11B101水文地质分析报告.docx
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11B101水文地质分析报告
目录
第一节地质构造2
第三节工作面位置、范围及现状10
第四节工作面地质及水文情况11
第五节综合评价13
11B101水文地质分析报告
为加强矿井的防治水工作,保障职工的生命和财产安全,做好贯彻落实水害防治工作的责任感,严防工作面突水事故的发生,结合我矿实际水文地质情况,特针对12210上付巷掘进工作面进行水文地质情况分析
第一节地质构造
1、地形地貌
井田位于天山北麓的低中山区,地形复杂,山势陡峻,切割强烈,白杨沟河近东西向横贯矿区南部,强烈切割岩层。
白杨沟河南为松树林带,沟北为陡峻的哈拉巴斯陶特力斯嘎山脊,沟底至山脊顶部坡角达30度以上,部分地段为陡崖。
井田最高处海拔2090米,最低处为白杨沟河底,海拔1670米,相对高差一般为50—300米,最大高差为420米。
2.水系
白杨沟河发源于天山雪峰,从井田南部流过,向东汇入呼图壁河,为常年性河流,河谷底是井田的最低侵蚀基准面,在井田以西较窄,为V字型河谷,流出井田河变宽缓,多为U字型河谷。
据呼图壁河水文站1994年在白杨河出口处观测计算资料,洪水期为6月、7月,月平均流量4.34—6.44立方米/秒,最大洪水流量20—30立方米/秒,枯水期为11月至次年4月,月平均流量为0.27—0.43立方米/秒。
3.气象
井田位于天山北坡,受山区气候的影响,矿区气候较湿润,属中温带半干旱气候区。
据呼图壁河水文观测站的资料,1994年年降水量为421.5毫米,4—10月份为雨季,月平均降水量在31.4—85.7毫米间,年蒸发量为1317.1毫米;年平均气温摄氏5.4度,7—8月最高,最高气温达摄氏34.1度,元月份最冷,最低气温零下摄氏23.9度。
每年10月底至11月初封冻,次年4月中、下旬解冻,白杨沟内风力不大,一般3—4级,最大冻土深1米。
4、地震
井田位于沙湾县—玛纳斯县—呼图壁县地震带上。
根据国家质量技术监督局2001年2月2日发布《中国地震参数区划图》(GB18306-2001)标准,井田地震动峰值加速度为0.5g。
根据新疆地震局1978年出版的地震图册,对烈度等级的划分,井田的烈度在7度。
据新疆地震局资料,本世纪近百年间临近区50千米范围内共发生≥MS4.7级的中、强震14次,其中1906年玛纳斯县境内MS八级大地震曾造成巨大破坏,故本区是地震多发区。
5、井田构造
受区域单斜构造的影响,井田构造形态总体为一北倾的单斜构造,倾向2°—36°,倾角6°—33°。
井田内仅发现有一条断距小于20米的小断层,即F1逆断层,其走向长约750米,因此说井田构造为简单构造。
F1逆断层:
走向22°—29°,倾向292°—299°,倾角63°,长740米左右,向北延伸出矿区,向南至白杨沟河,井下巷道有四点揭露,断距为11.5—13米,断层西盘上升,东盘下降,因受上升盘影响,该断层在Ⅲ线间,地层倾角变缓,使上盘B1煤层与下盘B2煤层对接,井下巷道1634米标高运输巷由B1进入B2煤层。
在生产井巷道内观察到的断层对B1、B2煤层破坏不严重,破碎带很窄,断层面上无水渗出,由此可知F1逆断层不具导水性。
第二节水文地质
一、含(隔)水层(段)的划分
(一)划分依据及其说明
1、根据钻孔编录及生产井调查的资料,侏罗系西山窑组地层由泥岩、粉砂岩、中-粗粒砂岩、粗砂岩、砾岩及煤层以互层韵律形式构成,各种岩石的单层厚度可由数厘米变化到数米,乃至数十米。
因此难以按单一岩层划分含、隔水层,只能以较大的岩性段来划分。
2、通过钻孔简易水文地质观测的结果,进入到粗砂岩、砾岩段,钻孔发生孔内泥浆水位升高或漏水现象,由此说明在侏罗系地层中,粗砂岩、砾岩能释放出水来。
而进入到泥岩等细颗粒的岩石地段,孔内泥浆水位变化不大。
