NB T 10381-2019 煤矿充水水源氢氧稳定同位素示踪技术规范.pdf

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1、ICS 13. 060. 30 D 00/09 中华人民共和国能源行业标准 NB/T 103812019 煤矿充水水源氢氧稳定同位素示踪 技术规范 Technical Specification for Hydrogen and Oxygen Stable Isotope Tracing Water-inrush Sources of Coal Mines 2019-12-30 发布 2020-07-01 实施 国家能源局 发布NB/T 103812019 目 次 i f 刖胃 . . i m m . . 2 规范性引用文件. 3 术语和定义. 4 一M财 . 5 取样与测试. 5 . 1 取

2、样地点. 5 . 2 取样与送样方法. . 5. 3 测定内容与方法. . 5 . 4 测定精度. 6 氢氧稳定同位素示踪分析. 6 . 1 示踪原理与示踪技术. 6 . 2 示踪过程及水源识别. 6 . 3 示踪成果提交. . 附录A (资料性附录） 氢氧稳定同位素示踪机理及影响因素.7 附录B (资料性附录） 我国部分城市大气降水线统计.8NB/T 103812019 -A.f 钃 刖 目 本标准依据GB/T 1. 12009给出的规定起草。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。 本标准由中国煤炭工业协会提出。 本标准由中国煤炭工业协会归口。 本标

3、准主要起草单位:安徽晟北辰地质勘测设计有限公司、 安徽兴皖能源交通安全工程有限公司、 安徽省皖北煤电集团有限责任公司、 广州市邦富软件有限公司、 福州华虹智能科技股份有限公司、 华北 科技学院、 合肥工业大学、 合肥兴皖煤炭化工科技有限公司、 合肥迈托机电设备科技有限公司、 安徽国科 检测科技有限公司等。 本标准参与起草单位： 中国科学技术大学、 中国矿业大学、 安徽双盈标准技术服务有限公司、 安徽理 工大学、 淮南矿业(集团） 有限责任公司等。 本标准主要起草人:计承富、 吴玉华、 陈陆望、 段中稳、 张杰、 牛彦、 计恩良、 王瑞丽、 邵栋梁、 殷晓犧、 翟福勤、 凌标灿、 顾涛、 周官群

4、、 李培根、 许能清、 鲁小春、 陈玉桂、 邓川、 刘公君、 冯中胜、 吴小平、 贾腾、 程健维、 岳明鑫、 杨晓东、 胡雄武、 吴昭、 徐浩、 胡代明、 陈博文、 张翼高飞、 高兰等。NB/T 103812019 煤矿充水水源氢氧稳定同位素示踪 技术规范 1范 围 本标准规定了我国煤矿充水水 氢氧稳定同位素示踪分析。 本标准适用于我国煤C 2 规范性引用文件 下列文件对于 文件。凡是不注曰 GB/T 12719 H J/T 1 64- M T/T 109 3 术语和定义 下列术语和 31 同位素 isot 具有相同原 质几乎相同， 但原 表示是在该元素符萼 3. 2 稳定同 位 素 stab

5、le 核素中不具有放射性 33 环境同位素 environmental 已存在于自然环境中的同位素， 5 期的版本适用于本 同 一 化 学 种原子之一， 在元素周期占#同一位置， 化学性 量数 + N .从而 H. m沾性质、 政 和物质/所差异。同位素的 注明 E M数（ 如 氧 - 般用来 J 示） 。 为产生， 但现在它们在环境中的变化只 受天然过程的制约， 而不再受任何人为控制。 3. 4 大气降水线 meteoric water line 全球或特定区域大气降水氢-氧同位素组成之间的线性相关线。 蒸发线 evaporation line 大气降水在入渗过程中受蒸发作用的影响， 孤)、

6、 俨0 值表现出特定的线性相关性。NB/T 103812019 3. 6 大气降水年平均值 annual mean value of meteoric water 在 5I318 关系图中， 大气降水线与蒸发线交点的S值。 3. 7 主要充水含水层 main water*inrush aquifer 我国煤矿采掘过程中可能导致水害事故的含水层， 华北隐伏型煤田主要充水含水层一般包括第四 系松散层底部含水层， 煤系砂岩裂隙含水层与岩溶含水层等。 3. 8 充水水源 wateMnrush source 煤矿采掘过程中所揭露空间的涌水来自某一或多个含水层的地下水。 3. 9 地下水补给端元 grou

