李阳煤矿水文地质特征及水害防治毕业论文.doc

中 国 矿 业 大 学 本科生毕业论文 姓 名 郭郭 姜姜 学 号 2113617621136176 学 院 应用技术学院应用技术学院 专 业 地质工程地质工程 论文题目 李阳煤矿水文地质特征及水害防治李阳煤矿水文地质特征及水害防治 指导教师 权权 彪彪 职 称 副教授副教授 2014 年 6 月 徐州 中国矿业大学毕业论文任务书 学院 应用技术学院 专业年级 地质工程 学生姓名 郭 姜 任任务务下下达达日日期期 2014 年年 2 月月 24 日日 毕业论文日期 毕业论文日期 2014 年年 3 月月 10 日至日至 2014 年年 5 月月 30 日日 毕业论文题目 李阳煤矿水文地质条件及水害防治毕业论文题目 李阳煤矿水文地质条件及水害防治 毕业论文专题题目 毕业论文专题题目 毕业论文主要内容和要求 毕业论文主要内容和要求 论文内容 1 通过查阅沁水盆地娘子关泉域的文献了解李阳矿区所在水文地质单元 现状 结合生产资料分析矿井水文地质特征 包括含水层 隔水层以及补 径 排关系 2 分析矿井水文地质条件影响因素 包括地表水 构造 采空区积水等 并探讨各因素与矿井安全生产关系 3 基于矿井水文地质条件系统分析 提出本矿区未来防治水工作的一些 措施或者技术建议 论文要求 1 探明本矿水文地质条件特征 揭示主要含水层之间的水力联系 查明研究开采煤层的主要充水水源 充水通道 确定开采煤层可能遇到的水 害类型 2 提出一些矿井防治水的措施建议 3 按照学校要求 及时完成毕业论文 院长签字 指导教师签字 中国矿业大学毕业论文指导教师评阅书 指导教师评语 基础理论及基本技能的掌握 独立解决实际问题的能力 研究 内容的理论依据和技术方法 取得的主要成果及创新点 工作态度及工作量 总 体评价及建议成绩 存在问题 是否同意答辩等 成 绩 指导教师签字 年 月 日 中国矿业大学毕业论文评阅教师评阅书 评阅教师评语 选题的意义 基础理论及基本技能的掌握 综合运用所学知识 解决实际问题的能力 工作量的大小 取得的主要成果及创新点 写作的规范程 度 总体评价及建议成绩 存在问题 是否同意答辩等 成 绩 评阅教师签字 年 月 日 中国矿业大学毕业论文答辩及综合成绩 答 辩 情 况 回 答 问 题 提 出 问 题 正 确 基本 正确 有一 般性 错误 有原 则性 错误 没有 回答 答辩委员会评语及建议成绩 答辩委员会主任签字 年 月 日 学院领导小组综合评定成绩 学院领导小组负责人 年 月 日 摘 要 李阳煤矿是潞安集团整合矿之一 随着煤矿开采时间的增长 开采水平的延伸和开 采强度的增大 矿井水害的威胁程度也越来越大 本文通过区域地质背景及矿井水文地 质特征分析 确定了李阳煤矿矿井水文条件类型属于中等型 8 与 9 煤层主要受上部弱富 水性的山西组砂岩裂隙水影响 14 与 15 煤层主要受上部弱富水性的太原组 K2灰岩岩溶 裂隙水影响 15 煤层最低底板标高高于奥灰水 但随着上部煤层的开采 断层与富水性 较强的陷落柱破碎带 势必会威胁到下部煤层的开采 本文同时利用对导水裂隙带 冒 落带高度的估算 对各开采煤层的顶底板充水进行了分析评价 由于受以前开采煤窑的 影响 老空积水等问题比较突出 所以对研究区相关煤层的老空积水量做出了估算和分 析评价 并根据评价结果对李阳煤矿未来防治水方向及相关措施提出了建议 关键词 李阳煤矿 水文地质 导水裂隙带 垮落带 防治水 ABSTRACT Li Yang is one of Lu an Group integrated coal mine with the growth of coal mining time extension and exploitation of mining intensity level increases the extent of the threat of mine water disaster is also growing Determine the hydrological conditions of the coal mine type of medium type 8 9 coal seam with water affected mainly by a weak upper sandstone rich water of Shanxi fissures 14 and 15 coal seam is mainly affected by a weak upper rich water through the paper analyzes the Taiyuan Formation K2 limestone karst fissure water impacts 15 coal seam lowest floor elevation above the Ordovician limestone water but with the upper coal seam mining faults and strong rich water subsided column fracture zone is bound to threaten the lower coal seam mining In this paper while