神东矿区顶板垮落岩体在不同水化学条件下的离子迁移特征

苏 琛,吴 敏,唐佳伟,包一翔,刘兆峰,薛 蕊,张海琴,蒋斌斌

(1.国家能源集团 煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室,北京 102209;2.中国地质大学(北京) 水资源与环境学院,北京 100083)

针对西部水资源紧缺与西部矿区煤矿矿井水外排造成水资源损失的问题,顾大钊等[1]提出以采空区剩余的煤柱坝体和人工坝体构成的封闭空间组成煤矿地下水库,对煤炭开采过程中产生的矿井水进行储存。同时,由于采空区内有大量的垮落岩体,在矿井水储存过程中,矿井水与采空区内顶板垮落岩体存在水岩相互作用,在一定程度上影响矿井水水质。在对煤矿地下水库进出水的水质参数连续监测时,发现地下水库对矿井水的硬度、有机物等有不同程度的去除作用。但因为地下水库入库矿井水水质、垮落岩体成分等不同,经煤矿地下水库作用后的净化效果也有所不同,且不同矿区的地质环境存在较大差异,其建成的地下水库对矿井水水质是否具有净化作用也尚不明确,因此需要对煤矿地下水库的净化机理进行研究,探究垮落岩体在不同水化学条件下的离子的迁移规律。

国内外对水岩相互作用根据研究目的不同可以分为对地下水化学性质的影响、水岩作用过程研究、以及岩石力学性质的影响3个方向[1-6]。目前,国内外学者针对水岩作用对地下水化学性质影响及过程方面按照研究尺度[7-13]不同,可以分为宏观规律研究和微观机理研究2种类型:宏观规律研究主要以土柱模拟实验、静态浸泡实验以及软件模拟等研究手段为主;微观机理研究主要从微观尺度上对样品的晶体结构、表面化学性质等进行表征、建模并进行分子动力学模拟等。如张金陵等[7]以泥岩、砂岩为研究对象,测试其在不同溶液浸泡条件下的电导率、TDS变化规律,探究典型岩石的水岩相互作用机理。赵峰华等[9]通过设计自由排水柱淋滤实验装置,对岩心矿物的金属淋滤行为、硫化物反应速率、氧化动力学等水岩相互作用信息进行研究。房满义等[10]按照固液质量比1∶10对大柳塔煤矿地下水库水岩作用机理进行研究,结果表明顶板岩石对矿井水中的金属离子具有吸附作用。姜腾达[11]采用搅拌平衡法考察了蒙脱石、伊利石、高岭石对水中低浓度二价阳离子的吸附特征,并采用拉格尔格伦伪一级动力学方程及伪二级动力学方程对吸附数据进行线性拟合。

笔者选取内蒙古哈拉沟煤矿地下水库顶板垮落岩体为研究对象,对顶板垮落岩体进行化学组成分析以及结构表征,开展不同水化学条件下的离子迁移特征规律研究,并结合岩体表征数据,揭示地下水库中的水岩作用机理。

1 实验材料与方法

1.1 主要试剂及材料

主要实验试剂及材料为:氯化钙(Innochem,CaCl2,分析纯)、氯化镁(aladdin,MgCl2,分析纯)、氯化钠(RHAWN,NaCl,分析纯)、氯化钾(天津市光复科技发展有限公司,KCl,分析纯)、三氯化六氨合钴(RHAWN,[Co(NH3)6]Cl3,优级纯)、超纯水,岩石样品以哈拉沟煤矿地下水库内顶板垮落岩体为实验材料,混合均匀破碎后分别过20目(0.85 mm)、40目(0.45 mm)、80目(0.2 mm)、120目(0.125 mm)筛,烘干后备用。

1.2 实验方法

(1)阳离子交换容量。阳离子交换容量(Cation Exchange Capacity,CEC)指岩石、矿物和松散沉积物等所能吸附阳离子的总量,以每千克样品中含有各种阳离子的物质的量来表示,即 mol+/kg。阳离子交换容量的测定方法有醋酸铵溶液法、氯化钡法、三氯化六氨合钴法[14-15]等,笔者以HJ 889—2017《土壤阳离子交换量的测定三氯化六氨合钴浸提-分光光度法》为基础,将样品与三氯化六氨合钴溶液混合后收集上清液并经0.22 μm针式滤膜过滤后置于比色管中检测吸光度,对垮落岩体的离子交换容量进行计算。

