摘 要：为了判断桃园煤矿Ⅱ2采区太灰含水层补给水源，对Ⅱ2采区放水试验前后太灰水的常规水化学指标进行了采样测试和分析。结果表明：在放水试验开始前，采区太灰水质与矿井内太灰水质存在差异，与奥灰水水质具有一定相似性；在放水试验过程中，太灰水质发生了变化，说明有其他水源的补给，太灰水质不断与奥灰水质接近，说明采区内两含水层存在水利联系，突水危险性较大，研究结果为采区开采防治水提供了科学依据。

关键词：太灰含水层；放水试验；水化学特征；桃园煤矿

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.14.009

桃园煤矿位于淮北煤田，地层区划为徐宿地层小区 [1]。该矿井水文地质条件复杂，2013年2月3日南三采区10煤1035工作面发生底板突水事故[2-3]。矿井主要含有新生界松散层含隔水层、二叠系主采煤层间含水层和隔水层、太原组灰岩岩溶裂隙含水层和奥陶系石灰岩含水层。在Ⅱ2采区筹备过程中，根据井下10煤底板物探异常反映，进行了钻探探查，发现该采区太灰与奥灰水位相近，较正常太灰水压高。地下水水化学探测方法是矿井突水水源判别常用的方法之一，通过分析研究获得的地下水化学成分数据，可以得到各个含水层的常规水化学特征水化学以及地下水的补给来源和径流条件，确定含水层之间的水利联系等[4-5]。

1 矿井含水层常规水化学特征分析

依照桃园煤矿历次放水试验结果分析，各含水层水质Piper叠加图如图1所示。主要含水层特征如下：

1.1 第四系四含水

在主要含有的三种阳离子成分中，其中钠离子和钾离子占比较大，钙离子和镁离子较少，其中钙离子占绝大部分。阴离子中，主要为HCO3-。水化学类型为HCO3-Mg·Na·Ca型。PH值为8.1，矿化度平均为0.73 g/L，总硬度平均为363.37 mg/L。

1.2 二叠系煤系砂岩裂隙含水层

含有的三种阳离子中，钙离子和镁离子占比较少；钠离子是含水层中主要的阳离子。三种阴离子中，以硫酸根离子为主，碳酸氢跟离子占比约为36%。水化学类型SO4·Cl·HCO3-Na型，PH值为8.6，总矿化度为2.17 g/L，总硬度为62mg/L。

1.3 太原组灰岩含水层

可以看出主要含有三个阳离子，其中最主要为钙离子，另外一种镁离子所占比例最小。含有的三种主要阴离子中，最主要的是硫酸根离子，其次为氯离子和碳酸氢跟离子。水化学类型为SO4·Cl·HCO3-Na·Ca·Mg、SO4·Cl-Ca·Na·Mg及SO4·HCO3·Cl-Na·Ca型。PH值平均为7.2，矿化度为1.12g/L～1.83g/L范围之间，总硬度8450mg/L。

1.4 奥灰含水层

由图可知，在三个阳离子中，钙离子与钠离子加钾离子含量占比接近。镁离子占比最少；主要有三个阴离子，其中占比最多的为硫酸根离子，氯离子和碳酸氢跟离子所占比例相当。水化学类型为SO4·Cl-Ca·Na、SO4·Cl·HCO3- Ca·Na·Mg类型。PH值为7.8，总矿化度1.90g/L，总硬度平均在1100mg/L左右。

2 Ⅱ2采区初始太灰水化学特征

放水试验之前在Ⅱ2采区进行了太灰水取样，依据样品化验结果总结出太灰水水质特征如下：PH值平均7.33，太灰水总矿化度为1.70g/L，总硬度为992mg/L，永久硬度为630mg/L，属极硬水，水化学类型为SO4·HCO3-Ca·Mg·Na、SO4·Cl·HCO3-Ca·Mg·Na或SO4·HCO3-Ca·Na·Mg型。主要离子成分含量如表1所示。

由表1中可以看出，太灰含水层主要含有三种阳离子，其中钙离子占比最多，达到45%上下，镁离子所占比例最少，仅为20%左右，其余为钠离子和钾离子，占比达到了30%；在主要的三种阴离子中，所占比例最多的是硫酸根离子，比例达到了60%，其次为氯离子和碳酸氢跟离子，两者占据比例相当，都在20%上下。依照数据得到Ⅱ2采区太灰含水层水质Piper图，见图2，可以看出Ⅱ2采区太灰含水层水质与矿井具有一定的相似性。

3 放水试验过程中太灰含水层常规水化学变化特征

进行井下放水试验的过程中，在FS1，FS2和FS3三个取样地点连续取样，并进行水样的检测。太灰水常规离子数据以及总矿化度等指标数据见表2和表3，根据放水试验过程中常规水化学特征的变化，研究太灰含水层与其他含水层之间是否存在着水力联系。

从上表可看出，太灰水质类型为SO4·HCO3-Ca·Mg·Na或SO4·HCO3-Ca·Na·Mg两种类型。在含有的三种阳离子中，主要为钙离子，三种阴离子中，主要为硫酸根离子。PH值平均为7.34，总矿化度约为1.77g/L。随着放水试验的进行，PH值数据变化不大，在平均值7.34上下波动；在放水试验的过程中，总碱度数值先上升然后下降，最后小于初始数值。总矿化度和总硬度数值变化较大，数值不断上升。SO42+、Ca2+离子含量逐渐增加；Mg2+离子含量逐渐减少；水质类型由SO4·Cl·HCO3-Ca·Mg·Na或SO4·HCO3- Ca·Mg·Na型向SO4·HCO3-Ca·Na·Mg型转变，由此表明太灰含水層水质和放水试验期间补给水源的水质相似。

通过放水试验期间太灰含水层水化学系统聚类分析，表明在放水试验过程中，接受奥灰水的补给量增多，这与上述分析结果是一致的。

4 结论

（1）通过放水试验之前在Ⅱ2采区进行了太灰水取样分析得出，采区内太灰水质与矿井内太灰水质存在差异，但与奥灰水质具有一定的相似性；

（2） 随着放水试验的进行，Ⅱ2采区内太灰水质类型向SO4·HCO3-Ca·Na·Mg型转变，逐渐与奥灰水质接近，表明太灰与奥灰含水层之间存在着水力联系。

参考文献：

[1]邱国良.桃园煤矿八采区太灰可疏放性评价[D].淮南：安徽理工大学，2012.

[2]翟晓荣，吴基文，韩东亚.补给边界群孔放水试验的含水层参数计算[J].中国矿业大学学报，2014，43（05）：837-840.

[3]孟召平，易武，兰华等.开滦范各庄井田突水特征及煤层底板突水地质条件分析[J].岩石力学与工程学报，2009，28（02）：228-236.

[4]崔喜.基于GIS的淮南孔集矿地下水化学特征分析及突水水源判别模型[D].合肥工业大学，2007.

[5]杨建，王心义，李松营等.新安矿井突水水源的水化学特征分析[J].煤炭工程，2005，25（05）：64-67.

作者简介：李岩（1981-），男，工程师。