某煤矿水文地质勘查设计书.docx
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某煤矿水文地质勘查设计书
1前言
1.1任务来源
2010年3月28日14时30分许，山西王家岭煤矿发生透水事故，造成了重大的人员伤亡及财产损失。
为了做到防患未然，陕西有色榆林煤业有限公司委托￥￥公司对井田首采区进行水文地质补充勘察。
目的是为了进一步查明首采区含水岩组的富水程度及水文地质参数，进而有效的指导##井田工程建设。
1.2勘察范围
本次水文地质补充勘察范围主要针对##井田301盘区、部分501盘区以及三个井筒穿越区域，详见平面布置图。
1.3勘察技术要求
（1）查明井筒所穿地段松散层、风化基岩富水性及其岩层的岩性、结构特征等；
（2）查明场地水文地质参数，各含水层之间的水力联系；
1.4勘察工作执行的主要技术标准
（1）《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）；
（2）《岩土工程勘察技术规范》（YS5202-2004）；
（3）《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）（2008版）；
（4）中国地震动参数区划图（GB18306-2001）；
（5）《矿山井巷工程施工及验收规范》（GBJ213-90）；
（6）《抽水试验规程》（YS5215-2000）；
（7）《矿区水文地质工程地质勘探规范》（GB12719-91）；
（8）800万吨年矿井及选煤厂可行性研究报告；
（9）其它有关规程及手册等。
1.5勘察方法及完成工作量
（1）勘察方法
a）水文地质调查：
主要查阅有关资料，合理布置水文勘探孔。
b）钻探：
场地共布置9个水文孔，4个观测孔。
勘探点间距1.5～2.5km。
孔深设计原则：
在前期工作中，第三层侏罗纪延安组煤层水涌水量、渗透系数均较小，本次勘察工作此层水不做为重点。
此次补充勘察对象为松散层潜水及侏罗纪直罗组承压水，水文孔均按照完全井设计。
因此，孔深设计为穿透基岩风化带，钻探至较厚层的泥质砂岩、砂质泥岩或者泥岩等较好隔水层为止。
观测孔垂直地下水流向布置，第一观测孔距离水文孔20m，第二个观测孔距离水文孔50m，观测孔孔深至Q1的黄土（粉质粘土）层。
钻探施工拟采用XY-4型（施工水文勘探孔）及XY-100型（施工观测孔）钻机，采用泥浆护壁钻进，开孔直径φ300mm。
c）地球物理测井。
d）抽水试验：
物探测井结束后，及时填入级配好的滤料进行洗井，洗井时间满足规范要求。
e）封孔：
对13个钻孔均采用水泥砂浆封孔。
f）室内资料整理：
试验数据的分析及主要图件均采用理正工程地质勘察CAD（6.6）软件完成。
（2）勘察工作量：
本次勘察完成的工作量见表1。
勘察工作量一览表表1
序号
工作内容
单位
工作量
1
钻孔
m/孔
1520/13
2
物探测井
孔
9
3
抽水试验
试段/孔
54/9
4
封孔
孔
13
1.6几点说明
2009年5月~7月，按照设计单位进行的工作布置，我公司在主斜井、副斜井及回风斜井入口区域进行了工程地质与水文地质勘察，以工程地质勘察为主，其中4#、5#和7#进行了分层抽水试验，获得了水文参数。
前期工作存在几点不足：
①水文参数按照单孔抽水试验获得，渗透系数及影响半径相互迭代求取。
在无观测孔条件下，参数存在一定差异性②此次工作以工程地质勘察为主，开孔口径φ127，最大降深按幂函数曲线外推取得。
由于孔径相对不足，取得水文参数偏小。
2场地工程地质条件
2.1位置、地形及地貌
##井田位于陕西省榆林市东北24km，行政区划隶属榆林市榆阳区金鸡滩镇、麻黄粱乡管辖，交通便利（图1）。
井田地处毛乌素沙漠东南缘。
主要为沙漠滩地地貌，场地地势较平坦，地形起伏不大。
图1交通位置图
2.2区域地质构造
（1）构造
井田位于鄂尔多斯盆地中部次级构造单元陕北斜坡东南部。
陕北斜坡为一单斜构造，地质构造简单，区内无较大断裂和褶皱发育，无岩浆活动痕迹，局部发育宽缓的波状起伏。
