王厚柱

(國投新集能源股份有限公司, 安徽 淮南 232001)

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Rockware Aq·QA的水化學分析數(shù)據(jù)庫應用

王厚柱

(國投新集能源股份有限公司, 安徽 淮南 232001)

為提高礦井水害防治能力，應用Rockware Aq·QA分析軟件建立Piper Diagram水化學分析基礎數(shù)據(jù)庫,分析劉莊煤礦東一回風大巷出水情況。結果表明:水化學分析基礎數(shù)據(jù)庫能夠在礦井發(fā)生突水時,科學快速判斷水質(zhì)類型,準確判別突水水源,對提高礦井水害防治能力具有重要的參考。

煤礦; 水化學; 數(shù)據(jù)庫

0　引　言

多年來,眾多學者運用Piper Diagram、Durov Diagram圖形分析法,歸納分析了地表水、淺層和深層地下水水質(zhì)變化規(guī)律和演化特征[1-3],在含水層的充水因素、水力聯(lián)系、相互作用等方面取得了大量成果,但對于礦井突水快速分析判斷方面的應用研究較少。近年來,全國煤礦突水事故頻發(fā),給人民群眾生命財產(chǎn)造成了嚴重損失。為了吸取事故教訓,進一步提高礦井水害防治能力,筆者以國投新集公司劉莊煤礦為例,結合劉莊煤礦水文地質(zhì)條件特征和現(xiàn)有水文地質(zhì)資料[4],通過Rockware Aq·QA分析軟件建立了礦井各含水層Piper Diagram水化學分析基礎數(shù)據(jù)庫,有助于在礦井發(fā)生突水時,科學快速判斷水質(zhì)類型,準確判別突水水源,對提高礦井水害防治能力意義深遠。

1　井田水文地質(zhì)特征

1.1地層

劉莊井田屬全隱蔽含煤區(qū),鉆探所及地層由老到新依次有寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系、三疊系和第四系。該井田含煤地層為華北型石炭、二疊系,其中二疊系的山西組與上、下石盒子組為主要含煤層段。

1.2水文地質(zhì)條件

1.2.1新生界松散含水層

井田第四系沉積厚度119.60～550.70 m,南部薄,北部厚,古地形呈緩坡向東西兩側傾斜,該系分為全新統(tǒng)弱含水組、上更新統(tǒng)含水組、中更新統(tǒng)隔水組、中更新統(tǒng)含水組、下更新統(tǒng)隔水組和底部礫石層組。

1.2.2二疊系砂巖含水層

該組含水層分布于主要可采煤層及泥巖之間。砂巖以中細粒為主,硅質(zhì)膠結,少量為鐵、鈣質(zhì)膠結,裂隙分布不均,在構造復雜地段裂隙發(fā)育。由鉆孔抽水試驗,水位標高在+11.37～+29.55 m,單位涌水量為0.000 138～0.022 500 L/s·m,滲透系數(shù)為0.000 547～0.390 000 m/d,導水系數(shù)為0.914 0～0.016 8 m2/h,水質(zhì)為HCO3-Na及Cl-Na型,水溫在18.0 ～27.5 ℃,礦化度為0.43～1.77 g/L。Q=f(s)曲線類型呈對數(shù)型,水位恢復緩慢,以靜儲存量為主,補給條件差。

表1各含水層標準水樣資料

Table 1Aquifer water standard data consolidation

1.2.3太原組灰?guī)r巖溶裂隙含水組

地層總厚度約120 m,含灰?guī)r11～13層。灰?guī)r累厚55 m左右,約占總厚的46%,除3、4、12三層灰?guī)r較厚外,余為薄層灰?guī)r。巖溶裂隙分布不均,據(jù)鉆孔抽水試驗資料:水位標高13.860～25.653 m,Q=0.001 8～0.097 8 L/s·m,k=0.005 07～0.436 00 m/d導水系數(shù)0.196～48.504 m2/h,貯水系數(shù)1.09×10-3,礦化度0.79～1.98 g/L,水溫27～33 ℃,水質(zhì)屬Cl-Na及CO3-Na型。Q=f(s)曲線均呈對數(shù)型,水位恢復緩慢,表明太原組灰?guī)r補給水源貧乏,具有儲存量消耗型的特征。

2　水化學分析基礎數(shù)據(jù)庫

2.1礦井各含水層標準水樣

收集礦區(qū)不同含水層的水樣資料24份。其中奧灰太灰混合水樣2份,砂巖水樣10份,第四系松散含水層水樣7份,采空區(qū)水樣5份,見表1。

2.2數(shù)據(jù)庫建立

利用Rockware Aq·QA軟件,分別錄入各水樣水質(zhì)參數(shù),如圖1所示。

分別生成Piper Diagram、Durov Diagram數(shù)據(jù)判斷圖形,如圖2所示。

3　突水水源判斷實例

3.1實例參數(shù)

