Source identification and pattern study of closed coal mines water inflow in Songzao Mining Area, Chongqing City
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摘要:
关闭煤矿涌水来源的准确判识、涌水模式的正确划分对科学处置关闭煤矿排水造成的水资源浪费和水环境污染等问题具有重要意义。基于重庆松藻矿区多个关闭煤矿一个水文年的涌水流量动态监测数据、水化学指标及微生物指标数据，采用涌水的流量动态解析、流量−降雨水文序列相关函数等水量分析手段和水化学指标描述性统计、矿井水样间水化学指标Pearson相关函数等水质分析方法，并结合矿区水文地质条件，提出了“水量−水化学−微生物−水文地质条件”多元正−反演分析的关闭煤矿涌水来源综合判识、涌水模式研究的综合方法。研究结果表明：关闭煤矿涌水量对降雨的响应存在骤升缓降、缓升缓降、平稳3种波动类型；涌水水源、导水介质的不同是导致矿井涌水流量动态变化及其对降雨的响应存在时空差异性的主要原因，也是矿井水TDS、pH、化学关联程度和微生物含量变异性大的关键因素；综合水量、水质的特性对关闭煤矿涌水来源进行综合判识，并基于识别结果，提出了降雨入渗型、含水层释水型、老空水溢出型、复合型4种矿区关闭煤矿涌水模式。多元综合分析方法能有效判识岩溶矿区关闭煤矿涌水来源，深化了对关闭煤矿涌水特征的认识，为松藻矿区关闭煤矿涌水的科学防治与环境−资源协调发展提供了理论支撑。
Abstract:Accurate identification of the source of water gushing in closed coal mines and correct division of water gushing modes are of great significance for scientific disposal of water resources waste and water environment pollution caused by closed coal mine drainage. A comprehensive method for water inflow characterization, source identification, and model research for closed coal mines by multivariate analysis of “water quantity–hydrochemistry–microorganism–hydrogeological conditions” is proposed. The method is based on the dynamic monitoring data of water inflow and the water chemical and microbial indexes of several closed coal mines in the Songzao mining area of Chongqing in a hydrological year. Water quality analysis methods, such as flow dynamic analysis of water inflow and flow–rainfall hydro-logical series correlation function, descriptive statistics of water chemical indexes, and the Pearson correla-tion function of water chemical indexes between mine water samples are also used as bases. The method is further coupled with the hydrogeological conditions of the mining area. Results show that there are three types of fluctuations in the response of water inflow from closed coal mines to rainfall: sudden rise and slow drop, slow rise and slow drop, and stable. The difference in water inflow source and water diversion medium is the main reason for the dynamic change in mine water inflow and the temporal and spatial differences in its response to rainfall. It also causes the characteristics of large variability in TDS, pH, chemical correlation degree, and microbial content of mine water. Based on water source identification, four types, rainfall infiltration type, aquifer release type, old empty water overflow type, and compound type, of water gushing modes of closed coal mines in mining areas are proposed. The multivariate comprehensive analysis method identifies the source of water inrush from closed coal mines in karst mining areas effectively, deepens the understanding of the characteristics of water inrush from closed coal mines, and provides theoretical support for the scientific prevention and control of closed coal mine water inrush in Songzao mining area and the coordinated development of environment and resources.
