吴 苏 张志亭 吕玉广

（内蒙古上海庙矿业有限责任公司，内蒙古 鄂尔多斯 016299）

鹰骏三号井田位于内蒙古鄂尔多斯市鄂托克前旗上海庙镇，探矿权属山东能源临矿集团，下步矿井准备开工建设。主要可采煤层为侏罗系延安组煤系地层，井田构造复杂程度简单，尚未开展专门的水文地质勘探工作，水文地质资料缺乏。

脆弱性指数法[1]是一种仅通过收集岩性和计算不同岩性岩层厚度比值就可以给出岩层相对富水性的方法。Surfer具有绘制等值线图的功能。本文以脆弱性指数法获得的富水性指数数据为基础，通过Surfer绘制鹰骏三号2煤层顶板富水性等值线图，为巷道开拓掘进及2煤层开采过程中的探疏放水工作提供依据[2]。

1 概况

井田内揭露的地层从上到下依次有第四系、第三系、白垩系、侏罗系直罗组、侏罗系延安组、三叠系延长组，如图1所示。

图1 鹰骏三号井田地层柱状示意图

前期准备开采侏罗系延安组2煤层，2煤平均厚度6.33m，属于厚煤层。2煤层距离上部侏罗系直罗组底部七里镇砂岩7.76～39.54m，平均22.02m。侏罗系延安组砂岩孔隙裂隙含水层为2煤层开采时顶板直接充水含水层，侏罗系直罗组砂岩孔隙裂隙含水层为2煤层开采时的直接和间接充水含水层。

根据鹰骏三号井田勘探地质报告，以及邻区具有相似地质条件的榆树井煤矿和新上海一号煤矿水文地质勘探结果、开采情况，上述含水层富水性均为弱等，一般来说对采掘活动影响不大。但是由于上海庙矿区侏罗系煤田特殊的软岩地质条件，弱含水层也可能出大水，甚至造成工作面突水溃沙事故[3]。因此，对2煤层的顶板冒落裂隙带范围内的含水层富水性进行准确的评价预测对于矿井安全开采是十分必要的。

2 采用脆弱性指数法获得基础数据

应用Surfer绘制等值线图的基础是要有一组含有x、y、z数值的数据，对应到地质勘探钻孔中分别为钻孔x、y坐标和通过脆弱性指数法计算得到的富水性指数[1]。

2.1 汇总基础数据

第一步将鹰俊三号井田已施工各类47个钻孔揭露的地层岩性数据汇总到一张Excel表格当中，各钻孔在标志层处岩性对齐，既美观也方便后期数据采集和数据处理[4]。如表1所示。

表1 鹰骏三号钻孔数据基础资料表（局部）

2.2 计算导水裂隙带高度

第二步是根据2煤层回采高度确定需要应用脆弱性指数法进行计算的2煤层顶板导水裂隙带高度。上海庙矿区地层为软岩地质条件，选用软岩导水裂缝带适用公式：

其中：

Hd-导水裂隙带高度，m；

ΣM-累计采厚，m。

为保证安全，上式取+4.0。

根据钻孔揭露数据来看，2煤层厚度变化较大，为1.5～9.2m，但大部分钻孔揭露2煤层厚度在6m左右，平均6.33m，这里取6.3m作为2煤采高。根据以上公式，可以计算出2煤层顶板导水裂隙带高度为68.0m。

2.3 计算富水性指数

第三步从表1中找出2煤层顶板导水裂隙带高度范围内的脆性岩石累加厚度，根据公式（2）可以计算出2煤层顶板富水性指数[1]。

式中：

Fzhi-富水性指数；

Mc-脆性岩石累加厚度；

Hd-导水裂隙带高度。

如果计算出的导水裂隙带高度范围内的岩石直接与脆性岩石接触，则计算富水性指数时分子分母都要增加相应的厚度，即变为公式：

式中：

Z-导水裂隙带高度之上直接接触的脆性岩石。

其他字母含义同上。

最后计算结果如表2所示。

表2 2煤层顶板富水性指数计算表（局部）

3 使用Surfer绘制2煤层顶板富水性等值线图

使用Surfer绘制富水性等值线图的一般步骤是：数据网格化、白化边界、填充颜色、添加钻孔信息、图形叠加等。

3.1 绘制底图

取表2中的B、C和L三列的数值作为作图的基础数据，其中B、C列为钻孔坐标，L列为对应点富水性指数。

打开Surfer，选择Grid-data命令以及Grid-Filter命令，分别对原始数据进行网格化和平滑处理，得到一个.grd的网格化文件。

通过Map-Coutour Layer命令，选择上述.grd网格化文件，可以预览等值线图的效果（图2-a）。

3.2 根据煤层露头及断层等信息缩小作图范围

由于煤层开采都在矿井边界及煤层露头范围内，而且以大断层分界的矿井边界及煤层露头两侧水文地质条件一般会有一定的差异，因此需要缩小图形的范围。

首先通过AutoCAD采集井田边界及煤层露头的坐标信息，形成.bln边界文件。其次通过Surfer菜单栏中的Grid-Blank命令，将3.1中得到的.grd网格化文件边界外区域白化，即得到一个白化后的.grd网格化文件，该文件是绘制2煤层顶板富水性等值线图的基础。通过Map-Coutour Layer作图，如图2-b所示。

3.3 对图形进行优化处理

这一步主要是对等值线图填充颜色，在对象管理器中依次点击层次-等值线即可填充颜色。由于系统预设的颜色往往不符合我们的需要，因此要对色度条进行修改，形成符合专业习惯的色调。

填充后的效果如图2-c所示。另外还可以通过修改等值线的间距，标注大小等，使图形更加美观。

图2 2煤顶板富水性等值线图

3.4 添加钻孔信息

通过Surfer中的Map-New-Postmap命令，绘制钻孔散点图。在属性管理器中，将常规-工作表-数据列中的X坐标和Y坐标改成表2中的B列和C列，再修改钻孔符号，即得图2-d。再通过Map-Overlay Maps命令，将图2-c与2-d叠加，就把钻孔信息添加到了等值线图上，如图2-e所示。

3.5 叠加等值线图与井田开拓布置图

最后通过.dxf格式中转文件或者直接以图形的方式将AutoCAD中保留了相关内容的开拓设计底图与Surfer中绘制富水性等值线图进行叠加，即得到最终需要的图形（图2-f）。

从图2-f上可以很直观地看出井田各部分2煤层顶板富水性情况。其中东南部和西南角富水性较强，是采掘活动重点探疏放水区域。

该图完成后，一方面可以直接用于指导矿井采掘过程中探疏放水工作，另一方面后期可以与水文地质补勘资料相结合用于煤层开采前工作面涌水量预测。

4 结论

（1）Surfer软件具有绘图功能，在取得不同钻孔处的2煤层导水裂隙带范围内岩层富水性指数后，通过Surfer软件可轻易绘制出富水性等值线图。

（2）从图中可以直观地看出鹰骏三号井田2煤层顶板研究层段内富水性分布情况，其中井田东南部和西南角富水性较强。

（3）该图可用于指导采掘工作面的探疏放水工作。