有關(guān)煤礦床水文地質(zhì)勘查類型問題的討論

方向清，沈智慧，任虎俊，李本軍

（中國煤炭地質(zhì)總局水文地質(zhì)局，河北邯鄲 056004）

有關(guān)煤礦床水文地質(zhì)勘查類型問題的討論

方向清，沈智慧，任虎俊，李本軍

（中國煤炭地質(zhì)總局水文地質(zhì)局，河北邯鄲 056004）

水文地質(zhì)勘查類型的正確劃分是礦床水文地質(zhì)勘查設(shè)計(jì)的依據(jù)，是建立在正確認(rèn)識(shí)礦床水文地質(zhì)條件基礎(chǔ)上進(jìn)行的?，F(xiàn)行規(guī)范一股劃分為3類3型。隨著煤炭資源的不斷開發(fā)，特別是進(jìn)入21世紀(jì)以來，西部煤炭資源的開發(fā)和煤炭資源開采深度不斷加大，礦床充水條件發(fā)生了變化，主要水害的類型也發(fā)生了變化。從煤礦床水害類型、充水條件、勘查方法的選擇、地下水賦存空間特征等方面闡述了煤礦床水文地質(zhì)勘查類型劃分的依據(jù)和方案，依據(jù)礦床充水水源類型和水文地質(zhì)條件復(fù)雜程度將煤礦床水文地質(zhì)勘查類型劃分為5類3型，并提出了相應(yīng)勘查的工作量，為煤礦床水文地質(zhì)勘查設(shè)計(jì)提供了科學(xué)的認(rèn)識(shí)方案。

水文地質(zhì)；礦井突水；《規(guī)范》制定；勘查類型；老空水；地表水；工程量

進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著煤炭資源產(chǎn)量由2000年的10億t，到2014年煤炭產(chǎn)量已增長到38.7億t，煤礦開采條件日益復(fù)雜，為了查明和評價(jià)礦井充水條件，煤礦企業(yè)根據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》要求進(jìn)行了相應(yīng)的補(bǔ)充水文地質(zhì)勘查。在礦井補(bǔ)充水文地質(zhì)勘查工作中主要依據(jù)《煤礦防治水規(guī)定釋義》《煤礦防治水手冊》《煤、泥炭地質(zhì)勘查規(guī)范》（DZ/T 0215-2002）、《礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范》（GB 12719-91）、《煤礦床水文地質(zhì)、工程地質(zhì)及環(huán)境地質(zhì)勘查評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（MT/T1091-2008）等相關(guān)規(guī)定和規(guī)范。這些規(guī)范勘查類型劃分基本一致，都為3類3型，只是第3類亞類上有不同[1-2]；2016年2月錢學(xué)溥等根據(jù)水文地質(zhì)條件復(fù)雜程度將礦區(qū)水文地質(zhì)勘查類型劃分為復(fù)雜、中等、簡單3個(gè)類，并給出了相應(yīng)的推薦工作量[3]。作者等于2011年也提出煤礦床水文地質(zhì)勘查類型劃分方案[4]。在中國地質(zhì)科學(xué)院水環(huán)所修訂《礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘查規(guī)范》和中國煤炭地質(zhì)總局水文地質(zhì)局制定《煤礦專門水文地質(zhì)勘查規(guī)范》（以下簡稱“《規(guī)范》”）和《煤田水文地質(zhì)勘查規(guī)范》之際，本文從煤礦水害類型、水文地質(zhì)條件復(fù)雜多樣、勘查技術(shù)手段及評價(jià)方法等有關(guān)方面就《規(guī)范》中采用的方案提出一些想法，以供大家商榷。

1　《規(guī)范》制定的必要性

1.1水害類型的變化

從表1和表2可知，隨著煤礦大規(guī)模開采水害事故種類發(fā)生了較大變化。2005年前水害水源主要是奧灰水和裂隙水，20起水害中只有1起是老窯水。而表2中2006至2015年10 a間，煤礦重特大水害事故41起，老空水32起，地表水5起，孔隙水1起，奧灰水1起，也就是說老空水重特大水害事故占78%，地表水占12%，兩者占比達(dá)90%以上。為此，《安全生產(chǎn)“十二五”規(guī)劃》（國辦發(fā)[2011]47號(hào)）根據(jù)《國務(wù)院安委會(huì)關(guān)于落實(shí)安全生產(chǎn)“十二五”規(guī)劃主要目標(biāo)和任務(wù)工作分工的通知》（安委[2012]1號(hào)）要求開展煤礦水文地質(zhì)和老空區(qū)普查工作重大專項(xiàng)。這些數(shù)據(jù)足以支撐將老空水和地表水充水礦床作為礦井水文地質(zhì)勘查類型中一類。