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0. 引 言
前期学者们普遍关注煤层气的数量，即煤层气的含量[1-3]，对煤层气的质量，即煤层气的化学组成研究相对薄弱。煤层气储量评估规范DZ/T 0216—2020规定了各煤类煤层气含量的下限标准，即低煤阶煤（褐煤−长焰煤）空气干燥基含气量为1 m3/t、中煤阶煤（气煤−瘦煤）为4 m3/t、高煤阶煤（贫煤−无烟煤）为8 m3/t，对煤层气成分未作要求，只是规定参与煤层气储量估算的煤层气含量测定值中应剔除浓度超过10%的非烃类气体成分[4]。
自20世纪八十年代起国内外学者对煤层气（瓦斯）组分异常的关注度逐渐提高，早前研究多集中于煤矿瓦斯，如澳大利亚鲍文盆地2号煤矿CO2突出与断层密切相关[5]、Collinsville Oaky Creek 和 Southern Colliery 等煤矿H2S异常与岩浆岩活动相关[6]、波兰下西里西亚煤矿瓦斯CO2浓度达97%[7]、我国峰峰矿区羊东井田F19断层附近CO2浓度高达86.72%[8]、山东枣庄八一煤矿瓦斯中H2S达到0.50%、CO达到0.0045%[9]、辽宁马架子煤田煤层气中重烃浓度达54.07%[10]，鄂东石楼区块煤层气研究中发现外围岩浆岩放射性元素异常衰变生成氦气通过断裂带进入煤层导致He异常[11]、美国Panhandle-Hugoton field深部幔源气通过岩浆运动或深大断裂运移并在浅部脱溶，形成N2或He气浓度异常[12]。
目前煤层气组分异常研究的思路较为相近，开展气组分异常区与正常区煤样自然解吸[13]、精细解吸[10]、热解模拟[14]及微生物产气模拟等[15]，收集气态产物，进行含气组分及C、H、O、N、S、He、Ar及Ne等元素及同位素测试，确定不同气组分成因[16]。前期多关注煤岩生烃组分[17]、煤化程度[18]、煤的孔隙结构及其吸附能力[10]等对气成分的影响，发展趋势是综合考虑地质构造、地下水流动、微生物与岩浆活动及有机气与无机气的相互作用等对原生气组分的改造作用。
煤层气化学组分影响煤层气的开发效果。新疆准南煤层气中CO2浓度高，开发效果相对较好[19]，而云南恩洪向斜重烃浓度高、黑龙江鹤岗盆地N2浓度偏高，开发效果相对较差[17, 20]。H2S、CO2等灾害性气体异常影响煤矿安全生产。我国近百对矿井瓦斯中出现H2S、CO2气体异常（表1）[21-23]，多对矿井造成人员伤亡事故[9, 24]。此外，少数矿井还出现过N2气窒息事故[25]。煤层气中稀有气体具有重要的经济价值，尤其氦气是国防军工和高科技产业发展不可或缺的稀有战略性资源。煤田地质勘探阶段煤层气成分通常只测试常规成分，对煤层气中氩和氦等稀有气体大多没有进行测试。
表 1 我国煤层气成分异常煤矿区或勘探区一览Table 1. List of coal mine areas or exploration areas with abnormal CBM composition in China异常气体成分 煤矿区或勘探区 H2S 新疆库车榆树田煤矿、奇台北山矿、沙湾县煤矿、铁厂沟煤矿、红沟煤矿、沙特布拉克煤矿、西山煤矿、乌东井田、碱沟煤矿、阜康煤矿区、大黄山煤矿、托克逊县煤矿、鄯善县七克台煤矿、吐鲁番七泉湖煤矿，内蒙阿拉善百灵煤矿、乌达煤矿区，宁夏石炭井煤矿、灵武双马煤矿，山西灵石铁新井田、太原炉峪口煤矿、古交西曲煤矿、长治慈林山煤矿、石圪节煤矿、晋城潘河煤层气田、凤凰山煤矿、晋牛煤矿，陕西神木柠条塔煤矿、华彬雅店煤矿、黄陵一号煤矿、彬长小庄煤矿、铜川崔家沟煤矿、澄合煤矿区，河北开平马家沟煤矿，山东枣庄八一矿、微山县崔庄煤矿、淄博亭南煤矿，河南鹤壁四矿、洛阳新安煤矿，四川宣汉乱石沟煤矿、华蓥山煤矿区、广安思源煤矿，湖南双峰新兴煤矿等 CO2 吉林营城煤矿、延边和龙煤矿，辽宁铁法大兴煤矿，新疆准南煤田，甘肃窑街煤矿区，山西大同煤矿区，河北宣东二矿、峰峰矿区羊东井田，安徽淮南矿区、淮北永固煤矿、北辰煤矿，贵州织纳煤田阿弓向斜 N2 黑龙江鹤岗煤矿区，江苏徐州垞城矿，山东枣庄柴里矿，河南平顶山一矿，安徽淮南矿区、淮北刘桥矿 C2+ 黑龙江鸡西煤矿、山西临县煤矿区、河北开滦煤田、唐山矿、河南濮阳、安徽淮南矿区和淮北石台、湖南邵东牛马司矿、江苏东风煤矿、浙江长广煤田和长兴煤山、辽宁北票煤矿区和马架子徐大沟矿、四川盆地的中梁山、天府、南桐矿区、重庆松藻煤矿、贵州六盘水煤田、黔北煤田、云南恩洪矿区 笔者统计了含气量达到煤层气储量评估规范DZ/T 0216—2020下限要求、煤层甲烷浓度大于50%的各煤级储层煤层气成分实测数据4654个，分别来自748口煤层气井和454口煤田勘探钻孔，其中低煤阶煤、中煤阶煤、高煤阶煤分别来自180、255、313口煤层气井和23、118、313口煤田勘探钻孔。