孔隙水類型礦山水文地質勘察

柴振國

（黑龍江省煤田地質二○四勘探隊，黑龍江七臺河154600）

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孔隙水類型礦山水文地質勘察

柴振國

（黑龍江省煤田地質二○四勘探隊，黑龍江七臺河154600）

摘要：水文地質的勘察也稱為專門水文地質學，是以水文地質基本理論為指導，研究水文地質調查方法、理論的學科。在水文勘探工作中，通常需要投入比較多的勘探工程量。礦床開采時的主要水文地質問題有流砂沖潰及塌陷、殘余水頭及其引起的工程地質問題、地面沉降等。本研究主要闡述了孔隙充水礦床水文地質勘察的重點及具體方法。

關鍵詞：孔隙水；類型；礦山；水文地質；勘察

1礦床開采時的主要水文地質問題

1.1流砂沖潰及塌陷

流砂沖潰是發(fā)生在孔隙礦床的特殊的水文工程地質問題。流砂沖潰的特征是：第一，流砂沖潰時，一般在潰砂前出現少量的涌水，而后水量突然增加，水流速度很大。之后逐漸減少，最后穩(wěn)定到較小的流量，或斷流。第二，流砂沖潰具有間歇性和反復性。流砂沖潰后，水頭降低，此后砂層又獲得地下水補給，再次充水飽和，水頭抬高，發(fā)生潰水潰砂。第三，因流砂沖潰引起塌陷。因流砂沖潰而產生的塌陷，有的發(fā)生在地下，有的發(fā)生在地面，與采空區(qū)的位置和規(guī)模沒有明顯的關系，并且多出現在河谷地帶，其規(guī)模一般較小，直徑多在10m以下，深度僅數米。

1.2殘余水頭及其引起的工程地質問題

殘余水頭在礦床開采中是經常可以遇到的，但是，并非所有礦區(qū)都是因殘余水頭引發(fā)嚴重的工程地質問題，只有在露天礦的土質邊坡、半堅硬巖和強風化基巖邊坡，殘余水頭才對邊坡的穩(wěn)定性產生較大影響。由于殘余水頭的存在引起的地質問題主要有：第一，流砂。由于含水砂層疏干后有殘余水頭，殘余水頭所在的砂層部分處于飽水狀態(tài)，工程施工遇到這部分砂層即產生流砂。第二，滑動。基坑開挖后，由于殘余水頭的影響，殘余水頭以下的黏性土等軟弱層保持較高的含水量或處于飽水狀態(tài)，在上覆地層自重壓力下，邊坡土體沿黏性土層或沿砂層和黏性土的接觸面發(fā)生滑動。第三，崩塌。殘余水頭引起的崩塌規(guī)模較小，主要發(fā)生在土質邊坡。含水層在殘余水頭以下部分，地下水仍然產生滲流，水對砂層的潛蝕作用和機械振動引起的砂層液化，使砂層掏空，造成上覆地層垮落。

1.3地面沉降

孔隙充水礦床，如從第四系含水層或者從基巖含水層中排水，就會引起第四系含水層的疏干，往往會使地面產生下沉，形成以排水點為中心的地面沉降漏斗。

2孔隙充水礦床水文地質勘察的重點及方法

第一，松散層的成因及其分布范圍。第二，松散層的巖性、結構、粒度比、富水性和透水性。第三，松散層和礦層的組合關系，含水層和隔水層的組合關系。第四，地表水體對礦床充水的影響，地表水最大淹沒范圍、地表水與地下水的水力聯(lián)系。第五，降水對礦坑涌水的影響。第六，含水層之間的組合關系。第七，流砂層的分布及其潰入礦坑、疏干的可能性。第八，黏土層（包括夾層、透鏡體）的厚度變化及分布規(guī)律。

本類礦床水文地質勘察要大力應用地面電法及水文測井，以節(jié)省勘探工作量，提高勘探質量。對于河谷地帶，沖洪積扇地區(qū)水量大的充水礦床，要用大降深、大流量、較長時間的抽水試驗作評價。在抽水試驗過程中要注意流砂沖潰、地面沉陷等問題。

3孔隙充水礦床的問題

3.1流砂沖潰

3.1.1流砂沖潰的水文地質勘察

流砂沖潰勘察注意的問題：第一，水文地質測繪范圍應包括完整的水文地質單元，沿河谷地帶應適當地擴大測繪范圍。調查河谷第四系地層巖性、厚度、富水性及其切割流砂層的情況，收集礦區(qū)已采礦井流砂沖潰資料。第二，在鉆進中應詳細記錄漏水、涌水、涌砂、埋鉆等現象，觀測鉆孔中水位變化及砂層的靜止水位。第三，抽水試驗主要是查明流砂層的富水性、滲透性，探明流砂層和其他含水層、地表水體的水力聯(lián)系，確定斷裂的水文地質特征，取得計算參數，為流砂沖潰的預測提供依據。抽水試驗孔應布置在對礦床開采影響較大的流砂層、斷裂帶及地表水體附近。第四，對流砂層、礦層頂底板及斷裂破碎帶巖石，應進行采樣測試，對砂層樣品進行粒度分析，對礦層頂底板及斷裂帶巖石進行抗壓與抗剪試驗。

