郭二庄一坑矿井水文地质类型研究

中国地质大学（武汉）远程与继续教育学院毕业设计（论文）远程与继续教育学院本科毕业论文（设计）题目：郭二庄一坑矿井水文地质类型研究 学习中心： 内蒙古学习中心 学 号： 090F2913306 姓 名： 万红梅 专 业： 资源勘查工程 指导教师： 谢继华 2015 年 08 月 30 日 中国地质大学（武汉）远程与继续教育学院本科毕业论文（设计）指导教师指导意见表学生姓名： 万红梅 学号： 090F2913306 专业： 资源勘查工程 毕业设计（论文）题目： 郭二庄一坑矿井水文地质类型研究 指导教师意见：（请对论文的学术水平做出简要评述。包括选题意义；文献资料的掌握；所用资料、实验结果和计算数据的可靠性；写作规范和逻辑性；文献引用的规范性等。还须明确指出论文中存在的问题和不足之处。） 论文郭二庄一坑为研究对象，采用模糊数学综合评判法对矿井水文地质类型进行了研究。对水层水位、水质、各含水层之间的水力联系进行了论述，并对矿井充水条件、充水通道进行了分析，对矿井防治水工作有一定的指导意义。论文写作规范、逻辑性强，图表数据丰富详实，达到了本科毕业论文的水平和要求。不足之处：论文排版还完善。例如目录字号、二级标题格式、图表标注等处不规范。指导教师结论： 合格 （合格、不合格）指导教师姓名谢继华所在单位满洲里扎矿电大指导时间2015-8-31中国地质大学（武汉）远程与继续教育学院 本科毕业设计（论文）评阅教师评阅意见表 学生姓名： 万红梅 学号：090F2913306 专业： 资源勘查工程 毕业设计（论文）题目： 郭二庄一坑矿井水文地质类型研究 评阅意见：（请对论文的学术水平做出简要评述。包括选题意义；文献资料的掌握；所用资料、实验结果和计算数据的可靠性；写作规范和逻辑性；文献引用的规范性等。还须明确指出论文中存在的问题和不足之处。）论文通过简要介绍郭二庄一坑矿井的地质条件，综合区域水文地质条件，通过数学综合评判法确定2#煤水文地质综合评价属于中等等级（），并初步对矿井充水条件、充水通道进行了分析，对矿井防治水工作有一定的指导意义。全文结构较为完整，层次清晰，语言较流畅，然而，论文格式有待规范，如目录字号、地层代号的书写方式等。摘要对于论文的研究思路、研究方法及结论未进行较好的概述。对于模糊数学评判方法中的评价指标和指标权重的研究有待加强，对于评价结果应在已知区域进行验证其合理性。修改意见：（针对上面提出的问题和不足之处提出具体修改意见。评阅成绩合格，并可不用修改直接参加答辩的不必填此意见。）1）完善论文格式；2）补充完善论文摘要毕业设计（论文）评阅成绩 （百分制）： 70 评阅结论： 同意答辩 （同意答辩、不同意答辩、修改后答辩）评阅人姓名毕诗健所在单位资源学院评阅时间2015-10-12论文原创性声明本人郑重声明：本人所呈交的本科毕业论文郭二庄一坑矿井水文地质类型的研究，是本人在导师的指导下独立进行研究工作所取得的成果。论文中引用他人的文献、资料均已明确注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果及使用过的材料。对论文的完成提供过帮助的有关人员已在文中说明并致以谢意。本人所呈交的本科毕业论文没有违反学术道德和学术规范，没有侵权行为，并愿意承担由此而产生的法律责任和法律后果。 论文作者（签字）：万红梅 日期：2015年08月30日iv摘 要矿井水文地质类型是对矿井地质、水文地质条件的高度概括，是矿井防治水方案制定、煤矿中长期发展规划、煤矿进行改建、扩建、技术改造的依据。自20世纪90年代初对矿井水文地质类型划分至今已有近27年，主要划分依据为原煤炭部1984年颁发的矿井水文地质规程（试行）1 。目前矿井开采环境发生了明显的变化。主要表现在开采煤层的深度加大、受水害威胁程度增大、矿井防治水工作难度增加，其根本原因是矿井地质、水文地质条件的复杂性和不确定性。