某煤礦水文地質(zhì)勘查設(shè)計(jì)書(shū)

1.1任務(wù)來(lái)源2010年3月28日14時(shí)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(cái)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(duì)井田首采區(qū)進(jìn)行水文地質(zhì)補(bǔ)充勘察。目的是為了進(jìn)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(jìn)而有效的指導(dǎo)##井田工程建設(shè)。1.2勘察范圍本次水文地質(zhì)補(bǔ)充勘察范圍主要針對(duì)##井田301盤(pán)區(qū)、部分501盤(pán)區(qū)以及三個(gè)井筒穿越區(qū)域，詳見(jiàn)平面布置圖。1.3勘察技術(shù)要求查明井筒所穿地段松散層、風(fēng)化基巖富水性及其巖層的巖性、結(jié)構(gòu)特征等；查明場(chǎng)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(shù)標(biāo)準(zhǔn)《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021-2001)；《巖土工程勘察技術(shù)規(guī)范》(YS5202-2004)；《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2001)(2008版)；中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖(GB18306-2001)；《礦山井巷工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》(GBJ213-90)；《抽水試驗(yàn)規(guī)程》(YS5215-2000)；《礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范》(GB12719-91)；800萬(wàn)噸年礦井及選煤廠可行性研究報(bào)告；其它有關(guān)規(guī)程及手冊(cè)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(guān)資料，合理布置水文勘探孔。b） 鉆探：場(chǎng)地共布置9個(gè)水文孔，4個(gè)觀測(cè)孔?？碧近c(diǎn)間距1.5?2.5km?？咨钤O(shè)計(jì)原則：在前期工作中，第三層侏羅紀(jì)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(diǎn)。此次補(bǔ)充勘察對(duì)象為松散層潛水及侏羅紀(jì)直羅組承壓水，水文孔均按照完全井設(shè)計(jì)。因此，孔深設(shè)計(jì)為穿透基巖風(fēng)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(cè)孔垂直地下水流向布置，第一觀測(cè)孔距離水文孔20m，第二個(gè)觀測(cè)孔距離水文孔50m，觀測(cè)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(cè)孔）鉆機(jī)，采用泥漿護(hù)壁鉆進(jìn)，開(kāi)孔直徑0300mm。c） 地球物理測(cè)井。d） 抽水試驗(yàn)：物探測(cè)井結(jié)束后，及時(shí)填入級(jí)配好的濾料進(jìn)行洗井，洗井時(shí)間滿足規(guī)范要求。e） 封孔：對(duì)13個(gè)鉆孔均采用水泥砂漿封孔。f） 室內(nèi)資料整理：試驗(yàn)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(jiàn)表1?？辈旃ぷ髁恳挥[表 表1序號(hào)工作內(nèi)容單位工作量1鉆孑Lm/孔1520/132物探測(cè)井孔93抽水試驗(yàn)試段/孔54/94封孔孔131.6幾點(diǎn)說(shuō)明2009年5月?7月，按照設(shè)計(jì)單位進(jìn)行的工作布置，我公司在主

斜井、副斜井及回風(fēng)斜井入口區(qū)域進(jìn)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(jìn)行了分層抽水試驗(yàn)，獲得了水文參數(shù)。前期工作存在幾點(diǎn)不足：①水文參數(shù)按照單孔抽水試驗(yàn)獲得，滲透系數(shù)及影響半徑相互迭代求取。在無(wú)觀測(cè)孔條件下，參數(shù)存在一定差異性②此次工作以工程地質(zhì)勘察為主，開(kāi)孔口徑0127，最大降深按幕函數(shù)曲線外推取得。由于孔徑相對(duì)不足，取得水文參數(shù)偏小。2場(chǎng)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(yáng)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(chǎng)地地勢(shì)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(gòu)造構(gòu)造井田位于鄂爾多斯盆地中部次級(jí)構(gòu)造單元陜北斜坡東南部。