水文地質(zhì)環(huán)境對煤礦的影響及水文地質(zhì)勘探的技術(shù)方法研究

丁海利

【摘? 要】水文地質(zhì)情況對地下礦山資源開采產(chǎn)生巨大影響。水文地質(zhì)勘探是為了研究水文地質(zhì)條件，以揭露和探明深部水文地質(zhì)條件的一項(xiàng)重要工作。其目的是對開采區(qū)地下水文地質(zhì)的分布情況及變化規(guī)律有所了解和掌握。論文對水文地質(zhì)環(huán)境對煤礦的影響及水文地質(zhì)勘探的技術(shù)方法進(jìn)行了淺顯的研究。

【Abstract】Hydrogeological conditions have a great influence on the exploitation of underground mine resources. Hydrogeological exploration is an important work to study hydrogeological conditions and reveal and explore deep hydrogeological conditions. Its purpose is to understand and master the distribution conditions and variation law of underground hydrogeology in mining area. This paper simply studies the influence of hydrogeological environment on coal mine and the technical methods of hydrogeological exploration.

【關(guān)鍵詞】煤礦生產(chǎn);水文地質(zhì);勘探技術(shù)

【Keywords】coal mine production; hydrogeology; exploration technology

【中圖分類號】TD167? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2020）08-0192-02

1 引言

水文是指研究自然界中水的時空分布和變化規(guī)律的一門學(xué)科。水是自然界萬物的生命之源，同時，也是地質(zhì)環(huán)境的一部分。地下水隨著地質(zhì)巖層結(jié)構(gòu)和形狀的千變?nèi)f化，其分布狀態(tài)、自身壓力和流動方向變幻莫測。煤礦生產(chǎn)作業(yè)是一種復(fù)雜的地下開挖工程，如果事先缺乏對開挖礦區(qū)的地下水文地質(zhì)情況的了解，對地下礦產(chǎn)資源開采中遇到的各種水患問題缺乏防范，將會對煤礦生產(chǎn)的安全性帶來致命的威脅，造成災(zāi)難性的損失。為了趨利避害，確保水資源的保護(hù)和合理開發(fā)利用，促進(jìn)礦產(chǎn)資源開采中各種水患問題的防范與解決，進(jìn)行地質(zhì)勘測就成為煤炭和其他礦產(chǎn)資源開采前必須進(jìn)行的一項(xiàng)工程。地質(zhì)勘探中對水文地質(zhì)的勘測又是不可逾越的一部分，其目的就是要對開采區(qū)地下水文地質(zhì)的分布情況及變化規(guī)律有所了解和掌握。

2 水文地質(zhì)環(huán)境對煤礦的影響

水文地質(zhì)情況對地下礦山資源開采帶來巨大影響。水文地質(zhì)勘探是研究水文地質(zhì)條件，從而揭露和探明深部水文地質(zhì)條件的一項(xiàng)重要工作。水的防治及其相關(guān)工作是煤礦周邊環(huán)境勘察的重要部分，區(qū)域內(nèi)不同的水文狀態(tài)將直接影響勘察工作的工藝選用和勘察效率。