模糊数学综合评判法在矿井水文地质评价中越来越多的为水文地质工作者所采用，本文通过对郭二庄一坑2#煤层水文地质研究，利用模糊数学法，有着较为详细的资料，最终确定其水文地质类型。关键词： 1、矿井 2、水文地质 3、模糊数学 4、郭二庄一坑 目 录一、绪论.1（一）进行重新划分矿井水文地质类型的必要性.1（二）矿井水文地质类型划分依据.1（三）矿井水文地质类型划分方法的确定.2二、模糊综合评判法.4（一）指标体系的建立.4（二）评价指标的分级及分级标准.6（三）建立评价模型.6（四）评价指标权重的确定.6（五）隶属度的确定.7三、矿井及井田的概况.9（一）井田位置及交通.9（二）井田范围.9（三）地形地貌.10（四）气象、水文.10（五）矿井的生产建设情况.10（六）矿井排水设施能力现状.11四、以往地质、水文地质工作.12五、矿井地质条件.14（一）地层.14 （二）构造.18（三）火成岩.19六、区域水文地质条件.21（一）区域水文地质条件概述.21（二）区域地下水的补给、径流、排泄条件.21七、矿井水文地质条件.23（一）含水层.23（二）隔水层.24（三）矿井充水条件.25（四）井田及周边地区老窑水分布情况.26（五）矿井充水状况.27（六）对矿井开采受水害影响程度和防治水工作难易程度评价.29（七）2#煤水文地质类型综合评价.31八、结论.34 致谢.35 参考文献.36 7中国地质大学（武汉）远程与继续教育学院毕业设计（论文）一、绪论（一）进行重新划分矿井水文地质类型的必要性受勘探程度的制约，原井田地质、水文地质条件分析都与实际揭露情况有一定的出入，致使原矿井水文地质类型划分结果与实际情况也会有一定的偏差，已难以满足矿井防治水工作的需要。矿井水文地质类型重新划分的必要性主要体现在以下三个方面：1、重新划分矿井水文地质类型是国家安全总局的要求国家安全总局依据我国煤矿企业面临的日趋严峻的水害问题，结合新实施的煤矿防治水规定，作出的重新划分矿井水文地质类型的要求，旨在为矿井防治水工作指明明确的方向2。2、重新划分矿井水文地质类型是煤矿防水规定的要求新颁布实施的煤矿防水规定综合考虑矿井受采掘破坏或者影响的含水层及水体、矿井及周边老空水分布状况、矿井涌水量或者突水量分布规律、矿井开采受水害影响程度以及防治水工作难易程度，将矿井水文地质类型同样划分为简单、中等、复杂、极复杂等4种类型3。但在原矿井水文地质规程基础上增加了单位涌水量和突水量两项定量指标和矿井及周边老空水分布状况一项定性指标。及煤矿防水规定评定标准发生了明显的变化，需要重新划分。3、重新划分矿井水文地质类型是矿井安全生产的需求矿井水文地质类型重新认定，可以为矿井防治水工作指明总体方向，是矿井安全生产的需求。（二）矿井水文地质类型划分依据矿井水文地质类型划分依据为煤矿防水规定中的相关要求，参见表1-1（煤矿防水规定）。38表1-1 矿井水文地质类型分类依据 类 别简单中等复杂极复杂受采掘破坏或影响的含水层及水体含水层性质及补给条件受采掘破坏或影响的孔隙、裂隙、岩溶含水层，补给条件差，补给来源少或极少受采掘破坏或影响的孔隙、裂隙、岩溶含水层，补给条件一般，有一定的补给水源受采掘破坏或影响的主要是岩溶含水层、厚层砂砾石含水层、老空水、地表水，其补给条件好，补给水源充沛受采掘破坏或影响的是岩溶含水层、老空水、地表水，其补给条件很好，补给来源极其充沛，地表泄水条件差单位涌水量q（Ls-1m-1）q0.10.1q1.01.0q5.0q5.0矿井及周边老空水分布状况无老空积水存在少量老空积水，位置、范围、积水量清楚存在少量老空积水，位置、范围、积水量不清楚存在大量老空积水，位置、范围、积水量不清楚矿井涌水量（m3h-1）正常Q1最大Q2Q1180（西北地区Q190）Q2300（西北地区Q2210）180Q1600（西北地区90Q1180）300Q21 200（西北地区210Q2600）600Q12 100（西北地区180Q11 200）1 200Q23 000（西北地区600Q22 100）Q12 100（西北地区Q11 200）Q23 000（西北地区Q22 100）突水量Q3（m3h-1）无Q3600600Q31 800Q31 800开采受水害影响程度采掘工程不受水害影响矿井偶有突水，采掘工程受水害影响，但不威胁矿井安全矿井时有突水，采掘工程、矿井安全受水害威胁矿井突水频繁，采掘工程、矿井安全受水害严重威胁防治水工作难易程度防治水工作简单防治水工作简单或易于进行防治水工程量较大，难度较高防治水工程量大，难度高注： 单位涌水量以井田主要充水含水层中有代表性的为准。 