有关煤矿床水文地质勘查类型问题的讨论

方向清，沈智慧，任虎俊，李本军

（中国煤炭地质总局水文地质局，河北邯郸 056004）

有关煤矿床水文地质勘查类型问题的讨论

方向清，沈智慧，任虎俊，李本军

（中国煤炭地质总局水文地质局，河北邯郸 056004）

水文地质勘查类型的正确划分是矿床水文地质勘查设计的依据，是建立在正确认识矿床水文地质条件基础上进行的。现行规范一股划分为3类3型。随着煤炭资源的不断开发，特别是进入21世纪以来，西部煤炭资源的开发和煤炭资源开采深度不断加大，矿床充水条件发生了变化，主要水害的类型也发生了变化。从煤矿床水害类型、充水条件、勘查方法的选择、地下水赋存空间特征等方面阐述了煤矿床水文地质勘查类型划分的依据和方案，依据矿床充水水源类型和水文地质条件复杂程度将煤矿床水文地质勘查类型划分为5类3型，并提出了相应勘查的工作量，为煤矿床水文地质勘查设计提供了科学的认识方案。

水文地质；矿井突水；《规范》制定；勘查类型；老空水；地表水；工程量

进入21世纪以来，随着煤炭资源产量由2000年的10亿t，到2014年煤炭产量已增长到38.7亿t，煤矿开采条件日益复杂，为了查明和评价矿井充水条件，煤矿企业根据《煤矿防治水规定》要求进行了相应的补充水文地质勘查。在矿井补充水文地质勘查工作中主要依据《煤矿防治水规定释义》《煤矿防治水手册》《煤、泥炭地质勘查规范》（DZ/T 0215-2002）、《矿区水文地质工程地质勘探规范》（GB 12719-91）、《煤矿床水文地质、工程地质及环境地质勘查评价标准》（MT/T1091-2008）等相关规定和规范。这些规范勘查类型划分基本一致，都为3类3型，只是第3类亚类上有不同[1-2]；2016年2月钱学溥等根据水文地质条件复杂程度将矿区水文地质勘查类型划分为复杂、中等、简单3个类，并给出了相应的推荐工作量[3]。作者等于2011年也提出煤矿床水文地质勘查类型划分方案[4]。在中国地质科学院水环所修订《矿区水文地质工程地质勘查规范》和中国煤炭地质总局水文地质局制定《煤矿专门水文地质勘查规范》（以下简称“《规范》”）和《煤田水文地质勘查规范》之际，本文从煤矿水害类型、水文地质条件复杂多样、勘查技术手段及评价方法等有关方面就《规范》中采用的方案提出一些想法，以供大家商榷。

1　《规范》制定的必要性

1.1水害类型的变化

从表1和表2可知，随着煤矿大规模开采水害事故种类发生了较大变化。2005年前水害水源主要是奥灰水和裂隙水，20起水害中只有1起是老窑水。而表2中2006至2015年10 a间，煤矿重特大水害事故41起，老空水32起，地表水5起，孔隙水1起，奥灰水1起，也就是说老空水重特大水害事故占78%，地表水占12%，两者占比达90%以上。为此，《安全生产“十二五”规划》（国办发[2011]47号）根据《国务院安委会关于落实安全生产“十二五”规划主要目标和任务工作分工的通知》（安委[2012]1号）要求开展煤矿水文地质和老空区普查工作重大专项。这些数据足以支撑将老空水和地表水充水矿床作为矿井水文地质勘查类型中一类。

表1　历次大型突水事故统计[4]Table 1 Statistics of all previous large water bursting accidents[4]

1.2充水条件的变化

由表1和表2可知，主要充水水源类型发生了较大变化：其一是老空水成为煤矿主要充水水源，老空水其赋存条件与地下水是不同的[4]；其二是地表水也成为仅次于老空水的主要充水水源之一。随着西部煤炭资源的开发，顶板充水含水层的特征也发生了较大变化，西部侏罗、白垩系煤层顶板为厚度较大的中生代孔隙-裂隙含水层，虽然单位涌水量有时不大，但其静储量较大，也往往对煤矿开采构成较大的威胁。

