张艳龙

摘要：本文在分析水文地质调查资料基础上，采用瞬变电磁和地质雷达综合物探手段对掘进工作面端头进行全方位探测，初步判定了涌水源和导水通道，利用水化学分析资料进一步验证了物探判定涌水水源的科学合理性，推测涌水源旅行距离，为下一步的注浆堵水和掘进工作提供了科学的水文地质资料。

关键词：水文地质；水源；导水通道；水化学分析；瞬变电磁；地质雷达

1.工程概況及涌水情况

山西晋城市某矿开采3号煤毗邻水库，水库底部标高为+690m，掘进大巷底部标高+640m。A1535工作面掘进至863m处时，在掘进工作面端头施工第三个钻孔时出现出水。经测算钻孔涌水量50m³/h，涌水源不清，导水通道不明。涌水情况出现后掘进工作停止，为了进行水害的科学治理，确立了地质、物探、化探综合探测体系。

2.瞬变电磁法探测

2.1基本原理和工程布置

由于大巷中空间狭小，为了便于操作，采用多匝重叠装置。井巷瞬变电磁法为全空间探测，是一种综合反映。其视电阻率计算公式为：

根据地质特点和水文特征，充水水源和导水通道都是理想的低阻介质，与周围介质有明显的电阻率差异和介电常数差异，采用全方位的探测方式，可以取得较好的效果。

2.2资料解释成果

采用SUFER软件根据资料处理和计算结果数据绘制扇形瞬变电磁物探成果图，在成果图的基础上，结合水文地质资料和钻探资料，依据瞬变电磁解释原则对地质异常体电阻率差异阈值范围划分出地质异常和含水异常。

瞬变电磁水平方向切面视电阻率等值线水平方向探测切面，纵横坐标都为探测距离，切面的中心方向为巷道的掘进方向，探测方位由正前方向左偏80°至向右偏80。方向探测，每间隔10°探测1次，共计探测19个方向。从图1中可以看出，在探测的左40°～左50°方向，探测前方30m以内存在一低阻异常区，判定为含水裂隙带，现大巷顶部靠左上部位置探孔出水推测就是该裂隙出水。

3.地质雷达探测

3.1基本原理和工程布置

地质雷达法是利用高频至特高频波段电磁波的反射进行无损探测的一种方法。因为该方法利用的电磁波频率高，因此具有很高的分辨率（如图2）。

为了查明掘进工作面端头前方出水裂隙位置和发育情况，本次雷达工作不仅向掘进工作面端头正前方探测，还在距离掘进工作面端头后方6m处向顶板及侧帮方向探测，便于确定裂隙延展情况（如图3）。各测线布置如下：H1测线为掘进工作面端头上方水平测线，测线方向从掘进大巷左壁向右壁布置；H2测线为掘进工作面端头中下部水平测线；Z1测线为掘进工作面端头左侧垂直测线，测线方向由上向下；Z2测线为掘进工作面端头中心垂直测线，测线方向由掘进大巷顶向下；Z3测线为掘进工作面端头右侧垂直测线。以上测线探测方向都是垂直掘进工作面端头向掘进大巷正前方进行探测。L测线为顺掘进方向布置。

3.2探测结果

图4所示，在测线里程1m～1.2m处有暗紫色强充水区，深度和风钻见水深度3m一致，而且深度2.5m～7m为绿色问夹有黄色条带，反应此段地层为中～细砂岩而且向水库方向小角度倾斜，并且表示层间有充水裂隙。而且测线长度从1.2m向下至1.9m有红色区域，含水反应强一些。大巷掘进工作面端头水来源于左前方45°砂岩层中张扭性裂隙，沿探测方向沿伸到30m。

4.水化学分析

为分析掘进工作面端头钻孔出水水源情况，分别采集大巷渗水水样（编号1）、大巷掘进工作面端头出水点（编号2）以及水库（编号3）进行化验。

对化验结果进行舒卡列夫分类，大巷临时水沟、K2+863掘进工作面端头钻孔出水、水库的水质类型分别为SO₁Cl-Na（Ca）、SO₄-NaCa、HCO₃SO₄-Ca型水。根据piper三线图上叠加结果，可知水库水与掘进大巷渗水和K2+863掘水文地质、环境地质、工程地质2018年第五期进工作面端头出水水质类型存在一定的差异。而掘进大巷渗水和掘进工作面端头出水水质类型基本一致，两者的差别主要在于离子浓度绝对值的差异，而毫克当量百分比较为相似。结合水文地质资料，推测主要出水来源为赋存于砂质泥岩、泥岩及砂岩的风化裂隙和构造裂隙中的基岩裂隙水，裂隙水受水库水等地表水补给。该类型地下水受基岩裂隙控制，分布不连续，含水量小，储水能力较弱，这与掘进大巷前期施工揭露情况较为吻合。

5.结语

通过实践和研究，采用综合探测技术在很大程度上提高了探测涌水源和导水通道的准确性，完善了水文地质资料，为水害的防治提供科学依据。并得出以下主要结论：

（1）采用综合探测技术，准确查明了涌水源为赋存于砂质泥岩、泥岩及砂岩的风化裂隙和构造裂隙中的基岩裂隙水，受水库水等地表水补给。

（2）水中的矿物质含量与水库水已不相同，分析水库水经由地层裂隙长距离长时间旅行后才到达涌水点位置，推断水库水未发生直接贯人现象。

（3）涌水通道位于掘进工作面端头左前方45°方向，并沿着地层走向向前方延伸。在以后的掘进过程中需加强防范。

（4）已通过堵水工作进一步验证了本次探测的准确性。

（5）综合运用地质、物探、水化学分析等方法及多种物探技术手段相结合在一定程度上避免了单一物探方法的多解性，提高了探测的准确性，科学的完善了水文地质资料，为下一步的水害治理提供了科学依据。