某石膏矿可溶性试验研究

刘立平 曹 健 赵锦华 任颖俊（湖南省地质测试研究院,湖南 长沙410007）

某石膏矿可溶性试验研究

刘立平 曹 健 赵锦华 任颖俊（湖南省地质测试研究院,湖南 长沙410007）

通过模拟石膏矿柱所处环境对截取的钻孔岩心进行可溶性试验，采用离子色谱法对不同时间水中硫酸根离子进行分析测试。结果表明，经过55天的可溶性试验，5件试样的溶解浓度曲线均有所走平。可为该矿的地质灾害评价提供参考。

石膏矿；可溶性；地质灾害

目前，我国石膏矿大多采用房柱法开采，留设矿柱维护井下采空区的稳定。矿柱尺寸留设过小，会造成顶板失稳，导致冒顶甚至地表沉陷；反之，造成资源的浪费[1]。本文结合湖南省某石膏矿及周边地面塌陷区的实际情况，模拟石膏矿柱所处环境条件将截取的钻孔岩心试样放入纯净水中进行可溶性试验，采用离子色谱法对不同时间水中硫酸根离子进行分析测试，探讨石膏矿的可溶性，为该矿的地质灾害评价提供参考。

1 矿区水文地质与石膏矿柱所处的环境

该矿区属岩溶溶蚀地貌，区内广泛分布的可溶岩有石炭系中上统壶天群灰岩和白云质灰岩等，浅部溶岩强烈发育、地下水丰富，主要是岩土界面处隐伏型、开口型溶洞或溶槽，处于地下水径流排泄强烈区，水文地质条件复杂[2]。

石膏矿柱埋深处于110～140m，水温约16度。最小采空矿柱与采空区之比为0.096。地下水位为地表下约4m，地下水已和地表水联通，矿柱处的水压应与静止水压近似，约1.1～1.4MPa（11～14个大气压）。

2 可溶性试验

2.1 试样

在湖南省某石膏矿及周边地面塌陷勘查区的五处钻孔样中截取，均为圆柱状。详见表1。

表1 试样的重量和体积

试样的称重，采用上电子天平（最大称量5000g、分度值0.1g）。

试样体积的测试是按阿基米德原理，以试样排水的方法进行测定。具体操作步骤：①试样系上细线。②在电子台称（量程100kg，分度值0.02kg）上放上一个大塑料盆，注入大约20000～22000mL纯净水，此时把台称调零。③持线将试样缓缓浸入盛有纯水的大塑料盆中，使试样静止悬浮于水中且不能接触塑料盆内壁，记录下此时台称的数据（试样在纯水中的质量）。根据阿基米德原理可知现在台称增加的重量即为试样排出水的质量，由此可算出试样的体积。

2.2 试验条件

将五件试样分别放入加有相应体积纯净水的塑料桶（盆）中进行可溶性试验。其中：三件试样处于常温、常压；二件试样放入电热鼓风干燥箱（工作室尺寸750mm×600mm×500mm）中，设定温度16℃，试验温度不低于16℃、常压。试验条件详见表2。

表2 试样可溶性试验条件

为考察水面的自然蒸发量，在常温、常压条件下，放置一个装有1000mL纯净水的量筒；在处于温度不低于16℃、常压的电热鼓风干燥箱内，放置一个装有500mL纯净水的量筒。20天后观察其刻度分别为965mL和490mL。20天的自然蒸发量分别为3.5%和2.0%。以下分析测试的数据，均未考虑水的自然蒸发量。

3 试验结果

可溶性试验中，每件试样分别在浸泡1天、3天、12天、20天、28天、35天和45天及55天取了八次水样进行SO42-的测定，每次100mL。每次取水样后，马上补加100mL纯净水，以保持试样周边的水量相对稳定。加上1件空白的纯净水样品，共测试了41件水样的SO42-。

图1 溶解浓度曲线

SO42-的测试方法采用离子色谱法，使用的分析测试设备为德国戴安公司生产的ICS-900型离子色谱仪。其原理：采用阴离子交换分离柱分离无机阴离子，以碳酸钠-碳酸氢钠溶液为淋洗液，硫酸溶液为再生液，用电导检测器进行检测。将样品的色谱峰与标准溶液中各离子的色谱峰相比较，根据保留时间定性、峰高或峰面积定量[3-4]。

将SO42-换算成CaSO4，试样浸泡后的水中CaSO4含量减去空白的纯净水中CaSO4含量，获得五件试样不同浸泡时间溶解浓度，5件试样的溶解浓度曲线，详见图1。

4 结 语[5]

1）从溶解度曲线可知，5件试样均随着时间的增加，水中的CaSO4的浓度均随之增大。

2）从溶解度曲线可知，经过55天的可溶性试验，5件试样的溶解浓度曲线均有所走平。

3）相同溶解时间，不同试样的溶解浓度相差较大，这可能与试样中的石膏含量不同有关。

4）由于受试验条件的限制，没进行高压条件下的可溶性试验。

5）本试验仅进行静态条件测试，没有动态可溶性试验，在数据使用时，需酌情考量。

[1]彭斌,陈才贤,杨军伟．石膏矿矿柱稳定性分析及试验研究 [J]．采矿技术,2011,11(2)：18-21．

[2]刘学良．湖南邵东黄陂桥乡地面塌陷的调查[N]．中国国土资源报(网络http://www．gtzyb．com), 2016-01-12．

[3]周艳军,刘颖,张羽．离子色谱法在黑龙江干流测定阴离子中的应用[J]．东北水利水电,2009(11):56-57．

[4]HJ 84-2016．,水质 无机阴离子的测定 离子色谱法[S]．

[5]曹健,刘立平,周永兴,等．湖南省XX石膏矿及周边地面塌陷地质灾害勘查石膏矿可溶性试验报告[R]．长沙:湖南省地质测试研究院,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