王超　盧超

在具體的煤礦作業(yè)中，地下水對(duì)于煤礦作業(yè)的影響是非常大的，因?yàn)榈叵滤?jīng)常會(huì)產(chǎn)生不可預(yù)料的事故。在這些水害中，許多礦井工人失去了他們年輕的生命，并且讓許多美滿的家庭都支離破碎了。在事故發(fā)生之后的挽救遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及在事故發(fā)生之前做好相應(yīng)的預(yù)防工作來得重要。本文主要探討的是利用水文物探方法測量地下水流速的主要方法和原理，然后對(duì)于他的具體的應(yīng)用進(jìn)行相應(yīng)的講述。

煤礦是大自然賜予我們的寶貴財(cái)富，這些資源對(duì)人們的日常生活非常的重要，但是在日常生活中，由于工業(yè)的發(fā)展等一系列的情況導(dǎo)致了煤等礦的高速消耗，所以各地的煤礦開始加大開采的密度，加深開采的深度。在煤礦的越深處的煤，開采的難度越大，受地下水的影響越大，地下水的離子濃度和流向，流速都會(huì)對(duì)煤礦的開采工作造成很大的影響。

水文物探方法的簡介

方法原理：在所有的水文物探方法中，在日常的水流，流速和流向的測量中運(yùn)用最廣泛的是自然電位法和充電法。這兩種方法適用的范圍廣，操作較為方便，測量兩結(jié)果較為準(zhǔn)確。

自然電位法。自然電位法主要利用的是地下水存在的離子來測量相關(guān)的地下水的數(shù)據(jù)。在地下水流動(dòng)的過程中，會(huì)通過很多的巖石結(jié)構(gòu)。這些巖石結(jié)構(gòu)由于各種原因會(huì)產(chǎn)生巖石中的小洞等不同的巖層破裂。在這些缺口中，會(huì)產(chǎn)生很多的顆粒，而這些微小的顆粒對(duì)于水中的離子會(huì)產(chǎn)生吸附的作用，從而使這些離子發(fā)生了一系列的變化。由于離子的正負(fù)離子產(chǎn)生了變化，所以在相應(yīng)的位置形成了一個(gè)天然的電場。而電場是可以通過一定的方法進(jìn)行收集和測量的，所以相關(guān)的電信號(hào)可以被收集起來，然后通過一些技術(shù)手段來測量地下水的流向。從而對(duì)地下水有進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。

充電法。當(dāng)?shù)叵峦诰蚬ぷ魃钊氲胶畬訒r(shí)，我們可以通過這個(gè)孔來做一些相關(guān)的操作。在孔中加入食鹽，由于食鹽（NaCl）的特殊性質(zhì)，在水中溶解，隨著水的流動(dòng)進(jìn)入含水層，在含水層中會(huì)形成一個(gè)氯化鈉電解質(zhì)低阻帶，此低阻帶在電場中呈一等電位體。通過對(duì)含水層中電解質(zhì)低阻帶在電場中產(chǎn)生的等電位線隨時(shí)間的位移而位移的具體情況，來對(duì)地下水的流向和流速做相關(guān)的研究。具體的原理就是水在流動(dòng)帶動(dòng)著食鹽的流動(dòng)，根據(jù)流動(dòng)的距離可以測算出食鹽的速度。

工作布置與資料采集

在具體的實(shí)際測量中，我們還要對(duì)具體的工作進(jìn)行相關(guān)的準(zhǔn)備。磨刀不誤砍柴工，做好相應(yīng)的準(zhǔn)備才能使整個(gè)的測量過程更加的順利，從而使資料的采集更加精確。

自然電位法。由于是對(duì)水流速度的測量，根據(jù)已學(xué)的物理知識(shí)我們可以知道，速度并不是一個(gè)可以直接測量出來的量，它主要通過路程和時(shí)間來計(jì)算出來的。在具體的測量過程中，我們不可能人工測量所有的水的流量，對(duì)所有的水進(jìn)行測試，所以一般采取取樣的方法，對(duì)部分的水量進(jìn)行測量。這段選取的路程，我們主要是通過經(jīng)緯儀定出8條測線，當(dāng)然每條測線的電極距離必須保持相同。在一般的實(shí)踐操作中，一般選取的最適合的極距是30～50m為中心，過長或者過短都不是很適合。

在測量和工具的布置以及資料的采集中，我們選取的主要的方法是鉆孔。一般的中心是主井井筒。之前我們已經(jīng)設(shè)定了8條測線了。用英文縮寫將這八條線所對(duì)應(yīng)的方向一一標(biāo)明出來。在測線過程中，保持其他屬性不變對(duì)不極化的電極進(jìn)行測量，可以了解電極原本的自然電位差。

充電法。在準(zhǔn)備工作方面，測線布置與自然電位法相同。

供電電極（A極）置于孔內(nèi)待測含水層之中部；無窮遠(yuǎn)極（B極）為1組電極，無窮遠(yuǎn)電極距約為含水層深度的10倍：測量電極（N極）置于地下水水流方向相反的測線上，極距一般不小于鉆孔內(nèi)供電電極的入井深度。

