礦井水文地質(zhì)條件分類評價(jià)是礦井水害防治的重要工作，是礦井建設(shè)、生產(chǎn)不可缺少的基礎(chǔ)工作，直接關(guān)系到礦產(chǎn)資源開發(fā)的經(jīng)濟(jì)合理性、礦井安全生產(chǎn)、區(qū)域生態(tài)環(huán)境安全等可持續(xù)發(fā)展。由于礦井水文地質(zhì)條件不清、未進(jìn)行評價(jià)等原因?qū)е铝说V井水害持續(xù)發(fā)生，給國家和人民生命財(cái)產(chǎn)帶來嚴(yán)重?fù)p失。

 

  因此，礦井水文地質(zhì)條件分類與評價(jià)研究對礦井水害防治和礦井安全生產(chǎn)具有重要的意義。

 

  1 水文地質(zhì)條件分類

 

  1.1 分類研究現(xiàn)狀

 

  1.1.1 國外研究現(xiàn)狀

 

  國外研究礦井水文地質(zhì)條件分類主要是原蘇聯(lián)，其他國家沒有獨(dú)立的學(xué)科[2-5]。1940 年，原蘇聯(lián)謝戈列夫把礦井水文地質(zhì)條件分類為裂隙性堅(jiān)硬巖層、疏松的砂質(zhì)粘土巖層、巖溶的和易溶解巖層3 種類型；1944 年聶留波夫和謝戈列夫又根據(jù)地質(zhì)及水文地質(zhì)條件把金屬礦井分為4 個(gè)基本類型和8 個(gè)組；1947年特羅揚(yáng)斯基、普羅霍洛夫在1945 年、1951 年和1955年及卡丘金在1955 年都曾對礦井水文地質(zhì)條件的類型進(jìn)行過分類，把礦井分為簡單、復(fù)雜及極復(fù)雜3種；克利門托夫在1953 年又按不同標(biāo)準(zhǔn)將礦井水文地質(zhì)條件分類為8 類[2-3]。此后的礦井水害水文地質(zhì)條件分類趨于以多因素與多元信息組合為基礎(chǔ)。以原蘇聯(lián)為主的礦井水文地質(zhì)條件分類，最初偏重于礦井地質(zhì)巖性、礦井的產(chǎn)狀等，其后主要考慮礦井充水條件和礦井開采條件等。蘇聯(lián)解體后，俄羅斯的礦井水文地質(zhì)條件的分類理論和方法與世界格局一樣，基本處于滯后狀態(tài)，已不能滿足礦井安全生產(chǎn)和礦井防治水害的要求。

 

  1.1.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

 

  國內(nèi)研究礦井水文地質(zhì)條件分類是從新中國建國后開始的。初期由原蘇聯(lián)專家克蘭尼涅夫1955 年把煤礦井的水文地質(zhì)條件分類為3 種類型；阿加比也夫1957 年分類為簡單、復(fù)雜、極復(fù)雜3 類。1958年我國水文地質(zhì)工作者沈爾炎將礦井水文地質(zhì)條件分類為簡單、復(fù)雜、極復(fù)雜3 類；1959 年王銳等人分類為簡單、中等、復(fù)雜，極復(fù)雜4 種類型。1962年、1974 年、1981 年、1982 年原國家相關(guān)部委對煤礦井、金屬礦井等礦井水文地質(zhì)條件分類進(jìn)行完善與補(bǔ)充，提出了以含水巖層的空隙特征為依據(jù)的孔隙充水巖層為主礦井、裂隙充水巖層為主礦井、溶洞充水巖層為主礦井3 類分法，并按水文地質(zhì)工程地質(zhì)條件的復(fù)雜程度進(jìn)一步分類為簡單、中等、復(fù)雜3 種。

 

  目前水文地質(zhì)條件分類研究工作多是以經(jīng)驗(yàn)與實(shí)踐、試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的定性分類法。隨著計(jì)算機(jī)及智能化軟件的發(fā)展，水文地質(zhì)條件分類逐漸向定性、定量相結(jié)合的方向發(fā)展，如水文地質(zhì)條件文本分類法、Fuzzy 模糊數(shù)學(xué)分類法在水文地質(zhì)條件分類中的應(yīng)用等。

 

  1.2 分類依據(jù)

 

  礦井水文地質(zhì)條件分類依據(jù)是礦井客觀存在的自然水文地質(zhì)特征及開采后產(chǎn)生的新水文地質(zhì)問題，分類突出水害防治基礎(chǔ)和水文地質(zhì)工作方法、水害防治的方法和措施、水害誘發(fā)的生態(tài)環(huán)境保護(hù)的方法措施等，重點(diǎn)突出礦井突水、涌水等水量預(yù)計(jì)、水害預(yù)測預(yù)報(bào)、水害環(huán)境效應(yīng)及采后產(chǎn)生、引發(fā)的水文地質(zhì)工程地質(zhì)問題等。

