浅谈水文地质特征及充水分析_水文地质特征有哪些

2022-10-04 其他范文 阅读:

   摘要:文章通过对区域含、隔水层进行研究,阐述了地质构造对地下水的控制,对井田自然地理条件及井田地表水体井田地下水补给、径流、排泄特征进行调查,分析调查了井田水文地质类型,并对充水因素进行分析,再根据设计部门提供的初步开采设计方案,计算开拓系统内一般涌水量及最大涌水量。根据井田水文地质条件,在现有基建矿井(白龙山煤矿)掘进巷道控制面积的基础上,用比拟法和水动力学发对涌水量进行计算以及结果对比,明确了井田开采时的注意事项,即在开采过程中应注意钻孔可能导水形成矿井涌水现象。最后又考察了井田附近的供水水源分地表水供水水源,地下水供水水源,分别供给开采和饮用。
  关键词:含水层和隔水层,地表水体,充水因素,涌水量
  Abstract: the paper zone with water-resisting layer, research, this paper expounds the geological structure of ground water of the control of the natural geographical conditions and run run run surface water groundwater recharge, runoff and discharge the characteristics of the survey, investigation and analysis of the hydrogeological type, and analyzes the factors of water filling, again according to the preliminary design departments to provide mining design, calculation develop commonly inside the system yield and the maximum yield. According to the hydrogeological conditions and the existing infrastructure mine (white dragon mountain coal mine) tunneling of the control area of roadway on the basis of a match method and water dynamics of calculation and hair yield results contrast, clear the field of mining attention, that is, in mining process should be paid attention to in the mine water forms may be drilling water gushing phenomenon. Finally and examines the near field of water supply source points of water supply source surface water and groundwater water supply source, mining and drinking supply respectively.
  Keywords: aquifer and water-resisting layer, surface water, water filling factors, yield
  中图分类号:F407.1文献标识码:A 文章编号:
  
  
  一、区域水文地质概况
  1.1区域水文地貌特征
  区域内属构造侵蚀山地,其地层岩性由可溶岩与碎屑岩组成,明显受一定的构造制约,山岭谷地及溶蚀洼地的排列方向与主体构造线大体一致,呈北东向展布。在老厂矿区西北部十八连山一带,形成了中间高四周低的山势形态。地形地貌以中山为主,地形切割的相对高差一般在300~500m左右。
  1.2区域含、隔水层简述
  根据本区地层岩石组合类型、地下水的赋存与运移条件及地层富水性的强弱,将区内地层划分为四个含水层组
  (1)松散岩类含水层组:该层富水性较强,对矿床充水无影响。
  (2)碎屑岩类含、隔水层组:对矿床充水有直接和间接的影响。
  (3)滑坡松散岩类含水层组:主要分布于矿区外,多覆盖于主含煤段之上,对主含煤段出露地段矿床充水有直接的影响。
