孔隙水类型矿山水文地质勘察

柴振国

（黑龙江省煤田地质二○四勘探队，黑龙江七台河154600）



孔隙水类型矿山水文地质勘察

柴振国

（黑龙江省煤田地质二○四勘探队，黑龙江七台河154600）

摘要：水文地质的勘察也称为专门水文地质学，是以水文地质基本理论为指导，研究水文地质调查方法、理论的学科。在水文勘探工作中，通常需要投入比较多的勘探工程量。矿床开采时的主要水文地质问题有流砂冲溃及塌陷、残余水头及其引起的工程地质问题、地面沉降等。本研究主要阐述了孔隙充水矿床水文地质勘察的重点及具体方法。

关键词：孔隙水；类型；矿山；水文地质；勘察

1矿床开采时的主要水文地质问题

1.1流砂冲溃及塌陷

流砂冲溃是发生在孔隙矿床的特殊的水文工程地质问题。流砂冲溃的特征是：第一，流砂冲溃时，一般在溃砂前出现少量的涌水，而后水量突然增加，水流速度很大。之后逐渐减少，最后稳定到较小的流量，或断流。第二，流砂冲溃具有间歇性和反复性。流砂冲溃后，水头降低，此后砂层又获得地下水补给，再次充水饱和，水头抬高，发生溃水溃砂。第三，因流砂冲溃引起塌陷。因流砂冲溃而产生的塌陷，有的发生在地下，有的发生在地面，与采空区的位置和规模没有明显的关系，并且多出现在河谷地带，其规模一般较小，直径多在10m以下，深度仅数米。

1.2残余水头及其引起的工程地质问题

残余水头在矿床开采中是经常可以遇到的，但是，并非所有矿区都是因残余水头引发严重的工程地质问题，只有在露天矿的土质边坡、半坚硬岩和强风化基岩边坡，残余水头才对边坡的稳定性产生较大影响。由于残余水头的存在引起的地质问题主要有：第一，流砂。由于含水砂层疏干后有残余水头，残余水头所在的砂层部分处于饱水状态，工程施工遇到这部分砂层即产生流砂。第二，滑动。基坑开挖后，由于残余水头的影响，残余水头以下的黏性土等软弱层保持较高的含水量或处于饱水状态，在上覆地层自重压力下，边坡土体沿黏性土层或沿砂层和黏性土的接触面发生滑动。第三，崩塌。残余水头引起的崩塌规模较小，主要发生在土质边坡。含水层在残余水头以下部分，地下水仍然产生渗流，水对砂层的潜蚀作用和机械振动引起的砂层液化，使砂层掏空，造成上覆地层垮落。

1.3地面沉降

孔隙充水矿床，如从第四系含水层或者从基岩含水层中排水，就会引起第四系含水层的疏干，往往会使地面产生下沉，形成以排水点为中心的地面沉降漏斗。

2孔隙充水矿床水文地质勘察的重点及方法

第一，松散层的成因及其分布范围。第二，松散层的岩性、结构、粒度比、富水性和透水性。第三，松散层和矿层的组合关系，含水层和隔水层的组合关系。第四，地表水体对矿床充水的影响，地表水最大淹没范围、地表水与地下水的水力联系。第五，降水对矿坑涌水的影响。第六，含水层之间的组合关系。第七，流砂层的分布及其溃入矿坑、疏干的可能性。第八，黏土层（包括夹层、透镜体）的厚度变化及分布规律。

本类矿床水文地质勘察要大力应用地面电法及水文测井，以节省勘探工作量，提高勘探质量。对于河谷地带，冲洪积扇地区水量大的充水矿床，要用大降深、大流量、较长时间的抽水试验作评价。在抽水试验过程中要注意流砂冲溃、地面沉陷等问题。

