802上采面水文地质分析报告.docx
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802上采面水文地质分析报告
习水县庆华煤矿
10802上回采工作面水文地质分析报告
编制单位:
编制:
审核:
总工程师:
矿长:
二0一六年六月
10802上回采工作面水文地质分析报告
一、工作面概况
10802上采面位于一采区+1070水平,走向长度395.50m,倾向长度107.68(m),面积40919.56㎡,工业储量134686吨。
该采面位于矿井C8煤层采区运输上山南翼,北翼是本矿采空区,以回风斜巷为界,南翼是原生煤柱,以10802上采面切眼为界,上面是本矿采空区,以10802上采面回风巷为界,下面是原生煤体,以10802上采面运输巷为界。
10802上采煤工作面的开采对井下其他区域无影响。
10802上采面中上部有原南五回风巷、南四运输巷、北四运输巷及上山联络巷等多条老巷道,全部为矿工钢梯形棚支护,两端实施了密闭处理,根据回风巷掘进贯通老巷道进入调查证实,大部分老巷道保持完整,局部排材腐朽折断出现冒顶,对回采有一定影响。
煤层情况:
C8煤层位于龙潭组(P3l)中部,上距5号煤层25m左右,顶板为深灰色薄层状炭质泥岩,粉砂质泥岩,底板为灰、深灰色薄层状炭质泥岩。
煤层平均厚度约2.27m,比重约1.45。
煤层结构简单,为单一煤层;煤层厚度稳定,为本矿主采煤层。
二、水文地质概况
工作面相对地表属丘陵地貌,地形总体形势为南高北低,冲沟发育,便于大气降水的自然排泄。
地表未发现大的断裂构造与远处水体沟通。
工作面位于习水河的补给地带,同属一个区域水文地质单元。
矿区属长江流域赤水河一级支流临江和马岩沟的分水岭地带,区内无河流、山塘、水库等地表水体,地表水为山间雨源型小溪,主要受大气降水及地形控制,矿区内小冲沟发育,沟水动态变化极大,季节性变化十分显著,雨季暴涨,旱季流量较小或干枯。
一般小于2L/s。
出露地层有二叠系中统茅口组(P2m)和上统龙潭组(P3l)、长兴组(P3c),三叠系下统夜郎组(T1y)和第四系(Q)。
总体呈一单斜构造,地层走向近NE—SW向,倾向近NW向,倾角7~12°,平均约10°,浅部为7°,向深部逐渐增大至12°。
矿区内未发育断层及次级褶曲,构造复杂程度属简单。
三、地层含(隔)水性
含水层包括第四系(Q)、夜郎组九级滩段(T1y3)、夜郎组玉龙山段(T1y2)、夜郎组沙堡湾段(T1y1)、二叠系上统长兴组(P3c)、二叠系上统龙潭组(P3l)、二叠系中统茅口组(P2m)。
现将各含水岩组分述如下:
1、第四系(Q)—弱含水层
由残积、坡积物组成,岩性为砂土、砂粘土及碎石土等。
厚度一般小于10m。
主要分布在煤系地层上部的斜坡地带及冲沟附近。
该层调查泉点1个,流量0.40l/s。
据钻孔揭穿该地层均无异常情况。
其特点是孔隙度大,透水性好,受降雨补给明显,含浅层孔隙浅水。
由于面积、厚度均不大,富水性弱。
2、下三叠统夜郎组上段(九级滩段T1y3)—弱含水层
岀露于矿区西部边界及边界外,上部为紫灰、暗紫色粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩及钙质泥岩,水平层理发育,顶部夹2~3层厚0.4~2m浅灰、灰色泥质灰岩或泥灰岩。
为紫红、暗紫夹黄绿色薄层状泥岩、粉砂质泥岩,间夹中厚层状泥灰岩、灰岩。
产瓣鳃类动物化石。
厚32~42m。
中部为灰、浅灰色微晶或细晶中厚层状石灰岩及含泥质灰岩。