(2)水岩耦合静态吸附-溶出实验。分别配置阳离子质量浓度为250 mg/L的KCl、NaCl、MgCl2、CaCl2溶液,将垮落岩体研磨至120目以下,按固液质量比为1∶10倒入锥形瓶中对垮落岩体进行浸泡[16-20]。将锥形瓶置于摇床中,设置摇床转速为150 r/min进行反应,间隔24 h进行采样,共反应11 d,对溶液中的阴阳离子、反应前后垮落岩体的CEC进行检测。

1.3 主要实验仪器及检测方法

(1)岩样化学组成及矿物成分。采用日本理学ZSX Primus II 型号X射线荧光光谱仪(XRF)对垮落岩体进行元素分析;采用德国布鲁克D8 ADVANCE型号X射线衍射分析仪(XRD)对垮落岩体的矿物成分进行表征。

(2)溶液中离子质量浓度检测。采用德国斯派克SPECTRO ARCOS型等离子体电感耦合发射光谱仪(ICP-AES)对溶液中的阳离子质量浓度进行定量分析;采用美国赛默飞ICS 2100型号离子色谱(IC)对溶液中的阴离子质量浓度进行定量分析。

(3)溶液吸光度检测。采用美国哈希DR3900型分光光度计对溶液在不同波长处的吸光度进行测定。

2 结果与讨论

2.1 采空区顶板垮落岩体理化性质分析

2.1.1 采空区顶板垮落岩体的主要组成成分

该矿区地下水库内采空区顶板垮落岩体的XRF结果(表1)表明,其主要包含Si、Al、C等元素,由此可以推测该地区地下水库内的岩石主要由硅铝酸盐、碳酸盐矿物及少量残煤组成。其中常见金属元素的质量占比由高到底为:K>Mg>Ca>Na,此外岩石中Ti质量分数也相对较高。

表1 采空区顶板垮落岩体化学组成

采空区顶板垮落岩体的XRD结果如图1所示,其主要矿物组成为:石英、高岭石、微斜长石、钠长石、伊利石、绿泥石、赤铁矿及金红石。各矿物的质量分数见表2,与大柳塔煤矿、辛置煤矿等矿区岩石的理化性质对比可知[9,16],石英为煤系岩层中最常见的矿物质,含量最高;高岭石、伊利石、绿泥石为该矿区采空区顶板垮落岩体中的主要黏土矿物;其余几种也都是与煤共生的常见矿物质。

2.1.2 采空区顶板垮落岩体的阳离子交换容量

按照1.2节对采空区顶板垮落岩体的阳离子交换容量进行测定,结果见表3。在该粒径范围[21-22]下采空区顶板垮落岩体的阳离子交换容量范围为93～134 mmol+/kg。粒径越小,与溶液接触的比表面积越大,其阳离子交换容量及增加幅度越大。

图1 采空区顶板垮落岩体XRD图Fig.1 X-ray diffraction pattern of caving rock sample

表2 采空区顶板垮落岩体矿物组成

表3 不同粒径采空区顶板垮落岩体的阳离子交换容量

根据前期煤矿地下水库入库、出库矿井水的水质数据检测结果及相关文献[17]可知,矿井水中主要阳离子为K+、Ca2+、Na+、Mg2+四种,其余阳离子如Fe2+、Mn2+等阳离子含量较少,且因矿区而异,故对采空区顶板垮落岩体中交换性盐基离子的测定有助于后续分析4种阳离子的变化情况。采用ICP-AES对交换性盐基离子进行检测,结果见表4。

不同粒径的采空区顶板垮落岩体样品中可交换阳离子中交换性钙占比平均值为1.049 mg/g,其次为交换性镁为0.238 mg/g且不同粒径条件下其变化较小,交换性钠为0.221 mg/g,交换性钾最少为0.106 mg/g。

2.2 静态吸附-溶出实验分析

2.2.1 不同水化学条件下离子变化规律

(1)不同水化学条件下Ca2+的变化规律。在Ca2+初始质量浓度为250 mg/L条件下对采空区顶板垮落岩体开展浸泡实验,每隔24 h检测溶液中Ca2+的变化情况,结果如图2所示。Ca2+的变化趋势具有明显的阶段性:浸泡初期,Ca2+的质量浓度由250 mg/L急剧下降,1 d后离子质量浓度下降至最低点223.1 mg/L;Ca2+质量浓度下降至最低点后小幅上升(2～5 d)并趋于稳定(>5 d),稳定时其质量浓度均值为234.8 mg/L。

