淺析礦山開采區(qū)水文地質(zhì)綜合勘查技術(shù)研究

劉現(xiàn)川

（河北省煤田地質(zhì)局第二地質(zhì)隊(duì)，河北 邢臺(tái) 054000）

隨著社會(huì)的發(fā)展對(duì)礦產(chǎn)資源的需求越來越多，部分礦山已經(jīng)得到有效開發(fā)，部分礦產(chǎn)資源埋藏在深層地層中，地層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，開采難度系數(shù)較大，需要利用更先進(jìn)的勘查技術(shù)準(zhǔn)確判斷礦產(chǎn)資源所處位置和存儲(chǔ)量。礦山開采區(qū)水文地質(zhì)勘查是礦區(qū)資源勘查的重要內(nèi)容，礦區(qū)開采不僅要勘查礦產(chǎn)資源位置，也需要勘查礦區(qū)地層結(jié)構(gòu)和礦區(qū)水文地質(zhì)條件，為后期開采工作提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。礦區(qū)水文地質(zhì)內(nèi)容主要包括地層地下水發(fā)育情況、地層含水層的特點(diǎn)、水質(zhì)和含水量等多個(gè)內(nèi)容。復(fù)雜的水文地質(zhì)條件將會(huì)增加開采難度，利用水文地質(zhì)綜合勘查技術(shù)建立一種高效準(zhǔn)確的勘查模式，提高開采工作效率。礦山開采區(qū)水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)是地層結(jié)構(gòu)的重要組成部分，水文地質(zhì)發(fā)育構(gòu)造和發(fā)育特征嚴(yán)重影響礦山開發(fā)，研究礦山開采區(qū)水文地質(zhì)特征尤為重要。水文地質(zhì)綜合勘查技術(shù)就是融合了CPS勘查技術(shù)、原位測試技術(shù)、數(shù)字化勘查技術(shù)等多種高新技術(shù)，研究礦山開采區(qū)水文地質(zhì)綜合勘查技術(shù)，充分勘查好礦山開采區(qū)地層下的水文地質(zhì)條件。

1 礦山開采區(qū)水文地質(zhì)綜合勘查技術(shù)

1.1 提取礦山開采區(qū)地層結(jié)構(gòu)特征

提取礦山開采區(qū)地層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分析礦山開采區(qū)地層結(jié)構(gòu)類型、地層裂縫、地層巖漿活躍程度以及地層巖性特征。不同類型的地質(zhì)結(jié)構(gòu)孕育出不同水文地質(zhì)條件，地層下的水文地質(zhì)可以分為不同類型的水文地質(zhì)單元，也稱之為地下水循環(huán)系統(tǒng)，水文地質(zhì)單元中有含水層和隔水層，在礦產(chǎn)資源開采過程中需要對(duì)開采礦產(chǎn)資源開采層與含水層和隔水層之間的關(guān)系進(jìn)行分析，觀察開采層所處的位置[1]。礦山開采區(qū)可能存在同種類型的水文地質(zhì)單元，也可能存在不同類型的水文地質(zhì)單元，跨越多個(gè)水文地質(zhì)單元的礦區(qū)開采難度比跨越單個(gè)水文地質(zhì)單元的礦區(qū)開采難度大。由于開采過程中沒有準(zhǔn)確了解礦山水文地質(zhì)條件，會(huì)造成一定的礦井水害，礦井水害可以分為大氣降水水害、地表水害、頂板水害、地板水害和貫通型水害。大氣降水水害主要影響露天礦，受大氣降水威脅。地表水害，礦山開采區(qū)受地表湖水、海水、水庫滲透和地表采礦塌陷區(qū)積水威脅，塌陷區(qū)積水較普遍存在。頂板水害可以細(xì)分為單層水害、組合型水害和離層水水害，貫通型水害可以細(xì)分為斷層水害、陷落柱水害、巖溶塌陷水害、鉆孔水害，不同類型水害，所受到的威脅因素不同，礦山開采區(qū)水害會(huì)降低開采效率，威脅開采人員安全。根據(jù)水文地質(zhì)條件嚴(yán)格防控礦山開采區(qū)的水害問題，保護(hù)和利用有效的水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)，提供礦產(chǎn)資源發(fā)育場所，加大改造含水層結(jié)構(gòu)和加固隔水層，改變地下水滲流狀態(tài)。