表1　歷次大型突水事故統(tǒng)計(jì)[4]Table 1 Statistics of all previous large water bursting accidents[4]

1.2充水條件的變化

由表1和表2可知，主要充水水源類型發(fā)生了較大變化：其一是老空水成為煤礦主要充水水源，老空水其賦存條件與地下水是不同的[4]；其二是地表水也成為僅次于老空水的主要充水水源之一。隨著西部煤炭資源的開發(fā)，頂板充水含水層的特征也發(fā)生了較大變化，西部侏羅、白堊系煤層頂板為厚度較大的中生代孔隙-裂隙含水層，雖然單位涌水量有時(shí)不大，但其靜儲(chǔ)量較大，也往往對煤礦開采構(gòu)成較大的威脅。

1.3勘查方法的不同

老空水類充水礦床勘查方法是以調(diào)查為基礎(chǔ)，輔以綜合物探，最后再進(jìn)行鉆探驗(yàn)證。地表水類充水礦床是以調(diào)查為主，輔以物探和鉆探。

1.4評價(jià)方法的不同

老空積水量評價(jià)方法和危險(xiǎn)性評價(jià)方法不同于含水層。老空積水只是計(jì)算其老空區(qū)所含水的體積，如式（1）；而含水層對礦井涌水量的計(jì)算基于達(dá)西定律，如式（2），及其所推導(dǎo)的井流公式（裘布依公式、泰斯公式）。

當(dāng)老空積水區(qū)形狀不規(guī)則，積水區(qū)走向長度和垂高不容易計(jì)算得到時(shí)，采用公式（1）計(jì)算。

式中：W靜——采空積水區(qū)靜儲(chǔ)量，m3；

K采——老空積水區(qū)充水系數(shù)，0.3～0.5；

H——老空區(qū)積水深度，m；

F——老空積水區(qū)面積，m2；

α——煤層傾角，(°)。

某一含水層的動(dòng)涌水量可采用達(dá)西定律計(jì)算：

式中：Q——單位時(shí)間內(nèi)通過斷面地下水流量，m3/d；

K——滲透系數(shù)，m/d；

J——水力坡度；

A——過水?dāng)嗝婷娣e，m2。

1.5三類劃分方案不能有效指導(dǎo)礦床水文地質(zhì)勘查設(shè)計(jì)工作

礦床水文地質(zhì)勘查主要任務(wù)不是查明是否有水，水量多大的問題，而是要查明充水條件，充水水源、充水通道、充水方式、充水強(qiáng)度是充水條件的四個(gè)核心因素。因而，礦床水文地質(zhì)勘查類型僅以水文地質(zhì)條件復(fù)雜程度劃分為復(fù)雜、中等、簡單3類僅反映充水強(qiáng)度一個(gè)方面，在實(shí)際使用過程中筆者認(rèn)為存在以下兩個(gè)問題：一是沒有反映充水水源，即沒有明確勘查對象，不利于對勘查設(shè)計(jì)總體把握；二是沒有反映充水方式和充水通道，對于勘查手段和評價(jià)方法的選擇指導(dǎo)意義不大。

表2　2006—2010年全國煤礦重特大水害事故統(tǒng)計(jì)Table 2 Statistics of 2006-2010 coalmine important and extra large water hazardous accidents in the country