表4 不同粒径采空区顶板垮落岩体的交换性盐基离子

图2 不同盐溶液体系中主要离子质量浓度Fig.2 Mass concentration of major ions in different salt solution systems

在Ca2+初始质量浓度为0,Mg2+、K+、Na+质量浓度分别为250 mg/L的3种体系下与采空区顶板垮落岩体开展浸泡实验,溶液中Ca2+质量浓度的变化情况如图3所示。在不同的时间段内,各体系中Ca2+质量浓度的变化规律基本相同,具有明显的阶段性。根据Ca2+的溶出速度可以将其分为2个阶段:快速反应阶段(0～1 d)、缓慢反应阶段(>2 d),在本次实验中未等到Ca2+质量浓度平衡点。快速反应阶段中Ca2+质量浓度大幅上升,Mg2+体系下Ca2+增加幅度最大,质量浓度为64.7 mg/L;其次为K+体系,质量浓度为21.0 mg/L;最低为Na+体系,质量浓度为13.3 mg/L,由此可以表明在该水岩体系下阳离子交换能力为Mg2+>K+>Na+。实验结束时,其质量浓度分别为89.9、40.8、28.1 mg/L,即在该实验条件下采空区顶板垮落岩体的最大的Ca2+交换量为0.899 mg/g小于交换性钙,且有继续升高趋势。

图3 不同体系中Ca2+质量浓度变化情况Fig.3 Variation of Ca2+ mass concentration in different systems

图4 不同体系中Mg2+质量浓度变化情况Fig.4 Variation of Mg2+ mass concentration in different systems

(2)不同水化学条件下Mg2+的变化规律。在Mg2+初始质量浓度为250 mg/L条件下对采空区顶板垮落岩体开展浸泡实验,每隔24 h检测溶液中Mg2+质量浓度的变化情况,结果如图4所示。Mg2+的变化趋势与高钙体系中Ca2+质量浓度的变化趋势类似,不同点在于Mg2+的剧烈反应阶段持续时间较长,质量浓度在48 h后下降至最低点为234.6 mg/L,之后有小幅上升趋势(2～5 d)并趋于稳定(>5 d),稳定时其质量浓度均值为234.8 mg/L。

在Mg2+初始质量浓度为0,Ca2+、K+、Na+质量浓度分别为250 mg/L的3种体系下与采空区顶板垮落岩体开展浸泡实验,溶液中Mg2+质量浓度的变化情况如图4所示。在不同的时间段内,各体系中Mg2+质量浓度的变化规律基本相同,具有明显的阶段性。根据Mg2+的溶出速度可以将其分为3个阶段:快速反应阶段(0～1 d)、缓慢反应阶段(1～9 d)、稳定阶段(9 d之后)。在快速反应阶段中Mg2+质量浓度大幅上升,Ca2+体系下Mg2+增加幅度最大,质量浓度为14.6 mg/L;其次为K+体系,质量浓度为10.6 mg/L;最低为Na+体系,质量浓度为3.8 mg/L,由此可以表明在该水岩体系下阳离子交换能力为Ca2+>K+>Na+。缓慢反应阶段Mg2+质量浓度缓慢上升且有部分波动,最终稳定阶段时3种体系下的Mg2+质量平均浓度分别为16.3、8.5、6.1 mg/L,即在3种体系中采空区顶板垮落岩体最大Mg2+交换量为0.163 mg/g小于交换性镁。

(3)不同水化学条件下Na+的变化规律。在Na+初始质量浓度为250 mg/L条件下对采空区顶板垮落岩体开展浸泡实验,每隔24 h检测溶液中Na+的变化情况,结果如图5所示。与上述3种离子的变化规律不同,在高钠体系中Na+质量浓度不仅没有下降,反而在浸泡24 h内由250 mg/L上升至260.8 mg/L,之后持续小幅波动较为稳定,稳定时其质量浓度均值为263.4 mg/L。

图5 不同体系中Na+质量浓度变化情况Fig.5 Variation of Na+ mass concentration in different systems

