水文地质类型划分报告2011.doc

矿井水文地质类型划分报告登封市君鑫煤业有限责任公司二0一一年元月目 录1、 绪 论11.1 目的和任务11.2 位置和交通11.3 自然地理12、 以往水文地质工作22.1 以往勘探水文地质工作32.2 矿井水文地质工作43、水 文 地 质43.1 区域水文地质概况53.2 矿井水文地质条件54、 充水因素分析125 矿井涌水量构成分析136 水害影响程度及防治水难难易程度评价136.1 水文地质探采136.2 水文地质灾害的预防147、 水文地质类型划分及建议167.1 水文地质类型167.2 建议17矿井水文地质类型划分报告1、绪 论1.1 目的和任务按照煤矿安全规程、煤矿防治水规定的有关要求，根据本矿揭露的水文地质情况和周边生产矿井涌水情况，结合已掌握的水文地质资料，为摸清矿井水文地质规律，达到科学指挥、有效预防、安全生产等目的，现编制矿井水文地质类型划分报告。1.2 位置和交通1.2.1 位置 登封市君鑫煤业有限责任公司矿区主体位于河南省登封市石道乡和君召乡交界处的上沃村，隶属石道乡。1.2.2 交通矿区北东距登封市约25Km，南距汝州市约25Km。伊川登封的公路距矿区北约2Km处通过，区内有至石道乡和汝州市临汝镇等乡级公路穿过，且登封煤田专用铁路从矿区北部通过，交通便利。1.3 自然地理1.3.1 地形地貌矿区属于低山丘陵区，为伏牛山余脉，地势中部高，南、北低，主要山脉呈近东西展布，地面标高一般+450+600m，区内中部的伏牛山主峰标高+ 631.0m，最低位于东北角西瑶村，标高为+ 400.0 m，相对高差231.0 m。本区地形切割剧烈，沟壑纵横，地面坡度较大，有利于大气降水的排泄。1.3.2 水文本区地处黄淮两河分水岭地带南侧的淮河水系。主要水体为矿区东南部的隐士沟水库，最大库容量为548104 m3。地表水主要靠大气降水和少量地下水补给，季节性变化大。据调查：水库上游小溪79月为洪水期，流量大，流势急，洪峰涨落极快，最大流量可造成溪岸附近洼地被淹，农田被毁。洪水位情况见下表1-3-1：矿区洪水位点基本情况表 1-3-1编号洪19洪21洪22洪23位置杜家沟上龙窝西北上龙窝西北新建煤矿附近标高（m）+437.92+429.14+429.12+458.381.3.3 气象本区属于暖温带大陆性季风气候，四季分明，地表植被良好。年降水量平均641.55mm，多集中在7、8、9月份，占年降水量的50%，年平均蒸发量为1833.24mm，潮湿系数0.35。最热月（7月）平均气温27.30，最冷月（元月）平均气温0.48，春夏秋季风以东北、东风为主，冬季多北、西北风为主，最大风速19m/s。2、 以往水文地质工作2.1 以往勘探水文地质工作2.1.1 抽水试验矿区内仅对5701孔做了寒武系灰岩含水层抽水试验，采用单孔稳定流抽水方法，静水位标高+482.46m，单位涌水量1.040L/s.m，涌水量1.7211.988L/s，水温17。2.1.2 简易水文地质观测1982年以前简易水文地质资料观测工作不够重视，钻孔简易水文地质观测项目不全，部分质量较低。1982年以后，简易水文地质观测系统标准化，所施工钻孔严格按设计要求进行，观测质量达到甲级以上标准，质量可靠。2.1.3 动态观测1984年7月2日开始，分别建立了上窝泉、5701孔、新建煤矿二号井观测站，对其流量、水质、水位进行了观测，所获得资料基本反映地下水动态变化规律，见下表2-1-1：动态水位观测一览表2-1-1测站观测地点观测层位观测时间间隔时间观测内容观测方法起止观3上窝泉C2t84.7.585.9.30每五天一次雨季加密流量、水质三角堰观45701孔384.7.285.9.30流量、水质三角堰观5新建煤矿二号竖井 384.9.1385.10.18水位铅钟2.1.4 水样采取 矿区采取全分析水质样10个，细菌样4个，共计14个，见下表2-1-2：水质分析样及细菌样数量统计表表2-1-2采样点采样层位全分析水质样（个）样点（个）化验单位细菌样（个）化验单位5701孔351河南煤田公司化验室2洛阳市环境监测站上窝泉C2t512洛阳市卫生防疫站2.2 矿井水文地质工作在矿区周边存在一些生产矿井及废弃小窑，在矿区西南部有原生产矿井新建煤矿、宏发煤矿、杜家湾煤矿2007年合并为君鑫二矿，开采煤层为二1煤层，年生产能力为30万吨，开拓范围为+430+150，涌水层位为顶板砂岩，淋水为主，涌水量1060m3/h。