煤矿水文地球化学
发布网友
发布时间：2022-05-10 02:52
共1个回答
热心网友
时间：2023-07-29 16:36
水文地球化学方法多年来几乎被应用于水防治工作的各个环节之中，并且取得了良好效果。其应用可分为两类，即天然方法和人工方法。天然方法是指对地下水中分布的天然要素（化学成分及同位素成分等）进行研究；人工方法则是指通过人工投放示踪剂（化学和同位素示踪剂），并观察和分析示踪剂在地下水中的运动、变化特征来寻找含水层之间的水力联系以及构造的导水性和连通性。因此，水文地球化学在矿井突水水源、地下水径流通道、不同含水层水力联系（混合作用）及注浆效果、区域水循环及水源地评价等方面的应用效果十分明显。近年来，有关专家在研究煤层气开发过程中也注意到水文地球化学作用。
1）确定含水层水质类型。在大量试验和水质监测资料分析的基础上，确定矿区主要含水层的水质类型，分析研究各含水层的水化学特征，并以水质类型、总溶解固体、总硬度、离子特征比值、水质图像等，识别和区分不同含水层，同时为分析地下水的补给、径流和排泄条件提供依据。
2）矿井突水水源识别。它是水防治工作的重要基础，水源的正确判断可为采取合理有效的防治措施（疏干、降压及堵水）提供决策上的科学依据。一般情况下，不同类型含水层的地下水具有不同的化学及同位素成分，当地下水运动及水文地质条件发生变化时，其化学成分及同位素组成也会发生相应的变化。突水水源识别的首要任务就是寻找能代表每个含水层地下水特征的标型元素（化合物、气体和同位素等），分析研究其形成和演变规律，在此基础上对突水的来源进行识别。常用的有Piper三线图法、不同标型组分含量相关关系法、单个标型组分含量值域法。并且利用数学地质方法整理分析常规水化学资料，主要有聚类分析、模糊综合评判、判别分析等多种水源识别方法。
3）确定地下水径流通道。这是水防治工作的一项重要任务，准确确定径流通道，可为疏干、降压、带压开采以及注浆工程布置、实施等提供设计依据。径流通道的确定通常应用不同元素（包括同位素）组成浓度分布等值线图以及人工示踪方法，结合地下水物探、水位（水温）等值线图、水文地质分析等方法综合研究。
4）含水层间水力联系及构造导水性。不同含水层之间的水力联系的判别与分析也是以不同含水层具有不同标型组分及浓度值，以及浓度变化特征为基础。通常，地下水的水温、水位动态变化等也作为含水层水力联系判别的水化学方法的辅助手段，离子示踪或同位素示踪在查明不同含水层之间、含水层与地表水之间的水力联系等方面应用效果较好。
5）判断治水效果。注浆堵水是矿井水防治工作中的重要工程手段之一，对其效果的判别，除应用（涌）水量是否减少等明显指标外，也可应用水化学方法。当突水不是来自单一含水层时，对某一个或几个以上目的层实施注浆后，根据突水点水中化学成分是否发生变化，便可对不同目的层注浆效果进行评价。
6）防治酸性矿井水。循环于含煤地层中的地下水，由于煤层中含有一定成分的硫，这种硫经常以硫化物的形式存在。因此，在煤矿区的地下水中，常常因硫的氧化而具有酸性反应（2FeS2+7O2+2H2O→2FeSO4+2H2SO4）。一般情况下，当硫的含量在煤中超过1.5%～2.0%，且煤层厚度大、倾角大和地下水循环条件好时，均有利于酸性水的形成。其次，在煤矿开采过程中，随着矿井水的疏干，长期大量排水，改变了矿区地下水的动力条件，使不同成分的水混合，也为矿井水的酸化提供了有利条件。同时由于煤层被揭露的程度逐渐扩大，为煤层中硫成分的氧化创造了条件。
酸性矿井水对井下机械设备腐蚀性很强，排到地表会引起地表水体和土壤污染。因此，可利用水文地球化学理论，对酸性矿井水进行处理。通常是向酸性矿井水中加入生石灰，使之发生中和反应，以降低酸性（H2SO4+CaO=CaSO4+H2O）。国外中和酸性水主要是加入熟石灰，使酸性水饱和空气，将二价铁氧化成三价铁，并设法使之沉淀和排出。
7）开发煤层气。煤层气的开发非同于常规天然气，要通过排水降压来完成，即采气始终和煤层水文地质特点相关。水化学成分是地下水运动的真实记录，煤层水化学研究是为了阐明地下水循环特征。
8）指导找矿。各种起源的地下水，在形成过程中不断与周围介质作用，而使其化学成分不断发生变化。人们通常根据矿床附近地下水中形成某些元素水化学晕来追索和寻找原生矿体。例如，流经金属硫化矿床的地下水中
的含量可超过一般地下水中20～30倍，同时pH值比正常值降低1～2倍，因而
的增高和pH值的降低可作为某些硫化矿床的找矿标志。
近年来，利用水化学指标进行突水水源的识别方法很多，如水化学特征模型法、Piper三线图法、模糊识别法、判别分析法、灰色关联度分析法、聚类分析法、模糊聚类分析法等。