taking advantage of the water flowing fractured zone with the caving height estimates for each mining seam roof and floor filled with water were analyzed and evaluated As the mine affected by previous mining coal mines old empty water issues more prominent so the amount of the old empty water related coal mine has made estimates and analysis and evaluation and the evaluation results and the future direction of the mine water prevention related measures proposed Keyword Li Yang coal mine hydrogeology water flowing fractured zone of caving zone water control 目目 录录 1 绪论绪论 1 1 1 研究背景和意义 1 1 2 水文地质研究发展现状 1 1 2 1 国外水文地质研究发展现状 1 1 2 2 国内水文地质发展现状 2 1 2 3 影响矿井水文因素的研究现状 3 1 2 4 煤矿区水文地质勘查评价发展趋势 5 1 2 5 以往矿井水文地质勘探工作 6 1 3 研究内容和方法 6 1 3 1 研究内容 6 1 3 2 研究方案及技术路线 6 2 研究区区域地质背景研究区区域地质背景 8 2 1 自然地理与地形 8 2 1 1 地理位置和交通 8 2 1 3 水文 8 2 1 4 气象 9 2 1 5 地震 9 2 2 地层特征 9 2 2 1 区域地层 9 2 2 2 区域构造 12 2 3 井田地质概况 13 2 4 区域含煤地层 14 2 5 井田地质构造特征 15 3 矿井水文地质条件矿井水文地质条件 20 3 1 地表水系 20 3 2 井田边界及其水力性质 21 3 3 主要含水层组 21 3 4 主要隔水层组 22 3 5 地下水的补给 径流 排泄条件 23 4 矿井充水因素分析矿井充水因素分析 24 4 1 矿井充水的自然条件 24 4 1 1 自然充水水源 24 4 1 2 充水自然通道 25 4 2 矿井充水的人为条件 26 4 2 1 采空区积水 27 4 2 2 矿井充水的人为通道 27 4 3 采空区的积水对开采煤层的影响 29 4 3 1 采空区分布情况 29 4 3 2 采空区积水量估算 29 4 3 3 周边煤矿积水情况 29 4 4 矿井涌水量预测 30 4 4 1 井田内矿井涌水量情况 30 4 4 2 矿井涌水量预算 30 4 4 3 矿井涌水量构成 31 4 4 4 矿井涌水量与各种相关因素动态情况 32 4 5 矿井水害防治措施 34 5 结结 论论 35 参考文献参考文献 36 翻译部分翻译部分 38 英文原文 38 中文翻译 43 致致 谢谢 47 中国矿业大学 2014 本科生毕业论文 第 0 页 1 绪 论 1 1 研究背景和意义 矿井水害一直是制约煤矿安全生产的重大矿井灾害之一 中国作为世界上第一采煤 大国 煤炭资源十分丰富且地域分布辽阔 但煤矿床水文地质条件复杂 是世界上矿山 水害最严重的国家之一 长期以来 因为煤矿水害给国家和人民带来的人身伤亡和经济 损失极为惨重据不完全统计 在过去 20 多年里全国有 250 多个矿井被水淹没 死亡近 9300 人 经济损失高达 350 多亿元人民币 而且 随着开采水平的延伸和开采范围的扩 大 这种威胁越来越严重 因此如何将受矿井水影响的煤解放出来 实现其安全 高产 高效生产 一直是中国煤炭行业的主要攻关课题之一 煤矿水文地质防护工作在生产 建设矿山进程中发挥了重要作用 科学做好煤矿防 水控制是降低煤矿发生水害事故 减少重大损失的有效前提 是确保职工安全 保护财 产及国家资源 促进煤矿生产稳定持续发展的核心基础 地质水文资料的准确科学直接 关系到煤矿生产的有序性和职工的安全性 潞安矿区是第一批煤炭国家规划矿区之一 煤炭资源储量十分丰富 煤质优良 已 有几十年的开采历史 本矿区地处山西省东南部 位于太行山中段西侧 长治盆地之西 部 属于沁水煤田东部中段 矿区主要构造形态为总体向西倾斜的北北东向或近似南北 向的宽缓单斜构造 矿区的北部区属丘陵地带 南部区属高原盆地内的河谷平原 全区 地势北高南低 西高东低 矿区位于辛安岩溶泉域南部长治盆地水文地质单元内 地表 水系属海河流域浊漳河水系 区域东部出露寒武奥陶系岩溶地层 区域中西部长治盆地 由黄土丘陵和低山组成 海拔 800 1200m 盆地范围内的奥陶系 寒武系地层埋藏较深 辛安泉群出露在东部浊漳河河谷 成为泉域集中排泄点 李阳煤矿位于和顺县城东北约 10km 的李阳镇温源村 三奇村 北李阳村一带 行政 区划隶属于和顺县李阳镇管辖 开采深度由 1310m 至 850m 标高 井田内发育有李阳河 蟒玉河二条河流 均为季节性河流 在井田内有因采煤造成的 