野外水文地质工作存在问题改过.docx
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野外水文地质工作存在问题改过
煤田水文地质
主讲:
余洪喜2010.12.20
一、水文地质调查
水文地质调查应以地形地质图作调查用底图
1、井、泉调查内容
井泉出露的地形地貌,地层名称,岩芯,泉水出露标高、水量、水质变化情况,井泉成因(裂隙、岩溶、断层、接触等),用途、水温、水质等内容(按井泉调查表格要求),并现场绘制井、泉所在位置剖面图、素描图、现场照片等。
2、岩溶水文点调查
位置、标高、地层、岩芯、洞口形状及规模(发育方向、形式、成因等)、充填情况、充填物及成分、积水、流水情况,可能的连通性、水力联系、暗流流经路线等(剖面图及素描)
3、生产矿井(老窑)调查
位置、地形地貌特点、开采层位、时间、矿井规模、开采方式、排水量、排水设备、水仓容量,枯、雨季水量,矿坑内涌水形式,顶板塌落及淹井、瓦斯、煤层突出等发生的时间及详细情况,开采水平深度、垂直深度,采空区大致范围,积水情况,积水量估计,停采原因等(剖面图),对矿井可能产生的影响等。
老窑调查的方式:
①访问,②下井调查,③采空区范围大致确定方法:
A、访问内容:
井口位置,开采方向,垂深、水平深度等;
B、下井调查内容:
井下水文地质、工程地质内容等;
二、钻孔简易水文观测资料分析
1、岩芯:
地层、岩芯采取率,岩溶发育情况,岩芯破碎程度,裂隙面水蚀现象,溶洞充填物等
2、水位:
涌漏水孔深,地层岩芯,水位下降或上升恢复速度,涌漏水的原因,分析附近井泉、水质、水量变化及连通性等。
3、消耗量:
突然消耗?
缓慢消耗?
消耗量?
出现消耗时的孔深,(钻具突然下降,可能遗溶洞或采空区)地层岩芯,附近井泉水质变化等,结合岩芯破碎、水位下降等综合分析。
4、对水位、消耗量等现场分析处理,如涌水,对直接充水含水层应立即停钻作放水试验,漏水作近似稳定水位观测。
三、钻孔抽水试验(单孔稳定流抽水试验)
1、抽水工作量确定的原则(依据)
①矿井设计开采规模(小型、中型、大型)
②勘查阶段(普查、详查、勘探阶段,普终、详终等)
③井水文地质条件的复杂程度(简单、中等、复杂)
④构造复杂程度(主要指断层)
⑤规范(根据上述条件,按规范要求布置工作量)
2、抽水钻孔孔位确定的依据
①抽水层位(顶、底板直接含水层,煤系地层,断层及对矿产开采可能造成水害的地段等)
②矿井开拓设计的方案如首采区,主巷道位置等
③断层带(可能沟通地表水体、采空区及强含水层破坏段)
④河谷或水库附近
⑤地势低凹地带
水文孔开孔层位应在设计抽水层段上覆地层厚度50米左后开孔
3、抽水试验钻孔的设计
①开孔层位,抽水段起止深度及钻孔结构
②井口管口径及下入深度,止水管口径及下入深度
③钻进要求(清水钻进及孔斜要求)
④岩芯采取率要求(尤其是抽水段)
⑤抽水钻孔应准备材料:
止水管、测水管、排水管、抽水设备、止水材料、水样采样容器、温度计、测绳、抽水记录表格(必要时要准备过滤管)
4、抽水程序
①试验抽水:
洗井,试抽检查(调整抽水设备运转性能等(时间一般为24小时)
②抽水试验:
(抽水的一般顺序:
松散地层从上往下抽,基岩地层从下往上抽)
A、尽抽水设备最大能力,降深(第一点)
B、根据水位降深的深度,分别抽第二点、第三点
③现场检验抽水试验的正确方法:
A绘制Q(S)曲线
④计算水位、流量误差值,确定抽水的稳定性及延续时间等
⑤抽水试验资料的综合整理
抽水试验综合成果示意图(供参考)
A:
钻孔柱状B:
流量Q、水位S、时间t过程曲线C:
抽水试验成果表
D:
Q=f(s)曲线,(水量与水位),g=f(s),(单位涌水量与水位关系曲线图)
四、水文地质野外资料的整理
报告编制应在野外整理资料的基础上,按:
表格—图件—文字的顺序进行
(一)表格的整理
1、分类(按井泉、老窑、岩溶,地层、出露标高等分类)整理,各类调查卡片,必要时装订成册。
2、校对整理钻孔简易水文资料。
整理内容:
按涌漏水层位,见岩溶层位,见断层涌、漏水等的标高,水位等分类统计、分析
