老空区水力补给分析及水源判断

崔军舰

（河南能源化工集团新疆投资控股有限公司，新疆 乌鲁木齐 830026）

摘要：新疆地区独特的地质条件，造就了该地区煤矿水文地质条件的特殊性，该地区矿井涌水既有顶板砂岩水，又有老空水，还伴随着火烧区积水的可能。通过对该地区有代表性的矿区水力补充分析，并采用水文地球化学方法的元素类比法，水化学piper三线图和Schoeller图等方法，实现了对该矿区老空区水源判别。

关键词：水力补充；水化学；piper三线图；Schoeller图；水源判别

中图分类号：TD12          文献标志码：A   

Analysis of Water Supply and Water Source Judgment in Old Air Area

Cui Junjian

（ Henan Energy and Chemical Xinjiang Group Co., Ltd., Xinjiang Urumqi 830026）

Abstract: The unique Geological conditions in Xinjiang have created the particularity of the hydrogeological conditions of the coal mine in this region. The water gushing in the mines in this area has both top sandstone water and old and empty water, and it is also accompanied by the possibility of water accumulation in the burning area. Based on the hydraulic supplementary analysis of the typical mining area in this area, and using the analogy method of hydrogeochemical methods, hydrochemical Piper three-line map and Schoeller map, the water source identification of the old empty area of the mining area was realized.

Key words: Hydraulic replenishment; Hydrochemistry; Piper three graph; Schoeller diagram; Water source discrimination

一般情况下，不同类型含水层的地下水具有不同的化学成分，当地下水与周围大气圈、水圈和生物圈相互作用，经历一系列物理化学过程后，其水化学成分也发生了相应的变化。地下水在其赋存和运动过程中，不断与周围介质相互作用，产生地下水化学的动态平衡。因此，处于不同地质、水文地质条件中的地下水，其化学成分在含量和构成上都有差别，这就成为判断突水水源提供了依据。然而，在煤矿实际生产过程中，突水水源并不是来自某一个单一的含水层，而常常会出现各大含水层水的混合水，这就大大增加了辨别煤矿突水水源工作的难度^[3]。而通过研究地下水水化学成分及其特征，可以了解地下水所处的循环条件，并可判断不同含水层水源，分析各含水层地下水的成因和运移规律，研究和解释矿区地下水水文地质条件^[2]。目前较为实用的研究地下水水化学成分及其特征的方法主要应用元素类比法，结合水化学piper三线图及Schoeller图进行综合分析^[1-6]。

1 工程概况

1.1 矿井水文地质

龟兹矿业西井位于库车河西岸，矿井东界为库车河，北界为墩阔坦乡煤矿，东界紧邻217国道和库车河的一、二级阶地，该段河床标高+1781.0m，而井田内的地面标高在165.5-1949.2m。井田北高南低，西高东低，在井田东部形成四周高中间低山区构造盆地，井田内地表水不发育，而东西向冲沟发育。沟底到山梁的高差达101m之多，在冲沟底及帮脚处分布有第四系冲洪积层、坡积层。山梁的顶部有第四系风成亚砂土分布。井田位于捷斯德里克向斜南北两翼，地层倾角较缓，一般为3°~10°。井田内的冲沟仅春季冰雪融化期和夏秋两季遇降暴雨时才有短暂水流流向井田东部低洼处向下渗透以泉水形式补给库车河，井田内东部边界处有一常年性地表水体，即库车河。在井田东界的悬崖陡壁捷斯德里克向斜轴附近一级阶地低洼处发育有2处下降泉，泉水量为0.6264L/s，水化学类型为Cl·SO₄- Na·Ca·Mg，矿化度为1.083g/L。

1.2地表水补给矿井

井田内冲沟发育，在暴雨期间（雨季）或冰雪融化期间易形成短暂的水流，通过第四系砂砾石层向下渗透补给地下水，地下水由北向南顺层径流，以泉水形式补给井田东部的库车河，库车河河谷宽阔，河谷内沉积有较厚的第四系全新统冲洪积层由砾石、漂砾、亚砂土、砂质粘土、碎石等组成，直接覆盖在侏罗系含煤地层之上，使得河水通过该冲洪积层侧向补给该区地下水，成为该区地下水的补给水源。

1.3火烧区积水补给矿井

矿区北部现开采煤层浅部均有火烧区，且火烧区深度不一致，易造成火烧区底部积水，积水后可能通过煤层及顶底板岩石裂隙对矿井充水。随着采空面积的增加，采空冒落带及冒落裂隙带与火烧区沟通可能导致矿井涌水量增加。

1.4老空水补给矿井

老窑主要集中在矿井A5采区北部，采空区为小窑老采区，采空区面积约70000m2，目前采空区涌水量约15m3/h，通过密闭处的泄水孔直接排入井底水仓。

根据2011年6月，由四川省煤田地质工程勘察设计研究院提交的《新疆龟兹矿业有限公司煤矿西井水文地质补充勘查报告》，用瞬变电磁勘探的方法，测得本矿北部、东部采空区存在积水，尤其是北中部由于向斜北翼沿走向的舒缓波状构造，形成汇水区。

2区域水力条件分析

龟兹井田主要充水水源包括地表水及大气降水的渗漏、第四系含水层及侏罗系砂岩含水层，包括从煤系地层突、涌、淋出来的混合水、采空区积水。其主要水源之间的主要水力联系特征如下：