  (4)碳酸盐岩类含水层组:除上二叠统龙潭组第一段(P2l1)及下二叠统茅口组(P1m)外,一般对矿床充水无影响,有较大的供水意义。
  1.3 区域地质构造对地下水的控制
  本区位于云南山字型构造东翼第二道弧与黄泥河反射弧的接合部位,地质构造复杂,主要构造体系和构造形式有:一、东西向构造体系;二、北东向构造体系,旋卷构造等。构造形迹对地下水控制的一般规律:
  1.在褶皱紧密,断裂带密集的地段,山势地层走向以及地下水运动方向与构造线走向基本一致,地下水沿断裂带一侧运移及侵蚀,在河谷或沟谷的低洼处以泉点形式排泄。
  2.矿区除少数断裂或某些断裂的个别地带导水或富水外,大部份断裂为压性或压扭性,断裂带岩层强烈挤压,片理化,硅化强烈或因断层泥,糜棱岩,石英脉充填而呈现阻水的性质,断裂带富水性较差;但受断裂影响的岩石破碎带富水性仍比正常地层强。
  3.区内各构造形迹断裂带,在第三纪后又经过强烈活动,在新构造运动活跃地带形成地热导热区,出露了一些中低温热泉,如老厂背斜轴两端。
  二、井田水文地质条件
  2.1 井田自然地理条件
  井田地处丕德河与岔河分水岭地带,地势北西部高,南部及东部低,一般海拔1700~1900m,地形地貌总体为中山区。井田最高点位于北部烂滩村北西山顶,标高2031.3m,最低侵蚀基准面为南西部丕德河细戈电站处,海拔1286.5米,相对高差744.8米。地形地貌有利于地表水及地下水的排泄。
  井田内大面积为永宁镇组第一段(T1y1)灰岩覆盖,地貌上常表现为溶蚀、剥蚀峰丛、岩溶洼地、岩溶漏斗等喀斯特地貌特征。可溶岩出露地段因岩石相对较易溶蚀,地下水活动较强烈,溶蚀裂隙及管道发育,极易形成地下暗河。
  2.2 井田含水层和隔层水
  井田内地层从新到老主要有:第四系,三叠系中统个旧组(T2g),下统永宁镇组(T1y)、飞仙关组(T1f)、卡以头组(T1k),二叠系上统长兴组(P2c)及龙潭组(P2l)、下统茅口组(P1m);缺失二叠系上统峨眉山玄武岩组(P2β)地层,地层总厚1556.42m。井田及附近钻探揭露的含、隔水层分述如下:
  1.第四系(Q)孔隙含水层,个旧组第一段(T2g1)岩溶含水层,永宁镇组第一段(T1y1)强岩溶含水层,飞仙关组第二、三段(T1f2+3)裂隙弱含水层,对矿床充水无直接影响。
  2.永宁镇第二段(T1y2)相对隔水层,飞仙关组第四段(T1f4)相对隔水层,飞仙关组第一段(T1f1)相对隔水层,龙潭组第二段(P2l2)裂隙极弱含水层,对矿床充水起隔水的作用。
  3.卡以头组(T1k)裂隙弱含水层,该含水层底板下距C2煤层顶板平均厚20.25m,在采空塌陷带范围内,是矿床充水顶板直接充水含水层。
  4.长兴组及龙潭组主含煤段(P2c+P2l3)裂隙弱含水层
  井田内深埋于卡以头组地层之下,岩性为灰色薄至中厚层状细砂岩,粉砂岩,粉砂质泥岩及泥岩。含煤10~15层,一般11层,含主要可采煤层C2、C3、C7+8、C9、C13、C14、C15、C16等八层。其中细砂岩、泥质粉砂岩组成含水层,粉砂质泥岩及泥岩与煤为相对隔水层;平均总厚度为157.83m。节理裂隙发育,钻孔揭露裂隙频数平均0.53~0.74条/m,大部份被方解石脉充填,含水裂隙频数平均0.11~0.15条/m,该含水层与上下含水层基本无水力联系,但由于断层破坏及人为采矿活动的影响,可能会造成互为补给关系,该含水层对煤层开采影响最大,是矿坑直接充水含水层。
  5.茅口组及龙潭组第一段(P2l1+P1m)强岩溶含水层
  井田内地表未出露,富水性较浅部弱,对主含煤段充水无直接影响,但若因断层导致与主含煤段接触,将有可能由断层导水补给矿井(该含水层钻孔抽水结果见下表)。
  龙潭组第一段与茅口组钻孔抽水一览表
  钻孔号 层位 水位降深S
  (m) 涌水量Q
  (L/s) 单位涌水量q
  (L/s•m)
  22311 茅口组(P1m) 56.81 0.1457 0.00256
  10905 茅口组(P1m) 72.7 8.24 0.113
  30302 龙潭组第一段
  (P2l1) 114.90 40.36 0.35
  
  2.3 井田地表水体
  井田内地表溪沟均为喜旧溪河支流,现将流经井田的地表水体分述如下:
  1.岔河:发源于井田外黑牛山附近,大致由北至南曲折流经井田北东部,河床坡降39%,流量0.239~22.2米3/秒,于井田东部下马戛村附近以落水洞形式注入地下,以暗河伏流形式流向勘探区南西部丕德河,以泉形式流出,伏流长约8公里。该河流及其暗河伏流带(详见水文、工程、环境地质图)对开采东部及南部煤层有一定影响,特别是开采中后期随着采空塌陷导水裂隙的加大,势必导通上部暗河及其流域区(T1y1)灰岩岩溶地下水,威胁矿井生产及安全;此区域内巷道施工与开采应采取必要防范措施,最大程度降低损失及对未来环境影响。