因此,根据钻孔实际控制的情况并结合有关规范,将地层中的泥岩等细颗粒的岩石段划分为相对隔水层,而将粗砂岩、砾岩等岩石段划分成含水层。
根据上述划分依据与说明,将井田地层划分了五个含(隔)水层(段),见表5-1。
含(隔)水层(段)划分一览表表5-1
地层代号
含(隔)水层(段)编号
含(隔)水层(段)名称
Q4eld
Ⅰ
第四系残坡积透水不含水层
Q4pal
Ⅱ
第四系洪冲积潜水含水层
J2x
Ⅲ
中侏罗统西山窑组孔隙裂隙中等富水含水层
J1s
Ⅳ
下侏罗统三工河组隔水层
Ⅴ
烧变岩裂隙潜水含水层
二、含(隔)水层(段)特征
(一)第四系残坡积(Q4eld)透水不含水层(Ⅰ)
此松散物主要分布于井田白杨沟河北岸山坡上或中北部山坡上,主要由浅黄色砂土、角砾构成,厚1.00—10.00米。
由于此层分布位置较高,虽透水性较好,但不具储水条件,为透水不含水层。
(二)第四系全新统洪冲积(Q4pal)砂砾层潜水含水层(Ⅱ)
分布于白杨沟河河谷两侧,为现代河床冲洪积砾石层,灰白色、浅灰色砾石、砂混杂堆积,砾石成份主要由岩浆岩、烧变岩及少量变质岩组成,砾径0.2—2米,分选差,松散、无胶结,厚度14—18米。
地下水以孔隙潜水形式赋存于冲洪积层中。
据《新疆呼图壁县白杨沟煤矿详查报告》中QJ1、QJ2抽水试验的资料,单位涌水量0.92-1.42升/秒·米,水化学类型属HCO3·SO4—Ca·Na、HCO3·SO4—Mg·Na型。
由于受河水的直接补给,松散层富水性强。
(三)中侏罗统西山窑组孔隙裂隙中等富水含水层(Ⅲ)
勘探区内大面积出露此地层,局部被第四系风积层所覆盖。
据勘探区内的钻孔钻探资料,此含水层岩性主要由粗砂岩、中砂岩、(泥质)粉砂岩、泥岩及煤组成,含水层厚度118.91—124.57米,地层产状北倾,倾角5°-15°。
共赋煤7层,分别为B1-B7煤层。
此含水层主要接受南部白杨沟河河水的侧向渗入补给,次为大气降水、雪融水通过第四系松散层的垂直入渗补给。
西情况并结合井田水文地质条件,将此含水层定为中等富水含水层。
邻矿原达矿主井开采B1煤层至30-40米处,顶板有淋水现象,但随后逐渐减小,井下涌水量为100立方米/日左右。
另据《新疆呼图壁县白杨沟煤矿详查报告》中ZK1孔涌水试验的资料,钻孔单位涌水量0.853升/秒·米,渗透系数1.318米/日。
根据上述据收集的水质资料,水化学类型属HCO3·SO4—Na型,溶解性总固体1.318克/升。
本次在新井水仓采集的水样,水化学类型属HCO3·SO4—Na·Ca型,溶解性总固体0.3克/升。
(四)下侏罗统三工河组隔水层(Ⅳ)
主要分布在井田的南部,整合于侏罗统西山窑组地层。
据区域水文地质资料,此地层岩性主要以泥岩、泥质粉砂岩夹少量粗砂岩组成,据其岩性组合将其划分为相对隔水层。
由于此层位于西山窑组地层之下,在一定程度上阻隔了南部白杨沟河河水的侧向渗透补给。
(五)烧变岩裂隙潜水含水层(Ⅴ)
火烧主要分布在井田南部,呈条带状近东西分布。
由于地势上西高东低。
岩石受烘烤或烧变后形成烧变岩,其孔隙、裂隙发育,易接受大气降水、雪融水的补给而形成烧变岩孔隙、裂隙潜水。
在ZK101孔的274.48-276.0米、300.0-340.6米分别控制到了火烧;另据原达煤矿控制的情况,矿井开采的最低水平位于河床水位之上,其水仓中积水主要源于上部的火烧积水。
本次工作未对该火烧层进行专门的水文地质工作,仅依据钻孔及生产井实际控制的情况对该火烧层进行了描述,确定该层为裂隙潜水含水层。
三、地下水与地表水及各含水层之间的水力联系
(一)地下水与地表水间的水力联系
从勘探区南部穿过的白杨沟河,是本区地下水的主要补给源,它主要源于井田南部的雪山融雪水。
此河在由西南往东北径流的过程中侵蚀切割地层,河水顺地层渗漏或侧向补给地下,形成第四系孔隙潜水,同时,河床两岸的孔隙潜水亦渗透补给地下,从而形成井田承压水。
