煤礦專門水文地質(zhì)勘查規(guī)范GB/T 40130—2021解讀

沈智慧，孫玉臣，任虎俊，方向清*

(1.中國煤炭地質(zhì)總局水文地質(zhì)局，河北邯鄲 056004；2.中國煤炭地質(zhì)總局，北京 100038)

我國國土資源遼闊，成煤時代多，主要為石炭系、二疊系、侏羅系、古近系或新近系等。區(qū)域大地構(gòu)造條件各不相同，水文地質(zhì)條件復雜。礦井充水水源、充水通道、充水方式及充水強度等在各大煤炭基地不盡相同，煤礦床水文地質(zhì)類型和煤礦床水文地質(zhì)勘查類型以及礦井水文地質(zhì)類型極為復雜。

水文地質(zhì)、工程地質(zhì)作為煤炭資源開采的重要技術(shù)條件，是煤田地質(zhì)勘查需要查明的重要地質(zhì)任務。長期以來，煤礦水文地質(zhì)勘查工作主要依據(jù)GB 12719―91《礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范》、DZ/T 0215―2002《煤、泥炭地質(zhì)勘查規(guī)范》。但是，隨著煤炭資源開采強度、開采深度、開采方式不斷變化，對勘查工作的要求也在發(fā)生變化，促使了勘查技術(shù)手段不斷進步。因此，現(xiàn)有的規(guī)范已不能滿足煤礦水文地質(zhì)勘查工作的需要。為了規(guī)范煤礦水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘查工作，提高勘查成果質(zhì)量，滿足煤礦礦井設(shè)計、生產(chǎn)、關(guān)閉的需求，2013年中華人民共和國國土資源部批準了中國煤炭地質(zhì)總局水文地質(zhì)局制定《煤礦床專門水文地質(zhì)勘查規(guī)范》(以下簡稱“規(guī)范”)計劃(擬申請報批計劃，計劃編號2013038)。中華人民共和國國土資源部批準后上報中華人民共和國國家標準化委員會，中華人民共和國國家標準化委員會批準了計劃(編號為20131727-T-334)。2021年5月21日國家市場監(jiān)督總局(國家標準化管理委員會)“關(guān)于批準發(fā)布《包裝容器 鋼桶 第6部分：錐形開口鋼桶》等386項推薦性國家標準和3項國家標準修改單的公告”(中華人民共和國國家標準公告 2021年第7號)批準發(fā)布了該規(guī)范，將于2021年12月1日起實施。規(guī)范由中國煤炭地質(zhì)總局水文地質(zhì)局牽頭，中國煤炭地質(zhì)總局、中煤地質(zhì)集團有限公司、中國自然資源經(jīng)濟研究院等多家行業(yè)領(lǐng)先單位共同編制而成。該規(guī)范吸收了數(shù)十年來全國煤礦生產(chǎn)水文地質(zhì)勘查工程實踐經(jīng)驗，以及國內(nèi)外新理論、新方法、新技術(shù)。內(nèi)容主要涵蓋了礦井水文地質(zhì)勘查、老空區(qū)水文地質(zhì)勘查、陷落柱水文地質(zhì)勘查、礦井疏干工程水文地質(zhì)勘查、帶壓開采水文地質(zhì)勘查、注漿工程水文地質(zhì)勘查、露天煤礦水文地質(zhì)勘查、閉坑煤礦水文地質(zhì)勘查等，體現(xiàn)了煤礦全生命周期的勘查理念。

1 規(guī)范適用范圍

規(guī)范適用于煤礦設(shè)計、建設(shè)、生產(chǎn)、閉坑全過程的水文地質(zhì)勘查。規(guī)定了煤礦專門水文地質(zhì)勘查總則、勘查方法技術(shù)、礦井水文地質(zhì)勘查、專項水文地質(zhì)勘查、露天煤礦水文地質(zhì)勘查、閉坑煤礦水文地質(zhì)勘查、設(shè)計書和報告編制的基本要求。

1)礦井水文地質(zhì)勘查是查明礦井充水條件、預測礦井涌水量、對礦井突水危險性和危險程度進行評價，為煤礦設(shè)計、建設(shè)、生產(chǎn)防治水工作提供可靠依據(jù)和建議。

2)專項水文地質(zhì)勘查是在查明礦井充水條件的基礎(chǔ)上，進一步查明針對老空區(qū)、陷落柱、礦井疏干、帶壓開采、注漿工程等專項問題的水文地質(zhì)條件，對專項問題進行評價，為煤礦生產(chǎn)過程中專項開采規(guī)劃方案的防治水工作提供可靠依據(jù)和建議。

3)露天煤礦水文地質(zhì)勘查是查明水文地質(zhì)條件，預測疏排水量，為露天開采方案的工作提出疏排水措施和建議。

4)閉坑煤礦水文地質(zhì)勘查是查明閉坑礦井地質(zhì)、水文地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)的變化和影響范圍，進行環(huán)境影響評估，為煤礦閉坑和礦山環(huán)境恢復治理提出依據(jù)和建議。

