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1、簸箕掌煤业有限公司水文地质综合勘探初步设计方案山西省煤炭地质115勘查院2011年9月前 言0.1、项目来源山西煤炭运销集团簸箕掌煤业有限责任公司在22号煤层掘进巷道过程中，在断层附近出现2个突水点，涌水量较大，水来源不明。为使煤炭开采达到山西省煤炭运销集团煤矿安全准入条件和实施办法（试行）的要求，查清水患，保证煤炭的安全生产，委托山西省煤炭地质115勘察院进行矿井水文地质综合勘探工作。0.2、目的与任务通过水文地质勘察工作，查明：1、井田内断层、陷落柱的分布及其导水性；2、煤层顶底板岩石的抗水性及隔水性、煤系地层含水层富水性特征；3、采空区积水分布范围；4、岩溶水对煤层开采的威胁；0.3 执
2、行标准1、矿井水文地质工程地质勘探规范2、煤炭电法勘探规范（MT/T898-2000）3、时间域激发极化法技术规定（DZ/T0070-93）4、瞬变电磁法技术规定（DZ/T0187-1997）5、煤炭煤层气地震勘探规范（MT/897-2000）6、全球卫星GPS测量规范（GB/T18314-2001）7、地质调查项目预算标准1、井田概况1.1 位置与交通山西煤炭运销集团簸箕掌煤业有限责任公司井田（以下简称井田）位于大同市左云县马道头乡东南11km处，其地理坐标为：东经11249 30” 11251 35”；北纬3948 49” 3950 19”（见图1-1：交通位置图）。按山西省国土资源厅20
3、09年12月颁发的C1400002009121220047210号采矿许可证批准，井田面积6.3708km2，其拐点做标见表1-1。表1-1 井田拐点做标序号西安1980坐标系北京1954坐标系XYXY14413358.4719659020.674413405.0019659092.0024410578.4519659065.674410625.0019659137.0034410658.4519658685.6744100705.0019658757.0044411396.4519656161.664411443.0019656233.0054412001.4619656421.664412
4、048.0019656493.0064413301.4619656400.654413348.0019656472.001.2 自然地理一、地形地貌井田内为低山丘陵黄土地貌景观，地势北高南低，“V”字形沟谷发育。井田西南部有大峪河穿过井田。地表最高点位于井田东北部山梁，标高1425.0m，最低点位于井田南部边界大峪河河床，标高1320.6m，相对高差104.4m。二、水文气象本井田属海河流域桑干河水系。大峪河从井田西南部穿过，在井田内长度约2000m，据吴家窑水文站观测资料，最大洪峰流量208m/s，冬季河床干枯，为季节性河流。井田内无其它大的地表水体。主要沟谷有马营沟、簸箕掌沟等。本井田属于
5、黄土高原干旱大陆性气候，冬季严寒，夏季炎热，气候干燥，风沙严重为其特点。年平均气温5.1，极端最高气温在39.9，极端最低气温在-35，一般日差20；年最大降水量628.3mm，年最小降水量259.3mm，平均年降水量432.44mm，分布不均，7、8、9三个月约占全年降水量的60-70%，日最大降水量为79.9mm；年蒸发量在1644-2105mm之间，最大日蒸发量19.2mm；全年有风时间占全年总时间的73.2%，多集中在冬、春季节，年平均风速为3.2m/s，最大风速17m/s；历年平均相对湿度为53%；历年冻土月份为11月至翌年4月，最打动土深度为1610mm。三、地震根据中国地震动参数
