0引言
当前，煤矿透水事故已发展成为继瓦斯爆炸之后最容易发生的事故之一，会造成重大的人员伤亡和财产损失。2010年3月28日14时30分左右，中煤集团一建公司63处碟子沟项目部施工的华晋公司王家岭矿，北翼盘区101回风顺槽发生透水事故，初步判断为小窑老空水。事故造成153人被困。经全力抢险，115人获救，另有38名矿工遇难，直接经济损失高达1200万元。为了判断矿区透水事故的地下水来源和避免同样事故的发生，本文对该矿矿区地下水水质进行了化验分析研究。
1煤矿矿区地下水化验研究的方法
矿物离子的含量在地下水化学特征及其分析指标中占有非常重要的地位，地下水研究人员把岩石圈中容易迁移且含量丰度较高的元素离子或分子称为标准型组分，并且根据标准型地下水组分（离子、分子等）的含量对地下水系统进行分类。同时，地下水中各类阳离子和阴离子的浓度总和也表明了该地区的地下水的矿化程度，通常地下水系统中含有HCO3-、Ca2+、Mg2+浓度较高的为低矿化水，含SO42-较高的为中矿化水，含Cl-较高的为高矿化水，其具体研究方法如下。
1.2地下水硬度的计算方法
一般情况下，采用Ca2+和Mg2+浓度的总和表示地下水的硬度，因此，水的硬度主要与水中的Ca2+和Mg2+含量有关，故采用状态方程式对水的总硬度与Ca2+和Mg2+进行关联分析，找出引起水硬度变化的主要因索。经计算Mg2+对总硬度的关联度为r1=0.959，Ca2+对总硬度的关联度为r2=0.894，可见此地区地下水中，引起总硬度变化的主要因素是Mg2+。可见随着Mg2+含量增加，水的硬度也随之提高，两者相关系数R=0.728，经相关性检验，当a=0.01时R0.01（n-2）=0.342， R>R0.01（n-2）=0.342，两者线性相关性较好，故采用对地下水Ca2+和Mg2+浓度进行计算就可得出其总硬度。
2.2地下水矿化度的计算方法
矿化度表示水中各种盐类总和，即水中全部阳离子和阴离子和总。地下水中，随着矿化度变化，主要离子成分也随之发生变化，通常情况下低矿化水常以HCO3-及Ca2+、Mg2+为主；高矿化水则以Cl-为主；中等矿化水中阴离子以SO42-为主。这主要由于各种盐类在水中溶解度不同，氯盐溶解度最大，硫酸盐次之，碳酸盐较小。分析地下水中SO42-、HCO3-、Cl-、Ca2+、Mg2+对矿化度指标的关联程度，得到关联度分别为r1=0.959，r2=0.946，r3=0.956，r4=0.950，r5=0.934，由于：r1>r3>r4>r2>r5，可知对矿化度变化起主要影响的是SO42-与Cl-，矿化度与Cl-和SO42-相关系数R分别为0.95和0.91，表现出了良好的线性相关关系好。
3矿区地下水系统的组成和水化学特征
以山西某煤矿矿区为案例进行分析，深入调查研究发现，本矿标准型组分定为Ca2+、Mg2+、Na+、HCO3-、Cl-、SO42-等六种阴阳离子，且含有HCO3-、Ca2+、Mg2+等离子浓度较高，为低矿化水。根据本矿地下水标准型组分、各矿矿井充水之间的关系以及地下含水层特征，将本区地下水系统分为以下三个含水层子系统。
3.1松散孔隙含水层
一般情况下，松散孔隙含水层属于被新生界松散层覆盖得煤矿地层，该层特点是比较松散，一般厚度在200m~250m。该层自上而下包括三个隔水层和四个含水层，其中第三个隔水层厚度较大，占据整个松散空隙含水层得1/3左右，具有较好的隔水性能，将地表水与一、二、三含水层与第四含水层以及基岩地下水层隔开其中，第四含水层直接覆盖在煤层上，水可以通过基岩裂隙渗透到浅部煤层上，是开采时矿井的主要水源之一，需要不断进行疏干处理，它对松散孔隙含水层有着直接的决定作用。
在本矿区中，第四含水层含有较高的Cl-，含有较低的SO42-和HCO3-，三种阳离子占有比较相近的比例，均在30%左右。表现为较高的硬度和较高的矿化程度特征，其水的pH在7.5~7.7之间，稍微偏碱性。另外，该层反映天然径流条件较差，对其水质起到主要的过滤作用。
3.2砂岩裂隙含水层
砂岩裂隙含水层富水性较弱，不能明显的将其分割成含、隔水层，但自上而下也可将其划分为四个隔水段和三个含水段。在这整个砂岩裂隙含水系统中主采煤层顶底板砂岩裂隙渗透出来的地下水是矿井充水的直接来源。
在本矿区整个含水层的水表现了大致相同化学特征，三种矿物阳离子K+、Na+占据了非常高的比例，大约在92.5%~94.6%之间，阴离子HCO3-占了较高的比例，其次是Cl-，SO42-含量较低其水pH在8.4~8.7之间，水质偏碱性，表现出了较高的矿化度和较低的水硬度。
3.3石灰岩岩溶裂隙含水层
在正常煤层开采情况下，石灰岩岩溶裂隙含水层距开采操作层较远，其充水对煤矿矿层影响较小。但是当井巷工程遇到导水性断层或岩溶陷落利时，就有可能造成灰岩与煤层的间距缩短，隔水层变薄弱，此时，灰岩水很容易通过导水性断层或岩溶陷落对矿坑直接充水或发生底鼓突水。而且这种情况下的灰岩透水具有水量丰富、水压大、透水破坏性大等特点。因此，石灰岩岩溶裂隙含水层也是矿井安全生产的重要隐患之一。
在本矿区，K+、Na+、Ca2+、Mg2+四种阳离子占有比较相近的比例，阴离子Cl-中 占着主要的比例，约在56.44%。其pH在7.9左右，呈现出稍微的碱性。其水质表现为较高的硬度和较高的矿化程度，硬度在57.76度左右，矿化度为2.425g/L。
4结论
煤矿矿区地下水水质化验分析研究工作的目的是查清矿区内的水文地质条件，分析矿床的充水条件，预测各矿体在开采过程中的矿坑涌水量，减少或避免突水对矿山生产造成的危害，为保证煤矿开采提供理论依据，为保证煤矿安全生产提供基础。本文在对本矿各层地下水化学特征分析研究的基础上，考察了各含水层的水质特点，对今后井下涌水来源的分析判断有着一定的参考价值，有利于矿井防治水患，安全生产。相信，随着人们安全意识的不断加强和我国科学技术的发展，人们会越来越重视煤矿矿区地下水水质化验工作，地下水质化验工作也会更好的为煤矿开采工作服务。
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作者简介：李治东（1986年9月----），男，山西朔州人，2010年7月10日毕业于山西农业大学环境科学专业，现就职于中煤平朔集团公司动力中心，从事水质化验工作，工程师