2 礦井水文地質(zhì)勘查

2.1 礦井水文地質(zhì)勘查類型

《中國煤礦水害防治技術(shù)》和《華北地區(qū)奧灰水綜合防治技術(shù)》中將主要水害類型按水源分為地表水、孔隙水、裂隙水、巖溶水、老空水[1-2]。據(jù)統(tǒng)計，老空水水害次數(shù)占水害總數(shù)80%以上，老空水勘查的技術(shù)手段和要求與現(xiàn)行規(guī)范中三類不同。老空水賦存空間也與現(xiàn)行規(guī)范中三個類不同。因而，老空水充水礦床作為一個類是完全必要的。如王家?guī)X煤礦201盤區(qū)采空區(qū)和異常區(qū)地面鉆孔驗證工程。

山西省煤炭地質(zhì)物探測繪院和煤炭科學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，編號為CK1、CK2、CK3、CK4；西區(qū)北部3處，編號為CK10(原物探編號為采空Ⅱ)、CK11(原物探編號為采空Ⅰ)、CK12(原物探編號為采空Ⅲ)；分布于東區(qū)5處，編號為CK5、CK6、CK7、CK8、CK9。異常區(qū)分布于西區(qū)4處，編號為異常區(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[3-5]。

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月實施了采空區(qū)和異常區(qū)地面鉆孔驗證工程(圖1)[6]。結(jié)果表明：

圖1 采空區(qū)及異常區(qū)驗證成果Figure 1 Gob area and anomaly zone verification results

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。

實踐證明，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，再進行鉆探進行驗證以確定老空區(qū)的分布，以及積水情況。

地表水勘查的內(nèi)容和方法與現(xiàn)行規(guī)范中三類不同，且也是主要水害之一。因而，地表水充水礦床作為一個類也是完全必要的。如平朔礦區(qū)安家?guī)X二號井工礦防治水水文地質(zhì)勘查的主要任務就是探查地表水。

平朔二號井工礦主采煤層為石炭系上統(tǒng)太原組4#、9#和11#煤，由于煤層埋藏淺，地表河谷沖溝發(fā)育，奧灰水水頭大部分在煤層底板以下，只在東部FB26斷層附近帶壓，因此，煤層開采的主要水害是頂板水。

井田中東部蘆子溝、南側(cè)計高登村附近馬關(guān)河支流，井田東側(cè)馬關(guān)河河谷，局部地段有基巖出露或新近系砂礫石層與下伏基巖直接接觸，雨季地表徑流可通過裂隙直接補給上部砂巖或通過新近系孔隙水間接補給砂巖，最終涌入礦井，為地表水滲漏危險地段(圖2)。

圖2 地表水害及老窯水害評價Figure 2 Assessment for surface water and gob area water hazards

井田中東部為大面積小窯采空區(qū)，其分布范圍廣，積水面積大(采空面積約1.66km2，積水面積約0.24 km2)。一般4#煤采空區(qū)富水程度低，9#煤相對較高。9#煤回采疏放工作存在一定難度，應合理布置工作面，留設(shè)好防水煤柱。

修訂后的《礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范 煤》(DZ/T 0215―2020)、《礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范》(GB 12719―2021)水文地質(zhì)勘查類型仍是3類3型，不適應煤礦水文地質(zhì)勘查需要，如前所述《中國煤礦水害防治技術(shù)》和《華北地區(qū)奧灰水綜合防治技術(shù)》的充水水源是5種，因而，本規(guī)范認為水文地質(zhì)勘查類型5類3型。即在孔隙水充水礦井、裂隙水充水礦井、巖溶水充水礦井的基礎(chǔ)增加了地表水充水礦井、老空水充水礦井2個礦井充水類型[7-8]。

2.2 工作手段和工作量的確定

在統(tǒng)計了57個水文地質(zhì)勘查報告的基礎(chǔ)上，規(guī)范確定了工作量所控制的面積，為規(guī)范的有效執(zhí)行提供了依據(jù)?？辈榈V井面積小于100 km2的共57個，面積1 926.93km2,平均面積33.8 km2，因而確定工程量控制面積：水文地質(zhì)條件中等的為30 km2；水文地質(zhì)條件復雜的為20 km2；水文地質(zhì)條件簡單的為40 km2。

規(guī)范將綜合物探作為煤礦專門水文地質(zhì)勘查的主要工作手段之一，規(guī)定了不同礦井水文地質(zhì)類型對物探方法要求，由于物探方法是地質(zhì)體物性探測的方法，具有多解性，所以規(guī)定了礦井水文地質(zhì)類型較復雜的礦井采用的物探方法至少2種，以便進行相互驗證。如前面王家?guī)X煤礦201盤區(qū)采空區(qū)和異常區(qū)地面鉆孔驗證工程采用了三維地震勘探和地面瞬變電磁勘探，并且對物探成果(圖1)進行了鉆探驗證。

同時，由于第二類(裂隙水充水礦井)和第三類第一亞類(頂板充水為主的巖溶水充水礦井)的工作量基本一致，因而，工作量表將二者進行合并。

規(guī)范中抽水試驗工作量是詳查和勘探階段工作量之和。如果勘查區(qū)內(nèi)或鄰近地區(qū)有水文地質(zhì)條件相似生產(chǎn)礦井的水文地質(zhì)資料，并且是可利用時，抽水試驗工作量可適當減少。