陜北斜坡為一單斜構(gòu)造，地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，區(qū)內(nèi)無(wú)較大斷裂和褶皺發(fā)育，無(wú)巖漿活動(dòng)痕跡，局部發(fā)育寬緩的波狀起伏?？傮w構(gòu)造形態(tài)為一向西北緩傾的單斜構(gòu)造，傾向270°?310°，傾角土0.5°。裂隙區(qū)內(nèi)基巖由于新生代的風(fēng)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(dǎo)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(fēng)積砂，黃土(粉土)層，風(fēng)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(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)、層狀結(jié)構(gòu)和塊狀結(jié)構(gòu)。散體結(jié)構(gòu)主要為土質(zhì)巖類(lèi)，即黃土長(zhǎng)期固結(jié)，變質(zhì)成土質(zhì)巖，亦包括基巖的強(qiáng)風(fēng)化帶。巖體強(qiáng)度低，變形明顯，近似松散介質(zhì)。碎裂結(jié)構(gòu)本區(qū)構(gòu)造簡(jiǎn)單，無(wú)大的斷層，碎裂結(jié)構(gòu)主要為基巖中弱風(fēng)化帶組成。碎裂巖石相互切割，結(jié)構(gòu)體大小不一，富水性較好，強(qiáng)度較低。層狀結(jié)構(gòu)層狀結(jié)構(gòu)系煤層及砂(泥)巖組的典型結(jié)構(gòu)，為薄?中?厚層狀，局部有中厚層砂巖、粉砂巖。該巖體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(jié)構(gòu)為侏羅系中統(tǒng)直羅組和延安組的巖體結(jié)構(gòu)，也包括厚度較大的粉砂巖。多在煤層頂板出現(xiàn)，為各類(lèi)結(jié)構(gòu)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(fēng)氣候區(qū)。天氣多變，春季多風(fēng)沙，夏季較炎熱，秋季多暴雨，冬季長(zhǎng)而嚴(yán)寒。年平均氣溫8.3°C，日極端氣溫38.6C?-29.7C。年平均降水量279.5?541.1mm，年平均蒸發(fā)量1720?2085mm，平均濕度7.6mb。7?9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(wú)霜期150?180天。2.5地下水場(chǎng)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(lèi)型，補(bǔ)給主要為大氣降水、區(qū)域性側(cè)向補(bǔ)給及沙漠凝結(jié)水補(bǔ)給。受降雨影響，區(qū)域內(nèi)地下水位年變幅為1.0?3.0m；第二層侏羅系中統(tǒng)直羅組，屬碎屑巖類(lèi)裂隙承壓水類(lèi)型，在基巖露頭處大氣降水補(bǔ)給，局部地段接受上覆含水層的下滲補(bǔ)給;第三層侏羅系中統(tǒng)延安組，屬碎屑巖類(lèi)裂隙承壓水類(lèi)型，在基巖露頭處大氣降水補(bǔ)給，局部地段接受上覆含水層的下滲補(bǔ)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《GB50021—2001》（2009版）規(guī)范劃分，場(chǎng)地環(huán)境類(lèi)別為III類(lèi)，根據(jù)已有地下水樣（土樣）的分析結(jié)果：第四系松散層水及侏羅系承壓水對(duì)混凝土及砼結(jié)構(gòu)中的鋼材均具有微腐蝕性；煤層水在干濕交替時(shí)僅對(duì)砼結(jié)構(gòu)中的鋼材具有弱腐蝕性；地下土對(duì)混凝土及砼結(jié)構(gòu)中的鋼材均具有微腐蝕性。

3.地球物理測(cè)井3.1測(cè)井的目的和任務(wù)##井田井筒（檢查孔）勘探孔依據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行地球物理測(cè)井，具體要求為：⑴對(duì)施工的9個(gè)水文勘探孔采用側(cè)向電阻率、視密度、自然伽瑪、自然電位方法進(jìn)行測(cè)井，同時(shí)按50m點(diǎn)距完成鉆孔測(cè)斜工作，提供單孔測(cè)井成果薄及測(cè)斜成果表。⑵每個(gè)鉆孔進(jìn)行全孔巖性解釋?zhuān)幚L1：200綜合測(cè)井成果圖。⑶進(jìn)行測(cè)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(cè)井方法及參數(shù)的選擇測(cè)井選用的參數(shù)方法有：自然電位、自然伽瑪、視密度、側(cè)向電阻率、聲波時(shí)差、井徑測(cè)量、井溫測(cè)量、井斜測(cè)量等。⑴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。