某煤礦水文地質(zhì)勘查設計書

1、.1 前 言1.1 任務來源2010年3月28日14時30分許，山西王家?guī)X煤礦發(fā)生透水事故，造成了重大的人員傷亡及財產(chǎn)損失。為了做到防患未然，陜西有色榆林煤業(yè)有限公司委托￥公司對井田首采區(qū)進行水文地質(zhì)補充勘察。目的是為了進一步查明首采區(qū)含水巖組的富水程度及水文地質(zhì)參數(shù)，進而有效的指導#井田工程建設。1.2 勘察范圍本次水文地質(zhì)補充勘察范圍主要針對#井田301盤區(qū)、部分501盤區(qū)以及三個井筒穿越區(qū)域，詳見平面布置圖。1.3 勘察技術要求（1） 查明井筒所穿地段松散層、風化基巖富水性及其巖層的巖性、結構特征等；（2） 查明場地水文地質(zhì)參數(shù)，各含水層之間的水力聯(lián)系；1.4 勘察工作執(zhí)行的主要技術標準

2、（1）巖土工程勘察規(guī)范（GB 50021-2001）；（2)巖土工程勘察技術規(guī)范(YS 5202-2004)；（3）建筑抗震設計規(guī)范（GB 50011-2001）(2008版)；（4）中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖（GB 18306-2001）；（5）礦山井巷工程施工及驗收規(guī)范（GBJ 213-90）；（6）抽水試驗規(guī)程（YS5215-2000）；（7）礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范（GB12719-91）；（8）800萬噸年礦井及選煤廠可行性研究報告；（9）其它有關規(guī)程及手冊等。1.5 勘察方法及完成工作量（1）勘察方法a) 水文地質(zhì)調(diào)查：主要查閱有關資料，合理布置水文勘探孔。b) 鉆探：場地共布置9個

3、水文孔，4個觀測孔?？碧近c間距1.52.5km?？咨钤O計原則：在前期工作中，第三層侏羅紀延安組煤層水涌水量、滲透系數(shù)均較小，本次勘察工作此層水不做為重點。此次補充勘察對象為松散層潛水及侏羅紀直羅組承壓水，水文孔均按照完全井設計。因此，孔深設計為穿透基巖風化帶，鉆探至較厚層的泥質(zhì)砂巖、砂質(zhì)泥巖或者泥巖等較好隔水層為止。觀測孔垂直地下水流向布置，第一觀測孔距離水文孔20m，第二個觀測孔距離水文孔50m，觀測孔孔深至Q1的黃土（粉質(zhì)粘土）層。鉆探施工擬采用XY-4型（施工水文勘探孔）及XY-100型(施工觀測孔)鉆機，采用泥漿護壁鉆進，開孔直徑300mm。c) 地球物理測井。d) 抽水試驗：物探測井

4、結束后，及時填入級配好的濾料進行洗井，洗井時間滿足規(guī)范要求。e) 封孔：對13個鉆孔均采用水泥砂漿封孔。f) 室內(nèi)資料整理：試驗數(shù)據(jù)的分析及主要圖件均采用理正工程地質(zhì)勘察CAD（6.6）軟件完成。（2） 勘察工作量：本次勘察完成的工作量見表1?？辈旃ぷ髁恳挥[表 表1序號工 作 內(nèi) 容單 位工作量1鉆 孔m/孔1520/132物探測井孔93抽水試驗試段/孔54/94封孔孔131.6 幾點說明 2009年5月7月，按照設計單位進行的工作布置，我公司在主斜井、副斜井及回風斜井入口區(qū)域進行了工程地質(zhì)與水文地質(zhì)勘察，以工程地質(zhì)勘察為主，其中4#、5#和7#進行了分層抽水試驗，獲得了水文參數(shù)。前期工作存在

5、幾點不足：水文參數(shù)按照單孔抽水試驗獲得，滲透系數(shù)及影響半徑相互迭代求取。在無觀測孔條件下，參數(shù)存在一定差異性此次工作以工程地質(zhì)勘察為主，開孔口徑127，最大降深按冪函數(shù)曲線外推取得。由于孔徑相對不足，取得水文參數(shù)偏小。 2 場地工程地質(zhì)條件2.1 位置、地形及地貌#井田位于陜西省榆林市東北24km，行政區(qū)劃隸屬榆林市榆陽區(qū)金雞灘鎮(zhèn)、麻黃粱鄉(xiāng)管轄，交通便利（圖1）。井田地處毛烏素沙漠東南緣。主要為沙漠灘地地貌，場地地勢較平坦，地形起伏不大。圖1 交通位置圖2.2 區(qū)域地質(zhì)構造（1）構造井田位于鄂爾多斯盆地中部次級構造單元陜北斜坡東南部。陜北斜坡為一單斜構造，地質(zhì)構造簡單，區(qū)內(nèi)無較大斷裂和褶皺發(fā)育

