龙矿集团海域采煤矿井水化验方法研究(1).pdf

2 0 0 6 年增刊 东城蔗斜枝 1 3 5 龙矿集团海域采煤矿井水化验方法研究 龙口矿业集团煤炭销售总公司化验室王作秋 摘要生产矿井都要解决矿井涌 突 水和排水问题，对于北皂海域采煤，此问题更为重要。对矿井水水质进行分析化验， 是判断煤矿涌 突 水水源的一种有效、快速的方法。 关键词海域采煤水质分析特征离子 龙矿集团北皂煤矿海下采煤为全国首次，在开采过程 中，要不断监测煤系地层地下水的水质变化及受海水的联 系，为海域安全开采的水害防治工作提供依据，为安全生产 提供数据资料，具有非常重要的意义。 1 水质分析的项目及方法 生产矿井都要解决矿井涌 突 水和排水问题，对于北皂 海域采煤，此问题更为重要。对矿井水水质进行分析化验， 是判断煤矿涌 突 水水源的一种有效、快速的方法。 按照设计要求，化验进行简分析1 7 项、全分析3 0 项。水 质简分析项目有悬浮物、总硬度、P H 值、Q ’、S O , 2 。、c f 、 M 聋 、K 、N a 、C 0 3 “、H C O , 一、N q 一、N 0 2 。、N I L 、附 、 憎 、游离c Q 。全分析除以上1 7 项外，还有化学耗氧量、总 矿化度、酸度、碱度、F 一、M n 2 、孵 、搿 、C f 、铲’、A P 、 s 她等。主要分析方法是容易分析法、电化学分析法、比色 法和仪器分析法。主要化验设备有P H ／电导／离子计、U V l 7 0 0 型紫外可见分光光度计、原子吸收仪、X S 2 4 0 型电子天平、 R T C 型磁力搅拌器及数显鼓风干燥箱、马弗炉、恒温水漕等。 以上测试项目，不仅能满足对地面及地下水作出水质评价的 需要，也符合“工业污染调查技术要求及其建挡技术规定 国 家环保局。国家经委 ”中对煤矿区废水监测项目的要求。 2 矿区主要含水层 1 第四系上部含水层该含水层地下水由降水下渗补 给，有中高等的径流排泄条件，矿化度有逐渐升高、水质类型 有逐渐变差趋势，可能与作为供水水源大量抽取地下水且局 部有可能接受海水入侵有关。 2 第四系下部含水层该层地下水处于封闭型含水层 中，由粘土、砂质粘土及粘土质砂砾组成的顶部隔水层组分 布较稳定，隔水性能良好，而该含水层底部 煤系地层顶部 的泥岩、钙质泥岩的具有可靠的隔水能力，使该含水层段无 明显补给来源和通畅的排泄通道，长期溶解地层中粘土矿物 及泥岩等所含的碎屑盐类、硫酸盐类及卤化物类岩石，形成 高矿化度地下卤水。 3 钙质泥岩、泥灰岩含水层该含水层陆地部分平均层 厚1 2 ．4 4 m ，海域部分平均层厚4 ．3 6 m ，距煤1 层约4 0 m 左右， 该层水补给径流排泄条件类似于上部第四系下部含水层，受 矿井排水影响，在元补给来源的封闭条件下，排出其净储量， 水位不断下降，该层水有被疏干的可能。 4 泥岩夹泥灰岩互层含水层该含水层厚7 ～8 m ，下距 煤12 4 ～2 8 m 。质地较纯，地下水的循环和补给条件较差，以 消耗静储量为主。反映出该含水层在不断消耗其净储量，同 时由于缺乏有效补给将导致最终疏干该层地下水。 5 煤l 油2 含水层该含水层水质的P H 值普遍较高， 大部分水样P H 值 8 ．3 ，致使水中出现c 谚一，水样的碱度较 高，出现负硬度。由于该含水层地下水补给径流条件不畅， 在封闭的环境下会形成较高矿化度。 