在单位涌水量q，矿井涌水量Q1、Q2和矿井突水量Q3中，以最大值作为分类依据。 同一井田煤层较多，且水文地质条件变化较大时，应当分煤层进行矿井水文地质类型划分。 按分类依据就高不就低的原则，确定矿井水文地质类型。（三）矿井水文地质类型划分方法的确定煤矿防治水规定中的分类标准中共规定了受采掘破坏或影响的含水层及水体、矿井及周边老空水分布情况、矿井涌水量、突水量、开采受水害危险程度、防治水工作难易程度这6项分类依据，但其中受采掘破坏或影响的含水层及水体、矿井及周边老空水分布情况、开采受水害危险程度、防治水工作难易程度这4项指标为定性指标。在矿井水文地质类型分析中，无论是定性指标还是定量指标，均是模糊概念的特点，采用简单的确定性方法，不可能做出科学划分的实际情况，从而采用模糊数学综合评判的数学方法处理这种带有模糊现象的问题。二、模糊综合评判法模糊综合评判法是一种应用模糊数学原理对多种因素影响的事物或现象进行综合评价的方法，实际上是在约束条件下的多目标决策的模糊数学研究方法，其过程是通过模糊变换完成的 4。运用模糊综合评判法的步骤见图2-1。开始调入分类数据文件计算A矩阵计算R矩阵综合评判显示原始数据及结果结束图2-1 矿井水文地质条件分类多级模糊综合评判程序图框（一）指标体系的建立影响水文地质分类的因素很多,根据选取评价指标的原则,采取目标分析法建立评价指标系,分3层结构:第一层为基础目标层(C),第二层为类指标层(B),第三层为目标层(A)。选取了16个评价指标，构造了综合评价指标体系。该体系包括含水层性质及补给条件、单位涌水量、矿井及周边老空水分布情况、矿井突水量、矿井涌水量、开采受水害威胁程度及防治水工作难易程度。见图2-2。矿井水文地质类型综合指数A含水层性质及补给条件B1矿井及周边老空水分布情况B2开采受水害威胁程度B5防治水工作难易程度B6防治水工作量较大C14防治水难度较大C15突水通道类型C16井田边界条件C1充水含水层性质C2含水层厚度C3渗透系数C4单位涌水量C5矿井涌水量m3/h B3矿井突水量m3/h B4煤层与顶板强含水层距离C11陷落柱发育情况C13煤层与底板强含水层距离C12淹井危险程度C9突水系数C10矿井及周边老空水分布情况C6矿井涌水量C7矿井突水量C8图2-2 矿井水文地质条件分类综合评价指标体系5（二）评价指标的分级和分级标准矿井水文地质分类评价分级标准，是根据对矿井水文地质条件分析的结果和丰富经验的专家对矿井具体认识综合决定的。（三）建立评价模型6设U=（u1,u2,um）为评价因素集,V=（v1,v2,vm）为矿井水文地质类型集。评价因素论域和矿井水文地质类型论域之间的模糊关系用矩阵R来表示: r11 r12 r1n（2.1）r 21 r22 r2nR= rm1 rm2 rmn式中,rij=u（ui,vi）（0rij1）表示就因素ui而言被评为vj的隶属度;矩阵R中第i行Ri=（ri1,ri2, rin）为第i个评价因素ui的单因素评判,它是V上的模糊子集。假定a1,am是评价因素u1,um的权重,并满足a1+am=1,令A=（a1,a2,am）,则A为反映了因素权重的模糊集（即权向量）。由权向量与模糊矩阵进行“合成”,得到综合隶属度B,即通过模糊集B=AR,求出模糊集B= （b1,b2,bn）（0bj1）, 。根据最大隶属度准则, 所对应的分级即为矿井水文地质类型。