6、，無巖漿活動痕跡，局部發(fā)育寬緩的波狀起伏?？傮w構造形態(tài)為一向西北緩傾的單斜構造，傾向270°310°，傾角±0.5°。（2）裂隙區(qū)內(nèi)基巖由于新生代的風化作用，頂面起伏較大，基巖頂面由東北向西南逐漸抬高。隨著基巖埋藏深度的增加，裂隙發(fā)育程度逐漸減弱。在基巖頂部，由于裂隙密集導致巖石破碎，所以基巖頂部是表層水下滲的良好通道。2.3 地層本區(qū)土層主要以第四系風積砂，黃土（粉土）層，風積黃土，黃土（粉質(zhì)粘土）層；巖層為侏羅系中統(tǒng)直羅組、延安組；煤層分布在侏羅系延安組。區(qū)內(nèi)巖體劃分為散體結構、碎裂結構、層狀結構和塊狀結構。（1）散體結構主要為土質(zhì)巖類，即黃土長期固

7、結，變質(zhì)成土質(zhì)巖，亦包括基巖的強風化帶。巖體強度低，變形明顯，近似松散介質(zhì)。（2）碎裂結構本區(qū)構造簡單，無大的斷層，碎裂結構主要為基巖中弱風化帶組成。碎裂巖石相互切割，結構體大小不一，富水性較好，強度較低。（3）層狀結構層狀結構系煤層及砂（泥）巖組的典型結構，為薄中厚層狀，局部有中厚層砂巖、粉砂巖。該巖體結構特點是巖體分層多，軟硬相間。受沉積因素影響，在鉆孔柱狀圖上分布變化大。（4）塊狀結構為侏羅系中統(tǒng)直羅組和延安組的巖體結構，也包括厚度較大的粉砂巖。多在煤層頂板出現(xiàn)，為各類結構中完整性和穩(wěn)定性最好的。2.4 氣候本區(qū)屬中溫帶大陸性半干旱季風氣候區(qū)。天氣多變，春季多風沙，夏季較炎熱，秋季多暴雨

8、，冬季長而嚴寒。年平均氣溫8.3，日極端氣溫38.6-29.7。年平均降水量279.5541.1mm，年平均蒸發(fā)量17202085mm，平均濕度7.6mb。79月份為雨季，十月中旬降雪，翌年三月解凍，最大凍土深度146cm，無霜期150180天。2.5 地下水場地鉆探深度范圍內(nèi)地下水由三層組成：第一層第四系松散層，屬潛水類型，補給主要為大氣降水、區(qū)域性側向補給及沙漠凝結水補給。受降雨影響，區(qū)域內(nèi)地下水位年變幅為1.03.0m；第二層侏羅系中統(tǒng)直羅組，屬碎屑巖類裂隙承壓水類型，在基巖露頭處大氣降水補給，局部地段接受上覆含水層的下滲補給；第三層侏羅系中統(tǒng)延安組，屬碎屑巖類裂隙承壓水類型，在基巖露頭

9、處大氣降水補給，局部地段接受上覆含水層的下滲補給。2.6 地下水及土的腐蝕性依據(jù)井筒工程地質(zhì)水文地質(zhì)勘察資料：按GB500212001（2009版）規(guī)范劃分，場地環(huán)境類別為類，根據(jù)已有地下水樣（土樣）的分析結果：第四系松散層水及侏羅系承壓水對混凝土及砼結構中的鋼材均具有微腐蝕性；煤層水在干濕交替時僅對砼結構中的鋼材具有弱腐蝕性；地下土對混凝土及砼結構中的鋼材均具有微腐蝕性。.;3. 地球物理測井3.1 測井的目的和任務#井田井筒（檢查孔）勘探孔依據(jù)設計要求進行地球物理測井，具體要求為： 對施工的9個水文勘探孔采用側向電阻率、視密度、自然伽瑪、自然電位方法進行測井，同時按50m點距完成鉆孔測斜工

