平煤二矿水文地质分析毕业设计.doc

I 摘摘 要要 平煤股份二矿位于平顶山矿区中部 与平顶山市区相邻 地理坐标东经 113 16 30 至 113 19 30 北纬 33 45 00 至 33 46 00 周边关系为 西部 浅部与三环公司 深部与四矿相邻 北部与一矿相邻 东部与天力公司吴寨矿相邻 南部到煤层自然风化带 开采己组 庚组两组四层煤 开采方式为上下联合开采 主 井口坐标为 X 3736839 31 Y 38435325 73 Z 120 上口 32 下口 二矿主要开采石炭系太原组一5 庚20 煤层和山西组二2 己15 二12 己16 二11 己17 煤层 自投产以来 井田边界与相邻矿井曾多次进行调整 西部浅部与三 环公司 深部与四矿相邻 北部与一矿开采的五 四 丁 戊 煤段煤层呈压茬关系 东部与天力公司吴寨矿相邻 南部止煤层露头风氧化带 面积 12 8Km2 各可采煤层 控制点坐标 矿井于 1955 年由原汉口煤矿设计院提交 中华人民共和国燃料工业部平顶山一 矿初步设计 原设计将二矿作为一矿的一个风井 开采浅部 50m 以上的二2 己15 二 12 己16 二11 己17 煤层 设计走向长 3 5km 倾向宽 0 7 km 面积 2 45km 2 煤层最低 可采厚度采用 0 5m 煤的视密度 1 338 参与设计的工业储量 546 6 万 t 设计年生产 能力 30 万 t 服务年限 18 年 矿井分两个水平开采 一水平已于 1977 年结束 二水平 1978 年投产 分为两个 采区 主要开采二 己 煤段的二2 二12 二11 己15 己16 己17 煤层和一 庚 煤段的一5 庚20 煤层 各分为己一 己二与庚一和庚二两个采区 开采最低标高分别 为 450m 和 480m 最低可采厚度分别为 0 7 和 0 8m 截止 2006 年底 累计已动用储 量 3003 7 万 t 采出煤量 2128 8 万 t 保有资源 储量 5585 2 万 t 其中 可采储量 3150 8 万 t 矿井年生产能力 由原设计的 30 万 t 增加到 170 万 t 矿井开采的一5 庚20 煤层 主要受煤层底板灰岩承压水的威胁 正常涌水量 500 600m3 h 左右 最大突水量达 3600m3 h 近年来 随着二矿开采水平的延伸 防治水工作越来越在矿生产中显得重要 本文 通过研究水文地质情况及突水规律 对指导矿井安全生产具有重要意义 关键词 关键词 矿井 水文 含水层 突水规律 防治水 平顶山工业职业技术学院毕业设计 论文 目 录 II 目目 录录 前前 言言 1 第第 1 章章 区域水文地质概况区域水文地质概况 1 1 1 水文地质工作 2 1 2 矿井水文地质工作的基本任务 2 1 3 矿井水文地质类型的划分及其工作要求 2 第第 2 2 章章 矿井水文地质条件矿井水文地质条件 4 2 1 区域水文地质 4 2 2 地表水体 4 2 3 地下水动态特征 11 2 4 水文地质单元划分 14 2 5 矿井充水因素 14 2 6 矿井充水水源及其特征 18 2 7 矿水充水途径及其特征 19 2 8 矿井开采受水害影响程度 20 2 9 矿井目前存在的水文地质问题 25 2 10 目前存在并需查明的矿井水文地质问题 26 2 11 矿井水的防治 27 2 12 供水 29 2 13 其他防治水措施 30 2 14 疏水降压设计案例 30 2 15 疏水降压的配套措施 32 第第 3 章章 矿井防治水工作建议矿井防治水工作建议 36 平顶山工业职业技术学院毕业设计 论文 目 录 III 结结 语语 37 致致 谢谢 38 平顶山工业职业技术学院毕业设计 前 言 1 前前 言言 矿井水文地质工作是保障煤矿正常安全生产建设的一项重要技术基础工作 为做 好矿井水文地质工作 掌握矿井水文地质规律 研究和解决矿井生产建设中的水文地 质问题 防治水害 保护和利用地下水资源 这就要求地质工作者所提供的地质及水 文地质资料必须更加及时 系统 全面和准确 一个地区水循环的强度与频率 往往决定着地下水的补给状况 因此 水文地 质学与水文学 气象学 气候学有密切关系 水文学的许多方法也可应用于水文地质 学 地下水运动的研究 是以水力学 流体力学理论为基础的 并应用各种数学方法 和计算技术 2005 年 7 月 25 日 22 点 40 分 平顶山煤业集团公司二矿庚三采区集中皮带巷 沿庚20煤层 又称东探巷 掘进至 900m 标高 280m 处时 底板突然出水 初期 最大涌水量达 3200m3 h 7 月 26 日 1 时淹没东探巷 770m 7 月 26 日 11 点 58 分 300m 水平泵房被淹 300m 水平变电所以下停产 矿井涌水全部下泄 同时 130 中 央泵房无水可排 截止 7 月 30 日 12 点 突水点水量约 1000m3 h 左右 8 月 23 日以 后突水点涌水量维持在 500m3 h 庚20煤层底板强含水层为寒武系灰岩含水层 距离庚20煤层 20 米 开采庚组煤 层初期 地下水位比较高 原始水位在 50 米左右 在 30 米标高做庚组煤总回风时 曾突水 涌水量为 500m3 h 在 86 米标高揭露庚20煤层时 涌水量达到 2200m3 h 多年来 由于矿井排水 地下水位下降 30 米标高和 86 米标高水量逐年下降 并干 涸 