3、动态观测点流量校核,气象资料收集
4、水质化验资料的整理
5、各类资料要求干净、整洁、齐全,数据准确,并装订成册。
(二)图件
1、水文地质图,应包括以下内容:
①分水岭:
包括区域分水岭及井田内次一级的分水岭
②暗河:
实测暗河、推测暗河及天窗、溶斗、落水洞、洼地等实测推测的依据
③水文地质点:
井泉、老窑、岩溶点、地貌点、洪水位点、动态观测点、站,暗河进出口等
④钻孔:
地质钻孔、水文孔,涌漏水钻孔及为达到水文地质目的专门设计的钻孔
⑤按极强、强、中等、弱划分地层富水性
⑥水样采样点
2、动态观测与降雨量关系曲线图
按月编制,将每月观测量绘在图上。
3、抽水试验综合成果图
每结束一孔,应编制一幅
4、水文地质剖面图(用地质剖面作底图)
①地层富水性②钻孔涌漏水层位、水位,标高③地表水体,井泉④抽水钻孔有关资料(试验层段)⑤分水岭位置,向背斜轴、断层位置等
5、主要含水层等水位线图
①统计同一地层井、泉、暗河进出口等标高②统计钻孔涌漏水标高③同一地层的地下水排泄口、分水岭、断层等,根据地下水排泄的实际方向作图
6、水文地质综合柱状图
地质部分与地层综合柱状图一致。
地层水文地质特征包括:
含水层厚、地表出露及分布范围、结构、地貌,浅部及深部岩溶发育情况、标高,简易水文反映地下水补、迳、排特征,动态变化,地表井泉出露标高,富水性及水质资料等。
五、涌水量预测计算
(一)影响矿坑涌水量预测的几个主要因素
1、时间与空间的影响
①强度和时间
②补给范围和补给边界条件
(1)大气降水
A、补给区近,埋藏浅的矿井涌水量变化速度快,幅度大;
B、补给区远,埋藏深的矿井则相反。
在预测涌水量时,应当查清正常涌水量、枯水季涌水量、雨季涌水量及其可能出现的日期,延续时间等情况,其基础资料是大气降水及地下水动态观测的资料。
(2)地表水体(即补给边界条件)如河流、湖泊、水库、海洋
地表水体对矿床的影响,取决于矿井与地表水体之间的水力联系程度,补给距离和地表水体的规模及地层岩性等。
因此,在预测矿坑涌水量时,应根据具体的水文地质条件,选定正确的补给半径,指出矿坑涌水量可能发生的变化。
这一工作要建立在查明地表水体与矿坑之间水力联系及地表水与地下水动态的基础上。
(3)构造破碎带是否成为矿井充水的因素,取决于:
①破碎带的性质;②充填物质的成分及其胶结程度;③构造破碎带同地表水体的联系程度等。
在预测涌水量时,应考虑突水事故发生的可能性及突水强度。
同时,在确定补给半径时,应考虑可能受到含水或隔水的构造破碎带的阻截等情况。
2、岩石的性质与产状的影响
(1)岩石性质
地表水、地下水是通过矿体的围岩裂隙通道流入矿坑的。
矿体及其围岩的岩石性质、产状,在很大程度上控制了地下水运动的特性。
但是每一个矿井矿体围岩的岩石性质和产状无论在空间、时间上都有不同程度的差别。
因此,要根据各矿围岩特点岩层体及岩层组的以下特点:
①岩石成份、粒度、形状、排列和胶结情况。
②岩石的孔隙、裂隙、岩溶发育的性质、规律及其强度。
③岩石性质在水平和垂直方向上的变化规律。
▲对疏松岩层(Q)应研究堆积的成因类型及分布特点。
▲对坚硬、半坚硬岩层,应研究裂隙的分布性质(原生的、构造的、风化的),裂隙的分布规律(区域的、局部的),指出最发育的裂隙方向和交切情况以及与地下水运动方向的关系等。
▲对碳酸盐岩,应研究岩溶发生、发展、变化的规律及其分布特征。
岩石性质的不均匀性,常引起岩石透水性的差异,一般情况是在最发育的裂隙方向上,透水性最强烈。
(2)岩石产状
不同的地层产状,直接影响矿坑进水条件
水平和倾斜岩层的矿坑进水条件示意图
▲水平产状
A、底板为单一水平隔水岩层,矿井进水条件简单;
B、上部岩层含水极丰富时,矿坑上部进入的水量应单独考虑。
▲直立岩层
两侧为弱透水性岩层时,进入矿井的水有两部分:
一为沿岩层走向进入的水量,一为垂直岩层走向进入的水量。
沿垂直走向方向进入的水量,受两侧岩层控制。
▲倾斜岩层
①倾角大于45°以上的,可以按直立岩层计算。
②倾角小于45°的,可以按水平岩层计算。
3、矿床的开采方式对矿坑涌水量预测的影响
