当前位置:赛车微信群>> 煤矿论文> 地测防水>>正文内容

龙凤煤矿水文地质特征及充水条件分析

龙凤煤矿水文地质特征及充水条件分析
本文档共下载:
下载
收藏

龙凤煤矿水文地质特征及 充水条件分析

刘秀珍

(贵州省煤田地质局地质勘察研究院, 贵州 贵阳 550081)

摘 要 : 通过龙凤煤矿矿 区地质及水文地质调 查, 进行综合研究, 查明矿 区内区域地质、 水文地质条

件 , 并主要从充水水源、 充水通道和充水影响程度 3 个方面对矿区充水因素进行分析 。认为矿 区属侵

蚀、 溶蚀的岩溶地貌类型 。矿井充水主要受井巷围岩性质影响, 矿 区水文地质条件以溶蚀裂隙充水为

主 。

关键词 : 水文地质条件 ; 充水水源; 充水影响程度 ; 龙凤煤矿

中图分类号 : T D 163 文献标识码 : A 文章编号 : lO04—5716(2O12)O3一O176—03

在煤矿生产过程 中, 各种充水水源通过各种充水通

道在不同充水程度的影响下进人矿井。这既决定于矿

井所处的自然地理、 地质和水文地质特征, 也决定于矿

井建设和生产过程中采矿活动对天然水文地质条件的

改变 , 即决定于一系列 自然因素和认为因素错综复杂的

影响。因此在矿井开采前 , 查 明区内水 文地质条件 , 对

矿区水文地质特征及充水因素分析 , 是水文地质工作者

的一项非常重要 的工作。

龙凤煤矿位于金沙县城南偏西 15。 , 行政区划属金

沙县新化乡管辖。龙风煤矿 1997 年建井 , 1999 年 8 月

投人生产 , 投产 时生产能力 6 X 10 t/ a, 后逐步技改成

3O x 10 t/ a。龙凤煤矿为改扩建矿井 , 设计 能力 3O ×

10 t/ a, 服务年限 31a。

矿区可采煤层 5 层 , 即 4 、 5 、 9 、 13 、 15 煤层 , 其 中 9

煤层全区可采, 4、 5 煤层大部分可采, 13、 15 煤层局部可

采 。4 、 5 煤层距夜郎组玉龙 山段较近 , 13、 15 煤层距茅

口组较近 , 开采易发生顶底板突水事故, 开采中应给予

重视 。

1 井田水文地质特征

井 田内地层按其岩性富水性划分为 3 个含水层 和

4 个隔水层 , 从新到老依次为第 四系(Q )、 下三叠系茅草

铺组(T m )、 下三叠系夜郎组(T )、 上二叠统长兴组

(P。 c)、 上二叠统龙潭组 (P。 2)、 下二叠统茅 口组 (Pzm )。

现将各地层水文地质特征分述如下 :

1. 1 第四系(Q )

零星分布于区内山坡槽谷及地势低洼处。岩性 以

坡积 、 残积的棕色 、 黄色等粘土、 砂砾 、 碎石等为主。无

出露泉点, 富水性弱。

1. 2 三叠系上统夜郎组(T 1 )

分为九级滩段 (T Y。 )、 玉龙 山段 (T t )和沙堡湾

段(T y ), 其中玉龙山段岩性以灰岩为主, 有较大岩溶

泉水和地下暗河 , 该段导水性好 , 富水性中等一强 , 为碳

酸盐岩岩溶含水层。九级滩段 和沙堡湾段以砂 泥岩为

主, 导水性弱 , 含水性差, 为相对隔水层 。

1. 3 二叠系下统长兴组(P。 c)

地表分布于区内中西部, 呈条带状分布。岩性主要

由厚层石灰岩为主 。裂隙岩溶发育本层导水性较强, 富

水性 中 等 一 强 。泉 水 流 量 6.7 ~ 30.00I / s, 一 般

7. 45L / s, 水 化 学 类 型 为 H C O 。 一 C a 型 , 矿 化 度 为

0. 245g/ L , pH 值为 7. 61。该层富含岩溶水 , 属岩溶裂

隙含水层 。

1. 4 二叠系下统龙潭组(P。 z)

煤系地层 出露于区内的中西部。岩性主要由砂岩 、

煤层、 泥岩 、 铝土岩、 薄层石灰岩等组成 。溪沟水排泄畅

通 , 但补给条件差, 仅含少量浅层风化裂隙水和老窑水 ,

富水性弱 , 为砂岩裂隙弱含水层。

1. 5 二叠系中统茅 口组(P2 )

