1 概述

矿井水灾不仅影响正常生产，恶化工作环境，增加排水费用，缩短仪器设备的使用寿命，也直接影响人身安全，造成煤矿资源财产损失甚至重大人员伤亡，给国家和人民生命财产造成不可估量的损失，做好矿井防水工作是保证矿井安全生产的重要内容之一。因此查明地下水径流分布规律尤为重要，运用水文物探方法中的自然电位法和充电法解决地下水流速流向问题是最有效、最经济的方法。

2 原理

2.1 自然电位法

当地下水溶液在一定的渗透压力作用下，通过多孔岩石中的孔隙、裂隙时，由于岩石颗粒表面对地下水中的正、负离子具有选择性的吸附作用，便出现了正、负离子分布不均衡，因而形成了岩石的自然极化。由于岩石颗粒表面吸附了负离子，使得在运动的地下水中集中了较多的正离子，形成了在水流方向为高电位，背水流方向为低电位,即补给区为负，排泄地区为正，这种场是由于水被岩石颗粒过滤而产生的，故而称为过滤电场，通过对地表过滤电场的研究探测地下水流向。

自然电位法是研究自然电场的分布规律来解决地质问题的一种探测方法。它无需供电，设备和工作方法简单，效率高而被广泛应用。

2.2 充电法

充电法是将食盐（NaCl）作为指示剂投放在钻孔中，由于食盐在水中溶解，随着水的流动进入含水层，在含水层中形成一个NaCl的电解质低阻带，此低阻带在电场中呈一等电位体。初始时，低阻带的中心与钻孔中心一致，随着地下水的流动，低阻带沿地下水的流动方向扩展较快，盐水中心也向地下水流动方向移动。当向钻孔中地下水充电时，地表观测的等电位线也随时间向地下水流动方向位移，形成一个沿地下水流动方向的高浓度盐水带。根据此带位移的方向和速度来确定地下水的流速和流向。实际的原理就是水在流动带动食盐的流动，根据流动的距离测定食盐的流速。

充电法是利用地质对象与围岩间导电性差异为基础，解决地质问题的一种探测方法。它需要供电，仪器设备不仅要有供电系统，还要有测量系统，其仪器设备与电阻率法相同。

3 应用实例

笔者对沙章图煤矿某井检查孔使用自然电位法和充电法对地下水进行流速流向探测。其目的是查明沙章图煤矿某检查孔第三、第四系松散层内含水地层以及风氧化带内地下水的流速流向。

3.1 地层物性特征

沙章图煤矿位于内蒙古自治区鄂托克前旗境内，沙章图煤矿某井检查孔位于鄂托克前旗约2公里处。根据以往地质资料，第四系（Q）由风积沙和粘土组成，平均厚度23.05M。下部由第三纪新近系（N2）紫红色砂质粘土组成，平均厚度200.86M。呈团块状、胶结致密具塑性，是第四系良好的隔水层。新近系的底部由呈半胶结、较疏松的砂砾石岩组成，平均厚度14.92M，砂砾石层孔隙发育，滚圆度差，透水性好。与下伏地层呈不整合接触。

从某检孔实际揭露情况看，新近系以砂质粘土为主，中下部有粗砂-细砂层。底部砂砾层厚11.10M，胶结致密，裂隙不发育。与下伏煤系地层呈不整合接触。

3.2 野外工作方法

表1极距方位 N NE E SE S SW W NW 时间 备注10M 107.40 19.10 -9.74 -174.73 -107.35 -18.5 -12.11 174.90 10∶00 AM=150M 107.36 19.14 -9.78 -174.75 -107.38 -18.54 -12.16 174.92 107.38 19.15 -9.79 -174.8 -107.44 -18.55 -12.18 174.97平均值 107.38 19.13 -9.77 -1274.76 -107.39 -18.53 -12.15 174.93流向 S29°20'46''E 10M 50.66 -63.55 -30.17 -200.35 -50.63 63.53 30.70 199.4 11∶00 AM=210M 50.69 -63.56 -30.19 -200.37 -50.67 63.57 30.76 199.41 50.75 -63.6 -30.21 -200.42 -50.68 63.58 30.79 199.42平均值 50.70 -63.57 -30.19 -200.38 -50.66 63.56 30.75 199.41流向 S36°30'25''E

图1自然电位法150米流向

图2 自然电位法210米流向

表2 地下水流速流向成果表方位数测 据次N（m）E（m）NE（m）SW（m）SE（m）NW（m） 时间 备注S（m）电位差（mv）首测W（m）盐化前 8.62 7.00 7.01 6.86 7.02 7.06 7.00 6.99 7.01 16日12∶00 AM=210M盐化后 1 8.80 7.00 7.00 6.68 7.36 8.18 7.30 7.03 7.03 17日9∶00 2 8.92 7.00 7.00 6.49 7.82 8.49 7.76 7.04 7.06 17日13∶00流向∶S21°58'15''E；流速∶2.47米/天盐化前 7.62 5.00 5.00 4.98 5.03 5.06 5.00 4.92 5.00 16日12∶00 AM=210M盐化后 1 7.96 5.00 5.00 5.52 5.45 6.46 5.40 5.00 5.03 17日8∶00 2 8.18 5.00 5.00 5.54 5.52 6.78 5.45 5.02 5.04 17日12∶00流向∶S19°20'05''E；流速∶2.37米/天盐化前 7.97 5.00 5.00 4.89 5.02 5.03 5.00 4.92 5.00 16日12∶00 AM=150M盐化后 1 8.10 5.00 5.00 5.60 5.36 6.20 5.30 4.94 5.00 17日6∶00 2 8.25 5.00 5.00 5.40 5.42 6.56 5.35 4.96 5.00 17日10∶00流向∶S20°45'16''E；流速∶2.12米/天盐化前 8.86 7.00 7.00 6.89 7.06 7.08 7.00 6.96 7.00 16日12∶00 AM=150M盐化后 1 8.84 7.00 7.00 6.70 7.38 8.20 7.30 7.00 7.03 17日7∶00 2 8.98 7.00 7.00 6.50 7.96 8.42 7.68 7.02 7.05 17日11∶00流向∶S22°15'25''E；流速∶2.48米/天

文章来源：《现代盐化工》 网址: http://www.xdyhg.cn/qikandaodu/2021/0512/842.html