 

  1.3 分類方案

 

  a. 第一種分類方案

 

  以氣候因素、主要充水巖層巖性及空隙性質(zhì)、礦床與含水層接觸組合關(guān)系及人類的影響破壞活動(dòng)因素，對礦井水文地質(zhì)條件進(jìn)行區(qū)、類、亞類、型等4個(gè)級別的分類，將礦井水文地質(zhì)條件分為兩區(qū)、三類、五亞類、四型。

 

  b. 第二種分類方案

 

  按開采礦層及相關(guān)含水層埋藏深度進(jìn)行分類，按開采期間主要充水水源進(jìn)行分型，按礦井富水系數(shù)(礦井總涌水量同產(chǎn)礦量之比)大小分類其亞型，按潛在水害因素進(jìn)行輔助類型分類等，將水文地質(zhì)條件分為四類、五型、四亞型、四輔助型。

 

  2 水文地質(zhì)條件評價(jià)

 

  2.1 評價(jià)指標(biāo)

 

  評價(jià)指標(biāo)是指礦井水文地質(zhì)條件的主要影響因素，也是評價(jià)內(nèi)容的方向，包括：礦層與侵蝕基準(zhǔn)面、地下水位的關(guān)系；地表水體的影響因素；含水層富水性及補(bǔ)給條件；斷裂構(gòu)造的發(fā)育程度；地質(zhì)災(zāi)害的影響程度等。

 

  2.2 評價(jià)內(nèi)容

 

  評價(jià)內(nèi)容包括：

 

  a. 礦床(體)與當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面及地下水位的關(guān)系。

 

  b. 地表水體的影響。地表水體對礦井充水的影響程度取決于地表水與礦層的距離、導(dǎo)水通道的性質(zhì)、地表水體的規(guī)模、性質(zhì)等因素。

 

  c. 含水層的富水程度及補(bǔ)給條件。含水層接受補(bǔ)給和儲存地下水的能力是控制礦床充水條件的一個(gè)重要因素。對暗河管道亞類礦井涌水量起控制作用的是其入口的匯水面積。

 

  d. 斷裂構(gòu)造的發(fā)育程度。構(gòu)造斷裂帶是巖溶發(fā)育帶、富水帶，構(gòu)造斷裂的發(fā)育程度在一定程度上反映巖層的富水性[16]。

 

  e. 地質(zhì)災(zāi)害。水文地質(zhì)條件評價(jià)的地質(zhì)災(zāi)害是評價(jià)地下水引起的或有關(guān)的地質(zhì)災(zāi)害；流砂沖潰主要是孔隙水礦井的水文地質(zhì)條件問題。

 

  2.3 評價(jià)手段方法

 

  評價(jià)手段方法主要有：

 

  a. 水文地質(zhì)測繪法。測繪方法包括地質(zhì)點(diǎn)的觀察和描述、水點(diǎn)的觀察與描述。

 

  b. 鉆孔簡易水文地質(zhì)觀測法。觀測內(nèi)容包括詳細(xì)記錄鉆進(jìn)過程中發(fā)生涌水等出現(xiàn)的深度及層位、巖心水文地質(zhì)編錄、測定終孔穩(wěn)定水位等。

 

  c. 地球物理及地球化學(xué)方法。常用方法是物探方法、示蹤試驗(yàn)、遙感技術(shù)等，其他評價(jià)的地球物理及地球化學(xué)方法有水化學(xué)勘測、環(huán)境同位素方法的應(yīng)用等。

 

  d. 礦井抽水試驗(yàn)法。抽水試驗(yàn)常用方法有穩(wěn)定流、非穩(wěn)定流的抽水試驗(yàn)，單孔抽水、多孔抽水及群孔抽水，分層抽水、混合抽水，地表抽水試驗(yàn)、井下放水試驗(yàn)等。

 

  e. 地下水動(dòng)態(tài)研究法。地下水動(dòng)態(tài)研究主要是含水層在時(shí)間及空間上的變化特征、地下水流場的現(xiàn)狀及演變的過程與歷史、控制含水層動(dòng)態(tài)變化的因素；含水層之間及含水層與地表水體之間的相互聯(lián)系、制約的關(guān)系；含水層受區(qū)域補(bǔ)給的條件；褶皺、斷裂構(gòu)造導(dǎo)水與阻水性能；礦井開采時(shí)疏干排水的效果；漏斗擴(kuò)展情況等。