产瓣鳃类动物化石。
厚50~62m。
下部为浅紫、暗紫色钙质泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩及泥岩等,夹薄层状、中厚层状及透镜状细晶石灰岩及微晶鲕粒灰岩,普遍发育水平层理、脉状层理和透镜状层理。
产较丰富的瓣鳃类动物化石。
厚180~215m。
本段厚为262m~319m,一般为280m,本区仅残存下部岩层。
地表未见岩溶发育,泉水单点涌水量0.01~0.68L/s,一般小于1L/s,施工的8个钻孔仅401孔穿过此层,未见明显的涌漏水情况。
该层富水性弱,隔水性能良好,对矿井充水影响较小。
3、下三叠统夜郎组中段(玉龙山段T1y2)—中等含水层
出露于矿区中部。
由3段灰岩和2段泥质粉砂岩组成。
灰岩为灰至浅灰色、中厚层状,夹泥质灰岩及泥灰岩;泥质粉砂岩为灰至深灰色、薄至中厚层状,夹粉砂质泥岩及泥岩,组厚101.18~115.79米,平均109.83米。
地形上多形成斜坡及陡崖,泉水单点涌水量0.312~0.783L/s,一般小于1L/s,施工的8个钻孔有4个孔(均为深部钻孔)穿过此层,其中有2个孔有漏水现象,无涌水现象。
富水性中等,属中等岩溶含水层,主要含岩溶裂隙水,地表补给条件较差,具当地补给当地排泄的特点,该层下距C2煤层平均约107.49m,中隔C2煤层顶板隔水层(厚约19.12m)和下三叠统夜郎组下段(沙堡湾段T1y1)隔水层(厚约36.14m),C2煤层最大厚度2.12m,倾角10°,属缓倾斜煤层,顶板属软弱岩层,开采后的冒落带及导水裂隙带高度由下式计算
1)、冒落带高度H冒=100M/(6.2M+32)+1.5
=100×2.12/(6.2×2.12+32)+1.5
=6.2m
式中:
M-煤层最大厚度(单位:
m)
2)、导水裂隙带高度H裂=100M/(3.1M+5)
=100×2.12/(3.1×2.12+5)
=18.3m
式中:
M-煤层最大厚度(单位:
m)
H冒+H裂=6.2+18.3=24.5m<107.49m,故正常情况下玉龙山段灰岩岩溶水对矿井充水影响较小。
但如果存在隐伏导水断层切入此层,则会对矿井充水产生较大影响。
4、下三叠统夜郎组下段(沙堡湾段T1y1)—弱含水层
出露矿区中部,为灰绿、黄灰色薄层状泥质粉砂岩、粉砂质泥岩及泥岩,中夹泥质灰岩薄层,厚31.08~47.33米,平均36.14米。
地表调查未见泉点,钻孔中未见涌水现象,该层富水性弱,隔水性能良好,对矿井充水影响较小,对防止玉龙山段灰岩岩溶水进入矿井有阻隔作用。
5、上二叠统长兴组(P3c)—中等含水层
呈条带状陡崖出露于矿区东部。
灰色、深灰色中至厚层状灰岩,含燧石结核。
夹钙质泥岩、粉砂质泥岩薄层。
本组厚49.34~55.59米,平均52.23米。
地表调查0.317~0.371L/s,施工的8个钻孔有5个孔穿过此层,其中有4个孔有漏水现象,无涌水现象。
富水性中等,属中等岩溶含水层,地表补给条件较差,具当地补给当地排泄的特点,该层下距C2煤层平均约19.12m,C2煤层最大厚度2.12m,倾角10°,属缓倾斜煤层,顶板属软弱岩层,开采后的冒落带及导水裂隙带高度为24.5m>19.12m,故开采C2煤层时长兴灰岩的地下水对矿井充水会产生影响。
4、二叠系上统龙潭组(P3l)—弱含水层
出露矿区东部,为区内含煤地层,岩性由灰、深灰、黄灰色泥岩、炭质泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩及煤层组成,上部夹0~3层灰色薄~中厚层状灰岩及泥质灰岩,底部为铝土质泥岩与茅口组分界。
