应用矿井主要含水层水质分析方法判别出水源

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1、应用矿井主要含水层水质分析方法判别出水源王永法（河南煤化鹤煤六矿，河南鹤壁458000）摘要：通过掌握矿井各含水层充水水源及矿井水的水质特征，为矿井充水水源的正确判断，预计矿井涌水量及其动态变化，以及留设安全合理的防隔水煤岩柱提供可靠的参考，为矿井的安全生产、抗水灾救援提供了技术依据。关键词：水质分析；矿区水文地质；水硬度中图分类号：P641．73文献标志码：B水质分析方法是分析判断矿井涌水、突水水源的一种较为有效而又简便的技术方法，在矿井水害防治实践中有着广泛的应用。由于不同含水层及老窑地下水的形成、赋存

2、环境一般不同，且地下水的补给、径流、排泄、储存条件也存在较大的差异，这使得不同含水层及老窑地下水化学成分也各不相同，从而形成了不同水质类型的地下水。通过分析矿井涌水里面的水化学成分，确定其水质类型，就可判定矿井涌水水源来自哪个含水层或老窑积水。该方法在实际应用中必须事先知道可能成为矿井充水水源的各含水层及老窑地下水水质类型。1、鹤壁矿区水文地质概括鹤壁矿区位于河南省北部鹤壁市境内，属太行山东麓煤田的一部分，矿区西依太行山，东临京广线，南北长30km，东西宽5km，面积约150km2，从南到北共有9对矿井。矿

3、区出露地层有：下奥陶冶里—亮甲山组白云岩；中奥陶峰峰—马家沟组泥晶、白云岩、角砾状灰岩；中石炭本溪组泥岩—砂岩；上石炭太原组含煤地层（下夹煤）；二叠系山西组含煤地层；上第三系砾岩—砂岩、泥岩、泥灰岩；第四系黄土、砾砂层。本区影响煤矿开采生产的含水岩系和含水岩组可分为第三、四系含水岩系、石炭—二叠系含水岩系和奥陶系含水岩系。其中奥陶含水岩系是本矿区最主要含水岩系，按各含水岩系富水性可分为中奥陶（O2），其次太原组薄层灰岩（L2，L8），山西组砂岩含水层（S9，S10）亦有较丰富的地下水，第三系砾岩含水层在矿区

4、南部含水丰富，矿区北部和中部含水层富水性较弱，不构成矿井充水主要威胁。另外煤矿开采遇到的老空水已成为矿井的主要出水水源，据统计，80％的水灾水害事故是由老空水引起的，其主要特点就是突发性，因为老空水不是一种赋存于地下介质含水层的水，它就是一个小的地表水体，所以一旦采掘工程触及它，它就会以溃入的方式突然涌入到井下。这一水害隐患特点在鹤壁矿区的一些老矿井井下尤为严重。1．1中奥陶系灰岩含水层（O2）本层为碳酸盐沉积岩层，总厚约400m，上距二1煤平均140m，以厚层灰岩为主。其岩溶裂隙发育，富水性强，在矿区的西

5、部山区大面积出露，接受大气降水的入渗补给，还有隐伏露头补给，部分第四系潜水补给，河流、沟渠、库区下渗补给，循环条件好，水体交替强烈，是矿区的主要含水层，构成矿井安全生产的主要威胁。在矿井开采过程中一旦揭露该层含水层，其后果将是灾难性的。灰岩的主要成分为CaCO3和MgCO3，虽难溶于水，但有CO2存在时会部分溶解，发生如下反应：CaCO3＋CO2＋H2O→2HCO3－＋Ca2＋MgCO3＋CO2＋H2O→2HCO3－＋Mg2＋从而形成了奥灰水的HCO3—Ca—Mg型水质，水质良好，其主要水化学特征是：总硬度

6、多在10～18°G（德国度）之间，矿化度在287～570mg／L，pH值处在7．25～8．35之间，因奥陶系灰岩围岩性质较为单一纯净，故Cl－、SO42－含量较低，属典型的华北型奥灰岩溶水，该水型易于判别。1．2石炭系二层灰岩含水层（L2）该层灰岩是下夹煤的直接顶板，位于二1煤下110m左右，平均厚度8m，含方解石脉，有溶洞，以溶蚀裂隙为主，自然条件下含水量在煤系地层中是较大的，是开采下夹煤的主要充水水源。L2和O2之间常因断层、封闭不良钻孔或其他因素影响，在某些地段发生一定程度的水力联系。除了在西部山区接

7、受上覆第三系松散含水层的潜水补给和大气降雨入渗补给外，还要通过断层接受奥灰强含水层的对接补给。由于含煤地层中富含金属硫化物（FeS2），在氧化环境中生成硫酸盐：32FeS2＋7O2＋2H2O→2FeSO4＋4H＋＋2SO424FeSO4＋O2＋10H2O→4Fe（OH）3＋4H2SO4H2SO4＋CaCO3→Ca2＋＋SO42－＋CO2＋H2O因此，增加了SO42－的含量，以高硫酸盐（290～516mg／L）构成非碳酸盐硬度为主要特征，因钙、镁的硫酸盐溶解度远大于碳酸盐溶解度，于是产生大量的Ca2＋和Mg2

8、＋，导致较高的硬度和矿化度（810～1181mg／L）。从大量的水质分析结果来看：其总硬度一般在20～48．3°G之间，非碳酸盐硬度一般在9．5～34°G之间，水质类型多为SO4—HCO3—Ca—Mg型和HCO3—SO4—Ca—Mg型，pH值一般在7～8之间。1．3石炭系八层灰岩含水层（L8）该含水层位于二1煤下22～40m，均厚约5m，与二层灰岩含水层的赋存条件相似，都是薄层灰岩地下水，因其顶部是砂岩含水层而与