7 处采空区积水及 1 处大 量的巷道积水 李阳煤矿为 2006 年兼并重组矿井 随着矿井开采深度和面积的增加 地 表水 地下水 老空积水和构造引起的水文条件也会日益的复杂 对将来扩大区的煤炭 开采构成了威胁 因此根据李阳煤矿井田具体的地质和水文地质条件 制定一套经济合 理 技术可行的煤矿水害防治技术与对策 达到实现矿井安全生产和经济效益的和谐统 一 已成为李阳煤矿趋需解决的现实问题 1 2 水文地质研究发展现状 1 2 1 国外国外水文地质研究发展现状水文地质研究发展现状 国外对煤矿底板突水 特别是底板岩溶水的研究己有 100 多年的历史 自上世纪 40 年代 人们开始用力学的观点探讨突水成因 1944 年匈牙利学者韦格 弗伦斯第一次提 出了相对隔水层的概念 认识到煤层底板突水不仅与隔水层厚度有关 而且还与水压有 关苏联学者 B u 斯列沙辽夫以静力学理论为基础 研究了煤层底板在承压水作用下的破坏 机制 60 年代至 70 年代 仍以静力学理论为基础 但加强了地质因素一主要是隔水层岩 中国矿业大学 2014 本科生毕业论文 第 1 页 性和强度方面的研究 1 在匈牙利 南斯拉夫等国 广泛采用了相对隔水层厚度 即以泥 岩抗水压的能力作为标准隔水层厚度 将其他不同岩性的岩层换算成泥岩的厚度 以此 作为衡量突水与否的标准 70 年代至 80 年代末 许多国家的岩石力学工作者在研究矿柱的稳定性时研究了底板 的破坏机理 C F Santosz T Bieniawsk 等人基于改进的 Hoek 一 Brown 岩体强度准则 并引 入临界能量释放点的概念和取决于岩石性质和承受破坏应力前岩石己破裂的程度与岩体 指标 RMR 相关的无量纲常量 M s 分析了底板的承载能力对研究采动影响下的底板破坏 机理有一定参考价值 80 年代末 前全苏矿山地质力学和测量科学研究院突破传统线性关 系 指出导水裂隙和采厚成平方根关系 实质上 对煤层底板突水问题的研究与岩体水 力学问题的研究密不可分 1974 年 LoulS 根据钻孔抽水实验 得到了裂隙中水的渗透系 数和法向地应力之间服从指数关系 2 以后德国的 Erichsen 又从裂隙岩体的剪切变形分析出 发建立了渗流和应力之间的祸合关系 1986 年 oda 用裂隙几何张量统一表达了岩体渗流 与变形之间的关系 3 1992 年 DerekElsworth 将似双重介质岩石格架的位移转移到裂隙上 再根据裂隙渗流服从立方定理的关系 建立渗流场计算的固一液祸合模型 并开发了有 限元计算程序 4 8 目前 在矿井水害研究方面 澳大利亚有些学者主要从事地下水运移数学模型的建 立 1 2 2 国内国内水文地质发展现状水文地质发展现状 我国华东 华北 东北平原地区的煤系地层普遍被第四纪含水松散层 古近纪 新 近纪覆盖 淮南 潘集 淮北 皖北 枣庄 兖州 淄博 龙口 大屯 苏南 焦作 郑州 邯郸 峰峰 邢台 开滦 沈北 沈南 梅河 鹤岗 石嘴山等矿区 都有水体 下采煤及顶板突水问题 因此 对顶板水进行有效地防治 在我国煤炭行业的发展中起 着至关重要的作用 9 从顶板水的防治角度出发 主要考虑两种情况 一是上覆水体 或强含水层 水量 大 压力高 开采活动不能波及 此时顶板水以防为主 防止上覆水体大量涌入井下 二是顶板突水量不太大并且矿井排水能力及相应措施满足要求 此时顶板水防治先预计 突水量 然后根据突水量大小设计实施排水工程 制定防治水措施 避免顶板水在工作 面产生积聚而影响正常生产 10 矿井顶板水的防治需要做好以下几点 对煤层顶板突水因素进行分析和预测 留设防水煤 岩 柱 对顶板水进行超前疏干 注浆截流 改变采煤技术 根据 防治水的 预测预报 有疑必探 先探后掘 先治后采 的原则 坚持 防 堵 疏 排 截 5 项综合治理措施 建立全方位的安全监控体系和相应的安全保障系统 做到有 效预测 及时救援 尽可能降低顶板突水造成的损失 11 14 经过长期的工作实践和理论认识 我国在矿井水害防治方面 已有了比较成熟的技 术和措施 如疏干降压 帷幕截流 带压开采 坑内防排水 注浆堵水 突水预测和探 放水等 众多的矿井水研究者已经提出和使用了各具特色的顶板水防治理论 如丰城矿 务局的陈福生等利用高抽巷疏放顶板水 利用瓦斯预抽的高抽巷疏放顶板含水层 以解 决水体下被压煤层的安全开采 15 淮北矿业集团的张立标等采用 大井法 使顶板含水 层的水位降至其底板 相邻区段煤层顶板含水层水同时被疏放 为工作面采掘生产消除 了隐患 达到防治水的目的 16 河南煤业化工集团等大马会华等创新性的用建筑垃圾粉 中国矿业大学 2014 本科生毕业论文 第 2 页 来控制顶板富含水层突水 既使得顶板水得到控制 改善了掘进面工作环境 提高了掘 进进尺 保证采掘接替和矿井安全 同时又极大地降低了注浆成本 17 安科技学院的毛 明仓采用矿井直流电法探测顶板构造水技术 探测煤矿工作面顶板隔水层厚度 隔水层 内潜在突水通道的空间位置及含水层富水性分布规律 该技术能科学地指导顶板水害防 治工作 保障煤矿生产安全 18 21 1 2 3 影响矿井水文因素的研究现状影响矿井水文因素的研究现状 1 矿井水文地质条件影响因素研究 对于矿井水文地质条件的研究 追其根源 其实是对本矿充水因素的研究 充水因 素分析贯穿矿井开采与开采的全过程 勘探阶段 