辛置煤矿主要含水层的自由排水柱淋滤实验与水岩作用机理

辛置煤矿石炭系太原组K_2灰岩含水层与奥陶系峰峰组O_2f灰岩含水层水质参数相互重叠,利用传统的判别方法无法对这两个水源进行有效判别。为了解决辛置煤矿水源判别的问题,并揭示该矿4个主要含水层的水岩相互作用机理,对辛置煤矿4个主要含水层的岩芯样品进行自由排水柱淋滤实验。研究结果表明:①岩芯样品含有非矿物相的硫酸盐,4个主要含水层地层同样也含有硫酸盐和石膏矿物,造成淋滤液和灰岩含水层水样均富含硫酸根离子;②K_8,K_3,K_2和O_2岩芯淋滤液中SO_4~(2-)离子当量百分比均超过74%,Ca离子当量百分比均超过40%,所有淋滤液对应的水化学类型均为SO_4-Ca型;③所有淋滤液中阴离子含量大小顺序均为:SO_4~(2-)HCO_3~-Cl~-,K_8,K_3,K_2和O_2f岩芯淋滤液中阳离子含量顺序分别为:CaMgKNa,CaNaMgK,CaMgNaK和CaMgKNa;④K_2灰岩岩芯样品和淋滤液中Mo,Sb,U和Sr含量均高于奥陶系O_2f灰岩岩芯样品及其淋滤液,但Fe离子含量分布规律正好相反,该特征可以作为判别K_2和O_2f灰岩含水层的参考因素。辛置煤矿含水层的水化学特征受岩性、埋藏条件、地下水补径排及水动力条件的控制,含水层实际水质比淋滤液更为复杂多变。K_8砂岩含水层和K_3灰岩含水层的水化学类型分别为HCO_3-Na型和SO_4-Na型,与对应的淋滤液水化学类型差异较大;但K_2和O_2f灰岩含水层的实际水化学类型与淋滤液基本一致。二叠系K_8砂岩含水层中主要的水岩相互作用为溶解斜长石为主,部分区域中可能存在少量的硫酸盐溶解反应。太原组K_3灰岩含水层中的水岩相互作用主要为方解石和白云石矿物的溶解,以及部分硫酸盐和钠盐的溶解反应。太原组K_2灰岩含水层和奥陶系峰峰组O_2f灰岩含水层中主要的水岩相互作用均为方解石、白云石和硫酸盐的溶解,以及局部地段的脱硫酸作用。     

基于水化学和氯同位素的煤矿矿井水来源识别与解析

准确确定矿井涌水来源及组成比例是矿井防治水工作的关键问题之一。先前的研究主要集中于矿井单一水源识别,对多源矿井水的混合问题涉及较少。以河南城郊煤矿矿井涌水为研究对象,采用常规水化学与氯同位素相结合的方法,在主要充水含水层水文地球化学特征研究基础上,识别出矿井涌水来源并解析其组成。结果表明,研究区矿井涌水水化学特征与煤系砂岩水和太灰水相似,表明矿井水主要由上述两种水源混合而来。结合Cl-和37Cl质量守恒原理,经端元法计算得出煤系砂岩水和太灰水占矿井涌水的比例在80.8%以上,未知端元水源贡献比例小于19.2%。该方法对于矿井涌水水源的判别更加快速准确,可为矿井防治水工作提供决策依据。     

潘谢矿区深部灰岩水离子来源解析与水循环示踪

采集潘谢矿区太灰水和奥灰水共28个水样,通过piper三线图、因子分析、离子比例系数及氢氧稳定同位素分析,研究矿区深层灰岩地下水离子成分特征及其来源,揭示水岩相互作用与水循环。结果表明：(1)研究区太灰水为低矿化度水,水化学类型主要为HCO3-Na型和Cl-Na型;奥灰水为高矿化度水,水化学类型主要为Cl-Na型;两含水层为碱性水,常规离子变异系数较小,水环境较为稳定;(2)太灰水中Na+不仅来源于蒸发岩的溶解,还来源于硅酸盐矿物的风化作用,奥灰水中水岩交互作用以蒸发岩溶解为主;两含水层均发生了阳离子交替吸附作用,太灰水的交替吸附比奥灰水强烈;(3)太灰水和奥灰水主要源于暖季大气降水的入渗补给,氘盈余均低于全球大气降水氘盈余平均值(10‰),蒸发作用不强烈,空气相对湿度高。     

