矿井水文地质类型划分报告Word文件下载.docx
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5.5井田及周边老窑水分布状况21
5.6矿井充水状况21
6.矿井开采受水害影响程度和防治水工作难易程度评价22
6.1矿井开采受水害影响程度22
6.2防治水工作难易程度23
7.矿井水文地质类型划分及对防治水工作的建议24
7.1矿井水文地质类型划分24
7.2矿井防治水工作的建议25
附图:
(1)XXXX煤业有限公司矿井充水性图(1:
2000)
(2)XXXX煤业有限公司综合水文地质图(1:
(3)XXXX煤业有限公司地质及水文地质剖面图(1:
(4)XXXX煤业有限公司地层及水文综合柱状图(1:
500)
(5)XXXX煤业有限公司矿井涌水量及各种相关因素动态曲线图
附件:
(1)设计委托书
(2)报告编制单位资质证书(复印件)
1.矿井及井田概况
1.1矿井及井田基本情况
XXXX煤业有限公司(以下简称为XXXX煤矿)位于XXXX市米村镇宋村,由原苹果园煤矿和宋村二矿经过资源整合而成,井田面积0.4536km2。
矿井批准开采二1和一1煤层,目前只开采二1煤层。
采用三立井单水平开拓,水平标高为+90m,走向长壁后退式采煤方法,设计生产能力为15万t/a。
井田东西长60~450m,南北约630m,面积0.4536km2,矿区二1煤层范围由24个拐点坐标依次连线圈定,各点坐标见表1-1。
表1-1二1煤层拐点坐标表
点号
纬距x
经距Y
纬距X
1
3824182
38433145
7
3824200
38433548
2
3824400
38433000
8
38433800
3
3824520
38432650
9
3823960
38433793
4
3824585
3843650
10
3823690
38433430
5
3824680
38432920
11
3823730
38433142
6
3824660
1.2位置、交通
XXXX煤矿西南距XXXX市城区约10km,东北距郑州市50km,XXXX至郑州的公路从本矿区的东南部5km处通过,并有大路与之相连,可通行大小车辆。
另外,本矿东距米村煤矿铁路转运站1km,该站台与XXXX支线相连,XXXX支线在新郑市与京广线接轨。
各乡镇及村庄的简易公路纵横成网,交通极为便利(图1-1)。
N
图1-1交通位置图
1.3地形地貌
本矿区地表属丘陵地形,区内地势相对较为平坦。
煤系地层被第四系冲积层所覆盖。
地表海拔标高293.4~304.8m之间,最大相对高差11.4m左右。
本矿区地表多为季节性农作物所覆盖,发育小型冲沟。
1.4气象、水文
(1)气象
本区气候属半干旱大陆性气候,夏季炎热多雨,冬季寒冷干旱,据XXXX市气象站记载:
平均年蒸发量为2086.3mm,年平均气温14.3℃,最低气温-17.8℃,气温最高可达41.3℃;
最大积雪深度20cm,最大冻土深度为18cm;
最大风速为22m/s,夏季多南风,冬季多西北风。
年降雨量多集中在七、八、九月份。
年降雨量397.7mm~973mm,历年平均总降雨量624.35mm。
日最大降雨量103.5mm。
(2)水文
本区属淮河水系,双洎河北支流从矿区南部3km处流过,雨季地表降雨多顺冲沟流走,汇入南部的双洎河。
1.5地震
据河南省地震局资料,本区属于六度地震烈度区。
XXXX市及邻近地区1974年以来共发生地震50次,其中二级以上地震10余次,1992年1月14日一次地震最强达4.7级,有强烈震感,少数房屋有瓦片掉落现象,但未造成重大经济损失。