3.1.2流砂沖潰的預測方法

第一，綜合分析方法。在預測流砂沖潰時通常進行下列三項分析：一是地層分析。主要對礦區(qū)地層巖性、結構、膠結程度、厚度和地層組合關系等進行分析，研究可能發(fā)生流砂沖潰的層位、礦層和流砂層間的接觸關系。二是地質構造分析。界定因斷裂引起的礦層、流砂層和含水層等接觸關系的變化，研究斷裂充填物、兩側巖石破碎風化程度，分析斷裂帶對流砂沖潰的影響。三是水文地質分析。依據流砂層的產狀、滲透性、富水性、地下水補給條件，流砂層與第四系含水層、地表水體間的水力聯(lián)系，隔水層的阻水作用，斷裂的水文地質作用，綜合評判這些因素對流砂沖潰的影響。

第二，水文地質比擬法。在充分調查和收集已有礦區(qū)（或開采地段）資料的基礎上，對比分析勘探礦區(qū)和擬采地段的水文工程地質條件，預測礦床開采時可能產生流砂沖潰的地段及其規(guī)模。

第三，突水系數法。突水系數可從本礦或類似條件的鄰近礦床統(tǒng)計或取經驗數值，運用相關公式計算比水壓值，如超過突水系數即可能發(fā)生突水，從而引發(fā)流砂沖潰。

3.2殘余水頭的分析

3.2.1殘余水頭的研究應側重的方面

第一，查明第四系地層巖性和結構，特別是要區(qū)分粗粒含水層、細粒含水層和隔水層。第二，第四系和基巖含水層的滲透性、富水性，補、徑、蓄、排特征及各含水層間的水力聯(lián)系。第三，土層的物理力學性質。第四，大氣降水、地表水對地下水的補給。第五，含水層的水文地質參數及疏干效應。在詳查和勘探階段，應盡量利用地質鉆孔，配合物探測井來查明第四系地層的巖性、厚度及分布情況。

3.2.2抽水試驗

通過抽水實驗，獲取含水層水文地質參數及疏干效應，確定含水層目的水力聯(lián)系及水文地質邊界等，為礦床開采和疏干設計提供依據。應注意以往的礦區(qū)水文地質工作較側重強含水層（粗顆粒含水層），而忽略了對弱含水層（細顆粒含水層）的調查分析，未注重提取其參數，未計算其對礦坑的涌水量，也未研究其疏干效應。露天礦坑涌水量固然重要，而地下水能否被疏干，能否因殘留水頭引起嚴重后果，也應給予足夠的重視。所以，在布置對強含水層抽水時，對弱含水層也要布置有一定數量的觀測孔進行分層觀測。對弱含水層也要有一定數量的抽水孔，便于了解其水文地質參數及疏干效果。有些大型、重要的露采孔隙充水礦床，涌水量過大，一般抽水水位下降不大，可以把抽水與疏干試驗結合起來進行。

參考文獻：

［1］王秀蘭，劉忠席.礦山水文地質［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2011：56.

［2］藍俊康，郭純青.水文地質勘察［M］.北京：中國水利水電出版社，2008：45.

［3］徐智彬，朱朝霞.水文地質勘查方法［M］.北京：中國地質大學出版社，2013.

Mine Hydrogeological Investigation in Pore Type

CHAI Zhen-guo
(Heilongjiang Coal Geology No.204 Exploration Team, Qitaihe 154600, China)

Abstract:The investigation of hydrogeology is also referred to specialized hydrogeology, which takes hydrogeological basic theory as guidance, a discipline that research hydrogeological survey methods and theory. It usually needs to invest more exploration quantities in hydrological exploration. The main hydrogeological problems of deposit mining are quicksand washouts and sinking, engineering geological problems caused by residual waterhead and ground subsidence. This study described the key point and specific methods of hydrogeological investigation of pore water-filled deposit.

Key words:Pore water; Type; Mine; Hydrogeology; Investigation

作者簡介：柴振國（1987-），男，山東鄆城人，助理工程師，主要從事地質勘探研究。

收稿日期：2015- 12- 13

中圖分類號：P641.72

文獻標志碼：A

文章編號：1674-8646（2016）03-0058-02