煤矿地下水水质化验探析

李凌晋

（山西潞安矿业（集团）公司节能环保处， 山西 长治 046204）

煤炭资源作为我国使用量最大的一次性能源资源，在国民经济发展中占据着重要的地位，随着煤炭开采地质条件越来越复杂，在开采过程中发生透水事故的概率不断地增加，对煤矿生产企业的安全生产造成了巨大的威胁。通过研究发现不同地质条件下的煤矿地下水的矿物质含量有着明显的差别，而井下综采面的地质条件又与透水事故的发生有着紧密的连续[1]，因此在煤炭开采过程中为了提前对透水事故进行预警，为井下作业人员的安全撤离或者采取降低透水事故影响的措施提供足够的时间，就需要对煤炭开采过程中地下水的水质进行分析，建立起地下水化学特性评价体系，研究不同煤层条件下的矿区水文条件，分析矿床的水文水位情况，更好地实现对井下透水事故的预防。

1 矿井地下水化学类型分析

矿井的地下水在长期矿岩作用及煤体开采过程中的扰动作用下其水质的化学特性呈现出了极其复杂的变化，若要对地下水所处的矿层地质特征进行研究、对地下水突出的情况进行分析及评价，就需要对不同地质条件下所含地下水的化学成分的含量进行精确的研究，描绘出不同水层的离子含量[2]。本文针对某矿在开采时所获得的187个地下水样特征进行分析，发现其中煤系水的样本达到了137个，上含水的水样样本为12个，太灰水的水样样本为11个，下含水的水样样本为4个，奥灰水的水样样本为2个，其他的样本均为混合水等层位不清晰的地下水样本。

对煤水系的水系样本进行分析，其中Mg2+，Ca2+的体积分数仅占约10%，Na+和K+的体积分数约85%以上，水样中的负离子的体积分数极其分散，但HCO3-在水系分布上的体积分数较高，水质总体分布呈HCO3-·Cl+K特性，从水体分布来看该矿井地下水的水体与其他水层之间存在着较大的水利联系，水体分布和矿井地下水的水层之间存在着采动影响造成的水层之间的越级流动补给。

上含水水样样本和其他的水层样本之间的化学成分存在着显著的差别，水体含量中HCO3-的体积分数超过了65%，SO42-的体积分数约为13%，Cl-的体积分数占比约为21%，水体类型为HCO3-·K+Na+Cl型，由此可分析该区域煤矿地下水主要以地表水补充为主，在地下呈现明显的流动特性，与地下河道相连通。

在某矿的水样样本中有一个样本的中含水水样是落在了上含水的临界特征点上，其水体特征和上含水的水样水质特征相似，因此该区域的上含水层与中含水层之间存在着某些互通连续，其他的水体样本中的下含水、奥灰水和太灰水的水体样本含量和另一个中含水的水层样本极为接近，其HCO3-的体积分数低于15%，SO42-的体积分数超过43%，Cl-的体积分数占比约为36%，在阳离子分布中K+/Na+的体积分数大于75%，而SO42-和Cl-的体积分数在阴离子中占有较大的比例，因此该区域的矿井地下水的封闭性较好。某矿的水样分布如下页图1所示[3]。

2 煤矿地下含水层特征离子提取与分析

图1 某矿地下水水样分布图（质量分数%）

对煤矿井下各地质条件下含水层的标型组分进行分析，将各特征离子进行单独的分类标注，是用于对各煤矿井下含水层水质化验分析并分析各层地下水之间水力联系的最重要的方法，本文采用箱图法对水质成分进行化验分析，确定个水层之间的特征离子的含量，作为对矿井地下水流动特性分析的基础，进而揭示其发生透水事故的几率。

箱图法[4]是用于对水样样本中的四分位数、中位数和极值进行统计的表示方法，在箱图中最上方的线段表示最大数值，次上方的线段表示第三、四分为数值，最下方的线段表示最小数值，次下方的线段表示第一、二分为数值，最中间位置的加粗的线条用于表示中位数据，统计的某矿的地下水水样的箱图分布如图2、图3、图4所示，框图中，1表示上含水样、2表示中含水样、3表示下含水样、4表示煤系水样、5表示太灰水样。

由图2可知，Ca2+的体积分数分布能够明显的将煤水系和其他水系进行明显的区分，在该水系样本中有较多的极值存在，给水系样本的区分造成了较大的干扰，极值存在较多主要是由于在该区域中各水层之间存在着一定的流动和相互掺杂，总体上来说通过水系中Ca2+的含量能够判断煤系水样中砂岩的裂隙。

由图3可知，K++Na+的分布状况可以用于标示上含水的的标型组成，在图示上含水的体积分数最低，可以明显的区分不同水源的含水层，在中含水层中各水样支架存在着比较大的区别，对水样的判别存在着较大的干扰，在该煤矿地下水中煤系水的体积分数占了全部水样体积分数的92%以上。

由图4可知SO42-在各水系中的分布比较均匀，因此在实际中很难通过检验水系中SO42-的含量来对水系的状况进行判断。

由以上分析可知，在实际应用中可通过检验煤矿地下水中Ca2+、K++Na+的体积分数来对地层中地下水的情况进行判断，进而判断出该区域发生透水事故的概率，及时采取必要的控制措施确保煤矿井下的生产安全。

3 结语

图2 Ca2+的箱型图

图3 K++Na+的箱型图

图4 SO42-的箱型图

本文通过对煤矿地下水水质化验的分析，得出可利用检验水系中Ca2+、K++Na+的体积分数来对煤层中的水系的状态进行判断，预测出在井下巷道综采面开采过程中发生透水事故的几率，将事故可能降低到最小，通过对某矿不同区域水系样本的分析得出，在该矿煤系水中的Ca2+的体积分数较高，由此分析出该处矿层可能是处于断层区域或者是与地下水系相连通，在实际开采时发生透水事故的概率较大，因此需要采取一定的控制措施，避免发生透水事故。