本区地震动峰值加速度为0.05g,基本裂度为VI度,所以本区建筑抗震按6度区设防。
1.6矿井排水设施能力现状
在主井底南侧设有双环水仓,一个清理时,另一个正常使用。
水仓的有效容量能满足矿井8小时的正常涌水量,并有一定的富余系数。
选用D25-30×
8型离心式水泵三台,正常涌水期一台工作,一台备用,一台检修。
最大涌水期两台工作。
配用YB2-200L2-2,37kW,380V电机。
矿井排水高度206m,水管路选择两趟D95×
5无缝钢管,排水管路沿主井井筒敷设。
经验算,矿井现有的排水系统能满足矿井生产需求,符合规定。
2.以往地质及水文地质工作
2.1资源勘查阶段地质和水文地质成果评述
本矿区位于XXXX煤田米村井田北部,开采二叠系山西组下部的二1煤层。
1958年原中南煤田地质局125勘探队在米村—牛店矿区进行普查、精勘探工作,并于1960年6月提交了《米村—牛店区精查地质报告》,但该报告在1962年复审时,被降为普查报告。
1964年,125勘探队重新对米村区进行了精查地质勘探,于1965年12月提交了《XXXX煤田米村井田煤矿地质勘探(精查)最终报告》。
以后郑州矿务局地测处在米村煤矿开采过程中又进行了生产补勘,施工了大量的钻孔,1990年八月提交了《米村煤矿矿井地质报告》(简称“米村报告”),获得二1煤储量12298.4万吨,其中A级储量4822.3万吨,B级储量5872.7万吨,C级储量1483.4万吨,基本控制了该区的构造轮廓、煤系分布、煤层赋存状况。
本矿区位于米村井田的北部,历次勘探先后在本矿区内及周边共施工了8个钻孔(其中揭露二1煤层钻孔6个,一1煤层钻孔2个),总工程量1638.81。
河南省XXXX市宋村二矿曾由郑州矿务局地质勘探工程公司于2003年7月做过专门储量报告(《河南省XXXX市宋村二矿煤炭资源储量核查报告》),该报告共计算XXXX市宋村二矿原范围内二1煤总储量33.2万吨,储量类型为111b,其中动用储量为12.1万吨,保有21.1万吨,并经豫国土资储证字[2003]03号文批准。
2.2矿区物探工作评述
由于矿井一直处于停产整改阶段,故没有进行过物探工作。
2.3矿区水文地质工作评述
本区及周边8孔均进行了简易水文观测。
其中揭露主要含水层情况为:
P1s有砂岩、C2t灰岩、O2m灰岩。
米村井田曾以1∶5000地形地质图为基础进行水文地质测绘(含本区)。
主要对天然泉、生产矿井、水库、溪流等作了调查,编制了1∶10000井田水文地质图,精度达规范要求。
3.矿区地质
本矿原属米村井田的一部分,所引用地质资料大部分来自于米村井田及矿井储量核查和技术改造所做的安全专篇资料。
3.1地层
矿区地层自下而上发育有奥陶系中统马家沟组,石炭系中统本溪组和上统太原组、二叠系下统山西组和下石盒子组,新生界第三、四系(Q)。
详述如下:
(1)奥陶系马家沟组(O2m)
上部为兰灰色厚层状石灰岩,致密,下部为灰黄色泥质岩厚度约70m左右,与下伏寒武系呈不整合接触,与上覆石灰系呈平行不整合接触。
(2)石炭系中统本溪组(C2b)
本组地层平均厚度为12.00m,厚度变化大,为灰白至深灰色铝土岩,微密质纯具滑感,含黄铁矿晶体。
(3)石炭系上统太原组(C3t)
下界为本溪组铝土岩顶,与本溪组呈连续沉积,上界止于L9石灰岩(或变相为硅质泥岩)顶面。
本组地层厚度49.65~155.80m,平均74.00m左右,由一套属于海陆交互相形成的灰岩、泥岩、砂质泥岩、砂岩及煤层组成。
按其岩性组合特征,可将太原组分为三段,即:
下部灰岩段、中部砂泥岩段及上部灰岩段。
现分别对该组上、中、下三段地层描述如下:
①下部灰岩段:
自一1煤底至L4灰岩顶,平均厚度31.30m。