(二)各含水层之间的水力联系
大气降水通过第四系透水不含水层,并经下伏岩层的构造、风化裂隙补给地下,使之产生一定的水力联系,但这种补给微弱。
由河水补给形成的第四系孔隙潜水含水层则通过下伏地层的风化、构造裂隙持续地补给赋煤地层含水层,两者之间的水力联系相比上者密切,且井田内的地下水的形成,主要是白杨沟河河水以及第四系孔隙潜水含水层的补给而形成。
上述资料说明井田内两种不同类型的地下水均与白杨沟河存在水力联系。
工作收集到的河水水质的分析成果,白杨沟河河水的水化学类型为HCO3·SO4-Na·Ca型,而在新井水仓中采集的侏罗系地层承压水的水化学类型为HCO3·SO4-Ca·Na型,由此可进一步说明地下水与地表水之间存在一定的水力联系。
四、地下水化学特征
井田的地下水化学类型为HCO3·SO4-Ca·Na型,见于井田内目前新建的生产井中。
主要接受河水的侧向渗透补给,次为大气降水、雪融水的补给,pH值8.70,溶解性总固体(矿化度)258.0毫克/升,为碱性淡水。
上述资料说明,赋存于煤系地层中的地下水,含水层虽为多韵律结构,且泥质充填、夹层较多,地层渗透性较差,径流条件不佳。
但由于开采时受河水的侧向补给,水化学特征表现为溶解性总固体偏低,为258.0毫克/升,水质较好。
五、地下水补给、径流、排泄条件
(一)第四系河床冲洪积物孔隙潜水的补给、径流、排泄
第四系河床孔隙潜水的补给主要源于白杨沟河河水的补给,次为大气降水的补给,前者占主导地位。
河水由西南往东北径流的过程中,直接通过松散且孔隙发育的冲洪积物形成第四系孔隙潜水。
通过收集到河水的水质成果,可知孔隙潜水在径流过程中运移速度快,离子交换充分。
植物的蒸腾及渗透补给含煤地层是孔隙潜水的主要排泄途径。
(二)基岩裂隙、孔隙水的补给、径流、排泄
通过对区域水文地质条件的认识和了解,并结合井田的水文地质资料,可知井田赋煤地层的地下水,其补给主要源于流经区内的白杨沟河,此河为由西南向东北径流的常年性河流,河水的侧向渗漏补给,以及河床两岸卵砾石中的孔隙潜水的渗透补给是赋煤地层的主要补给方式,其它方式的补给甚微。
通过目前矿井的排水以及所采水样经分析对比之后的结果,可说明地表水与地下水之间的补给关系,二者之间的水力联系密切。
从而可证实煤系地层基岩裂隙、孔隙水的补给主要源于白杨沟河河水及第四系河床孔隙潜水。
另外基岩裂隙孔隙水由于其所处的环境,地层多有夹层且有泥质充填,地下水在运移过程中受阻,运移迟缓,反应到水化学特征上,则表现为随着运移距离的延长或地层的加深,溶解性总固体(矿化度)逐渐增高。
地下水径流的不断延续,也是排泄的过程。
另外,生产矿井疏干排水亦将是井田地下水排泄的主要方式之一。
六、矿床充水条件分析
(一)矿床充水因素分析
根据区域水文地质条件、井田水文地质条件以及矿床在区内的分布及开采情况,查明了影响矿床充水的主要因素有地层岩性、构造、大气降水、地表水及火烧层积水,现分述如下:
1、地层岩性
井田内的赋煤地层为侏罗系西山窑组地层,其岩性主要以泥岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩等细颗粒状的岩性为主,局部夹有粗砂岩、砾岩及煤层。
通过《新疆呼图壁县白杨沟煤矿详查报告》中ZK1孔涌水试验的资料,钻孔单位涌水量0.853升/秒·米,渗透系数1.318米/日,这表明井田赋煤地层的渗透性较好,富水性较强,从而进一步说明井田赋煤地层岩性有利于矿床充水。
另外,位于井田南部的三工河组地层,其岩性主要以小颗粒的泥岩、泥质粉砂岩为主,据其地层岩性组合,可知三工河组地层不利于井田赋煤地层地下水的形成,它对井田矿床充水起到了一定的阻碍作用。
2、构造
井田构造为一简单的单斜构造,位于井田东部、回风斜井西有一小断层,该断层规模较小,仅在巷道中遇到,实测断距约11米。
通过对井田水文地质条件的客观分析,构造裂隙水对西山窑组赋煤地层的影响不大。