①水文地質(zhì)環(huán)境對煤礦生產(chǎn)的影響。礦區(qū)現(xiàn)場巖石的形狀結(jié)構(gòu)決定著地下水的儲量和地下與地表之間的水利狀況，煤礦生產(chǎn)施工時極易產(chǎn)生地下蓄水、冒水和地表積水等現(xiàn)象，迫使礦區(qū)設(shè)備被迫在存水區(qū)作業(yè)面上施工，設(shè)備的工作效率必然下降。坑道積水還會影響巷道的正常使用，降低生產(chǎn)效率。在煤礦生產(chǎn)前，技術(shù)人員要對煤礦周邊區(qū)域做好檢測和調(diào)查，充分熟知本區(qū)域內(nèi)實(shí)際作業(yè)情況，以減少在開采生產(chǎn)過程中有可能產(chǎn)生的不利因素，保證作業(yè)效率與生產(chǎn)質(zhì)量。②水文地質(zhì)環(huán)境對安全生產(chǎn)的威脅。安全生產(chǎn)是煤礦的首要任務(wù)，是降低成本、提升經(jīng)濟(jì)效益的首要環(huán)節(jié)。煤礦生產(chǎn)中透水和冒頂是常見而且是危害較大的安全事故，而造成透水和冒頂?shù)脑蚺c煤礦水文地質(zhì)有極大的關(guān)系。不明開采面地下水系構(gòu)成和走向，盲目開挖就會造成透水事故。礦區(qū)中遍布著的砂巖、軟巖、泥質(zhì)巖，如果被水浸含水量超標(biāo)，就會降低巖石強(qiáng)度，遇震動就會引發(fā)巷道的冒頂和片幫，對礦工的人身安全造成極大威脅。在開采生產(chǎn)之前，必須對可能發(fā)生的非安全性事故進(jìn)行徹底排查，消除一切事故隱患。③水文地質(zhì)環(huán)境對煤礦安全系數(shù)的影響。煤礦生產(chǎn)的特殊性決定了它是安全保障性較低的工程之一，控制施工作業(yè)的最基本保證永遠(yuǎn)是安全工作。水文地質(zhì)的復(fù)雜性又使之成為煤礦安全作業(yè)的最大隱患。因此，水文地質(zhì)環(huán)境勘察單位要向煤礦開采團(tuán)隊(duì)提供詳盡的安全系數(shù)測算，以使他們能夠在作業(yè)前全面了解礦井的充水條件，預(yù)防水害引起的事故發(fā)生。④水文地質(zhì)環(huán)境對儲量測量的影響。煤礦作業(yè)區(qū)域的煤炭儲量是很關(guān)鍵的一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，它關(guān)系到施工人員和施工設(shè)備的配備和數(shù)量等。如果因?yàn)樗牡刭|(zhì)環(huán)境造成到煤礦儲量勘察測量值的失誤，將會為施工方帶來不必要的成本增加。⑤水文地質(zhì)對環(huán)境穩(wěn)定性的破壞。在地下水的作用下，礦區(qū)覆蓋的可溶性巖石將會產(chǎn)生松解，轉(zhuǎn)移土層的原有結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致礦區(qū)地面的坍塌。同時，水的強(qiáng)大作用力會造成礦區(qū)邊坡的巖體內(nèi)摩擦角和黏膜力等的破壞，削弱邊坡巖石的抗剪力，導(dǎo)致礦區(qū)邊坡滑坡等災(zāi)害性事故發(fā)生?？辈榧夹g(shù)人員事先一定要對區(qū)域內(nèi)的煤礦、煤窯的井口所處位置、開采狀態(tài)、礦井積水情況和煤礦的動態(tài)性變化等進(jìn)行詳細(xì)勘察。

3 水文地質(zhì)勘察的工作內(nèi)容

煤礦水文地質(zhì)勘察工作，是在水文地質(zhì)普查的基礎(chǔ)上進(jìn)行的專業(yè)勘探。需要提供專門性的水文地質(zhì)勘探報告和有關(guān)的圖件。

①水文地質(zhì)測繪。對地下水等相關(guān)地質(zhì)現(xiàn)象進(jìn)行實(shí)地觀測，包括對觀測點(diǎn)和觀測線的設(shè)計和實(shí)地調(diào)查;測定地下水的流量和水質(zhì);研究地下水源、井、泉的形成條件、分布條件和埋藏條件。對巖土的含水性和含水量進(jìn)行測定，繪制圖紙，制作文字說明等技術(shù)資料。②地球物理勘探。地球物理勘探的常用方法主要是電測深法、電剖面法、自然電場法、淺層地震法、α-徑跡法等。常用的鉆井地球物理方法有電測井法、放射性測井法等。地球物理勘探法具有快速、直觀、經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)。③水文地質(zhì)鉆探。鉆探是向地下打孔獲取巖心和抽水試驗(yàn)的一種方法，為了避免鉆孔取得的水文地質(zhì)參數(shù)失真，往往需要鉆出很大的孔徑，并且要求用清水鉆進(jìn)。④水文地質(zhì)試驗(yàn)。包括抽水試驗(yàn)、壓水試驗(yàn)、注水試驗(yàn)和彌散試驗(yàn)等，試驗(yàn)的目的是為地下水資源評價或礦山涌水量計算獲得詳細(xì)的樣本參數(shù)，以為水文地質(zhì)研究提供翔實(shí)的基礎(chǔ)資料。⑤地下水動態(tài)觀測。利用水文地質(zhì)鉆探時保留的一部分鉆孔，對其進(jìn)行長期的觀測，以對地下水位、水質(zhì)以及水溫進(jìn)行定期測定。配合實(shí)驗(yàn)室對選取的水樣、巖樣或土樣進(jìn)行水質(zhì)分析、粒度分析、孢粉或微體古生物分析、同位素年齡測定等。⑥編制水文地質(zhì)成果。根據(jù)水文地質(zhì)勘察的目的和要求，在勘察工作完成后，要對勘察成果作出報告和文件，成果由水文地質(zhì)條件勘察報告和水文地質(zhì)系列圖構(gòu)成。圖樣的分類包括綜合水文地質(zhì)圖、地下水等水位線圖、巖石含水性圖、水化學(xué)圖、地下水埋深圖、地下水污染程度圖、水文地質(zhì)參數(shù)分區(qū)圖等。