出水点集中在 130 标高 近年来 130 标高由于深部开采而水量进一步下降 2004 年平均为 359m3 h 这说明深部开采出水 对浅部涌水袭夺 2005 年 7 月 25 日庚三 采区东翼探巷突水后 240 米标高以上各出水点全部干涸 二矿防排水现状 1975 年前开采一水平己组煤 排水系统主要在 32m 标高 1975 年后开采庚组煤 在 86m 标高建有排水基地 排水能力按正常涌水量 1700m3 h 最大涌水量 3400m3 h 设计的 1980 年前后在 130m 标高建有排水基地 排水能力按正常涌水量 1100m3 h 近年来开采 130m 标高以下庚组煤涌水点进一步下 移 2005 年 130m 标高以上涌水量为 350m3 h 130m 标高以下有 270m3 h 左右水量 7 月 25 日突水后仅一天 130 标高泄水巷各出水点全部干涸 因 130 标高以下二矿 没有独立的排水系统 必须通过 240 大巷由一矿排出 因一矿排水能力有限 造成 平顶山工业职业技术学院毕业设计 前 言 2 300 泵房和庚20 22140 风机巷淹没 近年来 由于生产的发展 开拓水平的不断延深 开采强度增大 煤层底板水压 增大 三水平煤层底板标高在 300 450m 之间 煤层底板带水压在 1 5 3Mpa 之间 属于高水压下开采 承压水的威胁越来越严重 一旦发生突水 势必造成灾难性后果 因此制定矿井开采的防治水总体方案 有计划 有步骤地进行防治水工作 对安全生 产 避免重大水害的发生具有重要的意义 平顶山工业职业技术学院毕业设计 论文 第一章 区域水文地质概况 1 第一章第一章 区域水文地质概况区域水文地质概况 平顶山矿区位于沙河和汝河之间的低山丘陵地带 四周均为平原 北高南低 二 矿位于煤田中段南部 井田北部有平顶山 落凫山呈近东西向延伸 组成南北地表分 水岭 海拔标高 100 490m 相对高差约 390m 南部为山前缓倾斜平原 山坡平缓 坡度约 3 5 井田内无常年性地表水体 受地形的影响 近南北向冲沟发育 夏季多 雨季节有少量水流汇入井田南缘湛河 南部有湛河 沙河向东流入淮河 沙河最大流 量 3000m3 s 旱季流量 0 8m3 s 河床宽阔 坡降较小 区内历年最高洪水位 83 79m 平煤二矿位于平顶山矿区中部 程平中路 44 号院 地理坐标 东经 113 16 30 至 113 19 30 北纬 33 45 00 至 33 46 00 二矿南距平顶山市 火车站约 4 公里 由该站往东至孟庙火车站约 70 公里与京广线相接 向西至宝丰火 车站约 28 公里与焦枝线相接 煤矿专用铁路通过矿内与国铁接轨 矿区公路公路网 与河南省主要公路连接 交通十分便利 平煤二矿交通位置图 平顶山矿区处于低山丘陵向平原过渡的地带 地面海拔标高 200 500m 呈西北 高 南东低的地势 地面相应位置为落凫山脊及南坡 为南北分水岭 河流属于淮河 水系 主要河流有沙河和汝河 发源于伏牛山东 自西向东分别流经煤田的南部和北 平顶山工业职业技术学院毕业设计 论文 第一章 区域水文地质概况 2 部 并于东部的马湾附近汇合 矿区发育有季节性冲沟 无常年流水 本区属于半干燥大陆性气候 据平顶山气 象资料 多年平均气温 14 9 历年最高气温 42 6 最低气温零下 18 8 年平均 降雨量 794 6mm 地面重要建筑物有平顶山电视台落凫山转播塔 油库 村庄等 1 1 水文地质工作水文地质工作 在矿井生产过程中 为减少水害的发生 一是加强水文地质观测工作 做到定期 测定水文观测孔和井下突水点水位水压 水量 掌握水位动态 二是做好水文地质方 面的分析研究与防治水方案的制定 如 1975 年 针对一 5 庚 20 煤层开采底板灰岩承 压水威胁问题 编制了 开采一 5 庚 20 煤层治水方案 2005 年同西安煤科院合作 编制了 二矿矿井防治水总体方案设计 均有效的指导了矿井安全正常生产 三是 严格按照 安全管理规程 采用物探 钻探等手段 对可能有水害威胁的区域 进 行超前探测 做到先探后掘 确保生产安全 四是完善各水平 采区防水设施及排放 水设备建设 并经常性的检查其运行状态 确保安全正常运行 1 2 矿井水文地质工作的基本任务矿井水文地质工作的基本任务 1 开展矿区水文地质补充调查 补充勘探和水文地质观测工作 2 为矿井建设 采掘 开拓延伸 改扩建提供所需的水文地质资料或专门报告 3 在采掘过程中进行水害分析 预测和防探水 4 开展矿区专门防治水工程中的水文地质工作 5 为补充和改善矿区生产 生活供水 进行调查 勘探 提供水资源资料 6 根据需要开展老矿区环境水文地质调查和研究 1 3 矿井水文地质类型的划分及其工作要求矿井水文地质类型的划分及其工作要求 1 矿井水文地质的类型 为了有针对性地做好矿井水文地质工作 从矿区水文地质条件 井巷充水及其相 互关系出发 根据受采掘破坏或影响的含水层性质 富水性 补给条件 单井年平均 涌水量和最大涌水量 开采受水害影响程度和防治水工作难易程度等项 把矿井水文 地质划分为简单 中等 复杂 极复杂四个类型 平顶山工业职业技术学院毕业设计 论文 第一章 区域水文地质概况 3 2 矿井水文地质类型的工作要求 1 极复杂型矿井 除必须按照水文地质特点和开采需要进行补充调查 勘探 和专门试验 建立井上下水动态观测网 