因此,井田内构造因素对井田矿床充水影响不大。
3、大气降水
中侏罗统西山窑地层岩性为一套以湖沼相为主夹有河流相的含煤碎屑沉积岩。
泥岩、粉砂岩等细颗粒岩石柔软透水性弱,经差异风化剥蚀后,地表坡度较大;砂岩坚硬且厚度大,地表常以陡坎状出露,接受大气降水补给的面积甚微,且大气降水易形成表流,向地势较低处渲泻,因此矿床对接受大气降水的补给不利。
4、地表水
由西南向东北径流的白杨沟河是一条常年性河流,它可以通过第四系松散层形成孔隙潜水,河水和第四系孔隙潜水通过地表构造风化裂隙顺地层持续性渗透补给地下,这样长期作用的结果,使得矿床充水并形成了井田含煤地层的地下水。
它是井田矿床充水的重要因素之一。
5、火烧层积水
井田内所有煤层的以浅在地表均发生火烧,火烧呈条带状近东西向展布。
岩石受烘烤或烧变后形成烧变岩,其孔隙、裂隙发育,易接受大气降水、雪融水的补给而形成烧变岩孔隙、裂隙潜水,它是未来井田矿床充水的主要因素之一。
据原达煤矿抽排水的资料,由于开采的最低水平位于河床水位之上,其水仓中积水主要源于上部的火烧积水。
由于火烧层位于煤层之上,它是矿床充水的通道,未来矿井在开采煤层时,应超前探水,避免突、涌水事故的发生。
(三)矿床充水途径
1、通过上述矿床充水因素的综合分析,已查明井田内矿床主要接受河流、第四系潜水及烧变岩含水层地下水直接或间接地补给而使矿床充水。
当煤层开采到一定深度时,煤层间的岩层必然造成坍塌、陷落,致使单个含水层相互连通,形成一个直接对矿床充水的含水段。
2、矿井开拓矿床的井下系统,其地下水位降至河床水位及附近老窿、废井的平均水位以下时,地下水本身的自然流场受人为因素的改变,将有可能产生河流及老窿、废井地下水补给开采矿床的情形,这种补给方式是在不贯通老窿、废井的情况下,按地层渗透性缓慢进行补给。
一旦贯通,将会出现河水、老窿、废井水直接灌入矿井的情形。
3、矿井在采煤过程中将会形成大面积采空区,在陷落、冒落范围内,将有可能出现暂时性地表洪流直接灌入矿井的情形,避免大面积陷落区的形成,以防止洪流灌入塌陷区。
(四)矿井涌水量
矿井正常涌水量为Qz=1727.36立方米/日,矿井最大涌水量为2608.31立方米/日米/日。
矿井实测排水量值为200-302立方米/日。
井田为顶底板直接进水、水文地质条件简单-中等的煤矿床。
水文地质勘探类型为二类二型。
第三节工作面位置、范围及现状
11B101皮带运输巷沿B1煤层掘进,B1煤层在该区域为原始煤层,煤层厚度9.1—11.87m,平均10.54m。
地面的相对位置,位于副井西侧的山体;其上部为B2-1煤层,层间距25.63—31.86m,平均28.75m。
对工作面无影响。
11B101工作面北面距采区边界250m。
采区设计走向长度340m,开切眼长度设计90m。
11B101工作面设计在B1煤层,在矿区西翼,采区开切眼长度设计90m,走向长度340m,回风巷已经掘进340m,没有淋水现象,在南面有断层出现涌水现象,涌水量很小,大约0.3m³,运输顺槽已经掘进110m,没有淋水和涌水现象和涌水点。
在工作面西南250m方向,有2001年原原达煤矿61392m²采空区面积。
工作面至20113年12月停工没有涌水现象。
11B101运输顺槽工作面断面:
宽3800×高3000mm矩形断面,面积11.4m2,采用锚网支护。
11B101回风顺槽工作面断面:
宽3800×高3000mm,矩形巷道,面积11.4m2。
周长9.8米。
第四节工作面地质及水文情况
1、B1煤层情况
11B101工作面设计在B1煤层,B1煤层位于中侏罗纪西山窑组孔隙裂隙中等富水含水层,此含水层主要接受南部白杨河河水的侧向渗入补给,次为大气降水、雪融水通过第四系松散层的垂直渗入补给。
B1煤层属西山窑组下段,地表露头已火烧,主要分布于井田中部。
