水文地质勘查初步设计.docx
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水文地质勘查初步设计
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112°49’30”—112°51’35”;北纬39°48’49”—39°50’19”(见图1-1:
交通位置图)。
按山西省国土资源厅2009年12月颁发的C140000************7210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
X
Y
X
Y
1
4413358.47
19659020.67
4413405.00
19659092.00
2
4410578.45
19659065.67
4410625.00
19659137.00
3
4410658.45
19658685.67
44100705.00
19658757.00
4
4411396.45
19656161.66
4411443.00
19656233.00
5
4412001.46
19656421.66
4412048.00
19656493.00
6
4413301.46
19656400.65
4413348.00
19656472.00
1.2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《中国地震动参数区划图》(GB18306-2001),本区地震基本烈度值Ⅶ,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(0-10m)。
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ZK4—5水文孔资料,单位涌水量1.406L/s﹒m,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ZK4—5水文孔资料,含水性弱,具有承压性,单位涌水量0.068—0.110L/s﹒m,渗透系数0.120—0.266m/d,富水性弱—中等,水位标高1103m。
3、山西组砂岩裂隙含水层:
含水层岩性主要为中、细砂岩,岩石胶结致密,裂隙不发育,据ZK—5水文孔资料,单位涌水量0.0027—0.0034L/s﹒m,渗透系数0.0035—0.0040m/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0.0013L/s﹒m,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0.1—0.6L/s﹒m,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0.0013L/s﹒m,含水性极弱。
6、第四系全新统冲积层:
分布于大峪河河床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0.1L/s﹒m。
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料值0.06MPa/m(受构造破坏段),和正常段0.1MPa/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10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ZK4—5,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(4×6),CDP网格10×10m,接收道10×48,炮点网度80×20m,检波点网度40×20m。
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,物理点不少于10个。
本次勘探使用加拿大凤凰地球物理公司生产的V8-2000系统多功能电法工作站以及重庆奔腾公司WDJD-2型直流激电仪,使用图件比例尺为1:
2000。
3、时间要求
项目
工作内容
时间
30天
60天
90天
120天
150天
180天
水文地质调查
气象资料
收集
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大峪河观测资料收集及2个原位渗透试验
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井下水文地质资料收集
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井田及周边地裂缝和采空塌陷调查
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水文孔钻探及抽水试验
水文孔2个,深度600m,抽水层3个
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水文地质物探
电法勘探(7600物理点,5个验证孔,孔深400m)
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三维地震(6.37km2)
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编制报告
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4、工程预算
依据地质调查项目预算标准,本设计方案探测费用预算如下表:
序号
工作项目
工程量
单价
(元)
工作量
计费(元)
引用
标准
1. ①
测量(测网)
6.37km2
11102元/km2
70719.74
地调
2.
三维地震
6.37km2
950000元/km2
6051500
3. ②
瞬变电磁法
7600个点
343元/点
2606800
地调
4. ③
GPS控制点
3个点
4484元/点
13452
地调
5. ④
激发极化法
10个点
(每点30个数据点)
1992元/点
19920
地调
6. ⑤
钻探验证孔
5孔1750m,(每个350m)
680元/m
1190000
地调
7
水文地质调查
10km2
4932元/km2
49320
8
水文地质钻孔
1200m
2079元/m
2494800
9
技术服务费
(1+2+3+4+5+6+7+8)×22%
2749232.58
10
不可预见费
426000
合计
1+2+3+4+5+6+7+8+910=15671744.32
采用取费标准说明:
a、三维地震部分
本区建议技术方案为:
覆盖次数24次,面元大小为10m×10m。
(1)、依据《煤炭煤层气地震探规范》MT/T897-2000附录B之4.2规定:
三维地震勘探单位计价条件控制面积为:
S1=S×[1+(n-12)/12×40%]=1km2×[1+(24-12)/12×40%]=1.4km2;即:
每平方公里折合计价条件控制面积为1.4km2。
(2)、依据《煤炭地质勘探收费标准》:
本次三维地震勘探区属Ⅲ类地区,地震勘探工程的计价条件控制面积单价费用为55万/km2,处理、解释费用为13万元/km2。
b、瞬变电磁法部分
1)瞬变电磁法:
采用地调标准之物探部分电法表十三标准,中心回线200m,地形为Ⅱ类,单价343元/点;
2)激发极化测深:
采用工勘标准之工程物探表7.2-1标准,本次最大L=AB/2预计830m,以L>800档,单价为830×2.4=1992元/点,每个测点预计不少于30个测深数据点;
3)测网布设:
采用地调标准之物化探测网与剖面布设,比例尺1:
2000,网度30×20m,Ⅱ类地形,单价:
11102元/km2;
4)GPS标准点:
采用地调标准之控制测量预算标准C级网GPS,Ⅴ类地形,单价:
4484元/点;
5)钻探验证费:
考虑到本区有多层采空,为防止在钻进过程中造成孔壁坍塌,必须边下套管封孔边钻进。
以及后续的钻孔测井等费用,本次钻探的综合费用为680元/m。
c、水文地质调查与水文地质钻探部分
1)水文地质调查:
采用2010年地质调查预算标准中专项水文地质、生态环境地质测量标准,地质复杂程度为Ⅱ类,比例尺1:
5000,单价4932元/km2,井田范围6.37km2,本次工程预计调查面积10km2。
2)水文地质钻探:
采用2010年地质调查预算标准中水文钻探预算标准,岩石分级综合采用Ⅳ级,进尺单价1663元/m,成井材料费用按钻探费用25%计取,进尺和成井材料费用縂和单价2079元/m。
本次设计水文孔2个,预计终孔深度600m/孔。
钻探总进尺1200m。
d、技术服务费部分
参照工勘标准之工程物探标准,技术工作费率为22%。
;
e、不可预见费用预算包括占地赔偿费用。
青苗占地赔偿费用预计单价:
三维地震每炮孔10元,钻机每孔50000元。
山西省煤炭地质115勘查院
2011年9月2日
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