下部为第一、二、三、四层灰岩和一1至一4煤。
L1~L4灰岩分布稳定,常合并为1~2层,平均总厚14.76m,含燧石结核、燧石条带,并含海百合茎和假希瓦格蜓化石,可作为本组的重要标志层。
②中部砂泥岩段:
自L4灰岩顶与至L7灰岩底,平均厚度30.60m。
下部为L6灰岩及一6煤线和深灰色砂质泥岩组成,L6灰岩在井田东北部较稳定,有时沿走向变相为砂质泥岩或泥岩,一6煤也分叉为两条煤线。
上部由灰~深灰色中厚层状泥岩、砂质泥岩和一7煤组成,局部夹有鲕状泥岩或中、细粒砂岩,含白云母及植物化石。
③上部灰岩段:
由L7-8、L9三层灰岩和一8煤组成,平均厚12.10m。
下部的L7-8灰岩呈深灰色,致密坚硬,夹燧石条带,层位稳定。
L7灰岩较厚,一般为6.77m;
L8灰岩较薄,厚2.59m;
两层灰岩间夹一薄层泥岩或一8煤。
顶部的L9灰岩极不稳定,沿走向有时相变为厚约0.1~0.2m的薄层菱铁质泥岩,其顶部即为与上覆山西组的分界面。
(4)二叠系下统山西组(P1sh)
本组地层上界止于三煤组底部的砂锅窑砂岩底面,厚度平均约83.00m,主要以砂岩、砂质泥岩、泥岩、煤层组成,其显著特点是:
岩层的颜色普遍较深,砂岩发育,层面上含有较多的白云母片,本组地层富含菱铁质结核,本组地层所含的二1煤层,层位稳定,为本矿的主要开采煤层,其本身也是一个良好的标志层。
二1煤层老顶砂岩(即大占砂岩)为本组地层的重要标志层之一。
也是地层、煤层对比的良好标志层之一,为灰至灰白色细至中粒长石石英砂岩,硅质胶结,水平层理发育,层面含大量白云母片和碳质面,底部含菱铁质颗粒,含泥质团块或泥岩包括体。
平均厚8.5m,下距煤层12m左右。
(5)二叠系下统下石盒子组(P1x)
本组又称三煤组,下自山西组顶界,上界止于四煤底砂岩。
与下伏山西组呈连续沉积,厚14.00~102.60m,平均厚80.00m。
本组地层为陆相沉积,由红色~紫红色的砂质泥岩、泥岩、砂岩组成。
底部的砂锅窑砂岩厚约10.00m左右,为灰白色细中粒砂岩(顶部为细砂岩),成分为石英为主。
硅质胶结,分选好,底部常含砾,距二1煤层约70.00m,是地层、煤层对比的重要标志层之一,也是勘探过程中预见二1煤层的良好标志层。
(6)新生界第三、四系(Q)
区内分布广泛,与下伏二叠系呈不整合接触,平均厚度约42.00m左右。
上部主要由巨砾石、黄土层夹砾石、黄土层组成;
下部为黄色粘土。
3.2煤层
本矿区含煤地层为上石炭系和下二叠统山西组。
太原组和山西组在本区平均厚度为145.0m,含煤总厚平均为13.46m,含煤系数为9.28%。
井田内批准开采一1煤层二1煤层。
(1)一1煤层
位于L1灰岩之下,最厚1.60m,最薄1.40m,平均1.48m。
走向95°
,倾向185°
,平均倾角10°
。
区内范围开采标高+110~+155m,埋深190~210m。
煤层局部含夹矸,属较稳定煤层。
(2)二1煤层
下二叠统山西组下部的二1煤层,全区发育,结构简单,层位稳定,未见夹矸,底部为砂质泥岩。
最厚8.46m,最薄4.09m,平均厚5.31m;
矿区内煤层底板标高+40~+210m,埋深90~250m。
煤层走向105°
,倾向195°
,表现为单斜构造。
属较稳定煤层。
3.3构造
本矿于XXXX煤田米村井田内,属XXXX复式向斜北翼,地质构造简单,二1煤层是一个向西南倾斜的单斜构造,地层走向52~90°
,倾向142~180°
,倾角10°
;
一1煤层是一个向西南倾斜的单斜构造,走向95°
倾向185°
本矿区范围内无断层,矿区地质构造简单。
3.4岩浆岩
矿区范围内没有岩浆活动。
4.区域水文地质
4.1区域水文地质概况
