深論喀斯特地貌條件下探明礦井水文地質(zhì)條件的意義及必要方法

付康國(guó)

摘? 要：文章通過對(duì)雨汪煤礦一井建設(shè)過程中，出現(xiàn)多次突水現(xiàn)象的分析。闡述對(duì)復(fù)雜喀斯特地貌條件下，難以開展地面水文地質(zhì)補(bǔ)勘查明礦井水文地質(zhì)條件，采用大面積物探勘查方法的必要性，及使用瞬變電磁法作為物探手段的實(shí)際意義，分析采用水樣水質(zhì)化驗(yàn)、同位素測(cè)試方法對(duì)判斷水源的可行性。

關(guān)鍵詞：水文地質(zhì)條件;喀斯特地貌;瞬變電磁;同位素分析;意義

Abstract： This paper analyzes the phenomenon of water inrush many times during the construction of No.1 well in Yuwang Coal Mine. This paper expounds that under the condition of complex karst landform， it is difficult to carry out surface hydrogeological survey to find out mine hydrogeological conditions， the necessity of adopting large area geophysical exploration method， and the practical significance of using transient electromagnetic method as geophysical prospecting method. The feasibility of using water sample water quality test and isotope test method to judge water source is analyzed.

引言

按照《煤礦防治水細(xì)則》規(guī)定，礦井實(shí)際揭露水文地質(zhì)條件比原勘探報(bào)告復(fù)雜，應(yīng)開展水文地質(zhì)補(bǔ)充勘探工作。對(duì)一部分處于復(fù)雜地形條件下的煤礦，開展水文地質(zhì)補(bǔ)勘會(huì)過度消耗財(cái)力、物力、人力，加大煤礦生產(chǎn)成本。如建設(shè)于喀斯特地貌地區(qū)的雨汪煤礦一井，受復(fù)雜地形地貌條件所限，選擇易于施工的地表大面積物探勘查施工，結(jié)合水樣分析，可為煤礦水害治理提供依據(jù)。

1 探明礦井水文地質(zhì)條件的意義

1.1 礦井地質(zhì)條件概況

雨汪煤礦一井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力3.0Mt/a，屬于基建礦井。礦區(qū)構(gòu)造總貌為一傾向南東的單斜，地層傾角6°～15°。礦區(qū)內(nèi)地層總厚1556.42m，含水層由新至老，分別為第四系（Q）孔隙含水層、三疊系中統(tǒng)個(gè)舊組（T2g）巖溶含水層、下統(tǒng)永寧鎮(zhèn)組（T1y）強(qiáng)巖溶含水層、飛仙關(guān)組第二、三段（T1f2+3）裂隙含水層、卡以頭組（T1k）裂隙含水層、長(zhǎng)興組及龍?zhí)督M主含煤段（P2c+P2l）裂隙弱含水層、茅口組 （P1m）強(qiáng)巖溶含水層。礦井首采煤層直接充水含水層為卡以頭組（T1k）裂隙含水層[1]。

1.2 探明礦井水文地質(zhì)條件的背景及意義

礦井建設(shè)過程中，共發(fā)生12次較大突水，涌水量超過100m3/h的共4次，突水點(diǎn)累計(jì)涌水量達(dá)到56.8萬m3。101盤區(qū)軌道大巷掘進(jìn)工作面施工六個(gè)超前探放水鉆孔，涌水總量為70～85m3/h，水源及通道不明，導(dǎo)致該工作面停工。為治理101盤區(qū)軌道大巷涌水，徹底解決水文地質(zhì)條件勘查程度不足，決定開展大面積物探工程。以求查明礦井富水異常區(qū)，為是否需要水文補(bǔ)勘提供支持，提供給礦井后續(xù)安全建設(shè)及回采編制防治水設(shè)計(jì)有關(guān)依據(jù)[2]。

2 使用物探方法查明富水異常區(qū)

2.1 使用瞬變電磁法勘查的前提

礦井地層沉積序列穩(wěn)定，經(jīng)測(cè)試地層導(dǎo)電性差異明顯，為電法勘探提供良好的電性基礎(chǔ)。飛仙關(guān)組二、三段地層的平均電阻率值相對(duì)較高，構(gòu)成良好的電性標(biāo)志層。充水的斷層破碎帶，電阻率明顯低于圍巖電阻率，深層地層電性條件良好。相關(guān)數(shù)據(jù)如表1所示。

