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(kāi)采地質(zhì)條件越來(lái)越復(fù)雜，在開(kāi)采過(guò)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(guò)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(kāi)采過(guò)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(kāi)采過(guò)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(lèi)型分析

礦井的地下水在長(zhǎng)期礦巖作用及煤體開(kāi)采過(guò)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(kāi)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(lái)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(guò)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(lèi)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(guò)43%，Cl-的體積分?jǐn)?shù)占比約為36%，在陽(yáng)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(yè)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(lèi)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(lái)說(shuō)通過(guò)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(guò)檢驗(yàn)水系中SO42-的含量來(lái)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(guò)檢驗(yàn)煤礦地下水中Ca2+、K++Na+的體積分?jǐn)?shù)來(lái)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(yǔ)

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(guò)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(lái)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(kāi)采過(guò)程中發(fā)生透水事故的幾率，將事故可能降低到最小，通過(guò)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(kāi)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。