張剛

摘要：基于謝橋礦地下水化學(xué)特征分析，運用直接充水含水層的地下水水化學(xué)特征組份建立謝橋礦地下水水化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫和充水水源判別模型。本文結(jié)合水溫、水量、水化學(xué)分析，采用水源判別模型對-610mA組軌道石門出水水源進行快速準(zhǔn)確判別，為礦井水害防治方案的科學(xué)制定提供可靠的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：水化學(xué)特征;水化學(xué)數(shù)據(jù)庫;突水水源;快速判別

引言

礦井突水是煤礦生產(chǎn)過程最具威脅的災(zāi)害之一，人員傷亡大，經(jīng)濟損失列于煤礦事故之首。一旦礦井發(fā)生突水，如何及時準(zhǔn)確地判斷突水成因，查找突水水源，制定合理有效的防治水措施（疏干、降壓及堵水）提供依據(jù)，是解決和進一步預(yù)防突水災(zāi)害的關(guān)鍵問題[1-2]。快速判別礦井突水水源，要充分考慮礦區(qū)的水文地質(zhì)條件和構(gòu)造條件，結(jié)合相應(yīng)的水位、水溫、水化學(xué)資料予以綜合分析判斷。突水水源判別的首要任務(wù)就是尋找能代表每個含水層地下水特征的標(biāo)型元素（化合物、氣體和同位素等），并在此基礎(chǔ)上對突水的來源進行識別[3-5]。本文收集整理了礦井多年來水文地質(zhì)資料和水化學(xué)資料，對井田內(nèi)各主要突水含水層的常規(guī)水化學(xué)特征進行了分析，從而總結(jié)出礦井各含水層水質(zhì)特征變化規(guī)律。

1 ?礦井水化學(xué)特征分析

謝橋礦礦常規(guī)水分析樣300個，本次研究合格水樣276個。其新生界松散層水17個，煤系砂巖裂隙水167個，太灰水41個，奧灰水51個。各含水層常規(guī)水化學(xué)組份分析見表1。

2 建立水源快速判別模型

根據(jù)表1、表2數(shù)據(jù)，建立謝橋礦含水層水源水質(zhì)快速判別模型數(shù)據(jù)庫，其中新生界松散層水、砂巖裂隙水、太灰水、奧灰水四大充水含水層特征組份如下：

（1）新生界松散層水的特征組份為：K+Na+<849.69mg/l、Ca2+<57.97 mg/l、Mg2+<25.12 mg/l、SO42-<264.18 mg/l、HCO3-<476.25mg /l、304.46mg/l<礦化度<2431.24mg/l、6.23 mg/l總堿度<21.85mg/l;

（2）煤系砂巖水的特征組份為：Cl->59.85mg/l、611.096mg/l<礦化度<12705.044mg/l、7.66 mg/l<總堿度<2692.15mg/l;

（3）太灰水的特征組份為：Cl-<1407.12 mg/l、SO42-<672.42mg/l、HCO3-<738.04mg/l、CO32-<67.66mg/l、390.58 mg/l<礦化度<3187.004 mg/l、0.57 mg/l<總堿度<35.59mg/l;

（4）奧灰水的特征組份為：K+Na+>413.55mg/l、217.45mg/l <Cl-<1432.18mg/l、115.27< SO42-mg/l<745.00 mg/l、HCO3-<606.69mg/l、CO32-<135.326mg/l、1281.49 mg/l<礦化度<3552.98mg/l、6.89mg/l<總堿度<345.3mg/l。

3 ?-610mA組軌道石門出水水源判別

3.1 -610m東二A組軌道石門鉆孔出水概況

-610m東二A組軌道石門巷道進入4煤底板至1煤頂板段施工期間，將受煤系砂巖裂隙水和底板灰?guī)r水威脅。巷道撥門位置位于4-2煤頂板法距3.3m位置，為探查該段4煤底板水文地質(zhì)條件，設(shè)計施工5個水文探查孔。其中TJ1#、TJ5#孔出水。

TJ1#孔：開孔方位354°，傾角-16°，孔深110.5m，終孔層位位于4-2煤底板43.6m，鉆孔施工至92.5m出水，最大水量0.7m3/h，水溫35℃，水壓1.95Mpa，出水點標(biāo)高-622.3m，層位位于4-2煤底板法距35.4m砂巖層中。

TJ5#孔：開孔位于TJ1#孔左側(cè)4.7m，方位349°，傾角-21°，終孔孔深121m。鉆孔施工至119m時出水，繼續(xù)鉆進至終孔水量增大，鉆桿撤出后，實測水量為60m3/h，水溫38.5℃，水壓2.6Mpa。出水層位巖性為砂巖，出水點距4-2煤底板法距57.8m，標(biāo)高為-640m，距1煤頂板法距 35 m，距C31灰頂法距 52m。距1#陷落柱西邊緣最小平距為436m，距2#陷落柱東邊緣最小平距為100m。

