鄭開慧，段曉磊，張永貴，石曉東，韓 宇

（北方魏家峁煤電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000）

地下水源分布探測(cè)常采用瞬變電磁法、高密度電法、電阻率法等專業(yè)的地球物理勘探方法［1］進(jìn)行探測(cè)。常規(guī)疏干井布置方法多為根據(jù)出水點(diǎn)位置，推斷出水點(diǎn)水源來源流向，進(jìn)而將疏干井布置于推斷出的水流上方[2-4]，但針對(duì)像魏家峁露天煤礦這樣的黃土高原礦區(qū)，水流量相對(duì)較小，水流來源呈窩狀的地質(zhì)條件，若根據(jù)以往常規(guī)方式布置疏干井，井口很難布置于水源窩狀處，故難以起到良好的疏干效果，最終導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)投入大，安全系數(shù)未得到提高，出水點(diǎn)水流未得到控制，依然浸泡臺(tái)階基底。

高密度電阻率測(cè)量法可針對(duì)不同物質(zhì)電阻率不同[5-7]，有效分別出各物質(zhì)屬性，解析出地表以下物質(zhì)的性質(zhì)，查閱相關(guān)資料顯示該方法可分析出巖溶、防空洞、采空區(qū)、土質(zhì)松軟層等地表以下電阻率變化情況，進(jìn)而通過電阻率變化情況分析出所對(duì)應(yīng)地表以下地層情況進(jìn)行有效探測(cè)。

通過高密度電阻率測(cè)量法相關(guān)工程應(yīng)用的啟發(fā)，魏家峁露天煤礦借鑒相關(guān)工程探測(cè)方法，決定采用高密度電阻率測(cè)量法，根據(jù)該測(cè)量法探測(cè)出平盤以下不同層位的電阻率，從而分析出地下含水情況，進(jìn)而確定地下含水層位及深度，對(duì)含水層進(jìn)行精準(zhǔn)布置臨時(shí)疏干井，然后對(duì)含水層進(jìn)行切實(shí)有效疏干，合理有效解決臺(tái)階出水問題[8-11]。

1 礦山概況

1.1 工程地質(zhì)條件

魏家峁露天煤礦屬陜、甘、寧、晉、蒙黃土高原的一部分，以黃土梁、峁、溝為主，植被覆蓋少，溝谷縱橫，易蒸發(fā)，全年降水少，且大部分降水量集中于7、8、9 這3 個(gè)月，占全年降水量的60%～70%，全年平均降水量408 mm，據(jù)統(tǒng)計(jì)日最大降水量96.5 mm，年總蒸發(fā)度1 824.7～2 204.6 mm，是降水量的5～8倍，因此礦區(qū)整體地表水含量較少。

上部黃土平均覆蓋厚度約56.46 m，最大覆蓋厚度為154.36 m，工作幫整體層位為黃土、紅土、巖石、煤層，開采過程中發(fā)現(xiàn)局部第四系松散層于基巖接觸處存在少量水流滲出。

1.2 存在問題

自2018 年開始，局部黃土臺(tái)階由初次出水點(diǎn)沿推進(jìn)方向連續(xù)3 年出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，黃土層下部為紅土層，為隔水層，開采過程中，含水層中的水無法下滲，沿臺(tái)階坡面滲出，長時(shí)間浸泡臺(tái)階坡底，受土地手續(xù)辦理進(jìn)度影響，出水臺(tái)階長時(shí)間無法向前推進(jìn)，最終出現(xiàn)臺(tái)階片幫，由臺(tái)階邊緣逐漸向平盤里側(cè)出現(xiàn)沉降，臺(tái)階出現(xiàn)片幫后，魏家峁露天煤礦布置了3條監(jiān)測(cè)線，每條監(jiān)測(cè)線布置3 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，同時(shí)確定警戒范圍，對(duì)涉及臺(tái)階進(jìn)行圍擋，測(cè)量人員每周對(duì)沉降裂縫進(jìn)行測(cè)量，并由技術(shù)人員進(jìn)行對(duì)比分析，確定裂縫發(fā)展趨勢(shì)，及時(shí)制定合理技術(shù)措施，根據(jù)邊坡自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)顯示，歷次最大沉降度約2.5 m。根據(jù)地質(zhì)資料及現(xiàn)場踏勘，該處處于古河床地段，故長期會(huì)向外滲水，當(dāng)年治理完成后，次年再次發(fā)生同類情況，由于臺(tái)階片落后，下部含水，剝離較困難，生產(chǎn)進(jìn)度緩慢。