（四）评价指标权重的确定采取专家打分法确定权重。它是集多位专家丰富经验的判断。见表2-1。1、选定专家组。请一些对矿井水文地质类型有一定研究和认识的专家展开讨论,对影响矿井水文地质类型因素的相对重要性进行评估。2、首先对类指标层含水层性质及补给条件、矿井及周边老空水分布状况、开采受水害影响程度和防治水工作难易程度相对于目标层矿井水文地质类型打分确定权重,然后对基础指标层相对于类指标层的权重再进行打分确定权重。3、计算基础指标层的最终权重。通过基础指标层相对于类指标层的权重乘以类指标层相对于目标层的权重得到。见表2-1。表2-1 矿井水文地质分类各指标权重目标层类指标层权重基础指标层权重最终权重矿井水文地质类型含水层性质及补给条件0.3 井田边界条件0.20.06充水含水层性质0.250.075含水层厚度0.20.06渗透系数0.250.075单位涌水量0.10.03矿井及周边老空水分布情况0.2矿井及周边老空水分布情况10.2矿井涌水量0.1矿井涌水量m3/h 10.1矿井突水量0.1矿井突水量m3/h10.1开采受水害威胁程度0.2淹井危险程度0.20.04突水系数m/d0.20.04煤层与顶板强含水层距离 m0.10.02煤层与底板强含水层距离 m 0.250.05陷落柱发育情况0.250.05防治水工作难易程度0.1防治水工作量较大0.30.03防治水难度较大0.40.04突水通道类型0.30.03（五）隶属度的确定隶属度的确定实际上是单因素评判问题。评价因素根据其数据特征可分为定量因素和定性因素。定量因素的数据特征为实数,定性因素的数据特征为特征状态。对于实数型定量因素,采用直线型隶属函数来确定评价因素对质量等级的隶属度;对于特征状态的定性因素,采用专家经验法、德尔菲法等确定评价因素对矿井水文地质类型的隶属度 7。因此用模糊评判方法来评价矿井水文地质类型的关键是隶属度函数。采用线性关系确定评价指标的隶属函数。对定量评价指标,可分为正指标和逆指标两类。对于某一定量评价ui (i=1,2,m),可用下式计算各评价指标的隶属度rij,从而求得隶属度矩阵R度。当j=1时, 正指标 逆指标 1 uivi1; uivi1rij= vi2uivi1; vi1uivi2 0 uivi2; uivi2当j=2,3时, 正指标 逆指标 0 ui vij-1 ,ui vij+1 ; ui vij-1 ,u ivij+1rij= vijuivij-1; vij-1uivij （2.2） vij+1uivij vijuivij+1; 当j=4时, 正指标 逆指标 0 uivi3; uivi3rij= vi4uivi3; vi35更新统Q1-Q3洪积睡碛冲积风积20第三系中新统章武组N1z砂砾岩亚砂土亚粘土74始新统砾岩砂岩页岩夹薄层煤270中生界三叠系中统流泉组T2L黄色中细砂岩夹粉砂岩泥岩106-470下统和尚沟组T1h暗紫色细砂岩粉砂岩234刘家沟组T1L细砂岩夹同生砾石476上古生界二叠系上统石千峰组P2sh紫色细砂岩粉砂岩夹一层泥灰岩250上石盒子组P2s细砂岩粉砂岩石英砂岩。分四段500下统下石盒子组P1x杂色细中砂岩偶夹煤线30-70山西组P1s灰色粉砂岩细砂岩及煤层50-100石炭系上统太原组C3t灰色粉砂岩泥岩灰岩及煤层100-140中统本溪组C2b灰色粉砂岩铝土质泥岩夹灰岩及煤层5-50下古生界奥陶系中统峰峰组O2f八段：缟纹状灰岩夹泥灰岩七段：纯灰岩花斑灰岩夹角砾灰岩六段：杂色角砾灰岩白云质灰岩140-260磁县组O2c下部为黄、褐红色花斑灰岩，中部为浅灰色白云质灰岩、薄层灰岩、泥灰岩。上部黄、浅红色厚层灰岩、角砾岩及角砾状泥灰岩、花斑灰岩、结晶灰岩，局部有燧石条带。