数据分布于13省区，其中山西省数据3394个、新疆347个、贵州省322个、四川省162个、云南省124个、内蒙古112个、陕西省59个、安徽省45个、吉林省32个、黑龙江省30个、河北省14个、河南省7个、辽宁省6个。涵盖了东北、华北、华南、西北、滇藏全国五大聚煤区，也囊括了我国主要的聚煤期—晚石炭世−二叠纪、早−中侏罗世、晚白垩世，煤类齐全，包括褐煤、长焰煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫煤以及无烟煤。
分析了我国煤层气成分的分布特征，确定了煤层气异常成分的浓度界限，在新疆准噶尔盆地南缘采集了12份气样专门进行了氦气及其同位素测试。
1. 煤层气成分测试
煤层气成分包括烃类气体：甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷、正戊烷、异戊烷（除甲烷外统称为重烃气体，下文简写为C2+）；非烃类气体：氮气、二氧化碳、氢气、一氧化碳、二氧化硫、硫化氢以及微量的稀有气体（氦气、氖气、氩气、氪气等）。
我国煤层气成分检测始于标准MT/T 77—1984[26]，标准中规定气样浓度计算采用扣除空气法一直延用至今，MT/T 77—1994煤层气测定方法第一次把气体组分检测标准规定为“天然气的组成分析−气相色谱法GB/T 13610—1992”（MT/T 77—1984制订时还没有这个标准，最新标准为GB/T 13610—2020）[27-29]。煤田勘探钻孔煤样现场只解吸2 h[26-27]，一般不取气样，送实验室解吸时取2次气样，一是煤样粉碎前脱气采取（常温或加热阶段采取），二是粉碎后加热脱气采取（用于计算煤样粉碎后各气成分的含量），取第一次气样所测气成分扣除空气后归一化计算煤层气成分。气样是通过排水取气获得的，一方面CO2溶解度大，溶于水，测值偏低，另一方面含饱和水煤层气样直接进样测试气组分，总组分达不到100%（水分占有一定比例，GB/T 13610—2003采用先脱水再进样测试解决了这一问题[29]）。煤层气井现场在储层温度条件下解吸时间较长，持续到连续7 d每天平均解吸量小于或等于10 cm3时结束[30-32]，现场用气囊或气瓶采集3个气样（GB/T 19559—2004分别在解吸后4、24、96 h采取[30]，GB/T 19559—2008、GB/T 19559—2021分别在解吸后1、3、5 d采取[31-32]），煤层气各成分浓度取3次的平均值。现场解吸结束后送实验室将煤样粉碎后也是在储层温度条件下解吸，再采气样所测成分仅用于残余气各成分含量的计算。
2. 煤层气异常成分的界定
我国煤层气成分在垂向上的分布常沿用瓦斯的四带划分，即：CO2-N2带（CO2浓度：20%~10%，N2：80%~90%）、N2带（CH4<50%，N2>50%）、N2-CH4带（CH4：50%~70%，N2：50%~30%）及CH4带（CH4>80%）。
煤层气中异常气体成分无明确的界限。考虑煤层气中干气与湿气的划分、煤层气储量估算对煤层气成分的要求、《煤矿安全规程》规定及稀有气体的空气组成来分别界定煤层气中重烃、氮气/二氧化碳、硫化氢/一氧化碳及氩气/氦气/氢气异常。
煤层气中C2+浓度5%（体积分数，下同）是干气与湿气划分的界限，C2+浓度大于5%为湿气。因此，将煤层气中C2+浓度大于5%划分为C2+异常。煤层气资源/储量规范DZ/T 0216—2020规定参与煤层气储量估算的煤层气含量测定值中应剔除浓度超过10%的非烃类气体成分[4]。因此，将氮气/二氧化碳浓度大于10%划分为N2/CO2异常。此外，将有害气体浓度超过《煤矿安全规程》规定的上限标准（硫化氢浓度大于0.000 66%、一氧化碳浓度大于0.002 4%等）和稀有气体超过空气组成（氩气浓度大于0.934%、氦气浓度大于0.000 524%、氢气浓度大于0.000 5%）时称为异常浓度，超过上述浓度的煤层气成分称为异常成分。煤层气中异常成分/浓度赋存的区域称为煤层气成分/浓度异常区。