坚持长期观测 以及健全观测资料台帐和历 时曲线 2 复杂型的矿井 应根据本矿的开采需要 参照第一条的要求进行工作 3 中等型矿井 应根据开采需要 进行一些单项的水文地质补充调查 勘探 试验 动态观测和正常的井下水文地质工作 4 简单型的矿井 应根据矿井的具体情况 进行声场的水文地质工作 平顶山工业职业技术学院毕业设计 论文 第二章 矿井水文地质条 件 1 第二章第二章 矿井水文地质条件矿井水文地质条件 2 1 区域水文地质区域水文地质 平顶山煤田位于河南省西部 伏牛山区以北 西临宝丰 郏县山间盆地 向东逐 步过渡为平原 为一地垒形构造 其北西 南东 北东和南部边界受数千米以上的郏 县断层 洛岗断层 襄郏断层和鲁叶断层的切割 形成相对独立的水文地质单元 煤 田四周为数百米的第四系沉积物 矿区中部以红石山 龙山 擂鼓台 落凫山 平顶 山 马棚山组成本区的地表分水岭 最高点擂鼓台标高 506m 北东部首山 灵武山 以三叠系砂岩和平顶山砂岩组成弧山 西南部寒武系灰岩零星出露 组成残丘 岩溶 裂隙发育 为大气降水的渗入提供了有利条件 地势西高东低 中部的低山和残丘之 间为西窄东宽的槽形谷地 被冲积物和坡积物覆盖 向东逐渐增厚 2 2 地表水体地表水体 沙河和汝河流经矿区的南部和北部边缘 沙河距矿区最近 3 2Km 最大洪峰流量 3000m3 s 旱季流量 0 8m3 s 汝河流经煤系之上 最大流量 3000m3 s 旱季流量 0 28m3 s 矿区既是两河的分水岭 两河又是本区的泄水带 河床下部为数百米的第 四系沉积物 河水与煤系地层无水力联系 2 2 1 地表水体 井田及与其邻区均无固定地表水体 仅在强降雨时 在发育的进南北向冲沟中有 短暂洪流 由于地面坡度大 排泄条件好 地表形不成积水 历年最高洪水位 107 0m 位于井田南部煤层露头以外的湛河 为常年性河流 河流流经寒武系地层 发育区 在七矿一带可直接和间接补给寒武系灰岩含水层 东段市区一带 因河床底 部有较厚的第四系和泥质沉积物 河水下渗条件较差 2 2 2 含水层 组 特征 依据岩性组合特征与富水性 以及煤层与含水层之间的关系 按地层由老至新的 顺序共分为以下 7 个含水层 组 1 寒武系碳酸盐岩岩溶裂隙含水层 组 该含水组为含煤地层之基底 主要由中厚层状白云质灰岩 鲕状灰岩 泥质条带 灰岩 中夹泥岩和砂质泥岩组成 主要含水层段为寒武系中统张夏组鲕状灰岩和上统 崮山组白云质灰岩 两组灰岩厚 200m 左右 为本区主要充水含水层 井田内埋藏深 平顶山工业职业技术学院毕业设计 论文 第二章 矿井水文地质条 件 2 度 20 800m 由南至北逐渐增大 浅部煤层露头线以南 直接被第四系覆盖 由于 受构造与埋藏深度的控制 岩溶裂隙发育程度与富水性存在较大的差异 1 岩溶裂隙发育特征 浅部 浅部 据钻探与不同标高泄水巷实际揭露 岩溶裂隙极为发育 32 1 孔 见最 大溶洞高度达 8m 28 1 孔在孔深 140m 标高 32m 及孔深 258m 标高 15m 处 分别见溶洞高 6 99 m 和 3 86 m 多数浅部钻孔见及有岩芯破碎和漏水现象 在 32m 86m 和 130m 泄水巷掘进过程中 均见有发育大小不等 形态各异的溶 洞 深部 深部 由于受断裂构造与风化裂隙及水动力条件影响 岩溶裂隙发育程度向深部 逐渐减弱 据 125 队深部扩勘期间对 34 个简易水文地质孔观测 其中 冲洗液全部 漏失的仅有 3 孔 严重消耗的 1 孔 其余 30 孔冲洗液消耗量小于 1m3 h 2 富水性 浅部 浅部 据 28 4 孔抽水试验 崮山组白云质灰岩 单位涌水量 2 2702 3 2169L s m 渗透系数为 1 092m d 30 1 与 32 11 孔 张夏组鲕状 灰岩 单位涌水量 1 933 4 861L s m 深部 深部 29 5 孔 200m 以下 崮山组白云质灰岩 单位涌水量 q 0 00206 0 002351 L s m 渗透系数 0 000891m d 据井下 390m 施工的 2 个水文 钻孔揭露 单孔涌水量在 2m3 h 以下 属弱富水含水层 地下水化学类型 主要为 HCO3 Ca HCO3 CaMg 和 HCO3 CaNa 型 矿化度 0 3 0 5 g L 2 太原组碳酸盐岩岩溶裂隙含水层 组 含水组从底部铝土质泥岩底面至 L1灰岩顶面 主要由生物碎屑灰岩 砂质泥岩 与煤层 煤线组成 厚 52 4 92 7m 平均 70m 含水层主要由 4 11 层灰岩组成 常见 7 层 厚 25 35m 平均 30 4m 自上而下为 L1 L7 其中 L2 L6及 L7灰岩 层 位稳定 厚度相对较大 构成太原组主要含水层位 含水层厚度统计汇总表 灰岩 编号 L1L2L3L4L5L6 7 两极0 1 84 0 101 3 15 3 平顶山工业职业技术学院毕业设计 论文 第二章 矿井水文地质条 件 3 值 m 4 7913 273 01 4 208 8022 10 平均 m 0 987 152 900 975 4010 08 太原组灰岩含水层 区内全被第四系和上伏煤系地层所覆盖 埋藏深度 70 800m 由于受构造 埋藏深度的影响 岩溶裂隙发育程度与富水性 在不同深度 不同标高有较大的差异性和不均衡性 7 3 1 0 17 1 L5 平均值 最小 最大 水 文 特 征 标志层柱状厚度地层 