煤矿区地下水常规离子定量化来源解析

为了阐明任楼煤矿地下水系统水化学组成控制因素以及常规离子的定性与定量来源,对4个含水层水样主要离子浓度进行了一系列的统计分析(相关性分析、因子分析以及Unmix模型分析)。结果表明,矿区不同含水层系统的水样主要离子浓度互不相同,水化学类型主要为Na-Cl型。相关性分析显示:Ca~(2+)、Mg~(2+)、SO_4~(2-)、Na~++K~+和HCO_3~-存在同源的关系,且2组离子在含水层系统中还存在此消彼长的关系。通过因子分析确定了硅酸盐矿物的风化(源1)和蒸发矿物的溶解(源2)为控制矿区地下水化学组成的2个主要源,且EPA Unmix模型定量分析显示源1对煤系的贡献率>80%,源2对太灰和奥灰的贡献率分别>50%和>60%。     

任楼煤矿地下水系统的水化学特征

通过对任楼煤矿水质测试成果资料的分析研究，总结出本矿四个可能成为矿井充水水源的含水层(四含、煤系、太灰、奥灰含水层)的水化学特征，它们之间在标型组份，少、微量元素含量上存在的一些差异。同时认为四含、太灰、奥灰三个含水层中的水向矿井渗入时，会由于与煤系水的混合作用而出现水质改变。在此基础上建立了四含来水、太灰来水、奥灰来水、煤系砂岩水为主的四种水质模型以及它们各自应具有的水质特点。     

两淮矿区主要含水层水化学特征差异性研究

以两淮矿区(潘谢矿区和临涣矿区)为研究对象,分析了煤系砂岩水(以下简称砂岩水)、太灰水样离子的质量浓度组成及水化学类型,采用多元统计分析、因子分析和离子比例系数分析法对结果进行讨论。结果显示,两淮矿区水化学特征和离子来源在空间上均有一定差异性,尤其是砂岩水。两淮矿区太灰水主要发生了石灰岩和白云岩等岩石风化以及水岩相互反应产生的溶解作用,淮南地区SO42-普遍小于淮北地区,但淮北地区的砂岩水矿化度整体低于淮南地区砂岩水。淮南矿区砂岩水主要发生硅铝酸盐矿物、石灰岩和白云岩的盐岩溶解作用,淮北矿区砂岩水主要是硅酸盐岩的溶解释放和脱碳酸作用。     

基于因子分析的突水水源类型判别的研究

调研收集了顾北煤矿的水文地质资料,运用SPSS因子分析方法对各种水化学离子指标进行浓缩,抽取和综合成主因子,以少数变量最大程度地反映信息的完整性。将适合模型判别的因子运用Bayesian多类线性识别模型,分别对煤系砂岩裂隙水和太灰充水含水层水的待判水样进行了判别,结果表明:砂岩裂隙水和太灰水综合判别准确率达86.9%,与直接运用Bayesian模型判别相比,其分析过程的复杂性降低,准确性较高。     

皖北朱仙庄五含水常规离子来源及多元统计分析

为了研究朱仙庄煤矿五含水的水化学特征及离子来源,共收集了13个水样品的常规水化学组分资料。借助Aqua软件的Durov图划分出五含水的常规水化学类型,利用水化学三角图分析各常规离子的来源及水-岩相互作用,运用因子分析进一步对离子来源进行多元统计分析。研究结果表明:五含水的水化学类型以SO4-Na型为主,少数为SO4-Ca型。其化学组分主要与硫酸盐矿物溶解、碳酸盐矿物溶解、硅酸盐矿物风化以及阳离子交换作用等水文地球化学作用有关。目前,该含水层正发生以硫酸盐岩溶解为主,其他作用为辅的水-岩相互作用。     

基于水化学特征的顺和煤矿太灰水动力条件分析

为了分析顺和煤矿底板太原组灰岩含水层的赋存状态以及水动力条件,基于地下水化学组分会随着地下水的运动而运移的基本原理,运用Piper三线图解法、Gibbs图解法、离子比值法等综合评价的方法,对顺和煤矿西翼地区煤层底板太灰含水层水化学特征进行分析,研究了该区域煤层底板太灰水的水动力条件。结果表明：分析结果与实际情况较为吻合,利用地下水化学特征来判断煤层底板太灰含水层的水动力条件是可行的。     

