沉积地貌下矿山水文地质条件探测方法研究

王 丽

（新疆地矿局第一区域地质调查大队，新疆 乌鲁木齐 830000）

中国作为一个以消耗矿产资源为主要能源使用方式的能源大国，在不可再生能源的生产和使用组成中，有色金属所占巨大。伴随矿山开釆面积的逐渐扩大，随之而来引发的一系列环境问题，具体表现在：矿山水文和生态环境遭遇严重破坏；浅层地下水和中间地下水过分疏干，地下水位严重降低，原本的地下水文生态循环系统依然被破坏；地表出现大规模塌陷组成地表径流和地下径流均发生一定程度的变化，地表水和地下水之间的补给关系也随之发生重大变化，导致微生态循环生态系统逐步发生恶化；土壤中的水分、盐分均发生改变，植物生长环境被破坏，最终组成整个塌陷区域内的水文地质条件发生了根本性的扭转[1]。同时由于矿山开采的实际数目和矿产质量均对矿产资源的生产效率起到至关重要的作用。可是水文地质灾害在相当大程度上会导致地质矿产勘探准确性的失误，妨碍矿产开发工作的正常作业。现今沉积地貌作为复杂地貌的一种，开采环节的实施势必会导致水文地质存在一系列问题，使得矿产资源的生产率保持在较低水平，所以在矿山地质水文条件的探测过程中，必须应用高精度的探测技术，对矿山开采过程中水文地质条件进行严格探测，以降低水文地质灾害的发生，推动中国矿产资源生产的顺利施工。

1 沉积地貌下矿山水文地质条件探测方法

1.1 观测孔点位布设

按照对矿山现场环境的勘察，对研究矿区的水文地质进行实际观测孔的设置，沉积地貌下的矿区需要设置三个自动的水文观测孔，观测孔的位置必须严格按照安全生产的要求进行布防，分别布防在沉积区域、受沉积影响的过渡区域和不受沉积影响的区域。观测孔装置主要是由两段或两段以上的套管连接而成的一组长管，下方是由膨胀的橡胶圈组合而成的过滤管，上方装置一组传感器，并外有保护套，该传感器能够自动识别并上传观测孔内的具体水位，和矿区遥测网络互相连接，及时上传水位信息，从而完成自动化识别并检测沉积地貌区的矿山地下水位[2]。作为沉积作用下“地下水位监测的基准值”的来源，观测孔深度通常为负压值，观测层位统一定为地下第三系的第二含水层，在实际监测中，观测孔内的水位一般会远远超过其地层高度，包气带为呈现负压值，这说明其上方的粘土层具备较为良好的隔水性，砂层一般不会和大气相连，那么就可以视第三系第二含水层及其上方的粘土层为整个地下水系的承压含水层。

一般情况下，每间隔10m就会设置一个测点，一共设置52个测点，每一个测点均对架子道前的发掘掘方向矿层、下45˚方向底板以及上45˚方向顶板进行探测，各自实现了52个物理地点的实际探测，从而形成了3条测线，每一条测线的长度控制在500m左右(图1)。通过后续数据的处理，结合当地地质水文的有关资料，最后将物探异常转变为地质异常，获取矿区水文地质状况。

图1 测线布置及探测方向示意图

1.2 水文数据处理

采集到有关矿山水文数据之后，就可以进一步对电阻率进行计算和转换，关于矿井中心回线空间电阻率的计算表达公式为：

式中，u 代表地下磁场的基本导向率；t代表具体探测的时间；S0代表发射线圈的表面积；I0电流大小；Hz(t )代表二次磁场的垂直取量。以上对矿井中心回线空间电阻率处理方式一般称之为常规化的数据处理，在常规化数据处理的基础上借助标准方差进行下一步的计算分析，进而提升对异常水文地质条件的分辩能力。环节如下：

首先计算出数据的标准方差σ，其计算表达公式为：

式中，Cih代表监测点i对应同深度h下的数据；n代表实际测点的数目；Pih代表同深度下的磁度平均值。然之后对同深度下的数据Cih进行标准方差的标准化处理后就能够获得，其计算公式为：