本组厚度77.90~87.48米,平均80.75米。
含煤11~18层,一般15层,可采煤层4层,由上至下编号为2、5、8、12号。
泉点流量0.317~0.635l/s,钻孔无明显的漏水及涌水现象。
该层富水性弱,是矿井直接充水含水层,402孔抽水试验静止水位标高为1185.61m,基本无水。
6、二叠系下统茅口组(P2m)—强含水层
岀露于矿区南东边界附近及边界外,岩性为灰色、浅灰色块状、厚层状夹中厚层状灰岩,厚度大于100m,含岩溶管道水,为强含水层,主要由大气降水补给,富水性不均一,侵蚀基准面以上在雨季时富水性强,枯季时富水性弱,侵蚀基准面以下富水性强。
据402孔抽水资料,最大涌水量0.48L/s,静止水位标高1191.7m,矿井最低准采标高为1020m,采用平硐开拓,主平硐井口位于矿区2~3号拐点附近的茅口灰岩中,标高+1025m,以292°的掘进方位角(坡度为+3‰)穿过茅口灰岩并从底板进入煤系地层,长1750m处揭8煤层,揭煤处标高1035m,故主平硐对+1025m标高以上的茅口灰岩地下水已具有疏干作用。
四、地表水及含水层间的水力联系
矿区地表水系较发育,地处长江流域赤水河棊江水系梅溪河支流南岸,矿区内地表水系较发育,地表水有季节性冲沟发育。
地表水受季节性影响较大。
区域内岩层主要为碳酸盐岩和碎屑岩两大类,碳酸盐岩包括三叠系下统夜郎、二叠系上统长兴组、中统茅口组中灰岩等。
碳酸盐岩分布面积广,占矿区基岩分布面积的70%左右,区多属裸露及半裸露的基岩山区,地表岩溶洼地、落水洞、溶斗等发育一般,但地下水系发育,发育溶洞、暗河,大气降水还容易通过地表大量的负地形渗入岩溶裂隙、管道、暗河之中,岩层中赋存着丰富的岩溶裂隙水,富水性弱-强。
这些岩溶水长途径流,最后以岩溶大泉、岩溶泉群或暗河等形式集中排泄向北西向流入梅溪河。
矿区内覆盖的第四系,含水性弱,加之厚度不大,分布不广,多数分布地表低洼地带,直接接受大气降水的补给,易蓄水,蓄水量有限,通过溶洞、裂隙或渗漏方式直接补给到下覆的下三叠统茅草铺组(Tlm)灰岩岩溶洞隙含水层,水力联系强。
下三叠统茅草铺组(Tlm)灰岩岩溶洞隙含水层、下三叠统玉龙山段(T1y2)岩溶洞隙含水层与上二叠统长兴组(P3c)岩溶洞隙含水层之间分别各有一层隔水层,分别为下三叠统九级滩段(T1y3)泥岩隔水层、下三叠统沙堡湾段(Tlyl)泥岩隔水层,水力联系弱。
上二叠统长兴组(P3c)岩溶洞隙含水层与下覆的上二叠统龙潭组上段(P3l3)层间灰岩溶隙含水层、上二叠统龙潭组第二段(P3l2)层间灰岩溶隙含水层均为弱含水层,为开采的,通过裂隙及采动裂隙渗入到巷道和采空区内,水力联系较强。
中二叠统茅口组(P2m)位于煤系地层下,岩溶洞隙含水层,水力联系较强。
综上所述:
区内龙潭组煤矿床上覆的中~强岩溶含水层之间一般具有较好的隔水层,含水层之间水力联系较弱,对煤矿床开采影响较小,只是当导水断层或其他导水通道沟通上覆含水层与矿床水力联系时,上覆含水层才会成为矿井的充水水源,从而威胁到煤矿床的开采。
龙潭组煤矿床下伏茅口组强灰岩含水层与煤矿床深部煤层无隔水层,当导水断层或其他导水通道沟通其与矿床发生水力联系时,会成为矿井的底板充水水源,从而威胁到煤矿床的开采。
五、矿井充水因素分析
㈠、充水水源
1、大气降水:
是主要的充水水源。
含煤地层裸露,直接接受大气降水补给,其充水强度和降水的强度及持续时间有着密切联系。
