吳 蘇 張志亭 呂玉廣

（內(nèi)蒙古上海廟礦業(yè)有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 016299）

鷹駿三號井田位于內(nèi)蒙古鄂爾多斯市鄂托克前旗上海廟鎮(zhèn)，探礦權(quán)屬山東能源臨礦集團(tuán)，下步礦井準(zhǔn)備開工建設(shè)。主要可采煤層為侏羅系延安組煤系地層，井田構(gòu)造復(fù)雜程度簡單，尚未開展專門的水文地質(zhì)勘探工作，水文地質(zhì)資料缺乏。

脆弱性指數(shù)法[1]是一種僅通過收集巖性和計(jì)算不同巖性巖層厚度比值就可以給出巖層相對富水性的方法。Surfer具有繪制等值線圖的功能。本文以脆弱性指數(shù)法獲得的富水性指數(shù)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過Surfer繪制鷹駿三號2煤層頂板富水性等值線圖，為巷道開拓掘進(jìn)及2煤層開采過程中的探疏放水工作提供依據(jù)[2]。

1 概況

井田內(nèi)揭露的地層從上到下依次有第四系、第三系、白堊系、侏羅系直羅組、侏羅系延安組、三疊系延長組，如圖1所示。

圖1 鷹駿三號井田地層柱狀示意圖

前期準(zhǔn)備開采侏羅系延安組2煤層，2煤平均厚度6.33m，屬于厚煤層。2煤層距離上部侏羅系直羅組底部七里鎮(zhèn)砂巖7.76～39.54m，平均22.02m。侏羅系延安組砂巖孔隙裂隙含水層為2煤層開采時頂板直接充水含水層，侏羅系直羅組砂巖孔隙裂隙含水層為2煤層開采時的直接和間接充水含水層。

根據(jù)鷹駿三號井田勘探地質(zhì)報告，以及鄰區(qū)具有相似地質(zhì)條件的榆樹井煤礦和新上海一號煤礦水文地質(zhì)勘探結(jié)果、開采情況，上述含水層富水性均為弱等，一般來說對采掘活動影響不大。但是由于上海廟礦區(qū)侏羅系煤田特殊的軟巖地質(zhì)條件，弱含水層也可能出大水，甚至造成工作面突水潰沙事故[3]。因此，對2煤層的頂板冒落裂隙帶范圍內(nèi)的含水層富水性進(jìn)行準(zhǔn)確的評價預(yù)測對于礦井安全開采是十分必要的。

2 采用脆弱性指數(shù)法獲得基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

應(yīng)用Surfer繪制等值線圖的基礎(chǔ)是要有一組含有x、y、z數(shù)值的數(shù)據(jù)，對應(yīng)到地質(zhì)勘探鉆孔中分別為鉆孔x、y坐標(biāo)和通過脆弱性指數(shù)法計(jì)算得到的富水性指數(shù)[1]。

2.1 匯總基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

第一步將鷹俊三號井田已施工各類47個鉆孔揭露的地層巖性數(shù)據(jù)匯總到一張Excel表格當(dāng)中，各鉆孔在標(biāo)志層處巖性對齊，既美觀也方便后期數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理[4]。如表1所示。

表1 鷹駿三號鉆孔數(shù)據(jù)基礎(chǔ)資料表（局部）

2.2 計(jì)算導(dǎo)水裂隙帶高度

第二步是根據(jù)2煤層回采高度確定需要應(yīng)用脆弱性指數(shù)法進(jìn)行計(jì)算的2煤層頂板導(dǎo)水裂隙帶高度。上海廟礦區(qū)地層為軟巖地質(zhì)條件，選用軟巖導(dǎo)水裂縫帶適用公式：

其中：

Hd-導(dǎo)水裂隙帶高度，m；

ΣM-累計(jì)采厚，m。

為保證安全，上式取+4.0。

根據(jù)鉆孔揭露數(shù)據(jù)來看，2煤層厚度變化較大，為1.5～9.2m，但大部分鉆孔揭露2煤層厚度在6m左右，平均6.33m，這里取6.3m作為2煤采高。根據(jù)以上公式，可以計(jì)算出2煤層頂板導(dǎo)水裂隙帶高度為68.0m。

2.3 計(jì)算富水性指數(shù)

第三步從表1中找出2煤層頂板導(dǎo)水裂隙帶高度范圍內(nèi)的脆性巖石累加厚度，根據(jù)公式（2）可以計(jì)算出2煤層頂板富水性指數(shù)[1]。

