煤炭学报

作者：郭艳, 桂和荣, 魏久传, 庞迎春, 胡满聪, 郭祥东, 洪荒, 聂锋, 崔亚利, 叶爽,

关键词：区域注浆扰动, 太灰水, 水岩作用, 淮北煤田,

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+、\rmHCO_3^ - 、Cl−先减小后增大，Ca2+、\rmSO_4^2 - 和pH先增大后减小，Mg2+、TDS则整体减小。注浆治理区域Ca2+、\rmSO_4^2 - 相对较高，碱度较大，而Na++K+、\rmHCO_3^ - 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1 a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。

来源：2023年第8期

《煤炭学报》期刊编辑部

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