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1、地下水防治技术与方法课程设计华北某煤矿充水条件分析第一章矿区水文地质条件分析一、 矿区自然地理条件1. 地形该矿区地形较为简单，是一四面为正地形，中间为负地形的盆地，西北面为区内最高海拔，约 500 米，最低海拔处于洺河河谷，约300 米。洺河位于矿区中部，流向从北向南。2. 水文矿区内发育的主要水系为洺河，由五条主干支流汇集而成，在奥陶系岩溶发育地段有河水漏失现象。 据当地测水站统计，上游流量为3000 米 3 天，下游流量为85000 米 3 天（二者均为 1978 年 8 月 3 日统计数据） 。区内下降泉有 11 处，主要出露于东侧的侵入岩中，流量 0.01- 0.5 米 3天；上升泉
2、有 1 处，出露于南部的第四系内，从剖面图上可知此泉与F4 断层的导水性有关，流量为80000 米3 天 。3. 气候根据已知气象观测资料绘制气象要素（降水量、蒸发量）变化统计图(图 1)可知，全区年均降雨量64.6mm ，一般集中在 6 9 月，占全年降雨量 84.5%；该地区蒸发量大，年均蒸发量 84.6mm ，主要集中在 3 7 月，占全年 80.8%。图1 气象要素统计图)m300m(量250发 200蒸/150量雨 100降50月份0123456789101112降水量 mm515101530150185 205 115201015蒸发度 mm2050150 200 25015070
3、2535251525二、 区域地质条件1.地层本区主要出露前震旦系、震旦系、寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系、白垩系、第四系地层。主要含煤地层为石炭、二叠系砂页岩。地层自上而下描述如下：第四系 （ Q4al ）：厚 0- 50 米，位于区域中部，沿洺河流域分布，岩性主要为砂砾互层。白垩系（ K）：厚 80-140 米，分布于中部，南北向条状展布，岩性为凝灰质砂页岩。二叠系（ P）：厚约 250 米，分布于图区中部，南北向条状展布，岩性为砂页岩。石炭系（ C）：厚 200-250米，分布于图区中部，南北向条状展布，岩性为砂页岩、页岩夹铝土层，铝土层厚 35-40米。岩层中可开采煤层3-5 米。上石
4、炭统砂页岩煤层顶部含有 5-8 米灰岩。奥陶系（ O）：厚 800-1000米，分布于图区西北部、西部，沿西北向条状展布，岩性主要为结晶灰岩及白云岩。岩溶发育强烈，河流流经区域发生河水漏失现象。从剖面图可1地下水防治技术与方法课程设计华北某煤矿充水条件分析看出，与上覆地层之间缺失泥盆系及志留系地层，但是新老顺序未变，可知与上覆石炭系地层为平行不整合接触关系。寒武系（） ：分布于图区西北部、西部，沿西北向条状展布，岩性为灰岩、页岩。震旦系（ Z）：厚约 300 米，分布于图区西南角，岩性为石英砂岩。前震旦系（Al ）：分布于图区东部、东南部，出露面积较大，岩性为片岩、片麻岩。2.构造本区受燕山运
5、动的影响， 使东西向断层被南北向断层切割， 形成 “棋盘格” 状的构造格局。区内主要发育 4 条断层，均为正断层。其中 F1 断层沿南北向延伸，贯通整个区域；F2、F3、F4 为东西走向断层。断层使地层有一定的错动，对区内地表水、地下水分布及流动有一定影响。三、 岩石含水性由煤田水文地质图可知本区含水层主要有：第四系松散堆积层、石炭系及二叠系砂页岩、奥陶系及寒武系灰岩、震旦系石英砂岩、前震旦系片麻岩。隔水层主要有：白垩系凝灰质砂页岩、二叠系及石炭系页岩。第四系松散堆积层中地下水为孔隙水，主要接受大气降雨及地表水补给，含水性较好。前震旦系片麻岩及震旦系石英砂岩中地下水为基岩裂隙水，主要接受大气降
6、雨补给。由出露的泉来看，其流量为0.01-0.5 米 3 天，可知其含水性一般。石炭系及二叠系砂页岩中地下水为砂岩裂隙水，由钻孔资料可知，此层单位降深较大，故其含水性较差，矿化度0.6 1.0g/L 。奥陶系及寒武系灰岩中地下水为岩溶裂隙水及岩溶水，含水性较好,矿化度0.250.5g/L 。石炭系砂页岩夹灰岩层中存在岩溶裂隙水，含水性较好,矿化度 0.60.9 g/L 。白垩系凝灰质砂页岩、二叠系及石炭系页岩为隔水层，在矿区内分布较广，厚度80-140 米，隔水性较好。四、 地表水与地下水之间的水力联系由煤田水文地质图可知，地表水与地下水之间存在密切的水力联系。在图区西北部及北部发生河水漏失现