3孔隙充水矿床的问题

3.1流砂冲溃

3.1.1流砂冲溃的水文地质勘察

流砂冲溃勘察注意的问题：第一，水文地质测绘范围应包括完整的水文地质单元，沿河谷地带应适当地扩大测绘范围。调查河谷第四系地层岩性、厚度、富水性及其切割流砂层的情况，收集矿区已采矿井流砂冲溃资料。第二，在钻进中应详细记录漏水、涌水、涌砂、埋钻等现象，观测钻孔中水位变化及砂层的静止水位。第三，抽水试验主要是查明流砂层的富水性、渗透性，探明流砂层和其他含水层、地表水体的水力联系，确定断裂的水文地质特征，取得计算参数，为流砂冲溃的预测提供依据。抽水试验孔应布置在对矿床开采影响较大的流砂层、断裂带及地表水体附近。第四，对流砂层、矿层顶底板及断裂破碎带岩石，应进行采样测试，对砂层样品进行粒度分析，对矿层顶底板及断裂带岩石进行抗压与抗剪试验。

3.1.2流砂冲溃的预测方法

第一，综合分析方法。在预测流砂冲溃时通常进行下列三项分析：一是地层分析。主要对矿区地层岩性、结构、胶结程度、厚度和地层组合关系等进行分析，研究可能发生流砂冲溃的层位、矿层和流砂层间的接触关系。二是地质构造分析。界定因断裂引起的矿层、流砂层和含水层等接触关系的变化，研究断裂充填物、两侧岩石破碎风化程度，分析断裂带对流砂冲溃的影响。三是水文地质分析。依据流砂层的产状、渗透性、富水性、地下水补给条件，流砂层与第四系含水层、地表水体间的水力联系，隔水层的阻水作用，断裂的水文地质作用，综合评判这些因素对流砂冲溃的影响。

第二，水文地质比拟法。在充分调查和收集已有矿区（或开采地段）资料的基础上，对比分析勘探矿区和拟采地段的水文工程地质条件，预测矿床开采时可能产生流砂冲溃的地段及其规模。

第三，突水系数法。突水系数可从本矿或类似条件的邻近矿床统计或取经验数值，运用相关公式计算比水压值，如超过突水系数即可能发生突水，从而引发流砂冲溃。

3.2残余水头的分析

3.2.1残余水头的研究应侧重的方面

第一，查明第四系地层岩性和结构，特别是要区分粗粒含水层、细粒含水层和隔水层。第二，第四系和基岩含水层的渗透性、富水性，补、径、蓄、排特征及各含水层间的水力联系。第三，土层的物理力学性质。第四，大气降水、地表水对地下水的补给。第五，含水层的水文地质参数及疏干效应。在详查和勘探阶段，应尽量利用地质钻孔，配合物探测井来查明第四系地层的岩性、厚度及分布情况。

3.2.2抽水试验

通过抽水实验，获取含水层水文地质参数及疏干效应，确定含水层目的水力联系及水文地质边界等，为矿床开采和疏干设计提供依据。应注意以往的矿区水文地质工作较侧重强含水层（粗颗粒含水层），而忽略了对弱含水层（细颗粒含水层）的调查分析，未注重提取其参数，未计算其对矿坑的涌水量，也未研究其疏干效应。露天矿坑涌水量固然重要，而地下水能否被疏干，能否因残留水头引起严重后果，也应给予足够的重视。所以，在布置对强含水层抽水时，对弱含水层也要布置有一定数量的观测孔进行分层观测。对弱含水层也要有一定数量的抽水孔，便于了解其水文地质参数及疏干效果。有些大型、重要的露采孔隙充水矿床，涌水量过大，一般抽水水位下降不大，可以把抽水与疏干试验结合起来进行。

参考文献：

［1］王秀兰，刘忠席.矿山水文地质［M］.北京：煤炭工业出版社，2011：56.

［2］蓝俊康，郭纯青.水文地质勘察［M］.北京：中国水利水电出版社，2008：45.

［3］徐智彬，朱朝霞.水文地质勘查方法［M］.北京：中国地质大学出版社，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

作者简介：柴振国（1987-），男，山东郓城人，助理工程师，主要从事地质勘探研究。

收稿日期：2015- 12- 13

中图分类号：P641.72

文献标志码：A

文章编号：1674-8646（2016）03-0058-02