10、作，提供單孔測井成果薄及測斜成果表。 每個鉆孔進行全孔巖性解釋，編繪1：200綜合測井成果圖。 進行測溫。定性劃分鉆孔中的含水層，并確定其深度、厚度，提供鉆孔含水層成果表。3.2 測井方法及參數(shù)的選擇測井選用的參數(shù)方法有：自然電位、自然伽瑪、視密度、側向電阻率、聲波時差、井徑測量、井溫測量、井斜測量等。 自然電位： 主要用于劃分砂、泥巖界面，配合其他參數(shù)曲線劃分含水層。 自然伽瑪：主要用于劃分砂、泥巖界面，確定含水層。 密度：主要用于確定煤層的深度和厚度，配合其他參數(shù)曲線解釋風化破碎帶及鉆孔孔徑擴大等問題。 側向電阻率：主要用于劃分巖性、編制測井柱狀圖、進行地層對比。 聲波時差：主要用于確定煤

11、層深度和厚度，配合其他參數(shù)曲線劃分鉆孔中的基巖風化破碎帶、燒變帶等，特別是對鉆孔中的新生界地層能準確的劃分。 井溫測量：用于簡易井溫測量，了解地溫的變化情況。 井徑：用于了解鉆孔井徑的變化情況，排查密度假異常。 井斜：單點測量，測量點距50m，偏斜率不能大于1.5%。3.3 測井資料成果 含水層判定：綜合測井曲線對含水層的解釋，主要以自然電位、側向電阻率、自然伽瑪三種曲線來確定。砂巖的側向電阻率隨粒度的增大而增大，自然伽瑪隨粒度的增大而減小，當砂巖含水時，自然電位一般有較大的負異常。砂巖粒度越大富水性越強，自然電位異常變小，富水性變?nèi)?。因此，根?jù)側向電阻率高、自然伽瑪強度低、自然電位負異常的綜

12、合特征，對含水層分層定厚。 基巖風化裂隙帶：基巖風化裂隙帶因其密度及鉆孔井壁表面的完整程度和其它巖層有明顯差異，在密度及聲波時差曲線上就有不同的顯示特征，尤其是聲波時差曲線特別顯著，一是時差大，二是曲線出現(xiàn)緊密的周波跳躍。 測溫：查明本區(qū)域地溫是否存在異?，F(xiàn)象。 井斜：提供測斜成果圖。4水文地質(zhì)勘察4.1 井區(qū)水文地質(zhì)概況#井田位于陜北侏羅紀煤田的東南部，陜北黃土高原與毛烏素沙漠的接壤地帶。井田東北及南部為水系發(fā)育的黃土梁峁地形，西北部為沙漠灘地及低緩黃土梁崗區(qū)。井田所屬區(qū)域基本為一個四周較高，中部低洼，向南開口的不對稱高原盆地地形。因此，地下水徑流方向為東北流向西南（見圖2）。圖2 #井田地

13、下水徑流圖4.2 地下水類型及含水巖組區(qū)域內(nèi)地下水的形成、分布主要受地貌的制約，此外還受地層巖性、地質(zhì)構造、古地理環(huán)境及水文氣象等諸因素綜合控制。井筒區(qū)域內(nèi)地下水類型分為：第四系松散層孔隙潛水及中生界基巖裂隙承壓水。 4.3 隔水層第四系下更新統(tǒng)午城組（Q1）黃土，巖性為淺桔紅色石質(zhì)粘土及粉砂質(zhì)粘土，含灰白色不規(guī)則豆狀、顆粒狀鈣質(zhì)結核。系新生界第四系與中生界侏羅系基巖之間隔水層。在基巖段，隔水層主要為泥巖、粉砂質(zhì)泥巖及泥質(zhì)粉砂巖等組成。4.4 抽水試驗4.4.1技術要求#井田水文地質(zhì)補充勘察要求進行分層抽水試驗即對第四系松散層和中生界基巖分別進行了抽水試驗，查明水量、水位及各含水層之間的聯(lián)系，

14、獲取滲透系數(shù)（K）、影響半徑（R）等水文地質(zhì)參數(shù)。具體要求為： 抽水設備一律采用水泵，設備符合規(guī)范要求。 流量觀測采用三角堰，水位觀測采用萬用表和電測線。 B1、B2、B4、B5、B6、B7、B9采用單孔抽水試驗，B3和B8采用具有兩個觀測孔的單孔抽水試驗。 抽水試驗按階梯狀變流量試驗方法進行，要求三次變流量，每個試段先進行大流量抽水，按非穩(wěn)定流進行觀測，每個流量延續(xù)抽水6個小時以上。每個流量抽水結束后，立即進行恢復水位觀測。 試驗前要觀測靜止水位，試驗中動水位和出水量的觀測時間要同步，即在抽水開始后1、2、3、6、8、10、15、20、25、30、40、50、60、80、100、120各觀測