2　《規(guī)范》擬采用的勘查類型

2.1礦床充水類型劃分

按直接充水水源的類型，把礦床充水類型劃分為五類，參見表3。

表3　礦床充水類型Table 3 Mine water filling types

2.2勘查的復(fù)雜程度劃分

按水文地質(zhì)條件復(fù)雜程度，把勘查的復(fù)雜程度劃分為三個(gè)型，參見表4。

表4　勘查的復(fù)雜程度分類Table 4 Exploration complexity classification

3　《規(guī)范》擬采用工作量

通過對近10 a來勘查成果報(bào)告的綜合分析，對現(xiàn)行規(guī)范勘查工作量進(jìn)行了相應(yīng)修改，見表5。

表5　礦井水文地質(zhì)勘查基本工作量Table 5 Mine hydrogeological exploration basic workload

根據(jù)成果報(bào)告中抽水試驗(yàn)成果計(jì)算礦井涌水量存在較大誤差原因的分析，應(yīng)將直接充水含水層分為主要直接充水含水層和次要充水含水層，并對其工作量進(jìn)行了相應(yīng)調(diào)整，以提高主要充水含水層水文地質(zhì)參數(shù)的可靠程度。

礦床水文地質(zhì)工作主要是面上控制，重點(diǎn)詳細(xì)研究，為此，把物探提升為主要勘查手段，特別是對于復(fù)雜水文地質(zhì)條件，應(yīng)進(jìn)行綜合物探工作。

對于老空水類和地表水類礦床，水文地質(zhì)調(diào)查同樣是主要手段，提高了比例尺要求。

表5和表6的工作量是針對勘探階段提出的，如已作過并且成果資料可利用，可相應(yīng)減少工作量。

表6　專門水文地質(zhì)勘查基本工程量Table 6 Special hydrogeological exploration basic workload

4　勘查實(shí)例

如前所述，老空水和地表水已成為煤礦水害主要充水水源之一，盡管現(xiàn)行規(guī)范沒有此二種勘查類型，但勘查實(shí)踐中，勘查單位仍根據(jù)實(shí)際水文地質(zhì)條件，進(jìn)行了專門老空區(qū)及積水和地表水水文地質(zhì)勘查工作。實(shí)踐表明這兩類充水礦床的水文地質(zhì)所采用的勘查方法、評價(jià)方法都不同常規(guī)的地下水勘查。本文以王家?guī)X煤礦201盤區(qū)老空水勘查為例進(jìn)行說明。

山西省煤炭地質(zhì)物探測繪院和煤炭科學(xué)研究總院西安研究院分別于2010年先后在王家?guī)X井田201盤區(qū)進(jìn)行了地面物探工作，發(fā)現(xiàn)大量的采空區(qū)及物探異常區(qū)。201盤區(qū)內(nèi)2#煤采空區(qū)12處、探測異常區(qū)7處；203盤區(qū)2#煤采空區(qū)1處。201盤區(qū)采空區(qū)分布于西區(qū)南部4處，編號(hào)為CK1、CK2、CK3、CK4；西區(qū)北部3處，編號(hào)為CK10(原物探編號(hào)為采空Ⅱ)、CK11(原物探編號(hào)為采空Ⅰ)、CK12(原物探編號(hào)為采空Ⅲ)；分布于東區(qū)5處，編號(hào)為CK5、CK6、CK7、CK8、CK9。異常區(qū)分布于西區(qū)4處，編號(hào)為異常區(qū)Ⅰ、異常區(qū)Ⅱ、異常區(qū)Ⅲ、異常區(qū)Ⅳ；東區(qū)3處，編號(hào)為異常區(qū)2-1、異常區(qū)2-2和異常區(qū)2-3。2煤采空區(qū)和異常區(qū)是由三維地震勘探和地面瞬變電磁勘探確定的。

中國煤炭地質(zhì)總局華盛水文地質(zhì)勘察工程公司2011年6～8月實(shí)施了采空區(qū)和異常區(qū)地面鉆孔驗(yàn)證工程（圖1）。結(jié)果表明：

（1）CK2、CK6、CK7、CK8為采空區(qū)；

（2）CK13、異常區(qū)Ⅱ、異常區(qū)Ⅲ、異常區(qū)Ⅳ、異常區(qū)2-2為局部采空區(qū)；

（3）CK12、異常區(qū)Ⅰ、異常區(qū)2-3為驗(yàn)證孔正常。

（4）CK6采空區(qū)內(nèi)CK6-3鉆孔、CK7采空區(qū)內(nèi)CK7-2鉆孔、CK8采空區(qū)內(nèi)CK8-1、CK8-2鉆孔有積水。