⑵自然伽瑪：主要用于劃分砂、泥巖界面，確定含水層。⑶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(fēng)化破碎帶及鉆孔孔徑擴(kuò)大等問(wèn)題。⑷側(cè)向電阻率：主要用于劃分巖性、編制測(cè)井柱狀圖、進(jìn)行地層對(duì)比。⑸聲波時(shí)差：主要用于確定煤層深度和厚度，配合其他參數(shù)曲線劃分鉆孔中的基巖風(fēng)化破碎帶、燒變帶等，特別是對(duì)鉆孔中的新生界地層能準(zhǔn)確的劃分。⑹井溫測(cè)量：用于簡(jiǎn)易井溫測(cè)量，了解地溫的變化情況。⑺井徑：用于了解鉆孔井徑的變化情況，排查密度假異常。⑻井斜：?jiǎn)吸c(diǎn)測(cè)量，測(cè)量點(diǎn)距50m，偏斜率不能大于1.5%。3.3測(cè)井資料成果⑴含水層判定：綜合測(cè)井曲線對(duì)含水層的解釋?zhuān)饕宰匀浑娢?、?cè)向電阻率、自然伽瑪三種曲線來(lái)確定。砂巖的側(cè)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(dāng)砂巖含水時(shí)，自然電位一般有較大的負(fù)異常。砂巖粒度越大富水性越強(qiáng)，自然電位異常變小，富水性變?nèi)?。因此，根?jù)側(cè)向電阻率高、自然伽瑪強(qiáng)度低、自然電位負(fù)異常的綜合特征，對(duì)含水層分層定厚。⑵基巖風(fēng)化裂隙帶：基巖風(fēng)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(shí)差曲線上就有不同的顯示特征，尤其是聲波時(shí)差曲線特別顯著，一是時(shí)差大，二是曲線出現(xiàn)緊密的周波跳躍。⑶測(cè)溫：查明本區(qū)域地溫是否存在異?，F(xiàn)象。⑷井斜：提供測(cè)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(jì)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(gè)四周較高，中部低洼，向南開(kāi)口的不對(duì)稱(chēng)高原盆地地形。因此，地下水徑流方向?yàn)闁|北流向西南（見(jiàn)圖2）。圖2##井田地下水徑流圖4.2地下水類(lèi)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(gòu)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(lèi)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?fàn)?、顆粒狀鈣質(zhì)結(jié)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(yàn)4.4.1技術(shù)要求##井田水文地質(zhì)補(bǔ)充勘察要求進(jìn)行分層抽水試驗(yàn)即對(duì)第四系松散層和中生界基巖分別進(jìn)行了抽水試驗(yàn)，查明水量、水位及各含水層之間的聯(lián)系，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：⑴抽水設(shè)備一律采用水泵，設(shè)備符合規(guī)范要求。⑵流量觀測(cè)采用三角堰，水位觀測(cè)采用萬(wàn)用表和電測(cè)線。⑶B1、B2、B4、B5、B6、B7、B9采用單孔抽水試驗(yàn)，B3和B8采用具有兩個(gè)觀測(cè)孔的單孔抽水試驗(yàn)。⑷抽水試驗(yàn)按階梯狀變流量試驗(yàn)方法進(jìn)行，要求三次變流量，每個(gè)試段先進(jìn)行大流量抽水，按非穩(wěn)定流進(jìn)行觀測(cè)，每個(gè)流量延續(xù)抽水 6個(gè)小時(shí)以上。每個(gè)流量抽水結(jié)束后，立即進(jìn)行恢復(fù)水位觀測(cè)。⑸試驗(yàn)前要觀測(cè)靜止水位，試驗(yàn)中動(dòng)水位和出水量的觀測(cè)時(shí)間要同步，即在抽水開(kāi)始后1、2、3、6、8、10、15、20、25、30、40、50、60、80、100、120各觀測(cè)一次，以后每隔30min觀測(cè)一次。每個(gè)流量階段抽水試驗(yàn)結(jié)束后，立刻進(jìn)行恢復(fù)水位觀測(cè)，觀測(cè)時(shí)間間隔要求與動(dòng)水位觀測(cè)相同，直至恢復(fù)或過(guò)拐點(diǎn)。⑹試驗(yàn)中觀測(cè)地下水溫變化，并同時(shí)記錄地下水的其他物理性質(zhì)有無(wú)變化。⑺嚴(yán)格按照要求做好抽水試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)資料整理和室內(nèi)綜合整理工作，應(yīng)有專(zhuān)職技術(shù)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)資料整理，繪制有關(guān)曲線圖表，曲線包括：Q?S、q?s、s?t、Q~t等曲線。4.4.2抽水試驗(yàn)流程⑴抽水試驗(yàn)工序流程見(jiàn)圖3。