2、地表水:
区内冲沟发育,地形切割较深。
有常年有水冲沟从矿区中部通过,枯水季流量较小,雨季暴涨。
因此,在上述地表水体下采煤应注意地表水溃入。
3、地下水:
区内地下水的埋藏类型为潜水,埋藏深度随地势高低而变化。
主要来源于大气降水和地表水,地下水动态随季节而变化,一般规律是丰水期流量增大,而枯水期地下水流量减小;地下水化学类型为HCO3•SO4~Ca型水。
煤系地层底部茅口灰岩距C12、C10、C8号煤层距离较小,且茅口灰岩为强含水层,开采该煤层时,引发底板突水的可能性大,开采该煤层时应高度重视底板突水。
4、老窑水:
区内老窑和小煤矿分布广泛,且开采历史悠久,矿井已形成较大范围采空区。
采空冒落造成地表开裂、塌陷,致使地表水及降雨由裂隙渗入采空区蓄积;采空积水较大。
特别是矿井巷道开采到老窑采空范围时,对矿井充水影响大;因此,在开采浅部煤层及接近老窑采空时,应采取相应措施预防老窑水涌入矿井。
5、第四系孔隙水:
由黄土、粘土、砂及砾石等组成,透水性较强,特别在雨季含水量饱和度增高。
6、矿井直接充水含水层:
含煤地层与隔水段呈间互状,虽富水性弱,但具一定的承压性,应做好排水准备。
根据各含隔水层水文地质特征、裂隙带导水性及动态变化特征,区内地下水补给来源主要为大气降水、老窑积水、矿区地表水。
㈡、充水通道
1.岩石天然节理裂隙
矿区内的龙潭组含煤地层在接近地表附近,岩石风化节理、裂隙很发育,而深部则发育成岩石或构造节理、裂隙,尤其是内部菱铁质细砂岩等脆性岩石更为发育,它们是地下水活动的良好通道,并沟通上覆含水层与含煤地层的水力联系。
2.人为采矿冒落裂隙
未来的采煤活动将产生大量的采矿裂隙,这些人为裂隙也会沟通上覆含水层与含煤地层的水力联系,成为地下水活动的良好通道。
3.采空区
矿区内老窑分布较多,其废弃采面或巷道会成为老窑水、采空区积水、部分地表水进入矿井的通道。
4.岩溶管道
矿区内茅口灰岩局部地段发育岩溶管道,当它们被断层沟通与12煤层联系时,会成为矿井充水通道。
5.导水钻孔
生产地质报告未提供任何钻孔资料,也未提供以往在本井田进行过详查或精查的相关描述,因此无法获得矿区内是否存在封闭不良钻孔,业主应收集和调查有关资料,包括现场调查,弄清是否存在封闭不良钻孔。
㈢、充水方式
矿区虽地形有利于大气水的排泄,但煤层埋藏浅、并有老窑采空区分布。
因此,矿井充水方式主要以顶板来水,局部(地面冲沟附近、采空区附近、导水钻孔附近、导水断层附近等)可能发生突水。
㈣、地表水、地下水动态变化
区内地下水补给来源主要是大气降水。
虽排泄条件良好,但各含水带的补给、排泄条件则取决于埋藏条件。
矿区内地表水和地下水的动态变化,明显的受大气降雨的影响,旱、雨季溪流、井、泉流量变化极大,暴雨季节溪流、井、泉流量较大,甚至低洼地带积水成塘;旱季溪流、井、泉流量急剧减少或干枯。
基本表现为雨停沟溪水断流,属山区雨源型矿区。
浅部地表水、大气降水不断补给地下水;在沟谷旁、低洼处,地下水出露地表,补给地表水。
总之,在上覆地层及下伏地层石灰岩中,地下水迳流、循环、水力联系较强,活动剧烈,往往地表水由溶洞、溶斗、落水洞及岩溶洼地中汇集,渗透补给地下水。
各含水层之间一般无直接的水力联系。
六、主要水害分析
1、塌陷斑裂区水害分析
经过近几年矿井涌水量观测资料综合分析,地表降水与井下涌水有一定的水力联系,采动引起的地表裂隙成为煤层上覆含水层之间的导水通道,并直接接受大气降水的补给,对井下安全生产有一定的影响。
