化學(xué)示蹤連通試驗(yàn)在礦井充水條件探查中的應(yīng)用

尹尚先，徐 斌，徐 慧，夏向?qū)W

(1.華北科技學(xué)院 河北省礦井災(zāi)害防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 101601；2.華北科技學(xué)院 安全工程學(xué)院，北京 101601)

化學(xué)示蹤連通試驗(yàn)在礦井充水條件探查中的應(yīng)用

尹尚先1,2，徐 斌1,2，徐 慧1,2，夏向?qū)W1,2

(1.華北科技學(xué)院 河北省礦井災(zāi)害防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 101601；2.華北科技學(xué)院 安全工程學(xué)院，北京 101601)

為獲取地下水流速和滲透系數(shù)等水文地質(zhì)參數(shù)、查清含水層水力聯(lián)系、查明礦井充水條件，在內(nèi)蒙古某礦設(shè)計(jì)實(shí)施了化學(xué)示蹤試驗(yàn)。通過對(duì)國(guó)內(nèi)外化學(xué)示蹤試驗(yàn)資料整理、統(tǒng)計(jì)分析，總結(jié)出化學(xué)示蹤劑用量與投放距離、含水層性質(zhì)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，并對(duì)本次示蹤劑用量做出了評(píng)價(jià)。同時(shí)，對(duì)試驗(yàn)中監(jiān)測(cè)點(diǎn)水中均未出現(xiàn)Cl-濃度增高現(xiàn)象進(jìn)行了科學(xué)解釋，提出類似含Cl-示蹤劑中的某些離子可能被地下巖層特定礦物質(zhì)吸附時(shí)，只要化學(xué)試劑中的一種離子能達(dá)到試驗(yàn)效果，且具有成本低、易獲取等特點(diǎn)，即可選擇其作為示蹤劑的觀點(diǎn)。

示蹤試驗(yàn)；礦井充水；示蹤劑用量；水文地質(zhì)參數(shù)；Cl-吸附

有記載的地下水連通示蹤試驗(yàn)發(fā)生在大約2000a以前，羅馬人(Philip)采用谷糠示蹤泉水通道。1869年，人類首次使用化學(xué)示蹤劑來找出巖溶區(qū)落水洞和泉之間的水力聯(lián)系(Knop1875,1878，據(jù)K?ss，1964)，之后，類似的試驗(yàn)用來確定漏水的起源(Schlichter，1902)和檢測(cè)被污染了的水的來源(Dole，1906)，所使用的示蹤劑是染色劑和食鹽。A.Thiem在Leipzig的研究中，用普通食鹽作示蹤劑，通過實(shí)驗(yàn)室定量測(cè)定所取水樣的Cl-濃度，確定地下水流速，開辟了定量連通示蹤試驗(yàn)的先河[1-3]。中國(guó)古代也有類似的試驗(yàn)記錄。而最早的定量連通示蹤試驗(yàn)發(fā)生在1960年[4]，由四川省地質(zhì)局涪南地質(zhì)隊(duì)設(shè)計(jì)，用食鹽作為示蹤劑、高靈敏度電阻儀作為檢測(cè)儀器進(jìn)行了四川南桐煤田地下河試驗(yàn)。在過去的幾十年，以張禎武、梅正星、孫恭順和鄒成杰等人[5-6]為代表，開展了大量研究及野外試驗(yàn)，取得了顯著進(jìn)展。但由于地質(zhì)條件千差萬別、影響因素眾多，理論仍不完善，實(shí)際應(yīng)用中還存在不少問題，比如，試驗(yàn)設(shè)計(jì)、示蹤劑選擇、用量，離子吸附等。筆者通過內(nèi)蒙古某礦的工程實(shí)例，分析研究在人工放水試驗(yàn)激發(fā)流場(chǎng)條件下，利用化學(xué)示蹤試驗(yàn)探查礦井充水條件，取得了滿意效果。

