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某石膏礦可溶性試驗研究

劉立平 曹 健 趙錦華 任穎俊（湖南省地質測試研究院,湖南 長沙410007）

通過模擬石膏礦柱所處環(huán)境對截取的鉆孔巖心進行可溶性試驗，采用離子色譜法對不同時間水中硫酸根離子進行分析測試。結果表明，經過55天的可溶性試驗，5件試樣的溶解濃度曲線均有所走平。可為該礦的地質災害評價提供參考。

石膏礦；可溶性；地質災害

目前，我國石膏礦大多采用房柱法開采，留設礦柱維護井下采空區(qū)的穩(wěn)定。礦柱尺寸留設過小，會造成頂板失穩(wěn)，導致冒頂甚至地表沉陷；反之，造成資源的浪費[1]。本文結合湖南省某石膏礦及周邊地面塌陷區(qū)的實際情況，模擬石膏礦柱所處環(huán)境條件將截取的鉆孔巖心試樣放入純凈水中進行可溶性試驗，采用離子色譜法對不同時間水中硫酸根離子進行分析測試，探討石膏礦的可溶性，為該礦的地質災害評價提供參考。

1 礦區(qū)水文地質與石膏礦柱所處的環(huán)境

該礦區(qū)屬巖溶溶蝕地貌，區(qū)內廣泛分布的可溶巖有石炭系中上統(tǒng)壺天群灰?guī)r和白云質灰?guī)r等，淺部溶巖強烈發(fā)育、地下水豐富，主要是巖土界面處隱伏型、開口型溶洞或溶槽，處于地下水徑流排泄強烈區(qū)，水文地質條件復雜[2]。

石膏礦柱埋深處于110～140m，水溫約16度。最小采空礦柱與采空區(qū)之比為0.096。地下水位為地表下約4m，地下水已和地表水聯通，礦柱處的水壓應與靜止水壓近似，約1.1～1.4MPa（11～14個大氣壓）。

2 可溶性試驗

2.1 試樣

在湖南省某石膏礦及周邊地面塌陷勘查區(qū)的五處鉆孔樣中截取，均為圓柱狀。詳見表1。

表1 試樣的重量和體積

試樣的稱重，采用上電子天平（最大稱量5000g、分度值0.1g）。

試樣體積的測試是按阿基米德原理，以試樣排水的方法進行測定。具體操作步驟：①試樣系上細線。②在電子臺稱（量程100kg，分度值0.02kg）上放上一個大塑料盆，注入大約20000～22000mL純凈水，此時把臺稱調零。③持線將試樣緩緩浸入盛有純水的大塑料盆中，使試樣靜止懸浮于水中且不能接觸塑料盆內壁，記錄下此時臺稱的數據（試樣在純水中的質量）。根據阿基米德原理可知現在臺稱增加的重量即為試樣排出水的質量，由此可算出試樣的體積。

2.2 試驗條件

將五件試樣分別放入加有相應體積純凈水的塑料桶（盆）中進行可溶性試驗。其中：三件試樣處于常溫、常壓；二件試樣放入電熱鼓風干燥箱（工作室尺寸750mm×600mm×500mm）中，設定溫度16℃，試驗溫度不低于16℃、常壓。試驗條件詳見表2。

表2 試樣可溶性試驗條件

為考察水面的自然蒸發(fā)量，在常溫、常壓條件下，放置一個裝有1000mL純凈水的量筒；在處于溫度不低于16℃、常壓的電熱鼓風干燥箱內，放置一個裝有500mL純凈水的量筒。20天后觀察其刻度分別為965mL和490mL。20天的自然蒸發(fā)量分別為3.5%和2.0%。以下分析測試的數據，均未考慮水的自然蒸發(fā)量。

3 試驗結果

可溶性試驗中，每件試樣分別在浸泡1天、3天、12天、20天、28天、35天和45天及55天取了八次水樣進行SO42-的測定，每次100mL。每次取水樣后，馬上補加100mL純凈水，以保持試樣周邊的水量相對穩(wěn)定。加上1件空白的純凈水樣品，共測試了41件水樣的SO42-。

圖1 溶解濃度曲線

SO42-的測試方法采用離子色譜法，使用的分析測試設備為德國戴安公司生產的ICS-900型離子色譜儀。其原理：采用陰離子交換分離柱分離無機陰離子，以碳酸鈉-碳酸氫鈉溶液為淋洗液，硫酸溶液為再生液，用電導檢測器進行檢測。將樣品的色譜峰與標準溶液中各離子的色譜峰相比較，根據保留時間定性、峰高或峰面積定量[3-4]。

將SO42-換算成CaSO4，試樣浸泡后的水中CaSO4含量減去空白的純凈水中CaSO4含量，獲得五件試樣不同浸泡時間溶解濃度，5件試樣的溶解濃度曲線，詳見圖1。

4 結 語[5]

1）從溶解度曲線可知，5件試樣均隨著時間的增加，水中的CaSO4的濃度均隨之增大。

2）從溶解度曲線可知，經過55天的可溶性試驗，5件試樣的溶解濃度曲線均有所走平。

3）相同溶解時間，不同試樣的溶解濃度相差較大，這可能與試樣中的石膏含量不同有關。

4）由于受試驗條件的限制，沒進行高壓條件下的可溶性試驗。

5）本試驗僅進行靜態(tài)條件測試，沒有動態(tài)可溶性試驗，在數據使用時，需酌情考量。

[1]彭斌,陳才賢,楊軍偉．石膏礦礦柱穩(wěn)定性分析及試驗研究 [J]．采礦技術,2011,11(2)：18-21．

[2]劉學良．湖南邵東黃陂橋鄉(xiāng)地面塌陷的調查[N]．中國國土資源報(網絡http://www．gtzyb．com), 2016-01-12．

[3]周艷軍,劉穎,張羽．離子色譜法在黑龍江干流測定陰離子中的應用[J]．東北水利水電,2009(11):56-57．

[4]HJ 84-2016．,水質 無機陰離子的測定 離子色譜法[S]．

[5]曹健,劉立平,周永興,等．湖南省XX石膏礦及周邊地面塌陷地質災害勘查石膏礦可溶性試驗報告[R]．長沙:湖南省地質測試研究院,2016．

Experimental study on solubility of a gypsum ore

By simulating gypsum pillar in their environment, soluble experiment was carried out for interception of drill core．Using ion chromatography to analyze the contents of sulfate ion in water during different time．Results show that after 55 days of soluble test,the dissolved concentration curve of 5 samples all have been flat．It provides reference for the mine geological disaster evaluation．

gypsum ore；solubility；geological disaster

TQ177

B

1003-8965（2017）03-0139-02