1.2 預(yù)測礦區(qū)地層壓力

選取某一個(gè)礦山開采區(qū)預(yù)測礦區(qū)地層壓力，礦山開采區(qū)底層地層壓力的預(yù)測有利于平衡水文地質(zhì)綜合勘查過程中保持鉆探孔內(nèi)部壓力，從而更加精準(zhǔn)的勘查到礦山開采區(qū)水文地質(zhì)情況[2]。礦山開采區(qū)環(huán)境相對(duì)復(fù)雜時(shí)，一般采用密度調(diào)整法和超聲探測法兩種方法預(yù)測地層壓力，礦山開采區(qū)環(huán)境相對(duì)簡單時(shí)，一般采用儀器探測法預(yù)測壓力。預(yù)測地層壓力有利于整體把握礦山開采區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)，是了解地質(zhì)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，上述中提取礦山地層結(jié)構(gòu)是對(duì)水文地質(zhì)進(jìn)行預(yù)判，了解地層結(jié)構(gòu)是否有利于水文發(fā)育。根據(jù)某礦山開采區(qū)的地層結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，了解到該區(qū)域的地層結(jié)構(gòu)相對(duì)比較復(fù)雜，巖漿活躍程度較強(qiáng)烈，采用密度調(diào)整法和超聲探測法綜合技術(shù)預(yù)測該區(qū)域地層壓力值，將泥漿以3以2L/s左右排量向鉆孔內(nèi)泵傾倒，泥漿密度為3g/cm3，預(yù)測層孔深為564m，孔內(nèi)遺失壓力為63.4kPa，礦山各個(gè)區(qū)域的地層壓力，地層壓力值為勘查水文地質(zhì)條件提供了數(shù)據(jù)支撐，水文地質(zhì)下的地層壓力值會(huì)發(fā)生變化，根據(jù)區(qū)域地層壓力值設(shè)置鉆孔位置。

1.3 設(shè)置鉆孔位置

設(shè)計(jì)出合理的鉆探方法，選擇合適的鉆探設(shè)備，預(yù)測礦區(qū)地層壓力，鉆探設(shè)計(jì)和設(shè)備制約著勘查工作的作用和效率，根據(jù)礦山開采區(qū)實(shí)際情況，設(shè)計(jì)鉆孔參數(shù)和鉆具參數(shù)，調(diào)節(jié)鉆孔之間的距離，勘查工作的準(zhǔn)確性與鉆孔的參數(shù)和位置有極大關(guān)系，將鉆具重新排列組合，選擇合理的鉆具組合，增強(qiáng)勘查效果，鉆孔間距決定了是否能做到最勤儉節(jié)約同時(shí)又高效準(zhǔn)確的勘查[3]。合理的鉆探設(shè)計(jì)與設(shè)備選擇對(duì)提高水文地質(zhì)綜合勘查效率、減少勘查施工事故率具有重要作用。設(shè)計(jì)鉆探施工設(shè)計(jì)地質(zhì)因素主要包括礦山地層結(jié)構(gòu)、地下水、含水層巖石特性、巖體構(gòu)造、巖石力學(xué)、地質(zhì)風(fēng)化、地質(zhì)構(gòu)造和礦物成分，眾多地質(zhì)因素決定了勘查鉆探施工的質(zhì)量。鉆具是預(yù)測頂層壓力的基礎(chǔ)設(shè)備，制定相應(yīng)的鉆孔大小，鉆孔間距、鉆孔傾斜角和鉆孔深度，根據(jù)礦山水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度來確定選擇系數(shù)。某礦山開采區(qū)鉆孔位置如下圖1所示。