总体构造形态为一向西北缓倾的单斜构造，倾向270°～310°，倾角±0.5°。
（2）裂隙
区内基岩由于新生代的风化作用，顶面起伏较大，基岩顶面由东北向西南逐渐抬高。
随着基岩埋藏深度的增加，裂隙发育程度逐渐减弱。
在基岩顶部，由于裂隙密集导致岩石破碎，所以基岩顶部是表层水下渗的良好通道。
2.3地层
本区土层主要以第四系风积砂，黄土（粉土）层，风积黄土，黄土（粉质粘土）层；岩层为侏罗系中统直罗组、延安组；煤层分布在侏罗系延安组。
区内岩体划分为散体结构、碎裂结构、层状结构和块状结构。
（1）散体结构
主要为土质岩类，即黄土长期固结，变质成土质岩，亦包括基岩的强风化带。
岩体强度低，变形明显，近似松散介质。
（2）碎裂结构
本区构造简单，无大的断层，碎裂结构主要为基岩中弱风化带组成。
碎裂岩石相互切割，结构体大小不一，富水性较好，强度较低。
（3）层状结构
层状结构系煤层及砂（泥）岩组的典型结构，为薄~中~厚层状，局部有中厚层砂岩、粉砂岩。
该岩体结构特点是岩体分层多，软硬相间。
受沉积因素影响，在钻孔柱状图上分布变化大。
（4）块状结构
为侏罗系中统直罗组和延安组的岩体结构，也包括厚度较大的粉砂岩。
多在煤层顶板出现，为各类结构中完整性和稳定性最好的。
2.4气候
本区属中温带大陆性半干旱季风气候区。
天气多变，春季多风沙，夏季较炎热，秋季多暴雨，冬季长而严寒。
年平均气温8.3℃，日极端气温38.6℃～-29.7℃。
年平均降水量279.5～541.1mm，年平均蒸发量1720～2085mm，平均湿度7.6mb。
7～9月份为雨季，十月中旬降雪，翌年三月解冻，最大冻土深度146cm，无霜期150～180天。
2.5地下水
场地钻探深度范围内地下水由三层组成：
第一层第四系松散层，属潜水类型，补给主要为大气降水、区域性侧向补给及沙漠凝结水补给。
受降雨影响，区域内地下水位年变幅为1.0~3.0m；第二层侏罗系中统直罗组，属碎屑岩类裂隙承压水类型，在基岩露头处大气降水补给，局部地段接受上覆含水层的下渗补给；第三层侏罗系中统延安组，属碎屑岩类裂隙承压水类型，在基岩露头处大气降水补给，局部地段接受上覆含水层的下渗补给。
2.6地下水及土的腐蚀性
依据井筒工程地质水文地质勘察资料：
按《GB50021—2001》（2009版）规范划分，场地环境类别为Ⅲ类，根据已有地下水样（土样）的分析结果：
第四系松散层水及侏罗系承压水对混凝土及砼结构中的钢材均具有微腐蚀性；煤层水在干湿交替时仅对砼结构中的钢材具有弱腐蚀性；地下土对混凝土及砼结构中的钢材均具有微腐蚀性。
3.地球物理测井
3.1测井的目的和任务
##井田井筒（检查孔）勘探孔依据设计要求进行地球物理测井，具体要求为：
⑴对施工的9个水文勘探孔采用侧向电阻率、视密度、自然伽玛、自然电位方法进行测井，同时按50m点距完成钻孔测斜工作，提供单孔测井成果薄及测斜成果表。
⑵每个钻孔进行全孔岩性解释，编绘1：
200综合测井成果图。
⑶进行测温。
定性划分钻孔中的含水层，并确定其深度、厚度，提供钻孔含水层成果表。
3.2测井方法及参数的选择
测井选用的参数方法有：
自然电位、自然伽玛、视密度、侧向电阻率、声波时差、井径测量、井温测量、井斜测量等。
⑴自然电位：
主要用于划分砂、泥岩界面，配合其他参数曲线划分含水层。
⑵自然伽玛：
主要用于划分砂、泥岩界面，确定含水层。
⑶密度：
主要用于确定煤层的深度和厚度，配合其他参数曲线解释风化破碎带及钻孔孔径扩大等问题。
⑷侧向电阻率：
主要用于划分岩性、编制测井柱状图、进行地层对比。
⑸声波时差：
主要用于确定煤层深度和厚度，配合其他参数曲线划分钻孔中的基岩风化破碎带、烧变带等，特别是对钻孔中的新生界地层能准确的划分。
⑹井温测量：
用于简易井温测量，了解地温的变化情况。
⑺井径：
用于了解钻孔井径的变化情况，排查密度假异常。
⑻井斜：
单点测量，测量点距50m，偏斜率不能大于1.5%。
3.3测井资料成果
⑴含水层判定：
