許繼影, 戴洪寶, 夏青森

(宿州學院 a.資源與土木工程學院;b.環(huán)境與測繪工程學院，安徽 宿州 234000)

?

CO2-H2O平衡系統(tǒng)在太灰水上段碳酸鹽礦物的溶沉判別研究

許繼影a, 戴洪寶b, 夏青森a

(宿州學院 a.資源與土木工程學院;b.環(huán)境與測繪工程學院，安徽 宿州 234000)

近年來，煤礦生產受底板灰?guī)r水影響而導致水害事故頻發(fā)。本文從水文地球化學的角度，以劉橋二礦太灰上段1-4灰水樣為研究對象，利用CO2-H2O平衡系統(tǒng)，對水樣中的碳酸鹽礦物的溶沉情況進行計算分析，最后得出：劉橋二礦水樣中碳酸鹽多為沉淀狀態(tài)。該結論表明該礦區(qū)地下巖溶水排泄不暢，致使地下水中溶解鹽類增多、二氧化碳、氧氣等氣體耗盡，最終喪失溶解能力。該結論對相似礦區(qū)防治灰?guī)r水提供參考價值。

CO2-H2O平衡系統(tǒng)；碳酸鹽礦物；溶沉判斷

1 引言

近年來，隨著開采強度不斷加大，煤礦突水事故頻發(fā)，其中由煤層底板太灰水突水引發(fā)的事故比例較大，而突水水源一般具有徑流條件較強、與其他含水層有較強的水力聯(lián)系的特點[1-2]。本文以太灰水上段的碳酸鹽礦物為研究對象，對其溶沉狀況進行判別分析，再結合相關資料，得出碳酸鹽的溶沉與礦區(qū)巖溶的發(fā)育程度以及與其他含水層之間的水力聯(lián)系等有何關系，間接判定其徑流強度，為礦井安全生產提供參考。

2 樣品測試與結果

2.1 樣品采集

為了對劉橋二礦的太灰水進行系統(tǒng)的研究，本文對該礦生產階段10個鉆孔L1-4層灰?guī)r進行了抽水試驗[3]，取得十份水樣，用蠟密封將水樣分礦區(qū)編號1-10，并注明對應的鉆孔類型，然后送樣檢測。

2.2 樣品測試

本次溶沉判斷需測試的地下水常規(guī)水化學指標[3]包含：

(2)水質綜合指標：pH值，硬度，堿度，總溶解固體等。

2.3 測試結果

通過常規(guī)水化學分析測試，得到的該礦水樣中陰陽離子的含量，見表1。

3 CO2-H2O平衡系統(tǒng)與碳酸鹽礦物的溶沉判斷

3.1 理論計算過程

由于水-巖作用是一種動態(tài)的平衡系統(tǒng)，地下水進行補給、巖層中形成的碳酸和有機物的氧化分解，三者組成了一個完整的碳酸平衡體系，相互之間的化學反應可以指明碳酸鹽的溶解與沉淀的方向。因此，我們可以應用碳酸平衡去判斷碳酸鹽礦物的溶沉狀況[4]。

表1 劉橋二礦太灰水樣溶蝕判別陰陽離子含量表及Z〗pH值(單位均為：m mol/L)

CO2+H2O?H2CO3

H2O?H++OH-

KCO2=[H+][OH-]=10-14

3.2 判定結果

依照舉例水樣的計算過程，將劉橋二礦的水樣計算出的結果，做表格如表2。

由該表得出，劉橋二礦太灰水上段的CaMg(CO3)2、CaCO3的IAP絕大多數(shù)都超過自己對應的Ksp，即處于沉淀狀態(tài)。

表2 劉橋二礦太灰水中CaCO3、CaMg(CO3)2離子活度積及在水中的溶沉狀態(tài)

4 結論

(1) 這說明劉橋二礦太灰水上段的水樣中CaCO3、CaMg(CO3)2基本為過飽和，也就是說劉橋一礦的太灰水上段的碳酸鹽礦物基本處于沉淀狀態(tài)。

(2)劉橋二礦太灰水上段的地下水不具有溶蝕能力。說明該礦區(qū)的地下巖溶水在該區(qū)域排泄不暢，發(fā)生滯流，致使地下水中溶解鹽類逐步地增多、二氧化碳、氧氣等氣體逐漸地耗盡，最終喪失溶解能力，徑流條件相對較弱。

[1]張磊, 許光泉, 劉澤功,等. A組煤層底板灰?guī)r水水質特征及其形成機理[J]. 煤炭工程, 2010,(4):60-63.

[2]高紅遠, 姚多喜, 徐鵬遠. 淮北下組煤底板灰?guī)r水現(xiàn)狀及防治措施[J]. 煤炭技術, 2012, 31(1):111-113.

[3]施龍青, 韓進. 底板突水機理及預測預報間 [M]. 徐州：中國礦業(yè)大學出版社, 2009,(3):17-22.

[4]李金凱. 略論華北煤礦床奧陶系灰?guī)r水突水特征及防治[J]. 煤田地質與勘探, 1981，(5).

[5]桂和榮, 陳陸望. 礦區(qū)地下水水文地球化學演化與識別 [M]. 北京：地質出版社, 2007: 234.

[6]張永祥, 曹玉清,薛禹群. 碳酸鹽溶解,沉淀控制下的反應-遷移模型研究 [J]. 煤田地質探, 1996,(5):32-36.

[7]徐德金, 邵德盛, 聶建偉，等. 兩淮煤田礦井水害類型特征初步研究——以離層水害和陷落柱水害為例[J]. 現(xiàn)代礦業(yè), 2013,29(11): 72-75.

[8]汪敏華, 劉滿才, 馬濟國. 淮南謝橋煤礦1煤層底板太原組灰?guī)r水化學特征研究 [J]. 內蒙古煤炭經(jīng)濟, 2015,(7): 139-140.

Carbonate Minerals Dissolution Precipitation Analysis of Upper Limestone Water Applied by CO2-H2O Balance System

XU Ji-ying1, DAI Hong-bao2, XIA Qing-sen1

(1.School of Resources and Civil Engineering, Suzhou University, Suzhou Anhui 234000, China; 2. School of Environment and Surveying Engineering, Suzhou University, Suzhou Anhui 234000, China)

In recent years, water disasters accident frequently caused by limestone water. From the perspective of hydro geochemistry, taking limestone layers (L1-4) of Taiyuan Formation at LiuQian coal mine as research object, this paper calculated and analyzed solution-precipitation of carbonate minerals using CO2-H2O balance system. Finally it concluded that water samples are mostly supersaturated, namely precipitation state. The conclusion shows that underground karst water has drainage difficulty and increases dissolved salts in groundwater, meanwhile carbon dioxide, oxygen and other gas are exhausted, which eventually lose ability to dissolve. The conclusions provide reference value for prevention and control of limestone water of similar mine.

CO2-H2O balance system; carbonate minerals; dissolution judgment

2016-06-29

宿州區(qū)域發(fā)展協(xié)同創(chuàng)新中心開放課題(2015SZXTZXKF03);宿州學院校級科研項目(2014YKF03)；國家大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目(20151039019)

許繼影(1986-)，女，安徽淮北人，助教，碩士，研究方向為水文地質與工程地質。

P578

A

1674-344X(2016)08-0037-03