第六章-矿井水文地质课件.ppt
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1、第一节第一节 矿井水文地质类型及其矿井水文地质类型及其主要工作要求主要工作要求 第二节第二节 矿井水文地质补充调查矿井水文地质补充调查第三节第三节 矿井水文地质工作方法矿井水文地质工作方法 第一节 矿井水文地质类型及其主要工作要求v按水文地质条件划分的矿井类型,称矿井水文地质类型矿井水文地质类型。矿井水文地质类型的划分是在系统整理、综合分析矿床普查勘探和矿井建设生产各阶段所获得的水文地质资料和经验教训的基础上,对矿井充水条件的高度概括与归纳。其目的目的在于指导指导矿井水文地质勘探、矿井防治水和矿区地下水的开发利用。v划分除应突出矿井的水文地质特征和影响开采的主要水文地质问题外,分类方案应力求界
2、限清楚、形式简单、便于应用。v划分始于1955年,历经多次修订,至1991年,国家技术统计局统计局批准发布矿区水文地质工程地质勘探规范(GB12719-91),第一次明确了矿井水文地质勘探类型的国家标准。此外,为了指导煤矿防治水工作,煤炭工业部煤炭工业部于1984年颁发的矿井水文地质规程(试行)中,还首次提出了矿井水文地质类型的划分方案。一、矿井水文地质勘探类型的划分一、矿井水文地质勘探类型的划分(一)矿井水文地质勘探类型的划分方案(二)各类矿井水文地质特征及应查明的水文地质问题二、矿井水文地质类型的划分二、矿井水文地质类型的划分(一)煤矿矿井水文地质分类方案(二)不同类型矿井对水文地质工作的
3、要求 根据矿井主要充水含水层的容水空间特征,将充水矿井分为以下三类各类充水矿井按煤层与主要充水含水层的空间关系,充水方式分为以下三种:1.2.3 根据主要煤层与当地侵蚀基准面的关系,地下水的补给条根据主要煤层与当地侵蚀基准面的关系,地下水的补给条件,地表水与主要充水含水层水力联系密切程度,主要充件,地表水与主要充水含水层水力联系密切程度,主要充水含水层和构造破碎带的富水性、导水性、第四系覆盖情水含水层和构造破碎带的富水性、导水性、第四系覆盖情况,以及水言语地质边界的复杂程度,将各类充水矿床勘况,以及水言语地质边界的复杂程度,将各类充水矿床勘探的复杂程度划分为以下三种类型。探的复杂程度划分为以下
4、三种类型。主要充水含水层位置、煤层与主要充水含水层之间关系直接充水的矿井(含冒落带和底板破坏厚度)与煤层直接接触,地下水直接进入矿井顶板间接充水的矿井煤层冒落带之上;有隔水层(一般指钻孔单位涌水量小于0.001L/s.m的岩层)或弱透水层,地下水通过构造破碎带、导水裂隙带或弱透水层进入矿井。底板间接充水的矿井煤层之下;有隔水层或弱透水层。承压水通过底板薄弱地段、构造破碎带、弱透水层或导水的岩溶陷落柱进入矿井。第一型 水文地质条件简单的矿井。主要煤层位于当地侵蚀基准面以上,地形有利于自然排水,矿井主要充水含水层和构造破碎带富水性弱至中等;或主要煤层位于当地侵蚀基准面以下,但附近无地表水体,矿井主
5、要充水含水层和构造破碎带富水性弱,地下水补给条件差,很少或无第四系覆盖,水文地质边界条件简单。v第二型 水文地质条件中等的矿井。主要煤层位于当地侵蚀基准面以上,地形有利于自然排水,主要充水含水层和构造破碎带富水性中等至强,地下水补给条件好,或主要煤层位于当地侵蚀基准面以下,但附近地表水不构成矿井的主要充水因素,主要充水含水层和构造破碎带富水性中等,地下水补给条件差,第四系覆盖面积小且薄,疏干排水可能产生少量塌陷,水文地质边界较复杂。v第三型 水文地质条件复杂的矿井。主要煤层位于当地侵蚀基准面以下,主要充水含水层富水性强,补给条件好,并具较高水压,构造破碎带发育,导水性强且沟通区域强含水层或地表