综合测井曲线对含水层的解释，主要以自然电位、侧向电阻率、自然伽玛三种曲线来确定。
砂岩的侧向电阻率随粒度的增大而增大，自然伽玛随粒度的增大而减小，当砂岩含水时，自然电位一般有较大的负异常。
砂岩粒度越大富水性越强，自然电位异常变小，富水性变弱。
因此，根据侧向电阻率高、自然伽玛强度低、自然电位负异常的综合特征，对含水层分层定厚。
⑵基岩风化裂隙带：
基岩风化裂隙带因其密度及钻孔井壁表面的完整程度和其它岩层有明显差异，在密度及声波时差曲线上就有不同的显示特征，尤其是声波时差曲线特别显著，一是时差大，二是曲线出现紧密的周波跳跃。
⑶测温：
查明本区域地温是否存在异常现象。
⑷井斜：
提供测斜成果图。
4水文地质勘察
4.1井区水文地质概况
##井田位于陕北侏罗纪煤田的东南部，陕北黄土高原与毛乌素沙漠的接壤地带。
井田东北及南部为水系发育的黄土梁峁地形，西北部为沙漠滩地及低缓黄土梁岗区。
井田所属区域基本为一个四周较高，中部低洼，向南开口的不对称高原盆地地形。
因此，地下水径流方向为东北流向西南（见图2）。
图2##井田地下水径流图
4.2地下水类型及含水岩组
区域内地下水的形成、分布主要受地貌的制约，此外还受地层岩性、地质构造、古地理环境及水文气象等诸因素综合控制。
井筒区域内地下水类型分为：
第四系松散层孔隙潜水及中生界基岩裂隙承压水。
4.3隔水层
第四系下更新统午城组（Q1）黄土，岩性为浅桔红色石质粘土及粉砂质粘土，含灰白色不规则豆状、颗粒状钙质结核。
系新生界第四系与中生界侏罗系基岩之间隔水层。
在基岩段，隔水层主要为泥岩、粉砂质泥岩及泥质粉砂岩等组成。
4.4抽水试验
4.4.1技术要求
##井田水文地质补充勘察要求进行分层抽水试验即对第四系松散层和中生界基岩分别进行了抽水试验，查明水量、水位及各含水层之间的联系，获取渗透系数（K）、影响半径（R）等水文地质参数。
具体要求为：
⑴抽水设备一律采用水泵，设备符合规范要求。
⑵流量观测采用三角堰，水位观测采用万用表和电测线。
⑶B1、B2、B4、B5、B6、B7、B9采用单孔抽水试验，B3和B8采用具有两个观测孔的单孔抽水试验。
⑷抽水试验按阶梯状变流量试验方法进行，要求三次变流量，每个试段先进行大流量抽水，按非稳定流进行观测，每个流量延续抽水6个小时以上。
每个流量抽水结束后，立即进行恢复水位观测。
⑸试验前要观测静止水位，试验中动水位和出水量的观测时间要同步，即在抽水开始后1、2、3、6、8、10、15、20、25、30、40、50、60、80、100、120各观测一次，以后每隔30min观测一次。
每个流量阶段抽水试验结束后，立刻进行恢复水位观测，观测时间间隔要求与动水位观测相同，直至恢复或过拐点。
⑹试验中观测地下水温变化，并同时记录地下水的其他物理性质有无变化。
⑺严格按照要求做好抽水试验现场资料整理和室内综合整理工作，应有专职技术人员进行现场资料整理，绘制有关曲线图表，曲线包括：
Q~S、q~s、s~t、Q~t等曲线。
4.4.2抽水试验流程
⑴抽水试验工序流程见图3。
图3抽水试验工序图
图4分层抽水示意图
⑵分层抽水
本次抽水试验按设计要求进行了分层抽水试验。
由图4所示，首先对基岩段进行抽水，利用止水海带对松散层水进行堵封，同时观测抽水管内及管外水位，以判定基岩层水与上层水之间是否存有水力联系，基岩试段抽水完毕，进行水泥砂浆封孔。
然后对松散层试段进行抽水，用滤砂花网对抽水管进行封缠，抽水完毕，进行水泥砂浆封孔。
4.4.3抽水试验成果图
抽水试段均采用深水泵（扬程100m，出水量6m3/h），各试段三个落程的流量、水位降深均采用三通阀门回水方式控制。
最终提供Q~S、q~s、s~t、Q~t等曲线图。
4.5水文地质参数计算
4.5.1参数计算方法
利用抽水试验资料，采用稳定流试算法计算含水层渗透系数（K）和影响半径（R）。
⑴松散层潜水（无观测孔）
①依据《YS5215-2000》抽水试验规程公式5.3.8计算渗透系数k及影响半径R。
计算公式为：
K=（0.732QLogR/r）/（2H-S）S
式中：
K——渗透系数（m/d）；