3. 我国煤层气成分分布特征
基于山西、安徽、贵州、河南、河北、云南、内蒙古、新疆、四川、陕西、黑龙江等地含气量达到煤层气储量评估规范DZ/T 0216—2020下限要求的各煤阶储层4 654个煤层气成分测试数据（煤层埋深介于96.3~1 448.0 m之间），统计分析表明实测
CH4、C2+、CO2、N2平均浓度分别为91.82%、0.85%、2.04%、5.19%，CH4浓度≥90%占77.44%，<60%仅占2.81%；C2+浓度<1%占85.32%，≥5%占5.16%；CO2浓度<5%占92.46%，≥10%占4.00%；N2浓度<5%占71.21%，≥10%占13.26%。（表2、图1）。
表 2 我国煤层气主要成分分布频率统计Table 2. Statistical on distribution frequency of major composition in CBM in China气体成分 分布参数 CH4 浓度区间/% <60 60~70 70~80 80~85 85~90 ≥90 样品数 131 121 173 229 396 3604 分布频率/% 2.81 2.6 3.72 4.92 8.51 77.44 C2+ 浓度区间/% <1 1~2 2~4 4~8 8~12 ≥12 样品数 3971 150 216 212 47 58 分布频率/% 85.32 3.22 4.64 4.56 1.01 1.25 CO2 浓度区间/% <5 5~10 10~15 15~20 20~25 ≥25 样品数 4303 165 55 41 45 45 分布频率/% 92.46 3.55 1.18 0.87 0.97 0.97 N2 浓度区间/% <5 5~10 10~15 15~20 20~25 ≥25 样品数 3314 723 262 153 43 159 分布频率/% 71.21 15.54 5.63 3.29 0.91 3.42 美国不同盆地不同煤阶煤的985个煤层气样中，CH4平均浓度为93.2%，C2+为2.6%，CO2为3.1%，N2为1.1%[33]，C2+平均浓度高于我国，N2低于我国，CH4与CO2相差不大。
4. 煤层气异常成分的成因研究进展
4.1 C2+异常
煤层气中C2+异常的成因有煤化作用阶段[34]、生气母质—显微煤岩组分[35-37]、油型气混入[38-39]、死孔封闭效应[40]等。国内外煤层气C2+浓度以 Ro,max=1.2%为中心随煤阶增加呈正态分布，异常集中分布在 Ro,max为0.6%~1.7%[16, 41-56]（图2），占比达到60%以上。部分无烟煤（Ro,max > 2.5%）残余气中出现C2+异常，如在我国黔西织纳煤田文家坝、大冲头等井田，高浓度C2+集中分布在Ro,max 介于2.8%~3.8%的高煤阶煤中，浓度高达15%以上，最高可达90%（图3）。在我国江西乐平、安徽广德、浙江长兴、江苏吴县树皮残植煤富集区普遍出现C2+异常[57]，在苏南锡澄虞含煤区C2+浓度达到21.11%[58]，云南恩洪向斜C2+异常区呈3条北西－南东向的带状产出[36]。
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图 2 国内外煤层气重烃浓度与煤阶的关系Figure 2. Relationship between heavy hydrocarbon concentration and coal rank in China and abroad4.2 CO2异常
CO2来源于煤层埋藏过程中有机质的脱羧反应[34]、有机质的细菌氧化反应[59]、煤层自燃[60]、与烧变岩有关的地下水溶解改造[61]、岩石化学作用、构造动力分解[62]、岩浆侵入与岩浆热力分解、自深部岩浆房或上地幔沿深大断裂运移并侵入煤系[63]等（图4）。
斯洛文尼亚Velenje盆地煤层气中CO2浓度异常区为构造封闭所致[64]，准噶尔盆地南缘系CO2生成、积聚、地下水参与下CO2的差异溶解消耗、运移分馏、微生物后期改造等综合地质作用的结果[65]，山西大同、甘肃窑街CO2浓度异常均与岩浆侵入煤层有关[23, 62]。