不同的开采方式,将直接影响充水程度与进水条件。
①水平坑道:
充水的程度取决于所揭露岩层的富水性,及人工开采所形成的裂隙引起顶板含水层的充水。
②竖井开采:
竖井开采会穿过许多厚度不同,含水量不同的岩层,但对矿井涌水具有实际意义的是充水性大的含水层。
因此,在预测竖井涌水量时,应对各个含水层分别计算。
随着矿坑开采加深,水头高度压力也随之增大,开采面积的扩大,涌水量也会不断增加。
③动储量与静储量
A、如果矿井地下水是以静储量为主,在开采初期涌水量最大,以后将逐渐减少。
B、如果有大量的动储量,有比较固定的充水水源,开采初期水量较少,随着掘进加深,采空面积增大,以及降落漏斗的形成与扩大,涌水量将会逐渐增加。
如沟通老窑或岩溶积水等,就会产生突水。
(二)计算公式中的参数对矿坑涌水量预测的影响
地下水动力学法公式中的基本参数以Q=1.336K
(裘布依公式)为例:
矿坑涌水量预测的正确与否,与原始数据的精确程度和计算参数的正确选择有关。
因此,渗透系数的K、影响半径R、井筒半径r、含水层厚度H、水位降低S等对涌水量Q存在直接影响;
1、渗透系数K:
K值在公式中与涌水量为正比关系。
由于同一矿区、地层、地形、地段等不同,K值也不同。
K值计算公式繁多,选择一个符合具体条件的公式,正确获得渗透系数的大小,对矿坑涌水量预测极其重要。
2、影响半径(R)与井筒半径(r):
R、r值在公式中都是取其对数,对于涌水量计算影响不大,但在实际情况中,由于岩层渗透性不同及开采方式的影响,使计算产生不同的结果。
因此必须正确确定影响半径和半筒半径。
确定引用影响半径(R。
)的模式(供参考)
3、含水层厚度(H、M)
在自然界中,含水层的富水取决于岩层的岩溶、裂隙的发育程度与分布规律。
因此,判定含水层厚度是极其复杂的,同时也是非常重要的。
它直接关系到矿坑充水条件与涌水量的大小。
4、水位降低(S)
水位降低与含水层厚度有一定的关系,并且影响到矿坑涌水量的变化,一般认为水位降低到含水厚度1/2时涌水量最大,当水位S降低到含水层底板时(即S=H),计算出的涌水量可能要偏大约1/4,因此,矿坑涌水量计算应适当考虑水位降低与含水层的关系。
(三)矿井涌水量常用的计算方式
1、一般要求
①矿井涌水量计算应在具备井田开拓方案的条件下进行。
并且主要预算先期开采地段(第一水平)的正常涌水量和最大涌水量,预测矿井涌水量的变化趋势。
▲对含水性弱的小型井,可以预算全井田正常涌水量和最大涌水量。
▲水文地质条件简单至中等的井田,区域或邻近有水文地质条件相似的生产矿井时,一般可用比拟法预算矿井涌水量。
②矿井涌水量预算应充分估计到开采后自然流场的可能变化情况。
▲开采浅部时,要考虑大气降水、地表水、及老窑积水对矿井充水的影响。
③应根据井田水文地质条件选择不同的计算方法和计算公式。
宜采用多种计算对比,以便提高计算的可信度。
2、常用的计算方法
①比拟法:
包括富水系数法、矿井单位涌水量比拟法、相关关系分析法等。
a富水系数法b矿井单位涌水量比拟法c相关关系分析法:
一般有比较系统的观测资料
②解析法
a大井法:
将井田形象比喻为一口水井(可分为:
潜水完整井、承压水完整井、承压转无压)公式:
Q=1.336K
b狭长地沟法:
适用于井田单侧进水为主的正地形向斜,如
单侧进水Q=BK(2H-M)M/(2R)
双侧进水Q=BK(2H-S)S/R
③水均衡法:
(参数选择见规范)
条件:
查明矿床充水条件,利用直接充水含水层的补给和支出水量之间的关系,获得开采地段涌水量的方法
公式:
Q=Q储+Q补Q储=
Q补=
式中:
Q:
补(储)存量t:
年按365天,月按30天
α:
入渗系数(取经验数0.15)A:
降水量(米、毫米)
S:
=F,降水量所能补给的面积
以上为常用的计算方法,在实际工作中,要准确认识井田水文地质条件、井田的边界水文地质条件、各种计算参数的准确性,选择合理的计算公式,才能获得比较符合实际的矿井预测涌水量。
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