地表无出露, 岩性 主要为石灰岩 , 富水性强 , 为碳酸

盐岩岩溶含水层。

2 矿井充水条件

矿井充水条件既决定于矿井所处的自然地理、 地质

和水文地质特征 , 也决定于矿井建设和生产过程中采矿

* 收稿 日期 : 201卜O7一 l1

作者简介: 刘秀珍(1985一 ), 女(汉族), 青海互助人, 助理工程师, 现从事水文水资源、 煤田水工环地质研究工作。

2012 年第 3 期 西部探矿工程 177

活动对天然水文地质条件的改变 , 即决定于一系列 自然

因素和人为因素错综复杂的影 响。它们对矿井充水所

起的作用主要为 3 个方面: 起充水水源作用、 起充水通

道作用 、 起影响充水程度 的作用, 矿井能否充水及其充

水程度的强弱, 正是上述因素相互配合、 相互制约的结

果 。

2. 1 起充水水源作用

对龙凤煤矿起充水水源作用的主要为大气降水 、 地

表水 、 老空积水、 顶板岩溶裂隙水 、 顶板砂岩裂隙水、 底

板灰岩岩溶水 , 分述如下 :

(1)大气降水 : 为间接充水水源 , 在碳酸盐类裸露 的

地段 , 大气降水通过落水洞 , 漏斗迅速渗入地下 , 补给地

下水 ; 在非可溶岩分布 区, 大气降水则 沿岩石 的细小裂

隙或孔隙 , 渗入地下 , 其充水强度与季节和降水强度 、 持

续时间关系密切, 大气降水具有周期性变化及降水的影

响随深度减弱的特点。

(2)地表水 : 矿区内无大型地表水 , 仅有一条溪沟杨

家沟, 规模不大, 由两条小溪汇合而成, 发育于矿区南部

夜郎组灰岩地 层, 由北部流 出矿外 , 经 D z 断面观测最

大流 量 5602.8L / s, 最 小 流 量 258.00L/ s,一 般

640. 00L / s。

(3)老空积水 : 矿井周围有 5 个生产小煤矿 , 均开采

9号煤层, 这些煤矿开采时间长, 大部分老窑积水, 小煤

矿在开采时无严格的管理 , 采空区位置不清 , 水体几何

形状极不规则 , 空间分布极不规律, 采空积水 区都分布

于矿井浅部 , 位置居高临下 , 不受含水介质制约 , 且老空

积水中含 s 一高, pH 值低, 具酸性, 有腐蚀性, 有时随

水喷出有害气体 , 对煤矿的安全生产造成一定的安全隐

患 。

(4)顶板岩溶裂隙水 : 煤系地层顶部主要有长兴组

及夜郎组玉龙山段灰岩岩溶含水层 , 根据顶板裂隙带计

算得开采 9 煤层及以上煤层会导致长兴组灰岩水进入

矿井 , 而不会导致夜郎组玉龙山段灰岩水进入矿井, 但

是一旦两组地层被沟通 , 大量灰岩水涌入矿井, 将造成

水害事故 , 应给予重视 。

(5)顶板砂岩裂隙水 : 为煤系地层上段及上覆薄层

砂岩 , 该地层含水性较小 , 而且易疏干 , 可作为矿井开采

的相对隔水层 。

(6)底板灰岩岩溶水 : 煤 系地层底部直接与茅 口组

灰岩地层接触, 该层溶洞及暗河极发育, 富水性极强, 地

表 出露泉点多属于该地层 。15 号较稳定煤层 与茅 口组

顶部距约 5m , 局部地区直接接触 , 在开采过程中, 该层

旦通过构造裂隙及断裂带沟通 , 将会对矿井造成水害

事故。

2. 2 起充水通道作用

对龙凤煤矿起充水通道作用的主要为断裂构造及

岩溶塌陷。

(1)断裂构造 : 是矿井充水的重要通道 , 主要表现在

断层的导水和储水作用、 断层缩短了煤层与含水层的距

离 、 降低 了岩层 的强度。龙凤煤矿 范围内发现断层 15

条 , 均为隐伏断层 , 落差均小于 30m , 其 中 F 、 F1一 s导水

性较好 , 可成为矿井充水的良好通道。当断层将上覆或

下伏含水层与开采层的间距拉近或接触时, 则易造成水

害。由于断层破碎带岩石强度低, 加之围岩开挖形成卸

荷作用 , 将改变断层裂隙的 自然状态 , 易沟通地表水 , 地

下水。造成地表水 、 地下水沿断层破碎带涌人井巷。

