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摘 要：本文以祁南矿101采区为研究对象，通过放水试验、脆弱性指数法、水化学动力学与水文地质学相结合等方法，建立水文地质概念模型及数学模型（水源判别模型），系统分析研究区地质及水文地质条件，获得区内灰岩含水层之间水力联系、断层导、隔水性以及充水水源等信息，对研究区的灰岩水进行突水危险性分析，并提出灰岩水的疏放性评价。
关键词：灰岩水;水文地质条件;放水试验;脆弱性指数法;水源判别模型
放水试验主要是利用井下放水孔进行放水，通过对水量、水位和地面水文观测孔动态变化情况，来对地下水各个含水层之间的水力联系进行研究，获得水文地质参数，分析水文地质条件，为灰岩水的疏放性及突水危险性提供重要的水文地质依据。
一、采区地质及水文地质概况
101采区位于矿井西部宿南向斜转折端，构造褶曲较发育，地质应力集中。主要回采山西组10煤层，煤厚1.5～3.0m，平均2.5m，地层倾角5～25°。10煤层底板距石炭系太原组灰岩平均60m，太灰平均厚度约180m，一般含灰岩8层，富水性不均一，富水性简单～中等。
二、太灰含水层水文地质特征研究
地下水化学动力学是水在岩石空隙中运动和运动过程中发生水？气？岩（多矿物）相互作用而逐渐形成的，水在岩石空隙中运动，同时也是组成岩石矿物的溶解过程，既是物理也是化学过程，正是由于上述原因造成水动力指标以及水化学指标在时间和空间上的分布差异。
（一）太原组灰岩含水层水动力场分布特征
通过水文地质资料分析101采区太原组灰岩含水层等水位线图，如图1所示，由图可知：
研究区地下水流场近似一个弧形地下水流场，整体上水位由南至北呈递减的趋势，水位在-520～-10之间，最高处在2005观1孔附近，最低处在3#钻场的101观5孔处。地下水等值线呈“X”状，整体上地下水在1#钻场至5#钻场呈先下降后上升的趋势。研究区太灰水等水
位线在3～6#钻场连线上较为密集，表明该处水力坡度较大;西部F9大断层太灰等水位线有北至南逐渐增加，密集程度较差，水力坡度低。区内南部存在10煤层露头，为本区的地下水的一个补给区，北部接受远程太灰的补给，为本区的另一个补给区。
（二）太原组灰岩含水层水化学场分布特征
根据水文地质以及水文地球化学作用，可对研究区建立水文地球化学简化模型，主要包含碳酸硫酸岩盐裸露与地表的补给和补给径流区、补给径流和隐伏岩溶浅层区、隐伏岩溶深层区以及深岩溶区，共4个分区进行分析。另外通过质量守恒定律，用化学热力学的理论和方法求出矿物离解常数、离子活度、矿物饱和指数等数值。
根据其数值得出研究区地下水化学类型由HCO3·SO4-Ca·Mg（Na）到SO4·HCO3-Ca·Na至SO4-Ca型水，区段地下水循环交替和流速较为缓慢，含水层富水性相对变差。这与钻孔资料和抽水试验结果相符合，說明水化学指标能够较清楚的反映研究区的水文地质特征。
（三）太原组灰岩含水层水文地质条件评价
依据研究区钻孔抽水试验及本次研究综合所得本区渗透系数K=1.7512m/d，根据透水性分级标准，本区的含水层透水性较强;导水系数T=42.0282 m2/d，根据导水性分级标准，本区的含水层导水性中等。
三、放水试验及水文地质参数求取
101采区放水试验共施工20孔/4005m，出水层位均为三灰。本次放水试验用时4个月，钻孔出水量84.1～87.2m3/h，共12个放水孔进行干扰井群放水，其流量时间关系见图2。
由101采区观测孔求参结果可知，该研究区渗透系数分布在0.00113～0.648m/d之间，含水层透水性极弱，导水性较弱，反映区内太灰岩溶极不发育，连通性差，整体富水性极弱。并且各个观测孔之间的水文地质参数存在一定的差异，存在一定的非均一性。
