《精编》水文地质勘查基本知识讲座

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1、水文地质勘查基本知识讲座 中国矿业大学 郑丽萍Email zhlp1978 2013年10月16日 第一节 水文地质勘查的目的 任务第二节 水文地质勘查工作的类型第三节 水文地质勘查工作阶段的划分第四节 水文地质勘查所使用的主要手段第五节 煤矿水文地质勘探成果第六节 水文地质勘查程序 目录 第一节 水文地质勘查的目的 任务 地质勘探 在对矿产普查中发现有工业意义的矿床 为查明矿产的质和量 以及开采利用的技术条件 提供矿山建设设计所需要的矿产储量和地质资料 对一定地区内的岩石 地层 构造 矿产 水文 地貌等地质情况进行调查研究工作 水文地质勘查 为研究一个地区的地下水类型 埋藏 分布 形成条件和

2、运动规律以及地下水资源开发利用和保护 环境水文地质问题所进行的综合性水文地质工作 煤矿勘探期 资源勘探为主 地质勘探报告 煤矿生产期 资源开采为主 生产地质报告 煤矿生产期 防治水为主 水文地质报告 由矿井建设开始 到开采结束期间所进行的一切勘探 统称矿井地质勘探 按其目的之不同 分为矿井资源勘探 矿井补充勘探 生产勘探和矿井工程勘探等四类 矿井地质规程 建井期 建井地质报告 煤矿地质勘探 目的运用各种技术方法和手段揭示一个地区的水文地质条件 任务为工程项目设计或国民经济发展规划的制定提供所需的水文地质资料 重要性认识来源于实践水文地质勘查费用很高 工期较长理论联系实际 注重方法 水文地质勘查

3、 煤矿水文地质勘探 矿井建设生产阶段所进行的水文地质勘探 一般视为煤炭资源勘探阶段的水文地质工作质勘探的继续与深入 多带有补充勘探的性质 基本任务 为煤炭工业的规划布局和煤矿建设 安全生产提供水文地质依据 并为水文地质研究积累资料 煤矿水文地质勘探特征 它一般应分阶段循序进行 矿井水文地质勘探为矿井建设 采掘 开拓延深 改扩建提供所需的水文地质资料 并为矿井防治水工作提供水文地质依据 它是在煤田水文地质勘探的基础上进行的 矿井水文地质勘探是在矿井建设和生产过程中进行的 它既可以验证和深化煤田地质勘探对井田 矿井 水文地质条件的认识 又可以根据矿井建设生产过程中遇到的水文地质问题 充分利用矿井的

4、有利条件 进行有针对性的矿井水文地质勘探 为矿井建设生产和矿井防治水工作提供依据 矿井水文地质勘探是煤田地质勘探所不能取代的 第二节 水文地质勘查工作的类型 按其目的 任务和调查方法的特点分为三类 煤矿水文地质勘探类型 依据矿床主要含水层的储水空间特征 三类 第一类 孔隙充水矿床第二类 裂隙充水矿床第三类 岩溶充水矿床 三型 第一型 水文地质条件简单矿床第二型 水文地质条件中等矿床第三型 水文地质条件复杂矿床 目的 为不同类型矿床的勘探工程设定不同工程量 勘探程度以及矿井涌水量计算等技术要求 第三节 水文地质勘查阶段的划分 矿区水文地质勘查阶段划分 普查勘探阶段 生产建设阶段 普查详查 初步勘

5、探 精查 详细勘探 划分的必要性 精查阶段基本查明 直接充水含水层含水空间的发育程度和分布情况 以及强径流带的分布范围 间接充水含水层对直接充水含水层的补给途径 部位和可能的最大补给量 对矿井充水有影响的断裂带的水文地质特征 直接充水含水层向矿井充水的途径 评价矿井充水因素 预测矿井第一水平涌水量等 煤矿水文地质补充勘探设计 1 补勘的目的 任务目的 防治水 任务确定应全面分析已有资料 确定补勘的任务 2 补勘的依据 规范规程 资料来源3 补勘的范围矿井 采区 工作面 下组煤 上组煤 煤系地层含水层 太灰含水层 奥灰含水层 4 补勘技术手段及工程量 根据任务及规程 勘探类型 确定 5 工程预算

6、6 成果设计 1 矿区水文地质地质工程地质勘探规范 GB12719 91 2 煤 泥炭地质勘查规范 DZ T0215 2002 3 煤矿防治水规定 国家安监总局 煤矿监察局 煤矿水文地质勘探规范 煤矿安全规程 282条 新建矿井揭露的水文地质条件比地质报告复杂的 应当进行水文地质补充勘探 及时查明水害隐患 采取可靠的安全防范措施 煤矿防治水规定 第二十九条 矿井有下列情形之一的 应当进行水文地质补充勘探工作 1 矿井主要勘探目的层未开展过水文地质勘探工作的 2 矿井原勘探工程量不足 水文地质条件尚未查清的 3 矿井经采掘揭露煤岩层后 水文地质条件比原勘探报告复杂的 4 矿井经长期开采 水文地质

