深論喀斯特地貌條件下探明礦井水文地質條件的意義及必要方法

付康國

摘? 要：文章通過對雨汪煤礦一井建設過程中，出現多次突水現象的分析。闡述對復雜喀斯特地貌條件下，難以開展地面水文地質補勘查明礦井水文地質條件，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際意義，分析采用水樣水質化驗、同位素測試方法對判斷水源的可行性。

關鍵詞：水文地質條件;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《煤礦防治水細則》規定，礦井實際揭露水文地質條件比原勘探報告復雜，應開展水文地質補充勘探工作。對一部分處于復雜地形條件下的煤礦，開展水文地質補勘會過度消耗財力、物力、人力，加大煤礦生產成本。如建設于喀斯特地貌地區的雨汪煤礦一井，受復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，結合水樣分析，可為煤礦水害治理提供依據。

1 探明礦井水文地質條件的意義

1.1 礦井地質條件概況

雨汪煤礦一井設計生產能力3.0Mt/a，屬于基建礦井。礦區構造總貌為一傾向南東的單斜，地層傾角6°～15°。礦區內地層總厚1556.42m，含水層由新至老，分別為第四系（Q）孔隙含水層、三疊系中統個舊組（T2g）巖溶含水層、下統永寧鎮組（T1y）強巖溶含水層、飛仙關組第二、三段（T1f2+3）裂隙含水層、卡以頭組（T1k）裂隙含水層、長興組及龍潭組主含煤段（P2c+P2l）裂隙弱含水層、茅口組 （P1m）強巖溶含水層。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 探明礦井水文地質條件的背景及意義

礦井建設過程中，共發生12次較大突水，涌水量超過100m3/h的共4次，突水點累計涌水量達到56.8萬m3。101盤區軌道大巷掘進工作面施工六個超前探放水鉆孔，涌水總量為70～85m3/h，水源及通道不明，導致該工作面停工。為治理101盤區軌道大巷涌水，徹底解決水文地質條件勘查程度不足，決定開展大面積物探工程。以求查明礦井富水異常區，為是否需要水文補勘提供支持，提供給礦井后續安全建設及回采編制防治水設計有關依據[2]。

2 使用物探方法查明富水異常區

2.1 使用瞬變電磁法勘查的前提

礦井地層沉積序列穩定，經測試地層導電性差異明顯，為電法勘探提供良好的電性基礎。飛仙關組二、三段地層的平均電阻率值相對較高，構成良好的電性標志層。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。相關數據如表1所示。

2.2 探測裝置與測網布置

采用CEI-7瞬變電磁系統，俄羅斯Tsikl-7瞬變電磁儀器采集數據。該探測系統一般勘測深度從地表起點至地下1000m。測網結合礦井的地層走（傾）向、地質構造分布、含水層與所處地形地貌的特征進行部署，力求探查測區所有主要地層、出露斷層，探查深度覆蓋深部茅口組強巖溶含水層。本次勘查采取不接地回線布置一次脈沖場測網，測網面積為700m×700m、750m×750m、500m×850m、500m×500m各一個，8個400m×500m，共布置12個測網。沿地層傾向及走向布置六條瞬變電磁測線，總長15.72km。勘測物理點總數為55284個，總勘探面積為7.36km2，覆蓋礦井先期開采101、102盤區。

2.3 對物探結果的處理與結論

對井下所有出水點視電阻率實測，分析視電阻率分布特征，主要出水點位于視電阻率160～170Ω·m，井下出水點視電阻率分布特征如圖1所示。對本次勘探所獲的69666個視電阻率點進行統計分析，結合上述分析成果，分視電阻率閾值小等于230Ω·m、160～180Ω·m、小于等于160Ω·m三個區段對水文地質情況進行分析[3]。

本次以先期開采+1250m水平為基準共劃定出物探水文構造8條，通過物探水文構造劃分為六個水文地質單元，并對各單元水文地質條件及富水性進行了闡述。+1250m水平為基準的物探水文地質單元分區圖如圖2所示。本次使用瞬變電磁法查明測區富水異常區后，勘探結果與井下實際主要出水位置高度耦合，證明此次探查結果準確無誤。

為下一步防治水工作提供依據、判斷富水區水源，對井下各出水點進行取樣、水質化驗，水樣中的D、18O穩定同位素和T放射性同位素測試。結果顯示：氚同位素的半衰期為12.43年，如按1986～2000年當地雨水中氚同位素平均值為19.2TU，衰變為井下出水點中氚同位素<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與地表水無關，來源是地下含水層水的結論，故礦井先期開采水害治理側重點應轉向井下含水層水害治理。瞬變電磁法探查結果為水害治理圈定了準確的靶區，也為是否需繼續補勘工程及補勘設計提供參考。

3 結束語

煤礦建設過程中對所處地區復雜的地貌條件勘查程度不夠，礦井水文地質條件認識不足，易致使后期礦井生產遭遇安全隱患。若開展水文地質補勘，則鉆孔施工的代價和難度過大。故遵循雨汪煤礦一井處理此類問題的經驗，使用便于施工的大面積物探，圈定富水異常區，聯系揭露地質條件驗證，檢驗探查成果的準確性;同時，采取水樣測試分析方法，可準確判斷水源。煤礦應運用好探查成果，綜合考慮礦井開采布局，研究開展水文地質補勘的必要性，為礦井后續水害防治工作提供可靠依據。

參考文獻：

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

[2]張鵬.復雜水文地質條件下突水機理研究與危險性評價[J].能源與環保，2017，39（12）：109-113.

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