鲍店矿主要含水层水化学特征研究

魏鹏飞

【摘 要】在对鲍店煤矿地质及水文地质条件背景调查及分析研究的基础上，以对开采下组煤有主要影响的矿井主要含水层为研究对象，主要研究了各个含水层常规水化学特征，揭示了主要含水层的地下水的水质类型。研究成果对矿区防治水工作和突水水源判别具有一定的参考意义以及实用价值。

【关键词】水文地球化学；含水层；水化学特征；鲍店煤矿

0 前言

我国是煤炭需求和生产的大国，煤炭資源是我国分布最广、储量最丰富的常规能源。我国煤矿水文地质条件复杂，煤矿矿井中水灾时常发生。水灾已经成为限制煤炭安全生产发展的主要因素之一。中国是世界上煤炭事故高风险国家，煤矿死亡人数是美国每年200倍，印度的 10 倍以上，一百万吨死亡率比世界平均水平高出10倍[1]。王玉民，焦立敏[2]以煤峪口矿矿井涌水为例，说明了矿井水质的“时空”研究方法，详细阐述了利用水质分析法确定矿井涌水水源，为正确预测矿井涌水量和判断矿井涌水水源提供了依据。

因此，掌握煤矿区含水层的分布特征以及主要含水层的水化学特征，对煤矿含水层的动态特征进行监测跟踪，对煤矿安全开采具有重大意义。水文地球化学是根据大量的地下水长期观测数据资料，分析研究不同含水层的地下水的水力联系，相同含水层的地下水的径流补给关系，并且研究水化学特征的变化规律，总结研究区域地下水的分布规律以及动态变化特征，为煤矿的安全开采和合理开发利用地下水资源提供决策依据。

1 矿井水文地质概况

根据鲍店煤矿生产矿井地质报告，兖州煤田是一个不完整的向斜盆地，峄山断裂在煤田的东部区域，在西部区域、北部区域和南部区域地区都是奥灰隐伏露头。在煤田的外围地区分别分布着邹西奥灰水源地、曹洼奥灰水源地和曲阜奥灰水源地，在东边方向上以峄山断层为边界。边界外奥灰水与煤田内奥灰水有着直接水力联系。

邹西奥灰水源地地下水的流动方向接近东西方向，含水层的富水性能比较强，曲阜-曹洼水源地的地下水的流动方向是北东向南西；峄山断层为隔水边界。综上所述，鲍店煤田的水文地质边界在西部地区、北部地区和南部地区是奥灰露头区，东部地区是峄山断层，构成一个完整的水文地质单元。

2 主要含水层

矿区对生产有影响的主要含水层自上而下为：第四系下组砂砾层含水层，侏罗系底部砂岩含水层，二叠系砂岩含水层，石炭系薄层灰岩含水层（组），奥陶系灰岩含水层。上组煤开采的直接充水含水层为山西组砂岩含水层、太原组三灰含水层，间接充水含水层为第四系下组砂砾层含水层、侏罗系上统红色砂岩含水层；下组煤开采的直接充水含水层为太原组十下灰含水层，间接充水含水层为本溪组十三灰、十四灰含水层以及奥陶系灰岩含水层。

3 离子浓度和矿化度特征

本次鲍店矿区水化学研究共收集矿区不同含水层的水质资料41 份，这些水质资料涵盖矿区不同含水层，其中奥灰水样27个，十三灰水样6个，十四灰水样4个，十下灰水样3个。根据已经得到的数据，经处理得到主要含水层离子的浓度。

由图1可以看出总体上，鲍店煤矿的奥灰、十三灰、十四灰、十下灰、八灰顶砂含水层在阳离子浓度上浓度接近，不易区分；阴离子中，在SO42-和HCO3-的浓度上有较大的差别。

奥灰含水层中的SO42-明显大于其余含水层，而且奥灰含水层的矿化度较高，我们可以将SO42-做为奥灰含水层的标识离子，与其余含水层区分。

十下灰含水层水样比较特殊，pH值高达12.4～12.9，形成强碱性水，水中HCO3-消失，出现和 OH-，OH-含量高达 764.27～816.06mg/L，与其它含水层水质类型有着明显差异。所以我们可以通过CO32-和OH-这两种阴离子将十下灰含水层与其余含水层区分开。

4 各主要含水层的水化学类型差异

收集的水质资料主要是含水层自上而下有上石炭统太原组八灰顶砂、十下灰、十三灰、十四灰和奥灰。水质 中各主要离子浓度；离子浓度的不同，造成含水层的水质类型具有一定的差异，而同一含水层由于水文地质条件的不同或不同时间取得的水样其水质中离子含量也存在一定的差异。我们利用数据来画piper三线图，分析不同含水层的水质类型，得到图2和图3。

通过对主要含水层的水质类型进行对比分析，我们知道的各个主要含水层的水质类型，八灰顶板砂岩含水层的水质类型为HCO3-Na型，显示出典型砂岩水水质特征；十下灰含水层水质类型为HCO3-Na型；十三灰含水层水质类型也为 HCO3-Na型，水质类型与奥灰水有着明显的差异；十四灰含水层水质类型有两种，分别为HCO3-Na型和SO4·HCO3-Na 型；奥灰含水层其水质类型为SO4-Ca·Mg和SO4-Ca（Mg）。

5 结论

依据前面的阐述和讨论，特别是对鲍店煤矿主要含水层（奥灰含水层、十下灰含水 层、十三灰含水层和十四灰含水层）水化学特征的研究，获得了以 下主要研究结论和认识：

1）通过 SO42-离子浓度和矿化度的差别，我们可以区分出奥陶含水层和其余含水层；通过CO32-和OH-两种阴离子的浓度差别，我们可以区分出十下灰含水层；并且了解了地下含水层的径流条件和环境特征，为煤矿的安全开采提供了一定的依据。

2）通过对主要含水层的水质类型进行对比分析，我们知道的各个主要含水层的水质类型。各个含水层水质类型的不同，为我们区分各个含水层提供依据，有助于判断突水水源。

【参考文献】

[1]张占存.水分对煤的瓦斯吸附特性影响的实验研究[J].全国煤矿安全学术年会，广西北海，2008.

[2]王玉民，焦立敏.利用水质分析法判定矿井涌水水源[J].煤矿安全，2001（10）：12-14.

[责任编辑：田吉捷]