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为什么补充勘察

发布时间: 2021-01-09 21:18:11

⑴ 水文地质补充勘探

(一)水文地质观测网

水文地质观测孔的布置原则是:①尽量减小钻孔的深度,即充分利用井下巷道,尽量将钻孔布置在井下,以减少费用。②一孔多用,即既是水文地质观测孔又是地应力探查孔,既作放水孔又作井下供水孔,既观测水位又探查和观测水温。③钻孔易于施工和观测。④经久耐用,不被采矿破坏。⑤分层观测,重点控制,即要观测太原组灰岩上段、太原组灰岩下段、寒武系灰岩和奥陶系灰岩各含水层,重点控制太原组灰岩和奥陶系灰岩含水层。⑥以矿内为重点,内外结合,即观测孔重点布置于井田内部,兼顾矿外,了解井田边界断层的导水性。

白坪矿设计长观孔的孔深及坐标见表2-3。

表2-3 白坪矿设计长观孔一览表

(二)水文地质试验

水文地质试验的目的如下:

1)探查太原组上段石灰岩和奥陶系灰岩含水层的富水性、导升高度、补给来源、径流方式、导水陷落柱。

2)探查水文地质边界条件——断层的导水性。

3)通过电算求取各区渗透系数、储水系数、导水系数、给水度等水文地质参数,计算矿井涌水量,为今后的疏干降压提供依据。

4)探查奥陶系灰岩水对太原组上段灰岩的越流补给地区和补给强度。

5)进行水文地质分区,为以后的分区治理提供依据。

水文地质试验将分为:①奥陶系灰岩放水试验;②太原组灰岩放水试验;③顶板砂岩放水试验。试验将采用非稳定流方法进行简易放水试验、脉冲试验、大型联合放水试验。

在矿井地下水观测系统形成以后,进行简易放水试验。如果简易放水试验时,水压变化很小,则认为不能完全暴露水文地质条件,简易放水试验效果欠佳。在矿井排水能力允许的条件下,可进行大型联合放水试验,该放水试验可以形成足够大的降深,充分暴露区域水文地质条件。

脉冲干扰试验的基本原理是:在一个孔中对地下水进行激发,使之产生一定频率的压力波向四周扩散。对于含水层不同的含水性和不同的水文地质条件(如阻水断层或导水断层等),波的传播会有不同的反应(如波形、波速、波幅滞后时间等)。提取观测孔接受仪(检波器)的信息,经过滤波处理后,即可进行水文地质参数计算和水文地质条件识别。波的激发可采用一定频率的间歇性压水、压气、取水或爆破方法来实现。总之,短期、工程量小的周期性脉冲干扰试验可以代替工期长、规模大、费用高的放水试验。该方法的优点是:快捷、准确、工程量小、时间短、费用低,可弥补因钻孔出水量小而不能反映水文地质条件的弊端。缺点是:只产生微小的水位波动,不能反映水位降低以后的水文地质条件变化,对不同含水层的水力联系几乎没有反映。

(三)水文地球化学试验

地下水的化学特征是围岩矿物和水流之间内在关系所形成的结果,地下水的化学特征决定于地下水运动时接触的围岩成分,循环的水文地质条件和氧化还原环境等,是其接触的围岩成分、循环的水文地质条件和氧化还原环境的反映。因此,水文地球化学方法是研究含水层的水文地质条件的重要手段。

白坪井田特殊的地质构造条件造就了其特殊的地球化学环境,通过对井田内各含水层和大气降水的水质、微量元素、环境同位素及水温的系统分析和研究,划分其水质类型,确定地球化学环境,判别水源,了解和提供不同含水层和水源之间的连通情况和补给关系,确定其成因,居留年龄、补给高程;在井下放水试验过程中,配合进行多元示踪试验,探查含水层间的水力联系及连通通道,为矿井防治水提供可靠依据。

⑵ 水文地质补充勘探

由于受市场经济的影响,郑煤集团各矿井水文地质勘探程度较低,水文地质资料不健全,致使矿区水文地质资料不能满足防治水工作的要求,需要进行水文地质补充勘探,查明矿区水文地质条件,包括老窑的位置、顶板砂岩含水层富水程度和补给通道、煤层顶板砂岩力学性质和水化学特征、地表水(包括沟谷及古河床)在采动下进入矿井的通道等。

水文地质补充勘探包括水文地质钻探和水文地质物探。勘探的目的层应该是对煤层开采威胁最严重的充水含水层。对于郑煤集团各矿井主要是顶板砂岩含水层及煤层底板的太原组(或山西组)薄层灰岩和奥陶系(或寒武系)灰岩含水层。补充勘探的目的是:

1)完善和建立矿区地下水动态观测网;

2)探查顶板砂岩的富水性及控水特征,确定采动顶板三带高度;

3)探查薄层灰岩含水层厚度、裂隙、岩溶发育程度、水头高度、富水性等;

4)确定薄层灰岩含水层的流场及其与奥陶系灰岩含水层的水力联系;

