浅析矿山开采区水文地质综合勘查技术研究

刘现川

（河北省煤田地质局第二地质队，河北 邢台 054000）

随着社会的发展对矿产资源的需求越来越多，部分矿山已经得到有效开发，部分矿产资源埋藏在深层地层中，地层结构复杂，开采难度系数较大，需要利用更先进的勘查技术准确判断矿产资源所处位置和存储量。矿山开采区水文地质勘查是矿区资源勘查的重要内容，矿区开采不仅要勘查矿产资源位置，也需要勘查矿区地层结构和矿区水文地质条件，为后期开采工作提供坚实基础。矿区水文地质内容主要包括地层地下水发育情况、地层含水层的特点、水质和含水量等多个内容。复杂的水文地质条件将会增加开采难度，利用水文地质综合勘查技术建立一种高效准确的勘查模式，提高开采工作效率。矿山开采区水文地质结构是地层结构的重要组成部分，水文地质发育构造和发育特征严重影响矿山开发，研究矿山开采区水文地质特征尤为重要。水文地质综合勘查技术就是融合了CPS勘查技术、原位测试技术、数字化勘查技术等多种高新技术，研究矿山开采区水文地质综合勘查技术，充分勘查好矿山开采区地层下的水文地质条件。

1 矿山开采区水文地质综合勘查技术

1.1 提取矿山开采区地层结构特征

提取矿山开采区地层结构特点，分析矿山开采区地层结构类型、地层裂缝、地层岩浆活跃程度以及地层岩性特征。不同类型的地质结构孕育出不同水文地质条件，地层下的水文地质可以分为不同类型的水文地质单元，也称之为地下水循环系统，水文地质单元中有含水层和隔水层，在矿产资源开采过程中需要对开采矿产资源开采层与含水层和隔水层之间的关系进行分析，观察开采层所处的位置[1]。矿山开采区可能存在同种类型的水文地质单元，也可能存在不同类型的水文地质单元，跨越多个水文地质单元的矿区开采难度比跨越单个水文地质单元的矿区开采难度大。由于开采过程中没有准确了解矿山水文地质条件，会造成一定的矿井水害，矿井水害可以分为大气降水水害、地表水害、顶板水害、地板水害和贯通型水害。大气降水水害主要影响露天矿，受大气降水威胁。地表水害，矿山开采区受地表湖水、海水、水库渗透和地表采矿塌陷区积水威胁，塌陷区积水较普遍存在。顶板水害可以细分为单层水害、组合型水害和离层水水害，贯通型水害可以细分为断层水害、陷落柱水害、岩溶塌陷水害、钻孔水害，不同类型水害，所受到的威胁因素不同，矿山开采区水害会降低开采效率，威胁开采人员安全。根据水文地质条件严格防控矿山开采区的水害问题，保护和利用有效的水文地质结构，提供矿产资源发育场所，加大改造含水层结构和加固隔水层，改变地下水渗流状态。

1.2 预测矿区地层压力

选取某一个矿山开采区预测矿区地层压力，矿山开采区底层地层压力的预测有利于平衡水文地质综合勘查过程中保持钻探孔内部压力，从而更加精准的勘查到矿山开采区水文地质情况[2]。矿山开采区环境相对复杂时，一般采用密度调整法和超声探测法两种方法预测地层压力，矿山开采区环境相对简单时，一般采用仪器探测法预测压力。预测地层压力有利于整体把握矿山开采区地质结构，是了解地质结构的基础，上述中提取矿山地层结构是对水文地质进行预判，了解地层结构是否有利于水文发育。根据某矿山开采区的地层结构进行分析，了解到该区域的地层结构相对比较复杂，岩浆活跃程度较强烈，采用密度调整法和超声探测法综合技术预测该区域地层压力值，将泥浆以3以2L/s左右排量向钻孔内泵倾倒，泥浆密度为3g/cm3，预测层孔深为564m，孔内遗失压力为63.4kPa，矿山各个区域的地层压力，地层压力值为勘查水文地质条件提供了数据支撑，水文地质下的地层压力值会发生变化，根据区域地层压力值设置钻孔位置。