4 煤礦水文地質(zhì)勘探的技術(shù)方法

水文地質(zhì)勘探是一項(xiàng)專業(yè)性很強(qiáng)的技術(shù)學(xué)科，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，技術(shù)方法也在持續(xù)更新?lián)Q代，根據(jù)礦井所在區(qū)域的地質(zhì)環(huán)境，有鉆探技術(shù)、物探技術(shù)、3S技術(shù)和同位素技術(shù)等多種方法可供選用。

①鉆孔透視儀測量巖溶。鉆孔無線電波透視法是運(yùn)用無線電波傳播理論，其勘探原理是電磁波在地表下傳播，依靠傳播介質(zhì)各種巖石巖性的差異所出現(xiàn)的傳播能力及其透視距離的不同，根據(jù)不同的電磁波信號對地下碳酸鹽層分布地區(qū)地表以下不同深度的溶洞和巖溶通道進(jìn)行探測，是研究巖溶發(fā)育規(guī)律的一種新技術(shù)、新設(shè)備。具體方法是：將無線電發(fā)射機(jī)和接收機(jī)分別置于有一定距離的兩個鉆孔中，其中一個鉆孔中的無線電發(fā)射機(jī)以一個點(diǎn)源發(fā)射無線電波，經(jīng)過介質(zhì)傳播，在另一個鉆孔的接收機(jī)接收到電磁波訊號。該儀器主要用于確定高阻巖層中低阻充水洞穴破碎帶的位置，探測500m或更深的孔間巖溶形態(tài)，在注漿帷幕鉆孔中檢查注漿效果，探測突水點(diǎn)及堵水注漿巷道的位置，是一種先進(jìn)的常用的現(xiàn)代化水文地質(zhì)勘測設(shè)備。②流量測井法。流量測井法是當(dāng)前我國煤礦水文地質(zhì)勘探工作中的一種新的有效的方法，它的勘探原理是通過測定不同鉆孔深度橫截面縱向流動水流量，準(zhǔn)確地將含水層與隔水層區(qū)分開來，同時，測定各層水分滲透性變化與各層所處的位置等各種數(shù)據(jù)。常用的MDS-78I型流量測井儀，具備流量測量和井徑測量兩個功能?？捎糜邳c(diǎn)測，也可用于連續(xù)測量，還具備穩(wěn)定、操作方便的特點(diǎn)，在煤礦勘探工作中得到較為廣泛的運(yùn)用。③γ射線方法。它是利用不同的巖石與地質(zhì)構(gòu)造在遇到γ射線時，產(chǎn)生的反應(yīng)有著顯著不同的反射線原理，勘探人員通過反射線的不同對地下水分布狀況進(jìn)行分析與判斷，了解地層地下結(jié)構(gòu)構(gòu)造，準(zhǔn)確地找到水源。γ射線方法多應(yīng)用在對裂隙帶、斷層破碎帶等地進(jìn)行尋找地下水源的勘探工作中。由于γ射線方法具有不受地形因素的影響、適行成本低、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)，很受煤礦水文地質(zhì)勘探工作人員歡迎。

【參考文獻(xiàn)】

【1】馬殷倉.煤礦水文地質(zhì)勘探現(xiàn)狀及新的勘探技術(shù)探析[J].科技資訊，2016（36）：88-89.

【2】謝經(jīng)濤.水文地質(zhì)對煤礦防治水工作的重要性分析[J].河南科技，2017，13（2）：190-191.