邢东矿奥灰水文地质补充勘探方法研究

李东雪，卢玲敏

（中国煤炭地质总局 第二水文地质队，河北 邢台 054000）

1 工程概况

邢东井田隶属于冀中能源股份有限公司，位于邢台市东北部。主要可采煤层为2 号煤，其厚度稳定，据以往勘探资料，勘查区主采2 号煤层位于区域岩溶水位之下，属带压开采区，煤层开采除受顶板水害之外，更严重的是面临下伏区域奥灰强含水层岩溶水的威胁。据区域岩溶水文地质条件分析，邢东井田处于百泉泉域的东北部，断层较多，区内水文地质条件较为复杂，中奥陶统峰峰组、马家沟组岩溶裂隙较发育，地下水补、蓄条件良好，矿井中西部赋存有较丰富的岩溶水。

2011 年4 月13 日邢东矿井2127 工作面发生涌水，涌水量估测20 m3/h，4 月17 日19 时水量达到125 m3/h，出水初期伴随有H2S 气体及瓦斯溢出，之后水量最高达到210 m3/h。通过这起涌水事故充水水源判定及水害治理过程，发现该勘查区以往奥灰含水层水文地质勘探工作严重不足。鉴于此，在该区开展水文地质补充勘查工作。

2 勘查方法

2.1 勘查手段选择

邢东矿勘查区地表均被第四系松散沉积物覆盖，属于全掩盖区，地势平坦。从地质目的和经济效益出发，选择地面物探（瞬变电磁、可控源音频大地电磁法2 种）、水文地质钻探、地球物理测井、抽水试验、连通试验、取样测试（水化学、环境同位素、岩石力学测试、KI）、动态观测、工程测量等多种手段相结合的勘查手段。

2.2 勘查目的层确定

邢东矿井开采2 号煤层，埋深较浅的矿井西部主要充水含水层为2 号煤顶板砂岩裂隙含水层和下石盒子组底部砂岩裂隙含水层；随着开采深度的增加，煤层底板奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层成为煤层开采的主要威胁，奥陶系岩溶裂隙含水层成为主要充水含水层。

根据对邢东矿充水含水层的分析研究，此次水文地质补充勘查的主要目的层为奥陶系岩溶裂隙承压含水层。

3 完成工作量及其质量评述

3.1 完成主要工作量

邢东矿奥灰水文地质补充勘查工程项目完成地面瞬变电磁物理点28 个，可控源音频大地电磁法物理点162 个；完成水文地质钻探7 754.16 m/6孔；完成地球物理测井7 736.20 实测米；完成单孔抽水试验7 层次，多孔抽水试验1 层次（含连通试验1 次），群孔抽水试验1 层次；完成工程测量6点；采取并化验水质全分析样17 个，同位素样16个；示踪剂样203 个；测试岩石力学样96 组，见表1。

表1 完成工作量统计Table 1 Statistics of completed workload

3.2 勘查工作质量评述

3.2.1 钻孔工程测量

此次钻孔测量，收集的起算点有2 个国家Ⅱ控制点，其平面成果属1954 年北京坐标系，1956 年黄海高程，高斯投影3°带第37 带成果，中央子午线为111°。经实地踏勘均保存完好，可以满足此次工程点的定测。此次测量仪器为深圳INTECH QS-01A 型GPS 测量系统，精度为5 mm+1 ppm；北京博飞BTS-802C 型全站仪，精度为2″。测量成果满足《全球定位系统（GPS） 测量规范》《煤炭资源勘探工程测量规程》 的要求，质量合格，可以用于勘探工程及勘查报告。

3.2.2 地面物探

瞬变电磁：实际完成测量分3 个剖面，28 个测点，点距为10 m。

可控源音频大地电磁法：此次可控源音频大地电磁法共布设测线13 条，测线总长2 410 m，点距20 m 及10 m，共计物理点162 个，其中重复观测检查点12 个。

按《规程》 要求检查量不低于总工作量的3%～5%，总均方相对误差≤15%。施工共布检查点12 个，占观测点总数的7.41%（>3%），单测点上各测道总的平均均方相对最大误差为13.43%（<15%），符合相关规范要求。

3.2.3 水文地质钻探

勘查完成水文地质钻孔6 个，完成钻探工程量7 754.16 m。所有钻孔全部按设计要求完成地质任务，钻孔终孔层位及长观层位见表2。对施工钻孔根据有关规程、标准进行了评级验收。

表2 钻孔性质一览Table 2 List of drilling properties

根据以上各项内容对所有施工钻孔进行综合评 级，全部为甲级，见表3。

表3 钻探成果综合评级Table 3 Comprehensive rating of drilling results

3.2.4 抽水试验

3.2.4[0-9]+1 单孔抽水试验

此次勘探完成的7 层次单孔抽水试验，其中奥陶系中统八段岩溶裂隙含水层抽水试验6 层次；奥陶系中统峰峰组+上马家沟组混合抽水试验1 层次。全部达到优质标准，抽水试验优质率达100%，见表4。

