山西省煤矿水文地质勘探

2014-11-09李霞

山西建筑 2014年5期

李霞

(山西省煤炭地质水文勘查研究院，山西太原 030006)

0 引言

山西煤炭资源丰富，含煤面积5．7×104km2，约占全省面积的40%，截止1996年年末累计探明储量2 662×108t，占全国煤炭储量的27%。而且煤炭品种齐全，煤质优良，开发自然条件优良。其煤炭主要以大同的动力煤，阳泉、晋城的无烟煤，离石与柳林、武乡与宁武的稀有炼焦煤为主。其储量特别大、分布广，已开发多年，山西成煤时期大部分在古生代，主要含煤地层为石炭、二迭系和侏罗系，部分为第三系;目前煤炭的开发平均深度在300 m～500 m左右，随着煤炭资源需求的增加，煤矿的开采深度会越来越深，部分地区已经进入到深部开采阶段。深部开采矿井对煤田水文地质勘探工作的要求更高，包括查明煤层中落差5 m左右的断层、幅度5 m左右的褶曲、陷落柱以及采空区的空间分布形态［1］。

1 煤矿水文地质勘探概念与特征

1．1 煤矿水文地质勘探概念

矿井建设生产阶段所进行的水文地质勘探，其最基本任务是为煤炭工业的规划布局和煤矿建设，安全生产提供水文地质依据，同时为水文地质研究积累资料。

矿井水文地质勘探是矿井防治水的基础工作，是其他任何工作不可取代的，防治水工作的质量及经济效果，在一定意义上说，取决于水文地质勘探工作的好坏。“知己知彼，百战不殆”，只有准确地把握地下水文地质条件及其变化的脉络，才能合理地、有的放矢地采取相应措施，否则势必陷入盲目性。因此，对矿井水文地质勘探工作重视与否，关系到防治水工作的成败。矿井水文地质勘探技术是在地质学、钻探学、地球物理勘探学以及岩石力学等相关学科发展的基础上而逐渐形成自己的体系的，随着科学技术的发展，它也必将不断完善。

1．2 煤矿水文地质勘探的特征

煤矿水文地质勘探一般分阶段循序进行，见图1。

矿井水文地质勘探为矿井建设、采掘、开拓延深、改扩建提供了所需的水文地质资料，是矿井防治水工作的主要水文地质理论依据，它是在煤田水文地质勘探的基础上进行的。矿井水文地质勘探贯穿于煤矿的整个建设生产过程，它可以验证和深化煤田地质勘探对矿井水文地质条件的认识，同时，又可根据矿井建设生产过程中遇到的水文地质问题，充分利用矿井的有利条件，进行有针对性的矿井水文地质勘探，为矿井建设生产和矿井防治水工作提供依据。

图1 煤矿水文地质勘探阶段

2 矿井水文地质条件

提高矿井水文地质条件的认识，有赖于水文地质补充勘探，但是，矿井实际生产过程中所反映出的地质、水文地质条件是非常宝贵的资料，是任何勘探方式也得不到的成果。因此，有以下两种认识:

1)对矿井生产过程中的突水、涌水量的变化、含水层水位的变化等突水条件的认识，结合勘探成果综合分析水文地质条件，从而做到精细解释的目的;2)生产过程是安全的，相应的地质资料、采煤方法等等是如何保障安全生产的，因此在这种情形下的总结和分析可能是更加重要的。

3 煤矿水文地质勘探技术

1)遥感;2)井下高压钻孔施工;3)矿井物探;4)化探;5)地温测量;6)放水试验;7)地震等物探资料精细解释;8)底板破坏深度探测技术:钻孔压(注)水钻孔声波测井、电磁波法、钻孔成像、顶底板相对移近量、单体支柱压力、钻孔相对地应力测量、声波大地电场法等;9)定向钻探技术:采用定向钻探技术，确定导水陷落柱等地质异常体形状和范围;10)计算机模拟技术;11)基于现代高精度分析仪器的水力联系判别:如电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP)可在3min内测72项指标;12)实验室微观分析。在实际煤矿勘探中，单一的探测方法都不能满足煤矿前期勘探的要求，每种方法都有优劣点，选择不同的方法通过优势互补，对矿区进行全面勘探，确保信息的准确性。通过各种勘探方法，形成多元数据，分析与确定矿区的断层分布、煤层埋藏深度和厚度、岩溶裂隙发育带的分布和隔水层厚度等。利用地理信息系统作为平台建立预测与评价模型，从而实现地质资料的信息化、数字化和可视化。因此，从发展趋势来看，煤炭地质勘探技术是地球物理方法、基础地质勘探手段和地理信息系统技术的有机结合。

4 矿井水文地质勘探技术的特点及发展

4．1 特点

近年中国煤矿水文地质勘探特点主要包括:1)以补充勘探为主，向深部要煤炭资源;2)勘探规模以矿井为单位，有别于过去的资源勘探;3)勘探技术有很大提高，新技术频出;4)勘探成果与生产实际需求更加接近，并呈动态完善;5)勘探精度、深度大大提高;6)建井期、生产期实际揭露反映了许多地质、水文地质现象，水文地质补充勘探目的性和针对性更加明确;7)勘探技术、解释技术和勘探装备有待进行深入地研究以及发展。

4．2 发展趋势

1)在矿井水文地质勘探过程中，可以充分利用矿井的有利条件，做到井上下相结合，增强优势;2)在矿井水文地质勘探试验时，进行以井下放水试验为主的井下勘探，井上、下结合观测的综合勘探方法。这种以井下放水试验为中心的矿井水文地质综合勘探方法，可以大大提高勘探空间，使勘探工程的布置带有立体性，而且放水试验的水量和水位降深可以不受抽水设备能力的限制，能够较真实地模拟矿井建设、生产过程中的地下水流场特征，对矿井水文地质条件的评价和预测更接近于矿井建设、生产的实际，从而可为矿井建设、生产过程中的矿井防治水工作提供可靠的水文地质依据;3)矿井水文地质勘探新技术的应用;4)由于水文地质勘探手段的发展，当前的矿井水文地质勘探工作已打破以测绘、钻探和抽(放)水试验为主体的单一格局，而代之以钻探、物探、化探、抽(放)水试验、示踪试验、工作面测试的综合勘探和从概念模型到数学模型的模拟计算，定量评价以及计算机的广泛应用;5)勘探装备呈现出的现代高技术特点;6)矿区水文地质勘探的发展趋势是向水文地质条件的精确勘探方向发展，勘探技术与装备更加现代化、综合化，勘探成果更加贴近生产实际应用。