基于水化学特征的顺和煤矿太灰水动力条件分析

为了分析顺和煤矿底板太原组灰岩含水层的赋存状态以及水动力条件，基于地下水化学组分会随着地下水的运动而运移的基本原理，运用Piper三线图解法、Gibbs图解法、离子比值法等综合评价的方法，对顺和煤矿西翼地区煤层底板太灰含水层水化学特征进行分析，研究了该区域煤层底板太灰水的水动力条件。结果表明：分析结果与实际情况较为吻合，利用地下水化学特征来判断煤层底板太灰含水层的水动力条件是可行的。     

基于贝叶斯理论的突水危险源识别方法

矿井突水严重威胁人员的生命财产安全，必须对突水危险源进行准确快速识别。以5种常规离子为指标，选取山东龙郓煤矿第四系水、煤系砂岩水、太灰水共计29个训练样本和5个已知突水样本，采用贝叶斯法得出各含水层的判别函数模型，并对突水样本进行验证，均为砂岩裂隙水，与实际结果一致。贝叶斯突水水源识别模型具有准确快速的特点，可以应用到矿井水害理论研究中。     

华北隐伏型煤矿区地下水化学及其控制因素分析——以宿县矿区主要突水含水层为例

采用宿县矿区主要突水含水层四含、煤系、太灰地下水样常规离子(K~++Na~+,Ca~(2+),Mg~(2+),Cl~-,SO_4~(2-),HCO_3~-,CO_3~(2-))、pH值、TDS等数据,利用离子组合比和主成分分析方法探讨了水化学成分的形成机制,进一步通过研究主成分荷载得分与水化学类型的空间分布规律,分析了矿区地下水水化学形成及其控制因素。研究结果表明:宿县矿区主要突水含水层水化学数据差异是不同地下水化学成分形成作用的综合反映,其中煤系以阳离子交替吸附或脱硫酸作用最为显著,而四含、太灰以黄铁矿氧化或碳酸盐、硫酸盐溶解作用最为显著。宿县矿区采矿活动与地质背景条件不同程度地影响了主要突水含水层水化学成分形成作用与水化学类型的空间分布,其中四含主要受采矿活动控制,煤系主要受断裂(层)控制,太灰主要受采矿活动、断裂(层)与褶皱控制。     

利用水化学特征识别朱庄煤矿突水水源

通过详述朱庄煤矿造成主采煤层突水的各含水层的水文地质特征,对其中的砂岩含水层和灰岩含水层的水质进行取样分析,利用K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-、德国度、TDS等常规测验,分析各含水层之间离子组成的差异、水化学类型的不同,提出离子毫克当量百分比、Piper三线图、Gibbs图等方法,对矿井突水水源进行快速识别。结果表明,这3种方法能够直观、快速、准确地识别朱庄煤矿突水水源。     

阜东矿区水文地球化学特征及其形成作用

以淮南煤田阜东矿区充水含水层为研究对象,采用统计分析、离子组合比分析及主成分分析法等对"底含、二叠、太灰、奥灰"等4个含水层共75个水样的水化学数据进行分析,结果表明:该矿区充水含水层阳离子以Na~+为主,阴离子以Cl~-为主,太灰中HCO_3~-含量较高,奥灰中SO_4~(2-)含量较高,水质类型以Cl-Na型、HCO_3-Na型、Cl·HCO_3-Na型为主;含水层中主要发生盐岩溶解与离子交换作用,其交换强度为二叠系砂岩含水层大于太灰与奥灰含水层,而"底含"最弱。     

新集矿区深层地下水水文地球化学特征与成因分析

以淮南新集矿区深层地下水充水含水层为研究对象,采集新集矿区不同层位的水样,测试水样的阴阳离子浓度,采用统计分析及离子比例系数分析法对砂岩水、推覆体片麻岩、推覆体寒灰水、奥灰水、太灰水5个含水层的74个水样数据进行了分析。结果显示:研究区深层地下水属弱碱性水,阳离子以Na⁺+K⁺为主,阴离子以Cl^-为主,奥灰水中Ca²⁺和SO^2-₄的浓度较大,水化学类型主要以Cl-Na和Cl（HCO₃）-Na型为主;水化学特征主要由浓缩作用和碳酸盐、硫酸盐溶解共同作用,其中大部分水样主要由岩盐溶解控制,新集矿区深层地下水的水化学特征主要由浓缩作用和硫酸盐溶解作用共同控制,砂岩水主要发生的是阳离子交换以及碳酸盐、硫酸盐溶解作用,推覆体片麻岩和推覆体寒灰水可能发生溶滤作用和阳离子交换作用。     