1 礦井水示蹤試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

本次試驗(yàn)是為了查明淺層地下水(15～16煤層組礫巖、砂礫巖含水巖組)和深層地下水(16煤層間礫巖、砂礫巖含水巖組)與礦井巷道出水點(diǎn)之間的水力聯(lián)系和含水層水力性質(zhì)，從而查清礦井充水條件。

1.2 試驗(yàn)原理

采用與地下水水化學(xué)成分背景值差異較大、穩(wěn)定的易溶性鹽類離子作為示蹤劑，通過地面鉆孔將溶解后的示蹤劑投放至目標(biāo)含水層，且隨地下水流運(yùn)移和擴(kuò)散，在井下不同位置出水點(diǎn)監(jiān)測(cè)或取樣，依據(jù)示蹤劑離子濃度值計(jì)算地下水流速和滲透系數(shù)等參數(shù)，確定地下水與礦井水的連通情況。

依據(jù)示蹤劑濃度沿著地下水流運(yùn)動(dòng)方向逐漸降低，并擴(kuò)散求得濃度峰值與距離的關(guān)系，可以得到[7-8]：含水層平均流速u=x/t；滲流速度v=un；滲透系數(shù)K=v/J。其中，u為平均流速；x為投放點(diǎn)與井下放水點(diǎn)距離；t為示蹤劑濃度峰值出現(xiàn)時(shí)間；v為滲流速度；n為有效孔隙率；K為滲透系數(shù)；J為水力梯度。

1.3 投源孔及監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

依據(jù)本次試驗(yàn)設(shè)計(jì)，投2號(hào)孔、投1號(hào)孔分別為該礦淺層含水層、深層含水層的投源孔，巷道(標(biāo)高340m)中監(jiān)測(cè)2號(hào)孔及監(jiān)測(cè)1號(hào)孔為監(jiān)測(cè)孔，示蹤劑投源孔及巷道出水點(diǎn)位置如圖1(a)所示，層位關(guān)系如圖1(b)所示。投2號(hào)孔至監(jiān)測(cè)2號(hào)孔、監(jiān)測(cè)1號(hào)孔的直線距離分別為200m和378m，投1號(hào)孔至監(jiān)測(cè)2號(hào)孔、監(jiān)測(cè)1號(hào)孔的直線距離分別為1101m和896 m。地面標(biāo)高為715～725m，投1鉆孔深度為359m、水位標(biāo)高為650.25m，投2鉆孔深度為302m、水位標(biāo)高為653.09m。

圖1 示蹤劑投源孔及巷道出水點(diǎn)位置及其剖面示意Fig.1 Tracer source throwing hole and tunnel water point location and cross-sectional diagram

1.4 示蹤劑的選擇及使用量

1.4.1示蹤劑的選擇

基本原則：① 性質(zhì)穩(wěn)定，在地下水環(huán)境中不易與其他溶質(zhì)和巖土介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，不分解變質(zhì)；② 易溶于水，且能與地下水一起同步運(yùn)動(dòng)，在較小濃度時(shí)不顯著改變地下水體的密度；③ 示蹤劑無毒，對(duì)人體、動(dòng)植物無直接的損害，無長(zhǎng)期的隱性不良作用，不明顯改變自然界外觀；④ 能在試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，檢測(cè)方法簡(jiǎn)單方便，靈敏度高；⑤ 巖土介質(zhì)對(duì)示蹤劑的吸附能力小；⑥ 地下水中該示蹤劑背景值低，波動(dòng)?。虎?示蹤劑成本低，易獲取。

根據(jù)該礦地下水化學(xué)成分以及示蹤劑的溶解度、水中的遷移性及價(jià)格等因素，選擇NaCl,CaCl2作為本次試驗(yàn)1號(hào)、2號(hào)投源孔示蹤劑，選擇兩種示蹤劑便于區(qū)分不同含水層與礦井的水力聯(lián)系。

1.4.2示蹤劑使用量

影響示蹤劑用量的因素較多，既有示蹤劑本身的物理化學(xué)特性，也有投放環(huán)境影響[6,9]。針對(duì)距離、含水層性質(zhì)影響因子，分別提出了不同的計(jì)算方法。