(2)岩溶塌陷: 岩溶塌陷是煤系地层下伏的茅口组

灰岩顶部岩溶发育 , 常形成 巨大 的溶洞 , 使 上覆地层失

去支撑 , 从而在重力作用下垮落形成 。根据岩溶空间的

大小、 岩溶水 的径流和排泄条件 、 上覆地层 的岩性及构

造裂隙发育程度等 , 而成为重要的导水通道之一 。

2. 3 起影响充水程度

即影响矿井水量 (包括正常涌水量 、 最大涌水量 和

突水量)大小和防治水难易程度的作用。如井巷相对于

当地侵蚀基准面的位置 、 井巷距水体的远近 、 各种水源

本身的特征及其补给条件等。

(1)地形 : 地形直接影响矿井水的汇集和排泄 , 它是

控制矿井涌水量大小和防治工作难易程度的主要因素

之一 , 主要表现在矿井相对 于当地侵蚀基准面 的位置

上 。对于龙凤煤矿来说, 主要矿体位于当地侵蚀基准面

(1078. 0m )以下 , 地形有利于各类充水水源向矿井汇集

而不利排泄 , 但龙凤煤矿周边无大型河流, 即远离地表

水体 , 地表水对矿井充水 的影响较小。

(2)井巷围岩的性质 : 当井巷围岩为含水层时 , 储存

于其中的地下水就会成为矿井充水的水源 。当井巷围

岩为隔水层时, 如果厚度大而稳定 , 且有足够的强度 , 可

起阻止周 围的水向矿井充水 的作用; 反之, 隔水层厚度

小或不稳定 , 且强度较低, 或存在各种天然或人为通道

时 , 即使含水层距井巷较远 , 仍能对矿井充水。由此可

见 , 井巷围岩的性质对矿井充水起重要作用 。

①充水岩层对矿井充水的影响 : 主要取决于充水岩

层的含水空间特性 、 厚度和分布范围、 出露和补给条件

3 个 因素。充水岩层分为直接充水含水层和间接充水

含水层两类 。

对于龙凤煤矿, 龙潭组 和茅 口组为直接充水含水

层。其中: 龙潭组岩性主要为以灰、 深灰色薄一中厚层

粉砂岩、 粉砂质泥岩及泥岩为主, 夹细砂岩、 钙质泥岩及

4~7 层灰 岩 、 泥质灰 岩 , 含煤 9~ 2l 层 , 厚 81. 98 ~

l78 西部探矿工程 2012 年第 3 期

107. 49m , 平均 98. 58m 。为裂隙充水岩层 , 含水空 间发

育不均一, 其富水性受裂隙发育程度、 分布规律和补给

条件的控制, 富水性较弱, 通常表现为淋水、 滴水或渗

水 , 水量一般不大, 当无其他水源补给时, 单个出水点的

水量随时间而减少 , 矿井涌水量初期随巷道掘进长度和

回采面积 的增加而增大 , 逐渐趋于稳定 。该层全 区分

布, 区内无地表出露 , 龙潭组与上覆长兴组呈整合接触,

与下伏茅口组呈假整合接触, 均可作为龙潭组的补给边

界 。

茅口组岩性上部为浅灰色至灰白色, 中厚至厚层状

生物碎屑岩 ; 下部为燧石条带灰岩 、 灰岩及硅质岩 , 区域

厚 181~ 258m 。为岩溶充水岩层 , 由于其含水空间分布

极不均一, 致使岩溶水具有宏观上的统一水力联系而局

部水力联系不好, 且水力分布极不均匀的特点。岩溶充

水岩层对矿井充水影响有两个特点: 位于岩溶发育强径

流带上的矿井易发生 突水且 突水频率高 , 矿井 涌水量

大; 矿井充水以突水为主。该层全区分布, 区内地表无

出露, 其接受侧向补给的能力强, 为矿井突水创造了条

件, 经钻孔简易水文地质情况观测, 2~5 号钻孑 L在揭露

茅口组地层时涌水, 水头高出地表 llm , 在高出地表

1. 30m 处放水 , 流量达 1. 4047L / s, 为一突水点。

含煤地层上覆的夜郎组玉龙山段和长兴组间接充

水含水层。其中: 夜郎组玉龙山段岩性主要为浅灰一灰

色薄一中厚层状灰 岩, 全区分布 , 厚 193. 79~ 216. 14m ,

平均 208. 69m , 为裂隙及 岩溶充水岩层 。区内广泛 出

露 , 该层有较大岩溶泉水和地下暗河, 调查泉点 15 个 ,

岩溶点 2 个 , 为干溶 洞 , 泉点最大流量达 10. 60L / s, 一