唐家会矿地下水化学特征及其在断层导水性识别中的应用

为了识别鄂尔多斯盆地北部唐家会矿DF₁断层导水性,预防采掘工作面突水事故的发生,通过采集唐家会矿二叠系砂岩水、奥陶系灰岩水(奥灰水)共36组水样,利用Piper图、离子比例法及饱和指数法研究矿井地下水化学特征及成因,并基于水化学特征分析断层导水性。结果表明,砂岩水化学类型为Cl·HCO₃-Na型和Cl-Na型,奥灰水化学类型为Cl-Na型。砂岩水和奥灰水中Na⁺主要来源于岩盐与硅酸盐岩的溶解;奥灰水中方解石处于平衡和过饱和状态,白云石处于未饱和状态,并发生了阳离子交换吸附。随着与DF₁断层距离的减小,61101工作面底板注浆孔涌水TDS增加;11-4~#孔涌水随着时间延长,Cl^-逐渐增加,表明钻孔涌水中奥灰水的混合比例越来越大,DF₁断层在该区段为导水断层。     

刘桥二矿Ⅱ6117工作面富水区水源分析

为了查明刘桥二矿Ⅱ6117工作面富水区水源类别,指导防治水措施的实施,基于矿井历年水化学资料,制作水化学阴阳离子含量三线图,在此基础上分析各个含水层的矿化度、硬度、离子含量的变化特征,建立水质模型;将该工作面富水区水样与之比对,确定水源种类;最后采用模糊聚类分析方法建立评判集,进一步确定水源种类的主次关系。判断结果表明：刘桥二矿Ⅱ6117工作面富水区水同时包含有六煤砂岩裂隙水、太灰水和奥灰水,其中以六煤砂岩裂隙水和太灰水含量为主,奥灰水含量次之。     

大型放水试验过程中地下水化学动态特征分析

煤矿主采煤层(6煤)底板受高承压太灰含水层的威胁,对太灰含水层进行了大型群孔干扰放水试验,并重点对试验过程中的地下水化学特征进行取样化验,分析放水过程中的地下水化学动态特征变化。结果表明在放水实验过程中太灰水化学特征并无明显变化,太灰水补给来源为水化学特征相近的层间径流补给,且太灰水与深部奥灰水无明显水力联系,为煤矿防治水规划提供了合理依据。     

潘三矿区地下水化学特征及成因分析

为了研究潘三矿区地下水水化学特征及其成因、快速准确判断巷道突水水源和提前做好防治水工作,对研究区内地下水水样进行取样分析。综合利用常规数理统计、Piper三线图、相关性分析、TDS与各离子变化曲线图、Gibbs图和离子比例系数图来分析地下水水化学的空间分布规律和形成原因。结果表明:各含水层中水质呈弱碱性、TDS值普遍较高,离子变异系数均小于1,且分布比较稳定;井田内阳离子以K~++Na~+为主,阴离子以Cl~-为主,其次是SO_4~(2-),HCO_3~-;区内新生界下含和灰岩含水层中的水化学类型分别为Cl-Na型和Cl-Na型、SO_4·HCO_3·Cl-Ca·Na型,煤系砂岩含水层的水质类型为HCO_3·Cl-K+Na型、Cl-Na型和Cl·SO_4-Na型;最后得出地下水化学成分的形成过程中以蒸发岩溶解作用为主、其次为碳酸盐溶解。     

青东矿水质变化规律及涌水水源判别模型

矿井水害是威胁矿井安全生产的一大隐患,为了快速有效地判别青东矿10煤层开采时可能出现的涌水水源,以便及时制定合理的治理措施,通过对青东矿实际的水化学数据资料进行统计整理、制作并分析Piper三线图、建立涌水水源的实用判别模型,得到了矿井重要含水层煤系砂岩含水层及太灰水的具体水化学特征信息,为合理采取防水措施及准确判断青东矿10煤开采时突水水源提供了科学依据。