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图 3 黔西织纳煤田煤层残余气中重烃浓度与煤阶的关系Figure 3. Relationship between heavy hydrocarbon concentration in residual gas and coal rank in Zhina Coalfield, western Guizhou Province4.3 N2异常
煤层气中N2来源于有机质的含氮组分在煤化作用各个阶段所生成[34]。在有机质未成熟阶段（Ro,max < 0.6%），N2主要通过微生物氨化作用生成[66]；成熟至过成熟阶段（0.6%< Ro,max <2.0%），主要通过热氨化作用生成[67]。此外，部分地区N2异常源于古大气中的N2通过裂隙及地表水下渗[68]、部分放射性元素在衰变过程中产生或深部地幔中的气体运移至浅部或岩浆活动或岩石化学作用等（图5）[69-71]。
黑龙江鹤岗盆地N2浓度异常区系受埋藏史控制的古风化壳的影响[20]，江苏徐州垞城煤矿为煤层热演化生成的NH3被上覆红层中的Fe2O3氧化作用的结果[25]；煤系灰岩下伏煤层气中CO2与N2浓度异常区是在地层抬升剥蚀、地下水溶蚀灰岩的共同作用下煤层气与灰岩溶蚀空间中CO2和N2长期交换所致[72]，安徽淮南煤层气中CO2与N2浓度异常区是地层抬升剥蚀、煤系上覆基岩薄、后期新生界沉积巨厚、古大气持续下渗与煤层生物气、热成因气混合作用的结果[73]。
4.4 H2S异常
天然气中H2S异常有3种成因类型：生物成因、热化学成因和岩浆作用成因[74]。生物成因主要是微生物硫酸盐还原作用（BSR）[75]，热化学成因有热化学分解（TDS）[76]和热化学硫酸盐还原作用（TSR）[77]。我国煤层气中BSR成因占46.43%，BSR与TSR或TDS的混合成因占25.00%（图6）[21]。
山西潞安矿区石圪节煤矿H2S异常区位于逆断层下盘[78]，山东枣庄八一煤矿H2S异常区出现在燕山晚期辉绿岩岩墙的一侧[9]，新疆阜康矿区瓦斯中H2S异常煤矿多分布于逆冲推覆体的弧形构造部位和强烈构造煤发育区[79]。
4.5 稀有气体氦气异常
天然气中氦气主要来自大气、与地幔有关的原始成因氦（3He）、与地壳中铀、钍的α衰变有关的放射性氦（4He）。通常以R/Ra（R=3He/4He，代表样品同位素比值，Ra代表大气3He/4He比值，约为1.4×10−6）指示氦气的来源。鄂尔多斯盆地东缘石楼西煤层气区块氦气浓度介于0.02%~0.23%，R/Ra介于0.01~0.02[11]；新疆准南实测氦气浓度介于0~0.97%，乌鲁木齐河东地区R/Ra介于0.01~0.05[65] 、后峡煤层气区块R/Ra均在0.02左右；甘肃宝积山煤矿R/Ra介于0.02~0.03[80]、黑龙江鹤岗盆地R/Ra为0.07[20]，均显示典型的壳源气特征。而美国圣胡安盆地煤系气中氦气浓度高达7.27%~8.92%，确定为幔源成因气[81-82]。
鄂尔多斯盆地东缘煤系气中氦气异常区仅出现在离石断裂带与柳林尖家沟燕山期金伯利岩带和紫金山碱性岩体西侧的山西石楼西区块[69]，圣胡安盆地氦气异常也与岩浆侵入有关[71]，均受构造演化史控制。
5. 展 望
我国大规模煤田地质勘探集中于20世纪七、八十年代，当时测的煤层瓦斯就是煤层气，大多未进行H2S、He等成分测试，建议在今后的煤炭资源勘探和煤层气勘探中采用天然气的组成分析——气相色谱法GB/T 13610—2020测全气体成分。
CO2-ECBM与N2-ECBM实践证明对煤层气增产有效果，原位储层煤层气中CO2异常的新疆准南阜康矿区煤层气开发效果很好，但安徽淮南、黑龙江鹤岗地区CO2、N2异常煤层气开发效果不理想，建议加强煤层气井排采气成分的连续检测及CO2、N2异常煤层的气体解吸研究。
分析煤系自然伽玛测井响应特征，研究放射性异常煤（岩）层的铀、钍含量，确定煤系氦源岩，阐明氦源岩/储集层的垂向叠置特征及横向变化规律；研究煤系气中He与N2的关系，探讨烃-氦同源同储规律。
分析煤系中烃源岩与非烃源岩的生物化学、热化学与水化学产气作用、烃类与非烃类气体的地球化学特征，研究同位素分馏效应和交换反应、流体循环-稀释作用、水岩氧化-还原作用、生物代谢-衍生作用及有机气与无机气的相互作用，阐明煤层气中重烃、氧化物气体、硫化氢、惰性气体等单一气体或多组分气体浓度异常特征，揭示煤层气异常成分的成因。
综合研究地质构造、地下水流动、微生物及岩浆活动对气组分的改造作用，揭示不同气组分在不同地区运移、富集及保存的演化机制。
6. 结 论
