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

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

所属期刊栏目：48

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;安徽省公益性地质资助项目;安徽省自然科学基金青年资助项目

在线出版日期：2023-09-19（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共14页

页码：3204-3217