CO2-H2O平衡系统在太灰水上段碳酸盐矿物的溶沉判别研究

许继影, 戴洪宝, 夏青森

(宿州学院 a.资源与土木工程学院;b.环境与测绘工程学院，安徽 宿州 234000)



CO2-H2O平衡系统在太灰水上段碳酸盐矿物的溶沉判别研究

许继影a, 戴洪宝b, 夏青森a

(宿州学院 a.资源与土木工程学院;b.环境与测绘工程学院，安徽 宿州 234000)

近年来，煤矿生产受底板灰岩水影响而导致水害事故频发。本文从水文地球化学的角度，以刘桥二矿太灰上段1-4灰水样为研究对象，利用CO2-H2O平衡系统，对水样中的碳酸盐矿物的溶沉情况进行计算分析，最后得出：刘桥二矿水样中碳酸盐多为沉淀状态。该结论表明该矿区地下岩溶水排泄不畅，致使地下水中溶解盐类增多、二氧化碳、氧气等气体耗尽，最终丧失溶解能力。该结论对相似矿区防治灰岩水提供参考价值。

CO2-H2O平衡系统；碳酸盐矿物；溶沉判断

1 引言

近年来，随着开采强度不断加大，煤矿突水事故频发，其中由煤层底板太灰水突水引发的事故比例较大，而突水水源一般具有径流条件较强、与其他含水层有较强的水力联系的特点[1-2]。本文以太灰水上段的碳酸盐矿物为研究对象，对其溶沉状况进行判别分析，再结合相关资料，得出碳酸盐的溶沉与矿区岩溶的发育程度以及与其他含水层之间的水力联系等有何关系，间接判定其径流强度，为矿井安全生产提供参考。

2 样品测试与结果

2.1 样品采集

为了对刘桥二矿的太灰水进行系统的研究，本文对该矿生产阶段10个钻孔L1-4层灰岩进行了抽水试验[3]，取得十份水样，用蜡密封将水样分矿区编号1-10，并注明对应的钻孔类型，然后送样检测。

2.2 样品测试

本次溶沉判断需测试的地下水常规水化学指标[3]包含：

(2)水质综合指标：pH值，硬度，碱度，总溶解固体等。

2.3 测试结果

通过常规水化学分析测试，得到的该矿水样中阴阳离子的含量，见表1。

3 CO2-H2O平衡系统与碳酸盐矿物的溶沉判断

3.1 理论计算过程

由于水-岩作用是一种动态的平衡系统，地下水进行补给、岩层中形成的碳酸和有机物的氧化分解，三者组成了一个完整的碳酸平衡体系，相互之间的化学反应可以指明碳酸盐的溶解与沉淀的方向。因此，我们可以应用碳酸平衡去判断碳酸盐矿物的溶沉状况[4]。

表1 刘桥二矿太灰水样溶蚀判别阴阳离子含量表及Z〗pH值(单位均为：m mol/L)

CO2+H2O↔H2CO3

H2O↔H++OH-

KCO2=[H+][OH-]=10-14

3.2 判定结果

依照举例水样的计算过程，将刘桥二矿的水样计算出的结果，做表格如表2。

由该表得出，刘桥二矿太灰水上段的CaMg(CO3)2、CaCO3的IAP绝大多数都超过自己对应的Ksp，即处于沉淀状态。

表2 刘桥二矿太灰水中CaCO3、CaMg(CO3)2离子活度积及在水中的溶沉状态

4 结论

(1) 这说明刘桥二矿太灰水上段的水样中CaCO3、CaMg(CO3)2基本为过饱和，也就是说刘桥一矿的太灰水上段的碳酸盐矿物基本处于沉淀状态。

(2)刘桥二矿太灰水上段的地下水不具有溶蚀能力。说明该矿区的地下岩溶水在该区域排泄不畅，发生滞流，致使地下水中溶解盐类逐步地增多、二氧化碳、氧气等气体逐渐地耗尽，最终丧失溶解能力，径流条件相对较弱。

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Carbonate Minerals Dissolution Precipitation Analysis of Upper Limestone Water Applied by CO2-H2O Balance System

XU Ji-ying1, DAI Hong-bao2, XIA Qing-sen1

(1.School of Resources and Civil Engineering, Suzhou University, Suzhou Anhui 234000, China; 2. School of Environment and Surveying Engineering, Suzhou University, Suzhou Anhui 234000, China)

In recent years, water disasters accident frequently caused by limestone water. From the perspective of hydro geochemistry, taking limestone layers (L1-4) of Taiyuan Formation at LiuQian coal mine as research object, this paper calculated and analyzed solution-precipitation of carbonate minerals using CO2-H2O balance system. Finally it concluded that water samples are mostly supersaturated, namely precipitation state. The conclusion shows that underground karst water has drainage difficulty and increases dissolved salts in groundwater, meanwhile carbon dioxide, oxygen and other gas are exhausted, which eventually lose ability to dissolve. The conclusions provide reference value for prevention and control of limestone water of similar mine.

CO2-H2O balance system; carbonate minerals; dissolution judgment

2016-06-29

宿州区域发展协同创新中心开放课题(2015SZXTZXKF03);宿州学院校级科研项目(2014YKF03)；国家大学生创新创业训练项目(20151039019)

许继影(1986-)，女，安徽淮北人，助教，硕士，研究方向为水文地质与工程地质。

P578

A

1674-344X(2016)08-0037-03