6、水体;第四系厚度大,分布广,疏干排水有产生大面积塌陷、沉降的可能,水文地质边界复杂。v1.孔隙充水矿井v2.裂隙充水矿井v3.岩溶充水矿井 孔隙充水矿井孔隙充水矿井主要分布于山间盆地、山前平原和河流冲于山间盆地、山前平原和河流冲积平原,如内蒙的扎赉诺尔、吉林舒兰煤矿等。这些煤矿的积平原,如内蒙的扎赉诺尔、吉林舒兰煤矿等。这些煤矿的主要充水岩层主要充水岩层埋藏浅,多数矿区的主要,多数矿区的主要充水来源为降水,部为降水,部分受地表水补给,矿井涌水量季节性变化较大。分受地表水补给,矿井涌水量季节性变化较大。矿井充水程度取决于疏松岩层的厚度和岩性结构特征,地表水体的规模取决于疏松岩层的厚度和岩性结构特
7、征,地表水体的规模及其与含水层的联系程度,以及开采方法。由于煤层顶、底及其与含水层的联系程度,以及开采方法。由于煤层顶、底板和露天采矿场边坡稳定性能差,常产生流砂冲溃与边坡滑板和露天采矿场边坡稳定性能差,常产生流砂冲溃与边坡滑落,开采时的工程地质条件比较复杂。落,开采时的工程地质条件比较复杂。应着重查明含水层的含水层的成因类型、分布、结构、粒度、磨园度、类型、分布、结构、粒度、磨园度、分选性、胶结程度、富水性、渗透性及其变化;查明流砂层分选性、胶结程度、富水性、渗透性及其变化;查明流砂层的空间的空间分布和特征,含(隔)水层的组合关系,各含水层之和特征,含(隔)水层的组合关系,各含水层之间、含水
8、层与弱透水层以及与地表水之间的间、含水层与弱透水层以及与地表水之间的水力联系,评价系,评价流砂层的疏干条件及降水和地表水对矿井开采的影响。流砂层的疏干条件及降水和地表水对矿井开采的影响。裂隙充水矿井多裂隙充水矿井多分布于山区和丘陵区,如华北二迭系山于山区和丘陵区,如华北二迭系山西组和石盒子组煤层的一些矿区。充水岩层的富水性受裂隙西组和石盒子组煤层的一些矿区。充水岩层的富水性受裂隙发育程度控制。煤层位于当地侵蚀基准面以下,附近有地表发育程度控制。煤层位于当地侵蚀基准面以下,附近有地表水体,并有巨大的构造破碎带或采空塌陷裂隙与水体沟通时,水体,并有巨大的构造破碎带或采空塌陷裂隙与水体沟通时,水文地
9、质条件较为复杂。水文地质条件较为复杂。勘探勘探应着重查明裂隙含水层的性质、规模、发育程度、分布裂隙含水层的性质、规模、发育程度、分布规律、充填情况及其富水性;岩石风化带的的深度和风化程规律、充填情况及其富水性;岩石风化带的的深度和风化程度;度;构造破碎的性质、形态、规模,与各含水层和地表水的破碎的性质、形态、规模,与各含水层和地表水的水力联系;裂隙含水层与其相对隔水层的;裂隙含水层与其相对隔水层的组合关系。岩溶充水矿井分布较广,如华北型太原组煤层和华南晚二叠世煤岩溶充水矿井分布较广,如华北型太原组煤层和华南晚二叠世煤层的矿井。其条件一般复杂,矿井涌水量大,地表水与地下水关层的矿井。其条件一般复
10、杂,矿井涌水量大,地表水与地下水关系密切,水流通道较畅,排水影响范围大。其富水不均一,各向系密切,水流通道较畅,排水影响范围大。其富水不均一,各向异性明显,常以集中突水为主,有时伴有突泥、突砂、地表岩溶异性明显,常以集中突水为主,有时伴有突泥、突砂、地表岩溶塌陷现象。塌陷现象。应着重查明应着重查明岩溶发育与岩性、构造等因素的关系,岩岩溶发育与岩性、构造等因素的关系,岩溶在空间的分布规律、充填深度和程度、富水性及其变化,地下溶在空间的分布规律、充填深度和程度、富水性及其变化,地下水主要径流带的分布。水主要径流带的分布。各类充水矿井:各类充水矿井:直接充水时,应着重查明直接充水含水层的富水性、,应
