湖南恩口煤矿矿床水文地质条件及矿坑涌水量预测

1、标准文案湖南恩口煤矿矿床水文地质条件分析及矿坑涌水量初步预 测报告云南国土资源职业学院二 0 一三年六月大全标准文案审查： 孙由政教授校核：余先颖编写 :余先颖大全标准文案目录1. 石炭系中上统（c 2+c3）2. 二叠系下统栖霞组（p1q） 3. 二叠系下统茅口组（p1m） 4. 二叠系上统龙潭组（p2l ） 5. 二叠系上统长兴组（p2d） 6. 三叠系下统大冶组（T1s） 7. 三叠系中统麒麟山组（T2） 8. 第四系冲积层（Q4） . 构造及其水文地质特征1. 恩口向斜2. 断层 三 . 矿床水文地质条件（一）含隔水层的划分1. 含水层 （ 1）茅口组灰岩岩溶含水层（p1m） （2）大

2、冶灰岩（Tis）岩溶含水层 2. 隔水层 （1） piq1-3 （栖霞组）（2） p2d （长兴组）（二）. 矿床充水条件1. 充水水源2. 充水途径（ 1） 断层 （ 2）裂隙溶洞（ 3）岩溶塌陷大全四、矿坑（井）涌水量的预测（一）水文地质条件的概化1. 充水层的概化2. 边界条件概化（ 1） 顶板边界条件（2）侧向边界条件（二）计算方法选择（ 三）计算参数的确定（四）计算结果评述五、结论与建议六、附图自然地理概况恩口煤矿位于湖南省娄底市北，属于涟邵煤田的东北部。矿区为四周高中间低的向斜汇水盆地，其边缘为由茅口组和栖霞组灰岩组成的低山，标高一般为250350m盆地内由二叠系、三叠系、第三系等

3、地层组成的丘陵，标高一般为120170m矿区内水系发育，壶天河和小碧河均自北西向南东流经矿区。壶天河流量为 0.008 51.57m3/s（1964 年 4月对壶天河三个阅流点进行阅流：北部塌陷区阅流流量为25.6 m3/s ；中部侧面虎井东的河谷流量51.0 m3/s ；南部壶天河的天字西侧河谷阅流流量为41.0 m 3/s） 。小碧河流量为0 64.77 m 3/s 。河流切割主要含水层，天然状况下排泄地下水。本区矿床北温带季风气候区，旱雨季分明。区内降水充沛，多年年平均降水量为1384.3mm并多集中在雨季（4-7）月。自然地理条件均有利于地下水补给。二、矿区地质、水文地质条件、地层及其

4、水文地质特征矿区主要出露古生界石炭系、二叠系，中生界三叠系及新生界第三系和茅田系地层。矿区地层分布如附图1. 地层柱状图及水文地质特征如附图2。现将矿区地层的岩性特征及水文地质特征转述如下：1. 石炭系中上统（c 2+c3）厚层及巨厚层状灰岩，含燧石结核，厚 200m,岩溶裂隙发育、赋含岩溶水，富水性强。2. 二叠系下统栖霞组（p1q）上部灰色、深灰色厚层灰岩，含燧石结核及条带，厚130m,溶蚀裂隙发育，下部为厚层泥质灰岩夹黑色页岩，底部为砂质页岩，厚 500m富水性较强。3. 二叠系下统茅口组（p1m）灰色、灰白色厚层、巨厚层致密灰岩，含燧石条带及结核、厚60m左右，溶洞及溶蚀裂隙发育，赋存

5、溶洞岩溶水，最大泉水流量为15L/s,k=1m/d, 富水性强。4. 二叠系上统龙潭组（p2l ）上部为黑色钙质页岩，石英长石砂岩及粉砂岩互层，下部为煤层，最底部为灰白色粉土岩。粉土岩厚度变化很大，一般2-70m,局部起隔水作用。厚60m,富水性弱。5. 二叠系上统长兴组（p2d）上部为灰黄色泥灰岩，风化后黄绿色，下部为薄层硅质泥灰岩夹页岩，厚162m，富水性弱，区域上起隔水作用。6. 三叠系下统大冶组（T1s）上部厚约150m为灰白色巨厚层致密块状灰岩，岩溶发育，赋存岩溶水，富水性强，最大泉流量 10L/s；下部450m,主要为黑色泥灰岩，含水微弱，渗透系数 K=0.0002m/d, 为隔水

6、层。7. 三叠系中统麒麟山组（T2）上部为灰白色石英砂岩、砂页岩；下部为灰、灰黄色砾石，含微弱裂隙水。8. 第四系冲积层（Q4）冲积砂、砾石类粘土，含丰富孔隙水，渗透系数K=10-20m/d。. 构造及其水文地质特征区内主要有恩口向斜及周家岭、横路冲、观音桥断层。1. 恩口向斜向斜轴走向北东，向斜向北东翘起，核部为三叠系，两翼为二叠系地层。向斜的北西翼陡倾、南东翼侧。它控制了含隔水层的分布和埋藏条件，各部位的构造裂隙的发育特征又控制了地下水的富集特征。向斜构造与地形的配合又控制了地下水的补给、径流和排泄条件。2. 断层区内断层不发育，主要有北部的周家岭正断层，中部的横路冲平移断层和南部的观音桥