主要根据矿井所处的自然环境及矿区 水文地质条件 初步预测采后主要充水水源和通道 为矿坑涌水量的预测提供依据 开 采阶段 充水因素分析更为具体 可结合具体开采条件解决矿井充水水源和充水通道问 题 为所采取的防治矿井充水措施提供依据 根据矿井充水水源主要有大气降水 地表水 地下水和老孔水 而充水通道有以下 几种 岩层中的裂隙与断裂带 其中的断裂带 是对矿床的涌水和突水最具威胁性的 进行通道 岩溶通道 包括可溶性岩层中的溶蚀裂隙 洞穴 地下通道等 导水的岩 溶陷落柱和岩溶天窗等 一般导水性很好 当矿山井巷揭露它们时 很容易造成井淹事 故 空隙通道 人为涌水通道 主要是指矿井开采和勘探过程中 因地下水压力和 矿山压力造成的底板裂隙而提供的矿井进水通道 22 26 2 岩溶充水研究现状 世界上许多国家如匈牙利 南斯拉夫 西班牙等 在煤矿开发中都不同程度地受到 底板岩溶水的影响 对煤矿底板岩溶水的研究己有 100 多年的历史 在底板岩体结构的 研究 探测技术及防治水措施等方面 积累了丰富的经验 早在 20 世纪初期 欧洲的一 些学者从若干次底板突水资料中认识到 只要煤层底板有隔水层 突水次数就少 突水 也小 隔水层越厚则突水次数及突水量越少 1944 年 匈牙利韦格 弗伦斯第一次提出底 板相对隔水层的概念 建立了水压 隔水层厚度与底板突水的关系 后被许多岩溶水上 采煤的国家引用 随电子工业的发展 国外岩溶探测技术有了很大进步 尤其是上世纪 80 年代以后 出现了多种类型的探测仪器 如美国 Gl 公司制造的 Petro osnde 地电探测仪 GD 公司研 制的 Es 1225 Es 2401 型多道信息增强型地震仪 美国军工生产的地质雷达 德国的 SEAMEX 85 型槽波地震仪 日本 VIC 公司研制的 GR 810 型全自动地下勘探仪等等 这些仪器能较准确地探查采前煤层底板岩溶发育特点及分布规律 超前探测构造的导水 性 并且向 无损 探测技术发展 27 29 此外 偶极电阻率法 激发极化法等也在匈牙 利 南斯拉夫等国用于探测地下含水岩层 无线电波透视法用于探测孔距 Zoom 内的岩溶 不连续面等 探测技术的发展对承压水上安全采煤作出了重大贡献 我国对矿井水害的研究己有 30 多年的历史 但主要还是在上世纪 70 年代后 由于 矿井突水事故频繁 淹井事故严重 造成了巨大的经济损失 因此 我国的科学工作者 开展了广泛的科学研究和现场测试工作 对煤矿底板突水有了较深入的认识 取得了大 量研究成果 形成了自己的特色理论 3 地表水充水研究现状 地表水是地下水的补给途径之一 直接影响到本地区的水文地质条件 中国矿业大学 2014 本科生毕业论文 第 3 页 本区地处黄河流域和海河流域分水岭地带 地表水系属黄河流域汾河水系潇河支系 区内冲沟发育 井田北部冲沟向北汇流入荣家沟后自东向西流出井田 井田南部各冲沟 向南汇入温家庄河后自东向西流出井田 汇入白马河 平常无水 汛期有洪流通过 如果没有矿区的开采 这里的地表水不会直接影响到地下水 但随着开采的日益进 行 煤炭开采会使地表产生裂缝 地面的下陷等问题 地表水会产生沿着裂缝向矿区流 动的可能性 这样不仅会使水环境遭到破坏 而且地表水不规则的流动会使矿井工作区 有水害事故的危险性 这使得对该地区洪期地表水的监控成为未来必要的工作之一 通 过文献的查找 在姚光华等研究的采煤条件下地表水的渗入特征中得到了启示 采动影 响范围内隔水层地表岩体破碎 渗透速度加快 失去隔水作用 与含水层融为统一的含 水体 从而能改变此地的地质条件 31 4 构造断裂段充水研究现状 断层是导致矿井突水的主要原因之一 有关统计资料表明 80 的矿井突水和断层 有关 断层面附近的岩体较破碎 在采动影响下 易于使构造结构面 活化 沟通导水 裂隙而导水 因此 研究断层采动活化对导水裂隙带的影响具有重要意义 长期以来 许多学者对断层采动活化做了大量研究 彭苏萍等开展了断层对顶板稳定性影响相似模 拟实验研究 分析了断层采动活化对断层及其影响范围内岩体的影响 黄炳香等采用相 似模拟实验对采场小断层区域覆岩破断规律和断层构造裂隙的演化过程进行了研究 得 出了工作面不同推进方向时采场小断层对导水裂隙高度的影响规律 胡戈等通过综放开 采过断层时顶板破坏规律的数值模拟 分析了断层倾向对导水裂隙带高度的影响 李辉 等通过数值模拟断层对导水裂隙带高度影响 结果证明有断层时导水裂隙带高度比无断 层时要高 32 35 上述研究成果在分析断层采动影响对围岩应力的分布和裂隙演化方面有重要的参考 价值 但这些都是从断层倾向 倾角及落差方面考虑 描述断层的三要素包括断层产状 落差和断至层位 因此断至层位对导水裂隙带高度的影响值得研究 5 老空积水充水研究现状 36 事故致因理论能量意外释放论认为 事故是一种不正常的或不希望的能量释放 煤 矿井下发生老空水害事故 是老空水具有的势能意外释放和因此而产生的动能 作用于 人体 物体 岩体等 造成冒顶 坍塌 物体打击 以及新的积水区造成人员淹溺等 根据能量意外释放理论 预防事故就是控制 约束能量或危险物质 防止其意外释 放 因此 防治老空水的主要技术措施是防止或查明采空区积水 安全地排放采空区积 水或采取隔离措施 以下是现行的较常用措施 查明矿井水文地质等基本情况 建立 健全矿区地下水文动态观测网 采用物探 钻探等先进的探测技术 