(1)方法1：影響因子為距離，收集了國(guó)內(nèi)部分示蹤試驗(yàn)食鹽用量的參考數(shù)據(jù)(表1)。

表1示蹤劑(食鹽)使用量隨影響因素的變化
Table1Tracer(salt)dosagechangeswithfactors

試驗(yàn)地點(diǎn)質(zhì)量/kg距離/m流量/(m3·s-1)流速/(cm·s-1)投放方式云南蒙自13130260000 5609 70穴投云南個(gè)舊10000272506 30穴投廣西右江200011001 55明河投廣西柳州30009000 2201 47穴投廣西羅城煤硫礦605500 0403 54其他廣西宜山10502500 02穴投云南花仙水庫(kù)20930 43鉆孔投放貴州長(zhǎng)顛502500 02其他貴州轉(zhuǎn)拐龍?zhí)?00030000 639其他貴州德江麻灣洞200030000 100其他貴州德江小龍殲300040000 100其他云南蒙自楊柳河1313020000明河貴州長(zhǎng)順炸藥庫(kù)200025000 053其他廣西羅成龍?zhí)俄?50500 010其他云南賓川盒子口320067001 200穴投

經(jīng)統(tǒng)計(jì)整理，示蹤劑使用量與距離的關(guān)系如圖2所示。

圖2 食鹽用量隨距離的變化規(guī)律Fig.2 The variations of salt dosage with distance

食鹽用量與距離的關(guān)系式：

(1)

其中R2=0.903 5。依據(jù)相關(guān)系數(shù)判別標(biāo)準(zhǔn)，R=0.9505>0.8，食鹽用量與距離關(guān)系屬于高度相關(guān)。按相對(duì)分子量，1mol CaCl2等于1.9mol NaCl，則CaCl2用量經(jīng)驗(yàn)公式為

(2)

(2)方法2：影響因子為含水層性質(zhì)，含水層空隙性質(zhì)與結(jié)構(gòu)類型決定含水層的富水特征，富水特征決定示蹤劑稀釋程度。該計(jì)算方法的水流狀態(tài)為滲流，目前水驅(qū)五點(diǎn)井網(wǎng)有效示蹤物質(zhì)用量計(jì)算方法[10-12]在油井間示蹤測(cè)試中應(yīng)用廣泛，由 Brigham-Smith利用示蹤劑總稀釋模型提出。相對(duì)于五點(diǎn)井網(wǎng)，常規(guī)示蹤實(shí)驗(yàn)為單一方向的示蹤實(shí)驗(yàn)，二者雖有不同，但總體原理相同，其詳細(xì)對(duì)比見表2。

由表2可知，單一方向示蹤試驗(yàn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)較五點(diǎn)井網(wǎng)少。根據(jù)溶質(zhì)擴(kuò)散原理，可以得出，單一方向示蹤實(shí)驗(yàn)中示蹤劑的擴(kuò)散面積為五點(diǎn)井網(wǎng)測(cè)井?dāng)U散面積的1/4～1/2。如果監(jiān)測(cè)點(diǎn)距離比較近，在投放井的同一方位，且監(jiān)測(cè)同一含水層，這幾個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)可以視為一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

表2單一方向示蹤實(shí)驗(yàn)與五點(diǎn)井網(wǎng)示蹤實(shí)驗(yàn)的對(duì)比
Table2Thecomparisonofsingledirectionoftracingexperimentwithfivewellsnettracerexperiment

項(xiàng)目相同點(diǎn)區(qū)別五點(diǎn)井網(wǎng)示蹤實(shí)驗(yàn)單一方向示蹤實(shí)驗(yàn)稀釋、擴(kuò)散、運(yùn)移原理相同1口注水井投放，4口采油井監(jiān)測(cè)1個(gè)投放點(diǎn)，1～2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)

