一种石灰石凹采矿区地下水透水通道的综合探测方法与流程

本发明涉及地下水帷幕治理领域，具体是一种用于石灰石凹采矿区中隔水帷幕地下水透水通道的综合探测方法。

背景技术：

1、随着工程建设的发展，石灰石矿凹陷式开采工程常常遇到地下水的大量突水，另外灰岩地区深基坑、地铁、隧道等地下工程也经常因透水诱发地面塌陷等地质灾害，严重危害着人民的生命财产安全。为了防止该类工程灾害发生，多采取注浆形成止水帷幕来封堵地下水的透水通道。但因岩溶及裂隙等透水通道发育的不均一性导致其空间分布极其复杂，要想有效的封堵住地下水的透水通道，控制地下水造成的危害，就必须查清这些透水通道。现有的探测方法多种多样，如高密度电法、地质雷达、跨孔ct等，辅助地质测绘、钻探、连通试验等方法。因各种方法均具有一定的适用条件，高密度电法探测精度较低，探测深度有限，有些工程帷幕深度达到100m以上，高密度电法达不到该深度；电磁法、地震法、电测深等方法，测量深度能满足要求，但其测量精度低，也难以满足要求；超低频地质雷达深度可以达到近百米，但其精度也随之变低；跨孔ct精度较高，但其成本高，施工速度慢。因此现有的一种或几种方法的简单综合难以完成探测精度需要，需要提供一种新型的综合探测方法，能有效的对透水通道进行探测。探测方法的准确性和效率均有很大提高，通过工程应用证实该效果良好。

技术实现思路

1、为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种石灰石凹采矿区地下水透水通道的综合探测方法，该探测方法利用水文地质测绘与调查，结合多种探测手段，对透水通道进行范围定位，更加精确的获取透水通道的空间形态，实现了对帷幕线透水通道的精确定位，对注浆帷幕施工有较好的指导意义。

2、为了达到上述技术目的，本发明提供了一种石灰石凹采矿区地下水透水通道的综合探测方法，所述方法应用于石灰石凹采矿山区域，其特征在于，具体包括以下步骤：

3、步骤一、通过工程地质与水文地质勘测初步确定待施工矿区的地质构造、地层分布规律、场地岩溶发育方向、水文地质边界条件以及地下水流动方向；

4、步骤二、根据步骤一中初步确定的地下水流动方向，布设地下水观测井，进行地下水水位观测，根据观测的地下水水位，绘制等水位线图，垂直等水位线方向由高水位到低水位即时地下水流向，地下水的流向也是透水通道的主要方向；

5、步骤三、根据步骤一和步骤二确定的地质构造及透水通道主要方向的基础上，进行综合物探的布设工作，综合物探包括大地电磁法或电测深、高密度电法、超低频地质雷达分区段进行探测；具体物探过程如下：

6、(1)在矿区待施工帷幕区沿垂直褶皱或断层的轴向等间距布置3条测线，进行大地电磁法或电测深法探测，根据探测物性指标的差异结合步骤一中的工程地质与水文地质勘测数据以及步骤二中地下水水位勘测数据确定透水通道深度上地层的发育特征和规律，判断是否存在断层或破碎带的透水通道从矿区通过，初步确定透水通道的位置；

7、(2)沿拟设的帷幕线进行高密度电法探测，高密度电法探测的测点间距为5～10m，通过高密度电法探测帷幕线沿线地层上电阻率变化，其中溶洞或破碎带与周围岩土层有明显的电阻率差异，电阻率低于200ω的区段划分为低阻异常区；

8、(3)在完成电阻率探测后，沿拟设帷幕线进行超低频地质雷达探测，得到雷达时间剖面图像，并对图像进行处理得到待解译的图像剖面，划分波速标异常区；

9、步骤四、对比高密度电法探测得到低阻异常区与超低频地质雷达探测的波速标异常区，两者重合的既初步判定为透水通道；对于不一致的地段，采用场地内各岩土层电阻率和介电常数常规数据及地层分布规律，对高密度电法和地质雷达探测的数据进行反推岩溶及破碎带的分布情况，两者反演结论一致的异常地段，也初步判定为透水通道；

10、步骤五、根据步骤四初步确定的地下水透水通道区域布置钻探孔，进行钻探验证是否为破碎带、断层或溶洞，宽度大于10m的地段，异常区两端布置钻孔，进行跨孔ct探测，进一步确定透水通道的准确位置。

11、本发明较优的技术方案：所述步骤一中通过水文地质测绘与调查初步确定地质构造、地层岩性特征、地面塌陷、岩溶发育情况、地表水和地下水类型、地下水的补给、径流、排泄条件，据此布置地下水观测及物探工作；所述地质构造包括地质断层、褶皱、节理。

12、本发明较优的技术方案：所述步骤二中地下水观测井布设三个，按照等边三角形布设，且井间距20m。

13、本发明较优的技术方案：所述步骤三中的超低频地质雷达采用频率小于20赫兹的地质雷达。

14、本发明较优的技术方案：所述步骤三中拟建帷幕是在矿坑开挖边界外10m施工的注浆帷幕，所述大地电磁法或电测深法探测探测物性指标包括构造倾角、宽度、岩溶发育深度。

