朱仙庄矿水化学测试及水质水源分析

朱仙庄矿水化学测试及水质水源分析

孟志明

淮北矿业集团通防地测部安徽淮北235000

摘要：侏罗纪砾岩岩溶含水层（以下简称“五含”）为强富水性含水层，朱仙庄866-1综采面于2015年1月30日发生五含突水事故，为分析五含突水机理及进一步研究矿井水水质及来源，本文针对朱仙庄矿多年来的矿井水质测试及五含出水点水质测试进行系统分析研究。

关键词矿井水水化学水质水源

引言

朱仙庄煤矿水文地质类型划分为极复杂型，矿井南北两翼水文地质情况差别大，其南翼采区主要受浅部四含水影响，10煤层开采主要受底板太灰水影响，水文地质条件中等；北翼采区主要受四含水、五含水影响，北翼水文地质条件极复杂。

1.矿井水文地质概况

矿井自上而下分布有九组含水层：第四系一含、二含、三含，第三系四含，侏罗纪砾岩岩溶含水层为五含，二叠系煤系砂岩裂隙含水层为六含（4煤顶板）、七含（5煤层与10煤之间），太原组灰岩含水层为八含，奥灰为九含。

第一、二隔水层厚14~17m，第三隔水层（组）主要由灰绿色砂质粘土、粘土和钙质粘土组成，厚度58～107m，平均80m左右，分布稳定，具膨胀性，塑性强，隔水性能良好，有效阻隔其上部一、二、三对下部各含水层的补给。矿井充水水源主要为煤系地层顶底板砂岩裂隙水，“四含”水、五含水及太灰水。

2.矿井含水层水质特征

收集了矿井自勘探期间、生产期间水化学资料共计102份，包括地表水、一含、二含、三含水样水质资料12份，四含39份，五含及866-1突水、864顶板水样14份，八含（太灰）5份，九含（奥灰）2份，六、七含（砂岩裂隙）30份，对资料分别进行整理分析。

总体上本区地下水PH一般为7.2-8.7，矿化度0.6-2.0g/L，总硬度18.29~1635.53mg/L（以CaCO3计），除过第四系、砂岩裂隙水，地下水整体呈现出SO4·Cl·HCO3-Na·Ca·Mg型水质，SO42-、Cl-在阴子总量中占25%以上，Na+在阳离子总量中大于25%。四含、五含水水化学特征相似，从矿化度、PH、特征指标及离子含量比值(γNa-γCl)/γSO4、γSO4/γCl、γNa/γCl均很接近，无法区分，说明四含、五含水相互沟通混合，两个含水层具有互相补给关系。砂岩裂隙水从勘探初期钻孔抽水的水化学资料看与四含、五含的差别很大，较容易区分，未混入四含水纯质砂岩裂隙水水质类型为Cl·HCO3-Na·(Mg)，PH一般大于8.0，且具有一定的负硬度，(γNa-γCl)/γSO4＞1。工作面采掘过程中造成四、五含对煤层顶板砂岩裂隙的补给，形成与四含相近的水质类型SO4·Cl·HCO3-Na·Ca·Mg。

在Piper菱形图的右上区域中，四含、五含、奥灰、太灰和部分混合的砂岩裂隙水相互重合叠加，集中在一起，矿化度相近，水型相似，表明四含、五含、奥灰、太灰之间存在水力联系。地表水、第四系水在Piper菱形图中的分布区域不同于其他两个区域，差异明显，表明第三隔水层（组）隔水性能良好，四、五含水层和上部第四系水力联系较差。

3.866-1工作面突水过程水质动态特征

866-1工作面突水过程中共取到四组水样，突水后水质类型为SO4·HCO3-Na·Ca，与临近05-水1孔和四含、五含水质有一定的差异，阴离子中Cl-含量大幅降低，由阴离子总量25%（05-水1孔阴离子Cl占33%）以上，降到15%，变化较大，相应特征离子比值也与临近四含、五含（05-水1孔）有明显差异，γNa/γCl＞2（3.67），γSO4/γCl＞2（3.82），但突水后五含观测孔84-14最大降深18.45m，90放2五含水位最大降深119.58m，84-18五含水位观测孔降120.8m，84-23奥灰孔水位降8.03m，表明突水水源来自五含，并且直接或间接受到奥灰、太灰补给。

1月22日水样取自于16日开始注浆后，矿化度、总硬度降低，PH增加，水质类型变为SO4·HCO3·Cl-Na·（Mg）·(Ca)，22日之后工作面涌水量因注浆逐渐减少，1月31日涌水水样明显受到注浆粉煤灰浆液污染的影响，再次突水后，2月1日水样PH降低，矿化度回升，但Cl-含量较高，177.92mg/L(高于工作面突水初期（122.10mg/L）,水质类型SO4·HCO3·Cl-Na·Ca·（Mg），与初期水质类型有一定差异。

4.主要结论

从收集的水化学资料分析可知：

⑴矿井四含、五含、奥灰、太灰含水层水化学特征极为相似，水质类型以SO4·Cl·HCO3-Na·Ca·Mg为主，太灰含水层水质类型HCO3·SO4·Cl-Na·Ca·(Mg)、SO4·(HCO3)-Na·Mg·Ca，稍有差别，但特征组分及离子含量比值与四含、五含、奥灰含水层相近，说明上述各含水层存在着水力联系和一定程度的相互补给的关系。

⑵砂岩裂隙类水与太灰水判别：可利用(γNa-γCl)/γSO4＞1,γSO4/γCl＜1为砂岩裂隙水依据，(γNa-γCl)/γSO4＜1,γSO4/γCl＞1为太灰水依据。

⑶矿区北部的五含84-14钻孔控制区存在异常，在84年5月~10月时间段内其矿化度（1.57g/L）与西北方向临近的84-20(矿化度为1.72g/L)、84-16（矿化度为1.75g/L）钻孔差异较大，钻孔水位也有将近100m的差异，说明84-14钻孔控制五含段为一独立水文单元，且与四含水力联系密切，以往抽水和示踪试验证明其与四含水联系紧密。

⑷四含、五含水的水质动态分析表明，采矿活动下五含水循环交替条件好于四含。