該驗(yàn)證成果對礦井制定具體的防治水措施起到了事半功倍的作用。

實(shí)踐證明，對于老空水勘查，在調(diào)查的基礎(chǔ)上，主要是通過綜合物探探測老空異常區(qū)的分布及其積水異常情況，再進(jìn)行鉆探進(jìn)行驗(yàn)證以確定老空區(qū)的分布，以及積水情況。

圖1　采空區(qū)及異常區(qū)驗(yàn)證成果Figure 1 Verified results of gob and abnormal areas

5　結(jié)語

本文通過分析研究大量勘查成果資料，從煤礦的水害類型的變化、充水條件的變化、勘查方法的不同、評價(jià)方法的不同、礦井水不同于固體礦床等方面討論了水文地質(zhì)勘查類型的劃分方案依據(jù)，給出了《規(guī)范》采用的勘查類型劃分方案和相應(yīng)的工作量。

[1]國家技術(shù)監(jiān)督局.GB 12719-91《礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范》[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1991.

[2]中華人民共和國國土資源部.DZ/T 0215-2002《煤、泥炭地質(zhì)勘查規(guī)范》[S].北京：地質(zhì)出版社，2003.

[3]錢學(xué)溥，任虎俊，楊光輝，等.礦區(qū)水文地質(zhì)勘查類型及基本工程量[J].中國煤炭地質(zhì)，2016，28（2）：35-38.

[4]傅耀軍，方向清.煤礦床水文地質(zhì)勘查類型劃分研究探討[J].中國煤炭地質(zhì)，2011，23（9）：32-33.

[5]趙鐵錘.華北地區(qū)奧灰水綜合防治技術(shù)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2006.

[6]國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局.煤礦防治水規(guī)定[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2009.

[7]國家煤礦安全監(jiān)察局.中國煤礦水害防治技術(shù)[M].江蘇徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2013

[8]方向清，劉艷，王紅燕.煤礦床水文地質(zhì)勘查勘查思路[J].中國煤炭地質(zhì).2012(08)

[9]巖溶充水礦床水文地質(zhì)類型研究組.中國巖溶充水礦床的水文地質(zhì)勘探類型[J].中國地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)工程地質(zhì)研究所所刊，1988，4：19-92.

[10]水文地質(zhì)局地質(zhì)礦業(yè)技術(shù)部.煤礦床水文地質(zhì)勘查類型劃分研究[R].河北邯鄲：水文地質(zhì)局地質(zhì)礦業(yè)技術(shù)部，2012.

[11]李正根.水文地質(zhì)學(xué)[M].北京：地質(zhì)出版社，1980.

A Discussion on Coal Deposit Hydrogeological Exploration Type Partition Issue

Fang Xiangqing,Shen Zhihui,Ren Hujun and Li Benjun
(Hydrogeological Exploration Bureau,CNACG,Handan,Hebei 056004)

The correct partition of hydrogeological exploration type is the basic thought that guides mine hydrogeological exploration de?sign.It is carried out on the basis of mine hydrogeological condition correct understanding.Current specifications are generally divided into 3 categories and 3 types.Along with continuous coal resources exploitation,especially since the 21st Century,the exploitation of western China coal resources and deepening depth of extraction,water filling conditions changed,main water hazard types also changed.The paper has expounded coal deposit hydrogeological exploration type partition basis and scheme from aspects of coalmine water hazard type,water filling condition,exploration means selection,groundwater hosting space features etc.Based on mine water fill?ing source types and complexity of hydrogeological conditions partitioned the coalmine hydrogeological exploration type into 5 catego?ries and 3 types;put forward corresponding workload.Thus has provided mine hydrogeological exploration design with scientific under?standing program.

hydrogeology;mine water bursting;criterion formulation;exploration type;gob water;surface water;workload

P641.4

A

10.3969/j.issn.1674-1803.2016.11.10

1674-1803(2016)11-0049-06

國土資源部2013年標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃項(xiàng)目：煤礦專門水文地質(zhì)勘查規(guī)范；中國地質(zhì)調(diào)查局工作項(xiàng)目：煤田水文地質(zhì)勘查規(guī)范

方向清（1961—），男，安徽岳西人，教授級高級工程師，從事水文地質(zhì)工作。

2016-06-23

責(zé)任編輯：樊小舟