在矿区南部二1煤层露头附近存在着许多报废小窑，他们多是在1958年开采，现小窑内存在积水，对开采二1煤层的生产矿井存在着安全隐患。3、 水 文 地 质3.1 区域水文地质概况区域大地构造位置位于秦岭纬向构造带东段之嵩山、箕山两背斜之间的颖阳芦店向斜南翼西段，地层总体呈近东西走向，倾向北的特征，主要构造行迹亦呈东西走向，次为北西向和北东向构造，整个矿区也受其控制为一单斜蓄水构造，其中东西向构造对地下水的储存、运移、隔阻及水文网的展布起主控作用，促使本区地形地貌和地表水流均呈东西走向。同时东西向构造又隔阻了南部箕山背斜大面积下古生界和元古界地层补给而来的岩溶、孔隙、裂隙地下水向北倾斜方向的径流和运移。地下水总体径流和运移方向为由南北转向东。该地下水向深部运移过程中遇有北西或北东方向构造的分割或阻隔，则以泉水形式（如矿区内的龙泉寺泉）排泄出地表，最后流出区汇入该水文单元地下水排泄中心，即颖阳芦店向斜轴部也即下游的颍河和白沙水库，而该矿区位于区域水文地质单元地下水排泄中心的上游补给区和径流带。据地表出露和钻孔揭露，地层由老至新依次为：寒武系中统张夏组、上统崮山组、石炭系上统本溪组与太原组、二叠系下统山西组与下石盒子组、二叠系上统上石盒子组与石千峰组（上、下段）、三叠系下统圈门组（上、下段）、新近系及第四系。3.2 矿井水文地质条件3.2.1 含水层与隔水层含水层与隔水层从老至新叙述如下：(1)寒武系灰岩岩溶裂隙承压水含水层主要由张夏组细晶鲕状灰岩和崮山组白云质灰岩组成，岩性比较稳定，岩溶发育程度较低，且不均一，溶蚀现象有溶沟、溶槽、溶隙和小溶孔、溶洞等。在本区5701孔出现涌水，孔口标高+433.54m，涌水量1.7211.998L/s，涌水量大于10m3/h，涌水深度为195m，标高+238.54m，水温17。据西部邻区马岭山勘探区3个钻孔抽水资料，该含水层静水位标高+434.24+482.46m，水位降深（s）8.8317.32m,涌水量（Q）为0.15111.76L/s,单位涌水量（q）0.008721.040L/s.m，渗透系数（K）0.024511.16m/d。水化学类型为HCO3-CaMg型及HCO3-Ca型，矿化度0.2590.384g/L，水温1420。上述资料表明，该层为岩溶裂隙承压含水层（局部自流），含水性及导水性极不均一，该含水层至二1煤层平均厚50.08m，其间夹有三层较稳定的隔水层，正常情况下，该层地下水不能直接进入二1煤层矿床，属二1煤层间接充水强含水层。(2)石炭系本溪组隔水层 由鲕状铝质岩和铝质泥岩组成，沉积连续，层位稳定，平均厚度7.58m，岩石致密，裂隙不发育，正常情况下可阻隔寒武系灰岩和太原组下段灰岩含水层的水力联系，但遇厚度较薄或构造破坏地段，隔水能力将会降低或失去隔水作用。(3)石炭系太原组下段灰岩岩溶裂隙承压水含水层由L1L4灰岩组成，平均厚6.99m，L1及L3灰岩较发育，层位稳定，岩溶裂隙发育较差，多被方解石充填。该层出露的泉水有上窝泉一个，涌水量2.1725.002L/s，其动态随季节变化。 据西部3001、3505孔资料，该含水层静水位标高+439.35+445.16m，水位降深（s）6.106.85m,涌水量（Q）0.2810.968L/s,单位涌水量（q）0.0410.159L/s.m，渗透系数（K）0.3150.604m/d。