煤矿地下水库水岩作用时间规律模拟试验研究

矿井水在煤矿地下水库的停留时间会影响出水中离子浓度水平,而煤矿地下水库运行期间的水岩作用时间规律尚不明晰。为揭示煤矿地下水库不同运行阶段水岩作用的发生类型及强度,结合现场采样测试分析,设计细砂岩–矿井水(S-K)和泥岩–矿井水(N-K)2组水岩相互作用静态模拟试验,从试验前后岩石成分变化及水中主要离子变化2个方面解析水岩作用类型,并结合Q型聚类分析探讨水岩相互作用的时间规律。岩石矿物成分变化表明,水岩作用过程中发生了钠长石、正长石等矿物的溶解以及高岭石、石英等矿物的沉淀;离子比值分析与统计学分析表明,水岩作用过程中还发生了阳离子交换反应以及硅酸盐、蒸发岩等矿物的溶解和碳酸钙矿物的沉淀;Q型聚类分析表明,静态模拟试验水样样本按时间序列可划分为3类,分别代表水岩作用前期(0~0.5 d),中期(1~10 d或1~8 d)以及后期(12~47 d或10~47 d)。结合离子来源解析综合判定:在本试验中,水岩作用前期以阳离子交换反应为主,离子变化主要表现为Na^(+)浓度激增,而Ca^(2+)浓度锐减;中期以阳离子交换反应与矿物溶解-沉淀为主,离子变化主要表现为Na^(+)、K^(+)、Cl^(−)浓度增高,Ca^(2+)、HCO_(3)^(−)、Mg^(2+)浓度降低,S-K组中SO_(4)^(2−)浓度增高,而N-K组中SO_(4)^(2−)浓度降低;后期水岩作用微弱,处于动态平衡状态,各离子浓度没有明显变化;岩石性质对离子变化有一定影响。研究结果为煤矿地下水库不同运行时期的矿井水水质净化机理提供理论参考。