圖1 某礦山開采區(qū)鉆孔位置

圖1為該區(qū)域設(shè)置的鉆孔位置，某礦山開采區(qū)的水文地質(zhì)條件具有多樣性等特征，綜合考慮礦產(chǎn)開采的影響因素，鉆孔位置分布具有一定規(guī)律性。根據(jù)預(yù)測出的地層壓力值設(shè)置繩索取心管規(guī)格及K值，發(fā)現(xiàn)某礦山開采區(qū)，區(qū)域壓力值存在差異，采用兩種規(guī)格的繩索取心管，繩索取心管標(biāo)準(zhǔn)為GB和DCDMA標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)格分別是S59和S85，材質(zhì)均為45Mnmob，外徑分別為56.5mm和61mm，內(nèi)徑分別為40.69mm和46.65mm，橫截面積分別為8.64cm2和12.65cm2，GB標(biāo)準(zhǔn)的繩索取心管K值為16.55，DCDMA標(biāo)準(zhǔn)的繩索取心管K值為19.36，最終確定出某礦山開采區(qū)鉆孔之間的距離為62cm，鉆孔深度為1200m。

1.4 綜合勘查技術(shù)獲取勘查數(shù)據(jù)

水文地質(zhì)綜合勘查技術(shù)是多種勘查技術(shù)的融合，水文地質(zhì)綜合勘查技術(shù)類型有遙感勘查技術(shù)、多道瞬態(tài)面波勘查技術(shù)、高密度電阻率勘查技術(shù)、GPS勘查技術(shù)、原位測試技術(shù)和數(shù)字化勘查技術(shù)。其中遙感技術(shù)和高密度電阻率的勘查技術(shù)運(yùn)用較廣泛，能夠有效提高勘查結(jié)果的真實(shí)性。利用電阻率與單位涌水量之間的關(guān)系，采用綜合勘查技術(shù)測出區(qū)域涌水量，最終完成某礦山開采區(qū)水文地質(zhì)勘查，視電阻率與單位涌水量擬合曲線，如圖2所示。

圖2 視電阻率與單位涌水量擬合曲線關(guān)系

上圖2表示電阻率的大小反映區(qū)域涌水量，根據(jù)圖中曲線關(guān)系計(jì)算出區(qū)域涌水量，設(shè)置的鉆孔位置和預(yù)測的地層壓力值，對(duì)某礦山開采區(qū)區(qū)域的水涌水量進(jìn)行檢測，由于該區(qū)域的地下水和含水層分布不均勻，將礦山開采區(qū)一共分為5個(gè)區(qū)域，分別分布在該礦山開采區(qū)的東北部、東南部，西北部，西南部以及中部區(qū)域，分別在這這5個(gè)區(qū)域中設(shè)置8個(gè)水文鉆孔，計(jì)算出開采區(qū)鉆探孔內(nèi)涌水量值，利用勘查設(shè)備測出開采區(qū)上覆含水層頂板滲透系數(shù)為9，探孔內(nèi)水柱高度為68m，測出含水層厚度為35m。利用綜合勘查技術(shù)測出某礦山開采區(qū)西北部涌水量平均值為24.5m3/h，西南部涌水量平均值為35.1m3/h，東北部涌水量平均值為4.5m3/h，東南部涌水量平均值23.4m3/h，中部涌水量平均值45.78m3/h，根據(jù)通水量數(shù)值可知，開采區(qū)東北部含水層含水量較少，未發(fā)現(xiàn)地下水，中部區(qū)域含水層水含量較多，地下水處于區(qū)域西側(cè)。

2 結(jié)語

在開展礦山開采區(qū)地質(zhì)勘查工作時(shí)離不開對(duì)水文地質(zhì)條件內(nèi)容的研究，是開采前期的重要準(zhǔn)備工作，綜合勘查技術(shù)為礦產(chǎn)資源開采提供了有利技術(shù)支持，加快了礦區(qū)開采工作的進(jìn)程，顯著提高了開采效率。本文通過提取礦山開采區(qū)水文地質(zhì)特征，水文地質(zhì)條件情況，預(yù)測出礦區(qū)地層壓力，判斷礦產(chǎn)資源開采難度，利用綜合勘查技術(shù)獲取礦產(chǎn)資源具體位置，以及周圍地層結(jié)構(gòu)發(fā)育特點(diǎn)，通過勘查數(shù)據(jù)最終掌握礦山開采區(qū)的整體情況。本文研究的綜合勘查技術(shù)能夠保證了開采工程質(zhì)量，具體運(yùn)用過程中收集的數(shù)據(jù)會(huì)存在一定偏差，希望在下一次研究中整體優(yōu)化水文地質(zhì)綜合勘查技術(shù)，融合多種先進(jìn)勘查技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高效率開采。