根據(jù)以上分析，單一方向示蹤試驗(yàn)中，示蹤劑用量可以借鑒Brigham-Smith經(jīng)驗(yàn)公式，只需要在其基礎(chǔ)上做適當(dāng)修正，修正后的公式為

(3)

式中，Ws為化學(xué)示蹤劑的商品用量，t；Ms為化學(xué)示蹤劑的摩爾質(zhì)量，g/mol；Ma為有效示蹤物質(zhì)的摩爾質(zhì)量，g/mol；n為每摩爾示蹤劑中有效示蹤物質(zhì)的摩爾數(shù)；Y為化學(xué)示蹤劑的商品純度；β為修正系數(shù)，根據(jù)監(jiān)測(cè)范圍確定；h為含水層的平均有效厚度，m；Ψ為孔隙度；Sw為含水飽和度；Cp.max為均質(zhì)含水層中有效化學(xué)示蹤物質(zhì)高出背景值的質(zhì)量濃度，mg/L；α為分散系數(shù)，一般取值0.015；L為平均投、監(jiān)距離，m。

本經(jīng)驗(yàn)公式適用于所有滲流場(chǎng)的化學(xué)示蹤試驗(yàn)，其中有效示蹤物質(zhì)最大濃度Cp.max要根據(jù)背景值確定，一般情況下要比背景值高出最低檢測(cè)極限的15倍以上。

上述兩個(gè)方法得出的兩組經(jīng)驗(yàn)公式在工程應(yīng)用中，應(yīng)配合使用，選出經(jīng)濟(jì)合理的化學(xué)示蹤劑用量。為保障實(shí)驗(yàn)效果，取計(jì)算用量的較大值。

1.4.3本次實(shí)驗(yàn)示蹤劑用量評(píng)價(jià)

(1)方法1：投1號(hào)、投2號(hào)投源孔到巷道出水點(diǎn)的距離分別為896～1101,200～378m，考慮到試驗(yàn)區(qū)含水層為礫巖、砂礫巖含水巖組，溶解液進(jìn)入下部的含水層后，示蹤劑會(huì)發(fā)生稀釋作用，均按最大距離值計(jì)算，確定投1號(hào)投源孔投入NaCl示蹤劑為1290.4kg，投2號(hào)投源孔投入CaCl2示蹤劑用量為1931.3 kg。

(2)方法2：監(jiān)測(cè)點(diǎn)1、監(jiān)測(cè)點(diǎn)2均在投1、投2的同一方向，則監(jiān)測(cè)點(diǎn)1,2可視為一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，β取0.25。根據(jù)16-3煤及頂板50m和底板30m范圍內(nèi)巖層取樣分析可知，孔隙度Ψ=0.35，Sw=0.84。Cp.max取15mg/L，L1取1101m,L2取378m，h1取12m，h2取45m，分別代入式(1)，得NaCl示蹤劑用量為3 050kg、CaCl2示蹤劑用量為1950kg。

通過兩種方法計(jì)算，按照取大值原則，本次實(shí)驗(yàn)投1孔NaCl示蹤劑計(jì)算用量3 050kg，操作時(shí)實(shí)際投放10000kg，用量偏大；投2孔CaCl2示蹤劑計(jì)算用量1950kg，實(shí)際投放4000kg，用量也偏大。

1.5 示蹤劑的配制與投放

示蹤劑溶液的配制原則：在溶解度控制范圍內(nèi)，盡可能配制較高濃度的示蹤劑溶液。示蹤劑的投放原則：使示蹤劑在盡量短的時(shí)間內(nèi)一次投注到預(yù)定含水層位，使示蹤劑在投放點(diǎn)范圍內(nèi)形成一個(gè)“高濃度團(tuán)”隨地下水一起運(yùn)移，以保證示蹤劑到達(dá)監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)仍保持較高濃度，便于檢測(cè)。