7、ndwater recharge endmember 地下水在发生混合前不同类型充水水源氢氧稳定同位素组成的初始背景值。 4 一般要求 4. 1 目标矿井为生产或在建矿井。 4 . 2 通过获取充水期或水害预兆期氢氧稳定同位素水文地球化学信息的变化， 示踪充水水源， 必须就 整个矿区而不是单一目标矿井开展水文地球化学场特征分析。 4. 3 应符合 G B /T 127191991、 H J/T 1642004 和 M T /T 10912008 相关要求。 5 取样与测试 5. 1 取样地点 5- 1. 1 目标矿井及其所在矿区其他矿井(具有统一的水文地质单元)井下涌水点、 出水孔、 地质与水

8、文 地质勘探孔， 地下水位地面长期观测孔以及矿区地表水体(湖、 河、 塘以及采煤塌陷区） 。 5. 1.2 应符合 HJ/T 1642004 第 3 章。 5.2取样与送样方法 5.2.1取样方案 取样方案应包括:取样目的、 取样时间和路线、 取样地点、 取样数量、 取样人员及分工、 取样器材、 需 要现场监测项目、 室内监测项目、 取样质量保证等。 5.2.2取样原则 依据不同的水文地质条件和现场取样条件， 结合矿井生产实际情况， 力求以最低的取样频次取得最 有代表性的样品， 达到全面反映矿区地下水质状况和同位素组成特征的目的。 5.2.3取样方法 要求如下： a ) 取样前， 先用待取水样

9、点水冲洗聚乙烯或硬质玻璃取样瓶(250 m L容量) 3 次以上。 b ) 取样时应在水流中心处取样， 水样必须注满取样瓶， 上部不留空隙。 c ) 在水样装入容器后不加任何保护试剂。d) 采集水样后， 立即将水样容器瓶盖紧、 密封， 贴好标签， 标签设计可以根据各矿井具体情况而 定， 一般包括取样地点、 取样日期和时间、 水样所属含水层、 取样人等。 e ) 取样结束前， 应核对取样方案、 取样记录及水样， 如有错误或漏取， 应立即重取或补取。 5. 2. 4 地下水取样质量保证 NB/T 103812019 要求如下: a ) 取样人员必须切实掌握地下水取样技术， 熟知取样器具的使用和样品

10、保存、 运输条件。 样容 贡玻璃瓶 硬 户应避免日光照射， 气 温 异 常 应采取适 送样单， 标明送样单位. ： :数 n丨 :、 样品编号、 分 b) 取样过程中取样人员不应有影响 品密封现场吸烟等。 c ) 每次测试结束后， 除 必 P n r d) 各矿井应配置样品. 存放， 不得混淆 e ) 同一取样点应 ， 如使用化妆品与在取样、 样品分装时及样 緊应及时界 品应按取样 地 肩 水 测 定项目， 分类编号与分架 以上进， 取 样 护、 安 全 止发生意外事故。 5.2.5送样方法 聚Y 烯薄膜覆盖瓶口 否$ 全部装人箱中。 议1 勿倒置” 等明显 令、 Ik的人M进行看管， 防止样

11、品损坏和受污染 与分析要求 : 中 二 同位素 要求如下： ， a) 水 样 装 水 样 容 器 并 用 细 塞与瓶颈系 b) 同一 c ) 装箱曰 标志。 d) 运输 e) 样品尨 f ) 送样时 5. 3 测定内容与 5.3.1 6 值 应按以下公式计 r 标样的同位素比值， 如( b n ( i8o/i6)心 s样 以千分偏差（ 。 )表示样品的 7 ! 准比_ 偏离度。 5. 3.2 5D 的测定 用质谱仪测定， 采用锌或铬反应法， 测定结果以相对于V-SM OW标准的千分差表示； 应符合 H J/T 1642004第 5 章相关规定。 5. 3. 3 5180的测定 用质谱仪测定，

12、采用水-二氧化碳平衡法， 测定结果以相对于V-SM OW标准的千分差表示;应符合 H J/T 1642004第 5 章相关规定。NB/T 103812019 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 51 8 0/(%, SM O W) 5.4测定精度 5.4. 1 5D 测置精度 -满 足 （ 0.2% 2 . 0 % 。 ） 范 围 。 5.4.2 古地下水的混合作用。 e ) 地下水样点5 D 与俨大于地区大气降水年平均值因素： 大气降水滞留入渗补给。 C M 1 ) / S 图1含水层水样点关系图-160 -200 -25 -20 -15 -10 -5 0 5lsO(%) 图2