式中：

Fzhi-富水性指數(shù)；

Mc-脆性巖石累加厚度；

Hd-導(dǎo)水裂隙帶高度。

如果計(jì)算出的導(dǎo)水裂隙帶高度范圍內(nèi)的巖石直接與脆性巖石接觸，則計(jì)算富水性指數(shù)時分子分母都要增加相應(yīng)的厚度，即變?yōu)楣剑?/p>

式中：

Z-導(dǎo)水裂隙帶高度之上直接接觸的脆性巖石。

其他字母含義同上。

最后計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 2煤層頂板富水性指數(shù)計(jì)算表（局部）

3 使用Surfer繪制2煤層頂板富水性等值線圖

使用Surfer繪制富水性等值線圖的一般步驟是：數(shù)據(jù)網(wǎng)格化、白化邊界、填充顏色、添加鉆孔信息、圖形疊加等。

3.1 繪制底圖

取表2中的B、C和L三列的數(shù)值作為作圖的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，其中B、C列為鉆孔坐標(biāo)，L列為對應(yīng)點(diǎn)富水性指數(shù)。

打開Surfer，選擇Grid-data命令以及Grid-Filter命令，分別對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)格化和平滑處理，得到一個.grd的網(wǎng)格化文件。

通過Map-Coutour Layer命令，選擇上述.grd網(wǎng)格化文件，可以預(yù)覽等值線圖的效果（圖2-a）。

3.2 根據(jù)煤層露頭及斷層等信息縮小作圖范圍

由于煤層開采都在礦井邊界及煤層露頭范圍內(nèi)，而且以大斷層分界的礦井邊界及煤層露頭兩側(cè)水文地質(zhì)條件一般會有一定的差異，因此需要縮小圖形的范圍。

首先通過AutoCAD采集井田邊界及煤層露頭的坐標(biāo)信息，形成.bln邊界文件。其次通過Surfer菜單欄中的Grid-Blank命令，將3.1中得到的.grd網(wǎng)格化文件邊界外區(qū)域白化，即得到一個白化后的.grd網(wǎng)格化文件，該文件是繪制2煤層頂板富水性等值線圖的基礎(chǔ)。通過Map-Coutour Layer作圖，如圖2-b所示。

3.3 對圖形進(jìn)行優(yōu)化處理

這一步主要是對等值線圖填充顏色，在對象管理器中依次點(diǎn)擊層次-等值線即可填充顏色。由于系統(tǒng)預(yù)設(shè)的顏色往往不符合我們的需要，因此要對色度條進(jìn)行修改，形成符合專業(yè)習(xí)慣的色調(diào)。

填充后的效果如圖2-c所示。另外還可以通過修改等值線的間距，標(biāo)注大小等，使圖形更加美觀。

圖2 2煤頂板富水性等值線圖

3.4 添加鉆孔信息

通過Surfer中的Map-New-Postmap命令，繪制鉆孔散點(diǎn)圖。在屬性管理器中，將常規(guī)-工作表-數(shù)據(jù)列中的X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)改成表2中的B列和C列，再修改鉆孔符號，即得圖2-d。再通過Map-Overlay Maps命令，將圖2-c與2-d疊加，就把鉆孔信息添加到了等值線圖上，如圖2-e所示。

3.5 疊加等值線圖與井田開拓布置圖

最后通過.dxf格式中轉(zhuǎn)文件或者直接以圖形的方式將AutoCAD中保留了相關(guān)內(nèi)容的開拓設(shè)計(jì)底圖與Surfer中繪制富水性等值線圖進(jìn)行疊加，即得到最終需要的圖形（圖2-f）。

從圖2-f上可以很直觀地看出井田各部分2煤層頂板富水性情況。其中東南部和西南角富水性較強(qiáng)，是采掘活動重點(diǎn)探疏放水區(qū)域。

該圖完成后，一方面可以直接用于指導(dǎo)礦井采掘過程中探疏放水工作，另一方面后期可以與水文地質(zhì)補(bǔ)勘資料相結(jié)合用于煤層開采前工作面涌水量預(yù)測。

4 結(jié)論

（1）Surfer軟件具有繪圖功能，在取得不同鉆孔處的2煤層導(dǎo)水裂隙帶范圍內(nèi)巖層富水性指數(shù)后，通過Surfer軟件可輕易繪制出富水性等值線圖。

（2）從圖中可以直觀地看出鷹駿三號井田2煤層頂板研究層段內(nèi)富水性分布情況，其中井田東南部和西南角富水性較強(qiáng)。

（3）該圖可用于指導(dǎo)采掘工作面的探疏放水工作。