200-400上马家沟组O2s五段：灰岩花斑灰岩及结晶灰岩四段：花斑灰岩燧石灰岩三段：杂色角砾状白云质灰岩220-263下马家沟组O2x二段：蠕虫状灰岩角砾状灰岩一段：角砾状灰岩白云质灰岩160-170下统亮甲山组O1L含燧石白云岩钙质页岩31-93冶里组O1Y糖粒状白云岩9-27寒武系上统凤山组3f泥质条带灰岩竹叶状灰岩87-154长山组3c泥灰岩夹生物灰岩20-34崮山组2g泥灰岩页岩夹鲕状灰岩41-57中统张夏组2z鲕状灰岩白云质灰岩厚层灰岩159-224徐庄组2x紫色灰色页岩粉砂岩泥灰岩67-107下统毛庄组1m2紫色页岩鲕状灰岩泥质白云岩32-65馒头组1m1紫红色钙质页岩夹泥灰岩20-50震旦亚界大红峪组Zjd灰白肉红石英砂岩（二）构造本井田基本为单斜构造，以断裂为主、褶皱极少。地层总体走向NNE，倾角530，构造形成于燕山期8。1、 断层井田内基本为高角度正断层（逆断层一条），断层面倾角最大达80，极少量在50，一般6070。走向基本为NNE向，西南角少数为NNW向。实见断层面一般宽度0.501.50m，较平直，走向多呈直线或较舒展的曲线。较大断裂多有附生小断层，且只在大断裂的一侧并不穿过，构成许多“人”字形。大量资料证实断裂构造形成于“燕山期”。井田内落差510m的8条(未编号)，落差大于10m的断层53条，落差大于百米的断层有：Fl、F2、(章)F3、F3、F4、F9、F11、F16、F22、F27、F30，共13条。其中，F1由显德旺井田延伸而来从东南罗义附近出井田直到武安以南，总长达50km，近SN向，为高角度正断层。F2（显F4）由显德旺延伸而来，从井田东南罗义村附近延伸出去。井田内长11500m。为向东倾的正断层，倾角6574，走向1530。一坑到史石门一段构成井田西部边界，到东南部其走向近SN，呈舒缓波状。（章）F3由章村四井延伸而来，为井田东北部边界。落差北大南小，章村四井达180m，到本井田为110150m。走向近SN到25，为一向西倾斜的正断层。F3为西南边界断层，向南延伸组成云驾岭西部边界。井田内长2300m。为向东倾的正断层。倾角6370，走向南段近SN，北段2030，向北延伸出井田被另一条南北向断层所截，落差l50m左右。图5-1 构造纲要图2、 褶皱本井田除西北角有两个褶皱外，其它均为宽缓的波状起伏。（1）显德旺向斜：由显德旺井田延伸而来，轴在本井田长2300m，轴向：北段40，在南沟村南被F6断层所截，南段近EW向，西端消失于山西组地层中，总体呈向南凸出的弧形。东翼岩层缓，西翼较陡轴面向东倾，南端翘起。两翼有较小次级褶曲 9。（2）邑城背斜：在南淘村东，由章村矿四井延伸而来。形态为开阔的不对称背斜。轴向：邑城附近近SN，中部75，南沟一带则为30，呈反“S”形。西翼略陡，东翼较缓。轴面略向东倾。本井田轴长l250m，轴向32。南端被F36断层所截，核部由P21s，P1x组成，西翼被F1断层断掉大部，已不完整。（三）火成岩岩浆岩主要出露在本井田中段的西部，北部也有零星出露。在深部奥灰及以上各地层中均有岩浆岩存在。本井田处在矿山岩体的边缘，岩浆岩对煤系地层，煤层厚度均造成一定破坏。矿山岩体形成于燕山运动中期，呈复杂的似层状侵入中奥陶系地层，不但形成了矽卡岩型富铁矿，而且在垂向上将厚层灰岩分为多层、在水平上分隔为多块，岩浆岩与构造能够形成阻水边界，也可改变地下水的天然流场，因此成为控制区域岩溶地下水运动的主要制约因素。矿山岩体的边缘部分侵入到本井田，主要出露在西南部，井田内穿见岩浆岩的钻孔在152个以上，约占钻孔总数的三分之二，对煤层、煤质及水文地质条件均有很大影响。奥灰界面以上的岩浆岩厚度变化由0.1100m，南北变化不明显，东部与东南边最厚，从井田内资料统计，本井田岩浆岩自下而上分为五层：以稳定的大青灰岩、伏青灰岩、野青灰岩为界，分为h1（C2b大青灰岩2）、h2（伏青灰岩大青灰岩）、h3（野青灰岩伏青灰岩7）、h4（野青灰岩1号煤层）、h5（1号煤层以上非煤系）。h4对1#和2#煤层基本无影响。六、区域水文地质条件（一）区域水文地质条件概述郭二庄井田处于邯邢水文地质单元之中单元百泉水文地质单元的中部，参见图6-1。该单元共有五大径流带，郭二庄井田位于邢台泉城