  2.丕德河:发源于井田北部宜树德村北沟中。流经地层为下三叠统及滑坡体,流向自北西而折向南,河床坡降33%,流量1.32~36.04米3/秒。最大洪峰流量达121.39米3/秒,在长底村附近注入喜旧溪河。该河流上游对首采区西部开采浅部矿床充水有一定的影响;此外,F1-19所伴生的小断裂带可能导通丕德河,因此,开采丕德河谷带煤层时应引起高度重视。
  3.松茅林水库:位于井田中部,设计最大库容80万m3,水源主要为梁子上、树西一带地表水及泉水汇集,目前对矿井充水无直接影响;但随着开采的延伸,采空区塌陷裂隙极有可能导通该地表水体;因此,开采此地带煤层时应引起高度重视,采取相应的防范措施。
  2.4 井田地下水补给、径流、排泄特征
  井田各含水层主要接受大气降水的入渗补给,碳酸盐岩区局部地段接受溪沟水(河水)补给,地下水动态变化受大气降水的控制。浅部地下水均以垂向交替为主,侧向交替较弱形式径流,即排泄条件较好的畅流型地下水迳流;深部则与此相反。
  裂隙含水层受地形地貌控制,风化导水裂隙发育深度有限,大气降水入渗大多没经过深部循环便以下降泉的形式排泄出地表,具有雨季补给常年排泄的特点;形成了既是补给区又是排泄区的特点,即排泄条件良好。
  2.5 井田水文地质类型
  井田为多煤层矿床,且基本位于井田最低侵蚀基准面以下。矿床围岩主要是粉砂质泥岩、泥质粉砂岩――粉砂岩、细砂岩――粉砂质泥岩、泥岩――煤沉积旋回的多次重复,其富水性较浅部一、二、三、六勘区弱。井田水文地质勘探类型为层状岩类为主的裂隙弱含水层充水的简单类型。
  三、充水因素分析
  主含煤段及卡以头组含水层在井田范围内基本未出露,其含水层地下水主要来自浅部的含煤地层出露区(老厂一、三勘探区)大气降水入渗径流及上覆含水地层沿破碎影响带垂直补给,以弱裂隙水向深部径流,富水性弱。据已施工的白龙山煤矿井巷揭露情况:白龙山煤矿主斜井掘进斜长1101m,坑底标高1160.11m,已见C13煤层底部;1号副井,斜长1585m,坑底标高1246.88m,已见C7+8煤层,目前主斜井与1号副井总涌水量为15m3/h的水泵每天抽水4h(60m3/d);2号副井,斜长1597m,坑底标高1245.80m,沿C2煤层掘进500余米,涌水量为46m3/h的水泵每天抽水4h(184m3/d);目前白龙山矿井总涌水量为244m3/d。煤巷中一般少见淋、滴水现象,多为中小断裂影响带的涌水量。
  根据井田水文地质条件,矿床充水因素主要是:(一)主含煤段弱裂隙含水层地下水直接补给矿坑,(二)卡以头组弱裂隙含水层地下水以裂隙、断层导水及开采后的塌陷裂隙进入矿坑,(三)断层附近破碎带水直接或间接(沿塌陷裂隙)进入矿坑。
  四、矿井涌水量
  4.1 计算范围及边界条件
  根据设计部门提供的初步开采设计方案,第一开采水平高程为1100.0m,因此计算水平标高为1100.00m水平,计算范围(即先期开采地段范围):北东部以矿界为界,南东部以C3煤层顶板与1200m水平交线为界,南西以K4307勘探界线为界,北西部以C3煤层顶板与F1-19断层交线及矿界为界;计算开拓系统内一般涌水量及最大涌水量。
  边界条件:北东、南东、南西部近似为无限补给边界,北西部F1-19断层下盘为非无限边界;补给系数即为补给周长系数(补给边长与计算范围边长之比)。
  4.2 计算方法公式与参数选择
  井田内目前无矿井开采,毗邻的的白龙山矿井与本井田水文地质条件相近似(均为深埋型矿床),根据井田水文地质条件,在现有基建矿井(白龙山煤矿)掘进巷道控制面积的基础上,可用比拟法及地下水动力学法计算第一水平矿井涌水量,两者计算结果相互验证对比。
  1. 比拟法
  ① 公式选择依据及计算公式
  计算公式为:
  Q=Q0
  ② 符号意义及参数确定:
  Q0:白龙山煤矿目前(旱季)巷道涌水量,经实地调查为244m3/d。
  F:本次勘探涌水量计算范围面积,即C3煤层底板等高线先期开采地段范围内1100m水平以上、本次勘探范围以内最大预算面积,经计算F=11730175m2。
  F0:白龙山煤矿目前巷道控制范围面积,即F0=304520m2。
  S:水位降深,采用本次勘探范围内主含煤段、卡以头组钻孔地下水稳定水位平均值与预算水平1100m之差,即S=1703.28-1100=603.28m。