区域范围内出露和分布有基岩裂隙含水岩组、碳酸盐岩类岩溶裂隙含水岩组、碎屑岩类孔隙裂隙含水岩组和松散岩类孔隙含水岩组。
其中碳酸岩类岩溶含水岩组的O2m、C3tL1-4、C3tL7-8灰岩含丰富的岩溶裂隙承压水,对采煤有较大影响,是研究的主要对象。
区内的隔水层主要有C2b铝质泥岩和C3t中段砂泥岩等。
XXXX煤田区域水文地质图见图4-1。
4.2地下水补给、径流、排泄和动态变化
(1)地下水的补给
本区地下水的补给主要有:
大气降水的补给、地表径流的补给、地下径流补给和老空区的补给等四种形式。
大气降水的补给:
区内年平均降水量一般600~700mm,是地下水的主要补给来源。
关于大气降水对第四系潜水的补给,全区普遍存在,特别是东部平原区,地形平坦,地表为渗透性较强的粉沙土分布,补给条件良好。
区域内的碳酸盐岩类岩溶承压水,它的补给区大体上位于超化—任岗—白寨一线以西地区,这里碳酸盐岩广泛出露,地表岩溶裂隙发育,降水补给条件好,补给强度大。
地表径流的补给:
区内地势西高东低,南北高,中间低,北部和西部以低山丘陵为主,绝对标高200~500m,中部和东部为岗地和平原,绝对标高120~180m。
双洎河自西向东流经区域的中部时最小流量0.5m3/s,一般20~30m3/s,洪水流量3280m3/s(据人和寨水文站资料)。
该河上游河床灰岩出露地段,河水对地下水有一定的补给。
其它河流、水库等地表水对地下水的渗透补给仅限于局部地段,补给量很小。
地下径流补给:
区域内发育一系列近东西向南升北降的正断层,它们常构成XXXX煤田一些矿区或矿井的水文地质边界。
由于断层的错动和破碎带的沟通,常使不同含水层之间发生垂直或水平上的水力联系,特别是不少断裂带岩溶发育,富水和导水性强,形成相对富水、导水带,致使矿井底板发生突水。
区内地势西高东低,发育一系列近东西向的区域性断层,致使区域地下水的流向为NWW~SEE,径流通道为断层裂隙、层面裂隙和新老岩溶裂隙。
据XXXX矿区水文地温勘探资料,由西部地下水的补给区到东部XXXX矿区,其间岩溶地下水的水力坡度约为千分之三,最大循环深度1300~1500m,水质点运移时间约24~30年。
矿区及井田内存在小窑或老空区,它们的存在对矿井安全生产是个隐患,亦构成矿井地下水的一个补给来源。
(2)排泄
在矿井开采条件下,矿井的开采排水成为矿区地下水排泄的唯一途径。
图4-1区域水文地质图
5.矿井水文地质
5.1井田边界及其水力性质
本矿位于米村井田原12采区北部煤层露头附近,北部为煤层露头,可接受地表水的补给,其余三面为米村矿12采区,已在九十年代以前结束采掘活动,存在有老空区,由于埋藏较浅,老空积水量较少,补给程度较差。
矿井埋藏较浅,且矿井范围内断层不发育,各含水层基本上无水力联系。
5.2含水层
(1)奥陶系、上寒武系灰岩岩溶裂隙承压含水层
奥陶系岩性为厚层状微晶灰岩或泥质灰岩;
上寒武系为白云质灰岩、泥质灰岩。
该含水层全区发育,厚度大、含水性强,岩溶发育规模不均衡。
受岩溶裂隙发育状况影响,岩溶水强弱程度不同。
单位涌水量q=0.0033L/s.m,渗透系数0.0196m/d。
该含水层上距二1煤约75m,是二1煤层的间接充水含水层。
(2)太原组下段灰岩岩溶裂隙承压含水层(L1~3)
本含水层上距二1煤层40m左右,主要由L1、L2、L3灰岩组成,并常合并为一层,平均厚28.01m,与下部奥陶系灰岩含水层有密切的水力联系,钻孔单位涌水量q=0.0021~0.00491L/s·
m,是二1煤层底板间接充水含水层。
(3)太原组上段灰岩岩溶裂隙承压含水层(L7~8)