般 5. 16I / s。

长兴组岩性为灰、 深灰色中厚一厚层状燧石灰岩,

厚度较茅口组小, 全部分布, 厚 33. 96~43. 28m , 平均

38. 88m 。为裂隙及岩溶充水岩层 。仅在区内中部龙凤

煤矿副井井 口附近有少量 出露 , 经钻孔简易水文地质情

况观 测, 4 — 2 号钻 孔 在揭 露 该地 层 时涌 水 , 流 量 达

0. 30L/ s。

②隔水岩层对矿井充水的影响: 主要取决于隔水岩

层的阻水能力、 厚度和稳定性、 岩性组合关系 3 个方面。

松散层中的粘土 、 坚硬岩石 中含泥质高的柔性岩石

和胶结很好而且裂隙、 岩溶不发育的岩层 , 以及 经过后

期胶结的断层破碎带都可以起到良好的阻水作用。隔

水岩层的厚度愈大 , 愈能在各种情况下有效地阻止水进

入矿井, 由刚、 柔相间的岩层组成的隔水岩层则 更有利

于抵抗矿压与水压的综合作用, 在厚度相同的情况下更

有利于抑制底板突水。 ;

龙凤煤 矿煤 系地层 顶 部 有夜 郎组 沙堡 湾 段 (厚

3. 12~ 19. 25m )作为相对隔水层 , 阻隔玉龙 山段溶 隙水

进人矿井 , 另外 , 4 号煤层为最高层位可采煤层 , 长兴组

与 4 号 煤 层 之 间 为 砂 泥 岩 相 对 隔水 层 , 厚 12. 95~

31. 72m , 亦起到阻隔长兴溶隙水进人矿井。但需知隔

水岩层 的隔水性质不是不变的 , 在水压作用或长期渗透

影响及矿压等人为因素影 响下 , 可 由阻水变为导水 , 此

外, 由于地质作用的复杂多变性, 隔水层既可能因变薄、

尖灭而形成“ 天窗” , 也可能 因断层 、 陷落柱等破碎其完

整性而形成导水通道 , 是矿井充水 。

(3)地质构造 : 地质构造是影响矿井充水 的重要 因

素, 大多数矿井突水都与地质构造有关。

区内总体为走向近南东一北西的单斜构造, 不易于

汇集和储存地下水 , 对矿井充水影响不 大; 区内发育有

定程度的小断层 , 如钻孔 中见岩石破 碎等、 煤层层 间

距变小的断层迹象, 在 15号煤层附近常见挤压破碎带,

为小型构造。从总体看, 区内构造复杂程度应为中等。

3 结束语

龙凤煤矿充水条件较为复杂, 充水水源较多, 充水

影响因素较多, 主要威胁为上覆长兴组灰岩溶 隙水 、 下

伏茅口组灰岩溶洞水及煤系本身的裂隙水, 另外, 由于

本区地层倾角较小, 雨洪季节大气降水及地表水对矿井

的影响较大 。生产中应坚持先易后难 , 先近后远, 先地

面后井下 , 先重点后一般 , 地面与井下相结合 , 重点与一

般相结合。在 防治水 害的同时 , 注 意矿井水 的综 合利

用, 除弊兴利, 实现排供结合, 保护矿区地下水资源和环

境 。

参考文献:

[1] 贵州省煤 田地质局一七四队. 贵州省金沙县龙凤煤矿勘探

地质报告ER2. 2009.

E2] 郑世书, 陈江中, 刘汉湖, 等. 专门水文地质学[J]. 徐州: 中

国矿业大学出版社, 1999.

[3] 章至洁, 韩宝平, 张月华. 水文地质学基础[J]. 徐州: 中国

矿业大学出版社, 1995.

[4] 李义昌, 郑伦素. 水文地质及工程地质学[M ]. 徐州: 中国

矿业大学出版社, 1990.

[5] 房佩贤, 卫中鼎, 廖资生. 专门

文档信息
  • 文档上传人:admin
  • 文档格式:Pdf
  • 上传日期:2014年11月10日
  • 文档星级:★★★★★
  • 需要煤安币:5个
本月排行TOP10
最新推荐

主办:赛车微信群 协办:中国矿业大学安全工程学院 投稿邮箱:feimeiti.com@163.com
版权所有 赛车微信群 www.feimeiti.com 备案号:苏ICP备12034812号
Copyright © 2007-2012 All Rights Reserved

网络诚信
自律同盟
不良信息
举报中心