沈智慧，孫玉臣，任虎俊，方向清*

(1.中國(guó)煤炭地質(zhì)總局水文地質(zhì)局，河北邯鄲 056004；2.中國(guó)煤炭地質(zhì)總局，北京 100038)

我國(guó)國(guó)土資源遼闊，成煤時(shí)代多，主要為石炭系、二疊系、侏羅系、古近系或新近系等。區(qū)域大地構(gòu)造條件各不相同，水文地質(zhì)條件復(fù)雜。礦井充水水源、充水通道、充水方式及充水強(qiáng)度等在各大煤炭基地不盡相同，煤礦床水文地質(zhì)類型和煤礦床水文地質(zhì)勘查類型以及礦井水文地質(zhì)類型極為復(fù)雜。

水文地質(zhì)、工程地質(zhì)作為煤炭資源開(kāi)采的重要技術(shù)條件，是煤田地質(zhì)勘查需要查明的重要地質(zhì)任務(wù)。長(zhǎng)期以來(lái)，煤礦水文地質(zhì)勘查工作主要依據(jù)GB 12719―91《礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范》、DZ/T 0215―2002《煤、泥炭地質(zhì)勘查規(guī)范》。但是，隨著煤炭資源開(kāi)采強(qiáng)度、開(kāi)采深度、開(kāi)采方式不斷變化，對(duì)勘查工作的要求也在發(fā)生變化，促使了勘查技術(shù)手段不斷進(jìn)步。因此，現(xiàn)有的規(guī)范已不能滿足煤礦水文地質(zhì)勘查工作的需要。為了規(guī)范煤礦水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘查工作，提高勘查成果質(zhì)量，滿足煤礦礦井設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、關(guān)閉的需求，2013年中華人民共和國(guó)國(guó)土資源部批準(zhǔn)了中國(guó)煤炭地質(zhì)總局水文地質(zhì)局制定《煤礦床專門(mén)水文地質(zhì)勘查規(guī)范》(以下簡(jiǎn)稱“規(guī)范”)計(jì)劃(擬申請(qǐng)報(bào)批計(jì)劃，計(jì)劃編號(hào)2013038)。中華人民共和國(guó)國(guó)土資源部批準(zhǔn)后上報(bào)中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)，中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)批準(zhǔn)了計(jì)劃(編號(hào)為20131727-T-334)。2021年5月21日國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督總局(國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì))“關(guān)于批準(zhǔn)發(fā)布《包裝容器 鋼桶 第6部分：錐形開(kāi)口鋼桶》等386項(xiàng)推薦性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和3項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)修改單的公告”(中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)公告 2021年第7號(hào))批準(zhǔn)發(fā)布了該規(guī)范，將于2021年12月1日起實(shí)施。規(guī)范由中國(guó)煤炭地質(zhì)總局水文地質(zhì)局牽頭，中國(guó)煤炭地質(zhì)總局、中煤地質(zhì)集團(tuán)有限公司、中國(guó)自然資源經(jīng)濟(jì)研究院等多家行業(yè)領(lǐng)先單位共同編制而成。該規(guī)范吸收了數(shù)十年來(lái)全國(guó)煤礦生產(chǎn)水文地質(zhì)勘查工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以及國(guó)內(nèi)外新理論、新方法、新技術(shù)。內(nèi)容主要涵蓋了礦井水文地質(zhì)勘查、老空區(qū)水文地質(zhì)勘查、陷落柱水文地質(zhì)勘查、礦井疏干工程水文地質(zhì)勘查、帶壓開(kāi)采水文地質(zhì)勘查、注漿工程水文地質(zhì)勘查、露天煤礦水文地質(zhì)勘查、閉坑煤礦水文地質(zhì)勘查等，體現(xiàn)了煤礦全生命周期的勘查理念。