7、平移断层。经长期观测及试验资料表明，周家岭和横路冲断层的导水性强。特别是周家岭的断层的下盘，地下径流畅通，是矿区的围岩溶水补给矿井的主要通道之一。观音桥断层是一条隔水断层。三 . 矿床水文地质条件二叠系上统乐平组（P2L）煤系地层沿恩口向斜两翼及扬起端出露，煤层产于下部，层位不稳定，其底部为白色粘土岩，厚2.0-70m, 局部起隔水作用，部分地段粘土岩仅厚2cm。（一）. 含隔水层的划分1. 含水层（ 1）茅口组灰岩岩溶含水层（p1m）本岩溶含水层包括茅口组（pirnj）灰岩及栖霞组上部（piq4）的灰岩，总厚（pim+ piq4）即600+130=73。出露于矿区西北、东南及南部边缘，构成向

8、斜两翼及转 折端。出露面积约17.6km2,其中东侧出露宽度达1.5 km2 ,面积为12 kmh岩 性为灰色、灰白色厚层状、巨厚层状致密灰岩，含燧石条带及结核。与下伏栖霞组（pq）为整合接触，与上覆的龙潭组（sL）为平行不整合接触。pm灰岩在北西边以较大倾角向南东倾斜、南边倾向北，而南东侧产状平缓成侧转，地层向南东斜倾斜。本组灰岩岩溶十分发育，地表岩溶主要有洼地、漏斗、岩溶塌陷等。地下主要为溶蚀裂隙及溶洞。地下岩溶发育程度有随埋深逐渐减弱的趋势（附图4、5、 6） 。pm岩溶含水层中最大泉流量15L/s,渗透系数K=1m/d富水性强。本层岩溶水主要是大气降水流及地表水渗漏补给。补给区主要位于

9、地势较高的北部出露区，向SSW方向径流，南侧成为岩溶水的集中排泄区。尤其温塘一带泉点多、流量大，如10号泉月均流量10.64 18.08m3/h 。此外，壶天河（天然状态下）也起到排泄地下水的作用。由于向斜构造中pm厚度大，分布面积广，岩溶十分发育、降水丰富，所以无论是补给量还是储存量都很大，而且水头压力很高。因此， 本含水层是矿坑（井）涌水或突水的主要充水层。（2） .大冶灰岩（s）岩溶含水层上部约150m为灰白色巨厚层致密块状灰岩，岩溶发育，主要为溶蚀裂隙，泉流量10L/s,含丰富的岩溶水，下伏长兴组构成巨厚的隔水层，下部450m为黑色泥灰岩。渗透系数为K=0.0002m/d。该岩溶含水层

10、分布于向斜核部，面积约27 km2， ，小碧河垂直于地层走向流过，长约5 km。本层岩溶水主要接受大气降水渗入补给，由地形高处向地势低处径流， 以泉水形式或向小碧河排泄。也可通过断层或岩溶塌陷补给其它含水层（如p1m） 。 绝大多数矿井都布置在该层的边缘，所以在开拓阶段本层岩溶水是矿井的充水层。2， 隔水层（1） piq1-3 （栖霞组）piq1-3为厚层泥质灰岩、黑色页岩，底部砂质页岩，厚 500m,隔水性能好，是以 隔挡石炭系岩溶水，致使石英系岩溶水不能影响pim越流。（2） p2d （长兴组）上部为泥灰岩，下部为薄层硅质泥灰岩及页岩，厚162m加上Tis底部厚450m的黑色泥灰岩，总厚6

11、11m的隔水层，足以阻挡T1S岩溶水直接进入矿坑，同时，由于隔 水顶板厚度大，稳定性好，有利于采矿的安全。综上所述，恩口煤矿床底板直接进水或底板突水，水文地质条件复杂的以溶洞为主 的岩溶充水矿床。（二）. 矿床充水条件1. 充水水源恩口煤矿在天然状态下，矿床充水水源主要为茅口灰岩的岩溶水，但由于采矿等人为活动造成地面开裂、岩溶塌陷等现象致使大气降水和地表（河水）水也成为矿坑（井）的充水水源。（附图9） 。3. 充水途径恩口煤矿充水通道主要有断层、裂隙溶洞、岩溶塌陷、填窗等。（ 1） 断层断层主要有周家岭、横路冲及观音桥三条断层。其中周家岭正断层、横路冲平移断层为导水断层。特别是周家岭正断层的下

12、盘为p1m、 p2L 地层，沿断层带地下水径流畅通，成为矿区外围岩溶水补给矿井的主要通道。（ 2） 裂隙溶洞矿区充水层溶蚀裂隙及溶洞发育。恩口 口井主要发育65°方向裂隙。壶天矿井主要为315°和20°方向两组裂隙（附图3） ， 而且溶蚀裂隙发育程度均有随地表向深部逐渐减弱的趋势（附图4， 5） 。裂隙的发育不但是地下水径流的直接通道，而且是溶洞形成的必要条件之一。各矿井的岩溶发育特征如附图4， 5。（ 3） 岩溶塌陷矿区岩溶塌陷很多，规模较大的有壶天河上、中游塌陷，峡山口塌陷、温塘塌陷及小碧河上游塌陷。尤其是壶天河中游周家岭塌陷长2Km宽400600m岩溶塌陷使

