊界群孔放水試驗的含水層參數計算[J].中國礦業大學學報，2014，43（05）：837-840.

[3]孟召平，易武，蘭華等.開灤范各莊井田突水特征及煤層底板突水地質條件分析[J].巖石力學與工程學報，2009，28（02）：228-236.

[4]崔喜.基于GIS的淮南孔集礦地下水化學特征分析及突水水源判別模型[D].合肥工業大學，2007.

[5]楊建，王心義，李松營等.新安礦井突水水源的水化學特征分析[J].煤炭工程，2005，25（05）：64-67.

作者簡介：李巖（1981-），男，工程師。