基于水化學(xué)特征分析的崔木煤礦水源研究

李貴娟，楊 磊，葛勝偉，呂廣羅

（陜西省一八六煤田地質(zhì)有限公司，陜西西安 710065）

基于水化學(xué)特征分析的崔木煤礦水源研究

李貴娟，楊 磊，葛勝偉，呂廣羅

（陜西省一八六煤田地質(zhì)有限公司，陜西西安 710065）

利用piper三線圖對(duì)崔木煤礦開采主要充水含水層侏羅系延安-直羅組含水層及白堊系洛河組含水層水化學(xué)特征進(jìn)行分析，建立各含水層的水化學(xué)模型，將采空區(qū)水樣及突水點(diǎn)水樣與之進(jìn)行對(duì)比分析，判斷出煤礦突水水源。

水化學(xué)特征；piper三線圖；水化學(xué)模型；水源

崔木煤礦自開采以來多次發(fā)生涌（突）水事件，水害防治已經(jīng)成為礦井安全生產(chǎn)的首要任務(wù)，而對(duì)涌（突）水水源的準(zhǔn)確判別是水害防治的重要前提，利用水化學(xué)特征判別是一種簡單有效的判斷礦井突水水源的方法，是判別突水水源的基礎(chǔ)。認(rèn)清各含水層的水化學(xué)特征，充分認(rèn)識(shí)地下水的賦存規(guī)律，有利于快速判別突水水源，提高應(yīng)急反應(yīng)速度，同時(shí)為進(jìn)一步預(yù)防涌（突）水災(zāi)害提供指導(dǎo)。

1 礦井水文地質(zhì)概況

崔木煤礦主采煤層為3煤層，其礦井水文地質(zhì)類型為復(fù)雜類型，煤礦開采主要充水含水層為侏羅系延安組煤系及直羅組砂巖裂隙含水層，以及白堊系洛河組砂巖含水層。

1.1 白堊系下統(tǒng)洛河砂巖孔隙~裂隙含水層段

由各粒級(jí)砂巖、砂礫巖組成，以中-粗粒砂巖為主要含水層段。其厚度由東南329.3m至西北減少為103.05m，礫巖百分含量由62.04%減少至23.85%，砂巖含量由37.96%增至76.85%。滲透系數(shù)0.002 4~0.142 5m/d，單位涌水量0.009 5~ 0.200 7L/（s·m），富水性弱-中等。

白堊系砂礫巖含水層補(bǔ)給來源以區(qū)域側(cè)向逕流為主，大氣降水次之。地下水逕流方向受地質(zhì)構(gòu)造及地形地貌條件控制，具多向性，總體呈由南西而北東緩慢運(yùn)移。

1.2 侏羅系延安組煤系及直羅組砂巖裂隙含水層

延安組煤層及其頂板砂巖含水層主要為3煤層及其老頂中粗粒砂巖、砂礫巖。厚度0~92.07m，中西部厚50~60m，邊部20~50m，其余地區(qū)小于20m；直羅組砂巖裂隙含水層由各粒級(jí)砂巖構(gòu)成，煤礦厚度一般10~30m，東南部厚度為零；延安-直羅組含水層滲透系數(shù)0.000 4~0.006 7m/d，單位涌水量0.000 6~ 0.003 4L/（s·m），富水性弱。

侏羅系砂巖及煤系裂隙含水層，受埋藏條件和地質(zhì)構(gòu)造控制。在煤礦區(qū)埋藏深而裂隙不甚發(fā)育，補(bǔ)給來源單一，導(dǎo)水性差，逕流滯緩。

2 主要充水含水層的水化學(xué)特征

本次收集了洛河組、直羅組及延安組的典型水樣點(diǎn)化驗(yàn)資料，見表1，通過主要離子piper三線圖，建立起各含水層的水化學(xué)模型，以此為基礎(chǔ)判斷巷道突水點(diǎn)的水源。

2.1 白堊系下統(tǒng)洛河砂巖孔隙~裂隙含水層段水化學(xué)特征

本次收集了7組洛河組含水層水樣化驗(yàn)資料分析該含水層的水化學(xué)特征，水質(zhì)類型HCO3型，礦化度0.5~1.1g/L，根據(jù)數(shù)據(jù)繪制主要離子piper三線圖，該含水層水樣點(diǎn)分布比較集中，故以此建立該含水層水化學(xué)模型為：在piper三線圖菱形區(qū)的3區(qū)，介于5區(qū)與9區(qū)的交界處，為強(qiáng)酸根大于弱酸根，陰離子HCO3-含量最高，且比較集中，均在80%以上，SO42-、Cl-均在20%以下；陽離子Na+、Ca2+、Mg2+含量相當(dāng)，Na+含量稍高。