在Na+初始质量浓度为0,Ca2+、K+、Mg2+质量浓度分别为250 mg/L的3种体系下与采空区顶板垮落岩体开展浸泡实验,溶液中Na+质量浓度的变化情况如图5所示。在3种体系下,Na+质量浓度变化情况类似,可以明显分为2个阶段:快速反应阶段(0～1 d)、较稳定阶段(2 d之后)。快速反应阶段后3种体系下Na+质量浓度分别为12.2、11.0、15.1 mg/L,稳定之后Na+质量浓度平均值分别为13.4、13.1、13.2 mg/L。3种体系下Na+的变化情况及平衡质量浓度相同,在阳离子质量浓度为250 mg/L时Na+的最大交换量为0.134 mg/g小于交换性钠。

(4)不同水化学条件下K+的变化规律。在K+初始质量浓度为250 mg/L条件下对采空区顶板垮落岩体开展浸泡实验,每隔24 h检测溶液中K+质量浓度的变化情况,结果如图5所示。K+质量浓度的变化趋势与高钙体系中Ca2+质量浓度的的变化趋势类似,具有明显的阶段性:浸泡初期,K+质量浓度由250 mg/L急剧下降,24 h后离子质量浓度下降至最低点202.7 mg/L,离子质量浓度下降至最低点后小幅上升并趋于稳定,稳定时其质量浓度均值为210.8 mg/L。

在K+初始质量浓度为0,Ca2+、Mg2+、Na+质量浓度分别为250 mg/L体系下与采空区顶板垮落岩体开展浸泡实验,溶液中K+质量浓度的变化情况如图6所示。在3种体系下,K+的质量浓度变化情况与上述Na+类似,不同点在于高钙、高镁体系中平衡时的K+平均质量浓度均为5.9 mg/L高于高钠体系中平衡时K+质量浓度4.6 mg/L,由此可以进一步说明Ca2+、Mg2+的离子交换能力高于K+、Na+,即在该体系下K+的最大交换量为0.059 mg/g小于交换性钾。上述数据进一步表明当盐溶液中阳离子交换能力大于K+时,最大交换限值与溶液中阳离子质量浓度有关,且金属阳离子的存在可能会抑制含钾、钠的硅铝酸盐的溶解。

图6 不同体系中K+质量浓度变化情况Fig.6 Variation of K+ mass concentration in different systems

2.2.2 浸泡后采空区顶板垮落岩体离子交换容量

浸泡反应结束后,使用定性滤纸进行固液分离,将分离出的固体于50 ℃下烘干24 h后进行离子交换容量测定,测定结果见表5。浸泡实验后部分阳离子吸附于采空区顶板垮落岩体表面,因此反应后阳离子交换容量有所上升。除以KCl为浸泡液的采空区顶板垮落岩体外,其余3份离子交换容量接近,平均值为180.9 mmol+/kg,而KCl浸泡过的采空区顶板垮落岩体的阳离子交换能力虽有所上升,但相对较小为165.4 mmol+/kg。该现象发生的原因可能是由于交换格位上的阳离子由K+替换,由于测定阳离子交换容量时,无法迅速将吸附的K+交换下来,导致其阳离子交换容量有所减小[22-23]。

表5 不同水化学条件下反应后采空区顶板垮落岩体 阳离子交换容量

2.3 水-岩耦合离子迁移转化规律

2.3.1 主要离子迁移规律解析

由实验方案可知,上述实验主要与溶滤作用及离子交换/吸附作用相关。对于阳离子而言,若初始质量浓度较低,则主要发生溶滤作用,浸泡后质量浓度有所上升;若初始质量浓度较高,则离子交换/吸附作用占主要因素,浸泡后质量浓度有所下降[29-30]。

根据XRD结果,可以将该地区采空区顶板垮落岩体组成成分分为2部分:黏土矿物与非黏土矿物,非黏土矿物为石英(占比30%以上)、长石类(微斜长石、钠长石占比10%以下)、金红石、赤铁矿等,主要的黏土矿物为伊利石、高岭石、绿泥石总占比可达50%以上。非黏土矿物中,石英结构较为稳定,金红石含量较少对离子质量浓度变化影响较小[23-27]。长石族矿物为硅铝酸盐结构,在以三维排列的硅铝氧四面体为单元形成的架状结构中填充着起平衡电性作用的阳离子如K+、Na+等。与水接触时,长石表面会发生一系列反应,如水合、溶解等如式(1)所示,同时长石类矿物在低、中、高温条件下具有明显的孔道结构矿物特征,能表现出一定的离子交换性,如式(2)所示。而黏土矿物则主要与离子交换/吸附作用有关。

