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user: 4. 影响安全开采的含水层水化学特征 4.1. 煤系砂岩含水层水化学特征 1) 煤层顶板砂岩水化学特征 煤系砂岩水中的煤层顶板砂岩水，在断层带处且层间水力平衡遭受破坏时，则可能导致发生水力联系并突水，选取煤层顶板砂岩水水样进行水质分析，主要离子特征含量情况如表1所示。由表1可以看出，阳离子中K + + Na + 占多数，占比超过97%，K + + Na + 含量大致在890.85~972.89 mg/L；阴离子则是 HCO 3 − 占多数，占比超50%，Cl − 其次， SO 4 2 − 含量在1067.85~1348.54 mg/L；TDS超出2 g/L，水质状况不好。 Table 1 Main ion content of water in coal seam roof sandston 煤层顶板砂岩水1 煤层顶板砂岩水2 煤层顶板砂岩水3 煤层顶板砂岩水4 煤层顶板砂岩水5 浓度 /mg∙L −1 毫克 当量 meq 毫克 当量 百分比meq/% 浓度 /mg∙L −1 毫克当量 meq 毫克 当量 百分比meq/% 浓度 /mg∙L −1 毫克当量 meq 毫克 当量 百分比meq/% 浓度 /mg∙L −1 毫克 当量 meq 毫克 当量 百分比meq/% 浓度 /mg∙L −1 毫克 当量 meq 毫克 当量 百分比meq/% K + + Na + 913.87 36.54 98.49 900.86 36.02 98.04 972.89 38.92 98.58 890.85 35.62 98.23 929.38 37.16 97.69 Ca 2+ 8.02 0.40 1.08 9.62 0.48 1.31 4.81 0.24 0.61 12.83 0.64 1.77 11.22 0.56 1.47 Mg 2+ 1.94 0.16 0.43 2.92 0.24 0.65 3.89 0.32 0.81 0.00 0.00 0.00 3.89 0.32 0.84 Cl − 482.12 13.58 37.63 609.74 17.18 49.18 588.47 16.58 44.75 535.3 15.08 41.84 545.93 15.38 41.76 SO 4 2 − 19.21 0.40 1.11 11.53 0.24 0.69 7.68 0.16 0.43 46.11 0.96 2.66 126.80 2.64 7.17 HCO 3 − 1348.54 22.11 61.26 1067.85 17.51 50.13 1238.71 20.31 54.82 1220.4 20.00 55.49 1147.18 18.81 51.07 TDS 2129.44 2122.60 2269.10 2101.29 2226.82 全硬度(CaCO 3 ) 32.03 36.03 28.02 32.03 48.04 表1. 煤层顶板砂岩水主要离子含量 2) 煤层底板砂岩水化学特征 煤层底板砂岩含水层可能直接作为突水来源，引起水害事故。选用部分该含水层水样研究其水质情况，所得主要离子特征含量如表2所示。由表2总体来看，阳离子中K + + Na + 占多数，K + + Na + 含量为933.64~1120.95 mg/L，占比最高达98.07%；阴离子中则是Cl − 、 HCO 3 − 占大多数，Cl − 含量967.79~1237.21 mg/L， HCO 3 − 含量408.23~640.71 mg/L；TDS约在2265.44~2740.91 mg/L。 Table 2 Main ion content of water in coal seam floor sandston 煤层底板砂岩水6 煤层底板砂岩水7 煤层底板砂岩水8 煤层底板砂岩水9 煤层底板砂岩水10 浓度 /mg∙L −1 毫克当量 meq 毫克 当量 百分比meq/% 浓度 /mg∙L −1 毫克当量 meq 毫克 当量 百分比meq/% 浓度 /mg∙L −1 毫克当量 meq 毫克 当量 百分比meq/% 浓度 /mg∙L −1 毫克当量 meq 毫克 当量 百分比meq/% 浓度 /mg∙L −1 毫克当量 meq 毫克 当量 百分比meq/% K + + Na + 934.87 37.38 97.29 933.64 37.33 96.09 1120.95 44.82 98.07 954.89 38.18 96.76 1091.69 43.65 96.12 Ca 2+ 9.62 0.48 1.25 14.43 0.72 1.85 9.62 0.48 1.05 11.22 0.56 1.42 12.83 0.64 1.41 Mg 2+ 6.81 0.56 1.46 9.72 0.80 2.06 