15、本发明进一步的技术方案：所述步骤三中超低频地质雷达探测得到的雷达时间剖面图像需要先进行一维滤波去直流漂移，去除零点漂移；然后进行静校正移动初值时间；之后进行增益设置，最后进行巴特沃斯带通滤波，保留有效信号，然后根据波速进行时间—深度的换算得到待解译的图像剖面，划分波速标异常点。

16、本发明利用水文地质测绘与调查，含区域地质背景资料、地形地貌特征，从地质构造宏观发育特征逐步深入到微观透水通道发育点，辅以水文测试工作，通过地下水水位、流向、流速、抽(注)水试验确定地下水流向、流速、连通性等，通过地质构造发育条件和地下水渗流分析，确定透水通道发育主要和次要方向、范围。在此基础上结合地球物理综合探测，包括大地电磁法(电测深)、高密度电法、超低频地质雷达、地层信息反演分析、钻探验证与跨孔ct等技术。垂直褶皱构造走向布置3条大地电磁法(或电测深)，探测构造破碎带发育情况，结合地质构造发育情况分析确定岩溶主要发育部位、连通性，发育程度及深度上的发育程度等特征规律；首先，沿拟设帷幕线进行高密度电法探测，道间距采用5～10m，探测出帷幕线低阻异常区；其次，沿拟设帷幕线进行超低频地质雷达(小于20赫兹)探测，得到雷达时间剖面图像；然后，结合地层信息对高密度电法、超低频地质雷达(小于20赫兹)探测结果进行反演分析，初步确定透水通道范围；对初步确定的地下水透水通道进行钻探验证，并进行孔间ct探测，更进一步确定透水通道的准确位置。分段进行抽注水试验测试，提供帷幕设计参数。

17、本发明利用岩溶和裂隙发育基本理论，水文地质理论，辅以水文测试、地球物理勘探，从宏观到微观探测的不断深入修正的综合技术，对透水通道进行范围定位，更加精确的获取透水通道的空间形态，实现了对帷幕线透水通道的精确定位，能有效保证渗透通道探测质量，能有效保证探测效果的可靠性，对注浆帷幕施工有较好的指导意义。本发明施工操作简单，安全可靠，可大大缩短施工时间；可以有效提高探测效果，能够节省工程成本，避免诱发岩溶地质灾害；适合岩溶和构造裂隙等引起地下水透水的探测工作。

技术特征：

1.一种石灰石凹采矿区地下水透水通道的综合探测方法，所述方法应用于石灰石凹采矿山区域，其特征在于，具体包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种石灰石凹采矿区地下水透水通道的综合探测方法，其特征在于：所述步骤一中通过工程地质与水文地质测绘初步确定地质构造、地层岩性特征、地面塌陷、岩溶发育情况、地表水和地下水类型、地下水的补给、径流、排泄条件，据此布置地下水观测及物探工作；所述地质构造包括地质断层、褶皱、节理。

3.根据权利要求1所述的一种石灰石凹采矿区地下水透水通道的综合探测方法，其特征在于：所述步骤二中地下水观测井布设三个，按照等边三角形布设，且井间距20m。

4.根据权利要求1所述的一种石灰石凹采矿区地下水透水通道的综合探测方法，其特征在于：所述步骤三中的超低频地质雷达采用频率小于20赫兹的地质雷达。

5.根据权利要求1所述的一种石灰石凹采矿区地下水透水通道的综合探测方法，其特征在于：所述步骤三中拟建帷幕是在矿坑开挖边界外10m施工的注浆帷幕，所述大地电磁法或电测深法探测探测物性指标包括构造倾角、宽度、岩溶发育深度。

6.根据权利要求1所述的一种石灰石凹采矿区地下水透水通道的综合探测方法，其特征在于：所述步骤三中超低频地质雷达探测得到的雷达时间剖面图像需要先进行一维滤波去直流漂移，去除零点漂移；然后进行静校正移动初值时间；之后进行增益设置，最后进行巴特沃斯带通滤波，保留有效信号，然后根据波速进行时间—深度的换算得到待解译的图像剖面，划分波速标异常点。

技术总结本发明提供一种石灰石凹采矿区地下水透水通道的综合探测方法。所述方法包括以下步骤：一、调查待探测区域地质构造、场地岩溶发育方向、及地下水流动方向；二、建立地下水观测井，调查观测井中地下水流向；三、依次采用大地电磁法或电测深法、高密度电法、超低频地质雷达三种不同物探方法进行综合物探，探测出帷幕线低阻异常区和超低频地质雷达探测的波速标异常区，初步确定透水通道；四、对初步确定的地下水透水通道进行钻探和CT探测验证。本发明利用水文地质测绘与调查，结合多种探测手段，对透水通道进行范围定位，更加精确的获取透水通道的空间形态，实现了对帷幕线透水通道的精确定位，对注浆帷幕施工有较好的指导意义。技术研发人员：赵建海,万超杰,杨正鸿,刘志航,张朝阳,周鹏受保护的技术使用者：中冶武勘工程技术有限公司技术研发日：技术公布日：2024/10/17