13、地下水氢氧稳定同位素混合作用示意图 b) 氢氧稳定同位素混合比例计算。 假定端元水样A 在混合水中所占比例为私， 端元水样B 在混合水中所占比例为_ R2， 则端元水样C 在混合水中所占比例为1 一 私 ， 依据混合水中 D 和180质量守恒关系计算出端元水样A 、 B 、 C 在混 合水中所占比例。混合水中D 和180 质量守恒关系式如下： SD XR, +SD bXR2 + c X (1- i?, - R2)= 8Dm . ( 2 ) SnOAXR1+SlsOBXR2+dlsOcX a - R, - Rz)=SnOM . ( 3 ) 式中： 端元水样A 中 D 的含量； 5 Db 端元水样

14、B 中 D 的含量； 端元水样C 中 D 的含量； 妒8 a 端元水样A 中18 O 的含量； 6.1.2矿区地下水补给端元确定 6- 1.2. 1 使用氢氧稳定同位素确定混合比例的前提条件 要求如下： a) 具有长时间监测获得的地区大气降水线以及区域地表水蒸发线， 如暂时没有地区大气降水 线， 可在附录B 中按纬度相近选取附近城市的大气降水线来代替， 区域地表水蒸发线可用矿 区地表水体线来代替。 b) 端元水样的氢氧稳定同位素组成存在明显差异， 且氢氧稳定同位素组成未与岩石相互作用而 发生改变。 c ) 矿区不同时期各类水体在紅)-5180关系图中的水样点， 特别是主要充水含水层水样点较多，

15、 且 能够围限所有水样点并基于地区大气降水线以及区域地表水蒸发线绘制1 个三角形， 该三角 形三个顶点对应的3 值可认为是不同补给端元氢氧稳定同位素组成。 6. 1.2.2氢氧稳定同位素混合比例值计算 计算方法如下： a) 氢氧稳定同位素混合比例解释。 补给端元A 、 B、 C， 其中 A 代表低5 值的古地下水， B 代表大气降水产生蒸发效应后高5 值的滞留 人渗水， C代表大气降水未经地面蒸发效应的中等3 值的直接入渗水， 则待测混合地下水V I的同位素 组成位于由点A 、 B 与 C 所确定的三角形范围内， 其混合比例取决于三角形A M B、 B M C和 A M C面积 的相对大小。地

16、下水氢氧稳定同位素混合作用示意图如图2 所示。 40 NB/T 103812019 o o o 4 8 2 I I 1 0 % NB/T 103812019 518 b 端元水样B 中1 8 的含量； 18 c 端元水样C 中18 0 的含量； SBU 混合地下水D 的含量； 妒8 m 混合地下水18 0 的含量。 6. 2 示踪过程及水源识别 应按如下方法： a ) 根据区域水文地质条件， 结合矿井地质背景与生产涌水情况、 各含水层接受大气降水补给机 制与补给程度、 含水层径流排泄条件等， 确定矿井主要充水含水层补给端元A 、 B、 C 的混合 特征。 b) 按照时间顺序在取样点取样， 动态

17、监测取样点地下水氢氧稳定同位素组成Q 值） 。 c ) 按照6 . 1. 2. 2 方法计算出水样氢氧稳定同位素组成及补给端元a 、 B、 C 的混合比例值。 d ) 按照时间顺序比较水样氢氧稳定同位素组成及补给端元混合比例值的变化， 从而示踪充水 水源。 6. 3 示踪成果提交 为保证示踪分析的准确性， 需提交如下成果： a ) 矿井及所在矿区水文地质条件及主要充水含水层水循环背景的介绍。 b) 取样记录与相关图件(水文地质平面图或剖面图） 。 c ) 各取样地点水样氢氧稳定同位素组成(?值） 。 d) 8关系图中绘制水样同位素含量散点图。 f ) 在紅)-5180关系图中， 围限所有水样散

18、点并基于地区大气降水线以及区域地表水蒸发线绘制 三角形ABC(A、 B、 C 为补给端元） 。 g ) 补给端元A 、 B、 C氢氧稳定同位素5值。 h) 取样地点不同时期水样补给端元A 、 B、 C 的混合比例值。 i ) 取样地点不同时期水样补给端元A 、 B、 C 的混合比例的动态变化规律。NB/T 103812019 附 录 A (资料性附录） 氢氧稳定同位素示踪机理及影响因素 A. 1 氢氧稳定同位素示踪机理 度呈正+关 和俨0 師度的增川I， 大气降水屮的机 随f f海拔A 度增加， 大H 降水 内陆， 大气嘷水中的机）和 ()值降低。 都 对 夏 季 ， : . 降 水 中 的

