Rockware Aq·QA的水化学分析数据库应用

王厚柱

(国投新集能源股份有限公司, 安徽 淮南 232001)



Rockware Aq·QA的水化学分析数据库应用

王厚柱

(国投新集能源股份有限公司, 安徽 淮南 232001)

为提高矿井水害防治能力，应用Rockware Aq·QA分析软件建立Piper Diagram水化学分析基础数据库,分析刘庄煤矿东一回风大巷出水情况。结果表明:水化学分析基础数据库能够在矿井发生突水时,科学快速判断水质类型,准确判别突水水源,对提高矿井水害防治能力具有重要的参考。

煤矿; 水化学; 数据库

0　引　言

多年来,众多学者运用Piper Diagram、Durov Diagram图形分析法,归纳分析了地表水、浅层和深层地下水水质变化规律和演化特征[1-3],在含水层的充水因素、水力联系、相互作用等方面取得了大量成果,但对于矿井突水快速分析判断方面的应用研究较少。近年来,全国煤矿突水事故频发,给人民群众生命财产造成了严重损失。为了吸取事故教训,进一步提高矿井水害防治能力,笔者以国投新集公司刘庄煤矿为例,结合刘庄煤矿水文地质条件特征和现有水文地质资料[4],通过Rockware Aq·QA分析软件建立了矿井各含水层Piper Diagram水化学分析基础数据库,有助于在矿井发生突水时,科学快速判断水质类型,准确判别突水水源,对提高矿井水害防治能力意义深远。

1　井田水文地质特征

1.1地层

刘庄井田属全隐蔽含煤区,钻探所及地层由老到新依次有寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系、三叠系和第四系。该井田含煤地层为华北型石炭、二叠系,其中二叠系的山西组与上、下石盒子组为主要含煤层段。

1.2水文地质条件

1.2.1新生界松散含水层

井田第四系沉积厚度119.60～550.70 m,南部薄,北部厚,古地形呈缓坡向东西两侧倾斜,该系分为全新统弱含水组、上更新统含水组、中更新统隔水组、中更新统含水组、下更新统隔水组和底部砾石层组。

1.2.2二叠系砂岩含水层

该组含水层分布于主要可采煤层及泥岩之间。砂岩以中细粒为主,硅质胶结,少量为铁、钙质胶结,裂隙分布不均,在构造复杂地段裂隙发育。由钻孔抽水试验,水位标高在+11.37～+29.55 m,单位涌水量为0.000 138～0.022 500 L/s·m,渗透系数为0.000 547～0.390 000 m/d,导水系数为0.914 0～0.016 8 m2/h,水质为HCO3-Na及Cl-Na型,水温在18.0 ～27.5 ℃,矿化度为0.43～1.77 g/L。Q=f(s)曲线类型呈对数型,水位恢复缓慢,以静储存量为主,补给条件差。

表1各含水层标准水样资料

Table 1Aquifer water standard data consolidation

1.2.3太原组灰岩岩溶裂隙含水组

地层总厚度约120 m,含灰岩11～13层。灰岩累厚55 m左右,约占总厚的46%,除3、4、12三层灰岩较厚外,余为薄层灰岩。岩溶裂隙分布不均,据钻孔抽水试验资料:水位标高13.860～25.653 m,Q=0.001 8～0.097 8 L/s·m,k=0.005 07～0.436 00 m/d导水系数0.196～48.504 m2/h,贮水系数1.09×10-3,矿化度0.79～1.98 g/L,水温27～33 ℃,水质属Cl-Na及CO3-Na型。Q=f(s)曲线均呈对数型,水位恢复缓慢,表明太原组灰岩补给水源贫乏,具有储存量消耗型的特征。