1.3勘查方法的不同

老空水类充水矿床勘查方法是以调查为基础，辅以综合物探，最后再进行钻探验证。地表水类充水矿床是以调查为主，辅以物探和钻探。

1.4评价方法的不同

老空积水量评价方法和危险性评价方法不同于含水层。老空积水只是计算其老空区所含水的体积，如式（1）；而含水层对矿井涌水量的计算基于达西定律，如式（2），及其所推导的井流公式（裘布依公式、泰斯公式）。

当老空积水区形状不规则，积水区走向长度和垂高不容易计算得到时，采用公式（1）计算。

式中：W静——采空积水区静储量，m3；

K采——老空积水区充水系数，0.3～0.5；

H——老空区积水深度，m；

F——老空积水区面积，m2；

α——煤层倾角，(°)。

某一含水层的动涌水量可采用达西定律计算：

式中：Q——单位时间内通过断面地下水流量，m3/d；

K——渗透系数，m/d；

J——水力坡度；

A——过水断面面积，m2。

1.5三类划分方案不能有效指导矿床水文地质勘查设计工作

矿床水文地质勘查主要任务不是查明是否有水，水量多大的问题，而是要查明充水条件，充水水源、充水通道、充水方式、充水强度是充水条件的四个核心因素。因而，矿床水文地质勘查类型仅以水文地质条件复杂程度划分为复杂、中等、简单3类仅反映充水强度一个方面，在实际使用过程中笔者认为存在以下两个问题：一是没有反映充水水源，即没有明确勘查对象，不利于对勘查设计总体把握；二是没有反映充水方式和充水通道，对于勘查手段和评价方法的选择指导意义不大。

表2　2006—2010年全国煤矿重特大水害事故统计Table 2 Statistics of 2006-2010 coalmine important and extra large water hazardous accidents in the country

2　《规范》拟采用的勘查类型

2.1矿床充水类型划分

按直接充水水源的类型，把矿床充水类型划分为五类，参见表3。

表3　矿床充水类型Table 3 Mine water filling types

2.2勘查的复杂程度划分

按水文地质条件复杂程度，把勘查的复杂程度划分为三个型，参见表4。

表4　勘查的复杂程度分类Table 4 Exploration complexity classification

3　《规范》拟采用工作量

通过对近10 a来勘查成果报告的综合分析，对现行规范勘查工作量进行了相应修改，见表5。

表5　矿井水文地质勘查基本工作量Table 5 Mine hydrogeological exploration basic workload

根据成果报告中抽水试验成果计算矿井涌水量存在较大误差原因的分析，应将直接充水含水层分为主要直接充水含水层和次要充水含水层，并对其工作量进行了相应调整，以提高主要充水含水层水文地质参数的可靠程度。

矿床水文地质工作主要是面上控制，重点详细研究，为此，把物探提升为主要勘查手段，特别是对于复杂水文地质条件，应进行综合物探工作。

对于老空水类和地表水类矿床，水文地质调查同样是主要手段，提高了比例尺要求。

表5和表6的工作量是针对勘探阶段提出的，如已作过并且成果资料可利用，可相应减少工作量。

表6　专门水文地质勘查基本工程量Table 6 Special hydrogeological exploration basic workload

4　勘查实例

如前所述，老空水和地表水已成为煤矿水害主要充水水源之一，尽管现行规范没有此二种勘查类型，但勘查实践中，勘查单位仍根据实际水文地质条件，进行了专门老空区及积水和地表水水文地质勘查工作。实践表明这两类充水矿床的水文地质所采用的勘查方法、评价方法都不同常规的地下水勘查。本文以王家岭煤矿201盘区老空水勘查为例进行说明。

山西省煤炭地质物探测绘院和煤炭科学研究总院西安研究院分别于2010年先后在王家岭井田201盘区进行了地面物探工作，发现大量的采空区及物探异常区。201盘区内2#煤采空区12处、探测异常区7处；203盘区2#煤采空区1处。201盘区采空区分布于西区南部4处，编号为CK1、CK2、CK3、CK4；西区北部3处，编号为CK10(原物探编号为采空Ⅱ)、CK11(原物探编号为采空Ⅰ)、CK12(原物探编号为采空Ⅲ)；分布于东区5处，编号为CK5、CK6、CK7、CK8、CK9。异常区分布于西区4处，编号为异常区Ⅰ、异常区Ⅱ、异常区Ⅲ、异常区Ⅳ；东区3处，编号为异常区2-1、异常区2-2和异常区2-3。2煤采空区和异常区是由三维地震勘探和地面瞬变电磁勘探确定的。