15、一次，以后每隔30min觀測一次。每個流量階段抽水試驗結束后，立刻進行恢復水位觀測，觀測時間間隔要求與動水位觀測相同，直至恢復或過拐點。 試驗中觀測地下水溫變化，并同時記錄地下水的其他物理性質(zhì)有無變化。 嚴格按照要求做好抽水試驗現(xiàn)場資料整理和室內(nèi)綜合整理工作，應有專職技術人員進行現(xiàn)場資料整理，繪制有關曲線圖表，曲線包括：QS、qs、st、Qt等曲線。4.4.2抽水試驗流程 抽水試驗工序流程見圖3。圖3抽水試驗工序圖圖4分層抽水示意圖 分層抽水本次抽水試驗按設計要求進行了分層抽水試驗。由圖4所示，首先對基巖段進行抽水，利用止水海帶對松散層水進行堵封，同時觀測抽水管內(nèi)及管外水位，以判定基巖層水與上

16、層水之間是否存有水力聯(lián)系，基巖試段抽水完畢，進行水泥砂漿封孔。然后對松散層試段進行抽水，用濾砂花網(wǎng)對抽水管進行封纏，抽水完畢，進行水泥砂漿封孔。4.4.3 抽水試驗成果圖抽水試段均采用深水泵（揚程100m，出水量6m3/h），各試段三個落程的流量、水位降深均采用三通閥門回水方式控制。最終提供QS、qs、st、Qt等曲線圖。4.5 水文地質(zhì)參數(shù)計算4.5.1 參數(shù)計算方法利用抽水試驗資料，采用穩(wěn)定流試算法計算含水層滲透系數(shù)（K）和影響半徑（R）。 松散層潛水（無觀測孔） 依據(jù)YS5215-2000抽水試驗規(guī)程公式5.3.8計算滲透系數(shù)k及影響半徑R。計算公式為：K=（0.732QLogR/r）/

17、（2H-S）S式中：K滲透系數(shù)（m/d）；Q涌水量（m3/d）；H潛水含水層厚度（m）；S降深（m）；r鉆孔半徑（m）；R影響半徑（m）。 潛水最大涌水量推算：QS曲線方程為冪曲線型：，取對數(shù)后涌水量方程式為：LogQ=Loga1/bLogS，通過最小二乘法求得曲線Loga，1/b，即得到a、b數(shù)值；最大降深按冪函數(shù)曲線外推大降深的1.75倍，即Smax=1.75×S3，將a、b和Smax值代入式中，通過計算得：Qmax 松散層潛水（有2個觀測孔） 依據(jù)YS5215-2000抽水試驗規(guī)程公式5.3.12計算滲透系數(shù)k。計算公式為：K=（0.732Qlgr2/r1）/（2H- S1-

18、S2）（S1- S2）式中：K滲透系數(shù)（m/d）；Q抽水井涌水量（m3/d）；H潛水含水層厚度（m）；S11號觀測井水位下降值（m）；S22號觀測井水位下降值（m）；r11號觀測井到中心井距離（m）；r22號觀測井到中心井距離（m）；依據(jù)YS5215-2000抽水試驗規(guī)程公式5.2. 2計算滲透系數(shù)R。計算公式為：LgR=S(2H-S) lgr1- S1(2H-S) lgr/（2H- S- S1）（S- S1）式中：R影響半徑（m）H潛水含水層厚度（m）；S中心井水文降深（m）；S11號觀測井水位下降值（m）；H潛水含水層厚度（m）；r抽水井半徑（m）；r11號觀測井到中心井距離（m）。 潛水

19、最大涌水量推算：QS曲線方程為冪曲線型：，取對數(shù)后涌水量方程式為：LogQ=Loga1/bLogS，通過最小二乘法求得曲線Loga，1/b，即得到a、b數(shù)值；最大降深按冪函數(shù)曲線外推大降深的1.75倍，即Smax=1.75×S3，將a、b和Smax值代入式中，通過計算得：Qmax 巖層承壓水 依據(jù)YS5215-2000抽水試驗規(guī)程公式5.3.7計算滲透系數(shù)k及影響半徑R。計算公式為：K=（0.366QLogR/r）/mSR=10S式中：K滲透系數(shù)（m/d）；Q涌水量（m3/d）；M承壓含水層厚度（m）；S降深（m）；r鉆孔半徑（m）；R影響半徑（m）。 承壓水最大涌水量推算：計算公式：Qmax=q×Smax承壓水按直線型外推1.75倍的降