6 煤2 底板砂岩含水层煤2 底板砂岩含水层富水性 较弱，生产过程涌水量 2 ．0 m 3 ／h 。相对于上覆的其它煤系 地层含水层其径流条件更差，更易于疏降。 7 煤4 顶板砂岩含水层。 海域采区主要出水层位为泥岩夹泥灰岩互层含水层、 煤1 油2 含水层、煤2 底板岩含水层、煤4 顶板砂岩含水层。 3 特征离子的选择 水质化验的主要任务是快速判断井下突 涌 水水源，防 止海水溃入；其次，是资料的汇集和整理。从安全生产的角 度考虑，要求化验的结果准确、快速；而资料积累方面要求数 据要多而全。化验室对大量的数据进行了分析，并与海水成 分进行了对比，选择了几种特征离子，以便及时判断井下突 涌 水水源，为制定正确的治理方案提供依据。 1 C a 2 、M 聋 、M g ／C a 摩尔比海水具有稳定的化学组 成，从水质分析结果看，海水与矿区各含水层差别较大，海水 中M g ／C a 摩尔数比值为5 ，其他各含水层比值为1 ～2 ，海水中 的c f 和M 孑 含量分别为4 0 0 n l g ，L 和1 0 0 0 m g ／L 左右，矿区 各含水层c f 、M ／ 含量较低，可选择c f 、M f 和吲c a 摩尔比作为判别海水和各含水层指标。见表l 。 表1 海水与矿区各含水层c f 、M ／ 、M g ／C a 摩尔比 出水层位 c f m e ／L M 矛 吲L M g ，c a 摩尔比 海水 3 7 31 1 4 85 ．1 3 煤1 油2 含水层4 ．4 93 ．7 5 1 ．4 ．5 泥岩夹泥灰岩互层含水层 2 ．2 52 ．0 51 ．7 4 煤2 底板砂岩含水层 1 2 ．5 68 ．5 31 ．3 0 煤2 顶板至煤18 ．玎 4 ．．5 61 ．∞ 2 K 、N a 、C a 一、S 0 4 2 ’含量海水中K 、№ 、c l 一、 S 0 4 2 一含量远远高于矿区各含水层含量，可以通过分析该四 种离子的含量来判别海水与各含水层水质，确定突 涌 Z g 水 源。具体结果见表2 。 万方数据 1 3 6 击童穗晨甜技 2 0 0 6 年增刊 褚墩煤矿南三采区顶板水的防治 临沂矿务局设计院张学芝魏宗明 摘要近含水层下上行疏降开采方案，即当煤，与白垩系岩浆岩含水层间距小于裂隙带高度 H t 6 5 ．7 m 时，留设煤层露 头煤柱后，实行上行开采，疏降顶板水。该方案只疏不堵，工程量最小，投资少，准备工期短，接续快，回采率较高。水泄入采空 区有利于防治自然发火，安全可靠。 关键词顶板水上行开采方案对比疏降顶板水 褚墩煤矿位于临沂市南部，郯庐断裂西侧。井田东、西、 北以断层为界，南至煤层隐伏露头，南北长5 k m ，东西宽I k m 。 受郯庐断裂影响，井田内构造复杂，断层纵横交错，岩浆侵蚀 严重，煤层赋存不稳定，地质条件复杂。矿井水文地质中等， 白垩系含水层直接覆盖在煤系地层之上，严重威胁矿井南部 的开采。 南二采区南翼区段下行开采过程中，上部老塘水及顶板 水突破斜长5 m 的煤柱涌入下部工作面，且随工作面推进而 紧跟工作面，煤壁被泡软，顶板淋水，底板涌水，安全条件恶 化。 南三采区位于南二采区南部，煤层倾角为1 3 0 ～1 7 0 ，为倾 向近东、东升西降的阶梯式单斜构造。开采上限为一2 1 7 m ， 下限为一3 5 5 m 。