基于水化学特征分析的崔木煤矿水源研究

李贵娟，杨 磊，葛胜伟，吕广罗

（陕西省一八六煤田地质有限公司，陕西西安 710065）

基于水化学特征分析的崔木煤矿水源研究

李贵娟，杨 磊，葛胜伟，吕广罗

（陕西省一八六煤田地质有限公司，陕西西安 710065）

利用piper三线图对崔木煤矿开采主要充水含水层侏罗系延安-直罗组含水层及白垩系洛河组含水层水化学特征进行分析，建立各含水层的水化学模型，将采空区水样及突水点水样与之进行对比分析，判断出煤矿突水水源。

水化学特征；piper三线图；水化学模型；水源

崔木煤矿自开采以来多次发生涌（突）水事件，水害防治已经成为矿井安全生产的首要任务，而对涌（突）水水源的准确判别是水害防治的重要前提，利用水化学特征判别是一种简单有效的判断矿井突水水源的方法，是判别突水水源的基础。认清各含水层的水化学特征，充分认识地下水的赋存规律，有利于快速判别突水水源，提高应急反应速度，同时为进一步预防涌（突）水灾害提供指导。

1 矿井水文地质概况

崔木煤矿主采煤层为3煤层，其矿井水文地质类型为复杂类型，煤矿开采主要充水含水层为侏罗系延安组煤系及直罗组砂岩裂隙含水层，以及白垩系洛河组砂岩含水层。

1.1 白垩系下统洛河砂岩孔隙~裂隙含水层段

由各粒级砂岩、砂砾岩组成，以中-粗粒砂岩为主要含水层段。其厚度由东南329.3m至西北减少为103.05m，砾岩百分含量由62.04%减少至23.85%，砂岩含量由37.96%增至76.85%。渗透系数0.002 4~0.142 5m/d，单位涌水量0.009 5~ 0.200 7L/（s·m），富水性弱-中等。

白垩系砂砾岩含水层补给来源以区域侧向迳流为主，大气降水次之。地下水迳流方向受地质构造及地形地貌条件控制，具多向性，总体呈由南西而北东缓慢运移。

1.2 侏罗系延安组煤系及直罗组砂岩裂隙含水层

延安组煤层及其顶板砂岩含水层主要为3煤层及其老顶中粗粒砂岩、砂砾岩。厚度0~92.07m，中西部厚50~60m，边部20~50m，其余地区小于20m；直罗组砂岩裂隙含水层由各粒级砂岩构成，煤矿厚度一般10~30m，东南部厚度为零；延安-直罗组含水层渗透系数0.000 4~0.006 7m/d，单位涌水量0.000 6~ 0.003 4L/（s·m），富水性弱。

侏罗系砂岩及煤系裂隙含水层，受埋藏条件和地质构造控制。在煤矿区埋藏深而裂隙不甚发育，补给来源单一，导水性差，迳流滞缓。

2 主要充水含水层的水化学特征

本次收集了洛河组、直罗组及延安组的典型水样点化验资料，见表1，通过主要离子piper三线图，建立起各含水层的水化学模型，以此为基础判断巷道突水点的水源。

2.1 白垩系下统洛河砂岩孔隙~裂隙含水层段水化学特征

本次收集了7组洛河组含水层水样化验资料分析该含水层的水化学特征，水质类型HCO3型，矿化度0.5~1.1g/L，根据数据绘制主要离子piper三线图，该含水层水样点分布比较集中，故以此建立该含水层水化学模型为：在piper三线图菱形区的3区，介于5区与9区的交界处，为强酸根大于弱酸根，阴离子HCO3-含量最高，且比较集中，均在80%以上，SO42-、Cl-均在20%以下；阳离子Na+、Ca2+、Mg2+含量相当，Na+含量稍高。

表1 白垩系下统洛河组含水层水质分析表

2.2 侏罗系延安组煤系及直罗组砂岩裂隙含水层水化学特征

该含水层是矿井直接充水含水层，本次收集了4组延安组和延安组及直罗组含水层的混合水样化验资料分析该含水层的水化学特征，水质类型Cl-Na，矿化度1.2~3.7g/L，根据数据绘制主要离子piper三线图，该含水层四个水样点分布比较集中，故以此建立该含水层水化学模型为：在piper三线图菱形区的7区，为非碳酸盐碱＞50%型，阴离子Cl-含量最高，在60%以上，SO42-次之，HCO3-含量比较集中，均在20%以下；阳离子Na+含量最高，在80%以上，Ca2+、Mg2+含量都较低。

图1 洛河组含水层、直罗-延安组含水层、采空区及突水点水化学piper三线图

3 采空区及突水水源判别

本次收集了5组采空区水样和4组突水点水样，见表2：

表2 采空区及突水点水质分析表

3.1 采空区水源判别

将采空区水样表示在piper三线图上，如图1，与侏罗系延安-直罗组含水层水化学模型进行对比，采空区水样基本落在piper三线图菱形区的7区，与延安-直罗组含水层水化学特征相近，阳离子Na+含量最高，在80%以上，Ca2+、Mg2+含量都较低，与延安-直罗组含水层水化学特征一致，但阴离子Cl-含量明显减少，使得采样点落在介于7区与9区的交界处，接近于无一对阴离子大于50%，说明采空区水样已不是延安-直罗组原地层水样，再与洛河组含水层水化学模型进行比较，采空区水样阴离子含量落在延安-直罗组与洛河组含水层之间，说明采空区水源为延安-直罗组含水层和洛河组含水层。

3.2 突水点水源判别

将突水点水样表示在piper三线图上，如图1，与侏罗系延安-直罗组含水层水化学模型进行对比，水样点6的突水点水质与侏罗系延安-直罗组含水层水化学特征完全一致，水源为侏罗系延安-直罗组含水层；水样点7-10的突水点水质与采空区水样水化学特征完全一致，根据采空区水源判别结果，水样点7-10的突水点水源为延安-直罗组含水层和洛河组含水层。

4 结论

通过对崔木煤矿白垩系洛河组含水层与侏罗系延安-直罗组含水层水化学特征分析，建立各含水层水化学模型，将采空区水样及突水点水样与之进行对比分析，判断出煤矿突水水源，为快速有效采取防治措施提供依据。

[1] 钱会，马致远.水文地球化学[M].北京：地质出版社，2005.

[2] 水文地质手册[M].北京：地质出版社，2012.

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Study on Water Source of Cui’s Coal mine Based on Hydrochemical Characteristics Analysis

Li Gui-juan，Yang Lei，Ge Sheng-wei，Lv Guang-luo

Cui wood coal mining the main aquifer of Yanan-Jurassic Zhiluo Formation aquifer and Cretaceous Luohe aquifer hydrochemical characteristics analysis of three line drawings by Piper，establish water chemistry model of the aquifer，the goaf water and water inrush water samples and comparative analysis determine the coal mine water inrush.

Hydrochemical characteristics；Piper three line diagram；hydrochemical model；water source

TD74

A

1003–6490（2017）05–0135–02

2017–05–07

李贵娟（1981—），女，河北元氏人，工程师，主要研究方向为煤矿水文地质、工程地质、环境地质等。