1.3 设置钻孔位置

设计出合理的钻探方法，选择合适的钻探设备，预测矿区地层压力，钻探设计和设备制约着勘查工作的作用和效率，根据矿山开采区实际情况，设计钻孔参数和钻具参数，调节钻孔之间的距离，勘查工作的准确性与钻孔的参数和位置有极大关系，将钻具重新排列组合，选择合理的钻具组合，增强勘查效果，钻孔间距决定了是否能做到最勤俭节约同时又高效准确的勘查[3]。合理的钻探设计与设备选择对提高水文地质综合勘查效率、减少勘查施工事故率具有重要作用。设计钻探施工设计地质因素主要包括矿山地层结构、地下水、含水层岩石特性、岩体构造、岩石力学、地质风化、地质构造和矿物成分，众多地质因素决定了勘查钻探施工的质量。钻具是预测顶层压力的基础设备，制定相应的钻孔大小，钻孔间距、钻孔倾斜角和钻孔深度，根据矿山水文地质结构的复杂程度来确定选择系数。某矿山开采区钻孔位置如下图1所示。

图1 某矿山开采区钻孔位置

图1为该区域设置的钻孔位置，某矿山开采区的水文地质条件具有多样性等特征，综合考虑矿产开采的影响因素，钻孔位置分布具有一定规律性。根据预测出的地层压力值设置绳索取心管规格及K值，发现某矿山开采区，区域压力值存在差异，采用两种规格的绳索取心管，绳索取心管标准为GB和DCDMA标准，规格分别是S59和S85，材质均为45Mnmob，外径分别为56.5mm和61mm，内径分别为40.69mm和46.65mm，横截面积分别为8.64cm2和12.65cm2，GB标准的绳索取心管K值为16.55，DCDMA标准的绳索取心管K值为19.36，最终确定出某矿山开采区钻孔之间的距离为62cm，钻孔深度为1200m。

1.4 综合勘查技术获取勘查数据

水文地质综合勘查技术是多种勘查技术的融合，水文地质综合勘查技术类型有遥感勘查技术、多道瞬态面波勘查技术、高密度电阻率勘查技术、GPS勘查技术、原位测试技术和数字化勘查技术。其中遥感技术和高密度电阻率的勘查技术运用较广泛，能够有效提高勘查结果的真实性。利用电阻率与单位涌水量之间的关系，采用综合勘查技术测出区域涌水量，最终完成某矿山开采区水文地质勘查，视电阻率与单位涌水量拟合曲线，如图2所示。

图2 视电阻率与单位涌水量拟合曲线关系

上图2表示电阻率的大小反映区域涌水量，根据图中曲线关系计算出区域涌水量，设置的钻孔位置和预测的地层压力值，对某矿山开采区区域的水涌水量进行检测，由于该区域的地下水和含水层分布不均匀，将矿山开采区一共分为5个区域，分别分布在该矿山开采区的东北部、东南部，西北部，西南部以及中部区域，分别在这这5个区域中设置8个水文钻孔，计算出开采区钻探孔内涌水量值，利用勘查设备测出开采区上覆含水层顶板渗透系数为9，探孔内水柱高度为68m，测出含水层厚度为35m。利用综合勘查技术测出某矿山开采区西北部涌水量平均值为24.5m³/h，西南部涌水量平均值为35.1m³/h，东北部涌水量平均值为4.5m³/h，东南部涌水量平均值23.4m³/h，中部涌水量平均值45.78m³/h，根据通水量数值可知，开采区东北部含水层含水量较少，未发现地下水，中部区域含水层水含量较多，地下水处于区域西侧。

2 结语

在开展矿山开采区地质勘查工作时离不开对水文地质条件内容的研究，是开采前期的重要准备工作，综合勘查技术为矿产资源开采提供了有利技术支持，加快了矿区开采工作的进程，显著提高了开采效率。本文通过提取矿山开采区水文地质特征，水文地质条件情况，预测出矿区地层压力，判断矿产资源开采难度，利用综合勘查技术获取矿产资源具体位置，以及周围地层结构发育特点，通过勘查数据最终掌握矿山开采区的整体情况。本文研究的综合勘查技术能够保证了开采工程质量，具体运用过程中收集的数据会存在一定偏差，希望在下一次研究中整体优化水文地质综合勘查技术，融合多种先进勘查技术，实现高效率开采。