=出水孔基巖房水=出水孔基巖房水圖4分層抽水示意圖⑵分層抽水本次抽水試驗(yàn)按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行了分層抽水試驗(yàn)。由圖 4所示，首先對(duì)基巖段進(jìn)行抽水，利用止水海帶對(duì)松散層水進(jìn)行堵封，同時(shí)觀測(cè)抽水管內(nèi)及管外水位，以判定基巖層水與上層水之間是否存有水力聯(lián)系，基巖試段抽水完畢，進(jìn)行水泥砂漿封孔。然后對(duì)松散層試段進(jìn)行抽水，用濾砂花網(wǎng)對(duì)抽水管進(jìn)行封纏，抽水完畢，進(jìn)行水泥砂漿封孔。4.4.3抽水試驗(yàn)成果圖抽水試段均采用深水泵（揚(yáng)程100m，出水量6m3/h），各試段三個(gè)落程的流量、水位降深均采用三通閥門(mén)回水方式控制。最終提供Q?S、q?s、s?t、Q~t等曲線圖。4.5水文地質(zhì)參數(shù)計(jì)算4.5.1參數(shù)計(jì)算方法利用抽水試驗(yàn)資料，采用穩(wěn)定流試算法計(jì)算含水層滲透系數(shù)（K）和影響半徑（R）。⑴松散層潛水（無(wú)觀測(cè)孔）①依據(jù)《YS5215-2000》抽水試驗(yàn)規(guī)程公式5.3.8計(jì)算滲透系數(shù)k及影響半徑R。計(jì)算公式為：K=（0.732QLogR/r）/（2H-S）SR2S.而式中：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）。②潛水最大涌水量推算：

Q—S曲線方程為幕曲線型： q=必，取對(duì)數(shù)后涌水量方程式為：LogQ=Loga+1/bLogS，通過(guò)最小二乘法求得曲線Loga,1/b，即得到a、b數(shù)值；最大降深按幕函數(shù)曲線外推大降深的 1.75倍，即Smax=1.75XS3，將a、b和Smax值代入Q=例遠(yuǎn)式中，通過(guò)計(jì)算得：Qmax⑵松散層潛水（有2個(gè)觀測(cè)孔）依據(jù)《YS5215-2000》抽水試驗(yàn)規(guī)程公式5.3.12計(jì)算滲透系數(shù)k。計(jì)算公式為：K=（0.732Qlgr/r）/（2H-S-S）（S-S）yD21 1 2 1 2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）；——1號(hào)觀測(cè)井水位下降值（m）；——2號(hào)觀測(cè)井水位下降值（m）；r1——1號(hào)觀測(cè)井到中心井距離（m）；r2——2號(hào)觀測(cè)井到中心井距離（m）；依據(jù)《YS5215-2000》抽水試驗(yàn)規(guī)程公式5.2.2計(jì)算滲透系數(shù)R。計(jì)算公式為：LgR=S（2H-S）lgr「SJ2H-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）；S1——1號(hào)觀測(cè)井水位下降值（m）；H——潛水含水層厚度（m）；r 抽水井半徑（m）；r1——1號(hào)觀測(cè)井到中心井距離（m）。

③潛水最大涌水量推算：Q—S曲線方程為幕曲線型： q=例云，取對(duì)數(shù)后涌水量方程式為：LogQ=Loga+1/bLogS，通過(guò)最小二乘法求得曲線Loga,1/b，即得到a、b數(shù)值；最大降深按幕函數(shù)曲線外推大降深的1.75倍，即Smax=1.75XS3，將a、b和Smax值代入q=ab*式中，通過(guò)計(jì)算得：Qmax⑶巖層承壓水依據(jù)《YS5215-2000》抽水試驗(yàn)規(guī)程公式5.3.7計(jì)算滲透系數(shù)k及影響半徑R。計(jì)算公式為：K=（0.366QLogR/r）/mSR=10S展式中：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(jì)算公式：Qmax=qXSmax承壓水按直線型外推1.75倍的降深值，即：Smax=1.75XS；故Qmax=qXSmax4.6潛水與基巖承壓水之間水力聯(lián)系判定方法在基巖抽水過(guò)程中，利用海帶對(duì)松散層進(jìn)行止水，同時(shí)觀測(cè)松散層水位，發(fā)現(xiàn)基巖水位下降而松散層水位保持不變，說(shuō)明止水效果良好，亦說(shuō)明第四系松散層孔隙水與下覆的基巖裂隙水基本無(wú)水力聯(lián)系。反之，需要查明海帶止水是否良好，若良好則判定松散層與基巖存在水力聯(lián)系。

5封孔松散層抽水試驗(yàn)完結(jié)，按照設(shè)計(jì)要求對(duì)本段進(jìn)行水泥砂漿嚴(yán)密封孔，抗壓強(qiáng)度不應(yīng)低于10MPa，封孔后設(shè)立了永久性標(biāo)志。其它試段在抽水過(guò)程中均進(jìn)行了合乎設(shè)計(jì)要求的封孔。6預(yù)期成果（1） 報(bào)告《##井田水文地質(zhì)補(bǔ)充勘察報(bào)告》；（2） 附圖1） 勘探點(diǎn)平面位置圖；2） 水文地質(zhì)剖面圖；3） 鉆孔柱狀圖；4） 煤田測(cè)井解釋成果圖；5） 鉆孔投影圖目錄TOC\o"1-5"\h\z1前言 11.1任務(wù)來(lái)源 11.2勘察范圍 1\o"CurrentDocument"1.3