区域注浆影响下煤层底板太原组灰岩水水文地球化学演化规律
郭艳1
桂和荣2
魏久传3
庞迎春4
胡满聪4
郭祥东2
洪荒5
聂锋4
崔亚利5
叶爽5
1.国家煤矿水害防治工程技术研究中心,宿州学院,安徽宿州 234000;矿井水资源化利用安徽普通高校重点实验室宿州学院,安徽宿州 234000;山东科技大学地球科学与工程学院,山东青岛 2665902.国家煤矿水害防治工程技术研究中心,宿州学院,安徽宿州 2340003.山东科技大学地球科学与工程学院,山东青岛 2665904.淮北矿业股份有限公司,安徽淮北 2350005.安徽恒源煤电股份有限公司煤矿,安徽宿州 234000
摘要：淮北煤田下组煤开采,主要威胁水源是煤层底板灰岩水(包括石炭系太原组及奥陶系灰岩水),淹井事故时有发生.针对底板灰岩水害治理,目前多采用地面定向钻高压注浆技术,对煤层底板太原组第3层薄层灰岩(简称"三灰")进行区域性加固改造,以封堵三灰岩溶裂隙并阻断穿过三灰的垂向导水通道.但大规模高压注浆工程的实施,受注含水层地下水流场会受到干扰,在大量浆液析出水的耦合作用下,地下水化学场必然会受到严重扰动.以淮北煤田桃园煤矿太原组灰岩含水层(简称"太灰水")为研究对象,基于常量组分监测数据统计、Piper图、离子组合比及饱和指数分析,开展了区域注浆前-注浆期间-注浆结束后(即区域注浆前-中-后"三时段")太灰水水文地球化学演化规律研究.结果表明:①三时段太灰水中Na++K+、HCO3-、Cl-先减小后增大,Ca2+、SO42-和pH先增大后减小,Mg2+、TDS则整体减小.注浆治理区域Ca2+、SO42-相对较高,碱度较大,而Na++K+、HCO3-含量相对较低.注浆前以SO4·Cl-Na和SO4·Cl-Na·Ca(混合型)为主,区域注浆"中-后"时段,太灰水则以SO4·Cl-Na·Ca和SO4·Cl-Na型居多,混合型水占比增大.②注浆期间,太灰水中碳酸盐、硫酸盐溶解作用、脱硫酸作用和阳离子交换作用减弱,方解石、白云石的溶解作用增强,同时浆液析出水的混合影响作用明显.注浆结束后,碳酸盐、硫酸盐溶解作用、脱硫酸作用和阳离子交换作用逐渐增强,方解石、白云石的溶解作用逐渐减弱,浆液析出水的混合影响作用减弱.注浆结束1a后水化学作用逐渐向注浆前状态恢复,但仍未恢复至注浆前状态,可知区域注浆治理对太灰水化学场扰动影响比较明显.③太灰水中白云石、方解石饱和指数较大,多呈现沉淀状态;石膏、岩盐饱和指数较小,多以溶蚀状态存在.三时段太灰水中方解石、白云石和石膏3种矿物饱和指数均呈先增加后降低趋势,其中白云石表现较为明显,而岩盐饱和指数变化不明显.多数矿物饱和指数与pH呈较强的正相关性,而石膏饱和指数则与TDS呈较强正相关性.④由于高pH的注浆浆液析出水的混扰,原来离子间平衡被打破,从而导致区域注浆以来太灰水常量指标相关性降低,且注浆结束后比注浆期间相关性更低.
关键词：区域注浆扰动太灰水水岩作用淮北煤田
分类号：P641(水文地质学与工程地质学)
资助基金：安徽省高校优秀科研创新团队资助项目(2022AH010081)安徽省公益性地质资助项目(2023-g-1-11)安徽省自然科学基金青年资助项目(2008085QD175)
论文发表日期：2023-08-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：14( 3204-3217 )
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