1 規(guī)范適用范圍

規(guī)范適用于煤礦設(shè)計(jì)、建設(shè)、生產(chǎn)、閉坑全過(guò)程的水文地質(zhì)勘查。規(guī)定了煤礦專門(mén)水文地質(zhì)勘查總則、勘查方法技術(shù)、礦井水文地質(zhì)勘查、專項(xiàng)水文地質(zhì)勘查、露天煤礦水文地質(zhì)勘查、閉坑煤礦水文地質(zhì)勘查、設(shè)計(jì)書(shū)和報(bào)告編制的基本要求。

1)礦井水文地質(zhì)勘查是查明礦井充水條件、預(yù)測(cè)礦井涌水量、對(duì)礦井突水危險(xiǎn)性和危險(xiǎn)程度進(jìn)行評(píng)價(jià)，為煤礦設(shè)計(jì)、建設(shè)、生產(chǎn)防治水工作提供可靠依據(jù)和建議。

2)專項(xiàng)水文地質(zhì)勘查是在查明礦井充水條件的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步查明針對(duì)老空區(qū)、陷落柱、礦井疏干、帶壓開(kāi)采、注漿工程等專項(xiàng)問(wèn)題的水文地質(zhì)條件，對(duì)專項(xiàng)問(wèn)題進(jìn)行評(píng)價(jià)，為煤礦生產(chǎn)過(guò)程中專項(xiàng)開(kāi)采規(guī)劃方案的防治水工作提供可靠依據(jù)和建議。

3)露天煤礦水文地質(zhì)勘查是查明水文地質(zhì)條件，預(yù)測(cè)疏排水量，為露天開(kāi)采方案的工作提出疏排水措施和建議。

4)閉坑煤礦水文地質(zhì)勘查是查明閉坑礦井地質(zhì)、水文地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)的變化和影響范圍，進(jìn)行環(huán)境影響評(píng)估，為煤礦閉坑和礦山環(huán)境恢復(fù)治理提出依據(jù)和建議。

2 礦井水文地質(zhì)勘查

2.1 礦井水文地質(zhì)勘查類型

《中國(guó)煤礦水害防治技術(shù)》和《華北地區(qū)奧灰水綜合防治技術(shù)》中將主要水害類型按水源分為地表水、孔隙水、裂隙水、巖溶水、老空水[1-2]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，老空水水害次數(shù)占水害總數(shù)80%以上，老空水勘查的技術(shù)手段和要求與現(xiàn)行規(guī)范中三類不同。老空水賦存空間也與現(xiàn)行規(guī)范中三個(gè)類不同。因而，老空水充水礦床作為一個(gè)類是完全必要的。如王家?guī)X煤礦201盤(pán)區(qū)采空區(qū)和異常區(qū)地面鉆孔驗(yàn)證工程。

山西省煤炭地質(zhì)物探測(cè)繪院和煤炭科學(xué)研究總院西安研究院分別于2010年先后在王家?guī)X井田201盤(pán)區(qū)進(jìn)行了地面物探工作，發(fā)現(xiàn)大量的采空區(qū)及物探異常區(qū)。201盤(pán)區(qū)內(nèi)2#煤采空區(qū)12處、探測(cè)異常區(qū)7處；203盤(pán)區(qū)2#煤采空區(qū)1處。201盤(pán)區(qū)采空區(qū)分布于西區(qū)南部4處，編號(hào)為CK1、CK2、CK3、CK4；西區(qū)北部3處，編號(hào)為CK10(原物探編號(hào)為采空Ⅱ)、CK11(原物探編號(hào)為采空Ⅰ)、CK12(原物探編號(hào)為采空Ⅲ)；分布于東區(qū)5處，編號(hào)為CK5、CK6、CK7、CK8、CK9。異常區(qū)分布于西區(qū)4處，編號(hào)為異常區(qū)Ⅰ、異常區(qū)Ⅱ、異常區(qū)Ⅲ、異常區(qū)Ⅳ；東區(qū)3處，編號(hào)為異常區(qū)2-1、異常區(qū)2-2和異常區(qū)2-3。2煤采空區(qū)和異常區(qū)是由三維地震勘探和地面瞬變電磁勘探確定的[3-5]。