6、区划图（GB18306-2001），本区地震基本烈度值，设计地震峰值加速度值0.15g。1.3 地质概况本井田大地构造位置属大同向斜中东部，井田总体构造形态为一走向近东西、倾向北的单斜构造，地层倾角3-5。井田内已发现7条断层，在中南部有3条进东西向正断层，使井田形成了地垒、地堑格局。井田发育地层有奥陶系中统下马家沟组（大于150m）、石炭系中统本溪组（29.50-34.14m）、上统太原组（88.38-115.55m）、二叠系下统山西组（40.50-64.50）、石盒子组（51.15-70.25m）、上统上石盒子组（10.35-174.95m）、第四系中上更新统（0-18.7m）、全新统（0
7、-10m）。1.4 矿区水文地质本井田冲积层、风化壳潜水，距地表近，易接受大气降水补给，迳流条件好。向深部延伸，煤系地层岩系节理裂隙发育较弱，受地形、水文、气象条件控制，地表径流有利于排泄而不利于向下入渗，地下水的补给，径流条件均很差。煤系地层含水性弱，地下水的水循环条件差。奥灰水一般以区域西、西北方向侧向补给为主，向东鹅毛口方向径流。井田内各含水层在断层、采动裂隙发育地段，地下水在水头差的作用下，有一定的越流补给排泄。以往在沟谷切割处有风化壳泉水流出，形成细流进入河床，一部分排泄流走，一部分补给冲积层，南部煤层开采后，煤系上部砂岩裂隙水、冲积层潜水通过冒落带、导水裂隙带向井下泄流，形成了人为
8、的排泄疏干网。奥陶系岩溶水通过河谷以潜流形式向大同平原排泄。本井田各含水层及隔水层分述如下：一、含水层1、奥陶系石灰岩岩溶裂隙含水层：含水层主要由厚层状石灰岩及白云质灰岩组成，岩溶裂隙发育不均，据ZK45水文孔资料，单位涌水量1.406 L/sm，渗透系数1.906m/d，富水性强，水位标高1099m，高于下部煤层地板标高。2、太原组砂岩裂隙含水层：含水层岩性为沙砾岩、粗、细砂岩，埋藏深，裂隙不发育。据ZK45水文孔资料，含水性弱，具有承压性，单位涌水量0.0680.110 L/sm，渗透系数0.1200.266m/d，富水性弱中等，水位标高1103m。3、山西组砂岩裂隙含水层：含水层岩性主要
9、为中、细砂岩，岩石胶结致密，裂隙不发育，据ZK5水文孔资料，单位涌水量0.00270.0034 L/sm，渗透系数0.00350.0040m/d，含水性弱，水位标高1354m。4、下石盒子组砂岩裂隙含水层：含水层岩性主要为中、细砂岩，岩石胶结致密，裂隙不发育，据以往资料，单位涌水量0.0013 L/sm，含水性极弱。5、上石盒子组砂岩裂隙含水层：浅部岩层风化裂隙发育，地形较高处地层大多导水不含水。在地势低洼处有风化壳水会汇集，单位涌水量0.10.6 L/sm，富水性中等。深部地层岩石胶结较为致密，裂隙不发育，单位涌水量0.0013 L/sm，含水性极弱。6、第四系全新统冲积层：分布于大峪河河床
10、及井田内较大沟谷之中，以洪积砂、卵石层为主，厚度不大，涌水量小于0.1 L/sm。二、隔水层组：井田内隔水层主要为本溪组地层，位于煤系地层之下，上覆于奥地层厚度约30m左右，其岩性以泥质岩类为主，分布稳定，阻隔了上部砂岩裂隙水与下部岩溶水的水力联系。其次煤系地层中的泥岩、砂质泥岩对煤系地层间各含水层也起着相对阻隔作用。1.5 矿井充水因素分析一、矿井充水水源1、大气降水及地表水本井田位于干旱、半干旱气候区，降水量少，大峪河径流受季节影响大，水量且主要集中在7、8月份。其它沟谷平时干涸无水，雨季短暂洪流受地形地貌控制，利于径流排泄而不利于对地下水入渗补给，对煤层的开采影响很小。随着矿山的开采，在