5)探查煤层和下伏主要充水含水层之间隔水层岩性、厚度、稳定性、隔水性能、构造破碎带对隔水层的破坏程度等。

6)确定薄层灰岩含水层水文地质参数和分区;

7)控制和探索某些特殊构造(如断层和裂隙密集带等);

8)预测评价矿井涌水量。

(一)水文地质钻探

水文地质钻探是取得直观水文地质资料的重要手段,是指抽水试验孔、水位观测孔的施工。通过详细钻孔编录和描述,积累含水层和隔水层岩性、厚度、裂隙发育程度及其富水性等资料。

水文地质钻探孔均应进行简易水文地质观测。对煤层顶板按岩性取样进行力学试验,为下一步分析和计算顶板导水裂隙带高度提供参数。在水文地质钻探孔施工中和施工完成后进行常规测井,有条件时进行流量测井和盐化测井。

水文地质钻孔的布置应遵循一孔多用的原则,把大多数钻孔布置在矿区内的主要充水含水层中。在整体控制采区、构造部位、边界重点监控地段的基础上可以在矿区外围的顶板砂岩、奥陶系和其他相邻含水层中布置少量钻孔,以查明它们之间的水力联系,控制降落漏斗的范围,形成观测孔动态观测网。

水文地质孔可分地面和井下两种,地面水文地质孔深度大、费用高,易受破坏,但水位测量精度高。井下钻孔孔深小,节省费用,利于保护,但水位测量精度差。

在郑煤集团各矿井建立地下水动态观测网的目的是:掌握地下水动态变化规律,采集动态资料,编制不同时期顶板砂岩及奥陶系灰岩含水层地下水位等值线图,进一步查明井田水文地质条件,为矿井防治水方法研究,特别是顶板砂岩涌水量及带压开采计算提供资料和依据。

地下水动态观测孔布置的原则是:

1)尽量利用保留下来的水文地质孔作为新观测孔,以减少钻探工作量;

2)观测孔分布大致均匀,便于绘制地下水等水位线图;

3)观测孔布局应顾及已有等水位线图;

4)进一步查明顶板砂岩及奥陶系灰岩含水层的水文地质条件。

(二)水文地质物探

针对矿区的地质和水文地质条件,并根据各种物探方法在水文地质勘探中的应用效果,选用三维三分量地震勘探法、瞬变电磁法探测和确定断层和裂隙密集带等地质异常体的位置、大小、分布范围和赋水情况。

1.三维三分量地震勘探法

三维三分量地震勘探法探查地质异常体效果好,对控制煤层厚度效果较好,近年来在许多大型煤矿已将该方法用于整个井田的勘探。该方法主要在地面进行,勘探费用和勘探效果与地形起伏关系密切。要求探查清楚本井田内落差5m以上的断层。

2.瞬变电磁法

瞬变电磁法属于电磁感应类探测法,该方法通过观测和研究二次场的空间特性,推测地质目标的几何和物理特征。由于该方法对低阻体异常敏感,因此能较好地确定与低阻异常有关的地质问题,归纳起来主要是:

1)煤矿区含水层、富水区探测;

2)构造富水性探测,包括断层和陷落柱赋水性探测;

3)充水老窑探测,确定充水老窑边界;

4)地下岩溶探测,确定地下溶洞、岩溶裂隙和暗河分布特征;

5)水源地富水区探测。

与其他物探方法比较,该方法具有以下优点:

1)因为该方法观测和研究的是二次场,不存在一次场的干扰,不同于常规电法,使异常简化;

2)有穿透高阻覆盖层的能力,不存在接地困难;

3)采用同点组合进行观测,可与探测目标体达到最佳耦合,异常响应强,形态简单,对高阻围岩中的低阻反应敏感;

4)地形影响小,测地简单,工作效率高,成本低。

该方法曾于2002年在郑州煤电集团告成煤矿13采区(北部)探测出二1煤顶板富水区,地质效果良好,有井下出水点验证;2003年在陕西蒲白矿务局马村煤矿南盘区小煤窑及导水通道地面探测时,圈出了富水异常区,评价了断层的富水性和导水性,地质效果良好。

选用地面瞬变电磁法主要是进一步确定断层和垂向导水裂隙带的平面位置,并对它们的富水性进行解释。

(三)放水试验

为了查明煤层底板灰岩的富水性,需进行放水试验。为节省钻探工程,在井下进行放水试验,用井下奥陶系灰岩孔进行放水及观测。放水试验的目的在于:

1)探查主要充水含水层(一般是底板薄层灰岩)富水性,地下水补、径、排条件和流场形态;

2)查明水文地质边界条件,确定主要充水含水层与奥陶系灰岩含水层或其他含水层之间的水力联系;

3)探查断层或垂向裂隙带的阻水与导水性能的存在(主要是高水位区的存在);

4)求取分区水文地质参数(包括渗透系数、储水系数、越导系数等),为计算矿井涌水量作准备;