中國(guó)煤炭地質(zhì)總局華盛水文地質(zhì)勘察工程公司2011年6—8月實(shí)施了采空區(qū)和異常區(qū)地面鉆孔驗(yàn)證工程(圖1)[6]。結(jié)果表明：

圖1 采空區(qū)及異常區(qū)驗(yàn)證成果Figure 1 Gob area and anomaly zone verification results

1)CK2、CK6、CK7、CK8為采空區(qū)；

2)CK13、異常區(qū)Ⅱ、異常區(qū)Ⅲ、異常區(qū)Ⅳ、異常區(qū)2-2為局部采空區(qū)；

3)CK12、異常區(qū)Ⅰ、異常區(qū)2-3為驗(yàn)證孔正常。

4)CK6采空區(qū)內(nèi)CK6-3鉆孔、CK7采空區(qū)內(nèi)CK7-2鉆孔、CK8采空區(qū)內(nèi)CK8-1、CK8-2鉆孔有積水。

實(shí)踐證明，對(duì)于老空水勘查，在調(diào)查的基礎(chǔ)上，主要是通過(guò)綜合物探探測(cè)老空異常區(qū)的分布及其積水異常情況，再進(jìn)行鉆探進(jìn)行驗(yàn)證以確定老空區(qū)的分布，以及積水情況。

地表水勘查的內(nèi)容和方法與現(xiàn)行規(guī)范中三類不同，且也是主要水害之一。因而，地表水充水礦床作為一個(gè)類也是完全必要的。如平朔礦區(qū)安家?guī)X二號(hào)井工礦防治水水文地質(zhì)勘查的主要任務(wù)就是探查地表水。

平朔二號(hào)井工礦主采煤層為石炭系上統(tǒng)太原組4#、9#和11#煤，由于煤層埋藏淺，地表河谷沖溝發(fā)育，奧灰水水頭大部分在煤層底板以下，只在東部FB26斷層附近帶壓，因此，煤層開(kāi)采的主要水害是頂板水。

井田中東部蘆子溝、南側(cè)計(jì)高登村附近馬關(guān)河支流，井田東側(cè)馬關(guān)河河谷，局部地段有基巖出露或新近系砂礫石層與下伏基巖直接接觸，雨季地表徑流可通過(guò)裂隙直接補(bǔ)給上部砂巖或通過(guò)新近系孔隙水間接補(bǔ)給砂巖，最終涌入礦井，為地表水滲漏危險(xiǎn)地段(圖2)。

圖2 地表水害及老窯水害評(píng)價(jià)Figure 2 Assessment for surface water and gob area water hazards

井田中東部為大面積小窯采空區(qū)，其分布范圍廣，積水面積大(采空面積約1.66km2，積水面積約0.24 km2)。一般4#煤采空區(qū)富水程度低，9#煤相對(duì)較高。9#煤回采疏放工作存在一定難度，應(yīng)合理布置工作面，留設(shè)好防水煤柱。

修訂后的《礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范 煤》(DZ/T 0215―2020)、《礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范》(GB 12719―2021)水文地質(zhì)勘查類型仍是3類3型，不適應(yīng)煤礦水文地質(zhì)勘查需要，如前所述《中國(guó)煤礦水害防治技術(shù)》和《華北地區(qū)奧灰水綜合防治技術(shù)》的充水水源是5種，因而，本規(guī)范認(rèn)為水文地質(zhì)勘查類型5類3型。即在孔隙水充水礦井、裂隙水充水礦井、巖溶水充水礦井的基礎(chǔ)增加了地表水充水礦井、老空水充水礦井2個(gè)礦井充水類型[7-8]。