表4 单孔非稳定流抽水试验质量一览Table 4 Quality list of single-hole unsteady flowpumping test

3.2.4[0-9]+2 群（多） 孔抽水试验

（1） 群（多） 孔抽水试验布置。

北区多孔抽水试验选择矿井北部的水5 孔作为抽水主孔，水1、水2、水4、水9、D 水11、20041 孔及井下2127 工作面突水点进行观测。为了解井下2127 工作面突水点的具体突水水源，在水9 孔投放示踪剂，2127 工作面突水点采样。

南区群孔抽水试验利用南部水1、水2 孔作为抽水主孔，水3、水4、水5、水9、D 水11 孔及井下2127 工作面突水点进行观测。进行3 次降深分阶段的抽水：第1 次降深先抽水1 孔，出水量控制在70%左右；第2 次降深利用水1 孔做全泵量最大能力的抽水；第3 次降深利用水1、水2 孔同时做最大能力的抽水。

（2） 群（多） 孔抽水试验涌水量及水位观测。

为降低日变幅对水位的影响，2 次抽水试验以孔内连续2 日水位平均值作为静水位，以停泵前1日水位平均值作为动水位。

多孔抽水试验目的层为奥陶系峰峰组岩溶裂隙含水层，采用非稳定流抽水，尽抽水设备机械能力作了一次最大降深抽水试验，时间自2014 年1 月18 日～1 月25 日，历时168 h。抽水主孔总流量为25.668 m3/h，降深93.956 m。水4 观测孔降深为0.677 m、20041 观测孔降深为0.764 m。其它孔降深随着与主孔距离而变化，在0.225~0.764 m，见表5。

表5 水5 抽水观测孔信息一览Table 5 Information list of No.5 pumping observation hole

群孔抽水试验目的是在最富水地段尽机械最大能力进行大强度抽水，充分暴露勘查区水文地质条件，了解奥陶系峰峰组含水层地下水流场连通性及与上马家沟组含水层的水力联系。时间自2014 年4 月23 日～5 月2 日，历时216 h 完成3 次降深分阶段的抽水，见表6~表7。

表6 群孔抽水试验统计Table 6 Statistical table of group-holes pumping test

表7 水1、水2 抽水观测孔信息一览Table 7 Information list of No.1 and No.2 pumping observation hole

3.2.5 动态观测

长期观测孔8 个（水1、水2、水3、水4、水5、水9、D 水11、20041），观测层位主要为奥陶系岩溶裂隙含水层。

3.2.5[0-9]+1 区内观测孔

此次钻孔施工结束后即刻投入长观，开始观测时间随钻孔完工时间各异。观测仪器采用水文自动观测仪、人工万能表和导线测量，观测导线在投入使用前均进行了测量标记，使用中每隔一个月校对一次，抽水期间每二日校对一次，观测数据准确，真实可靠，详见表8~表9。

表8 多孔抽水试验动态观测孔基本情况一览Table 8 Basic conditions list of dynamic observation hole in porous holes pumping test

表9 群孔抽水试验动态观测孔基本情况一览Table 9 Basic conditions list of dynamic observation hole in group holes pumping test

3.2.5[0-9]+2 动态观测成果

取得了年内水位动态（旱季、雨季） 与日内水位微动态的变化规律，为矿井涌水量评价提供了依据。

3.2.6 采样与测试

此次勘查过程中，对钻孔揭露的2 号煤层顶板以上20 m 至奥灰顶界面之间的岩石力学样、含水层水样（全分析样、水同位素样） 进行了系统采样及送检。共采集各种样品362 个（组），其中煤芯煤样15 个，瓦斯样15 个，水质全分析样17 个，水同位素样16 个，示踪剂样203 个，岩石力学样3 孔96 组。所有样品的采集及包装均按有关规程、标准进行，采样符合要求，满足化验需要，详见表10。

表10 各种样品采样化验一览Table 10 List of sample tests for various samples

4 结 语

此次勘探手段采用了水文地质物探、水文地质钻探、地球物理测井、单孔抽水试验、群（多） 孔抽水试验、采样化验、动态观测等相结合的方法。工程布置遵循突出重点、点面结合、一孔多用的基本原则。完成可控源音频大地电磁法物理点162个，完成地面瞬变电磁物理点28 个；完成水文地质钻探7 754.16 m/6 孔；完成地球物理测井7 736.20 实测米；完成单孔抽水试验7 层次，多孔抽水试验1 层次（含连通试验1 次），群孔抽水试验1 层次；完成工程测量6 点；采取并化验水质全分析样17 个，同位素样16 个；测试岩石力学样96 组；示踪剂样203 个。此外还完成测量、动态观测等辅助工作。各种勘查方法的有机配合，基本完成了设计中提出的目的任务，为邢东煤矿下一步工作开展提供了技术支持。