潘北矿-580 m水平灰岩地下水质量现状及评价

欧阳卓智，高良敏，邱浩然，陈晓晴，雒建伟

(安徽理工大学 地球与环境学院，安徽 淮南 232001)

0 引言

地下水是处于地表以下的水，是水资源的重要组成部分，良好的水质，稳定的供水条件使其具有重要的经济价值和生态价值[1]。作为复杂生态环境系统中的一个敏感组成因子，其具有良好的调蓄作用，支撑生态系统、维持水系统良性循环[2]。随着人类对自然环境不断地开发与利用，地下水已成为城市和工农业用水的主要供水水源之一。与此同时，地下水污染问题也日趋严重。

地下水质量取决于地层岩性、地质地貌、人类活动等因素的共同作用[3]。与其他水污染相比更具有隐蔽性、埋藏分布的复杂性和难以逆转性，其通常没有任何的征兆，而地下水呈现的状态也可能是没有颜色，没有味道，即使人体或者动物喝了被污染的地下水，短期内可能也不会有很明显的症状，它可能是一个缓慢的过程[4]。近年来，地下水环境受到了不同程度的破坏，引发了地下水水质恶化、水位下降等一系列问题[5-6]。在众多地下水污染中，由于煤矿开采所造成的污染问题更为典型突出。前人研究集中于对矿井灰岩地下水突水机理以及防治等工作[7-8]，而对水质研究相对较少。本文通过潘北煤矿-580 m水平C3Ⅰ组灰岩放水试验，井下采集14个疏放水孔的灰岩地下水，了解地下水质量现状，并对其可能的污染进行评价。

1 井田水文地质概况

潘北煤矿地处淮南市西北部，位于淮河形成的冲积平原上，矿井在潘一、潘三矿以北；朱集矿以南；东南部与潘二矿相邻；西至十一勘探线。矿井东西走向长7.5 km，倾斜宽1.3-2.7 km，面积约15 km2。隶属淮南矿业集团，是其所辖的潘谢新区一座大型生产矿井。井田位于潘集背斜的北翼，西段南部属潘集背斜的倾伏转折端，井田内共发育煤层32层。井田内新生界松散层较厚，覆盖在古生界岩层之上，地层自下而上依次为：寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系及新生界第三、第四系等。其中石炭系、二叠系为含煤地层。井田主要发育有F1与F70等大断层；受褶曲和大断层影响，还发育了如DF13、DF9等多条中、小断层[9-10]。淮河为矿区附近的主要河流，南面有泥河，北面有黑河(系人工挖掘，用于农作物浇灌的季节性水渠)，泥河和黑河两个支流最终流入淮河。矿区还有人工开挖的渠道，有排涝、防洪、灌溉等之用。

2 样品的采集与分析

2.1 样品的采集与保存

样品采集于潘北煤矿-580 m水平C3Ⅰ组灰岩放水试验总放水阶段第一天，采样点均匀分布于580 m放水巷道，采样点即为井下疏放水孔，平面布置图如图1所示。本次采样容器是聚乙烯塑料瓶，在采样前，用所取水样多次润洗采样容器；采集井下疏放水孔瞬时水样，每次取2 L。在测重金属的采样瓶中，取完水样后立即往瓶中加入5 ml 的优级纯硝酸酸化，调节PH使其小于2。水样收集好后立即送到实验室进行低温密封保存待分析，用于检测重金属元素，同步进行总硬度、溶解性总固体(TDS)、硫酸盐、氯化物等水质参数监测。采样技术依据：《地下水环境监测技术规范》(HJ/T 164-2004)；《水质采样样品的保存和管理技术规定》(HJ 493-2009)。

图1 采样点平面布置图(1∶2000)

2.2 监测项目与分析方法

监测项目包括：总硬度、溶解性总固体(TDS)、硫酸盐、氯化物、铁、锰、铜、锌、钼、钴、砷、硒、镉、铬、铅、铍、镍共17项。分析方法参照《生活饮用水标准检验方法》(GB 5750-2006)和《水质 65种元素的测定 电感耦合等离子体质谱仪》(HJ 700-2014)。重金属分析过程中所用聚四氟乙烯容器、玻璃容器均需在硝酸(1∶1)中浸泡24 h以上，清洗所用到的水为高纯水。在整个实验分析过程中每个水样均做平行样以及全程空白，保证实验数据的精确性，减少实验误差。电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)测重金属元素中平行样品相对误差<5%，标准物的回收率在95～120%之间，说明分析质量是可靠的。

3 地下水质量现状与评价

3.1 评价标准与因子

灰岩地下水水质评价以《地下水环境质量标准》(GB/T 14848-1993)作为评价标准。同时选取评价因子为总硬度、TDS、硫酸盐、氯化物、铁、锰、铜、锌、钼、钴、砷、硒、镉、铬、铅、铍、镍等17项。

3.2 评价方法

表1 水质综合评价分级

4 结果与分析

采用综合污染指数法计算各项目指数，结果见表2。从表可知，地下水体中的氯化物、铁、溶解性总固体、铬等评价因子对地下水质量影响较大，这4项因子占总污染分担率的83%。14个采样点的污染分担率依次为氯化物26%、铁24%、TDS20%、铬13%，说明矿井灰岩地下水质量主要受氯化物、溶解性总固体和部分重金属影响，其中氯化物含量过高，多是受人类活动影响，溶解性总固体取决于水中常量组分K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、CO32-等。根据综合污染指数法数据，除去分担率较高的4项因子，用F值法对其他13项评价因子进行评价。井下14个疏放水孔E15-6、E14-3、E13-3、E27-5、E26-5、E24-5、E10-1、E9-2、E8-2、ES2C33上-4、E6-3、ES1C33下-2、E2-1、E0-1的F值分别为2.19，2.16，4.28，2.16，2.18，2.19，2.19，2.24，7.16，4.33，4.46，4.38，7.23，2.34。由表1水质综合评价分

表2 地下水水质综合污染指数

续表

级，8个疏放水孔水质良好，4个疏放水孔水质较差，2个疏放水孔水质极差，-580 m放水巷东翼灰岩地下水水质好于西翼，部分钻孔水质差异化原因包括两个方面：-580 mC3Ⅰ组灰岩含水层具有局部连通性；放水巷附近存在DF13等大小断层以及多条岩溶裂隙通道。

5 结论与建议

潘北矿-580 m水平灰岩地下水井下14个疏放水孔按《地下水环境质量标准》(GB/T 14848-1993)中的Ⅲ类评价标准，部分监测项目不在标准值范围之内；影响地下水质量的主要是氯化物、溶解性总固体和铁、铬等部分重金属污染，放水巷东翼水质整体好于西翼，部分疏放水孔地下水水质较差，地下水已经受到污染。分析污染可能的来源，第一：矿井特殊环境中地下水溶解、淋滤、冲刷岩石，使地下水本身含有一定量的所测物质，包括氯化物和溶解性总固体等含量增多；第二：煤炭开采过程中导致地下水受到污染，由此可能引发重金属铁和铬等元素超标。第三：矿井开采，煤层之上的含水层遭到破坏，排水降压打破了地下水原有的平衡，使补给条件发生改变，-580 m水平的地下水很可能已经受到浅层地下水的污染。因此，应重视矿井灰岩地下水水水质污染的问题，及时治理矿区生活和工业废水污染。同时在煤炭开采过程中注意地下水的保护与可持续利用。

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