对矿井突水水源的判别

汪鸿雁

摘 要：地下水的水化学特征可以反映地下水所处的水文地质环境，对矿井突水水源的正确、快速判别是矿井水害有效防治的前提条件，研究地下水的水化学特征有助于分析地下水的补给、径流、排泄条件，对查明井下突水水源和水害防治有明确的指导意义。

关键词：水化学地球特征；特征离子；突水水源

一、矿井突水特征

矿井突水是指掘进或采矿过程中当巷道揭穿导水断裂、富水溶洞、积水老窿，大量地下水突然涌入矿山井巷的现象。矿井突水一般来势凶猛，常会在短时间内淹没坑道，给矿山生产带来危害，造成人员伤亡。在富水的岩溶水充水的矿区及顶底板有较厚高压含水层分布的矿山区，在构造破碎的地段，常易发生矿井突水。当巷道底板下有间接充水层时，便会在地下水压力和矿山压力作用下，破坏底板隔水层，形成人工裂隙通道，导致下部高压地下水涌入井巷造成突水。但只要查明水文地质条件，采取措施，矿井突水是可以预防和治理的。

二、矿井突水水源判别

2.1一般的预感

通过观察物理现象，如煤层变潮湿、松软；煤帮出现滴水、淋水现象，且淋水可由小变大；有时煤帮出现铁锈色水迹；当温度降低，出雾或硫化氢气味；有时可以听到水的嘶嘶声等识别矿井突水征兆。

2.2岩体力学等突水机理

通过对突水机理角度来判别突水水源，主要从岩体力学，地下水渗流场理论等角度分析水害来源。主要表现为工作面压力增大，底板鼓起，工作层产生裂纹并逐渐增加；沿裂缝或煤层渗水会逐渐增加，而水将增加。

2.3数据分析

通过对地下水中所包含的水文地球化学信息进行数据分析，利用突水水质中所含有的水文地球化学信息来辨别突水水源。从研究现状来看，以常规水化学识别法判断矿井突水水源较为普遍。 通过分析水样的水质类型、物化特征等，结合水质的水文地球化学分布、迁移、转化规律来分析突水的来源。

2.3.1 特征离子和特征离子比值判别方式

为了快速判别矿井突水水源含水层，经常采用特征离子判别方式，即在掌握某些含水层独特的离子含量前提下，直接测定该种特征离子，以快速给出突水含水层判断。

（1）SO42-离子含量判别

酸性老窑水一般以高硫酸盐含量（数百mg/l）为其特征，配以较低的PH值

（<6.0）和较高的Fe、Mn、Al含量，足以判断突水的老窑水可能性。硫酸盐含量较高亦是含石膏地层的地下水特征之一。

（2）Cl-离子含量判别

深部地下水，水化学类型已从HCO3型转化为Cl型，氯化物为主导阴离子，故较高的氯化物（可达数百mg/L）配以较高的Na、Mg等可为深层地下水的标志。同时高氯离子含量也可以是地下水与受污染的地表水有联系的一种指标。

（3）Na+离子含量判别：

砂岩地下水中，一般含有较高的地下水钠离子含量（数百mg/l），配以较高的PH值（>8.3）及较低的总硬度含量，足以判断突水的砂岩含水层可能性。

（4）NO3-离子含量判别：

与地表水有密切联系的地下水如第四系含水层，或与补给密切联系的奥灰水有可能具有较高的NO3-含量（> 10mg/l）。某些矿区即采用NO3-含量作为奥灰含水层突水的判断指标。

（5）Fe2+、Mn2+离子含量判别：

水中铁锰的富集条件是强酸性或还原环境，当突水中有铁锰出现时，表明其水源来自还原环境，即来自封闭的煤系地层中的地下水运动滞缓带。这样的水源一般比交替强烈的强径流带水源富水性弱很多。

（6）F-离子含量判别：

某些含水层含有氟化物地层时，氟离子含量将会升高（>2.0mg/l），故氟离子含量可标示某些有关的含水层出水，如花岗岩地层出水等。

（7）Br-、I-离子含量判别：

岩溶地下水中溴、碘含量极底，但深层地下水和构造凹陷带储留水中，与含油地层有关的地下水中，溴和碘的含量可达数十mg/L或更高。因此这些离子对突水所处的地化环境有标志作用。

（8）特征离子比例特征判别：

下面列出一些特征离子和特征离子比值特征实例，以为水源类型的判别提供参考。

① γCa/γMg（用于研究碳酸盐岩地层地下水）：

γCa/γMg=1.4～3.0 某矿区奥陶系灰岩含水层出水；

γCa/γMg=0.45～0.75 某矿区冲积层含水层出水；

γCa/γMg > 4.0 某矿区寒武系含水层出水；

γCa/γMg比值大幅度下降时，显示海水、卤水入浸地下水。

② γNa/γCl（用于海水、卤水研究）：

γNa/γCl=0.876 海水特征比值；

γNa/γCl<<1.0 地下卤水入浸；

γNa/γCl=1.9 某矿区奥灰含水层出水；

γNa/γCl=3.6 某矿区冲积层含水层出水；

γNa/γCl=7.25 某矿区煤系砂岩含水层出水。

③（γCa+γMg）/（γk+γNa）：

（γCa+γMg）/（γk+γNa）>1 在补给区及其附近的多数含水层出水；

（γCa+Mg）/（γk+Na） 比值下降，反映含水层强烈的Ca～Na离子交换结果。

④ γHCO3/γCl：

γHCO3/γCl=0.004 海水的特征比值；

γHCO3/γCl>>1 各种淡水含水层地下水；

γHCO3/γCl比值下降，有海水入浸或卤水入浸地下水的可能。

⑤ 总矿化度的判别：

地下水按水的矿化度分类：

淡水 <1g/l 盐化水 1.0～10.0g/l 咸水 10～50g/l

其中淡水又可分为：

超淡水<0.2g/l 微淡水0.2～0.5g/l 淡水0.5～1.0g/l

按此分类，煤矿床富水性强的地下水一般属于淡水范围，并以微淡水占主要部分。盐化水在个别矿区深层地下水和径流条件差的封存水中有时出现，但为数较少。总矿化度的测定除由阴阳离子总量计算外，可用电导率测定换算求得。

⑥ 温度和氧化还原电位（ORP）判别：

某些矿区存在的地热异常，引起不同含水层地下水较明显的水温差异，其温度场的测定可用于突水的判别指标。

氧化还原电位在地下水径流区与滞流带上有明显的差异，反映地下水所处的氧化还原环境，如高氧化还原电位（>+200mv）常显示奥灰岩溶發育区的氧化环境，而低氧化还原电位（<+200mv）则多为地下水交替缓慢的滞流区，且埋藏一般较深。断层出水的氧化还原电位高低会显示该断层导水性能的强弱。处于封闭缺氧还原环境下的老窑采空区积水，往往有较低的氧化还原电位值。

参考文献：

[1]李燕，徐志敏，刘勇.矿井突水水源判别方法概述【J】.煤炭技术，2010，29（11）：87-89.