麻家梁矿砂岩水的水化学特征及其形成机制

2022-02-12王东亮

山西焦煤科技 2022年12期

杜亮，王东亮

(晋能控股煤业集团浙能麻家梁煤业有限公司，山西朔州 036002)

矿井突(涌)水是煤矿安全生产面临的主要威胁之一，准确、快速地判断充水水源类型是矿井开展防治水工作的前提[1-2]. 麻家梁矿砂岩水是其进行采掘活动的主要威胁水源之一，为此，利用多元数据统计分析法、Piper三线图法和离子比例系数法研究了砂岩水的水化学特征及其形成机制，为该矿防治水工作提供理论支撑。

1 研究区概况

麻家梁井田位于山西省朔州市南部，隶属朔州市朔城区管辖。地理坐标为东经112°22′00″～112°29′30″，北纬39°08′00″～ 39°14′30″. 井田南北长约12.2 km，东西宽约7.2～9.4 km，面积约104.292 4 km2. 本矿井范围内经钻孔揭露，自下而上分别为奥陶系马家沟组，石炭系本溪组、太原组，二叠系山西组、石盒子组，新近系、第四系。本文主要研究的砂岩水为石炭系太原组砂岩裂隙含水层水和二叠系山西组砂岩裂隙含水层水。

2 水样检测与分析

2.1 水样主要检测指标

2.2 水样检测仪器

依据DZ/T0064-2021检测砂岩水水样水质常规指标，主要检测仪器有：PHS-3C酸度仪、TU-1901紫外可见分光光度计、BSA224 S电子天平、101-3型恒温干燥箱、GGX-900原子吸收分光光度计、6400火焰光度计。

3 结果与分析

3.1 砂岩水水样常规数据分析

3.1.1 常规水化学分析

表1 砂岩水水样常规指标表

表2 砂岩水水化学指标统计表

3.1.2 相关性分析

利用SPSS软件对水样数据进行分析得到砂岩水中各离子与 TDS 的相关性系数矩阵，结果见表3，TDS除与Ca2+和Mg2+相关性差外，与其余离子均存在一定的相关性，Ca2+与 Mg2+之间相关性较好。

表3 砂岩水水样离子相关系数表

3.2 砂岩水水化学类型特征分析

图1 砂岩水水化学成分三线图

3.3 砂岩水形成机制

通过离子比例系数法可以很好地判断地下水成因和地下水化学成分的来源及其形成过程[2-4]. 麻家梁矿砂岩水离子间的化学反应方程式如下，其离子比例关系见图2.

(1)

CaMg(CO3)2+2CO2(g)+2H2O

(2)

NaCl (KCl)Na+(K+)+Cl-

(3)

(4)

1) 通常情况下砂岩水中Cl-的量比较稳定，通过研究γ(Na++K+)/γ(Cl-)的比值，来确定砂岩水中Na+和K+的主要来源。由图2a)和式(3)可知，γ(Na++K+)/γ(Cl-)的比值都大于1，说明麻家梁矿砂岩水中Na+和K+不仅来源于盐岩，还有其他来源。可能由于麻家梁矿煤系地层中钠长石和钾长石含量较高，在风化、水解及离子交换等作用下，长石中 Na+和 K+被溶滤到水中，使砂岩水中的K+、Na+含量逐渐增多，使砂岩水中γ(Na++K+)/γ(Cl-)的比值都大于1.