為預(yù)防滑坡災(zāi)害發(fā)生，減少生產(chǎn)障礙，保障生產(chǎn)人員安全，合理控制含水層滲水情況，采用行之有效的處理方法確定含水層含水情況，并針對(duì)含水層滲水情況進(jìn)行專項(xiàng)治理，對(duì)保障生產(chǎn)現(xiàn)場安全生產(chǎn)有著重要意義。

根據(jù)現(xiàn)場開挖剖面及工程地質(zhì)勘探結(jié)果觀察，臺(tái)階坡面出水區(qū)域賦存厚度不大的泥巖，作為隔水層，由于其接觸面長時(shí)期受到地下水的浸泡，基底土體強(qiáng)度弱化，基底抗滑力降低，隨著剝離推進(jìn)，坡腳開挖，導(dǎo)致應(yīng)力釋放，邊坡在高壓應(yīng)力下發(fā)生向臨空面的滑動(dòng)，由于坡腳的蠕動(dòng)導(dǎo)致前緣抗滑力逐步降低，臺(tái)階坡面逐步發(fā)生片落，臺(tái)階逐漸由邊緣向平盤里側(cè)沉降，最終導(dǎo)致邊坡穩(wěn)定性逐漸降低，臺(tái)階出現(xiàn)逐級(jí)垮落現(xiàn)象。

2 工程實(shí)例

魏家峁露天煤礦工作幫黃土臺(tái)階局部存在出水情況，為針對(duì)該出水情況進(jìn)行有效疏干，魏家峁露天煤礦決定采用高密度電阻率測(cè)量法進(jìn)行地下水含水情況分析，并根據(jù)分析結(jié)果布置臨時(shí)疏干井。

2.1 測(cè)線布置

魏家峁露天煤礦地面探測(cè)共設(shè)計(jì)8 條高密度電阻率測(cè)量法剖面，每條測(cè)線長300 m，每條線分布60個(gè)測(cè)點(diǎn)，每2 個(gè)測(cè)點(diǎn)電極間距5 m，每根電極既可作為供電電極，也可作為測(cè)量電極。通過程控多路電極轉(zhuǎn)換開關(guān)和電測(cè)儀實(shí)施數(shù)據(jù)的自動(dòng)、快速采集。極距的遞增以電極間距為單位，每個(gè)極距依照固定的裝置形式逐點(diǎn)由前向后移動(dòng)完成數(shù)據(jù)采集，然后增大極距的數(shù)據(jù)采集。隨著隔離系數(shù)的增大，測(cè)點(diǎn)數(shù)逐漸減少，測(cè)點(diǎn)在斷面上分布呈倒梯形。

2.2 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)處理采用重慶奔騰數(shù)控技術(shù)研究所配套的高密度二維反演軟件RES2DINV。二維電阻率模型應(yīng)用在RES2DINV 反演程序中，該程序由大量矩形條塊組成。條塊的排列能夠與視電阻率剖面上的數(shù)據(jù)點(diǎn)松散的連接起來。條塊的分布和大小由程序自動(dòng)生成，大致遵從數(shù)據(jù)點(diǎn)的分布規(guī)律。底層條塊的深度與目的深度數(shù)據(jù)點(diǎn)大致相等，此時(shí)電極距最大。通常數(shù)據(jù)的采集遵照一定的電極排列順序，相鄰電極間距為固定值。

2.3 水源分布

綜合分析電阻率斷面圖和地質(zhì)資料，根據(jù)斷面圖中電阻率背景值的大小以及梯度值，對(duì)地層分界線及巖體的破碎、軟弱、含水情況進(jìn)行判釋，根據(jù)剖面電性特征對(duì)剖面解釋。

