水化学分析法判别煤矿突水水源

刘帅

摘要：邢东煤矿底板钻孔发生突水，及时准确判别出水水源，成为了治理矿井突水的关键。本文对矿井主要含水层进行水化学特征分析后，绘制出水样的PiPer三线图，并通过出水点与背景值进行对比，从而判断出出水水源为奥灰岩溶水，为封堵井下突水奠定了基础。

关键词：水化学分析  突水水源  PiPer三线图

通过对地下水的化学特征、分布规律等进行研究分析，在一定程度上有助于对地下水的赋存、补给，以及径流和排泄条件等进行分析，这些分析对于查明煤矿井下突水水源，以及对井下突水进行有效防治具有重要的意义。邢东矿在-980集中运料巷进行正常底板超前钻孔时突水，通过与矿井多个含水层进行水化学分析，将该处出水点与背景值进行比对分析后，判断出出水水源为奥灰岩溶水，为治理井下突水奠定了基础。

1 矿井水文地质条件

邢东矿井位于太行山中段东麓与华北平原西侧，地势西高东低。本井田处于半封闭状态，奥灰岩溶水是井田地下水的主要补给来源，在各自含水层内自西向东缓慢运动，矿井汇集各含水层地下水，成为良好的排泄场所。

2 -980钻孔出水点概况

-980集中运料巷属于向新区开拓，该巷道迎头前方为F23前下断层，落差30m，施工的15号底板钻孔穿过该断层。该钻孔施工至206m时，发现钻孔出水，初始水量为20m3/h，稳定水量为90m3/h。

根据矿井水文地质和巷道迎头实际揭露情况，15号钻孔突水得出2种可能：①野青灰岩水通过钻孔而突水;②奥灰水通过断层导水而突水。

其依据是：①根据钻孔剖面图，出水钻孔距野青灰岩很近，不能排除野青灰岩水的可能;②-980集中运料巷迎头前方为F23、SF86断层，导通含水层的可能性很大。

对于突水原因，尤其是突水水源等，难以通过分析水文地质条件进一步认清，在这种情况下，需要对出水水源进行判断，进一步组织开展矿井防治水工作。

3 矿井主要含水层水化学特征

为了对出水水源快速准确地做出判断，通常情况下，需要分别取8份矿区不同含水层水样和1份出水点水样，共9份，分别对其进行编号处理，进一步对其进行水质分析。

根据水中八大离子的实际情况，绘制PiPer三线图，同时将各个水样阴阳离子中每升毫克当量百分数含量投影到菱形图上，绘制水样的PiPer三线图。根据样点投影到图上分布区域的不同，在一定程度上可以直接反映出不同含水层、相同含水层中水化学类型的差异。

①砂岩含水层水化学特征。1#、2#、3#水样虽然处于不同的含水层，但从图1可以看出，这三个水样属于一个区域，水质类型均为HCO3·Cl-NaK型，水样所含离子浓度及其水质类型显示这三个含水层中循环深度较浅，径流条件较差。

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不同含水层叠加PiPer三线图  15号出水点PiPer三线对比图

图1                         图2

②野青、伏青、大青灰岩水化学特征。4#、5#、6#水样虽然处于不同的含水层，在图1中均处于1区，碱土金属离子浓度超过碱金属离子浓度，野青灰岩水质类型为HCO3-NaK型，伏青灰岩水质类型为SO4（HCO3）- NaK·Ca（Mg）型，大青灰岩水质类型为HCO3- Ca·NaK型。富水性弱至极弱。

③奥灰水化学特征。从图1中可以清晰看出，奥灰2个水样均在PiPer图的中上区域，且彼此靠近，水质类型均为SO4-Ca·Mg型，矿化度在3600～3700mg/L之间。

将9#出水点与前8个水样共同绘制出叠加的PiPer三线图，见图2。

从图2可以看出，15号钻孔出水点水样与奥灰水样极其相近，而与其他含水层水样的落点偏离较大。

9#水样水质类型为SO4-Ca·Mg型，矿化度为3072mg/L，PH值7.3。15号钻孔出水点位置虽然在野青附近，但是其阴、阳离子含量和矿化度与奥灰水非常接近，水质类型也一样，并且出水点水量较大。另外，根据水3

奥灰观测孔中水位的变化规律与15号钻孔突水水量呈

正相关，如突水发生后12小时内，水3下降了3.56m之多。

4 结语

①通过对邢东煤矿15号出水点的水化学特征分析，并且与矿区不同含水层可能引发突水的背景值进行比较，结合矿井的水文地质情况和突水情况等特点，综合判断出水点水源为奥陶系灰岩水，且与水3孔存在良好的水力联系，为及时治理井下突水奠定了基础。

②不断完善矿井各含水层水化学数据特征库，对矿井防治水工作具有重要意义。当井下发生涌水时，就可以利用水化学特征分析法，较为快速的对出水水源作出判别。及时提出正确的治理方案，使矿井水害降到最低限度。

参考文献：

[1]河北工程大学科技开发中心[R].冀中能源股份有限公司邢东矿.邢东矿矿井水文地质类型划分报告[R].2009.

[2]高卫东.水化学法在矿井突水水源判断中的应用[J].矿业安全与环保，2001.

[3]朱衍利，石磊，李万业，郭英明.水化学特征分析法在突水水源判别中的应用[J].山东煤炭科技，2010（02）.