根據(jù)以上原則，先將部分NaCl放入容量為4m3的水罐中，共配制5罐溶液(約20m3)。溶液配制后，邊投放固體鹽邊用配制液沖洗，歷時(shí)2h將10000kg NaCl投入到了投1號(hào)孔含水層中，較好地滿足了在最短時(shí)間內(nèi)將所有NaCl投入到含水層中的要求。而在投2孔，將CaCl2固體投入孔中，立即用水泵將水直接注入孔中溶解CaCl2固體，歷時(shí)40min將4000kg CaCl2投入到投2投源孔含水層中，滿足示蹤劑投放要求。

1.6 示蹤試驗(yàn)過程

為了對(duì)比背景和試驗(yàn)過程中特征離子的變化，整個(gè)試驗(yàn)分為兩個(gè)階段進(jìn)行。

(1)背景值觀測(cè)階段：試驗(yàn)前在監(jiān)測(cè)點(diǎn)(探放水孔、地面排水管口)取樣分析，并將結(jié)果(表3)作為地下水化學(xué)成分的背景值。

表3監(jiān)測(cè)1號(hào)、2號(hào)探放水孔Na+,Ca2+,Cl-背景值
Table3Na+，Ca2+，Cl-backgroundvaluesofthedrainageholeinmonitoringofNo.1，No.2

樣品編號(hào)采樣日期背景值/(mg·L-1)Na+Ca2+Cl-電導(dǎo)率/(μs·cm-1)備注1-010月11日133 2912 5118 44585監(jiān)測(cè)1號(hào)2-010月12日230 9813 8479 771050監(jiān)測(cè)2號(hào)

(2)示蹤試驗(yàn)階段：在監(jiān)測(cè)點(diǎn)處按照一定時(shí)間間隔進(jìn)行采樣，監(jiān)測(cè)1,2號(hào)Na+,Cl-,Ca2+濃度及電阻率結(jié)果動(dòng)態(tài)曲線如圖3所示(實(shí)線為背景值,虛線為變化值)。

圖3 監(jiān)測(cè)1號(hào)和監(jiān)測(cè)2號(hào)探放水孔地下水Na+,Cl-,Ca2+濃度及電導(dǎo)率隨時(shí)間的變化特征Fig.3 The variations of concentration and conductivity of Na+,Cl-,Ca2+ in the 1stdrainage monitoring hole and the 2nd with time

1.7 結(jié)果分析

1.7.1水力聯(lián)系、水文地質(zhì)參數(shù)分析

圖3(a)顯示，投放孔1投放NaCl后，監(jiān)測(cè)點(diǎn)于215h時(shí)Na+濃度顯著上升，由122.26 mg/L上升為176.56 mg/L，并于263 h時(shí)達(dá)到峰值178.05mg/L，表明示蹤劑到達(dá)巷道監(jiān)測(cè)點(diǎn)，隨后地下水中的Na+濃度便逐步下降，據(jù)此計(jì)算水文地質(zhì)參數(shù)見表4。地下水中的Cl-,Ca2+濃度未發(fā)生明顯變化，介于11.53～13.86 mg/L,4.21～8.5mg/L，表明監(jiān)測(cè)1號(hào)孔未接收到投2號(hào)投源孔示蹤劑，Na+增高對(duì)電導(dǎo)率影響較小，介于562～597 μs/cm。說明只有深層地下水(16煤之間)與礦井有水力聯(lián)系。

表4示蹤試驗(yàn)過程水文地質(zhì)參數(shù)
Table4Thehydrogeologicalparametersoftracingexperiment

項(xiàng)目投1-監(jiān)測(cè)1投1-監(jiān)測(cè)2水平距離L/m8911101垂直距離H/m2424示蹤劑到達(dá)時(shí)間t/h263238地下水水平平均流速ux/(m·h-1)3 414 63垂直平均流速uy/(m·h-1)0 0570 063平均速度ua/(m·h-1)3 414 63礫巖、砂礫含水巖孔隙度n0 350 35滲透速度v/(m·h-1)1 191 62水位高差Δh/m310 25310 25水力梯度J/%34 928 2滲透系數(shù)K/(m·d-1)82138