Q——涌水量（m3/d）；
H——潜水含水层厚度（m）；
S——降深（m）；
r——钻孔半径（m）；
R——影响半径（m）。
②潜水最大涌水量推算：
Q—S曲线方程为幂曲线型：
，取对数后涌水量方程式为：
LogQ=Loga＋1/bLogS，通过最小二乘法求得曲线Loga，1/b，即得到a、b数值；
最大降深按幂函数曲线外推大降深的1.75倍，即Smax=1.75×S3，将a、b和Smax值代入
式中，通过计算得：
Qmax
⑵松散层潜水（有2个观测孔）
①依据《YS5215-2000》抽水试验规程公式5.3.12计算渗透系数k。
计算公式为：
K=（0.732Qlgr2/r1）/（2H-S1-S2）（S1-S2）
式中：
K——渗透系数（m/d）；
Q——抽水井涌水量（m3/d）；
H——潜水含水层厚度（m）；
S1——1号观测井水位下降值（m）；
S2——2号观测井水位下降值（m）；
r1——1号观测井到中心井距离（m）；
r2——2号观测井到中心井距离（m）；
②依据《YS5215-2000》抽水试验规程公式5.2.2计算渗透系数R。
计算公式为：
LgR=S（2H-S）lgr1-S1（2H-S）lgr/（2H-S-S1）（S-S1）
式中：
R——影响半径（m）
H——潜水含水层厚度（m）；
S——中心井水文降深（m）；
S1——1号观测井水位下降值（m）；
H——潜水含水层厚度（m）；
r——抽水井半径（m）；
r1——1号观测井到中心井距离（m）。
③潜水最大涌水量推算：
Q—S曲线方程为幂曲线型：
，取对数后涌水量方程式为：
LogQ=Loga＋1/bLogS，通过最小二乘法求得曲线Loga，1/b，即得到a、b数值；
最大降深按幂函数曲线外推大降深的1.75倍，即Smax=1.75×S3，将a、b和Smax值代入
式中，通过计算得：
Qmax
⑶岩层承压水
①依据《YS5215-2000》抽水试验规程公式5.3.7计算渗透系数k及影响半径R。
计算公式为：
K=（0.366QLogR/r）/mS
R=10S
式中：
K——渗透系数（m/d）；
Q——涌水量（m3/d）；
M——承压含水层厚度（m）；
S——降深（m）；
r——钻孔半径（m）；
R——影响半径（m）。
②承压水最大涌水量推算：
计算公式：
Qmax=q×Smax
承压水按直线型外推1.75倍的降深值，即：
Smax=1.75×S；故Qmax=q×Smax
4.6潜水与基岩承压水之间水力联系判定方法
在基岩抽水过程中，利用海带对松散层进行止水，同时观测松散层水位，发现基岩水位下降而松散层水位保持不变，说明止水效果良好，亦说明第四系松散层孔隙水与下覆的基岩裂隙水基本无水力联系。
反之，需要查明海带止水是否良好，若良好则判定松散层与基岩存在水力联系。
5封孔
松散层抽水试验完结，按照设计要求对本段进行水泥砂浆严密封孔，抗压强度不应低于10MPa，封孔后设立了永久性标志。
其它试段在抽水过程中均进行了合乎设计要求的封孔。
6预期成果
（1）报告
《##井田水文地质补充勘察报告》；
（2）附图
1）勘探点平面位置图；
2）水文地质剖面图；
3）钻孔柱状图；
4）煤田测井解释成果图；
5）钻孔投影图
目录
1前言1
1.1任务来源1
1.2勘察范围1
1.3勘察技术要求1
1.4勘察工作执行的主要技术标准1
1.5勘察方法及完成工作量2
1.6几点说明2
2场地工程地质条件3
2.1位置、地形及地貌3
2.2区域地质构造4
2.3地层4
2.4气候5
2.5地下水5
2.6地下水及土的腐蚀性5
3.地球物理测井6
3.1测井的目的和任务6
3.2测井方法及参数的选择6
3.3测井资料成果7
4水文地质勘察８
4.1井区水文地质概况８
4.2地下水类型及含水岩组８
4.3隔水层８
4.4抽水试验９
4.5水文地质参数计算１１
4.6潜水与基岩承压水之间水力联系判定方法１３
5封孔１４
6预期成果１４
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