資料采集方法是將無窮遠(yuǎn)電極（B極）埋置好，要求5根鐵電極組呈環(huán)形布極且電極距為0.5～0.7m，電極入土深度大于20cm，并使其接地良好。首先也要先測量自然電位差，然后再將測量電極N置于地下水水流方向相反的測線上，距離鉆孔為≥含水層深度，電極入土深度大于20cm。然后將食鹽投入不同的水層，進(jìn)行相關(guān)的測量工作。

資料處理與解釋

資料數(shù)字處理方法。關(guān)于水文物探法對(duì)于地下水流流速和流向的測試的數(shù)據(jù)主要是靠計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理的。由于科技的發(fā)展，計(jì)算機(jī)在人們的生產(chǎn)生活中已經(jīng)占據(jù)了很大的位置，有些事情更是全面依托計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的操作。計(jì)算機(jī)和人類相比，運(yùn)算速度快，而且不會(huì)疲憊，除非程序出錯(cuò)，否則計(jì)算機(jī)是不會(huì)出錯(cuò)的。在使用計(jì)算機(jī)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時(shí)，主要是利用了計(jì)算機(jī)的這些特性，從而為人類更好地服務(wù)。

1.自然電位法計(jì)算公式如下：電位值=讀數(shù)-極差-極差分配

式中：讀數(shù)——測點(diǎn)相對(duì)中心基點(diǎn)的電位差值：極差——活動(dòng)電極相對(duì)固定電極在開工前時(shí)的電位差：極差分配——從開工到收工時(shí)極差的變化值，按時(shí)間對(duì)各測點(diǎn)線性分配的數(shù)值。

2.充電法計(jì)算公式如下：

式中：t²，t²，t³——三次測定等電位點(diǎn)的時(shí)間；R¹，R²，R³——三次測得的等電位點(diǎn)距中心點(diǎn)的位移。

資料解釋方法

根據(jù)以上的公式我們不難看出來，主要的測量方法是通過電流，電量的大小來進(jìn)行相應(yīng)的水流水速的測算。在我們的其他測量領(lǐng)域，比如說地下水濃度的測量中，也運(yùn)用到了電流的相關(guān)知識(shí)，利用水中離子在感應(yīng)器兩側(cè)形成的電壓差，經(jīng)過一系列的物理方法的放大，從而強(qiáng)化電信號(hào)，再將強(qiáng)化后的電信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析，從而得到具體的地下水中所含離子的濃度的高低。

具體的應(yīng)用實(shí)例

在簡單地講解完運(yùn)用的方法之后，最最重要的還是將這些方法運(yùn)用起來。以新疆準(zhǔn)東五彩灣A煤礦井筒檢查孔第四系松散層地下水為例。我們利用上述提到的兩種方法對(duì)它的地下水流速和流向進(jìn)行了測量。

礦區(qū)地質(zhì)概況。首先介紹一下這個(gè)礦區(qū)大概的地形還有相關(guān)的地貌。地形和地貌是一個(gè)地理環(huán)境非常重要的一個(gè)可見指標(biāo)，它主要由于長期的板塊運(yùn)動(dòng)等多方面的因素而形成的。同樣的，地下水的濃度和地下水的流速，流向和當(dāng)?shù)氐牡孛彩敲懿豢煞值?，也是地貌成型的一個(gè)重要的因素。滄海桑田這個(gè)詞語，主要講述的就是地貌的變化，由于地殼的運(yùn)動(dòng)，或者板塊的運(yùn)用，原來的大海被地表所覆蓋，形成了桑田。本地區(qū)構(gòu)造單元屬準(zhǔn)噶爾中新生代坳陷之破房子凹陷。包括二疊系及整個(gè)中生代沉積區(qū)，該凹陷發(fā)育于二疊系早期，受印支、燕山運(yùn)動(dòng)的影響使各時(shí)代地層均有不同程度的褶皺。

測量過程。首先運(yùn)用了自然電位法進(jìn)行了測量，將八個(gè)測線的位置都安排好，并且對(duì)相應(yīng)的測線都進(jìn)行了標(biāo)注，然后根據(jù)上述的測量方法進(jìn)行了簡單的測量。

然后再利用充電法進(jìn)行了一次水流流速和方向的測量，在測量過程中，由于測線已經(jīng)設(shè)置好，直接使用了之前自然電位法設(shè)定的測線，簡化了測量的步驟。

在礦場工作中，提前的預(yù)防是非常重要的，遠(yuǎn)超其他很多的工作，礦井一旦經(jīng)歷水害，這種損失是不能挽回的。幸運(yùn)的是，由于科技的發(fā)展，對(duì)于地下水的測量，我們擁有了很多的工具和技術(shù)手段，但是有關(guān)的礦場對(duì)水質(zhì)問題引起重視，并且將方法正式地運(yùn)用起來，才是更加值得關(guān)注的事，重點(diǎn)中的重點(diǎn)。