11、着重查明直接充水含水层的富水性、渗透性,地下水的补给来源、补给边界、补给途径和地段;直接充水渗透性,地下水的补给来源、补给边界、补给途径和地段;直接充水含水层与其它含水层、地表水、导水断裂的关系。当直接充水含水层含水层与其它含水层、地表水、导水断裂的关系。当直接充水含水层裸露时,还应查明地表汇水面积及大气降水的入渗补给强度。裸露时,还应查明地表汇水面积及大气降水的入渗补给强度。顶板间接充水时,应着重查明直接顶板隔水层或弱透水层的分布、岩,应着重查明直接顶板隔水层或弱透水层的分布、岩性、厚度及其稳定性、岩石的物理力学性质和水理性质、裂隙发育情性、厚度及其稳定性、岩石的物理力学性质和水理性质、裂隙
12、发育情况、受断裂构造破坏程度,研究和估算导水裂隙带高度,分析主要充况、受断裂构造破坏程度,研究和估算导水裂隙带高度,分析主要充水含水层地下水进入矿井的地段。水含水层地下水进入矿井的地段。底板间接充水时,应着重查明承压含水层径流特征,直接底板的岩性、,应着重查明承压含水层径流特征,直接底板的岩性、厚度及其变化,岩石的物理力学性质和水理性质,以及断裂构造对底厚度及其变化,岩石的物理力学性质和水理性质,以及断裂构造对底板完整性的变化程度,分析、论证可能产生底鼓、突水的地段。板完整性的变化程度,分析、论证可能产生底鼓、突水的地段。以溶隙、溶洞为主的,应查明上覆松散层的岩性、结构、厚度,或上,应查明上覆
13、松散层的岩性、结构、厚度,或上覆岩石风化层的厚度、风化程度及物理力学性质,分析在疏干排水条覆岩石风化层的厚度、风化程度及物理力学性质,分析在疏干排水条件下产生突水、突泥、地面塌陷的可能性、塌陷的程度、分布范围。件下产生突水、突泥、地面塌陷的可能性、塌陷的程度、分布范围。对层状发育的,还应查明相对隔水层和弱含水层的分布。对层状发育的,还应查明相对隔水层和弱含水层的分布。以暗河为主的,应着重查明岩溶洼地、漏斗、落水洞等位置及其,应着重查明岩溶洼地、漏斗、落水洞等位置及其与暗河之间的联系;暗河发育与岩性、构造等因素的关系;暗河的补与暗河之间的联系;暗河发育与岩性、构造等因素的关系;暗河的补给来源、范
14、围、补给量、补给方式及其与地表水的转化;暗河入口处给来源、范围、补给量、补给方式及其与地表水的转化;暗河入口处的高程、流量及其变化;暗河水系与矿井的相互关系、对开采的影响。的高程、流量及其变化;暗河水系与矿井的相互关系、对开采的影响。v在1984年煤炭工业部颁发的矿井水文地质规程(试行)中,为了有针对性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、富水性以及补给条件、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,将矿井的水文地质条件复杂程度划分为简单、中等、复杂、极复杂四个类型(表6-1)。表6-1 煤矿矿井水文
15、地质类型划分表 类别类别分类依据分类依据水文地质简单水文地质简单水文地质中等水文地质中等水文地质复杂水文地质复杂水文地质极复杂水文地质极复杂受受采采掘掘破破坏坏影影响响的的含含水水层层含含水水层层性性质质及及补补给给条条件件受采掘破坏或影响的孔隙裂受采掘破坏或影响的孔隙裂隙、溶隙含水层,补给条件隙、溶隙含水层,补给条件差,补给水源少或极少,如:差,补给水源少或极少,如:1 1、露头区被粘土类土层覆、露头区被粘土类土层覆盖;盖;2 2、被断层切割封闭;、被断层切割封闭;3 3、地表泄水条件良好;、地表泄水条件良好;4 4、属于深部井田;属于深部井田;5 5、在当地、在当地侵蚀基准面以上开采;侵蚀