井田内有5个控煤点(ZK101、ZK102、ZK302、原鸿新主井HI石门、鸿新技改井石门),见煤点5个,可采厚度点5个。
浅部煤层火烧且不可采,井田东部(即III线)煤层火烧较深,深部煤层可采。
全层厚度9.10—11.87米,平均10.54米。
可采厚度5.40—6.66米,平均厚度6.27米。
厚度标准差1.17%,变异系数11%,可采性指数为1.00。
煤层结构简单,局部含一层夹矸,夹矸厚度0.28米,夹矸岩性为炭质泥岩。
2、煤层顶底板岩石岩性特征分述于下:
1).粉砂质泥岩、泥岩:
灰色,粉砂泥质结构,层状构造,砂屑粒径0.02-0.1毫米,分选较好,泥质、钙质较多,沿层面有炭质碎片。
粉砂质泥岩的矿物组成有:
粉砂屑石英20-30%、长石3-10%、泥质40-60%、炭质3-10%,此外普遍见含铁方解石、白云石、菱铁矿混于泥质中,占5-15%。
泥质则含粉砂很少,一般<15%。
2)、泥质粉砂岩:
灰色,泥质粉砂结构,层状构造,矿物粒径一般0.01-0.1毫米,泥质胶结,炭质碎片沿层面分布,菱铁矿呈球粒状散布。
其矿物含量为:
石英30-60%、长石5-15%、炭质碎片5-15%,菱铁矿球粒3-15%,泥岩、硅质岩屑、白云母、绿泥石少许,胶结物泥质15-30%。
3)、细砂岩:
灰白色,细粒砂状结构,层状构造,砂屑粒径0.1-0.25%毫米,分选好,次棱角-次圆状,接触式或孔隙式胶结,沿层面有炭屑分布,石英25-50%、长石10-25%、硅质岩屑15-20%,泥质岩屑3-10%,岩屑5-10%,磁铁矿、绿泥石少许。
胶结物为泥质5-15%,菱铁矿1-3%,有时方解石、菱铁矿可达10-20%。
4)、含炭质-炭质泥岩:
该岩石在煤层顶底板中分布较普遍,但厚度很薄,随开采即垮落,厚度较大的见于B2、B10顶、B11底等处。
含炭质泥岩:
灰黑色,泥质结构,层状构造,粒度小于0.01毫米,系由泥质矿物与炭质呈显微纹层组合,泥质中又常夹有石英、菱铁矿微粒等,其成分比例大致为:
泥质70-85%,炭质5-15%,菱铁矿微粒1-3%,粉砂屑少量。
上述岩石中,泥质减少至60-65%,炭质增至20%以上时,则为炭质泥岩,其中常含细煤线。
3、煤层顶底板岩石稳固性评价
根据地质报告,针对各煤层顶板以上30米至底板以下20米范围内,系统地分层采集了煤层的顶、底板岩石物理力学试验样23组,并在主巷道车场旁1640米水平及新井采集B2、B1煤层的顶底板物理力学试样4组。
井田内各煤层顶底板岩石因受地下水的影响,强度降低,易软化。
据此判断井田内各煤层的顶底板岩石稳固性属差的类别,其工程地质勘探类型为三类二型(层状岩类中等复杂型)。
第五节综合评价
1、根据11B101回风巷掘进340m和运输顺槽已经掘进110m工作面揭露情况,掘进期间是沿煤层底板掘进,没有淋水现象,对顶板影响不大,所以顶板水对掘进几乎没有影响;本区段地层层位稳定,底板含水层裂隙和岩溶不发育,隔水层厚度稳定,无缺失和尖灭现象,隔水性能良好,无底板突水可能;本区段内无大的断层、岩溶等构造发育,有F1小断层穿过,但导水性弱,所以也不会出现构造导水而威胁11B101工作面安全。
2、老空积水:
在工作面西南方向250m有原原达煤矿2001年采空区6万多平方米,随着运输顺槽掘进,距采空区越来越近,因此,采空区积水是本工作面最大威胁,必须严格执行先探后掘的原则。
超前距离不得少于30m。
探水工作中严格执行探放水措施。
3、矿井排水系统副井泵房内配备3台D155—67×3水泵,一台工作,一台备用,完全能满足采区正常排水需要。
4、在掘进过程中要加强水文地质情况观测,坚决消除出水对工作面的威胁,在掘进过程中如发现有煤质发潮、挂红、挂汗等出水征兆时必须停止掘进,立即向矿调度室汇报,撤出所有受水害威胁地点的工作人员,然后采取措施进行处理。
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