煤矿地下水库水-岩相互作用机理实验研究

张凯¹，高举¹，蒋斌斌^1,2，韩佳明¹，陈梦圆¹

1. 中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院2. 煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室

摘 要：为了揭示煤矿地下水库水体中离子的变化规律,阐明其自净化机理,并为其建设与发展提供理论依据。通过对神东大柳塔煤矿地下水库原位进出水水样水质分析、水化学类型分析和其中主要离子来源解析,设计4组煤矿地下水库泥岩和细砂岩分别与去离子水和矿井水的水-岩相互作用模拟实验,采用图示法、离子比值法等手段揭示煤矿地下水库水体中主要离子的变化规律及其来源。结果表明:大柳塔煤矿地下水库发生的主要水-岩相互作用为阳离子交换反应,黄铁矿氧化,方解石、白云石以及硅酸盐矿物的溶解。阳离子交换反应使得Na⁺浓度增大而Ca²⁺浓度减少、水化学类型由进水的SO₄·Cl-Ca型向出水的SO₄·Cl-Na型转变以及造成Na⁺浓度相对Cl^-浓度过量而r(Ca²⁺+Mg²⁺)浓度相对于r（HCO■+SO■）浓度亏缺的主要原因;且随着水-岩相互作用的进行,泥岩和细砂岩的钠吸附比均逐渐增大,阳离子交换反应逐渐减弱。煤矿地下水库水体中SO■部分来源于黄铁矿氧化,其中泥岩的方解石含量相对于白云石含量较多,主要是黄铁矿氧化与方解石发生中和反应;而细砂岩中白云石含量较多,主要是黄铁矿氧化与白云石发生中和反应。矿井水中Na⁺主要来自钠长石和正长石等硅酸盐矿物的溶解,泥岩组和细砂岩组Ca²⁺和Mg²⁺的主要来源分别是方解石和白云石的溶解。

关键词：煤矿地下水库;水-岩相互作用;离子来源;离子变化规律;矿井水;