2.2 工作手段和工作量的確定

在統(tǒng)計(jì)了57個(gè)水文地質(zhì)勘查報(bào)告的基礎(chǔ)上，規(guī)范確定了工作量所控制的面積，為規(guī)范的有效執(zhí)行提供了依據(jù)?？辈榈V井面積小于100 km2的共57個(gè)，面積1 926.93km2,平均面積33.8 km2，因而確定工程量控制面積：水文地質(zhì)條件中等的為30 km2；水文地質(zhì)條件復(fù)雜的為20 km2；水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單的為40 km2。

規(guī)范將綜合物探作為煤礦專門(mén)水文地質(zhì)勘查的主要工作手段之一，規(guī)定了不同礦井水文地質(zhì)類型對(duì)物探方法要求，由于物探方法是地質(zhì)體物性探測(cè)的方法，具有多解性，所以規(guī)定了礦井水文地質(zhì)類型較復(fù)雜的礦井采用的物探方法至少2種，以便進(jìn)行相互驗(yàn)證。如前面王家?guī)X煤礦201盤(pán)區(qū)采空區(qū)和異常區(qū)地面鉆孔驗(yàn)證工程采用了三維地震勘探和地面瞬變電磁勘探，并且對(duì)物探成果(圖1)進(jìn)行了鉆探驗(yàn)證。

同時(shí)，由于第二類(裂隙水充水礦井)和第三類第一亞類(頂板充水為主的巖溶水充水礦井)的工作量基本一致，因而，工作量表將二者進(jìn)行合并。

規(guī)范中抽水試驗(yàn)工作量是詳查和勘探階段工作量之和。如果勘查區(qū)內(nèi)或鄰近地區(qū)有水文地質(zhì)條件相似生產(chǎn)礦井的水文地質(zhì)資料，并且是可利用時(shí)，抽水試驗(yàn)工作量可適當(dāng)減少。

2.3 評(píng)價(jià)方法

規(guī)范編制過(guò)程中，針對(duì)中國(guó)中西部煤礦礦井涌水量預(yù)測(cè)精度低的問(wèn)題，開(kāi)展了專題研究，根據(jù)中新生代煤田充水含水層厚度大，富水性弱的特征，提出了靜涌水量、單位面積靜涌水量概念，進(jìn)一步提出了導(dǎo)水裂縫帶法危險(xiǎn)評(píng)價(jià)分區(qū)的建議[9-11]。

1)安全區(qū)。導(dǎo)水裂縫帶最大高度加上保護(hù)層厚度的標(biāo)高小于頂板直接充水含水層底板標(biāo)高。

2)過(guò)渡區(qū)。導(dǎo)水裂縫帶最大高度加上保護(hù)層厚度的標(biāo)高大于頂板直接充水含水層底板標(biāo)高，導(dǎo)水裂縫帶最大高度的標(biāo)高小于頂板直接充水含水層底板標(biāo)高。

3)危險(xiǎn)區(qū)。導(dǎo)水裂縫帶最大高度的標(biāo)高大于頂板直接充水含水層底板標(biāo)高；根據(jù)頂板直接充水含水層的單位涌水量(q)或單位面積靜涌水量(QD)分為3個(gè)等級(jí)：①一般危險(xiǎn)區(qū)：q≤0.01或QDj≤5；②中等危險(xiǎn)區(qū):0.010.1或QDj>10。其中QDj為j單元單位面積靜涌水量，采用式(1)計(jì)算：

(1)

式中：q——單位涌水量，L/(s·m)；

QDj——j單元單位面積靜涌水量，m3/m2；

n——直接充水含水層層數(shù)；

μ——給水度；

H——頂板直接充水含水層厚度，m。

規(guī)范還規(guī)定了突水威脅程度評(píng)價(jià)的技術(shù)要求，突水威脅程度評(píng)價(jià)應(yīng)在收集分析研究同一地下水系統(tǒng)的、有突水歷史的礦井突水資料的基礎(chǔ)上，綜合考慮含水層富水性、補(bǔ)給和徑流條件、地下水流場(chǎng)變化特征、構(gòu)造形態(tài)與發(fā)育程度以及開(kāi)采條件等因素，進(jìn)行定性評(píng)價(jià)。突水威脅程度可分為四個(gè)等級(jí)：