11、地表形成塌陷及采空地裂缝，大气降水在沟谷中形成洪水通过塌陷裂缝可以进入矿井，从而逐渐成为直接充水因素。2、煤系砂岩裂隙水山西组、太原组砂岩裂隙含水层是煤层开采时的直接充水含水层，随煤层通过冒落带、导水裂隙带直接进入矿井，是矿井直接充水因素。煤系含水层总的来看，含水性弱，含水层多集中在局部构造裂隙发育段。但由于煤系地层地下水储量以静储量为主，随着矿井不断排水，涌水量会逐渐减弱，对煤矿影响小，其充水方式以渗水、滴水为主，淋水、涌水次之。3、采空区积水本井田及周围存在一定的古窑采空区，长期的日积月累，易汇集采空积水。由于年代久远，其具体位置和积水情况难以一一查清，为矿井重要的充水因素，是煤矿生产的最
12、大隐患，如果处理不当，会造成矿井透水事故，应引起有关方面高度重视。4、断层充水特征本井田已发现有7条断层，在中南部有3条进东西向正断层，使井田形成了地垒、地堑格局。本井田断裂构造落差大。受补给条件控制，断层本身的含水性并不强，但极有可能具有较强的导水性质，成为地表水进入采空区的通道。下部煤层底板标高低于奥灰水位标高，当断层通过了奥陶系含水层时，奥灰水容易沿着构造裂隙薄弱带突入矿井，造成突水事故。5、奥陶系岩溶裂隙水奥陶系含水层是本区煤系下覆主要的含水层，岩溶裂隙发育不均，岩溶裂隙发育段富水性强，汽水为标高高于各煤层。据资料，本井田最下部25号煤层突水系数0.034MPa/m，小于全国突水实际资
13、料值0.06 MPa/m（受构造破坏段），和正常段0.1 MPa/m，所以在一般情况下本井田发生奥灰水的突水危险性小。但由于本井田断层落差大（最大落差达50m），且断裂带岩石破碎，使隔水层厚度和隔水层的强度大大降低，所以上述号煤层在断层附近的实际突水系数将远远大于上述计算值。故此奥灰水对煤层开采具有一定威胁。2、矿井水文地质勘探方案根据本井田特点和任务目的要求，本次勘探有如下内容：1、水文地质调查a、收集近10年的气象资料，包括每年气温（最高和最低）、降水量（年降水量、最大日降水量、最大小时降水量、最大10分钟降水量）、蒸发量、最大风速、平均湿度（按季度）、冻土时间及最大冻土深度。b、收集近1
14、0年的大峪河水文观测资料，用原位渗透试验方法确定大峪河河床的入渗系数。c、实地调查井田及周边地表裂缝和采空塌陷的基本特征及分布范围，查明周边矿井位置、范围、开采层位、开采方法以及与相邻矿井的空间关系。d、收集井下采掘工程资料和矿井排水记录以及以往井下出水点情况资料。2、水文孔抽水试验本井田已有1个水文地质抽水钻孔ZK45，但该孔对奥灰岩溶水的抽水仅一次降深，降深0.54m，未达到抽水规范要求。根据矿井水文地质工程地质勘探规范要求和井田实际情况，在井田内F2 和F4断层组成的地堑中及井田内落差最大的F3上盘处、且同时处于大峪河床之中布置2个水文地质抽水钻孔，抽水层位为山西组、太原组和奥陶系灰岩含
15、水层，终孔深度预计600m，按规范要求设计钻孔工艺。3、水文地质物探a、三维地震根据矿方给定的勘探范围和勘探的目的和任务，并结合工作区的地形、地质情况、施工条件等因素，确定本次三维地震勘探面积为6.3708km2，三维地震将采用10线8炮中间激发，叠加次数24次（46），CDP网格1010m，接收道1048，炮点网度8020m,检波点网度4020m。设计生产物理点3600个，微测井9个，计物理点54个，试验点5个，计物理点100个，段试验100个，共计物理点3854个本次勘探使用加拿大ARIES数字地震仪，使用图件比例尺为1：2000。b、瞬变电磁本次瞬变电磁法勘查全区采用大定源常规瞬变电磁法以线距40m，点距40m进行扫面；在三维地震解释的构造区，采用线距20m，点距20m加密控制；同时对在施工工程中发现的富水异常区保证20机动物理点进行加密测量。预计瞬变电磁法物理点7600个，试验点20个，检查点不少于380个；在瞬变电磁法圈定的采空积水异常区域范围进一步通过直流激电测深法加以验证，物理点不少