16、基准面以上开采;6 6、属高原山地背斜正地形,煤属高原山地背斜正地形,煤层底部灰岩无出露;层底部灰岩无出露;7 7、煤、煤层距顶底板上下富含水层距层距顶底板上下富含水层距离很大离很大受采掘破坏或影响的孔受采掘破坏或影响的孔隙裂隙、溶隙含水层补隙裂隙、溶隙含水层补给条件一般,有一定的给条件一般,有一定的补给水源补给水源受采掘破坏或受采掘破坏或影响直的主要影响直的主要是灰岩溶隙一是灰岩溶隙一溶洞含水层、溶洞含水层、厚层砂砾石含厚层砂砾石含水层(煤层直水层(煤层直接顶、底板为接顶、底板为含水砂层),含水砂层),其补给条件好,其补给条件好,补给水源充沛补给水源充沛受采掘破坏或影响的为岩受采掘破坏或影响
17、的为岩溶含水层,其补给条件好,溶含水层,其补给条件好,补给水源极充沛。补给水源极充沛。1 1、矿井、矿井经常直接或间接受煤层顶、经常直接或间接受煤层顶、底部灰岩溶洞一溶隙高压底部灰岩溶洞一溶隙高压富含水层突水的威胁。富含水层突水的威胁。2 2、灰岩露头分布范围广,河灰岩露头分布范围广,河溪发育,山塘水库多;溪发育,山塘水库多;3 3、在高原山地向斜正地形矿在高原山地向斜正地形矿区灰岩岩溶非常发育,常区灰岩岩溶非常发育,常形成暗河系统或汇水封闭形成暗河系统或汇水封闭洼地洼地单位涌水量单位涌水量q q(L/s.m)(L/s.m)0.10.10.1-20.1-22-102-101010矿井涌水矿井涌
18、水量量m m3 3.h-1.h-1年平均最大年平均最大180180(西北地区西北地区0-100)3000-100)300180-600180-600(西北地区西北地区100-150)100-150)120030003000开采受水害的影响程度开采受水害的影响程度采掘工程一般不受水害影响采掘工程一般不受水害影响采掘工程受水害影响,采掘工程受水害影响,但不威胁矿井安全但不威胁矿井安全采掘工程、矿采掘工程、矿井安全受水害井安全受水害威胁威胁矿井突水频繁,来势凶矿井突水频繁,来势凶猛,含泥砂率高、采掘猛,含泥砂率高、采掘工程、矿井安全受水害工程、矿井安全受水害严重威胁严重威胁防治水工作的难易程度防治水
19、工作的难易程度防治水工作简单防治水工作简单防治水工作简单或易于防治水工作简单或易于进行进行防治水工程量防治水工程量较大,难度较较大,难度较高,防治水的高,防治水的经济技术效果经济技术效果较差较差防治水工程量大、难度防治水工程量大、难度高,往往难以治本或防高,往往难以治本或防治水的经济技术效果极治水的经济技术效果极差差注:单位涌水量以井田主要含水层中有代表性的为准矿井水文地质规程(试行)中对不同类型矿井的水文地质工作要求如下:v1极复杂类型矿井极复杂类型矿井v2复杂类型矿井复杂类型矿井v3中等型矿井中等型矿井v4简单型矿井简单型矿井 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、勘极
20、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等外,还应做以下工作:测资料台帐和历时曲线等外,还应做以下工作:1 1)高原山地向斜正地形岩溶矿区,要注重岩溶调查、暗河探测和封闭汇高原山地向斜正地形岩溶矿区,要注重岩溶调查、暗河探测和封闭汇水洼地的水均衡工作,研究分析探放、堵截暗河水的方案与措施。水洼地的水均衡工作,研究分析探放、堵截暗河水的方案与措施。2 2)石灰岩露头分布范围广、河溪发育、山塘水库多的矿区,要注重地表石灰岩露头分布范围