(1)

(2)

(1)溶滤作用。溶滤作用主要与非黏土矿物有关,2.2节实验结果表明,初始质量浓度为0时,交换至水溶液中的离子质量浓度由高到低的顺序为:Ca2+>Na+> Mg2+>K+。

(a)溶液中Na+、Cl-来源。反应前后不同溶液中Cl-质量浓度变化如图7所示,反应前后Cl-质量浓度有所上升,且变化幅度为2.1%～3.6%。由此可得出在上述4种实验体系中,采空区顶板垮落岩体对Cl-几乎无吸附作用,其质量浓度上升主要是由于岩盐(NaCl)的溶解导致;且由XRF结果(表1)可知,氯元素质量分数(以氧化物记)为0.007 7%,远低于F、N、S等无机元素,且XRD中难以检出岩盐的存在,因此Cl-质量浓度上升幅度较小。

图7 不同体系反应前后溶液中Cl-质量浓度Fig.7 Mass concentration of Cl- in solution before and after reaction of different systems

溶液中Na+的主要来源可以分为3部分:① 主要成分为NaCl的岩盐溶解,则溶液中Na+和Cl-的变化幅度相同;② 含钠元素的硅酸岩矿物溶解,如钠长石的溶解式(1)等;③ Ca2+、Mg2+、K+等离子与岩石中的Na+发生离子交换作用等。相比于浸泡前,溶液中的Na+质量浓度与Cl-质量浓度均有所增加。实验结束后Na+当量浓度增量(Δ[Na+])与Cl-当量浓度增量(Δ[Cl-])的关系如图8所示,不同水化学条件下的Δ[Na+]质量浓度与Δ [Cl-]质量浓度的比均在1∶1的直线上方,Na+相对过量[24-29]。结合XRD结果可知,岩盐的含量及溶解量较少,在该矿区煤矿地下水库下溶液中Na+的增加主要来源为钠长石的溶解(式(1))及离子交换。

图8 Δ[Na+]与Δ[Cl-]关系Fig.8 Scatter diagram of Δ[Na+] and Δ[Cl-]

图与Δ[Ca2++Mg2+]关系Fig.9 Scatter diagram of and Δ[Ca2++Mg2+]

图与Δ[Ca2+]关系Fig.10 Scatter diagram of and Δ[Ca2+]

(3)

(4)

(2)阳离子交换/吸附作用。由2.2节可知,反应后采空区顶板垮落岩体的阳离子交换总量有所增加,溶液中高质量浓度离子质量浓度有所下降,由此可知在水岩相互作用中发生了阳离子交换/吸附作用。该矿区采空区顶板垮落岩体中高岭石、伊利石、绿泥石均为片状黏土矿物(层状硅酸盐),3种黏土矿物的主要矿物特征和化学结构见表6,其中绿泥石含量较少,主要对高岭石及伊利石进行分析。

高岭石和伊利石的结构如图11所示,高岭石的主要晶体结构由硅氧四面体和铝氧八面体组成,而伊利石属于层间缺失型结构,1/4～1/2的Si4+由Al3+替代,四面体中产生的负电荷由层间离子K+抵消,K+存在于硅氧四面体所形成的六方孔洞中,因此其晶格结合较为牢固,层间距固定,遇水后难以发生膨胀[30]。

表6 不同黏土矿物的矿物特征及结构

图11 黏土结构示意Fig.11 Schematic diagram of clay structure

高岭石和伊利石的吸附能力主要来自于以下3个方面[30-31]:① Si—O四面体中的Si4+由Fe3+替换或者Al—O八面体中Al3+与Mg2+、Ca2+发生同晶置换,从而使得相应片层带有永久负电荷,吸附阳离子;② 在高于等电点(高岭石:pH=4.6,伊利石:pH=3.2)时,内表面单元层羟基失去质子成负电性,与金属离子发生配位作用,如式(5)～(8)所示;③ 物理吸附:也称范德华吸附,它是由矿物和离子间范德华力所引起,吸附作用较弱。