1）界定煤层气中C2+、CO2、N2、H2S、He浓度分别超过5%、10%、10%、0.00066%、0.000524%时为异常气体成分。
2）我国煤层气中CH4、C2+、CO2、N2平均浓度分别为91.82%、0.85%、2.04%、5.19%，C2+、CO2、N2异常占比分别为5.16%、4.00%和13.26%。
3）煤层气中C2+异常主要与煤化作用和煤岩组成有关，CO2、He异常主要受岩浆岩和断裂构造控制，N2异常与古风化壳有关，H2S异常主要为微生物硫酸盐还原作用和热化学硫酸盐还原作用的结果。
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图 1 松藻矿区构造与关闭煤矿分布
Figure 1. Songzao mining area structure and closed coal mine distribution map
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图 2 K23煤矿剖面图及煤层分布示意
Figure 2. Profile and coal seam distribution diagram of K23 coal mine
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图 3 关闭煤矿涌水（流）量监测动态曲线
Figure 3. Dynamic curve of water inflow monitoring in closed coal mine
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图 4 关闭煤矿涌水量自相关函数与涌水量−降雨量互相关函数
Figure 4. Self-correlation function of water inflow and cross-correlation function of water inflow and rainfall in closed coal mine
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图 5 关闭煤矿涌水主要阴阳离子与TDS含量关系
Figure 5. Relationship between TDS content and main anions and cations in water inflow of closed coal mines
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图 6 关闭煤矿涌水水化学成分Piper三线图
Figure 6. Piper triplot of chemical composition of coal mine water inrush
序号 地层代号 平均厚度/m 含水层类型 含水性质 主要岩性 水质类型 1 T1j4−5 505 强含水层 岩溶裂隙承压含水层 石灰岩白云岩 HCO3 −+SO4 2−−Ca2++Mg2+ 2 T1j3 36 隔水层 — 钙质泥岩 — 3 T1j1−2 110 中等含水层 岩溶裂隙承压含水层 石灰岩 HCO3 −−Ca2++Mg2+ 4 T1f1−2 178 隔水层 — 钙质泥岩 — 5 T1y2−3 86 中等含水层 岩溶裂隙承压含水层 泥质灰岩石灰岩 HCO3 −−Ca2++Mg2+ 6 T1y1 41 隔水层 — 钙质泥岩，泥质灰岩 — 7 P3c 51 弱含水层 岩溶裂隙承压含水层 石灰岩 HCO3 −−Ca2+, HCO3 −+SO4 2−−K++Na++Ca2+ 8 P3l 74 隔水层 — 碎屑岩、煤层 — 9 P2m >100 弱含水层 岩溶裂隙承压含水层 石灰岩 HCO3 −−K++Na++Ca2+, Cl−+HCO3 −−K++Na++Ca2+ 
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表 2 关闭煤矿涌水水质常规指标及微生物指标统计结果
Table 2 Statistical results of conventional indexes and microbial indexes of water inflow from closed coal mines
项目 pH 质量浓度/（mg·L−1） 菌落总数/