查明矿井水源 导 水通道 水害类型等水文地质基本情况 并编制矿井综合水文地质图 矿井充水性图等 基础图纸 为布置采区巷道和采掘工作面提供技术依据 合理布置采区巷道和采掘工 作面根据矿井水文地质基本情况 特别是矿井含水层的数量 厚度 含水性和老空区积 水及钻孔封孔等情况 按照煤矿安全规程要求 合理布置采区巷道和采掘工作面 使采 区巷道和采掘工作面位置符合安全距离要求 隔断导水通道 开展安全技术论证 通 过收集查阅历史图纸资料 访问知情人员 调查核实矿井及相邻煤矿的废弃老窑情况 查明采掘工作面周边老窑 采空区 废弃巷道积水情况 分析确定顶板冒落裂隙 塌陷 边界 查清导水通道 现场勘察井田范围内采空区地表塌陷情况 查清地表与井下的水 中国矿业大学 2014 本科生毕业论文 第 4 页 力联系情况 并制定防治水技术措施 防止沟通邻近积水体 确保安全开采 采用物 探技术 选用矿井直流电法 矿井直流电透视法 矿井无线电波透视法 又称坑透法 等 物探技术 探测矿井裂隙带 含水构造 采空区积水等情况 模清矿井水文地质情况 特别是采空区的积水情况 为组织采掘活动提供依据 探水线的确定 探水线 即开 始探水的边界线 矿井水文地质规程规定 积水老空区探水线 警戒线 是采掘工程平面 图上标注的积水区及其最洼点的具体位置和积水外缘标高 向外推 60m 所划定的积水老 空区的警戒线 工作面进入积水警戒线后 必须超前探放水 并在距积水实际边界 20m 处停止采掘作业 进行打钻放水 在确认积水已被基本放净后 方可继续进行采掘作业 但在实践过程中 有的煤矿根据在老空积水区边界位置准确 水压不超过 1MPa 的情况下 探水线至积水区的最小距离 煤层中不小于 30m 岩层中不小于 20m 确定探水线 且 取下限值 这是不可靠的 因为在现有手段下 对冒落带和导水裂隙带最大高度的计算 因受地质条件变化等响 得出的数据不很精确 对采空区的测量 填图等 由于受时空 变化和计算时比例尺换算等因素影响 其采空区的边界位置 尤其是最洼地很难准确描 述 必须根据实际情况合理调整确定探水线 超前距的确定一般情况下 从探水线开 始向前方打钻探水 一次打透积水区的情况较少 多数采用 探水 掘进 探水 循环 方式进行 为了确保安全 探水过程中 探水钻孔的终孔位置应始终保持超前掘进工作 面一段距离 这段距离简称超前距 经探水后 证明无水害威胁 可以安全采掘的长度 称为允许采掘距离 煤矿水害事故教训证明 实践工作中 有的凭经验超前距取 10 2m 薄煤层不少于 8m 是不可取的 1 2 4 煤矿区水文地质勘查评价发展趋势煤矿区水文地质勘查评价发展趋势 37 41 1 加强调查与研究相结合 世界各国都非常重视资源环境地质调查工作 在查明工程 经济活动与地质环境质量 之间相互作用的基础上 研究其发展趋势与作用程度 从而能大大增强水工环地质工作 在矿区建设中的作用 2 水资源管理与水环境调查相结合 水文地质 环境地质综合勘查调查评价是煤炭持续稳定发展的需要 也是技术发展之 趋势 既要考虑资源的充分利用 也要考虑开发后可能产生的环境后果 矿井水资源化 及地表地下水联合调度是解决或缓解煤矿区水资源矛盾的有效途径 这对于水资源紧张 环境脆弱的矿区尤其重要 3 进一步加强煤矿防治水研究 随着中 东部煤矿上组煤炭资源的减少 开发利用储量丰富的下组煤已成为很现实的 问题 而下组煤的开采除了其他的矿井工程地质问题以外 最主要的障碍就是距离下组 煤几十米的深部高压岩溶水的突水威胁 做好矿床水文地质勘查 特别是充水水源和通 道的勘查研究 是保障煤矿持续安全生产 制定矿井水防治的重要前提 4 开展以矿区为范围的环境地质评价 由于我国地域辽阔 50 余年的矿业开发积累的矿山环境问题复杂而又严重 仅进行 小范围的矿山环境地质调查评价工作 很难满足煤矿山环境规划和恢复治理的需要 应 进一步开展以矿区为范围的大比例尺的煤矿山环境地质调查评价工作 5 地质灾害调查与灾害监测相结合 地质灾害调查是了解过去发生过的灾情 掌握地质灾害的环境信息 灾害监测是记录 中国矿业大学 2014 本科生毕业论文 第 5 页 现在地质灾害的发生 发展的动态变化 两者结合会大大提高地质灾害的预测 预报准 确度 更有利于灾害的防治和地质环境的保护 这在经济开发区 城市区和大型工程建 设地区 如煤矿区 尤为重要 这是国内外水工环工作发展的又一趋势 1 2 5 以往矿井水文地质勘探工作以往矿井水文地质勘探工作 本矿的矿井水文地质工作由专人负责 对井下各出水点以及上覆煤层的采空区进行 调查建帐 井下水文地质观测 对于巷道和回采工作面 有出水的地点 进行观测和登记 并 在图上标注记录 在正常生产过程中 分析充水因素 在可能涌水地段加强探放水工作 本区矿井的水害 主要是上覆煤层的采空区积水和 K4 K3 K2灰岩水 凡是属于低凹地 区 均要考虑防水 对这些地区均要进行调查观测 在采空区下掘进和回采 必须严格 按照保安规程制定安全开采措施 或探放水后再采 矿井涌水量测量工作 由本矿地质技术人员 采用有效水泵功率法 不定期对矿井 涌水量进行观测 涌水量统计资料表明 矿井 1 4 月份枯水期涌水量 16m3 h 6 8 月份丰 水期涌水量 20m3 h 9 12 月份平水期涌水量 17 5m3 h 2010 年 8 月 山西地科勘察有限公司 编制了 山西潞安集团和顺李阳煤业有限公司 