TJ1#孔、TJ5#孔出水后，分別多次取樣進行了水質(zhì)分析，水質(zhì)類型主要為CL·HCO3-Na+K、CL-Na+K，各組水樣陰陽離子含量、PH值、總堿度、總硬度等相對無明顯變化（見表3）。

3.2水源判別

鉆孔出水特征離子比例系數(shù)計算值見表4。

由表4可知TJ1#孔三次水質(zhì)分析，K+Na+>849.69mg/l，總堿度>345.28mg/l，排除水源為新生界松散層水、太灰水和奧灰水;同時根據(jù)Cl->59.85mg/l、611.096mg/l<礦化度<12705.044mg/l、7.66 mg/l<總堿度<2692.15mg/l，符合煤系砂巖裂隙水的水質(zhì)特征，因此從水質(zhì)特征分析上判別TJ1#出水水源為煤系砂巖裂隙水。

TJ5#孔兩次個水質(zhì)分析總堿度>35.59mg/l，排除新生界松散層水、太灰水;同時K+Na+>413.55mg/l、217.45mg/l<Cl-<1432.18mg/l、115.27< SO42-mg/l<745.00 mg/l、HCO3-<606.69mg/l、CO32-<135.326 mg/l、1281.49 mg/l<礦化度<3552.98mg/l、6.89mg/l<總堿度<345.3 mg/l，符合奧灰水的水質(zhì)特征，因此從水質(zhì)特征分析上判別TJ5#出水水源為奧灰水。

此外，可以利用地溫特征進步判定水源[6]。根據(jù)《謝橋礦礦井地質(zhì)報告》，井田內(nèi)，恒溫帶深度為30m，溫度為16.8℃。地溫梯度1.02～1.85℃/百米，平均為2.66℃/100m。TJ5#孔出水點標(biāo)高-640m，對應(yīng)奧灰水含水層頂界標(biāo)高-800m，地表標(biāo)高+25m，T=16.8+2.66*（800+25-30）/100=37.9℃，與出水點實測溫度38.5℃基本一致。同時根據(jù)TJ5#孔出水期間東風(fēng)井-440m回風(fēng)道奧灰水涌水量明顯減小，減少約30m3/h，結(jié)合水質(zhì)化驗分析，進一步確定TJ5#孔出水水源為奧灰水。

4 結(jié)語

謝橋礦主要充水含水層水體整體均呈弱堿性，陽離子均以 Na++K+居多，離子濃度關(guān)系為 Na+> Ca2+>Mg2+;陰離子均以 Cl-居多，四大充水含水層總體陰離子濃度關(guān)系變化為 Cl-> HCO3->SO42->CO32-;水質(zhì)類型以 Cl-Na+K型、HCO3-Na +K型、CL·HCO3-Na+K 型為主。

采用本文建立的水源判別模型快速判斷出-610m東二A組軌道石門TJ1#、TJ5#水源分別為煤系砂巖裂隙水和奧灰水，并結(jié)合出水點區(qū)域水文地質(zhì)條件、出水水溫、水量及出水形式分析，準(zhǔn)確判斷出水水源，為科學(xué)制定水害治理方案提供依據(jù)，該數(shù)據(jù)判別模塊經(jīng)反復(fù)驗證，計算結(jié)果準(zhǔn)確、穩(wěn)定、可靠，可作為日常水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)處理分析的一種參考范本，為今后礦井水質(zhì)判別提供理論支撐，具有廣泛推廣價值。但由于謝橋礦奧陶系、寒武系灰?guī)r水水質(zhì)資料不足，在今后的生產(chǎn)和補勘過程中，進一步充實礦井水化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫，修正礦井水源判別模型。

參考文獻：

[1]王廣才，王秀輝，李競生等.平頂山礦區(qū)礦井突 （涌）水水源判別模式 [J].煤田地質(zhì)與勘探，1998，26 （3）：47-50.

[2]張妹，劉啟蒙.基于Fisher判別法的潘三礦突水水源識別[J].中國煤炭學(xué)會礦井地質(zhì)專業(yè)委員會2017年學(xué)術(shù)論壇論文集2018，86-91.

[3]楊婷婷，許光泉，張海濤等.阜東礦區(qū)水文地球化學(xué)特征及其形成作用[J].煤炭技術(shù)2019，38（02）：79-82.

[4]高衛(wèi)東，何元東，李新社.水化學(xué)法在礦井突水水源判斷中的應(yīng)用[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2001，28（5）：44- 45.

[5]趙同謙，張彥紅.利用水化學(xué)數(shù)據(jù)判別礦井突水水源方法探討[J].1996，15（4）：34- 39.

[6]袁文華，桂和榮.任樓煤礦地溫特征及在水源判別中的應(yīng)用[J].安徽理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2005，25（4）：9-11.