19、占 的 负 相 关 关 系 低 。 m 水循环过程中由于同位素质量处 和16相对于其重同位素来说更 液态水中相对富集D 和180 水中相对水蒸气富集D 利 A. 2 彩响大气降水 贷 ， 会 产 生 不 同 氢 氧 同 位 素 组 成 。当水蒸发时 H 中 和 1 8 0 ， 犯 和 俨 0 更 “ 负” ， 而 雨水时， 先 敏态相中， 从而使得形成的雨 A. 2. 1 A. 2. 2 A. 2. 3 A.2. 4 A. 2. 5 A.2. 6 温度效应； 纬度效座 海拔髙& 大陆效 季节效 雨量效 量越大， 大气降 7NB/T 103812019 附 录 B (资料性附录） 我国部分城市大

20、气降水线统计 依据全球降水方程5180关系为我国不同地区大气降水线（ LMWL)， 其截距不为零则是由于自然界的蒸发过程中常 伴有同位素动力学分馏效应导致。表 B. 1 给出了我国不同地区的当地降水线（ LMWL)。 表 B. 1 我国不同地区大气降水线统计 地点 年份 方程 相关系数私 样品数 包头 19861992 犯=6_ 36汐 185. 16 0. 93 60 长春 19992001 =3. 981826. 39 0. 82 22 长沙 19982001 D= 8. 350+14, 65 0. 97 56 成都 19861998 占 D=6. 87d180 2. 86 0. 92 6

21、7 福州 19861992 汐 D=8. m iaO+ l l, 81 0. 92 71 广州 19861989 dD=7. 80俨+5 56 0. 84 30 桂林 19831990 D=8. 3718+16. 69 0. 98 91 贵阳 19881992 沒 D=8. 83$80+22. 03 0. 98 57 哈尔滨 19861997 =5. 8118-16. 63 0. 87 34 海口 19882000 dD = 7 . m 1Bo - -e . 11 0. 93 58 和田 19881992 犯=8卿 180+11. 41 0. 99 47 锦州 19871989 紅)=5. 7

22、8妒 8 0 11- 21 0. 80 12 昆明 19862002 =6. 6a 18 0-1. 83 0. 91 140 兰州 19851999 占 D= 7. 000+1. 51 0. 94 39 拉萨 19861992 dD = 8 . 0918 O+12. 52 0. 98 42 柳州 19881992 dD = 7 . 18180+1. 338 0. 91 53 南京 19871992 8D= 8. 51 妒 8 0+17, 90 0. 97 58 齐齐哈尔 19881992 =7. 59汐 180 0 03 0. 98 50 石家庄 19852002 犯=6. 09,-5_ 78

23、 0. 86 136 太原 19861988 =6. 4118-4. 77 0. 94 20 天津 19882001 D = 6 . 5618 O+0. 27 0. 88 64 武汉 19861998 dD = 7 . 96180+5. 1 0. 90 50 I 乌鲁木齐 19862002 97浐 0+0. 12 0. 94 119 西安 19851992 49WO+6. 15 0. 92 60 烟台 1986 1991 ( S D 6. 29(518 0 _ 3. 55 0. 81 44 银川 19881992 8D = 7 . 21180+5. 44 0. 96 30NB/T 103812

24、019 表 B. 1 我国不同地区大气降水线统计（ 续） 地点 年份 方程 相关系数私 样品数 郑州 19851992 D=6. 758-2. 70 0. 88 57 遵义 19861992 =7_ 76,0+9. 90 0. 93 73中华人民共和国能源 行业标准 煤矿充水水源氢氧稳定同位素示踪 技术规范 NB/T 103812019 * 应急管理出版社出版 (北京市朝阳区芍药居35号 100029) 网址： www. cciph, com. cn 北京建宏印刷有限公司印刷 全国新华书店经销 NB/T 103812019 * 开本 880mmX 1230mm 1/16 印张 1 字数17千字 2020年4月第1版 2020年4月第1次印刷 15 5020 1042 社内编号20200299 定 价 15. 00元 版权所有违者必究 本书如有缺页、 倒页、 脱页等质量问题， 本社负责调换