中国煤炭地质总局华盛水文地质勘察工程公司2011年6～8月实施了采空区和异常区地面钻孔验证工程（图1）。结果表明：

（1）CK2、CK6、CK7、CK8为采空区；

（2）CK13、异常区Ⅱ、异常区Ⅲ、异常区Ⅳ、异常区2-2为局部采空区；

（3）CK12、异常区Ⅰ、异常区2-3为验证孔正常。

（4）CK6采空区内CK6-3钻孔、CK7采空区内CK7-2钻孔、CK8采空区内CK8-1、CK8-2钻孔有积水。

该验证成果对矿井制定具体的防治水措施起到了事半功倍的作用。

实践证明，对于老空水勘查，在调查的基础上，主要是通过综合物探探测老空异常区的分布及其积水异常情况，再进行钻探进行验证以确定老空区的分布，以及积水情况。

图1　采空区及异常区验证成果Figure 1 Verified results of gob and abnormal areas

5　结语

本文通过分析研究大量勘查成果资料，从煤矿的水害类型的变化、充水条件的变化、勘查方法的不同、评价方法的不同、矿井水不同于固体矿床等方面讨论了水文地质勘查类型的划分方案依据，给出了《规范》采用的勘查类型划分方案和相应的工作量。

[1]国家技术监督局.GB 12719-91《矿区水文地质工程地质勘探规范》[S].北京：中国标准出版社，1991.

[2]中华人民共和国国土资源部.DZ/T 0215-2002《煤、泥炭地质勘查规范》[S].北京：地质出版社，2003.

[3]钱学溥，任虎俊，杨光辉，等.矿区水文地质勘查类型及基本工程量[J].中国煤炭地质，2016，28（2）：35-38.

[4]傅耀军，方向清.煤矿床水文地质勘查类型划分研究探讨[J].中国煤炭地质，2011，23（9）：32-33.

[5]赵铁锤.华北地区奥灰水综合防治技术[M].北京：煤炭工业出版社，2006.

[6]国家安全生产监督管理总局.煤矿防治水规定[M].北京：煤炭工业出版社，2009.

[7]国家煤矿安全监察局.中国煤矿水害防治技术[M].江苏徐州：中国矿业大学出版社，2013

[8]方向清，刘艳，王红燕.煤矿床水文地质勘查勘查思路[J].中国煤炭地质.2012(08)

[9]岩溶充水矿床水文地质类型研究组.中国岩溶充水矿床的水文地质勘探类型[J].中国地质科学院水文地质工程地质研究所所刊，1988，4：19-92.

[10]水文地质局地质矿业技术部.煤矿床水文地质勘查类型划分研究[R].河北邯郸：水文地质局地质矿业技术部，2012.

[11]李正根.水文地质学[M].北京：地质出版社，1980.

A Discussion on Coal Deposit Hydrogeological Exploration Type Partition Issue

Fang Xiangqing,Shen Zhihui,Ren Hujun and Li Benjun
(Hydrogeological Exploration Bureau,CNACG,Handan,Hebei 056004)

The correct partition of hydrogeological exploration type is the basic thought that guides mine hydrogeological exploration de⁃sign.It is carried out on the basis of mine hydrogeological condition correct understanding.Current specifications are generally divided into 3 categories and 3 types.Along with continuous coal resources exploitation,especially since the 21st Century,the exploitation of western China coal resources and deepening depth of extraction,water filling conditions changed,main water hazard types also changed.The paper has expounded coal deposit hydrogeological exploration type partition basis and scheme from aspects of coalmine water hazard type,water filling condition,exploration means selection,groundwater hosting space features etc.Based on mine water fill⁃ing source types and complexity of hydrogeological conditions partitioned the coalmine hydrogeological exploration type into 5 catego⁃ries and 3 types;put forward corresponding workload.Thus has provided mine hydrogeological exploration design with scientific under⁃standing program.

hydrogeology;mine water bursting;criterion formulation;exploration type;gob water;surface water;workload

P641.4

A

10.3969/j.issn.1674-1803.2016.11.10

1674-1803(2016)11-0049-06

国土资源部2013年标准计划项目：煤矿专门水文地质勘查规范；中国地质调查局工作项目：煤田水文地质勘查规范

方向清（1961—），男，安徽岳西人，教授级高级工程师，从事水文地质工作。

2016-06-23

责任编辑：樊小舟