2、周边老窑水害分析
该矿区内老窑开采历史悠久,各主要可采煤层均有开采,但因停采时间较长,大部分老窑均已垮塌封闭,无法取得足够的实测资料,部分资料属问访所得。
现非法开采小煤窑已经全部关闭。
另外,还有一些未调查清楚的掩埋老硐,对煤层的开采也有一定的威胁,在开采中要引起重视。
由于矿区内因存在过去采煤时形成的采空区或老硐,由此,矿井必须对矿区内的小窑及采空区以及积水情况等进行详细调查,编制调查报告,并进行填图。
切实掌握小窑开采情况,小窑采空区积水情况,要注意探放水工作,特别是在采空区或老硐附近采煤时,防止采空区积水及老硐积水的突然涌出。
另外,还要注意在巷道中尚未查清的断层可能切穿上下含水层对开采的影响。
3、老空积水情况分析
老窑多分布于矿区东部的煤层露头一带,开采历史悠久,多属季节性,农闲时开采,农忙时停产,以开采8煤层居多。
开拓方式一般为斜井,沿煤层倾向掘进,遇煤层后沿煤层走向布设水平巷道。
开采最大垂深约50-100m,一般30-50m,其规模较小,产量低,乱挖乱采现象严重,现已全部关闭,井下资料无法收集。
老窑存在着一定的积水,是浅部矿井开采时的重要充水因素。
在开采浅部煤层时,采空区积水易渗入矿井而成为矿井直接充水水源。
矿井必须加强对矿区附近的小窑及采空区以及积水情况等进行详细调查,编制调查报告,并进行填图。
切实掌握小窑开采情况,小窑采空区积水情况,要注意探放水工作,特别是在采空区或老硐附近采煤时,防止采空区积水及老硐积水的突然涌出。
另外,还要注意在巷道中尚未查清的断层可能切穿上下含水层对开采的影响。
4、承压水含水层情况分析
当地区域最低侵蚀基准面海拔高程为+1020m,煤层下部的茅口灰岩距离煤层底界约2.28~7.86m,含水性强。
矿井开采标高高于最低侵蚀基准面,矿井涌水经主平硐自流排出地面,因此,底板灰岩溶水对矿井开采影响较小。
七、影响和控制矿井水害的主要因素
根据对工作面水文地质条件和水害特征的分析研究,可以得出影响和控制本工作面水害的主要因素有:
大气降水:
大气降水作为本区矿井各个充水含水层的最终补给水源,控制和维持着各含水层长期稳定的充水水量。
如果没有大气降水的补给,随着矿井的生产排水,含水层水会逐渐趋于疏干,矿井的涌水量会逐渐减少。
但应该明确的是大气降水是一个不可控因素,很难通过人为因素减少和控制。
含水层的埋藏条件和构造开启性条件:
由于主要充水含水层受大气降水的直接或间接补给,而大气降水的补给强度和补给速度主要受含水层的埋藏条件、构造裂隙发育条件和水循环开启性条件控制。
目前的资料已经显现出随着含水层埋藏深度的增加,其富水性具有减弱的趋势。
我们要充分研究和利用这一基本规律。
构造发育情况特别是导水裂隙的发育与分布规律:
裂隙储水、裂隙导水和裂隙突水已成为矿井水害的明显特征,裂隙的发育与否决定了矿井是否具有突水的条件,裂隙的导水性能及其空间联通网络的大小、网络之间水力联系的密切程度决定了单个出水点水量的大小。
研究和探查导水裂隙的发育规律、空间展布规律和控制因素对有效预测和防范矿井水害具有重要意义。
八、矿井水量及受水害威胁程度
综合分析水文地质条件、水害的影响和控制因素、矿井目前的水害现状和水害特征,可以初步得出典型的裂隙型出水为特点,且充水含水层与主采煤层之间隔水层不发育,含水层的富水性属偏弱,所以矿井充水的特点将会是突水频率低、单点突水量相对小、突水后水量会很快衰减直至稳定于一定的值、不同出水点之间会有一定的水量相互干扰,特别是发生于同一含水层的突水点。