4.86 0.40 0.87 8.75 0.72 1.82 13.61 1.12 2.47 Cl − 978.42 27.60 71.84 967.79 27.30 70.27 1237.21 34.85 77.02 999.69 28.16 74.07 1212.39 34.15 76.30 SO 4 2 − 15.37 0.32 0.83 57.64 1.20 3.09 38.42 0.80 1.77 84.53 1.76 4.63 188.28 3.92 8.76 HCO 3 − 640.71 10.50 27.33 631.56 10.35 26.64 585.79 9.60 21.22 494.26 8.10 21.30 408.23 6.69 14.95 TDS 2265.44 2299.00 2715.96 2348.22 2740.91 全硬度(CaCO 3 ) 52.04 72.06 48.04 68.05 84.07 表2. 煤层底板砂岩水主要离子含量 4.2. 太原组灰岩水化学特征 太原组灰岩水主要是通过溶洞进入巷道，选取太原组灰岩水水样进行水质分析，主要离子特征含量见表3。由表3可以得出，K + + Na + 在阳离子中居多，K + + Na + 的含量在906.86~1038.18 mg/L之间，占比最高达90.73%；阴离子中Cl − 占比最大，Cl − 的含量在1013.87~1237.21 mg/L，比例最高达79.21%；TDS超过2 g/L，水质不好。 Table 3 Main ion content of limestone water in Taiyuan formatio 太原组灰岩水11 太原组灰岩水12 太原组灰岩水13 太原组灰岩水14 太原组灰岩水15 浓度 /mg∙L −1 毫克 当量 meq 毫克 当量 百分比meq/% 浓度 /mg∙L −1 毫克当量 meq 毫克 当量 百分比meq/% 浓度 /mg∙L −1 毫克当量 meq 毫克 当量 百分比meq/% 浓度 /mg∙L −1 毫克 当量 meq 毫克 当量 百分比meq/% 浓度 /mg∙L −1 毫克当量 meq 毫克 当量 百分比meq/% K + + Na + 995.9 39.82 90.38 906.86 36.26 89.00 1038.18 41.51 90.73 956.86 38.26 90.02 1001.14 40.03 90.26 Ca 2+ 51.30 2.56 5.81 49.70 2.48 6.09 81.76 4.08 8.92 48.10 2.40 5.65 49.70 2.48 5.59 Mg 2+ 20.42 1.68 3.81 24.31 2.00 4.91 1.94 0.16 0.35 22.37 1.84 4.33 22.37 1.84 4.15 Cl − 1237.21 34.90 79.21 1134.40 32.00 78.55 1063.50 30.00 65.57 1013.87 28.60 67.29 1120.22 31.60 71.25 SO 4 2 − 180.59 3.76 8.53 146.01 3.04 7.46 480.30 10.00 21.86 422.66 8.80 20.71 345.82 7.20 16.23 HCO 3 − 329.51 5.40 12.26 347.81 5.70 13.99 350.87 5.75 12.57 311.20 5.10 12.00 338.66 5.55 12.51 TDS 2650.18 2435.18 2841.12 2619.46 2708.58 全硬度(CaCO 3 ) 216.17 224.18 211.17 212.17 215.17 表3. 太原组灰岩水主要离子含量 4.3. 不同含水层之间主要离子特征含量比较 通过整理计算，可以得出导致谢桥煤矿发生突水的不同含水层主要离子含量平均值，如表4所示。 从离子组分上分析，煤层顶板砂岩含水层中K + + Na + 为占比最大的阳离子，Ca 2+ 与Mg 2+ 很少，阴离子以 HCO 3 − 为主，Cl − 次之；煤层底板砂岩含水层中K + + Na + 也是占比最大的阳离子，阴离子中Cl − 占多数；太原组灰岩含水层中K + + Na + 为占比最大的阳离子，阴离子中Cl − 占多数；相比较而言，煤层底板砂岩含水层、太原组灰岩含水层在离子组成上相同性很高。另外，太原组灰岩水的TDS平均值为2650.90 mg/L，超出煤层底板砂岩水的2473.91 mg/L与煤层顶板砂岩水的2169.85 mg/L；太原组灰岩水的全硬度为215.77 mg/L，远高于煤层底板砂岩水的64.85 mg/L与煤层顶板砂岩水的35.23 mg/L。 由上可见，可以将离子含量特征、全硬度与TDS相结合识别谢桥矿突水来源。