某平盤共有2 條測(cè)線，P1 剖面供電時(shí)間為500 ms，P2 剖面為200 ms，P1 剖面電阻率斷面如圖1。P2 剖面電阻率斷面如圖2。

圖1 P1 剖面電阻率斷面圖

圖2 P2 剖面電阻率斷面圖

P2 第5 次迭代反演電阻率斷面圖上視電阻率幅值特征在縱向上可將剖面大致可以分為3 個(gè)區(qū)域。其中：①第Ⅰ區(qū)域在橫向185～300 m，視電阻率在50～150 Ω·m 之間，呈現(xiàn)中高電性特征，該層反映的是地表黃沙土的物性特征；②第Ⅱ區(qū)域電阻率呈高電阻特征，視電阻率在150～900 Ω·m 之間，推測(cè)該層為下部紅泥及粗砂基巖隔水地層反應(yīng)所致；③第Ⅲ區(qū)域?yàn)檎w為藍(lán)色，視電阻率呈低電阻特征在10～40 Ω·m 之間，第Ⅲ區(qū)域與第Ⅰ、第Ⅱ區(qū)域視電阻率特征高低區(qū)分明顯，結(jié)合實(shí)地勘查，推測(cè)該區(qū)域?yàn)楹畬印?/p>

2.4 疏干治理

通過數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)整理、處理、分析解釋及推斷，根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果確定了出水點(diǎn)區(qū)域的水源賦存情況。根據(jù)分析結(jié)果，發(fā)現(xiàn)該區(qū)域含水情況呈不連續(xù)窩狀含水，2 個(gè)主要含水位置中間存在1 條導(dǎo)水帶聯(lián)通，形成了位置相對(duì)較后的含水位置向相對(duì)較前的含水位置提供水源。通過以上分析結(jié)果，決定將臨時(shí)疏干井位置布置于窩狀含水層中心線處，該方案的確定可使地下水源最大程度匯入臨時(shí)疏干井內(nèi)，有效將含水層的水抽出地表，減少含水層中水向臺(tái)階坡面滲出［9-10］。方案最終確定布置2 個(gè)臨時(shí)疏干井，分別在2 個(gè)平盤上，出水點(diǎn)上方含水層中心線上布置不同深度的抽水輸干孔進(jìn)行抽水疏干，臨時(shí)疏干孔孔徑確定為φ350 mn，臨時(shí)疏干井內(nèi)下入φ220 mm 濾管和實(shí)管并在井內(nèi)環(huán)空填入濾料，保證地下含水層的水流匯入臨時(shí)疏干井中。

從臨時(shí)疏干井中分別各下入1 臺(tái)抽水泵，通過臨時(shí)疏干井，對(duì)出水點(diǎn)區(qū)域的水進(jìn)行間斷抽水，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示每次抽水時(shí)間約8 min，每次抽出水量約200 L，每隔3 h 進(jìn)行1 次抽水，抽水10 次后，經(jīng)觀察原滲水臺(tái)階坡面出水量明顯下降，滲水臺(tái)階下部集水坑水量明顯減少，這為臺(tái)階基底強(qiáng)度提供了保障，為煤礦安全生產(chǎn)提供了保障，為合理布置生產(chǎn)，有效提高生產(chǎn)效率均提供了保障。

3 結(jié)語

通過對(duì)地層不同巖性電阻率不同的性質(zhì)，劃分出各層位巖性，準(zhǔn)確判別含水層層位情況及深度，通過分析結(jié)果，將臨時(shí)疏干井布置于恰當(dāng)合適的位置，對(duì)含水層中的水進(jìn)行有效疏干，進(jìn)而減少臺(tái)階坡面滲水量，保障臺(tái)階基底強(qiáng)度，增強(qiáng)臺(tái)階穩(wěn)定性。通過高密度電阻率測(cè)量法分析出含水層情況，從而進(jìn)行合理布置疏干方法，將臨時(shí)疏干井布置于關(guān)鍵位置，取得較好的疏干效果，具有成本低、效率高、所需疏干周期短的優(yōu)點(diǎn)。