2.3 評價方法

規(guī)范編制過程中，針對中國中西部煤礦礦井涌水量預測精度低的問題，開展了專題研究，根據(jù)中新生代煤田充水含水層厚度大，富水性弱的特征，提出了靜涌水量、單位面積靜涌水量概念，進一步提出了導水裂縫帶法危險評價分區(qū)的建議[9-11]。

1)安全區(qū)。導水裂縫帶最大高度加上保護層厚度的標高小于頂板直接充水含水層底板標高。

2)過渡區(qū)。導水裂縫帶最大高度加上保護層厚度的標高大于頂板直接充水含水層底板標高，導水裂縫帶最大高度的標高小于頂板直接充水含水層底板標高。

3)危險區(qū)。導水裂縫帶最大高度的標高大于頂板直接充水含水層底板標高；根據(jù)頂板直接充水含水層的單位涌水量(q)或單位面積靜涌水量(QD)分為3個等級：①一般危險區(qū)：q≤0.01或QDj≤5；②中等危險區(qū):0.010.1或QDj>10。其中QDj為j單元單位面積靜涌水量，采用式(1)計算：

(1)

式中：q——單位涌水量，L/(s·m)；

QDj——j單元單位面積靜涌水量，m3/m2；

n——直接充水含水層層數(shù)；

μ——給水度；

H——頂板直接充水含水層厚度，m。

規(guī)范還規(guī)定了突水威脅程度評價的技術(shù)要求，突水威脅程度評價應在收集分析研究同一地下水系統(tǒng)的、有突水歷史的礦井突水資料的基礎(chǔ)上，綜合考慮含水層富水性、補給和徑流條件、地下水流場變化特征、構(gòu)造形態(tài)與發(fā)育程度以及開采條件等因素，進行定性評價。突水威脅程度可分為四個等級：

1)一般性威脅。礦井突水可能對生產(chǎn)環(huán)境產(chǎn)生一定的影響，而不對礦井或人員造成安全威脅。

2)較嚴重威脅。礦井突水量峰值較大，持續(xù)時間短，穩(wěn)定水量較小，一般不構(gòu)成安全威脅。

3)嚴重威脅。突水量達到或者接近礦井(采區(qū)、工作面)排水能力，或水量峰值巨大，短時間可造成工作面、采區(qū)被淹。

4)極嚴重威脅。突水量巨大，超過礦井排水能力，可造成礦井被淹。

3 專項水文地質(zhì)勘查

規(guī)范不僅規(guī)定了煤礦設(shè)計、生產(chǎn)和閉坑的常規(guī)礦井水文地質(zhì)勘查工作的技術(shù)要求，同時針對煤礦生產(chǎn)過程中，存在老空區(qū)、陷落柱、礦井疏干、帶壓開采、注漿工程等專項問題，規(guī)定了這些專項水文地質(zhì)勘查的專門技術(shù)要求。

規(guī)定了專項水文地質(zhì)勘查的工作布置原則和專門工作量、相關(guān)工作手段的評價工作的技術(shù)要求。如老空區(qū)水文地質(zhì)勘查，規(guī)定了調(diào)查比例尺1∶2 000～1∶1 000；規(guī)定了地震勘探、瞬變電磁法、可控源音頻大地電磁法、直流電剖面法、放射性勘探等物探方法的工作網(wǎng)格；物探解釋的老空區(qū)和積水區(qū)至少要有一個鉆探驗證孔進行查證；應進行老空區(qū)積水進行計算。

4 結(jié)語

1)規(guī)范在現(xiàn)有的規(guī)范基礎(chǔ)上，通過大量的水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘查案例的綜合分析研究提出了適用煤礦設(shè)計、生產(chǎn)、閉坑全過程的水文地質(zhì)勘查的技術(shù)要求，內(nèi)容主要涵蓋了礦井水文地質(zhì)勘查、老空區(qū)水文地質(zhì)勘查、陷落柱水文地質(zhì)勘查、礦井疏干工程水文地質(zhì)勘查、帶壓開采水文地質(zhì)勘查、注漿工程水文地質(zhì)勘查、露天煤礦水文地質(zhì)勘查、閉坑煤礦水文地質(zhì)勘查等，體現(xiàn)了煤礦全生命周期的勘查理念。

2)規(guī)范將礦井水文地質(zhì)勘查類型劃分五類三型，將煤礦專門水文地質(zhì)勘查分為礦井水文地質(zhì)勘查和專項水文地質(zhì)勘查即在原三類三型的基礎(chǔ)上增加了地表水充水礦床和老空水充水礦床二個類型，為正確認識煤礦水文地質(zhì)條件提供了依據(jù)。

3)規(guī)范提出了靜涌水量概念、突水危險性與威脅程度評價，提出了導水裂縫帶法危險評價分區(qū)的建議，為提高礦井涌水量精度和定量評價煤層頂板突水危險性評價提供了技術(shù)方案。