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摘 要：本文以祁南礦101采區(qū)為研究對象，通過放水試驗、脆弱性指數法、水化學動力學與水文地質學相結合等方法，建立水文地質概念模型及數學模型（水源判別模型），系統分析研究區(qū)地質及水文地質條件，獲得區(qū)內灰?guī)r含水層之間水力聯系、斷層導、隔水性以及充水水源等信息，對研究區(qū)的灰?guī)r水進行突水危險性分析，并提出灰?guī)r水的疏放性評價。

關鍵詞：灰?guī)r水;水文地質條件;放水試驗;脆弱性指數法;水源判別模型

放水試驗主要是利用井下放水孔進行放水，通過對水量、水位和地面水文觀測孔動態(tài)變化情況，來對地下水各個含水層之間的水力聯系進行研究，獲得水文地質參數，分析水文地質條件，為灰?guī)r水的疏放性及突水危險性提供重要的水文地質依據。

一、采區(qū)地質及水文地質概況

101采區(qū)位于礦井西部宿南向斜轉折端，構造褶曲較發(fā)育，地質應力集中。主要回采山西組10煤層，煤厚1.5～3.0m，平均2.5m，地層傾角5～25°。10煤層底板距石炭系太原組灰?guī)r平均60m，太灰平均厚度約180m，一般含灰?guī)r8層，富水性不均一，富水性簡單～中等。

二、太灰含水層水文地質特征研究

地下水化學動力學是水在巖石空隙中運動和運動過程中發(fā)生水？氣？巖（多礦物）相互作用而逐漸形成的，水在巖石空隙中運動，同時也是組成巖石礦物的溶解過程，既是物理也是化學過程，正是由于上述原因造成水動力指標以及水化學指標在時間和空間上的分布差異。

（一）太原組灰?guī)r含水層水動力場分布特征

通過水文地質資料分析101采區(qū)太原組灰?guī)r含水層等水位線圖，如圖1所示，由圖可知：

研究區(qū)地下水流場近似一個弧形地下水流場，整體上水位由南至北呈遞減的趨勢，水位在-520～-10之間，最高處在2005觀1孔附近，最低處在3#鉆場的101觀5孔處。地下水等值線呈“X”狀，整體上地下水在1#鉆場至5#鉆場呈先下降后上升的趨勢。研究區(qū)太灰水等水

位線在3～6#鉆場連線上較為密集，表明該處水力坡度較大;西部F9大斷層太灰等水位線有北至南逐漸增加，密集程度較差，水力坡度低。區(qū)內南部存在10煤層露頭，為本區(qū)的地下水的一個補給區(qū)，北部接受遠程太灰的補給，為本區(qū)的另一個補給區(qū)。

（二）太原組灰?guī)r含水層水化學場分布特征

根據水文地質以及水文地球化學作用，可對研究區(qū)建立水文地球化學簡化模型，主要包含碳酸硫酸巖鹽裸露與地表的補給和補給徑流區(qū)、補給徑流和隱伏巖溶淺層區(qū)、隱伏巖溶深層區(qū)以及深巖溶區(qū)，共4個分區(qū)進行分析。另外通過質量守恒定律，用化學熱力學的理論和方法求出礦物離解常數、離子活度、礦物飽和指數等數值。

根據其數值得出研究區(qū)地下水化學類型由HCO3·SO4-Ca·Mg（Na）到SO4·HCO3-Ca·Na至SO4-Ca型水，區(qū)段地下水循環(huán)交替和流速較為緩慢，含水層富水性相對變差。這與鉆孔資料和抽水試驗結果相符合，說明水化學指標能夠較清楚的反映研究區(qū)的水文地質特征。

（三）太原組灰?guī)r含水層水文地質條件評價

依據研究區(qū)鉆孔抽水試驗及本次研究綜合所得本區(qū)滲透系數K=1.7512m/d，根據透水性分級標準，本區(qū)的含水層透水性較強;導水系數T=42.0282 m2/d，根據導水性分級標準，本區(qū)的含水層導水性中等。

三、放水試驗及水文地質參數求取

101采區(qū)放水試驗共施工20孔/4005m，出水層位均為三灰。本次放水試驗用時4個月，鉆孔出水量84.1～87.2m3/h，共12個放水孔進行干擾井群放水，其流量時間關系見圖2。

由101采區(qū)觀測孔求參結果可知，該研究區(qū)滲透系數分布在0.00113～0.648m/d之間，含水層透水性極弱，導水性較弱，反映區(qū)內太灰?guī)r溶極不發(fā)育，連通性差，整體富水性極弱。并且各個觀測孔之間的水文地質參數存在一定的差異，存在一定的非均一性。

四、101擴大采區(qū)灰?guī)r水數值模擬

模擬區(qū)域為101擴大采區(qū)的全部區(qū)域， 根據研究區(qū)1～4灰含水層特點，概化為上、下部隔水和四周為給定流量邊界以及隔水邊界的非均質、各向異性具有統一水動力場的三維承壓非穩(wěn)定流模型。利用數學模型，采用有限差分等方法求解地下水流場問題，經研究區(qū)南部受到的太原組灰?guī)r水補給以及北部隱伏露頭區(qū)四含的補給較弱，徑流條件差，滲透系數低。

五、結論

（1）研究區(qū)屬于隱伏巖溶深層區(qū)，區(qū)段地下水循環(huán)交替較緩慢，含水層富水性相對變差。

（2）運用地下水化學動力學的方法計算出本區(qū)滲透系數K =1.7512m/d，導水系數 =42.0282 m2/d，其計算結果與研究區(qū)的與鉆孔抽水試驗所得到結果差別不大，在某種程度上來說，本次所采用的水化學指標求取的水文地質參數具有一定的可靠性，為水文地質條件評價提供了一種新的手段。

（3）建立符合研究區(qū)的水文地質模型，從數值模擬結果，該研究區(qū)南部受到的太原組灰?guī)r水補給以及北部隱伏露頭區(qū)四含的補給較弱，徑流條件差，滲透系數低，導水性較弱，反映區(qū)內太灰?guī)r溶極不發(fā)育，連通性差，整體富水性極弱。

（4）通過對祁南礦101擴大采區(qū)的地質及水文地質條件分析可知，采區(qū)北部為突水危險區(qū)，主要原因是北部2005觀1孔附近存在一個高水位區(qū)，水頭壓力大，較高的水壓容易使太灰水沖破煤層底板隔水層而進入礦井。

（5）利用不同含水層之間的水質差異，建立礦井突水水源的判別模型，通過建立的判別模型對鉆場內所取的10組水樣進行水源判別，結果表明所建立的模型的準確度較高，對研究區(qū)內的突水水源判別具有一定的指導意義。

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