采空区积水 积气及火区调查报告 该报告对井田内及周边煤矿采空区积水积气情况进 行了比较详细的调查 并用有关公式对井田及周边煤矿采空区的积水量进行了估算 成 果较为可靠 水文地质工作主要存在的问题 没有碎屑岩类裂隙含水岩组 碎屑岩夹碳酸盐岩类 裂隙含水岩组 碳酸盐岩类岩溶裂隙含水岩组地下水三年以上动态观测资料 井田内外 采空区积水动态长观测资料 地表洪水长观量 大气降水在各个地层的入渗量 或入渗 系数 等 1 3 研究内容和方法 1 3 1 研究内容研究内容 本课题通过对李阳煤矿地质 水文地质条件进行分析 确定了构造破碎带的位置 规模 性质 产状 充填与胶结程度 富水性和导水性及其变化 沟通各含水层以及地 表水的程度 介绍邻近生产矿井水文地质特征 评价矿井充水因素 预算开采地段内涌 水量 预测开采过程中发生突水的可能性及地段 评述开采后水文地质 工程地质和环 境地质条件的可能变化 评价矿井水的利用可能性及途径 为矿井防治水工作的有效进 行提供了基础 提出适合本矿井防治水措施或者技术建议 具体研究内容如下 1 李阳煤矿井田的水文地质条件 2 李阳煤矿矿井涌水特征及其影响因素分析 3 李阳煤矿矿井水害特征及其成因分析 4 李阳煤矿矿井水害防治措施 1 3 2 研究研究方案及方案及技术路线技术路线 通过资料收集与整理 相关理论对比分析等方法 对李阳煤矿水文地质预测研究 1 资料收集与整理 中国矿业大学 2014 本科生毕业论文 第 6 页 在研究前期 通过收集水文地质条件 涌水量等资料 特别是与李阳煤矿水文地质特 征相关的资料 从而为下一步的研究设计 打下坚实的基础 2 相关理论对比分析 在对收集到的资料进行细致分析总结的基础上 对李阳煤矿水文地质特征应达到了解 水平 结合李阳煤矿实际地质情况应对大体的设计方法与方向有大致的认识 通过对李 阳煤矿水文地质特征 涌水量等理论学习并应用的基础上 从而从理论上对李阳煤矿水 文地质特征有一个整体的把握 3 综合分析与应用 在进行完资料收集 整理和相关理论分析之后 先由整体的地质特征分析 到局部具 体的李阳煤矿区块进行水文地质特征研究分析 即需对李阳煤矿区域水文地质条件和矿 井水文地质条件 矿井的水害类型等做出明确鉴定 从而较切实的对李阳煤矿水文地质 进行分析 中国矿业大学 2014 本科生毕业论文 第 7 页 2 研究区区域地质背景 2 1 自然地理与地形 2 1 1 地理位置和交通地理位置和交通 山西潞安集团和顺李阳煤业有限公司位于沁水煤田阳泉煤炭国家规划区东南部 和 顺县城东北约 10km 的李阳镇温源村 三奇村 北李阳村一带 行政区划隶属于和顺县李 阳镇管辖 其地理坐标为 东经 113 34 51 113 38 24 北纬 37 22 07 37 25 24 井田位于和顺县城东北约 10km 处 井田中部有阳 泉 涉 县 铁路通过 泊里煤运站就设在井田之内 向北 65km 可抵石太线阳泉站 南行百余公里可至涉县 向 东到邯郸转接京广线 亦有阳 泉 黎 城 207 国道通过 并穿过井田 井田东侧有界李 公路通过 并穿过井田 西距榆次市 131km 东离邢台市 147km 向南 55km 可达左权县 城 均有公路网相连 交通运输条件较为便利 见图 2 1 图 2 1 交通位置图 2 1 2 地形地貌特征地形地貌特征 本井田地处太行山西麓 属剥蚀低中山丘陵地形 总观井田地形态 由李阳 三奇 蟒玉三条河流将全井田分割为五块山区 李阳河以北 沟谷深切 梁峁绵延 地形较为 复杂 南中部则因三条河床长期冲蚀与淤积 地形略显开阔平坦 位于开阔带之东西两 侧 则又成山区遥对相望 地形最高点位于蟒玉河南侧的主峰上 标高 1527 7m 地形最 低点则位于井田西侧的李阳河床中 标高 1259 8m 最大相对高差为 269 9m 山体总体 走向以东西为主 山顶呈浑圆状 坡角 15 25 地表被大面积为第三 四系松散层所 覆盖 2 1 3 水文水文 中国矿业大学 2014 本科生毕业论文 第 8 页 井田属海河流域的松溪河水系 井田内发育有三条河流 均为季节性河流 其中李 阳河为井田内主要河流 属海河流域 子牙河水系上游支流 发源于井田以东神掌洼山 由东向西流入井田 最大流量 0 19m3 s 正常流量 0 04 m3 s 旱季干涸无水 蟒玉河属李 阳河支流 由南向北于三奇村前分别汇入李阳河 转向西北方向 流至石岩坪与石勒河 汇合后向北流入昔阳县境内 2 1 4 气象气象 和顺县地处高寒山区 气温比同纬度太原盆地区域偏低较多 属北暖温带大陆性季 风气候 其气候特点是冬春干旱少雪多风 夏秋温和多雨 秋季气候凉爽 冬季寒冷少 雪 全年夏短冬长 根据和顺县气象站 2001 2009 年观测资料 主要气象要素特征如下 1 降水量 多年平均降水量为 537 5mm 2002 年最大为 697 7mm 2004 年最小 为 429 4mm 降水量年内差异悬殊 主要集中在 7 8 9 三个月 占年总降水量的 60 历年 11 月初至次年 4 月中旬为降雪期 2 蒸发量 多年平均蒸发量为 1548 0mm 2009 年最大为 1588 1mm 2003 年最 小为 1348 3mm 3 气温 多年平均气温 7 5 其中 1 月分最低 平均 8 4 7 月分最高为 19 9 极端最高气温 35 8 极端最低气温为 