7、象，证明此处地表水补给地下水。第四系潜水分布区，地表水与地下水联系紧密，丰水季节地下水补给地表水；枯水季节地表水补给地下水。图区内泉水出露较多， 多分布于洺河支流发育地段， 为地下水补给地表水。 其中 1 号泉为上升泉， 流量大；其余泉均为下降泉，且流量较小。从洺河上分布的三个测水站统计数据可知，图区内总体的补给关系是地下水补给地表水。五、 各含水层之间的水力联系及断层的导水性1. 各含水层之间的水力联系分析煤田水文地质图以及各钻孔资料可知，各含水层之间的水力联系因地质条件的不同而有所差异，主要表现在以下几个方面：第四系砂砾石含水层与奥陶系灰岩含水层接触处岩溶发育，且发生河水漏失，说明河水补给
8、第四系含水层后，第四系含水层内的地下水又补给了灰岩溶洞中的岩溶水，故在图区内河流流经奥陶系灰岩处（在图区北部和西部两处）第四系含水层与奥陶系含水层的水力联系非常紧密。由剖面图可知，第四系砂砾石含水层与石炭二叠系砂岩含水层之间在直接的水力联系。但是在剖面图中，两含水层之间存在白垩系凝灰质砂页岩隔水层，阻断了二者的水力联系。2地下水防治技术与方法课程设计华北某煤矿充水条件分析由 A1、A2、A3、A4 四个水文地质孔的数据可知， 石炭二叠系砂岩含水层与上石炭统砂岩含水层的水位标高、矿化度及裂隙率相差不大，故两含水层之间存在水力联系。水文地质孔 A1、A2、A3 的数据表明中下奥陶统灰岩含水层与上石
9、炭统砂岩含水层的水位标高、矿化度及裂隙率相差较大，说明两含水层之间的水力联系微弱。由剖面图可知， 由于 F4 断层的存在， 使得前震旦系片岩片麻岩含水层与震旦系石英岩含水层之间有一定的水力联系。2. 断层的导水性分析矿区内共发育有 F1、 F2、 F3、F4 四条正断层，各断层的导水性有所不同，主要表现在断层处出露泉的流量大小、断层与各含水层之间的位置关系以及断层本身的性质，分别分析如下：由煤田水文地质图可知，F1 断层延伸较长，贯穿整个图幅。断层附近只发育10 号、 11号两个下降泉，无上升泉，且两个下降泉流量较小（分别为0.2 米3 天 及 0.5 米3 天 ），是前震旦系片岩片麻岩中的裂
10、隙水形成的溢流下降泉，故F1 断层在垂向上是阻水的。而断层两盘的含水层的含水量相差很大，证明该断层在横向也是阻水的。综上所述，F1 断层为垂向和水平向都是阻水的。由断层 F2 附近的 A2 水文地质孔资料可知，上石炭统砂页岩和中下奥陶统结晶灰岩含水层中的地下水位标高、矿化度、裂隙率均不相同，且没有泉水出露于地表，故F2 断层在垂向上是阻水的。由剖面图可知，在 F2 断层处的地下水水位线连续，地下水流向无明显变化，且在A2 孔中同一含水层中水的矿化度、裂隙率相同，证明F2 断层两盘的含水层之间存在水力联系，故F2 断层在水平向是导水的。同理， F3 断层在垂向上是阻水断层，在水平向是导水断层。由
11、剖面图可看出F4 断层处有一上升泉，且流量较大 （为 80000 米 3 天 ），此泉是由断层上盘各含水层中的地下水汇集后遇断层而流出地表，说明此处F4 断层是地下水流动的集水廊道， 进而证明了F4 断层在垂向上是导水的。断层上、 下两盘之间的岩性差异较大（上盘为沉积岩，含水性较好；下盘为变质岩，含水性较差。），两盘岩层的含水量相差很大，说明二者之间水力联系不大，即证明F4 断层在水平向是阻水的。综上，各断层的导水性如表1 所示：表 1导断层水F1 断层F2 断层F3 断层F4 断层性方向垂向阻水阻水阻水导水横向阻水导水导水阻水六、 矿区地下水的补给、径流和排泄条件图区内地下水的主要补给来源为
12、大气降水、地表水以及地下径流的侧向补给；由剖面图可知地下水的径流方向基本与地形一致， 从西、北、东三个方向向南部地势较低处流动；排泄除蒸发外主要以泉的形式向地表排泄。矿区含水层主要有第四系砂砾石层、石炭系及二叠系砂页岩、奥陶系及寒武系灰岩、震旦系石英砂岩及前震旦系片麻岩，各含水层之间存在一定的水力联系，且断层对矿区的地下水补、径、排的影响也不容忽视，现分别叙述如下：第四系砂砾石中的孔隙水补给来源有：大气降雨和地表河水的下渗以及地下各含水层径流的侧向补给。补给量的大小由降雨量、岩石孔隙度、地下水径流强度决定。排泄主要以蒸发、补给洺河以及向周边含水层排泄为主。3地下水防治技术与方法课程设计华北某煤
13、矿充水条件分析石炭系及二叠系砂页岩中的地下水补给来源主要为大气降水下渗和其周边含水层的侧向径流补给，排泄途径主要以 1 号上升泉向地表河流排泄为主，少部分通过地下径流方式补给了其他含水层。奥陶系及寒武系灰岩中的地下水主要来源于大气降雨下渗、洺河河水的漏失以及上石炭统砂页岩的越流补给，排泄主要以F4 断层处形成的1 号上升泉向地表河流排泄。震旦系石英砂岩及前震旦系片麻岩中的基岩裂隙水主要来源于大气降雨，以泉的形式向地表排泄，并补给了洺河。总体上来说，矿区年降雨量较大（为 775ml ），直接补给各含水层； F4 断层处上升泉的流量较大（为 80000 米 3 天），是地下水的主要排泄区，除此外还有基岩处的下降泉以及蒸发等方式。4地下水防治技术与方法课程设计华北某煤矿充水条件分析第