(CFU·mL−1)总大肠菌群/
(MPN·100 mL−1)TDS Na++K+ Mg2+ Ca2+ Cl− SO4 2− HCO3 − 最小值 2.87 211.60 3.19 8.88 61.72 3.49 85.24 0.00 未检出 未检出 最大值 7.92 1556.96 273.54 129.41 410.07 30.05 640.61 423.45 620.00 200.50 平均值 5.92 678.82 68.78 37.26 183.89 11.34 276.01 143.72 99.22 43.43 标准偏差 2.28 440.53 79.48 37.75 115.96 8.72 173.75 145.24 199.70 68.06
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表 3 矿井水样Pearson相关系数
Table 3 Pearson correlation coefficient of mine water samples
煤矿编号 K05 K07 K21 K23 K27 K29 K30 K33 K36 K05 1 K07 0.980** 1 K21 0.985** 0.960** 1 K23 0.609 0.667 0.655 1 K27 0.822* 0.798* 0.861** 0.867** 1 K29 0.889** 0.893** 0.920** 0.889** 0.973** 1 K30 0.836** 0.855** 0.879** 0.933** 0.959** 0.992** 1 K33 0.660 0.681 0.719* 0.965** 0.885** 0.909** 0.944** 1 K36 0.964** 0.993** 0.949** 0.670 0.797* 0.889** 0.855** 0.662 1 注：*表示在0.05级别（双尾）上显著相关；**表示在0.01级别（双尾）上显著相关；相关性系数大于0.990加粗标下划线。
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表 4 研究区关闭煤矿涌水特征及来源
Table 4 Characteristics and sources of water inrush from closed coal mines in study area
煤矿编号 关停年份 矿井口
所在地层矿井口
高程/m开采标高/m 涌水动态特征 涌水水化学特征 涌水主要来源 K05 — P3c 383 — 涌水量小；与降雨弱相关，滞后响应时间≤15 d pH=2.88；
TDS含量中等矿坑老空水 K07 — P3c 370 — 涌水量中等；与降雨中等相关，滞后响应时间≤15 d pH=3.03；
TDS含量较高矿坑老空水 K15 2016 T1y 569 +662～+535 涌水量小；与降雨中等相关，滞后响应时间≤15 d — 含水层释水 K21 2015 P2m 499 — 涌水量小；与降雨强相关，滞后响应时间≤15 d PH=6.52；
TDS含量高大气降雨
矿坑老空水K23 2015 P3c 980 +1019～+841 涌水量中等；与降雨中等相关，滞后响应时间≤15 d pH=7.44；
TDS含量低
微生物含量高大气降雨 K27 2014 P3c 851 +1160～+845 涌水量中等；与降雨中等相关，滞后响应时间约1个月 pH=7.55；
TDS含量较高；
微生物含量较高含水层释水 K29 2014 T1y 1148 +1380～+950 涌水量大；与降雨弱相关，滞后响应时间约1个月 pH=7.92；
TDS含量中等；
微生物含量较高含水层释水 K30 — T1y 1106 — 涌水量大；与降雨中等相关，滞后响应时间约1个月 pH=7.68；
TDS含量中等含水层释水 K33 2013 P2m 1316 +1460～+1140 涌水量大；与降雨弱相关，滞后响应时间≤15 d pH=7.39；
TDS含量低含水层释水 K36 2015 P2m 820 +980～+840 涌水量小；与降雨中等相关，滞后响应时间≤15 d pH=2.87；
TDS含量高矿坑老空水
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