32 1 4 气压 多年平均气压 874 4hpa 2003 年最高为 874 8hpa 2009 年最低为 873 5hpa 5 霜期 全年无霜期平均为 132 天 平均初霜期始于 9 月 最早 9 月 2 日 最迟 10 月 13 日 平均终霜期在 5 月中旬 最早 4 月 14 日 最迟 6 月 4 日 6 风速 年主导风向为西南风 冬季多西风 夏季多西南风 多年平均风速为 2 02m s 2006 年风速最大为 2 3 m s 2009 年风速最小为 1 8m s 7 其他 全年平均相对湿度 63 最大冻土深度 110cm 10cm 深土壤冻结始于 11 月 27 日 解冻日期平均为 3 月 11 日 2 1 5 地震地震 根据山西地震局资料 按照 中国地震动参数区划图 GB18306 2001 本井田对应 的地震基本烈度为 度 地震动峰值加速度为 0 1 0 15g 属多震区 据历史资料及和顺 地震站记录 历年发生较大地震有 康熙六十年 1721 年 地震有声 雍正八年 1730 年 地震 宣统元年二月初二 1909 年 2 月 21 日 地震有声 房屋不固者多倾颓 震中为北 纬 37 24 东经 113 36 震级 5 0 级 1967 年 9 月 26 日 震级 4 5 级 烈度 级弱 震中为北纬 37 25 东经 113 47 1971 年 4 月 23 日至 1974 年 12 月 5 日的地震活动频繁 震次 包括微震 1100 余 次 持续 4 年之久 最大震级是 1971 年 6 月 5 日为 4 4 级 烈度 级强 级弱 震中 位置北纬 37 27 东经 113 16 2 2 地层特征 中国矿业大学 2014 本科生毕业论文 第 9 页 2 2 1 区域地层区域地层 井田位于沁水煤田东北部边缘 太行山中南段西翼 和顺普查勘探区北段 区域地层 自东而西由老至新为 太古界赞皇群 元古界滹沱群 古生界震旦系 寒武系 奥陶系 石炭系 二叠系 中生界三叠系 新生界第三系及第四系地层 区域地层详见表 2 1 表 2 1 区域地层简表 地地 层层 单单 位位 界界系系统统组组 厚厚 度度 m 地地 层层 特特 征征分分布布区区域域及及特特点点 沉沉 积积 相相 第 四 系 Q 0 80 为土黄色粘土 亚粘土及 砂和砾石 区内广为分布 新 生 界 KZ 新 近 系 N 0 25 棕红色粘土及砂质粘土 粘土中含有锰铁质 钙质 结核 底部为砾石 主要出露在冲 沟两侧 上 统 T3 延 长 组 T3y 30 138 浅肉红色 灰绿色砂岩 泥岩夹透镜状淡水灰岩 铜 川 组 T2t 一般300 为一套浅肉红色 灰白色 砂岩及灰绿色 灰紫色泥 质岩 中 统 T2 二马营组 T2cr 一般349 上部为灰黄 黄绿色砂岩 夹棕红色泥岩 底部为一 层灰绿色细砂岩夹透镜状 砾岩 和尚沟组 T1h 131 350 紫红色泥岩夹灰紫色砂岩 及砾石 中 生 界 MZ 三 叠 系 T 下 统 T1 刘家沟组 T1l 350 527 浅灰红色砂岩夹紫红色泥 质岩及砾岩 出露于图幅和 顺县城西北部 外围 上 统 P3 孙家沟组 P3s 122 71 162 65 由灰紫色 紫红色砂岩 泥岩组成 顶部夹淡水灰 岩薄层及透镜体 上石盒子组 P2s 411 86 467 43 由灰绿色 灰白色砂岩 黄绿色 紫红色泥质岩组 成 顶部夹燧石条带 古 生 界 Pz 二 叠 系 P 中 统 P2 P 2 下石盒子组 P1x 90 51 148 77 由黄褐色 灰绿色砂岩夹 泥岩组成 上部夹锰铁矿 层 下部偶夹薄煤层 本区内西部广 泛分布 陆 相 中国矿业大学 2014 本科生毕业论文 第 10 页 山 西 组 P1s 40 100 由灰色 灰白色砂岩 灰 黑色泥质岩及煤层组成 过 渡 相 下 统 P1 太原组 C2 P1t 90 150 为一套砂岩 泥岩 石灰 岩及煤层组成的含煤沉积 建造 由煤层及其顶板石 灰岩 北部层数多 南部 少 频频出现而显出典型 特征 海陆 交互 相 地地 层层 单单 位位 界界系系统统组组 厚厚 度度 m 地地 层层 特特 征征分分布布区区域域及及特特点点 沉沉 积积 相相 太原组 C2 P1t 90 150 为一套砂岩 泥岩 石灰岩 及煤层组成的含煤沉积建造 由煤层及其顶板石灰岩 北 部层数多 南部少 频频出 现而显出典型特征 主要分布在207 国道两侧及本 区西部 海陆 交互 相 石 炭 系 C 上 统 C2 本溪组 C2b 13 21 33 98 上部为泥质岩夹薄层砂岩及 灰岩透镜体和不稳定薄煤层 中下部为铝质岩及山西式铁 矿 北中 部海 陆交 互相 峰峰组 O2f 80 190 顶部为中厚层质纯石灰岩 上部为豹皮状灰岩 白云质 灰岩 下部为砾状泥灰岩 泥灰岩 含石膏 上马家 沟组 O2s 176 308 由角砾状泥灰岩 泥质灰岩 白云质泥灰岩 豹皮状灰岩 石灰岩组成 中部夹少量燧 石及团块 中 统 O2 下马家 沟组 O2x 37 213 由角砾状泥灰岩 石灰岩组 成 底部为稳定的黄绿色钙 质页岩和薄层状泥质灰岩 称 贾汪页岩 主要出露在207 国道以东广大 地区 陆表海 奥 陶 系 O 下 统 O1 101 122 为一套白云岩沉积 顶部普 遍有一层燧石层 咸化 泻湖 相 上 统 3 142 178 中 统 2 228 