地下水化学类型主要为HCO3-Ca型，次为HCO3-CaMg型，矿化度0.2390.363g/L，水温1418。该层含水性及透水性极不均一，至二1煤层距离平均33.0m，其间夹有两个较稳定的隔水层，正常情况下该含水层不能进入二1煤矿床，属间接充水含水层。（4）石炭系太原组中段隔水层指L4和L7灰岩之间的泥岩、砂质泥岩和细粒砂岩，平均厚11.19m，层位稳定，正常情况下可阻隔太原组上、下段灰岩含水层的水力联系。（5）石炭系太原组上段灰岩岩溶裂隙承压水含水层一般由L7L8灰岩组成，其中L7灰岩较发育，岩性和层位较稳定，平均厚7.34m，岩溶裂隙发育较差，具有不均一性。矿区中揭露该层的钻孔15个，据钻孔简易水文地质观测结果，仅矿区南部5003孔遇裂隙漏水，漏失量6.39m3/h。据矿区西部付4001孔抽水试验资料，水位降深（s）64.57m,涌水量（Q）0.0172L/s,单位涌水量（q）0.000266L/s.m，渗透系数（K）0.00243m/d。地下水化学类型为HCO3-Ca型，矿化度0.741g/L，水温19.5。该层地下水动态随季节性变化，据新建煤矿观测资料，雨季水位升高，旱季水位降低，有时有滞后升高现象。该层至二1煤层距离平均厚7.64m，含水性弱，导水性差，为二1煤层底板直接充水含水层。（6）二叠系山西组二1煤层底板隔水层该层赋存于太原组顶与二1煤层底之间，岩性主要为泥岩、砂质泥岩、细粒砂岩，平均厚7.64m，正常情况下可阻止太原组上段灰岩含水层承压水进入二1煤层矿床。但遇厚度较薄地段(5601、5701孔附近）或受构造破坏地段，隔水能力将会降低，甚至起不到隔水作用。（7）二叠系山西组二1煤层顶板砂岩裂隙承压水含水层由二1煤层至下石盒子组底部之间的细、中粒砂岩组成，以大占砂岩、香炭砂岩为主，一般25层，平均厚15.80m。矿区中揭露该层的钻孔中均未发现涌（漏）水现象。据区外3505、4101、4704孔资料，静止水位标高+495.39514.67m，水位降深（s）44.3964.48m,涌水量（Q）0.0140.483L/s,单位涌水量（q）0.0002170.0109L/s.m，渗透系数（K）0.0007210.140m/d。水化学类型为HCO3-Ca、HCO3-CaMg型和HCO3-Na型，矿化度0.3530.739g/L，水温1523。该含水层含水性弱，透水性差，且不均一，此层位于二1煤层上部，采煤期间地下水可直接进入矿床，属二1煤层顶板直接充水含水层。（8）二叠系下石盒子组砂岩裂隙承压水含水层由砂锅窑砂岩底至田家沟砂岩顶之间的中粗粒砂岩组成，其中三煤段砂岩平均厚11.22m，四煤段砂岩平均厚10.87m，五煤段底至田家沟砂岩顶界之间砂岩平均厚20.30m。据西部马岭山勘探区钻孔简易水文地质观测结果，漏失量为1.1315.0m3/h，涌水量0.16 m3/h（3504孔）。仅在矿区外的4203孔进行了五3煤层顶部砂岩段抽水一次，水位降深（s）40.17m,涌水量（Q）0.168L/s,单位涌水量（q）0.00418L/s.m，渗透系数（K）0.0333m/d。地下水化学类型为HCO3-Ca、HCO3-CaMg型和HCO3-Na型。矿化度0.3360.645g/L，水温1619。该层含水性弱，导水性差，为四3、五3煤层的直接充水含水层，属二1煤层顶板间接充水含水层。（9）二叠系上石盒子组隔水层主要由泥岩、砂质泥岩和细粒砂岩组成，由于厚度大和岩石的不 透水性，所以隔水条件较好。（10）二叠系石千峰组下段砂岩裂隙承压水含水层俗称平顶山砂岩，由中粗粒长石砂岩和含砾砂岩组成，平均厚73.85m，地表出露条件好，岩石节理、裂隙发育。该层出露断层泉龙泉寺泉一个，流量0.45 L/s，水温15。矿区有5604、5707孔遇裂隙漏水，漏水标高+406.70+427.59m，5604孔漏失量7.82 m3/h，5707孔漏失量2.40 m3/h。