17 4 0 8 47 4 0 1 52 2 16 5 5 1 0 7 12 1 4 7 24 94 12 15 2 1 8 30 4 2 0 8 8 4 0 4 69 8 8 8 6 8 1 6 23 105 3 19 5 20 6 22 5 5 6 含水层主要由大占砂岩和香炭砂岩两层砂岩组成 其中 大占砂岩下距己15 17煤层5 15m 一般为7m 主要为中粗粒长石石英砂岩 为煤层顶板直接充水 含水层 香炭砂岩下距煤层5 30m 一般为20m 为 煤层顶板的间接充水含水层 据抽水试验 单位涌 水量为0 0174和0 0180L s m 渗透系数为0 0610 和0 0429 m d 水质类型为HCO3 Na 属孔隙裂隙 弱含水层 K2 大占砂岩 K3 香炭砂岩 己16 17 己15 己14 波浪带砂岩 L2 L3 K1 L7 L6 庚20 21 L4 太 原 组 山 西 组 含水组从底部铝土质泥岩底面至L1灰岩顶面 主要 由生物碎屑灰岩 砂质泥岩与煤层 煤线组成 厚52 4 92 7m 平均70m 含水层主要由4 11层灰 岩组成 常见7层 厚25 35m 平均30 4m 自上而 下为L1 L7 其中L2 L6及L7灰岩 层位稳定 厚 度相对较大 构成太原组主要含水层位 单位涌水 量0 00035 0 00736L s m 渗透系数为0 00033 0 189m d 属岩溶裂隙弱含水层 含水层主要为中统张夏组鲕状灰岩和上统崮山组白云 质灰岩 总厚度200m左右 是庚20 21煤层底板直接充 水含水层和己15 17煤层底板间接充水含水层 单位 涌水量0 00206 2 2702L s m 渗透系数为 0 000891 1 092m d 水化学类型 主要为HCO3 Ca HCO3 CaMg和HCO3 CaNa型 矿化度0 3 0 5 g L 2 一 己 庚 煤段煤层顶底板含水层柱状 依据钻探与生产实际揭露该灰岩含水层岩溶裂隙与富水性具有以下特点 1 岩溶裂隙发育特征及影响因素 岩溶类型 主要有 溶孔 溶洞 溶蚀裂隙 以溶洞与溶蚀裂隙为主 由于 平顶山工业职业技术学院毕业设计 论文 第二章 矿井水文地质条 件 4 赋存于可溶性岩石裂隙中的地下水 在运动过程中 不仅对裂隙进一步拓宽改造 同 时在长期的水动力作用下有利于溶洞的形成 构造 尤其是断裂构造 埋藏深度分别是构造裂隙与风化裂隙形成的基本条件 水动力条件是裂隙扩展与岩溶形成的根本因素 因此 在井田浅部 不仅构造发育 而且位于地下水径流带 有利于岩溶裂隙的形成与发展 深部构造简单 风化裂隙不 发育 水循环迟缓 岩溶裂隙及富水性较弱 在构造裂隙与风化裂隙发育区 在强水动力条件作用下 裂隙将溶洞与溶洞 所贯通 在平面上与垂向上均呈不规则的串珠状分布 L7 86庚组机巷灰岩中水平溶洞 30 3孔L7灰岩垂直发育的溶洞 巷道 井田浅部见溶洞形态示意图 构造是岩溶裂隙发育的前提条件之一 井田区内已揭露落差以上的断层 7 条 基本分布于二矿逆断层的南侧 并由其派生与伴生的小断层发育 据对 54 个钻孔统 计 见岩溶孔 29 孔 其中 有 50 的孔分布于二矿逆断层两侧 岩溶裂隙发育规律 区内岩溶裂隙发育规模 岩溶率 具有随灰岩埋藏深度 增加而逐渐减弱趋势 0 以上 岩溶率为 100 0 150 m 岩溶率为 58 2 150 250 m 岩溶率为 13 8 250 400 m 岩溶率为 8 7 但由于形成岩溶裂 隙的构造与水动力条件的差异性 导致岩溶裂隙发育程度横向上存在不均衡性 矿井 生产实际揭露 东西翼突水现象与涌水量显著的差异 已突出表现了这一特点 2 富水性 浅部 浅部 据 36 10 孔 标高 21 m 以上 钻孔抽水试验 单位涌水量 1 905 2 2031L s m 渗透系数 0 19697 7 339m d 水质类型为 HCO3 Ca HCO3SO4 CaMg 矿化度 00 26 0 5g L 在开采一5 庚20 煤层过程中 底部石 炭系太原组 L7灰岩水同寒武系灰岩水沟通 其涌水量较大 属岩溶裂隙中等 强富 水含水层 平顶山工业职业技术学院毕业设计 论文 第二章 矿井水文地质条 件 5 深部 深部 岩溶裂隙发育程度相对较弱 据 29 5 孔 标高 150 以下 抽水试验资料 单位涌水量 0 00035 0 00736L s m 渗透系数 0 00033 0 189m d 43 13 和 44 5 孔 渗透系数分别为 0 0316 m d 和 0 00296m d 水质类型为 HCO3 Ca HCO3SO4 CaMg 矿化度 00 26 0 5 g L 据深部简易水文地质孔分别对上 下含水层段观测 上部灰岩段 在 27 个观测孔中 冲洗液消耗量大于 1m3 h 的仅 3 孔 占 11 1 其 余各孔冲洗液消耗量均小于 1m3 h 下部灰岩段 在 14 个观测孔中 冲洗液消耗量大 于 1m3 h 的仅 2 孔 占 14 3 其余各孔冲洗液消耗量均小于 1m3 h 属岩溶裂隙弱 含水层 3 二叠系二 己 煤段顶板砂岩裂隙含水层 位于二2 己15 煤层之上 自 L1灰岩顶面至四 戊8 10 煤段底面 主要由砂 岩 砂质泥岩 泥岩和煤层组成 含水层主要由煤层顶板大占和香炭两层砂岩组成 大占砂岩 大占砂岩 下距二2 己15 煤层 5 15m 平均 7m 主要为中粗粒长石砂岩 硅质胶结 