四、101扩大采区灰岩水数值模拟
模拟区域为101扩大采区的全部区域， 根据研究区1～4灰含水层特点，概化为上、下部隔水和四周为给定流量边界以及隔水边界的非均质、各向异性具有统一水动力场的三维承压非稳定流模型。利用数学模型，采用有限差分等方法求解地下水流场问题，经研究区南部受到的太原组灰岩水补给以及北部隐伏露头区四含的补给较弱，径流条件差，渗透系数低。
五、结论
（1）研究区属于隐伏岩溶深层区，区段地下水循环交替较缓慢，含水层富水性相对变差。
（2）运用地下水化学动力学的方法计算出本区渗透系数K =1.7512m/d，导水系数 =42.0282 m2/d，其计算结果与研究区的与钻孔抽水试验所得到结果差别不大，在某种程度上来说，本次所采用的水化学指标求取的水文地质参数具有一定的可靠性，为水文地质条件评价提供了一种新的手段。
（3）建立符合研究区的水文地质模型，从数值模拟结果，该研究区南部受到的太原组灰岩水补给以及北部隐伏露头区四含的补给较弱，径流条件差，渗透系数低，导水性较弱，反映区内太灰岩溶极不发育，连通性差，整体富水性极弱。
（4）通过对祁南矿101扩大采区的地质及水文地质条件分析可知，采区北部为突水危险区，主要原因是北部2005观1孔附近存在一个高水位区，水头压力大，较高的水压容易使太灰水冲破煤层底板隔水层而进入矿井。
（5）利用不同含水层之间的水质差异，建立矿井突水水源的判别模型，通过建立的判别模型对钻场内所取的10组水样进行水源判别，结果表明所建立的模型的准确度较高，对研究区内的突水水源判别具有一定的指导意义。
参考文献：
[1]武强，赵苏启，董书宁等.煤矿防治水手册[M].北京：煤炭工业出版社，2013.
[2]施龙青，韩进.煤层底板突水机理研究[M].徐州：中国矿业大学出版社，2004
[3]钱家忠，吕纯，赵卫东等.Elman与BP神经网络在矿井水源判别中的应用[J].系统工程理论与实践，2010，30（1）：145-150
关键词：灰岩水;水文地质条件;放水试验;脆弱性指数法;水源判别模型
放水试验主要是利用井下放水孔进行放水，通过对水量、水位和地面水文观测孔动态变化情况，来对地下水各个含水层之间的水力联系进行研究，获得水文地质参数，分析水文地质条件，为灰岩水的疏放性及突水危险性提供重要的水文地质依据。
一、采区地质及水文地质概况
101采区位于矿井西部宿南向斜转折端，构造褶曲较发育，地质应力集中。主要回采山西组10煤层，煤厚1.5～3.0m，平均2.5m，地层倾角5～25°。10煤层底板距石炭系太原组灰岩平均60m，太灰平均厚度约180m，一般含灰岩8层，富水性不均一，富水性简单～中等。
二、太灰含水层水文地质特征研究
地下水化学动力学是水在岩石空隙中运动和运动过程中发生水？气？岩（多矿物）相互作用而逐渐形成的，水在岩石空隙中运动，同时也是组成岩石矿物的溶解过程，既是物理也是化学过程，正是由于上述原因造成水动力指标以及水化学指标在时间和空间上的分布差异。
（一）太原组灰岩含水层水动力场分布特征
通过水文地质资料分析101采区太原组灰岩含水层等水位线图，如图1所示，由图可知：
研究区地下水流场近似一个弧形地下水流场，整体上水位由南至北呈递减的趋势，水位在-520～-10之间，最高处在2005观1孔附近，最低处在3#钻场的101观5孔处。地下水等值线呈“X”状，整体上地下水在1#钻场至5#钻场呈先下降后上升的趋势。研究区太灰水等水