该含水层含水性及导水性较好，因距二1煤层较远，故对二1煤层影响甚微。（11）二叠系石千峰组上段隔水层由石千峰组下段顶至三叠系圈门组底之间的一套泥岩、砂质泥岩和粉、细粒砂岩组成。厚度较大，层位稳定，具有较可靠的隔水能力。（12）三叠系圈门组下段砂岩裂隙承压水含水层俗称金斗山砂岩。由紫红色、暗紫色中厚层状中粒石英砂岩组成，厚度75.50m，主要分布矿区西北部，地表无泉水出露。（13）三叠系圈门组上段隔水层主要由泥岩、砂质泥岩、粉砂岩组成，厚度大于85m，隔水能力强。（14）第四系、新近系孔隙潜水含水层以坡积或冲洪积砂、砾卵石层为主，多分布于沟溪及其两侧和山坡脚处，平均厚5.36m，该层含水性较弱，动态随季节变化显著，正常情况下对煤层开采影响不大。3.2.2 构造水文地质特征本区总体为一走向近东西，倾向北的单斜构造，地层仅东部边界走向发生偏转，走向为北西南东和南北向，倾角西部和中部约2931，东部约2428；构造以断裂为主，主要集中在北部和东部边界。矿区东部有龙泉寺断层 （郭F1）,属张性断裂，是划分井田的边界断层。该断层北西盘升南东盘降正断层，断距约30150m，使本矿区二1煤层与小紫泥岩或下石盒子组底部隔水层对接，从而使该断层成为本区二1煤层矿床东部的一条阻水又导水的通道，而且易使地表水库水沿此断裂带向下运移和渗透转化地下水，地下水再沿此断裂向二1煤矿区东北运移和径流。据5701孔寒武系灰岩断层破碎带抽水资料，单位涌水量（q）1.040L/s.m，涌水量（Q）大于10m3/h,建议接近此断层时留足防水煤柱。3.2.3 地下水、地表水与大气降水 地下水、地表水的补给来源主要为大气降水，三者关系密切。首先，大气降水转化为地表水在伏牛山南部为南北对流汇聚到矿区南部的河谷地带，然后向东流入隐士沟水库；在伏牛山西段以北沿地表径流汇聚到北部的洛河。这两股地表水流又通过地表岩溶、裂隙、孔隙、断裂等下渗转化为地下水。矿区地下水的补给区主要为南部大面积碳酸盐岩分布区。伏牛山南部的地下水沿地层走向和倾向由西向东，由南向北径流，在隐士沟附近因断层较多，一部分以泉的形式出露地表，一部分遇到矿井抽排到地面又转化为地表水，一部分继续下渗运移，沿龙泉寺断层下渗进入二1煤矿床；同时又由于龙泉寺断层阻隔使地下水转向东北向颖阳芦店向斜轴部运移和径流；伏牛山北部的地表水下渗转化为地下水后沿地表倾向和走向向东北颖阳芦店向斜轴部径流运移。矿区内溪流、泉水流量及矿井涌水量随季节变化：雨季增大，旱季减小，甚至发生干涸断流，说明地下水、地表水受大气降水影响非常明显。地下水的补给量受构造、自然地理、岩性组合等诸多因素的制约，准确计算尚有一定难度。总之，该矿区构造条件中等，岩溶裂隙发育程度较低，所以地下水的径流条件不佳，径流速度具有随深度增加而逐渐减弱的趋势。4 充水因素分析4.1 矿井水文地质特征矿区外围的君鑫二矿，矿井正常涌水量在1040m3/h之间，最大60m3/h，矿井水的抽排一方面降低了地下水的突水量和水头压力，一方面又改变了地下水的自然流场，对下一步矿井生产产生有利条件，同时，浅部又分布有很多老窑、采空区，内部赋存老空水，建议生产矿井靠近时要留足防水煤柱。4.2 充水水源 (1） 大气降水大气降水是矿床充水的主要因素。降水量具有明显的季节性，雨季（79月份）占年降水量的50%左右，其它季节降水量稀少。开采二1煤层的矿井，一般雨季矿井涌水量比旱季大1.52.5倍。（2）地表水矿区内有隐士沟水库，位于煤系地层之上，龙泉寺断层为一张性正断层，充水、突水、阻水又导水，地表水库水易沿此断层向煤矿床渗透。据了解本区西邻的友谊煤矿曾因顶板破裂波及地表，出现过地表水进入矿井淹井事故。所以在水库下采煤时，除留设防水煤柱、选择合理的采煤方法，加强顶板管理等多种措施外，还应多方收集资料，加强研究，确保安全生产。