圖3(b)數(shù)據(jù)表明，該監(jiān)測(cè)點(diǎn)214h的Na+濃度顯著上升，由227.9mg/L上升為281.16 mg/L，263 h達(dá)到峰值283.39mg/L；隨后地下水中的Na+濃度便逐步下降，至430h下降至254.01mg/L，據(jù)此計(jì)算水文地質(zhì)參數(shù)見表4。地下水中的Cl-,Ca2+濃度未發(fā)生明顯變化，介于76.99～79.97,10.12～14.17 mg/L。同樣，監(jiān)測(cè)2號(hào)探放水孔未接收到投2號(hào)孔示蹤劑，Na+增高對(duì)電導(dǎo)率的影響較小，介于1050～1075μs/cm，同樣說明只有深層地下水(16煤之間)與礦井有水力聯(lián)系。

抽水試驗(yàn)得出的投1滲透系數(shù)為1.19m/d。對(duì)比示蹤試驗(yàn)和抽水試驗(yàn)結(jié)果，抽水試驗(yàn)測(cè)得K值較小，說明滲透性不均勻，深層地下水(16煤之間)與巷道之間可能存在暢通的直接水力聯(lián)系通道。

1.7.2關(guān)于均未出現(xiàn)Cl-濃度增高現(xiàn)象的科學(xué)解釋

本次礦井水示蹤連通試驗(yàn)示蹤劑是NaCl(投1)和CaCl2(投2)，但在設(shè)置的監(jiān)測(cè)點(diǎn)水中均未出現(xiàn)Cl-濃度增高，這視乎違反常理。

當(dāng)在投1號(hào)孔投放示蹤劑NaCl后215h，兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)水中的Na+濃度幾乎同時(shí)達(dá)到峰值，表明示蹤劑NaCl已經(jīng)到達(dá)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，但水中的Cl-濃度并沒有明顯上升，說明含水層中(或在含水層的某些地段)存在對(duì)Cl-遷移有選擇性吸附作用的物質(zhì)，一般認(rèn)為，Cl-離子具有很強(qiáng)的可被金屬離子吸附的能力，且主要為專性吸附和電性吸附，吸附機(jī)理[13]為

在巖石顆粒膠體表面，當(dāng)水合氧化物型SOH表面吸附金屬陽(yáng)離子時(shí)，尤其是二價(jià)以上金屬陽(yáng)離子時(shí)，發(fā)生專性吸附，形成吸附復(fù)合體SOM+，其上出現(xiàn)過剩正電荷，從而使巖石顆粒表面正電荷增加，在SOM+周圍產(chǎn)生負(fù)離子聚集，使Cl-離子吸附量增加。

在可變電荷巖石顆粒膠體上，金屬陽(yáng)離子對(duì)Cl-吸附的誘導(dǎo)效應(yīng)除了上述兩種途徑外，多價(jià)金屬離子與Cl-生成離子對(duì)也是一個(gè)重要的原因。對(duì)二價(jià)金屬陽(yáng)離子而言，與Cl-可形成離子MCl+，MCl+可作為一價(jià)陽(yáng)離子吸附在水合氧化物型SOH表面上，從而促使Cl-吸附量的增加，吸附方程[14]為

地下水pH值對(duì)Cl-的吸附也有很大影響，16煤層間地下水為弱堿性環(huán)境，pH值在8左右，根據(jù)國(guó)內(nèi)相關(guān)試驗(yàn)的一般規(guī)律[15-16]：當(dāng)pH值在0～4時(shí)，吸附量明顯上升，pH值在4～11時(shí)，吸附量和脫除率基本不發(fā)生變化，pH>11時(shí)，明顯下降；16煤層間含水層pH值正好在4～11，是Cl-吸附的良好酸堿環(huán)境。Na+的性質(zhì)比較活潑，一般不會(huì)被吸附和置換。綜上所述，在示蹤試驗(yàn)中Cl-由于被含水層的巖石顆粒吸附，導(dǎo)致Cl-監(jiān)測(cè)濃度變化很小，而鈉離子基本不受環(huán)境的影響，可以被檢測(cè)。