本含水层距二1煤层10m左右,主要由L7-L8灰岩组成,全区发育,分布稳定,厚度10.50~23.16m,平均厚10.98m,是二1煤层底板直接充水含水层。
根据米村矿抽水试验资料,其主要水文地质参数为:
渗透系数K=0.884m/d,单位涌水量q=0.163L/s.m。
(4)二1煤层顶板砂岩孔隙裂隙承压含水层
该含水层是二1煤层顶板直接充水含水层,由4~5层灰白色及灰色中细粒、中粗粒砂岩组成,俗称“大占砂岩”、“香炭砂岩”、“砂锅窑砂岩”,该层一般含水性较弱。
根据米村矿抽水试验资料,其单位涌水量q=0.0206L/s.m,渗透系数K=0.0296m/d,水样分析结果矿化度为0.38g/L,水质为HCO3-Ca-Mg型。
(5)第四系砂、砾石含水层
主要为第四系砂砾石层组成,平均厚度20.00m,属于潜水含水层,主要靠大气降雨补给。
砂砾石层含水性较好,水量丰富。
5.3隔水层
在含水层之间广泛分布着隔水岩层或弱透水岩层,它们都具有一定的阻水性能,其阻水能力取决于岩性、岩层结构、厚度及稳定性,在后期构造作用的破坏下,可大大削弱隔水层的阻水性能,甚至使其不到隔水作用,从矿井防治水的角度出发,对本矿区主要隔水岩层叙述如下:
(1)第四系隔水层
区内广泛分布,主要为粘土、黄土组成,这些粘土层对阻止降雨下渗和阻隔第四系孔隙水与下伏基岩水的水力联系均有较大的实际意义。
(2)二叠系泥岩及砂质泥岩隔水层
广泛分布在煤系地层中的泥岩、砂质泥岩及砂泥岩互层,厚度稳定,与二叠系煤系砂岩各含水层相间分布,在正常情况下,可阻隔各砂岩含水层间的水力联系,并可阻隔砂岩含水层向矿坑充水。
①二1煤层底板隔水层:
L7-8灰岩至二1煤层底板砂、泥岩,平均厚度10.00m左右,主要为灰色泥岩及砂质泥岩组成,在正常情况下,当沿二1煤掘进时下伏含水层水头压力较小时,能起到一定的隔水作用,当下伏含水层水头压力较大时,就起不到隔水作用。
②二1煤层顶板隔水层:
为深灰色砂质泥岩、泥岩,间或有细砂岩,为二1煤顶板、但其随着煤层的开采会部分垮落,一般起不到隔水作用。
(3)太原群中段砂泥岩隔水层
由太原组上、下含水层中间砂泥岩组成,砂、泥岩平均厚度22.36m,为灰至深灰色砂泥组成,正常情况下能起到较好的隔水作用。
(4)本溪组铝土质泥岩隔水层
本溪组地层平均厚度为7.69m,厚度变化大,为灰白至深灰色铝土岩,一般具豆状或鲕状结构,含黄铁矿晶体,结构致密,分布连续、广泛、稳定,具良好隔水性能,在正常情况下可阻隔太原组灰岩与奥灰含水层间的水力联系。
5.4矿井充水条件
矿井充水条件主要指:
充水水源、充水通道和充水强度。
(1)充水水源
①第四系潜水及地表水
由于矿区北部接近二1煤层露头处埋藏相对较浅,第四系潜水及地表水沿煤层露头会对矿井充水形成一定的补给,但其水量有限且主要集中在雨季。
矿井涌水量受大气降水影响较显著。
②二1煤层顶板砂岩孔隙裂隙承压水:
富水性弱,在生产中顶板多为淋水、滴水状态,对开采影响很小。
③L7~8灰岩水:
因矿区开采时间较长,该含水层经长期疏放水位已下降至±
0m标高以下,水位较低,正常情况下不会对二1煤层生产系统构成威胁。
④L1~3灰岩含水层:
岩溶裂隙不太发育,和下部的奥陶系灰岩水水力联系密切,同样为底板承压水,但由其距二1煤层较远,中间有良好的隔水层存在,对二1煤层开采无影响。
⑤奥陶系灰岩岩溶裂隙承压含水层:
属岩溶裂隙水,为底板承压含水层,水头高、富水性强,为二1煤层的底板间接充水含水层,对二1煤层开采有一定影响,但是由于矿煤层埋藏较浅,基本上不受此含水层影响。
⑥老空水:
本矿属于资源整合矿井,煤炭开采时间较长,采空区和废弃较多。
但是整合前的废弃井筒已经被填实,本矿的采空区位置及米村矿老空区位置、范围、积水量已基本查清。
(2)充水通道