裂隙发育中等 厚 18 30m 平均 15 2m 在 30 勘探线一带与香炭砂岩合 并 厚度达 40m 左右 香炭砂岩 香炭砂岩 下距二2 己15 煤层 5 30m 平均 20m 主要为中细粒长石石英砂 岩 硅钙质胶结 裂隙发育中等 厚 4 47 24 94m 平均 12m 据 40 14 孔和 33 8 孔抽水试验 单位涌水量分别为 0 0174 和 0 0180L s m 渗透 系数为 0 0610 和 0 0429 m d 水质类型为 HCO3 Na 矿化度 0 5 g L 据矿井开采揭 露 仅见顶板滴淋水 属砂岩孔隙裂隙弱含水层 4 二叠系四 戊 煤段顶板砂岩裂隙含水层 组 本组自四2 戊9 10 煤层底面至五2 丁5 6 煤层底面 主要由砂质泥岩 砂 岩 泥岩和煤层组成 厚 80 95m 含水层主要由中 细粒长石石英砂岩组成 厚 5 5 33 55m 平均 16 99m 孔隙裂隙不甚发育 据 33 9 孔抽水试验 单位涌水量 0 00636L s m 渗透系数 0 0685 m d 水化学类型主要为 HCO3 Na Mg 型 据矿井 开采揭露 涌水量一般在 50m3 h 以下 属砂岩裂隙弱含水层 5 二叠系五 丁 煤段顶板砂岩孔隙裂隙含水层 组 本组自五2 丁5 6 煤层底面至六2 丙3 煤层底面 主要由砂岩 砂质泥岩 泥岩和煤层及煤线组成 厚 76 115m 含水层主要由中 细粒砂岩组成 厚 8 93 41 90m 平均 27m 孔隙裂隙不甚发育 据 28 7 孔和 32 8 孔抽水试验 单 位涌水量为 0 0151 0 1411L s m 渗透系数为 0 07317 0 6465m d 水质类型主要为 平顶山工业职业技术学院毕业设计 论文 第二章 矿井水文地质条 件 6 HCO3 Na Ca 和 HCO3 Ca Mg 型 属砂岩裂隙弱含水层 6 二叠系上统石千峰组平顶山砂岩含水层 组 平顶山砂岩为中 粗粒长石石英砂岩 夹薄层粉砂岩及细粒砂岩 岩性稳定 厚 度大 垂直裂隙发育 主要分布于由平顶山至龙山组成的山岭顶部 抽水试验结果 单位涌水量 0 011 1 927L s m 渗透系数 0 135 4 37m d 水质类型主要为 HCO3 Ca 型 属砂岩孔隙裂隙弱 中等含水层 7 第四系松散孔隙含水层 主要由坡积和洪积物堆积的砂砾石组成 厚 0 43m 在沟谷地带有季节性下降 泉出露 泉流量 0 5 3L s 据浅井抽水试验 单位涌水量 0 011 1 927 L s m 渗透 系数 0 135 4 37 m d 水质类型 HCO3 Ca 型 属孔隙弱 中等含水层 2 2 3 隔水层 各含水层之间均有砂质泥岩或泥岩隔水层 在正常情况下可起到一定的隔水作用 自下而上主要可分为 1 本溪组铝土质泥岩隔水层 位于太原组底部 主要为铝土质泥岩或铝土矿层 厚 2 05 12 1m 平均 5 2m 层位稳定 分布广 但受古风化壳的影响 沉积厚度变化较大 由于该泥岩可塑性强 透水性差 是石炭与寒武系灰岩间的良好隔水层 2 太原组中部砂泥段隔水层 位于太原组中部 L3和 L5灰岩之间 主要为砂质泥岩 泥岩和薄层灰岩 一般厚 19m 层位较稳定 是下部 L7与上部 L2两灰岩含水层间的良好隔水层 3 二叠系二 己 煤段底板砂质泥岩隔水层 位于太原组顶部第一层灰岩与二1 己16 17 煤层之间 主要为砂质泥岩和泥岩 厚 3 15m 平均 9m 正常情况下 是阻隔太原组灰岩水突入煤层的良好隔水层 4 煤层间砂质泥岩和泥岩隔水层 山西组 下石盒子组各煤段煤层间 均有泥岩 砂质泥岩 该类岩石透水性差 透水性强 具有良好的隔水性能 石炭系太原群薄层灰岩含水岩组结构示意图 2 2 4 区域地下水补径排泄条件对本井田影响 井田由于受地质 地貌条件的影响 地下水的补 径 排条件各含水层有较大的 差异性 系统 群 组 地层单位 分层 层厚 柱 状 1 1000 10 62 11 40 2 90 5 92 68 00 7 07 5 86 0 88 4 19 93 79 P1 1 P1P 6 22 1 22 1 40 5 55 7 28 0 95 9 38 67 92C3C 太 原 群 石 上 石 炭 统 炭 系 C3 上 统 崮 山 组 寒 武 系 煤组及煤层编号 煤 组 号 可 采 层 号 标 志 层 93 79 庚 煤 组 67 92 K16 L7 厚度 m 最大 最小 一般 单位涌水量 L s m 最小 最大最小 最大 渗透系数 m d 水 文 地 质 特 征 已16 17 L1 L2 L3 L4 L5 L6 庚上 18 庚18 庚19 庚20 庚21 庚22 庚23 2 03 22 86 9 22 4 73 47 71 14 71 0 00531 8 0080 0168 63 13 0 000035 12 8420 00138 29 261 0 00226 0 068 M 平顶山工业职业技术学院毕业设计 论文 第二章 矿井水文地质条 件 7 1 岩溶裂隙水的补 径 排条件 井田位于平顶山岩溶水系统的东部水文地质单元内的中部 为一大致向北倾斜的 单斜构造 石炭和寒武系灰岩含水层 井田内地表无出露 浅部煤层露头线以南直接 被第四系覆盖 向深部由二叠系含煤地层和三叠系碎屑岩和泥质岩类地层覆盖 赋存 标高 75 550m 埋藏深度 70 950m 