深论喀斯特地貌条件下探明矿井水文地质条件的意义及必要方法

付康国

摘  要：文章通过对雨汪煤矿一井建设过程中，出现多次突水现象的分析。阐述对复杂喀斯特地貌条件下，难以开展地面水文地质补勘查明矿井水文地质条件，采用大面积物探勘查方法的必要性，及使用瞬变电磁法作为物探手段的实际意义，分析采用水样水质化验、同位素测试方法对判断水源的可行性。

关键词：水文地质条件;喀斯特地貌;瞬变电磁;同位素分析;意义

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《煤矿防治水细则》规定，矿井实际揭露水文地质条件比原勘探报告复杂，应开展水文地质补充勘探工作。对一部分处于复杂地形条件下的煤矿，开展水文地质补勘会过度消耗财力、物力、人力，加大煤矿生产成本。如建设于喀斯特地貌地区的雨汪煤矿一井，受复杂地形地貌条件所限，选择易于施工的地表大面积物探勘查施工，结合水样分析，可为煤矿水害治理提供依据。

1 探明矿井水文地质条件的意义

1.1 矿井地质条件概况

雨汪煤矿一井设计生产能力3.0Mt/a，属于基建矿井。矿区构造总貌为一倾向南东的单斜，地层倾角6°～15°。矿区内地层总厚1556.42m，含水层由新至老，分别为第四系（Q）孔隙含水层、三叠系中统个旧组（T2g）岩溶含水层、下统永宁镇组（T1y）强岩溶含水层、飞仙关组第二、三段（T1f2+3）裂隙含水层、卡以头组（T1k）裂隙含水层、长兴组及龙潭组主含煤段（P2c+P2l）裂隙弱含水层、茅口组 （P1m）强岩溶含水层。矿井首采煤层直接充水含水层为卡以头组（T1k）裂隙含水层[1]。

1.2 探明矿井水文地质条件的背景及意义

矿井建设过程中，共发生12次较大突水，涌水量超过100m3/h的共4次，突水点累计涌水量达到56.8万m3。101盘区轨道大巷掘进工作面施工六个超前探放水钻孔，涌水总量为70～85m3/h，水源及通道不明，导致该工作面停工。为治理101盘区轨道大巷涌水，彻底解决水文地质条件勘查程度不足，决定开展大面积物探工程。以求查明矿井富水异常区，为是否需要水文补勘提供支持，提供给矿井后续安全建设及回采编制防治水设计有关依据[2]。

2 使用物探方法查明富水异常区

2.1 使用瞬变电磁法勘查的前提

矿井地层沉积序列稳定，经测试地层导电性差异明显，为电法勘探提供良好的电性基础。飞仙关组二、三段地层的平均电阻率值相对较高，构成良好的电性标志层。充水的断层破碎带，电阻率明显低于围岩电阻率，深层地层电性条件良好。相关数据如表1所示。

2.2 探测装置与测网布置

采用CEI-7瞬变电磁系统，俄罗斯Tsikl-7瞬变电磁仪器采集数据。该探测系统一般勘测深度从地表起点至地下1000m。测网结合矿井的地层走（倾）向、地质构造分布、含水层与所处地形地貌的特征进行部署，力求探查测区所有主要地层、出露断层，探查深度覆盖深部茅口组强岩溶含水层。本次勘查采取不接地回线布置一次脉冲场测网，测网面积为700m×700m、750m×750m、500m×850m、500m×500m各一个，8个400m×500m，共布置12个测网。沿地层倾向及走向布置六条瞬变电磁测线，总长15.72km。勘测物理点总数为55284个，总勘探面积为7.36km2，覆盖矿井先期开采101、102盘区。

2.3 对物探结果的处理与结论

对井下所有出水点视电阻率实测，分析视电阻率分布特征，主要出水点位于视电阻率160～170Ω·m，井下出水点视电阻率分布特征如图1所示。对本次勘探所获的69666个视电阻率点进行统计分析，结合上述分析成果，分視电阻率阈值小等于230Ω·m、160～180Ω·m、小于等于160Ω·m三个区段对水文地质情况进行分析[3]。

本次以先期开采+1250m水平为基准共划定出物探水文构造8条，通过物探水文构造划分为六个水文地质单元，并对各单元水文地质条件及富水性进行了阐述。+1250m水平为基准的物探水文地质单元分区图如图2所示。本次使用瞬变电磁法查明测区富水异常区后，勘探结果与井下实际主要出水位置高度耦合，证明此次探查结果准确无误。

为下一步防治水工作提供依据、判断富水区水源，对井下各出水点进行取样、水质化验，水样中的D、18O稳定同位素和T放射性同位素测试。结果显示：氚同位素的半衰期为12.43年，如按1986～2000年当地雨水中氚同位素平均值为19.2TU，衰变为井下出水点中氚同位素<1.3TU则需要50年，说明由雨水到形成地下水至少需要50年。得出井下主要出水点与地表水无关，来源是地下含水层水的结论，故矿井先期开采水害治理侧重点应转向井下含水层水害治理。瞬变电磁法探查结果为水害治理圈定了准确的靶区，也为是否需继续补勘工程及补勘设计提供参考。

3 结束语

煤矿建设过程中对所处地区复杂的地貌条件勘查程度不够，矿井水文地质条件认识不足，易致使后期矿井生产遭遇安全隐患。若开展水文地质补勘，则钻孔施工的代价和难度过大。故遵循雨汪煤矿一井处理此类问题的经验，使用便于施工的大面积物探，圈定富水异常区，联系揭露地质条件验证，检验探查成果的准确性;同时，采取水样测试分析方法，可准确判断水源。煤矿应运用好探查成果，综合考虑矿井开采布局，研究开展水文地质补勘的必要性，为矿井后续水害防治工作提供可靠依据。

参考文献：

[1]王小霞.刍议复杂水文地质条件对矿山开采顺序的影响[J].世界有色金属，2019（23）：142+144.

[2]张鹏.复杂水文地质条件下突水机理研究与危险性评价[J].能源与环保，2017，39（12）：109-113.

[3]邢斌.矿山采掘工作面水文地质条件分析报告内容研究[J].煤炭与化工，2016，39（01）：152-154.