上部第一个工作蘑 3 3 0 1 面 投产两个月后， 顶板涌水量达到7 0 m 3 ／h ，给安全带来严重威胁。 1 南三采区水文地质概况 1 ．1 地质 煤，直接顶为灰白色粘土页岩，松软易冒，胶结性差；老 顶为杂色页岩和灰绿色粗、中、细砂岩。直接底为碳质泥岩， 松软，遇水膨胀；老底为细砂岩。区内呈东升西降阶梯式单 斜构造，区内断层发育，与本区有关的断层有5 条，只有F 1 。 为导水性断层，对煤层充水有影响。岩浆随断裂通道上冲， 侵入白垩系后，形成厚5 0 ～1 6 0 m 的岩浆体，因裂隙发育而成 为含水层。 1 ．2 水文地质 1 ．2 ．1 含水层 1 第四系孔隙含水层位于表土以下，岩性为流砂和卵 石，层厚2 ～3 ．4 m ，平均2 ．8 2 m ；分布广泛，含水丰富，单位涌 水量q 1 3 ．8 9 t ／ s n l ，直接接受大气降水的补给，与白垩系 整合接触。 2 白垩系含水层上段凝灰岩含水层为杂色凝灰岩，段 厚4 8 。3 0 3 ．5 9 m ，平均1 4 6 ，8 2 m ，属裂隙岩溶水；中段岩浆岩含 水层岩性为褐色一浅灰色岩浆岩，段厚6 3 ．5 0 ～1 3 4 ．3 1 m ，平 均9 0 ．8 m ，分布广泛，裂隙发育，含水丰富，属中等含水层，其 含水量足以构成对矿井安全的威胁；下段底砾岩含水层岩性 为杂色砾岩和浅灰～紫红色凝灰岩，段厚0 ～5 5 ．5 5 m ，平均 1 9 ．4 4 m 。该段裂隙发育、空隙大，经实际测定，本区含水微 弱。自垩系含水层水质类型为重碳酸盐～镁一钙型和碳酸 盐一镁．钾钠～钙型，p H 值7 ．5 ～8 ．0 。该系地层与煤系地 层呈不整合接触。 1 ．2 ．2 隔永层 煤，上方有两个隔水层 1 二叠系上石盒子组杂色粘土 页岩，厚度较大，分布稳定，隔水性能好； 2 二叠系下石盒子 组灰白色粘土页岩 即煤，直接顶 ，发育普遍，分布稳定，一 般厚2 ．7 1 0 ．2 m ，隔水性能良好，但采后易冒。由于自垩系 直接覆盖于煤系地层之上再加上断层因素的影响，因而这两 表2 海水与各含水层K 、N a 、C 1 一、S o , 2 一含量 出水层位 K 叫L ．N a m 目r D a 一 m L s Q l 2 一 吲L 海水4 4 2】1 黜1 7 3 9 42 1 笠 煤l 油2 含水层1 4 ．81 6 7 91 7 5 63 ．5 l 泥岩夹泥灰岩互层含水层5 ．9 08 9 05 眈2 ．舳 煤2 底板砂岩含水层 1 5 ．6嬲粼6 ．9 1 煤2 顶板至煤11 4 ．42 1 0 9必1 2 ．∞ 3 矿化度海水中矿化度同矿区各含水层矿化度差别 较大，其主要原因是构成矿化度的主要离子差别较大，因此， 矿化度也可以作为判别海水和各含水层的指标。 4 H C 0 3 。含量海水中H C h ’较低，一般为1 4 0 ～ 1 6 0 m g ／L ，而煤层地系各含水层眦氇一含量远远高于该值，可 将H C 0 3 ’作为判别海水和各含水层水质的指标。 4 结束语 龙矿集团海域采煤有许多工作都是在摸索中前进，包括 水质化验。目前的主要任务就是为煤矿安全生产提供服务， 为资料积累提供数据，此项工作将在实践中不断改进和完 善。 作者简介王作秋1 ．0 6 8 年出生，1 9 9 2 年毕业于淮北煤炭师 范学院化学系，大学本科，学士学位，现任龙矿集团销售总公 司化验室副主任。 万方数据