由于寒武系灰岩含水层隐伏露头区位于平顶 山市区一带 除有较厚的第四系覆盖层外 市区建筑物和硬化路面 不同程度的对大 气降水的渗漏产生影响 因此 直接补给条件相对较弱 见图 5 7 补给区主要位于 矿区西部水文地质单元 岩溶裂隙含水层接受大气降水和湛河水补给后 在井田南部 31 线一带通过新进系泥灰岩越流过锅底山断层进入东部水文单元 井田浅部处于东部 水文单元地下水径流区带深部位于地下水滞流区 因此 在导水断裂构造和岩溶裂隙 导水通道发育的浅部 地 下水径流条件好 水量丰富 突水频率高 矿井涌水量大 同大气降水量相关关 系较明显 井田深部 由于构造简单 岩溶裂隙发育程度减弱 地下水补给缓慢 随 着矿井疏排水 水位下降较快 矿井涌水量向深部呈逐渐减少趋势 由于矿井开采煤 层过程中长期强排地下水 形成以出水点为中心的降水漏斗 随着开采深度的加深 漏斗中心不断下移 目前中心水位标高 250m 2 二叠系砂岩孔隙裂隙水补 径 排条件 砂岩孔隙裂隙含水层多位于煤层顶板 一般厚几米 十余米 补给区主要位于井 田浅部含水层隐伏露头区 通过第四系含水层垂直接受大气降水的间接补给 由于上 伏第四系亚粘土覆盖层厚度大 富水性和渗透性均较差 其补给水量有限自然状态下 砂砾石层 二矿 粘土层 2 3 庚20 C3 己15 17 P1 戊8 11 丁8 丙3 P2 北部分水岭 N 平顶山工业职业技术学院毕业设计 论文 第二章 矿井水文地质条 件 8 碎屑岩孔隙裂隙地下水补给关系示意图 地下水由浅至深顺层由南向北径流 但由于在掘进和回采过程中受顶板构造裂隙 或冒落裂隙的影响 砂岩孔隙裂隙水多以滴淋水或突水的形式向矿井排泄 再由矿井 排出地表 3 第四系松散沉积层孔隙水补径排条件 主要出露和分布于山前坡地和冲沟两侧 可直接接受大气降水的垂向扑给 受地 形的影响 补给区和径流区基本一致 即由南至北径流和排泄 由于地形起伏变化大 排泄条件较好 2 3 地下水动态特征地下水动态特征 本区地下水明显受其补给因素的控制 补给区 地下水水位动态随季节变化明显 年变幅一般为 10 15m 最大为 47 23m 中部和南部 由于受河渠水渗漏补给 其水 位动态与河渠水位密切相关 为河渠渗漏型 埋藏区 由于补给条件较差 主要受到 常年排水影响 地下水位变幅较小 一般为 1 2m 近年来 由于加大了煤炭资源的 开发 使得地下水位变化幅度较大 02 年 03 年的变化幅度为 6 5m 地下水位多年 来持续下降 为典型矿坑排水疏干型 该地区地下水主要接受大气降水的影响 下部二叠系砂岩和寒武纪灰岩均在南部 露头区接受大气降水的补给后 地下水沿裂隙 断层和溶洞向北径流 水位的变化受 降雨的影响比较大 年内的变化较为明显 105 104 103 102 101 100 99 024681012 月份 水位 m 36 20 孔 2002 年水位变化曲线 平顶山工业职业技术学院毕业设计 论文 第二章 矿井水文地质条 件 9 71 4 71 2 71 70 8 70 6 70 4 70 2 0246810 2003年 水位 m 22 10 孔 2003 年水位变化曲线 从图中可以看出 36 20 孔由于位于二矿逆断层的北部 受降雨的影响已经趋于 平缓 02 年内最高水位 100 14m 最低水位 104 24m 变化幅度为 4 1m 而位于二矿 逆断层南部的 22 10 孔水位变化几乎和降雨同步 另据 36 20 孔观测资料 2002 年平 均水位 107 77m 2003 年则为 101 35m 相比下降 6 45m 矿坑排水对水位的影响十 分明显 1 补给条件 补给区主要位于矿区西南部西水文地质单元内寒武系灰岩和白云质灰岩出露区 以及被第三 四系覆盖的浅部 大致可分为两部分 一是位于矿区西南部 洛叶公路 两侧 姚孟电厂附近 面积约 2 3km2 由于受构造和风化剥蚀的影响 裸露的寒武 系灰岩 并沿地表形成大小不等的丘陵地貌 其岩溶裂隙较发育 易于接受大气降水 的入渗 二是位于矿区西南部地形低洼处及湛河上游两岸 由于新进系泥灰岩裸露或 隐伏于第四系之下 岩溶裂隙较发育 大气降水入渗后通过新进系泥灰岩岩溶裂隙直 接或间接补给下伏石炭系和寒武系灰岩含水层 见图 5 4 N 补给区 湛河 NE 己14 己15 己16 17 L2 3 L7 C3t 3g 2zh 平顶山工业职业技术学院毕业设计 论文 第二章 矿井水文地质条 件 10 矿区西部地下水补给示意图 2 径流与排泄条件 寒武系 石炭系太原组灰岩 直接或间接接受大气降水和地表水补给后 由浅至 深径流 中深部地下水顺地层走向由西北经九里山断层向北东径流 过九里山断层后 由于锅底山断层的阻隔作用 地下水大致以 50m 等水位线为分水岭 在锅底山断层 以西过五矿 七矿向东南方向运动 大部分由五矿和七矿等矿井排泄 一部分地下水 在矿区东南部越流过锅底山断层进入东部水文单元 在东部径流系统内 天然状态下 一部分向东南偏东至八矿向东北径流 一部分随地层倾向由南向北径流 先经浅部二 矿 三矿 逐渐向深部一矿 四矿 六矿 由于矿井开采常年排放大量地下水 改变 了地下水的自然流向 形成以各矿为中心的降压漏斗 降压漏斗由东至西分布 并相 互复合 大致呈北西 南东向的狭长形 当岩溶裂隙地下水接受降水和地表水体入渗 补给后 大部分由矿井疏水排泄 少部分被人工开采作为供水水源 