13、大气降水及地表水直接进入矿坑（井），成为矿井涌水水源。岩溶塌陷的形成使pim岩溶水的承压水头降低，形成的塌陷为中心的降落漏斗。如口井排水前茅口岩溶水等水压线图（附图 7）中，峡山口及壶天河中游塌陷形成 160m 170m等水压线降落漏斗，较周围水压低 40-50m天然状态下基本起到稳定水压的作用。当雨季入渗量增多时候，塌陷处可排除部分地下水以减压。旱季入渗量减小时候，塌陷处又可以灌入地表水。据多年观测表明，天然状态下，塌陷处的河流以排泄地下水为主。除此之外，地下采矿中，采空区的冒落塌陷，煤层底板（白色粘土层）突破或者是底板出现“天窗”等都可能成为通道。此外矿坑充水的强度还与主要充水层茅口组（R

14、M的出露面积大小与充水水源的接触情况，边界条件，地质构造及其地震 情况等有关系。标准文案四、矿坑（井）涌水量的预测（一）水文地质条件的概化1 .充水层的概化茅口组（Rml灰岩岩溶充水层的岩溶发育极不均匀， 并且有由地表向深部逐渐减 弱的趋势。但考虑到含水层厚度大，又为承压水。故将不均匀含水层概化为均质 含水层。茅口组（Piml灰岩岩溶水补给量大于排泄量，概化为稳定流。I井田位于侧向斜 的承压区，充水层茅口灰岩，产状平缓。故可以概化为水平地层。大冶组（Tis）灰岩岩溶水，由于与煤层向有长兴组（d）、龙潭组（pzL）及大冶 组（1s）底部隔水层，厚度高达数百米，因而，大冶组灰岩岩溶水对矿坑（井）

15、充水无影响。2 .边界条件概化鉴于资料的评实情况，选择I井田为代表进行矿坑涌水量预测。a.顶板边界条件对于充水层Pim来说，其顶板隔水层为pzd,厚度与强度均大，完全可以阻挡上部 地下水的补给。底板栖霞组（piq1-4）为砂质页岩、厚度大，可阻挡下部强岩溶水 （C2 + C3）的越流补给。对于Pim本身而言，在I井田-150m水平的下部分，岩溶已不发育，可视为隔水层。 b.侧向边界条件I井田北侧为壶天河断层及周家岭正断层，为导水断层，为供水边界。南侧的观音桥平移断层为隔水边界。因此，可概化平行供隔水边界。如附图i0。（二）.计算方法选择矿坑涌水量预测方法很多，根据矿坑资料及水文地质条件的概化，

16、这里选择解析 法进行预测。由附图ii可知，在抽水情况下，当水压线为120m时，Pim裸露部分在该水平上石承压，之下转为承压状态。因此，计算时以 p2L为界，分上下两级。对峡山口区段 （20ml水平以上按潜水井流公式计算，纳入疏干增量法。4 KMh用裘布衣井流公式计算：bi b2i .27 B log2 In Q =大全标准文案(承压水)2 K (H 2 - H 1)2 ln1 .27 B logb1b2(潜水)大全rw(三).计算参数的确定1 .渗透系数K=1.0m/d。2 .含水层厚度，据前述，Pim在I井田区段，-150m水平以下岩溶已不发育，且历 年放水影响深度远未达此水平，故计算时含水

17、层厚度M= (-150) - (-66) =84(m)3 .平均水位H的确定。潜水部分视隔水底板为-66m水平，天然状态下平均水位为 180m H=180- (-66) =246m4 .动水位h的确定。潜水部分 h1=180-120=60m;承压水部分h2=120-(-66)=186m5 .间距见图13。边界间距离B;井到隔水边界的距离b1；井到供水边界的距离b2O6 .大井半径rw的确定由大井概念，降落漏斗由图上查明面积F=3300X 400=1320000向rw=0.565,VF=7212 K (H 2H 1)2 3.14 1(246 2 - 60 2)In1.27 B logb1b22

18、In1.276667 log3.14 4442_666772127637 .55 m3/d4 KMh4 3.14 1 84 186JI2 ln1 .27 B logb1b22 ln210071 .276667 log7213.1 44442223.741 m3/d最大涌水量Q 二 Qi Q227637 .5513.21007 .741 ; 48647 .29 m3 / d标准文案在已形成降落漏斗的基础上，涌水量为21007.74m3/d（四）计算结果评述1. 历年放水资料，可及到涌水量为：72年 Q=32476.64 m3/d；73年 Q=19128.77 m3/d；74 年 Q=30356.16 m3/d； 75 年 Q=31125.83 m3/d ； 76年 Q=1700