某煤矿矿区地下水水质化验分析研究

摘要 煤矿矿区地下水水质化验分析研究工作的目的是查清矿区内的水文地质条件，分析矿床的充水条件，预测各矿体在开采过程中的矿坑涌水量，减少或避免突水对矿山生产造成的危害，为保证煤矿开采提供理论依据，为保证煤矿安全生产提供基础。本文在充分收集区内现有相关资料和研究前人工作成果内容的基础上，研究某矿区地下水系统的水化学特征。

关键词 煤矿矿区；地下水；水质化验

中图分类号TD742 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）56-0085-02

0 引言

煤矿矿区地下水水质化验对预防煤矿透水事故具有重要的作用，目前煤矿透水事故已经成为了继瓦斯爆炸之后最容易发生的事故之一。2004年，内蒙古某煤矿发生了11 854m3/h的特大透水淹井事故，该事故造成13人死亡，2人失踪，直接经济损失达287.5万元。为了判断矿区透水事故的地下水来源和避免同样事故的发生，本文对该矿矿区地下水水质进行了化验分析研究。

为研究该矿区地下水系统的水化学特征，笔者在充分收集区内现有有关资料和研究前人工作成果内容的基础上，开展了坑道和地表水文地质试验、水文地质测绘、同位素测定、水质化验等水质研究工作。

1 煤矿矿区地下水化验研究的方法

矿物离子的含量在地下水化学特征及其分析指标中占有非常重要的地位，地下水研究工作者把岩石圈中容易迁移且含量丰度较高的元素离子或分子称为标准型组分，并且根据标准型地下水组分(离子、分子等)的含量对地下水系统进行分类。同时，地下水中各类阳离子和阴离子的浓度总和也表明了该地区的地下水的矿化程度，通常地下水系统中含有HCO3-、Ca2+、Mg2+浓度较高的为低矿化水，含SO42-较高的为中矿化水，含Cl-较高的为高矿化水，其具体研究方法如下。

2.1 地下水硬度的计算方法

一般情况下，采用Ca2+和Mg2+浓度的总和表示地下水的硬度，因此，水的硬度主要与水中的Ca2+和Mg2+含量有关，故采用状态方程式对水的总硬度与Ca2+和Mg2+进行关联分析，找出引起水硬度变化的主要因素。经计算Mg2+对总硬度的关联度为r1=0.959，Ca2+对总硬度的关联度为r2=0.894，可见此地区地下水中，引起总硬度变化的主要因素是Mg2+，相关曲线如图1所示。可见随着Mg2+含量增加，水的硬度也随之提高，两者相关系数R=0.728，经相关性检验，当a=0.01时R0.01（n-2）=0.342，R>R0.01（n-2）=0.342，两者线性相关性较好，故采用对地下水中Ca2+、Mg2+浓度进行计算就可得出其总硬度。

2.2 地下水矿化度的计算方法

矿化度表示水中各种盐类总和，即水中全部阳离子和阴离子总和。地下水中，随着矿化度变化，主要离子成分也随之发生变化，通常情况下低矿化水常以HCO3-及Mg2+、Ca2+为主;高矿化水则以Cl-为主；中等矿化水中阴离子以SO42-为主。这主要由于各种盐类在水中溶解度不同，氯盐溶解度最大，硫酸盐次之，碳酸盐较小。分析地下水中SO42-、HCO3-、Cl-、Mg2+、Ca2+对矿化度指标的关联程度，得到关联度分别为r1=0.959，r2=0.946，r3=0.956，r4=0.950，r5=0.934，由于r1>r3>r4>r2>r5，可知对矿化度变化起主要影响的是SO42-与Cl-，矿化度与Cl-和SO42-相关系数R分别为0.95和0.91，表现出了良好的线性相关关系好。

