李凌晉

（山西潞安礦業(yè)（集團(tuán)）公司節(jié)能環(huán)保處， 山西 長(zhǎng)治 046204）

煤炭資源作為我國(guó)使用量最大的一次性能源資源，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占據(jù)著重要的地位，隨著煤炭開采地質(zhì)條件越來越復(fù)雜，在開采過程中發(fā)生透水事故的概率不斷地增加，對(duì)煤礦生產(chǎn)企業(yè)的安全生產(chǎn)造成了巨大的威脅。通過研究發(fā)現(xiàn)不同地質(zhì)條件下的煤礦地下水的礦物質(zhì)含量有著明顯的差別，而井下綜采面的地質(zhì)條件又與透水事故的發(fā)生有著緊密的連續(xù)[1]，因此在煤炭開采過程中為了提前對(duì)透水事故進(jìn)行預(yù)警，為井下作業(yè)人員的安全撤離或者采取降低透水事故影響的措施提供足夠的時(shí)間，就需要對(duì)煤炭開采過程中地下水的水質(zhì)進(jìn)行分析，建立起地下水化學(xué)特性評(píng)價(jià)體系，研究不同煤層條件下的礦區(qū)水文條件，分析礦床的水文水位情況，更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)井下透水事故的預(yù)防。

1 礦井地下水化學(xué)類型分析

礦井的地下水在長(zhǎng)期礦巖作用及煤體開采過程中的擾動(dòng)作用下其水質(zhì)的化學(xué)特性呈現(xiàn)出了極其復(fù)雜的變化，若要對(duì)地下水所處的礦層地質(zhì)特征進(jìn)行研究、對(duì)地下水突出的情況進(jìn)行分析及評(píng)價(jià)，就需要對(duì)不同地質(zhì)條件下所含地下水的化學(xué)成分的含量進(jìn)行精確的研究，描繪出不同水層的離子含量[2]。本文針對(duì)某礦在開采時(shí)所獲得的187個(gè)地下水樣特征進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其中煤系水的樣本達(dá)到了137個(gè)，上含水的水樣樣本為12個(gè)，太灰水的水樣樣本為11個(gè)，下含水的水樣樣本為4個(gè)，奧灰水的水樣樣本為2個(gè)，其他的樣本均為混合水等層位不清晰的地下水樣本。

對(duì)煤水系的水系樣本進(jìn)行分析，其中Mg2+，Ca2+的體積分?jǐn)?shù)僅占約10%，Na+和K+的體積分?jǐn)?shù)約85%以上，水樣中的負(fù)離子的體積分?jǐn)?shù)極其分散，但HCO3-在水系分布上的體積分?jǐn)?shù)較高，水質(zhì)總體分布呈HCO3-·Cl+K特性，從水體分布來看該礦井地下水的水體與其他水層之間存在著較大的水利聯(lián)系，水體分布和礦井地下水的水層之間存在著采動(dòng)影響造成的水層之間的越級(jí)流動(dòng)補(bǔ)給。

上含水水樣樣本和其他的水層樣本之間的化學(xué)成分存在著顯著的差別，水體含量中HCO3-的體積分?jǐn)?shù)超過了65%，SO42-的體積分?jǐn)?shù)約為13%，Cl-的體積分?jǐn)?shù)占比約為21%，水體類型為HCO3-·K+Na+Cl型，由此可分析該區(qū)域煤礦地下水主要以地表水補(bǔ)充為主，在地下呈現(xiàn)明顯的流動(dòng)特性，與地下河道相連通。

在某礦的水樣樣本中有一個(gè)樣本的中含水水樣是落在了上含水的臨界特征點(diǎn)上，其水體特征和上含水的水樣水質(zhì)特征相似，因此該區(qū)域的上含水層與中含水層之間存在著某些互通連續(xù)，其他的水體樣本中的下含水、奧灰水和太灰水的水體樣本含量和另一個(gè)中含水的水層樣本極為接近，其HCO3-的體積分?jǐn)?shù)低于15%，SO42-的體積分?jǐn)?shù)超過43%，Cl-的體積分?jǐn)?shù)占比約為36%，在陽離子分布中K+/Na+的體積分?jǐn)?shù)大于75%，而SO42-和Cl-的體積分?jǐn)?shù)在陰離子中占有較大的比例，因此該區(qū)域的礦井地下水的封閉性較好。某礦的水樣分布如下頁圖1所示[3]。