7、条件已发生较大变化 原勘探报告不能满足生产要求的 5 矿井开拓延伸 开采新煤系 组 或者扩大井田范围设计需要的 6 特殊地质条件部位或者深部煤层下伏强含水层 煤层底板带压 专门防治水工程提出特殊要求的 7 各种井巷工程穿越强富水性含水层时 施工需要的 第四节 水文地质勘查所使用的主要手段 水文地质测绘水文地质勘探水文地质试验水文地质观测实验室分析 水文地质物探水文地质钻探水文地质化探水文地质坑探 另外还有 遥感技术 航 卫片地质 水文地质解释 地下水同位素技术 计算机技术等 1 水文地质测绘 水文地质调查内容包括 资料收集 地貌地质 地表水体 井泉 古井老窑生产矿井 周边矿井 地面岩溶调查 方

8、法 水文地质调查 地面和井下水文地质观测手段 测绘 观测 填图 绘图 记录等 煤矿防治水规定中有比较详细的要求 遥感照片 2 水文地质勘探 水文地质物探水文地质钻探水文地质化探水文地质坑探 水文地质物探 目的与任务 物探方法设计 成果要求 物探工程设计 工程量设计 视电阻率梯度视电阻率电位 物探工作原理主要是因为不同类型或不同含水量的岩石 或不同矿化度的水体之间存在物性差异 包括导电性 导热性 热容量 温度 密度 磁性 弹性波传播速度及放射性等 借助各种物探测试仪器 测定出某一方向 某一深度或某一范围内岩石或水体的某些物理特征值的变化 从而分析 推断出某一方向和某一深度或范围内的岩性 构造和岩

9、层含水性能的变化 物探方法 物探 地面瞬变电磁法直流电法频率测深法音频电穿透法瑞雷波地震勘探法槽波地震勘探法高分辨地震勘探法地质雷达勘探法 关于测井 水文地质补充勘探一般应进行钻孔测井 测井可以 a 确定含水层 隔水层 软弱夹层的层位与厚度 b 确定断裂带 裂隙带和岩溶发育带的位置及厚度 c 划分地层组 编录钻孔柱状剖面 d 划分咸淡水界面 e 测定钻孔中含水层之间的补给关系 估算水文地质参数 包括地下水矿化度 孔隙率 渗透系数 流量及涌水量等 g 测定钻孔技术状况 包括钻孔孔径 孔斜 寻找孔内事故位置 h 地层物性参数测量 电阻率 自然电位 自然伽玛 井径 井温 井斜测量 井中流体测量 超声

10、成像测井 声速 伽玛伽玛 井液电阻率 井液 钻孔电磁波法测井 水文地质钻探 任务 1 完善并建立含水层水动态观测系统 2 形成矿井水文地质试验系统 3 为岩石力学性能测试取样 测试提供条件 4 探查目的含水层岩性 厚度和富水性 5 探查开采煤层底板至奥灰含水层间隔水层岩性 厚度及隔水性 钻孔布置原则 钻探孔数确定 钻探参数设计 钻探工艺要求 钻探成果要求 钻孔封孔设计 钻探工程设计 钻探工艺设计 钻孔结构设计 考虑因素 孔深 孔径 抽水试验等 探放水钻孔布置必须遵循以下规定 依据 煤矿防治水规定 一 探放老空水 陷落柱水及钻孔水时 探水钻孔应成组布设 并在巷道前方的水平面和竖直面内呈扇形 钻孔

11、终孔位置以满足平距3 为准 厚煤层内各孔终孔的垂距不得超过l 5 二 探放断层水 构造断裂水和底板岩溶水时 探水钻孔沿掘进方向的前方及下方布置 底板方向的钻孔不得少于2个 三 煤层内 原则上禁止探放水压高于1Mpa的充水断层水 含水层水及陷落柱水等 如确实需要的 可以先建筑防水闸门或闸墙 并在闸墙外向内探放水 四 上山探水时 一般进行双巷掘进 其中一条超前探水和汇水 另一条用来安全撤人 双巷间每隔30 50米掘一个联络巷 并设挡水墙 矿井探放水钻孔布置要求 探水钻孔布置原则 巷道掘进所占空间应有钻孔控制 且钻孔间距小于巷道高度 宽度 或煤层厚度 1 平巷钻孔 对于薄煤层 3组 每组1 2个钻孔