3 矿区地下水系统的组成和水化学特征

该矿区属内蒙古煤矿的重要组成部分，常年降雨稀少，干旱多风。深入调查研究发现，本矿标准型组分定为Ca2+、Mg2+、Na+、HCO3-、Cl-、SO42-等六种阴阳离子，且含有HCO3-、Ca2+、Mg2+等离子浓度较高，为低矿化水。根据本矿地下水标准型组分、各矿矿井充水之间的关系以及地下含水层特征，将本区地下水系统分为以下三个含水层子系统。

3.1 松散孔隙含水层

一般情况下，松散孔隙含水层属于被新生界松散层覆盖得煤矿地层，该层特点是比较松散，一般厚度在200m~250m。该层自上而下包括三个隔水层和四个含水层，其中第三个隔水层厚度较大，占据整个松散空隙含水层得1/3左右，具有较好的隔水性能，将地表水与一、二、三含水层与第四含水层以及基岩地下水层隔开。其中，第四含水层直接覆盖在煤层上，水可以通过基岩裂隙渗透到浅部煤层上，是开采时矿井的主要水源之一，需要不断进行疏干处理，它对松散孔隙含水层有着直接的决定作用。

在本矿区中，第四含水层含有较高的Cl-，含有较低的SO42-和HCO-，三种阳离子占有比较相近的比例，均在30%左右。表现为较高的硬度和较高的矿化程度特征，其水的pH在7.5~7.7之间，稍微偏碱性。另外，该层反映天然径流条件较差，对其水质起到主要的过滤作用。

3.2 砂岩裂隙含水层

砂岩裂隙含水层富水性较弱，不能明显的将其分割成含、隔水层，但自上而下也可将其划分为四个隔水段和三个含水段。在这整个砂岩裂隙含水系统中主采煤层顶底板砂岩裂隙渗透出来的地下水是矿井充水的直接来源。

在本矿区整个含水层的水表现了大致相同化学特征，三种矿物阳离子中K+、Na+占据了非常高的比例，大约在92.5%~94.6%之间，阴离子中HCO3-占了较高的比例，其次是Cl-，SO42-含量较低。其水pH在8.4~8.7之间，水质偏碱性，表现出了较高的矿化度和较低的水硬度。

3.3 石灰岩岩溶裂隙含水层

在正常煤层开采情况下，石灰岩岩溶裂隙含水层距开采操作层较远，其充水对煤矿矿层影响较小。但是当井巷工程遇到导水性断层或岩溶陷落柱时，就有可能造成灰岩与煤层的间距缩短，隔水层变薄弱，此时，灰岩水很容易通过导水性断层或岩溶陷落对矿坑直接充水或发生底鼓突水。而且这种情况下的灰岩透水具有水量丰富、水压大、透水破坏性大等特点。因此，石灰岩岩溶裂隙含水层也是矿井安全生产的重要隐患之一。

在本矿区中，K+、Na+、Ca2+和Mg2+四种阳离子占有比较相近的比例，阴离子中Cl-占着主要的比例，约在56.44%。其pH在7.9左右，呈现出稍微的碱性。其水质表现为较高的硬度和较高的矿化程度，硬度在57.76德国度左右，矿化度为2.425g/L。

4 结论

煤矿矿区地下水水质化验分析研究工作的目的是查清矿区内的水文地质条件，分析矿床的充水条件，预测各矿体在开采过程中的矿坑涌水量，减少或避免突水对矿山生产造成的危害，为保证煤矿开采提供理论依据，为保证煤矿安全生产提供基础。本文在对本矿各层地下水化学特征分析研究的基础上，考察了各含水层的水质特点，对今后井下涌水来源的分析判断有着一定的参考价值，有利于矿井防治水患，安全生产。相信，随着人们安全意识的不断加强和我国科学技术的发展，人们会越来越重视煤矿矿区地下水水质化验工作，地下水质化验工作也会更好的为煤矿开采工作服务。

参考文献

[1]杨少华.浅谈矿区地下水环境影响评价[J].科技情报开发与经济，2008.

[2]孟凡生，王业耀.煤矿开采环境影响评价中地下水问题探析[J].地下水，2007.