本区地下水以大气降水、地表水补给为主。井田内冲沟发育，在暴雨期间（雨季）或冰雪融化期间易形成短暂的水流，通过第四系砂砾石层向下渗透补给地下水，地下水由北向南顺层径流，以泉水形式补给井田东部的库车河，库车河河谷宽阔，河谷内沉积有较厚的第四系全新统冲洪积层由砾石、漂砾、亚砂土、砂质粘土、碎石等组成，直接覆盖在侏罗系含煤地层之上，使得河水通过该冲洪积层侧向补给该区地下水，成为该区地下水的补给水源。

井田采区主要为顶板裂隙淋水，为库车河水侧向渗流补给。河水可通过河流阶地及裂隙含水层对矿井充水，采空区地表塌陷裂隙带可能沟通第四系堆积物，通过河床对矿井充水。

3 水化学方法分析老空区补充水源

3.1 概述

地下水是一种复杂的液体，其中溶有各种不同的元素、化合物和气体，而这些元素有些大量存在于地下水中，而有些则含量极低。地下水的化学特征是围岩矿物和水流之间内在关系所形成的结果，地下水的化学特征决定于地下水运动时接触的围岩成分，循环的水文地质条件和氧化还原环境等，是其接触的围岩成分、循环的水文地质条件和氧化还原环境的反映。因此，水文地球化学方法是研究含水层水文地质条件的重要手段。地下水化学成分是地下水与所处环境长期相互作用的产物。地下水中分布最广、含量较多的离子共有七种Cl^-、SO₄^2-、HCO₃^-、Na⁺、K⁺、Ca2⁺、Mg²⁺。这些离子的相对含量和绝对含量随着水文地质条件或其它外界环境的变化而变化，从而使地下水形成各种不同的水质特征。通过对七种主要离子含量进行分析，即可判断地下水的来源，此外还可以利用总溶解固体、硬度、酸度、碱度等指标判别煤矿突水水源。

目前较为实用的研究地下水水化学成分及其特征的方法主要应用元素类比法结合水化学piper三线图及Schoeller图进行综合分析。

piper三线图概述：Piper 图是一种常用水文地球化学特征研究方法，它可以通过图片直观显示出水水样的一般水化学特征及水化学态动规律。Piper 图是由一个菱形和一对三角形排列形成一个大三角形的图形，左下为阳离子三角形图解，右下为阴离子三角形图解。三角形中的阴阳离子的摩尔百分含量向上延伸到菱形产生交点，表示此水样的阴阳离子相对含量。

Schoeller图概述：Schoeller图常用于说明处于不同地点的水样的水化学变化，横坐标表示水样中主要的阴、阳离子组份，纵坐标为对应离子摩尔浓度的对数，每个水样依其组分和浓度连成一条曲线，可看到该水样离子含量的变化情况，多个水样可绘制多条曲线。同类水与稀释水混合时垂向移动曲线而不会改变其形态，因此Schoeller图也叫水质指纹图。

3.2水样采集及测试

在库车河取水样5个，第四系水样取5个，侏罗系水样取5个，老空区放水水样取5个，将这20个水样进行实验室水质化验，具体水样测试结果见表3-1。

井田水样采集要点：

（1）矿区水样采集需有代表性，并能概括发硬地区总的情况，如井下出水点、大小水仓、抽放水钻孔、抽水机井和供水孔等，同时也要考虑地下水化学成分在空间与时间上的变化。

（2）水样必须要能真正代表取样地点的水化学成分。因此应在泉口或者经常汲水的井或钻孔中进行取样。若当钻孔用地表水冲洗后则必须先将灌入孔内的水全部抽走，使孔内全部都是地下水时才能取样。若在旧的井、孔中取样，同样也必须现将其中的积水全部抽取后，再予取样。

（3）取样最好选用带玻璃塞的水样瓶。取水样前容器应洗净，取样时就地再用样水洗3~5次，采集时应在现场测量水温、pH，观察并描述水样的物理性质（色、嗅、味、眼可见物质）等。

（4）水样采集受应立即用石蜡或火漆将瓶口封严，并贴上标签，以防水样被污染混乱，并填好送样单注明特殊要求。

3.3各水源离子分布特征分析

依据表3-1中水样的水化学特征值，进行计算分析，确定各水样的水化学类型，见表3-2。为了明确所取水样的可靠度及分析各水源的水化学特征，依据各水源水样特征值绘制各水源水化学特征曲线图，见图3-1~图3-4

表3-1 地下水采样点主要水化学特征

表3-2 水样水化学类型

水样	编号	阳离子/（mg.L-1）			阴离子/（mg.L-1）			水化学类型
		Na++K+	Ca2+	Mg2+	Cl-	SO42-	HCO3-
库车河 备案信息 举报中心 举报中心 行业协会 网络110 互联网协会 举报热线 首都协会 本站持《出版物经营许可证》 仅从事《唐都学刊》杂志的网上订阅工作,非任何杂志官网,并不涉及杂志社的出版等事务,特此声明！ 工信部备案：湘ICP备2025122662号-1，营业执照统一社会信用代码：91430721MAEHMRR7OE， 出版物经营许可证号：新安新出发证字第2025002号 特别声明:本站资料均源于网上的共享期刊资源，请特别注意，勿做其他非法用途。 如有侵犯您的版权或其他有损您利益的行为，请联系指出，期刊咨询服务平台会立即进行改正或删除相关内容! 扫码添加微信咨询 QQ客服：1663286777 电话：137-1883-9017 收到信息将及时回复