2 結(jié) 論

(1)化學(xué)示蹤劑食鹽用量與距離關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式為y=0.4491x+795.91，氯化鈣用量經(jīng)驗(yàn)公式為y=1.9(0.4491x+795.91)。根據(jù)含水層空隙性質(zhì)與結(jié)構(gòu)類型不同，示蹤劑用量也可選用式(3)。兩種方法計(jì)算所得示蹤劑用量，取較大值。

(2)在礦井排水條件下，監(jiān)測(cè)1號(hào)、2號(hào)孔未接收到投2孔CaCl2，說明淺層地下水(15～16煤之間)與礦井之間直接水力聯(lián)系微弱，15～16煤之間隔水層較完整；監(jiān)測(cè)1號(hào)、2號(hào)孔接收到投1的示蹤劑元素Na+，說明深層地下水(16煤之間)與礦井之間有水力聯(lián)系，從而推斷出深層含水層是直接威脅礦區(qū)16煤層安全開采的直接充水含水層。

(4)本次示蹤劑中的Cl-被地下巖層中的某些礦物質(zhì)吸附，而未影響試驗(yàn)效果，實(shí)驗(yàn)整體達(dá)到了預(yù)期目的。由此可以得出：含Cl-的示蹤劑只要其陽(yáng)離子不被吸附，易被檢測(cè)，示蹤劑本身具有性質(zhì)穩(wěn)定、易溶于水、無毒、無損環(huán)境、背景值低、成本低、易獲取等優(yōu)勢(shì)就可以用來選做示蹤試驗(yàn)。同理，類推出化學(xué)試劑中只要某一離子性質(zhì)穩(wěn)定，而又符合示蹤劑選擇的其他必備條件就可選作示蹤劑。

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Theapplicationofchemicaltracerexperimentsonexploringtheminewaterfillingconditions

YIN Shang-xian1,2，XU Bin1,2，XU Hui1,2，XIA Xiang-xue1,2

(1.HebeiStateKeyLaboratoryofMineDisasterPrevention,NorthChinaInstituteofScienceandTechnology,Beijing101601,China;2.CollegeofSafetyEngineering,NorthChinaInstituteofScienceandTechnology,Beijing101601,China)

In order to obtain hydrogeological parameters,such as,groundwater flow velocity and permeability coefficient,identify the aquifer hydraulic connection and verify mine hydrogeological conditions,a chemical tracer experiment was designed in a coal mine in Inner Mongolia.Based on the analysis of chemical tracer experiment data collected,the empirical formulas of the tracer dosage were summed up,taking account of the influence of the delivery distance and aquifer properties,and tracer dosage in this time were evaluated.At the same time,the phenomenon that the concentration of Cl-were not increased in the monitored water were explained with scientific theories,and the theories were put forward that those chemical agents which are similar to chlorine ion tracers,easy to obtain,cheap and able to achieve test results with one ion can be selected as a tracer,even some ions may be absorded by rock layers.

chemical tracer experiments;mine water connected;chemical tracer dosage;hydrogeological parameters;chloride ion adsorption

10.13225/j.cnki.jccs.2013.0492

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51074075)；“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃資助項(xiàng)目(2012BAK04B04)；河北省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(E2012508001)

尹尚先(1964—)，男，山西朔州人，教授。Tel:010-61590331，E-mail:yinshx03@126.com

P641

A

0253-9993(2014)01-0129-06

尹尚先，徐 斌，徐 慧,等.化學(xué)示蹤連通試驗(yàn)在礦井充水條件探查中的應(yīng)用[J].煤炭學(xué)報(bào),2014,39(1):129-134.

Yin Shangxian，Xu Bin，Xu Hui,et al.The application of chemical tracer experiments on exploring the mine water filling conditions[J].Journal of China Coal Society,2014,39(1):129-134.doi:10.13225/j.cnki.jccs.2013.0492