(5)

(6)

(7)

(8)

在煤矿地下水库中的水-岩耦合体系下,进出水pH为中性,同时结合反应后XRD结果(图12)可知,反应前后高岭石层间距几乎没有变化,而通过离子交换的阳离子进入层间会在一定程度上改变其层间距,由此可以推测采空区顶板垮落岩体中的高岭石组分主要是通过羟基水解的作用从而对离子产生吸附作用。伊利石的吸附作用也主要由于溶液中羟基水解,同时存在部分同晶置换作用,置换掉伊利石层间阳离子。由上述分析结果可知,在该煤矿地下水库的采空区顶板垮落岩体中起主要吸附作用的为伊利石和高岭石,且伊利石吸附/离子交换作用更强。

2.3.2 不同水化学条件下离子迁移转化规律

由2.2节可知,在溶液中初始质量浓度为0时,采空区顶板垮落岩体中交换至水溶液中的离子总量由高到低的顺序为:Ca2+>Na+>Mg2+>K+。

不同水化学条件下的Ca2+、Mg2+的迁移转化规律与溶液初始质量浓度有关。初始溶液中包含的离子交换能力越强,Ca2+、Mg2+交换至水溶液中质量浓度越大;而在高钙/高镁体系中,受溶解度、SI值等的影响,Ca2+、Mg2+的存在减缓溶滤作用,同时与黏土矿物发生离子交换/吸附作用,导致Ca2+、Mg2+质量浓度有所下降。相对于Ca元素而言,Mg元素含量较少且主要存在于黏土矿物中,较为稳定。

图12 反应后采空区顶板垮落岩体XRD结果Fig.12 XRD of caving rock sample after reaction

Na元素则主要存在于钠长石等非黏土矿物中,且Na+的离子交换能力最小,在任意水化学条件中,Na+质量浓度均有所上升,且对其他离子影响较小。

K元素在黏土及非黏土矿物中均有存在,虽然钾元素含量高于其他3种元素,但由于伊利石、绿泥石等结构较为稳定,因此交换至水溶液中的K+最少。

因此可以针对不同的矿井水水质进行分质储存及利用,当矿井水中Ca2+、Mg2+离子质量浓度较高时,可以将矿井水灌入地下水库,通过水岩相互作用可以在一定程度上降低矿井水的硬度。

3 结 论

(1)哈拉沟煤矿地下水库内采空区顶板垮落岩体主要由石英、含铝硅酸盐矿物等组成,其中石英占比最高30%以上,其次为伊利石、高岭石、绿泥石等黏土矿物占比50%以上,同时也存在长石类、赤铁矿等非黏土矿物。

(2)该矿区采空区顶板垮落岩体的阳离子交换容量范围为93～134 mmol+/kg,粒径越小离子交换容量越大。交换性盐基离子中交换性钙为1.049 mg/g,交换性镁为0.238 mg/g,交换性钠为0.221 mg/g,交换性钾最少为0.106 mg/g。

(3)在不同盐溶液体系下不同离子的迁移规律有所不同,钠体系溶液中阳离子质量浓度均有所升高,其他3种体系中,原有离子质量浓度均有所下降。反应后,采空区顶板垮落岩体的阳离子交换容量均有所增加,钙、镁、钠体系下的增加幅度相同且高于钾体系下增加幅度。

(4)对于该矿区而言,采空区顶板垮落岩体中的Na元素较容易通过溶滤作用等进入水体中且难以降低;溶液中Ca元素较高时,容易发生吸附/离子交换作用,降低离子质量浓度,反之Ca元素则较容易溶出。Mg、K的元素迁移规律与Ca类似,但其主要以黏土矿物形式存在,溶滤作用较小。而溶滤作用主要与长石类、赤铁矿等非黏土矿物有关,离子交换作用主要为伊利石,其次为高岭石,再次为绿泥石等黏土矿物。

(5)该矿区采空区顶板垮落岩体中交换至水溶液中的离子总量由高到低的顺序为:Ca>Na> Mg>K,与采空区顶板垮落岩体中交换性盐基离子含量顺序相同。

综上所述,建议该矿区矿井水进行分质处理,当矿井水普遍Ca2+、Mg2+含量较高,将矿井水灌入地下水库,通过水岩耦合作用可以在一定程度上降低矿井水的硬度。