以数据替换Cih，最后借助科学解释绘以备探测。

1.3 设定并计算RQD指数

利用RQD指数对本文提出的沉积地貌下矿山水文地质条件探测方法和原始探测方法进行比较和区分，RQD指数作为一种衡定岩体质量的重要指标，同时也是对岩体进行分类和作出评价的重要衡量指标，RQD指数表示的是以单位钻孔长度中超过13cm岩体的岩芯所占比重[5]，划分岩体质量的具体标准参见下表。

表1 岩体质量的具体标准

在对沉积地貌进行矿山水文地质条件的探测过程中，积极筹备深度探测工作才具备扩大矿山资源储存量的条件，为了确保矿山深度水文地质条件探测工作的顺利开展，必须逐步扩大对沉积矿山的开采面积，同时采取先进的探测技术，最大限度上降低生产成本，提高作业效率，RQD指数的计算公式参见如下：

通过以上公式能够获得矿区岩体的RQD指数，再联系岩体的风化度、腐蚀度加深对深部探测的理解。

1.4 探测数据解释

在上述数据处理的基础上建立一个坐标图，以零点为探测初始位置，横坐标代表测线的实际坐标，也就是架子道的实际朝向，终点是探测结束的位置，纵坐标代表探测深度下阻率值[3]；坐标图能够生动具体地表示出矿区地下不同巷道不同地段下电阻率的实际变动状况。通常情况下，石灰岩、粉砂岩、粗砂岩的电阻率会依次变大，灰岩电阻率更高；朝着地层方向岩性变动方向改变的状况比较少，具体表现就是电阻率的变动幅度比较均匀平缓。如果探测区域不受含水区和导水结构的影响，那么相应地地质电阻率就会呈现有序变化，电阻率等值线也会随之稳定，呈现层状分布；当探测区域内出现充水层裂隙、受断裂切割造成破碎带含有水分或出现水患时，电阻率就会大幅降低，等值线分布也会随之扭曲、变形或呈密集状分布[4]。由此可知，按照不同测线下的电阻率分布状况、测区实际地质水文资料以及钻孔、断裂以及矿层开采时的资料，推测探测区域是否出现异常含水体。

2 实验与效果分析

为了更加清楚、具体的看出本文提出的沉积地貌下矿山水文地质条件探测方法的应用效果，特与传统的矿山水文地质条件探测方法进行对比，对其RQD指数大小进行比较。

2.1 实验准备

在矿区内选择同一个地点的沉积地貌水文地质进行探测，确保周遭生态环境保持一致，具体包括温度恒定、气候一致、风向一致等，开展实验之前提前测量本区域矿区的地下水位，在地下水位不会对实验操作产生影响的前提下进行，在矿区内选择10个实验基地进行钻孔作业，分别使用传统矿山水文地质条件探测方法和本文设计矿山水文地质条件探测方法钻孔，钻孔的深度必须相同，并且均选择超过13cm的岩心对长度进行重复叠加，比较两种方法下的RQD指数。

2.2 实验结果分析

试验过程中，通过两种不同的矿山水文地质条件探测方法设计同时在相同环境中进行工作，分析其RQD指数的变化。结果如表2所示。

表2 传统探测技术和本文探测勘探技术RQD指数表

表2结果表明，采取不同的矿山水文地质条件探测方法检测出来的岩体质量存在相当大的差别，采取本文设计的矿山水文地质条件探测方法下的岩体质量显然要比传统的矿山水文地质条件探测方法探测的岩体质量要好，所以，本文以设计的矿山水文地质条件探测方法对沉积地貌下的矿山水文地质条件进行探测工作具备比较高的实用价值。

3 结束语

本文对沉积地貌下矿山水文地质条件探测方法进行分析，依托沉积地貌特质，根据矿山开采技术的发展以及水文地质的一系列问题，对矿山水文地质条件进行调整，实现本文设计。实验论证表明，本文设计的方法具备极高的有效性。希望本文的研究能够为矿山水文地质条件的探测方法提供理论依据。