 

  f. 礦井涌水量預(yù)測法。礦井涌水量預(yù)測常用方法是解析法、數(shù)值法、電網(wǎng)絡(luò)模擬法等。常用方法是水均衡法、回歸分析法、系統(tǒng)理論法(T 箱)、灰色系統(tǒng)方法。

 

  3 礦井水文地質(zhì)條件分類評價(jià)案例大屯姚橋煤礦位于江蘇省徐州市西北大約 82 km處，大屯姚橋井田地貌屬黃淮沖積平原，為第四系地層覆蓋地區(qū)，地勢平坦，東部有常年積水的湖區(qū)。姚橋煤礦于1976 年投產(chǎn)，設(shè)計(jì)年生產(chǎn)能力為120 萬t，現(xiàn)生產(chǎn)規(guī)?？蛇_(dá)300 萬t/a。姚橋井田為全掩蓋式煤田，由于受區(qū)域構(gòu)造的影響，斷裂構(gòu)造較發(fā)育，湖區(qū)次一級褶曲較發(fā)育。

 

  3.1 邊界水文地質(zhì)條件

 

  姚橋井田南、北、西三面被大斷層所切割，為一傾向NNW的單斜構(gòu)造，是補(bǔ)給不暢的相對隔水邊界，但在袁堂斷層局部及井田東南、西南煤層露頭區(qū)存在水源補(bǔ)給，為一相對獨(dú)立的封閉—半封閉的水文地質(zhì)單元。

 

  3.2 含水層水文地質(zhì)條件

 

  礦井主要含水層為：第四系松散含水層組，由北東向南西逐漸增厚，含水砂層厚度變化較大，井田東南、西南煤層露頭區(qū)；上侏羅統(tǒng)底部礫巖含水層溶洞裂隙發(fā)育，鉆孔揭露時(shí)普遍漏水；下石盒子組底部分界砂巖含水層，一般情況下對煤層開采無影響，當(dāng)綜采放頂煤厚度較大，“兩帶”發(fā)育高度增大時(shí)，導(dǎo)水裂隙帶波及到該含水層，通過采后老空區(qū)補(bǔ)給礦井；太原組灰?guī)r含水層，總厚一般為160 m，共含灰?guī)r14層，與煤層開采有關(guān)的是L4 灰、L8—L9 灰和L12灰4 層灰?guī)r，L8—L9 灰為17 煤頂板上覆充水含水層，屬弱含水層，L12 灰是21 煤開采直接充水含水層，該灰?guī)r富水性弱；奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙含水層分為中、下奧陶統(tǒng)6 個(gè)地層組，為區(qū)域性強(qiáng)含水層，正常開采山西組煤層時(shí)，由于與奧灰相距較遠(yuǎn)，一般威脅不大，受袁堂斷層等大斷層的影響，由于斷層上盤開采煤層與奧灰含水層對接，在其附近開采煤層時(shí)，或當(dāng)開采太原組17、21 煤層時(shí)，由于與奧灰相距較近，奧灰水壓較大、斷裂發(fā)育時(shí)，存在水害威脅。

 

  3.3 礦井水源的水文地質(zhì)條件分類

 

  a. 第四系松散層中間隔水層厚度較大，有效阻隔了大氣降水、地表水、第四系淺部松散層水與第四系底部砂礫層水、基巖含水層水之間的水力聯(lián)系，淺部松散層水、大氣降水、地表水一般不會對礦井充水。

 

  b. 第四系底部砂礫層水(底含水) 可通過煤層頂板砂巖露頭或其風(fēng)氧化帶、構(gòu)造裂隙帶或采動(dòng)后的導(dǎo)水裂隙帶補(bǔ)給礦井，而第四系底部砂礫層水又可接受奧陶系灰?guī)r水等其它含水層的補(bǔ)給，從而造成奧灰等強(qiáng)含水層間接補(bǔ)給礦井。

 

  c. 太原組L4 灰?guī)r水 在露頭區(qū)通過第四系底部砂礫層接受底含水、奧灰含水層的補(bǔ)給；在袁堂斷層局部區(qū)段接受奧灰水的側(cè)向補(bǔ)給；通過鉆孔放水、巷道揭露L4 灰含水層突水、受斷層裂隙或工作面底板突水、斷層對工作面煤系砂巖含水層的側(cè)向補(bǔ)給而突水等方式補(bǔ)給礦井。

 

  d. 斷層水巷道揭露不導(dǎo)水的斷層受采動(dòng)影響，在工作面采后可以轉(zhuǎn)化為導(dǎo)水?dāng)鄬?；?dāng)斷層一側(cè)(或兩側(cè))為含水層時(shí)，造成局部含水或?qū)?/div>