只要矿井具备一定的排水能力和地下水疏导系统,一次突水一般不会造成淹井事故,但矿井水害会给生产带来严重影响。
九、矿井水害特征及需要查明的主要水文地质问题
一般情况下,矿井水文地质工作需要查清的重点任务有:
(1)查明和控制矿区区域水文地质条件,确定矿区所处的水文地质单元的位置,详细查明矿区发育的主要含水层及其各个含水层地下水的补给、径流、排泄条件,区域地下水对矿区充水含水层的补给关系,矿区地表水系及气象因素与地下水的相互关系及其相互影响。
(2)详细查明矿区含(隔)水层的岩性、厚度、产状,分布范围、边界条件、埋藏条件,含水层的富水性,矿床与顶底板含水层之间隔水层的厚度及稳定性。
着重查明矿区主要充水含水层的富水性、渗透性、水位、水质、水温、动态变化以及地下水径流场的基本特征,特别是主采煤层顶底板隔水层所承受的静水头压力,确定矿区水文地质边界位置及其水文地质性质。
(3)详细查明矿区或附近对矿坑充水有较大影响的构造破碎带的位置、规模、性质、产状、充填与胶结程度、风化及溶蚀特征、富水性和导水性及其变化、沟通各含水层以及地表水之间相互补给关系的程度,分析构造破碎带及其可能诱发的引起突水的地段,提出开采中对构造水的防治方案原则性建议。
(4)详细查明对煤层开采有影响的地表水的汇水面积、分布范围、水位、流量、流速及其季节性动态变化规律、历史上出现的最高洪水位、洪峰流量及淹没范围。
详细查明地表水对井巷可能的充水方式、地段和强度,并分析论证其对煤层开采的影响,提出开采过程中对地表水的防治方案原则性建议。
(5)对于煤层与含(隔)水层多层相间的矿床,应详细查明开采煤层顶、底板主要充水含水层的水文地质特征和隔水层的岩性、厚度、稳定性和隔水性,不同含水层之间的水力联系情况,断裂与裂隙发育程度、位置、导水性以及沟通各含水层的情况,分析不同的采矿方式对隔水层的可能造成的破坏情况。
当深部有强含水层或采区地表有水体时,应查明主要充水的中间含水层从底部或地表获得补给的途径和部位。
(6)对已有多年开采历史的老矿区,应重点调查废弃矿井、周边地区小煤窑、已经采掘的老空区的分布位置、范围、埋藏深度、积水和塌陷情况,与地表及其它富含水的含水层之间的水力联系情况,大致圈定采空区,估算积水量,提出开采中对老空水的防治措施建议。
(7)在水文地质条件勘探的基础上,应根据矿井采掘条件和矿井采掘规划,建立矿井涌水量预测预报模型,选择适合矿井水文地质条件的涌水量预测和计算方法,对全矿井涌水量、分水平涌水量、分采区涌水量进行计算预测。
在条件许可的条件下还应对矿井可能形成的突水水量进行分析评估,为矿井防排水系统和能力设计提供基础资料。
(8)对于深部开采的矿井,应详细查明主要充水含水层的富水性及导水断裂破碎带向深部的变化规律。
对矿井采掘过程中可能出现的高地应力、高温热害、有毒气体等进行勘探和分析,初步查明地应力、地热场的成因、分布及其对矿床开采可能带来的的危害。
(9)在10802上回采面回风巷上部每隔20米施工1个探放水钻孔,探穿采空区,经查明上部空区无大量积水。
十、回采工作面水文地质分析结论
通过全面调查了解决及分析,10802上采面水文地中等,回采不受水害影响。
10802上采面回采过程中,受采动影响,可能会有少量顶板淋水,无底板涌水,。
虽在探明区域内进行回采,但也不能麻痹大意,在实际工作中,严格按照防治水的相关规定,落实防治水的“五项”综合治理措施,做到防治结合,预防为主。
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