鮑店礦主要含水層水化學(xué)特征研究

魏鵬飛

【摘 要】在對鮑店煤礦地質(zhì)及水文地質(zhì)條件背景調(diào)查及分析研究的基礎(chǔ)上，以對開采下組煤有主要影響的礦井主要含水層為研究對象，主要研究了各個含水層常規(guī)水化學(xué)特征，揭示了主要含水層的地下水的水質(zhì)類型。研究成果對礦區(qū)防治水工作和突水水源判別具有一定的參考意義以及實用價值。

【關(guān)鍵詞】水文地球化學(xué)；含水層；水化學(xué)特征；鮑店煤礦

0 前言

我國是煤炭需求和生產(chǎn)的大國，煤炭資源是我國分布最廣、儲量最豐富的常規(guī)能源。我國煤礦水文地質(zhì)條件復(fù)雜，煤礦礦井中水災(zāi)時常發(fā)生。水災(zāi)已經(jīng)成為限制煤炭安全生產(chǎn)發(fā)展的主要因素之一。中國是世界上煤炭事故高風(fēng)險國家，煤礦死亡人數(shù)是美國每年200倍，印度的 10 倍以上，一百萬噸死亡率比世界平均水平高出10倍[1]。王玉民，焦立敏[2]以煤峪口礦礦井涌水為例，說明了礦井水質(zhì)的“時空”研究方法，詳細闡述了利用水質(zhì)分析法確定礦井涌水水源，為正確預(yù)測礦井涌水量和判斷礦井涌水水源提供了依據(jù)。

因此，掌握煤礦區(qū)含水層的分布特征以及主要含水層的水化學(xué)特征，對煤礦含水層的動態(tài)特征進行監(jiān)測跟蹤，對煤礦安全開采具有重大意義。水文地球化學(xué)是根據(jù)大量的地下水長期觀測數(shù)據(jù)資料，分析研究不同含水層的地下水的水力聯(lián)系，相同含水層的地下水的徑流補給關(guān)系，并且研究水化學(xué)特征的變化規(guī)律，總結(jié)研究區(qū)域地下水的分布規(guī)律以及動態(tài)變化特征，為煤礦的安全開采和合理開發(fā)利用地下水資源提供決策依據(jù)。

1 礦井水文地質(zhì)概況

根據(jù)鮑店煤礦生產(chǎn)礦井地質(zhì)報告，兗州煤田是一個不完整的向斜盆地，嶧山斷裂在煤田的東部區(qū)域，在西部區(qū)域、北部區(qū)域和南部區(qū)域地區(qū)都是奧灰隱伏露頭。在煤田的外圍地區(qū)分別分布著鄒西奧灰水源地、曹洼奧灰水源地和曲阜奧灰水源地，在東邊方向上以嶧山斷層為邊界。邊界外奧灰水與煤田內(nèi)奧灰水有著直接水力聯(lián)系。

鄒西奧灰水源地地下水的流動方向接近東西方向，含水層的富水性能比較強，曲阜-曹洼水源地的地下水的流動方向是北東向南西；嶧山斷層為隔水邊界。綜上所述，鮑店煤田的水文地質(zhì)邊界在西部地區(qū)、北部地區(qū)和南部地區(qū)是奧灰露頭區(qū)，東部地區(qū)是嶧山斷層，構(gòu)成一個完整的水文地質(zhì)單元。

2 主要含水層

礦區(qū)對生產(chǎn)有影響的主要含水層自上而下為：第四系下組砂礫層含水層，侏羅系底部砂巖含水層，二疊系砂巖含水層，石炭系薄層灰?guī)r含水層（組），奧陶系灰?guī)r含水層。上組煤開采的直接充水含水層為山西組砂巖含水層、太原組三灰含水層，間接充水含水層為第四系下組砂礫層含水層、侏羅系上統(tǒng)紅色砂巖含水層；下組煤開采的直接充水含水層為太原組十下灰含水層，間接充水含水層為本溪組十三灰、十四灰含水層以及奧陶系灰?guī)r含水層。