2 煤礦地下含水層特征離子提取與分析

圖1 某礦地下水水樣分布圖（質(zhì)量分?jǐn)?shù)%）

對(duì)煤礦井下各地質(zhì)條件下含水層的標(biāo)型組分進(jìn)行分析，將各特征離子進(jìn)行單獨(dú)的分類標(biāo)注，是用于對(duì)各煤礦井下含水層水質(zhì)化驗(yàn)分析并分析各層地下水之間水力聯(lián)系的最重要的方法，本文采用箱圖法對(duì)水質(zhì)成分進(jìn)行化驗(yàn)分析，確定個(gè)水層之間的特征離子的含量，作為對(duì)礦井地下水流動(dòng)特性分析的基礎(chǔ)，進(jìn)而揭示其發(fā)生透水事故的幾率。

箱圖法[4]是用于對(duì)水樣樣本中的四分位數(shù)、中位數(shù)和極值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的表示方法，在箱圖中最上方的線段表示最大數(shù)值，次上方的線段表示第三、四分為數(shù)值，最下方的線段表示最小數(shù)值，次下方的線段表示第一、二分為數(shù)值，最中間位置的加粗的線條用于表示中位數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)的某礦的地下水水樣的箱圖分布如圖2、圖3、圖4所示，框圖中，1表示上含水樣、2表示中含水樣、3表示下含水樣、4表示煤系水樣、5表示太灰水樣。

由圖2可知，Ca2+的體積分?jǐn)?shù)分布能夠明顯的將煤水系和其他水系進(jìn)行明顯的區(qū)分，在該水系樣本中有較多的極值存在，給水系樣本的區(qū)分造成了較大的干擾，極值存在較多主要是由于在該區(qū)域中各水層之間存在著一定的流動(dòng)和相互摻雜，總體上來說通過水系中Ca2+的含量能夠判斷煤系水樣中砂巖的裂隙。

由圖3可知，K++Na+的分布狀況可以用于標(biāo)示上含水的的標(biāo)型組成，在圖示上含水的體積分?jǐn)?shù)最低，可以明顯的區(qū)分不同水源的含水層，在中含水層中各水樣支架存在著比較大的區(qū)別，對(duì)水樣的判別存在著較大的干擾，在該煤礦地下水中煤系水的體積分?jǐn)?shù)占了全部水樣體積分?jǐn)?shù)的92%以上。

由圖4可知SO42-在各水系中的分布比較均勻，因此在實(shí)際中很難通過檢驗(yàn)水系中SO42-的含量來對(duì)水系的狀況進(jìn)行判斷。

由以上分析可知，在實(shí)際應(yīng)用中可通過檢驗(yàn)煤礦地下水中Ca2+、K++Na+的體積分?jǐn)?shù)來對(duì)地層中地下水的情況進(jìn)行判斷，進(jìn)而判斷出該區(qū)域發(fā)生透水事故的概率，及時(shí)采取必要的控制措施確保煤礦井下的生產(chǎn)安全。

3 結(jié)語

圖2 Ca2+的箱型圖

圖3 K++Na+的箱型圖

圖4 SO42-的箱型圖

本文通過對(duì)煤礦地下水水質(zhì)化驗(yàn)的分析，得出可利用檢驗(yàn)水系中Ca2+、K++Na+的體積分?jǐn)?shù)來對(duì)煤層中的水系的狀態(tài)進(jìn)行判斷，預(yù)測(cè)出在井下巷道綜采面開采過程中發(fā)生透水事故的幾率，將事故可能降低到最小，通過對(duì)某礦不同區(qū)域水系樣本的分析得出，在該礦煤系水中的Ca2+的體積分?jǐn)?shù)較高，由此分析出該處礦層可能是處于斷層區(qū)域或者是與地下水系相連通，在實(shí)際開采時(shí)發(fā)生透水事故的概率較大，因此需要采取一定的控制措施，避免發(fā)生透水事故。