2.2 探測(cè)裝置與測(cè)網(wǎng)布置

采用CEI-7瞬變電磁系統(tǒng)，俄羅斯Tsikl-7瞬變電磁儀器采集數(shù)據(jù)。該探測(cè)系統(tǒng)一般勘測(cè)深度從地表起點(diǎn)至地下1000m。測(cè)網(wǎng)結(jié)合礦井的地層走（傾）向、地質(zhì)構(gòu)造分布、含水層與所處地形地貌的特征進(jìn)行部署，力求探查測(cè)區(qū)所有主要地層、出露斷層，探查深度覆蓋深部茅口組強(qiáng)巖溶含水層。本次勘查采取不接地回線布置一次脈沖場(chǎng)測(cè)網(wǎng)，測(cè)網(wǎng)面積為700m×700m、750m×750m、500m×850m、500m×500m各一個(gè)，8個(gè)400m×500m，共布置12個(gè)測(cè)網(wǎng)。沿地層傾向及走向布置六條瞬變電磁測(cè)線，總長(zhǎng)15.72km。勘測(cè)物理點(diǎn)總數(shù)為55284個(gè)，總勘探面積為7.36km2，覆蓋礦井先期開采101、102盤區(qū)。

2.3 對(duì)物探結(jié)果的處理與結(jié)論

對(duì)井下所有出水點(diǎn)視電阻率實(shí)測(cè)，分析視電阻率分布特征，主要出水點(diǎn)位于視電阻率160～170Ω·m，井下出水點(diǎn)視電阻率分布特征如圖1所示。對(duì)本次勘探所獲的69666個(gè)視電阻率點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)合上述分析成果，分視電阻率閾值小等于230Ω·m、160～180Ω·m、小于等于160Ω·m三個(gè)區(qū)段對(duì)水文地質(zhì)情況進(jìn)行分析[3]。

本次以先期開采+1250m水平為基準(zhǔn)共劃定出物探水文構(gòu)造8條，通過物探水文構(gòu)造劃分為六個(gè)水文地質(zhì)單元，并對(duì)各單元水文地質(zhì)條件及富水性進(jìn)行了闡述。+1250m水平為基準(zhǔn)的物探水文地質(zhì)單元分區(qū)圖如圖2所示。本次使用瞬變電磁法查明測(cè)區(qū)富水異常區(qū)后，勘探結(jié)果與井下實(shí)際主要出水位置高度耦合，證明此次探查結(jié)果準(zhǔn)確無誤。

為下一步防治水工作提供依據(jù)、判斷富水區(qū)水源，對(duì)井下各出水點(diǎn)進(jìn)行取樣、水質(zhì)化驗(yàn)，水樣中的D、18O穩(wěn)定同位素和T放射性同位素測(cè)試。結(jié)果顯示：氚同位素的半衰期為12.43年，如按1986～2000年當(dāng)?shù)赜晁须巴凰仄骄禐?9.2TU，衰變?yōu)榫鲁鏊c(diǎn)中氚同位素<1.3TU則需要50年，說明由雨水到形成地下水至少需要50年。得出井下主要出水點(diǎn)與地表水無關(guān)，來源是地下含水層水的結(jié)論，故礦井先期開采水害治理側(cè)重點(diǎn)應(yīng)轉(zhuǎn)向井下含水層水害治理。瞬變電磁法探查結(jié)果為水害治理圈定了準(zhǔn)確的靶區(qū)，也為是否需繼續(xù)補(bǔ)勘工程及補(bǔ)勘設(shè)計(jì)提供參考。

3 結(jié)束語

煤礦建設(shè)過程中對(duì)所處地區(qū)復(fù)雜的地貌條件勘查程度不夠，礦井水文地質(zhì)條件認(rèn)識(shí)不足，易致使后期礦井生產(chǎn)遭遇安全隱患。若開展水文地質(zhì)補(bǔ)勘，則鉆孔施工的代價(jià)和難度過大。故遵循雨汪煤礦一井處理此類問題的經(jīng)驗(yàn)，使用便于施工的大面積物探，圈定富水異常區(qū)，聯(lián)系揭露地質(zhì)條件驗(yàn)證，檢驗(yàn)探查成果的準(zhǔn)確性;同時(shí)，采取水樣測(cè)試分析方法，可準(zhǔn)確判斷水源。煤礦應(yīng)運(yùn)用好探查成果，綜合考慮礦井開采布局，研究開展水文地質(zhì)補(bǔ)勘的必要性，為礦井后續(xù)水害防治工作提供可靠依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王小霞.芻議復(fù)雜水文地質(zhì)條件對(duì)礦山開采順序的影響[J].世界有色金屬，2019（23）：142+144.

[2]張鵬.復(fù)雜水文地質(zhì)條件下突水機(jī)理研究與危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)[J].能源與環(huán)保，2017，39（12）：109-113.

[3]邢斌.礦山采掘工作面水文地質(zhì)條件分析報(bào)告內(nèi)容研究[J].煤炭與化工，2016，39（01）：152-154.