  S0:白龙山煤矿巷道初见水位1380.8m与煤层巷道最低平均标高1243.11m之差,即S0=1380.8-1243.11=137.69m。
  ③ 矿坑涌水量计算
  将上列各参数代入公式:Q=244
  =6635.15(m3/d)
  2.水动力学法
  1)公式选择依据及计算公式
  计算公式为:
  Q=0.9
  2)主含煤段
  ① 符号意义及参数确定:
  0.9:地下水补给边长系数
  K:采用本次勘探注、放水试验渗透系数与详查4117-2钻孔抽水试验渗透系数平均值。即K=0.005781(m/d)。
  H:水头高度。采用井田内主含煤段钻孔静止水位标高平均值与1100.00标高之差,即1708.21-1100=608.21m。
  r0:大井引用半径。按计算范围在涌水量计算图上求取,计算范围整体呈一近似长方形,按以下公式计算:
  r0 =η =1.174 =2049.81(m)
  其中η为b/a=0.5时η=1.174
  R0:大井引用影响半径,R0=R+ r 0,其中影响半径R=2S
  计算结果R0 =1252.79+2049.81=3302.60m。
  M:含水层厚度。采用勘探区内钻孔主含煤段厚度平均值157.83m。
  ② 矿坑涌水量计算
  将上列各参数代入公式:Q=0.9
   =5732.51(m3/d)
  3)卡以头组
  ① 符号意义及参数确定:
  K:采用本次勘探注水试验渗透系数与详查4117-1钻孔抽水试验渗透系数平均值。即K=0.0007299(m/d)
  M:含水层厚度。采用勘探区钻孔卡以头组厚度平均值,即为132.75m。
  H:水头高度。采用勘探区内钻孔卡以头组静止水位平均值1696.93m与卡以头组底板平均标高1340.00m之差,即1696.93-1340.00=356.93 (m)。
  r0大井引用半径采用主含煤段的引用半径。
  R0大井引用影响半径R0=R+ r0 ,其中影响半径R=2×S
  即R0 =222.21+2049.81=2272.02m
  ② 矿坑涌水量计算
  将上列各参数代入公式:Q=0.9
   =1548.66(m3/d)
  4.3 涌水量计算结果评述
  大井法计算参数来源于井田实际抽水的资料,其结果与比拟法比较,相对误差为5.5%;由此可以推断计算公式选择合理,计算结果可作为矿山设计规划的依据。
  本次计算矿井涌水量仅仅是井田内1100.00水平以上的矿坑涌水,并不是矿井总矿坑涌水量,因为随着开采的延伸,开采及回采面积加大,冒落带裂隙导通飞仙关组裂隙含水层及永宁镇组灰岩岩溶含水层地下水成为矿坑充水的水源,因而对矿井总涌水量应加以重视,而矿井总涌水量也并不是浅部地层水量简单迭加。因为开采冒落带产生的裂隙会改变地层原始渗透与导水性,矿山设计规划、排水设备选型时应根据实际情况慎重考虑。
  井田内历次施工的钻孔封孔都未经透孔检查,其孔内固结质量不明,在开采过程中应注意钻孔可能导水形成矿井涌水现象。
  五、供水水源
  5.1 地表水供水水源
  主硐口附近的地表水有松茅林水库,设计最大库容80万m3,为雨汪集镇主要供水水源,目前尚在建设中。
  5.2 地下水水供水水源
  1、井田内最大的泉点位于雨汪西,编号泉115(见图版6-5-1),出露地层为T1y1,流量19.88~325.2升/秒(1700~28000立方米/天),水质类型为HCO3-―Ca2+型,水质较好,可作生活用水。本次勘探未做饮用水质化验,若作饮用水源,需进一步采样化验。
  2、据区域水文地质资料,迤本嘎~新寨为中三叠统个旧组灰岩岩溶含水层出露带,可考虑先做物探找水工作,再进行深水井取水钻探施工,以解决矿山供水问题。
  3、据本次及以往(一勘区)勘探,丕德河一带C19煤层以下为构造承压含水层,且水温较高(大多达30℃以上),可考虑施工深井取水缓解供水之急。
  6、结语
  通过上述井田附近的地质地理结构的调查及充水因素的分析,数据的采集,样本调查和对比可知在该地质条件下可进行开采,并描述了不同层面的注意事项对井田开采提供了足够的数据支持。
  参考文献
  [1]曹元兵;靳茂虎;刘斌;地下工程中常见地质灾害防治 [J];城市地质;2009年04期
  [2]林坜;雷晓东;杨峰;地下水资源评价方法-水量均衡法的探讨 [J];北京水务;2011年02期
  注:文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。

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