位线在3～6#钻场连线上较为密集，表明该处水力坡度较大;西部F9大断层太灰等水位线有北至南逐渐增加，密集程度较差，水力坡度低。区内南部存在10煤层露头，为本区的地下水的一个补给区，北部接受远程太灰的补给，为本区的另一个补给区。
（二）太原组灰岩含水层水化学场分布特征
根据水文地质以及水文地球化学作用，可对研究区建立水文地球化学简化模型，主要包含碳酸硫酸岩盐裸露与地表的补给和补给径流区、补给径流和隐伏岩溶浅层区、隐伏岩溶深层区以及深岩溶区，共4个分区进行分析。另外通过质量守恒定律，用化学热力学的理论和方法求出矿物离解常数、离子活度、矿物饱和指数等数值。
根据其数值得出研究区地下水化学类型由HCO3·SO4-Ca·Mg（Na）到SO4·HCO3-Ca·Na至SO4-Ca型水，区段地下水循环交替和流速较为缓慢，含水层富水性相对变差。这与钻孔资料和抽水试验结果相符合，說明水化学指标能够较清楚的反映研究区的水文地质特征。
（三）太原组灰岩含水层水文地质条件评价
依据研究区钻孔抽水试验及本次研究综合所得本区渗透系数K=1.7512m/d，根据透水性分级标准，本区的含水层透水性较强;导水系数T=42.0282 m2/d，根据导水性分级标准，本区的含水层导水性中等。
三、放水试验及水文地质参数求取
101采区放水试验共施工20孔/4005m，出水层位均为三灰。本次放水试验用时4个月，钻孔出水量84.1～87.2m3/h，共12个放水孔进行干扰井群放水，其流量时间关系见图2。
由101采区观测孔求参结果可知，该研究区渗透系数分布在0.00113～0.648m/d之间，含水层透水性极弱，导水性较弱，反映区内太灰岩溶极不发育，连通性差，整体富水性极弱。并且各个观测孔之间的水文地质参数存在一定的差异，存在一定的非均一性。
四、101扩大采区灰岩水数值模拟
模拟区域为101扩大采区的全部区域， 根据研究区1～4灰含水层特点，概化为上、下部隔水和四周为给定流量边界以及隔水边界的非均质、各向异性具有统一水动力场的三维承压非稳定流模型。利用数学模型，采用有限差分等方法求解地下水流场问题，经研究区南部受到的太原组灰岩水补给以及北部隐伏露头区四含的补给较弱，径流条件差，渗透系数低。
五、结论
（1）研究区属于隐伏岩溶深层区，区段地下水循环交替较缓慢，含水层富水性相对变差。
（2）运用地下水化学动力学的方法计算出本区渗透系数K =1.7512m/d，导水系数 =42.0282 m2/d，其计算结果与研究区的与钻孔抽水试验所得到结果差别不大，在某种程度上来说，本次所采用的水化学指标求取的水文地质参数具有一定的可靠性，为水文地质条件评价提供了一种新的手段。
（3）建立符合研究区的水文地质模型，从数值模拟结果，该研究区南部受到的太原组灰岩水补给以及北部隐伏露头区四含的补给较弱，径流条件差，渗透系数低，导水性较弱，反映区内太灰岩溶极不发育，连通性差，整体富水性极弱。
（4）通过对祁南矿101扩大采区的地质及水文地质条件分析可知，采区北部为突水危险区，主要原因是北部2005观1孔附近存在一个高水位区，水头压力大，较高的水压容易使太灰水冲破煤层底板隔水层而进入矿井。
（5）利用不同含水层之间的水质差异，建立矿井突水水源的判别模型，通过建立的判别模型对钻场内所取的10组水样进行水源判别，结果表明所建立的模型的准确度较高，对研究区内的突水水源判别具有一定的指导意义。
参考文献：
[1]武强，赵苏启，董书宁等.煤矿防治水手册[M].北京：煤炭工业出版社，2013.
[2]施龙青，韩进.煤层底板突水机理研究[M].徐州：中国矿业大学出版社，2004
[3]钱家忠，吕纯，赵卫东等.Elman与BP神经网络在矿井水源判别中的应用[J].系统工程理论与实践，2010，30（1）：145-150