三叠和二叠系砂岩孔隙裂隙含水层 在露头区或浅部直接或间接接受大气降水补 给后 受地形和地层产状的影响 一部分在沟谷和地形低处以泉水形式或水井排泄 一部分由矿井排泄 2 4 水文地质单元划分水文地质单元划分 平顶山矿区位于李口向斜西南翼 北东以李口向斜 南西以九里山断层为界 总 体为一向北东向倾斜的单斜构造 受区域构造应力场的影响和控制 发育一系列走向 大致与李口向斜平行的北西向断裂和褶皱 依据构造的导水与隔水性 水文地质特征 地下水的补径排条件 以锅底山断层为界 将平顶山矿区划分为东 西两个大的水文 地质单元 见图 5 1 其主要依据 锅底山正断层位于矿区西南部 走向 NW SE 倾向 SW 断距 60 270m 是矿 区内延伸最大的断裂构造 该断层将李口向斜西南翼分割成两部分 使走向连续的寒 武系灰岩被分隔 断层上盘 北东侧 的寒武系灰岩与下盘 南西侧 的二叠系砂岩 泥岩对接 从而使两侧的水力联系中断及水文地质条件产生较大的差异 尤其在 31 线 平顶山工业职业技术学院毕业设计 论文 第二章 矿井水文地质条 件 11 平顶山工业职业技术学院毕业设计 第二章 矿井水文地质条件 12 郏 县 断 层 襄 郏 正 断 层 七里店正断层 辛 店 断 层 霍 堰 断 层 九 里 山 逆 断 层 鲁 叶 正 断 层 锅 底 山 正 断 层 白 石 沟 逆 断 层 牛 庄 向 斜 诸 葛 庙 背 斜 灵 武 山 向 斜 13 5 3 P2 3 十一矿 红 石 山 Z 九 里 山 五 矿 六 矿 121 8 四 矿 三 矿 230 2006 一 矿 二 矿 250 2006 平顶山市 300深部 2007 十 矿十二矿 平 顶 山 马 棚 山 P2 P2 P2 北 渡 山 Z 1 七 矿 49 87 2003 12 L7 白 龟 山 水 库 Ar 襄城 P2 P2 首 山 八 矿 湛 河 沙 河 2 汝 河 李 口 向 斜 P2 Q 覆盖层下二 煤露头线 地下水天 然 流 向 地下水人 工 流 向 补 给 区 径 流 区 地下水位 130m 图 例 317 2006 5 331深部 2007 320 2006 龙 山 落 凫 山 平顶山矿区水文地质概况 平顶山工业职业技术学院毕业设计 第二章 矿井水文地质条件 13 锅底山正断层位于矿区西南部 走向 NW SE 倾向 SW 断距 60 270m 是矿 区内延伸最大的断裂构造 该断层将李口向斜西南翼分割成两部分 使走向连续的寒 武系灰岩被分隔 断层上盘 北东侧 的寒武系灰岩与下盘 南西侧 的二叠系砂岩 泥岩对接 从而使两侧的水力联系中断及水文地质条件产生较大的差异 尤其在 31 线以西 由于断层落差和断层带宽度较大 并经五矿实际揭露 该断层不仅断层带内 无水 而且为一阻水断层 根据钻孔地下水位长期观测资料以及矿井生产揭示 断层 两侧水位相差悬殊 充水条件差异较大 据寒武系灰岩水位观测资料 断层北东盘 36 20 孔 水位标高 101 35m 2003 12 断层南西盘 35 24 孔水位标高 49 87m 2003 12 仅一断层之隔 水位标高竟相差 151 22m 1 西部水文地质单元 位于锅底山正断层以西 包括七矿 九矿和十一矿及五矿原井田 该单元水文地 质条件具有如下特点 1 该单元不仅为整个矿区中 上寒武系灰岩露头主要分布区 同时也是矿区 岩溶裂隙地下水的主要补给区 大气降水及地表水体可直接入渗补给含水层 矿井涌 水与大气降水有明显的相关关系 2 新近纪泥灰岩广泛分布于本单元的槽地内 呈 NW SE 向的条带状超覆于 寒武系至二叠系地层之上 大气降水及地表水体可通过该含水层间接入渗补给下伏各 含水层 3 地下水位和矿井涌水量与大气降水和地表水体 北干渠 西干渠 有密切 关系 雨季或渠道放水季节 地下水位升高 矿井涌水量增大 旱季或渠道停放水时 地下水位下降 矿井涌水量减小 矿井涌水量季节性变化幅度可相差一倍以上 4 由于锅底山断层的阻水作用 区内各矿的矿井排水是地下水的主要排泄形 式 并以各矿为中心形成若干个小型降落漏斗 5 地下水化学类型以 HCO3 Ca 型为主 矿化度为 300mg L 表示地下水径 流畅通 补给充沛 水循环条件较好 2 东部水文地质单元 位于锅底山断层以东 该单元包括一矿 二矿 三矿 四矿 六矿 八矿 十矿 十二矿 其水文地质条件具有如下特征 1 区内主要富水含水层中 上寒武系灰岩 露头区较小 大部分隐伏于第四 系或二叠系砂泥岩之下 大气降水及地表水的入渗补给条件相对较差 平顶山工业职业技术学院毕业设计 第二章 矿井水文地质条件 14 2 依据岩溶裂隙由浅至深逐渐减弱的发育规律 该单元寒武系灰岩埋藏较深 加之沟通地下水的岩溶裂隙或断裂构造欠发育 致使地下水径流条件差 径流速度滞 缓 循环深度较大 循环时间长 3 从地下水的化学类型 HCO3 SO4 Na Ca 型 矿化度 890mg L 水温 40 5 以及水中微量元素成分增加等特征 表明了深部岩溶裂隙水径流和循环与浅部的差异 4 地下水补给量有限 仅在郝堂向斜以南区域 锅底山断层两侧的寒武系灰 岩有一定的水力联系 可接受西部单元部分地下水的侧向补给 此外 上覆第四系含 水层垂直下渗补给寒武系含水层 但由于隔水层的存在 补给量有限 5 由于该单元地下水补给条件差 补给水源不足 矿井长期疏干排水 以消 