①采动破坏裂隙和构造断裂带
本矿采动裂隙带会发育到地表,成为地表水进入地下的通道。
构造断裂的导水性与富水性,取决于断层的力学性质、几何形态,尤其与断裂闭合面或断裂带的张合、充填、胶结程度及断层两盘的对接关系有关。
通常张性和张扭性断层的导、富水性较强,易于形成突水或涌水;
而压性和压扭性断层一般导、富水较弱或者不导水。
本矿在资源整合前矿井在采掘时没有揭露过落差大于10m断层,因此构造裂隙导水的可能性较小。
②封闭不良钻孔和井筒
井田范围内分布的钻孔,据勘探报告,封孔质量较可靠,矿井在采掘生产过程中,尚未发现因钻孔导致的透水事故,因此可排除其导水性。
矿井范围内废弃井筒已经被填实,一般情况不会通过该通道对矿井充水。
(3)充水强度
二1煤层顶板充水含水层为砂岩孔隙裂隙承压含水层,钻孔单位涌水量q=0.0206L/s.m;
底板直接充水含水层为太原组上段灰岩岩溶裂隙承压含水层,钻孔单位涌水量q=0.163L/s.m。
二者钻孔单位涌水量0.1<q≤1.0,属中等富水性,补给条件差,充水强度一般。
5.5井田及周边老窑水分布状况
该本矿属于资源整合矿井,煤炭开采时间较长,采空区和废弃较多。
5.6矿井充水状况
矿井目前出水点较小,根据矿方提供的最新矿井涌水量资料,矿井正常涌水量20m3/h,最大涌水量40m3/h,矿井充水主要是大气降水,根据相关因素分析矿井涌水量会随着季节的变化而变化。
6.矿井开采受水害影响程度和防治水工作难易程度评价
通过对含水层性质、厚度、富水性、水位、地下水补给、径流和排泄条件,断裂构造导、富水性,以及涌、突水情况等分析研究,按《矿井防治水规定》第十一条,矿井水文地质类型划分标准,对矿井开采受水害影响程度及防治水工作难易程度评价如下。
6.1矿井开采受水害影响程度
(1)煤层顶板导水裂隙带发育情况
XXXX煤矿目前开采的二1煤层顶板为中细粒砂岩,较为稳定。
根据“矿区水文地质工程地质勘探规范(GB12719-91)”中附录F“冒落带导水裂隙带最大高度经验公式表”,最大导水裂隙带高度计算采用如下经验公式:
依据煤层顶板岩性组合,岩石力学性质特征,选用以下经验公式:
(公式6-1)
式中:
Hl——导水裂隙带(包括冒落带)最大高度,m;
M——采厚,m;
n——分层采煤数。
矿井开采的二1煤层厚度4.09~8.49m,平均5.31m。
根据式6-1推算得出,冒落裂隙带的影响高度为79.9m。
二1煤层底板标高+40~+210m,埋深0~250m,在埋深小于79.9m的地带,采动裂隙将破坏煤层顶板砂岩裂隙承压含水层,地表积水及大气降水会通过裂隙带对老空水形成一定的补给,主要集中在雨季,对矿井开采造成影响。
第四系潜水及地表积水会通过二1煤层露头对老空水形成一定的补给,但其水量基本为一常量,对矿井开采影响较小。
(2)煤层底板突水性分析
矿最低开采标高+40m,依据米村矿最新观测的奥灰水水位+107m,对矿井工作面回采和掘进期间的突水系数进行计算,计算如下:
Ts=P/M
Ts—突水系数,Mpa/m;
P—煤层底板隔水层底面或煤层底板含水层顶面承受的水压,Mpa;
M—煤层底板到底板隔水层底面之间厚度(m),取80.00m;
由于本矿最低开采标高+40m,突水系数为0.0084。
根据郑州煤炭工业(集团)有限责任公司2010年3月16日下发的《关于郑煤集团矿井突水系数临界值及计算方法的通知》(郑煤集团水便函字[2010]32号),确定煤层底板受构造破坏的块段突水系数临界值取0.04Mpa/m,正常块段突水系数临界值取0.07Mpa/m。
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