表1 白堊系下統(tǒng)洛河組含水層水質(zhì)分析表

2.2 侏羅系延安組煤系及直羅組砂巖裂隙含水層水化學(xué)特征

該含水層是礦井直接充水含水層，本次收集了4組延安組和延安組及直羅組含水層的混合水樣化驗(yàn)資料分析該含水層的水化學(xué)特征，水質(zhì)類型Cl-Na，礦化度1.2~3.7g/L，根據(jù)數(shù)據(jù)繪制主要離子piper三線圖，該含水層四個(gè)水樣點(diǎn)分布比較集中，故以此建立該含水層水化學(xué)模型為：在piper三線圖菱形區(qū)的7區(qū)，為非碳酸鹽堿＞50%型，陰離子Cl-含量最高，在60%以上，SO42-次之，HCO3-含量比較集中，均在20%以下；陽離子Na+含量最高，在80%以上，Ca2+、Mg2+含量都較低。

圖1 洛河組含水層、直羅-延安組含水層、采空區(qū)及突水點(diǎn)水化學(xué)piper三線圖

3 采空區(qū)及突水水源判別

本次收集了5組采空區(qū)水樣和4組突水點(diǎn)水樣，見表2：

表2 采空區(qū)及突水點(diǎn)水質(zhì)分析表

3.1 采空區(qū)水源判別

將采空區(qū)水樣表示在piper三線圖上，如圖1，與侏羅系延安-直羅組含水層水化學(xué)模型進(jìn)行對(duì)比，采空區(qū)水樣基本落在piper三線圖菱形區(qū)的7區(qū)，與延安-直羅組含水層水化學(xué)特征相近，陽離子Na+含量最高，在80%以上，Ca2+、Mg2+含量都較低，與延安-直羅組含水層水化學(xué)特征一致，但陰離子Cl-含量明顯減少，使得采樣點(diǎn)落在介于7區(qū)與9區(qū)的交界處，接近于無一對(duì)陰離子大于50%，說明采空區(qū)水樣已不是延安-直羅組原地層水樣，再與洛河組含水層水化學(xué)模型進(jìn)行比較，采空區(qū)水樣陰離子含量落在延安-直羅組與洛河組含水層之間，說明采空區(qū)水源為延安-直羅組含水層和洛河組含水層。

3.2 突水點(diǎn)水源判別

將突水點(diǎn)水樣表示在piper三線圖上，如圖1，與侏羅系延安-直羅組含水層水化學(xué)模型進(jìn)行對(duì)比，水樣點(diǎn)6的突水點(diǎn)水質(zhì)與侏羅系延安-直羅組含水層水化學(xué)特征完全一致，水源為侏羅系延安-直羅組含水層；水樣點(diǎn)7-10的突水點(diǎn)水質(zhì)與采空區(qū)水樣水化學(xué)特征完全一致，根據(jù)采空區(qū)水源判別結(jié)果，水樣點(diǎn)7-10的突水點(diǎn)水源為延安-直羅組含水層和洛河組含水層。

4 結(jié)論

通過對(duì)崔木煤礦白堊系洛河組含水層與侏羅系延安-直羅組含水層水化學(xué)特征分析，建立各含水層水化學(xué)模型，將采空區(qū)水樣及突水點(diǎn)水樣與之進(jìn)行對(duì)比分析，判斷出煤礦突水水源，為快速有效采取防治措施提供依據(jù)。

[1] 錢會(huì)，馬致遠(yuǎn).水文地球化學(xué)[M].北京：地質(zhì)出版社，2005.

[2] 水文地質(zhì)手冊(cè)[M].北京：地質(zhì)出版社，2012.

[3] 趙同謙，張彥紅.利用水化學(xué)數(shù)據(jù)判別礦井突水水源方法探討[J].焦作工學(xué)院學(xué)報(bào)，1996，15（4）：34-39.

[4] 高衛(wèi)東.水化學(xué)法在礦井突水水源判斷中的應(yīng)用[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2001，10（5）：44-45.

[5] 高紅遠(yuǎn)，姚多喜，徐彭遠(yuǎn).劉橋二礦Ⅱ6117工作面富水區(qū)水源分析[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2012，（5）：100-103.

Study on Water Source of Cui’s Coal mine Based on Hydrochemical Characteristics Analysis

Li Gui-juan，Yang Lei，Ge Sheng-wei，Lv Guang-luo

Cui wood coal mining the main aquifer of Yanan-Jurassic Zhiluo Formation aquifer and Cretaceous Luohe aquifer hydrochemical characteristics analysis of three line drawings by Piper，establish water chemistry model of the aquifer，the goaf water and water inrush water samples and comparative analysis determine the coal mine water inrush.

Hydrochemical characteristics；Piper three line diagram；hydrochemical model；water source

TD74

A

1003–6490（2017）05–0135–02

2017–05–07

李貴娟（1981—），女，河北元氏人，工程師，主要研究方向?yàn)槊旱V水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)等。