12、 厚煤层 3组 每组不少于3个钻孔 2 上山巷道钻孔布置 对于薄煤层 5组 每组1 2个钻孔 厚煤层 5组 每组不少于3个钻孔 至少有一孔见顶或见底 探水线程序 探水 掘进 再探水 再掘进探水钻孔超前距一般30m 帮距一般20m 钻孔密度 3m 化探 目的与任务 取样方法 成果要求 化学勘探设计 工作量设计 水质测试项目 水化学分析方法的简称 地下水的化学成份往往代表着其赋存地层的环境特征 按照各种特征离子的含量 矿化度 水质类型等 可以对不同含水层地下水做出区分 从而对井下涌水的来源进行识别 1 简分析 了解区域地下水化学成分的概况 项目少 精度要求低 简便快速 成本不高 分析内容 除温度

13、颜色 透明度 嗅味味道外 定量分析HCO3 SO4 CL Ca 总硬度 PH值 通过计算 求得NO3 NO2 NH Fe2 Fe3 H2S 2 全分析项目多 要求精度高 通常在简分析的基础上选择有代表性的水样进行全分析 以全面了解地下水化学成分 并对简分析结果检核 一般定量分析内容 HCO3 SO4 CL Ca CO3 NO3 NO2 NH4 Fe2 Fe3 H2S 水文地质坑探在一定条件下 为了揭露或揭示浅部的地质和水文地质现象 使用水文地质坑探或槽探 3 水文地质野外试验 水文地质试验设计 抽水试验 放水试验 注水试验 连通试验 为了取得水文地质参数或解决水文地质问题需进行水文地质试验 抽

14、水试验 抽水孔与观测孔布置 试验抽水 正式抽水 三个降深 延续时间与稳定时间 静止水位与恢复水位观测要求 抽水试验资料整理 对地下水进行定量研究的重要手段 1 钻孔涌水量与水位下降关系2 获取含水层参数 渗透系数 导水系数和储水系数等3 求得含水层影响半径 降落漏斗形状等资料4 含水层之间联系 5 含水层边界条件及隔水层参数等 抽水试验 稳定流 钻孔出水量和水位同时出现相对稳定 并延续一定时间 一般要求三个降深 设最大降深为s1 非稳定流 抽水过程中保持水量稳定 观测水位变化或保持水位稳定 观测水量变化 符合实际 一般地 含水层的划分 勘探过程中如何划分含水层 1 岩石孔隙裂隙发育 有储水空间

15、提供较多的储水空间 形状各异 空隙 溶隙 孔洞 张开结构面等 岩层的储水空间在开采之前是天然的 开采过程或开采之后有人为的因素 比如采矿引起的导水裂隙带 水文地质补充勘探就将面临这种问题 勘探过程中如何发现这些储水空间呢 主要通过钻探充洗液的消耗来判定 测井 流量测井等方法也能从岩层的物理性质和岩层水流动状况反映岩层是否为含水层 2 孔隙裂隙连续性好 有径流条件 3 丰富的水源与补给源 有补给条件 钻孔单位涌水量 0 001L s m的岩层为隔水层 4 水文地质观测 又称地下水动态观测 是研究各种地下水要素随时间变化 阐明区内地下水形成和变化规律 进行水位 水量 水质评价和预测的重要手段 降水

16、入渗型 水位峰值与降水峰值一致或稍有滞后 动态指表征地下水数量与质量的各种要素 如水位 泉流量 开采量 溶质成分与含量 温度及其它物理特征等 随时间而变化的规律 均衡指在一定范围 一定时间内 地下水水量 溶质含量及热量等的补充 流入 与消耗 流出 量之间的数量关系 5 室内分析 测定 模拟实验 为取得地下水水质 岩石的物理 水理和力学性质指标 岩石的破坏和溶蚀机理 岩石的矿物成分和化学成分 地下水的年龄等资料 需要采集水 岩 土样进行实验室鉴定 分析和试验 为了阐明岩石含水空间的微观特征和地下水中的微观组分 现代测试技术 如光谱分析 差热分析 电镜分析 x光衍射和岩石微孔测试技术等在水文地质研究中正在发挥着愈来愈重要的作用 扫描电子显微镜 SEM 电子束从电子枪射出经三级会聚透镜变成极细的扫描电子束 并对试样表面进行扫描 产生二次电子 再将二次电子收集变成电讯号 再经放大进行显像摄影或记录 特点 足够高的分辨率范围 50 100埃 成像富有立体感 试样制备简单 青霉电镜照片 热差分析利用物体对热敏感的反应来研究试件在物理变化和化学变化中的环境效应的试验技术 基本原理 在恒速升 降 温得