308 古 生 界 Pz 寒 武 系 下 统 1 62 106 由砾石 砂岩 页岩 泥灰 岩 鲕状灰岩 竹叶灰岩 白云岩等组成 含丰富的三 叶虫化石 底部为含砾砂岩 主要分布在和 顺县中东部地区 浅海相 中国矿业大学 2014 本科生毕业论文 第 11 页 续表 2 1 区域地层简表 2 2 2 区域构造区域构造 井田位于太行隆起及高平 长治 泽城 昔阳皋落断褶带的西翼 受区域构造的控 制 地层走向总体显示为北北东 倾向北西西 区内地层平缓 倾角一般 6 12 在勘探 区东北部及西部二 三叠系泥岩与巨厚砂岩接壤带 由于受泽城 皋落断褶带和沁水拗 陷包括左权右匣一团壁断褶带影响迁就 倾角在 20 左右 最大达 35 以上 详见区域构 造见图 2 2 从区域构造形迹的展露看 南部较北部简单 西部较东部简单 东部断褶并存 西 部主要为宽缓 稀少的长轴褶曲 断层和褶曲走向基本平行地层走向 属典型的新华夏 系构造 但亦有少数北西 北东东 近南北或东西向短轴褶曲和小断层 受区域断褶带 和沁水拗陷的影响 背斜一般东缓西陡 向斜一般东陡西缓 断裂一般为张性和压扭性 正断层 另外 在浅部地区陷落比较发育 现分述如下 1 褶曲 区域内褶曲构造较发育 从宏观上看呈左斜列展布 区内延伸最长可达 10km 2 断层 区域东北部和东部断层比较发育 较大断层集中在东北部 西部则断层稀少 除西 南角外几乎没有断层 主要断层的走向为北北东向 极个别小断层为北北西 北北东或 近东西向 且多为平行排列的正断层 3 落柱 区域内陷落柱发育 多集中在东北部褶曲和断裂较发育地带 出露形态多为椭圆形 及近似圆形 少数为不规则 直径最小为 15m 最大 345m 一般为 20 70m 陷壁角 55 85 一般 80 左右 最新围岩为刘家沟组 4 节理 区域内节理较发育 基本上分为四种两套的 X 型节理 一套为北北东与北北西 另一套为北北西与北北东 两套节理互相切割 反映出本区受过多次构造应力作用 上 元 古 界 Ptz 震 旦 系 Z 下 统 Z1 1235m 广泛超覆于太古界之上 由 较厚的石英砂岩 石英岩状 砂岩及含有铁 磷 钾的细 碎屑岩及火山熔岩组成 分布在和顺县 东部太行背斜 西冀 海滨 浅海 相 元 古 界 Pt 滹沱群 Ptlht 大于350m 由灰色砂砾岩 砾岩 长石 石英粗砂岩及灰 灰黄色含石 榴石绢云母岩 石榴角闪绿 泥片岩 十字绢云母片岩等 组成 零星出露于明 水掌 前虎峪 前东峪等地 太 古 界 Ar 赞皇群 Az 4500m 左右 由黑云母斜长片麻岩 角闪 斜长片麻岩夹斜长角闪岩 白云石大理岩等组成 出露于左权县 粟城 黎城县西 井和河北省邢 台县浆水 路 罗以及沙河县 蟑房一带 变质岩 中国矿业大学 2014 本科生毕业论文 第 12 页 图 2 2 区域地质构造岗要图 据李阳煤矿生产地质报告 2001 2 3 井田地质概况 井田位于沁水煤田的东北边缘 李阳煤矿 精查 南部 地层总体呈走向北东 南西 倾向为北西的单斜构造 并伴有宽缓的向 背斜构造 地层倾角平缓 一般在 5 13 之间变化 局部受断层影响 可达 18 研究区周边矿井分布 如图 2 3 所示 中国矿业大学 2014 本科生毕业论文 第 13 页 图 2 3 研究区周边矿井分布图 2 4 区域含煤地层 井田内主要含煤地层为二叠系下统山西组和石炭系上统太原组 其中太原组地层平 均厚度 125 18m 煤层总厚 11 61m 含煤系数 9 27 主要含煤 8 层 自上而下编号为 8上 8 9 11 12 13 14 15 号煤层 其中 8 号煤层为不稳定的局部可采煤层 9 号 煤层为较稳定的大部可采煤层 14 号煤层为不稳定的局部可采煤层 15 号煤层为全区稳 定可采煤层 其余煤层均为不可采煤层 山西组地层平均厚度 74 78m 含煤 4 层 自上 而下编号为 1 2 3 6 号煤层 均为不可采煤层 不具工业价值 根据李阳煤矿精查资料 结合煤矿生产揭露情况将可采煤层情况汇总见表 2 2 中国矿业大学 2014 本科生毕业论文 第 14 页 表 2 2 可采煤层特征一览表 2 5 井田地质构造特征 井田内地层总体呈走向北东 南西 倾向为北西的单斜构造 并伴有宽缓的向 背 斜构造 地层倾角平缓 一般在 5 13 之间变化 局部受断层影响 可达 18 现 将井田内和井田外围附近的主要构造 有影响的构造 小型的 影响不大的构造就不一 一叙述 分述如下 详见图 2 4 构造纲要图 煤层 编号 见煤点厚度 最小 最大 平均 m 煤层结 夹矸层数 煤层间距 最小 最大 平均 m 顶板 岩性 底板 岩性 稳定性可采性 8 0 20 3 55 2 01 较简单 0 2 泥岩 砂质 泥岩 砂岩 砂质 泥岩 泥岩 砂岩 不稳定 局部 可采 9 0 50 3 00 1 54 简单 0 1 泥岩 砂质 泥岩 砂质 泥岩 泥岩 较稳定 大部 可采 14 0 1 10 0 79 简单 0 石灰 岩 泥岩 砂质 泥岩 不稳定 局部 可采 15 4 65 8 60 5 76 较简单 0 3 5 90 14 50 9 50 47 64 53 50 50 24 12 66 19 00 13 76 泥岩 砂质 泥岩 砂质 泥岩 泥岩 稳定 全区 可采 中国矿业大学 2014 本科生毕业论文 第 15 页 图 2 4 李阳井