（3）地下水能够进入矿床的地下水源主要为二1煤层顶板砂岩和太原组上段灰岩水，前者一般能直接进入或通过顶板裂隙进入矿床，后者因有一定厚度的隔水层存在，一般不会直接进入矿床。但是水压大，隔水层薄或受构造破坏的地段，该含水层进入矿床是有可能的。（4）老窑水本区浅部有许多老窑存在，对老窑积水要引起重视，采煤接近老窑警戒线时，应打超前钻探水，边探边采，预防事故的发生。5 矿井涌水量构成分析目前本矿井正常用水量正常涌水量68m3/h，最大75m3/h，开采煤层为二1煤层，东井井底车场、暗下山、+80大巷、东翼轨道和皮带下山都布置在L7-8灰岩中，灰岩裂隙较多，裂隙水涌水量总计约40 m3/h左右，因此矿床充水来源主要为底板L7-8灰岩类岩溶裂隙承压水；而主副井少量涌水、11011、11061、11071采空区水，总计约28 m3/h左右，都是顶板破坏后砂岩孔隙裂隙淋水，可见矿井的涌水量主要是二1煤顶底板最近的含水层。顶底板哪种水涌水量都不大，对其进行集中排放处理。6水害影响程度及防治水难易程度评价6.1 水文地质探采对比 我矿井建于1996年，2000年建成投产，在建井以前地表出露一些泉，如龙泉寺泉和上窝泉由于采煤现在都已干涸。5701孔当时为涌水孔，涌水层位为寒武系灰岩断层破碎带，水位高出地面1.27m，现已没有涌水现象。通过对以上现象的分析，说明矿井的开采对地下水的影响巨大，地下水呈下降趋势。矿井涌水量在2005年开采水平为+150m时，正常为3040m3/h，最大为70 m3/h；现开采水平在+107m，涌水量为正常75 m3/h，最大为100 m3/h，随着矿井开采深度的延深和开采面积的增大，矿井涌水量同时增大。6.2 水文地质灾害的预防该矿受水害威胁的主要充水水源，有地表水（体）、煤层顶板裂隙水、煤层底板灰岩岩溶裂隙水、断层裂隙水和老空水。现对其危险性分析如下：6.2.1 地表水（体）分析本区大气降水多集中在每年79月，雨季由于第四系潜水影响，矿井涌水量会有所增加，但总体影响不大，其危险度由浅部到深部会逐渐减小。地表水（体）应当重视的是本矿区的隐士沟水库，最大库容量为548104m3，水库水体在保护层不足时，是导致矿井突水的主要危险因素。二1煤层顶板岩性主要为砂质泥岩、泥岩，按照矿井水文地质规程，冒落带及导水裂隙最大高度为：（1） 冒落带高度： H=(34)M =1216mM为煤层厚度，以钻孔揭露平均厚度4.0m计算，则冒落带厚度为1216m(2) 导水裂隙带最大高度：H=100M/(3.3n+3.8)+5.1 =56.34+5.1 =61.44m H=100M/(2.4n+2.1)+11.2 =88.89+11.2 =100.09mM为煤层平均厚度等于4m；回采工艺为一次采全高，n取1。根据计算，其导水裂隙带最大高度为61.44100.09m。根据首采工作面以浅B59-1钻孔资料，孔口标高+432.45m,见二1煤层顶板标高为+389.76m，见二1煤层顶板深度50.35m，小于导水裂隙带最大高度，应留设河床煤柱6090m，以防止雨季突水事故的发生，确保生产安全。6.2.2 二1煤层顶板砂岩裂隙含水层分析 顶板砂岩裂隙含水层，其岩性多为细-中粒砂岩，发育23层，平均厚度15.80m，多以渗、淋水形式向矿坑充水，该层段富水性较差，实际生产中顶板淋水较小，不构成矿井充水威胁因素。6.2.3 二1煤层底板灰岩岩溶裂隙含水层分析二1煤层底板灰岩含水层，由L7-8灰岩组成主要以L7灰岩为主。岩性和层位较稳定，平均厚7.34m，岩溶裂隙发育较差，具有不均一性。该层至二1煤层距离平均厚7.64m，根据经验：10m水柱高度应有1.0m的安全隔水厚度，根据本区L7-8含水层静水位标高+445.16m，现开采水平+107m，水柱高度为338.16m，安全隔水层厚应为33.82m，本区二1煤层底板隔水层平均厚度7.64m，远远少于33.82m的安全隔水层厚度，为不安全隔水层，建议对底板加强管理防止突