2　水化学分析基础数据库

2.1矿井各含水层标准水样

收集矿区不同含水层的水样资料24份。其中奥灰太灰混合水样2份,砂岩水样10份,第四系松散含水层水样7份,采空区水样5份,见表1。

2.2数据库建立

利用Rockware Aq·QA软件,分别录入各水样水质参数,如图1所示。

分别生成Piper Diagram、Durov Diagram数据判断图形,如图2所示。

3　突水水源判断实例

3.1实例参数

以2010年5月23日刘庄煤矿东一回风大巷出水为例。该次出水为11-2煤顶板砂岩水通过F19断层破碎带出水,最大涌水量达15 m3/h,水温40.5 ℃,后水量逐步衰减,至5月26日早班水量衰减至1 m3/h。后经应用“埃眩蹋浴北判别法判断出出水水源距离巷道底板约40 m左右,结合瞬变电磁和高密度电法综合物探法查明该出水水源,并通过钻探疏放消除了安全隐患。

图1　水质数据库部分数据

图2　全矿井水样数据库

3.2数据库应用

图3　测试水样与近似数据库水样

3.3结果与检验

将标准水样和涌水点水样叠加绘制在Piper Diagram图上。根据图2对比分析可知, 涌水点水样水质类型为HCO3.Cl-Na型,矿化度为1 103.5 mg/L。虽然出水点位于巷道侧帮,但是投影落点与奥陶系、太原组灰岩岩溶裂隙含水层、二叠系13-1、8#煤砂岩含水层、第四系松散层水水样的落点偏离较大。与二叠系11-2#煤顶板砂岩含水层水样很接近,水质类型也一致,初步判定充水水源极可能为二叠系11-2#煤顶板砂岩裂隙含水层,与矿井后期物探、钻探验证的结果一致。

4　结　论

(1)利用Rockware Aq·QA分析软件建立刘庄煤矿各含水层水化学Piper Diagram分析基础数据库,叠加绘制了矿井各含水层的水样水质数据。在矿井发生突水时,数据库能够科学快速判别水质类型,及时准确地判别出突水水源。

(2)矿井向深部煤层不断延伸,由于勘探阶段以及前期生产补勘对奥陶系地层钻孔控制极少,仅有2个钻孔进行了奥陶系与太原组混合抽水试验,未查明井田范围内奥陶系地层地质及水文地质条件,不利于后期矿井防治水工作的有序开展,应尽快开展相关补充勘探工作,完善数据库的水样基础数据。

[1]陆徐荣, 周爱国, 王茂亭, 等. Piper图解淮河流域江苏地区浅层地下水水质演化特征[J]. 工程勘察, 2010, 5(2): 134-141.

[2]黄平华, 陈建生, 宁超, 等. 焦作矿区地下水水化学特征及其地球化学模拟 [J]. 现代地质, 2010, 25(2): 189-193.

[3]KARMEGAM U, CHUIDAMBARAM S, PRASANNA M V. A study on the mixing proportion in groundwater samples by using piper diagram and phreeqc model[J]. Chinese Journal of Geochemistry, 2011, 30(4):490-495.

[4]安徽煤田地质局勘查研究院. 刘庄煤矿矿井地质报告[R]. 阜阳: 刘庄煤矿, 2003.

(编辑李德根)

Research on application of water chemical analysis database based on Rockware Aq·QA

WANGHouzhu

(SDIC Xinji Energy Co. Ltd., Water Prevention Research Center, Huainan 232001, China)

This paper introduces an analysis of Liuzhuang Mine Dongyi return air Roadway Water inrush using the database for chemical analysis of Piper Diagram water , developed by Rockware Aq·QA analysis software. The results indicate that the underlying database for chemical analysis of water allows a scientific and quick determination of the type of water and an accurate discrimination of water inrush in the case of mine water inrush, which is of significance to improving the prevention and treatment of mine water inrush.

coal mine； hydrochemistry； database

2013-05-30

王厚柱(1968-),男，安徽省舒城人，高级工程师,研究方向:矿井水文地质技术,E-mail:wanghouzhu@126.com。

10.3969/j.issn.1671-0118.2013.04.017

TD742

1671-0118(2013)04-0382-04

A