21、广、河溪发育、山塘水库多的矿区,要注重地表水体、岩溶泉与井下出水点关系的调查分析,做好探放溶洞泥砂水工作,水体、岩溶泉与井下出水点关系的调查分析,做好探放溶洞泥砂水工作,防止大突水的威胁。防止大突水的威胁。3 3)经常直接或间接受煤层顶、底部石灰岩溶洞、溶隙高压富含水层突水经常直接或间接受煤层顶、底部石灰岩溶洞、溶隙高压富含水层突水威胁的矿区(井),要开展区域水文地质综合调查,研究岩溶发育规律,威胁的矿区(井),要开展区域水文地质综合调查,研究岩溶发育规律,并进行大口径抽水试验、井下大型放水试验及连通试验等,勘查岩溶水集并进行大口径抽水试验、井下大型放水试验及连通试验等,勘查岩溶水集中的强径流
22、带或岩溶管道的分布。矿井开采,要研究制订具有针对性的截中的强径流带或岩溶管道的分布。矿井开采,要研究制订具有针对性的截(堵截水源)排(疏降)措施方案。要注重突水与隔水层岩性、厚度、水(堵截水源)排(疏降)措施方案。要注重突水与隔水层岩性、厚度、水压、构造及采矿等关系的探查与研究,不断寻求突水规律。压、构造及采矿等关系的探查与研究,不断寻求突水规律。4 4)岩溶矿区要注重地面岩溶塌陷规律的调查研究,并寻求防治途径。岩溶矿区要注重地面岩溶塌陷规律的调查研究,并寻求防治途径。复杂型矿井应根据各矿的特点和开采需要,参照复杂型矿井应根据各矿的特点和开采需要,参照极复杂型矿井的要求进行工作。其中:极复杂型
23、矿井的要求进行工作。其中:1)开采含水(流)砂层、厚砾石层及地表河湖等水开采含水(流)砂层、厚砾石层及地表河湖等水体下煤层的矿区(井),要分析研究煤(岩)柱的隔体下煤层的矿区(井),要分析研究煤(岩)柱的隔水性能,注重观测导水裂隙带高度,并研究其规律。水性能,注重观测导水裂隙带高度,并研究其规律。2)开采煤层顶板直接为含水(流)砂层的矿井,在开采煤层顶板直接为含水(流)砂层的矿井,在进行开采时应加强砂层水疏干和水砂分离方法的研究。进行开采时应加强砂层水疏干和水砂分离方法的研究。3)山区地表渗漏水较严重的矿井,要注重渗漏调查,山区地表渗漏水较严重的矿井,要注重渗漏调查,实测并研究制订防渗措施方案
24、。实测并研究制订防渗措施方案。l 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。简单型矿井应根据矿井的具体情况进行正常的水文地质工作。(一)地面水文地质补充调查(一)地面水文地质补充调查(二)地面水文地质观测(二)地面水文地质观测(三)井下水文地质观测(三)井下水文地质观测一一、水文、水文地质补充调地质补充调查与观测查与观测二、二、矿井水文矿井水文地质补充勘探地质补充勘探一一、地地面面水水文文地地质质补补充充调调查查uu 气气象象调调查查 uu 地地貌貌调调查查uu 地地质质调调查查uu 地地表表水水体体调调查查uu 井井泉泉调调查查u
25、u 古古井井老老窑窑的的调调查查uu 小小煤煤矿矿调调查查 uu 地地面面岩岩溶溶调调查查 气象调查气象调查 应着重调查收集降水量、蒸发量、气温、气压、应着重调查收集降水量、蒸发量、气温、气压、相对湿度、风向、风速及其历年月平均值和两极值等资料。相对湿度、风向、风速及其历年月平均值和两极值等资料。地貌调查地貌调查 应着重调查由开采和地下水活动而引起的滑坡、应着重调查由开采和地下水活动而引起的滑坡、塌陷、人工湖等地貌变化,岩溶发育矿区的各种岩溶地貌形态。塌陷、人工湖等地貌变化,岩溶发育矿区的各种岩溶地貌形态。地质调查地质调查 调查第四纪松散覆盖层、基岩露头,应基本查明调查第四纪松散覆盖层、基岩露
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- 第六 矿井 水文地质 课件
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