3 離子濃度和礦化度特征

本次鮑店礦區(qū)水化學(xué)研究共收集礦區(qū)不同含水層的水質(zhì)資料41 份，這些水質(zhì)資料涵蓋礦區(qū)不同含水層，其中奧灰水樣27個，十三灰水樣6個，十四灰水樣4個，十下灰水樣3個。根據(jù)已經(jīng)得到的數(shù)據(jù)，經(jīng)處理得到主要含水層離子的濃度。

由圖1可以看出總體上，鮑店煤礦的奧灰、十三灰、十四灰、十下灰、八灰頂砂含水層在陽離子濃度上濃度接近，不易區(qū)分；陰離子中，在SO42-和HCO3-的濃度上有較大的差別。

奧灰含水層中的SO42-明顯大于其余含水層，而且奧灰含水層的礦化度較高，我們可以將SO42-做為奧灰含水層的標(biāo)識離子，與其余含水層區(qū)分。

十下灰含水層水樣比較特殊，pH值高達12.4～12.9，形成強堿性水，水中HCO3-消失，出現(xiàn)和 OH-，OH-含量高達 764.27～816.06mg/L，與其它含水層水質(zhì)類型有著明顯差異。所以我們可以通過CO32-和OH-這兩種陰離子將十下灰含水層與其余含水層區(qū)分開。

4 各主要含水層的水化學(xué)類型差異

收集的水質(zhì)資料主要是含水層自上而下有上石炭統(tǒng)太原組八灰頂砂、十下灰、十三灰、十四灰和奧灰。水質(zhì) 中各主要離子濃度；離子濃度的不同，造成含水層的水質(zhì)類型具有一定的差異，而同一含水層由于水文地質(zhì)條件的不同或不同時間取得的水樣其水質(zhì)中離子含量也存在一定的差異。我們利用數(shù)據(jù)來畫piper三線圖，分析不同含水層的水質(zhì)類型，得到圖2和圖3。

通過對主要含水層的水質(zhì)類型進行對比分析，我們知道的各個主要含水層的水質(zhì)類型，八灰頂板砂巖含水層的水質(zhì)類型為HCO3-Na型，顯示出典型砂巖水水質(zhì)特征；十下灰含水層水質(zhì)類型為HCO3-Na型；十三灰含水層水質(zhì)類型也為 HCO3-Na型，水質(zhì)類型與奧灰水有著明顯的差異；十四灰含水層水質(zhì)類型有兩種，分別為HCO3-Na型和SO4·HCO3-Na 型；奧灰含水層其水質(zhì)類型為SO4-Ca·Mg和SO4-Ca（Mg）。

5 結(jié)論

依據(jù)前面的闡述和討論，特別是對鮑店煤礦主要含水層（奧灰含水層、十下灰含水 層、十三灰含水層和十四灰含水層）水化學(xué)特征的研究，獲得了以 下主要研究結(jié)論和認識：

1）通過 SO42-離子濃度和礦化度的差別，我們可以區(qū)分出奧陶含水層和其余含水層；通過CO32-和OH-兩種陰離子的濃度差別，我們可以區(qū)分出十下灰含水層；并且了解了地下含水層的徑流條件和環(huán)境特征，為煤礦的安全開采提供了一定的依據(jù)。

2）通過對主要含水層的水質(zhì)類型進行對比分析，我們知道的各個主要含水層的水質(zhì)類型。各個含水層水質(zhì)類型的不同，為我們區(qū)分各個含水層提供依據(jù)，有助于判斷突水水源。

【參考文獻】

[1]張占存.水分對煤的瓦斯吸附特性影響的實驗研究[J].全國煤礦安全學(xué)術(shù)年會，廣西北海，2008.

[2]王玉民，焦立敏.利用水質(zhì)分析法判定礦井涌水水源[J].煤礦安全，2001（10）：12-14.

[責(zé)任編輯：田吉捷]