1)一般性威脅。礦井突水可能對(duì)生產(chǎn)環(huán)境產(chǎn)生一定的影響，而不對(duì)礦井或人員造成安全威脅。

2)較嚴(yán)重威脅。礦井突水量峰值較大，持續(xù)時(shí)間短，穩(wěn)定水量較小，一般不構(gòu)成安全威脅。

3)嚴(yán)重威脅。突水量達(dá)到或者接近礦井(采區(qū)、工作面)排水能力，或水量峰值巨大，短時(shí)間可造成工作面、采區(qū)被淹。

4)極嚴(yán)重威脅。突水量巨大，超過(guò)礦井排水能力，可造成礦井被淹。

3 專項(xiàng)水文地質(zhì)勘查

規(guī)范不僅規(guī)定了煤礦設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和閉坑的常規(guī)礦井水文地質(zhì)勘查工作的技術(shù)要求，同時(shí)針對(duì)煤礦生產(chǎn)過(guò)程中，存在老空區(qū)、陷落柱、礦井疏干、帶壓開(kāi)采、注漿工程等專項(xiàng)問(wèn)題，規(guī)定了這些專項(xiàng)水文地質(zhì)勘查的專門(mén)技術(shù)要求。

規(guī)定了專項(xiàng)水文地質(zhì)勘查的工作布置原則和專門(mén)工作量、相關(guān)工作手段的評(píng)價(jià)工作的技術(shù)要求。如老空區(qū)水文地質(zhì)勘查，規(guī)定了調(diào)查比例尺1∶2 000～1∶1 000；規(guī)定了地震勘探、瞬變電磁法、可控源音頻大地電磁法、直流電剖面法、放射性勘探等物探方法的工作網(wǎng)格；物探解釋的老空區(qū)和積水區(qū)至少要有一個(gè)鉆探驗(yàn)證孔進(jìn)行查證；應(yīng)進(jìn)行老空區(qū)積水進(jìn)行計(jì)算。

4 結(jié)語(yǔ)

1)規(guī)范在現(xiàn)有的規(guī)范基礎(chǔ)上，通過(guò)大量的水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘查案例的綜合分析研究提出了適用煤礦設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、閉坑全過(guò)程的水文地質(zhì)勘查的技術(shù)要求，內(nèi)容主要涵蓋了礦井水文地質(zhì)勘查、老空區(qū)水文地質(zhì)勘查、陷落柱水文地質(zhì)勘查、礦井疏干工程水文地質(zhì)勘查、帶壓開(kāi)采水文地質(zhì)勘查、注漿工程水文地質(zhì)勘查、露天煤礦水文地質(zhì)勘查、閉坑煤礦水文地質(zhì)勘查等，體現(xiàn)了煤礦全生命周期的勘查理念。

2)規(guī)范將礦井水文地質(zhì)勘查類型劃分五類三型，將煤礦專門(mén)水文地質(zhì)勘查分為礦井水文地質(zhì)勘查和專項(xiàng)水文地質(zhì)勘查即在原三類三型的基礎(chǔ)上增加了地表水充水礦床和老空水充水礦床二個(gè)類型，為正確認(rèn)識(shí)煤礦水文地質(zhì)條件提供了依據(jù)。

3)規(guī)范提出了靜涌水量概念、突水危險(xiǎn)性與威脅程度評(píng)價(jià)，提出了導(dǎo)水裂縫帶法危險(xiǎn)評(píng)價(jià)分區(qū)的建議，為提高礦井涌水量精度和定量評(píng)價(jià)煤層頂板突水危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)提供了技術(shù)方案。