以2010年5月23日劉莊煤礦東一回風大巷出水為例。該次出水為11-2煤頂板砂巖水通過F19斷層破碎帶出水,最大涌水量達15 m3/h,水溫40.5 ℃,后水量逐步衰減,至5月26日早班水量衰減至1 m3/h。后經(jīng)應用“埃眩蹋浴北判別法判斷出出水水源距離巷道底板約40 m左右,結合瞬變電磁和高密度電法綜合物探法查明該出水水源,并通過鉆探疏放消除了安全隱患。

圖1　水質(zhì)數(shù)據(jù)庫部分數(shù)據(jù)

圖2　全礦井水樣數(shù)據(jù)庫

3.2數(shù)據(jù)庫應用

圖3　測試水樣與近似數(shù)據(jù)庫水樣

3.3結果與檢驗

將標準水樣和涌水點水樣疊加繪制在Piper Diagram圖上。根據(jù)圖2對比分析可知, 涌水點水樣水質(zhì)類型為HCO3.Cl-Na型,礦化度為1 103.5 mg/L。雖然出水點位于巷道側幫,但是投影落點與奧陶系、太原組灰?guī)r巖溶裂隙含水層、二疊系13-1、8#煤砂巖含水層、第四系松散層水水樣的落點偏離較大。與二疊系11-2#煤頂板砂巖含水層水樣很接近,水質(zhì)類型也一致,初步判定充水水源極可能為二疊系11-2#煤頂板砂巖裂隙含水層,與礦井后期物探、鉆探驗證的結果一致。

4　結　論

(1)利用Rockware Aq·QA分析軟件建立劉莊煤礦各含水層水化學Piper Diagram分析基礎數(shù)據(jù)庫,疊加繪制了礦井各含水層的水樣水質(zhì)數(shù)據(jù)。在礦井發(fā)生突水時,數(shù)據(jù)庫能夠科學快速判別水質(zhì)類型,及時準確地判別出突水水源。

(2)礦井向深部煤層不斷延伸,由于勘探階段以及前期生產(chǎn)補勘對奧陶系地層鉆孔控制極少,僅有2個鉆孔進行了奧陶系與太原組混合抽水試驗,未查明井田范圍內(nèi)奧陶系地層地質(zhì)及水文地質(zhì)條件,不利于后期礦井防治水工作的有序開展,應盡快開展相關補充勘探工作,完善數(shù)據(jù)庫的水樣基礎數(shù)據(jù)。

[1]陸徐榮, 周愛國, 王茂亭, 等. Piper圖解淮河流域江蘇地區(qū)淺層地下水水質(zhì)演化特征[J]. 工程勘察, 2010, 5(2): 134-141.

[2]黃平華, 陳建生, 寧超, 等. 焦作礦區(qū)地下水水化學特征及其地球化學模擬 [J]. 現(xiàn)代地質(zhì), 2010, 25(2): 189-193.

[3]KARMEGAM U, CHUIDAMBARAM S, PRASANNA M V. A study on the mixing proportion in groundwater samples by using piper diagram and phreeqc model[J]. Chinese Journal of Geochemistry, 2011, 30(4):490-495.

[4]安徽煤田地質(zhì)局勘查研究院. 劉莊煤礦礦井地質(zhì)報告[R]. 阜陽: 劉莊煤礦, 2003.

(編輯李德根)

Research on application of water chemical analysis database based on Rockware Aq·QA

WANGHouzhu

(SDIC Xinji Energy Co. Ltd., Water Prevention Research Center, Huainan 232001, China)

This paper introduces an analysis of Liuzhuang Mine Dongyi return air Roadway Water inrush using the database for chemical analysis of Piper Diagram water , developed by Rockware Aq·QA analysis software. The results indicate that the underlying database for chemical analysis of water allows a scientific and quick determination of the type of water and an accurate discrimination of water inrush in the case of mine water inrush, which is of significance to improving the prevention and treatment of mine water inrush.

coal mine； hydrochemistry； database

2013-05-30

王厚柱(1968-),男，安徽省舒城人，高級工程師,研究方向:礦井水文地質(zhì)技術,E-mail:wanghouzhu@126.com。

10.3969/j.issn.1671-0118.2013.04.017

TD742

1671-0118(2013)04-0382-04

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