耗静储量为主 致使该单元内地下水位曾持续下降趋势 6 矿井涌水量年际基本稳定 季节性变化不突出 涌水量相对西单元偏小 2 5 矿井充水矿井充水因素因素 1 矿井充水水源 矿井充水水源主要有地表水 大气降水 老空与老窑水及煤层顶底板含水层水 1 大气降水 大气降水是地下水的主要补给水源之一 也是矿井充水的间接水源 区内属大陆 性半湿润季风气候 年最大降水量 1461 6mm 最小降水量 373 9mm 年平均降水量 742 6mm 月最大降水量 481 3mm 雨季集中在夏季 7 8 9 三个月 约占年总降水 量的 70 含煤地层发育区 由于煤层及其顶底板直接或间接充水含水层被第四系或上伏地 层所覆盖 加之地形坡度较大 排泄条件良好 煤层顶底板含水层受大气降水的直接 影响较小 位于矿区西南部的北渡山 九里山 扣皂山一带寒武系灰岩裸露区 是大气降水 补给地下水的主要区域之一 其次井田南部灰岩隐伏区 大气降水通过第四系松散层 入渗补给 地下水接受补给后 通过岩溶裂隙侧向补给井田含水层 平顶山工业职业技术学院毕业设计 第二章 矿井水文地质条件 15 水量图 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 2000年1月 2000年3月 2000年5月 2000年7月 2000年9月 2000年11月 2001年1月 2001年3月 2001年5月 2001年7月 2001年9月 2001年11月 2002年1月 2002年3月 2002年5月 2002年7月 2002年9月 2002年11月 2003年1月 2003年3月 2003年5月 2003年7月 2003年9月 2003年11月 2004年1月 2004年3月 2004年5月 2004年7月 2004年9月 2004年11月 2005年1月 2005年3月 2005年5月 2005年7月 2005年9月 2005年11月 时间 水量 降水量 mm 10 1 水库流量 m3 s 2 0 10 2 涌水量 m3 h 七矿矿井涌水量 大气降水量 湛河放水量相关关系曲线图 2 地表水体 地表水是地下水的主要补给来源之一 也是矿井充水的间接水源 区内常年性地 表水体主要有 沙河 汝河 白龟山水库 白龟山水库北干渠 湛河 沙河和汝河沙河和汝河 位于矿区南部煤系地层之外 河床总体走向东西 由西向东经流 最大洪流量分别为 3300m3 s 0 28m3 s 由于河床底部为数百米的第四系沉积物 河 水与含水层无直接水力联系 湛湛 河 河 位于矿区南部 为白龟山水库下游北干渠 开辟后与沙河连通 由西至 东流经市区中南部 最大流量 167m2 s 该渠垂直揭露寒武系或第三系泥灰岩 河水 与地下水有一定的水力联系 西部水文单元矿井受其直接影响较大 由于锅底山断层 的阻隔作用 位于矿区东部水文地质单元的各矿 矿井涌水量与湛河水量大小 水位 升降直接关系不显著 白龟山水库 白龟山水库 位于矿区西南部煤系地层外围 最大蓄水量 6 49 亿 m3 因距煤系 地层较远 对矿井充水无影响 3 老空水 本矿井老空水 本矿井老空水 矿井自 1957 年投产至今 已有近 50 年的开采历史 结束采区或 工作面位于矿井浅部 报废工作面面和巷道低洼处会有一定量的积水存在 相邻矿井老空水 相邻矿井老空水 西南部三矿主要开采二 一 己 庚 煤段煤层 西部四矿与 东部十矿 主要开采五 四 二 丁 平顶山工业职业技术学院毕业设计 第二章 矿井水文地质条件 16 戊 己 煤段煤层 北部一矿主要开采五 四 丁 戊 煤组各煤层 同本矿存在 部分压茬关系 上述各矿均为现生产矿井 矿井间均按规范要求 留有较宽的隔水煤 柱 既便报废工作面面和巷道低洼处有一定量的积水存在 对本矿井充水构不成威胁 开采上部煤层的一矿 四 戊 煤段煤层上距二 己 煤组煤层 180m 左右 经计算 表明 二 己 煤段煤层回采产生的导水裂隙带发育高度对上部煤层采空区无影响 4 含水层水 一一5 庚 庚20 煤层 煤层 煤层直接顶底板直接充水含水层为太原组灰岩 底板间接充 水含水层为寒武系灰岩 通过对含水层特征 充水性 补给与径流条件等综合分析及 生产实际揭露表明 煤层底板石炭系太原组下部 L6 7灰岩与寒武系灰岩水是构成矿井 充水的主要水源 二二1 二 二2 己 己15 己 己16 17 煤层 煤层 主要充水水源为煤层顶板大占与香炭砂岩孔 隙裂隙含水层水 由于区内砂岩含水层孔隙裂隙不发育 补给条件较差 弱富水性 在采掘过程中 常以滴水 淋水的形式进入矿井 很少形成突水 构不成对矿井充水 的威胁 第四系冲积层孔隙水 第四系冲积层孔隙水 井田内冲积物含水层 虽孔隙度较大 但由于受地形影响 排泄条件好 富水性弱 对各开采煤层充水均无直接影响 2 导水通道 1 断裂构造导水通道 井田总体为一单斜构造 褶皱与大中型断裂构造均较简单 而采掘揭露的小型断 裂构造较发育 据对庚二采区小断层统计 小断层密度平均为 73 条 km2 断层优势 走向主要为北东向 小断层不仅破坏了岩层的完整性 直接构成导水通道 同时 导 致岩层抵抗矿压和水压的强度降低 使有效隔水层厚度变簿 通过区域构造应力场分 析 区内主应力方向为北东 南西向 垂直李口向斜轴 因此 北东向张性或张扭 性小断层为主要导水通道 在统计的 38 次突水事例中 由于揭露小断层