5)通过放水试验对煤层底板薄层灰岩疏干的可能性进行论证。

放水试验必须遵守《矿井水文地质规程》的有关规定。

(四)水化学与环境同位素研究

利用水化学来研究含水层中水的交替条件是一种常规手段,依此可以判断含水层的富水性以及地下水补给来源。地下水的水化学成分及不同离子含量的多少,与其赋存条件有着十分密切的关系,是研究水文地质条件的重要资料。因此有计划地采取各含水层的水样,进行分析研究,并根据本矿不同含水层水质的资料建立判别函数。在采掘过程中,如果发现出水,即可采取水样,从水化学成分上来判定出水水源,以便采取适当措施。

水中环境同位素的测试对分析水文地质条件,尤其对判断地下水水源和赋存时间及其演化过程更为重要。目前,我国大水矿井已广泛开展了此工作,效果良好。主要测试项目为δT(氚)、δD(氘)和δ18O(氧)3种。在地下水的研究中,环境同位素δT(氚)、δD(氘)、δ18O(氧)值是被研究的主要对象,因为它们属于水的分子组成,在地下水中作为水体自身参与循环,不同于因地下水溶解而进入的其他物质,由于这些环境同位素具有质量守恒特征,使其成为天然水循环过程最理想的示踪原子,不受围岩化学成分的干扰,通过对地下水中环境同位素丰度(比值或强度)的测定,可以提供地下水成因、补给高程、地下水形成的环境温度、不同水源的混合等信息。

此法主要用在放水试验期间,从放水孔中取放水前、中、后3个阶段的水样,依据δT值确定含水量的变化状态,并依此判断地下水的居留年龄,帮助分析含水层的径流情况。而δD和δ18O值主要解决水的补给来源,即大气降水直接补给,还是集中地表水的渗透补给等一系列问题。

水化学与环境同位素研究主要解决:

1)地下水补给来源和矿井充水水源问题;

2)地下水年龄及其径流条件等问题。

采集与测试方法应遵守“煤炭资源地质勘探地表水、地下水长期观测及水样采取规程”的规定。

(五)水文地质数值计算

依据放水试验结果及钻探资料,计算含水层渗透系数,进行矿坑涌水量计算,依据矿区水文地质条件和勘探结果,选择计算方法,分别计算正常涌水量和最大涌水量。

⑶ 补充勘探单位必须要是原详勘单住吗

勘察阶段分可行性勘察、初步勘察、详细勘察以及施工勘察。选址确定、临近有地层... 如场地内地层分布条件复杂可能会出现局部地段地层分布和详勘不一致,这时应有针...

⑷ 煤田补充勘察一般有哪两种情况

《煤矿防治水规定》第三章 水文地质补充调查与勘探 第四节 水文地质补充勘探 第二十九条 矿井有下列情形之一的,应当进行水文地质补充勘探工作:(一)矿井主要勘探...

⑸ 水文地质条件补充勘探

(一)物探

要准确确定小矿越界采空区及其积水情况,必须在采用人工调查方式的基础上,采用地面瞬变电磁方法进一步确认15采区东北部、23采区东部及31采区西部小媒矿越界采空及积水情况,保证采区开拓掘进的安全。探测范围约3km2

对西翼采区(约3km2)采用地面三维地震勘探查明二1煤煤层中构造发育情况,控制落差在5m以上的断层。

(二)水文地质钻探

水文地质钻探与地下水观测系统建设同步进行,在地面观测孔及井下观测孔施工过程中探查L5-6灰岩、L1-3灰岩和奥陶系灰岩富水性,具体要求按水文地质勘探规程。

(三)水文地质试验

根据对超化煤矿现有资料的分析,地面观测孔完成后可进行抽水试验和连通试验,井下疏水巷和疏水钻孔完成后可进行井下放水试验,也可采用脉冲干扰试验的方法。

1.抽水试验

(1)抽水试验目的

1)确定抽水井(孔)特征曲线和实际涌水量,评价含水层的富水性,推断和计算井(孔)最大涌水量与单位涌水量;

2)确定含水层水文地质参数,为评价地下水资源、预测矿井涌水量、确定矿井疏干排水方案等提供依据;

3)判定龟山断层性质,了解各灰岩含水层(组)之间的水力联系。

(2)抽水试验安排

1)正式抽水试验:在WO2孔进行正式抽水试验一次,试验时段约144h。要求进行3次降深非稳定流抽水试验,原有灰岩水文孔和新增水文孔约11个孔均进行观测。在抽水试验过程中,同时进行地下水示踪试验,探查龟山断层的导水性,L1-3灰岩和奥陶系灰岩含水层的连通性以及含水层间的水力联系(见水文地球化学探查)。

2)简易抽水试验:地面各观测孔钻进至目的层位均进行简易抽水试验1次,试验时段72h。要求做一次最大降深抽水试验,是否有观测孔不做要求。

(3)水位、水量观测基本要求

1)观测孔及抽水主孔静止水位观测。一般每小时测定一次,3次所测数字相同或4h内水位相差不超过2cm,即为静止水位。

2)动水位及水量观测。抽水孔动水位、水量的观测与观测孔水位的测量工作需同时进行。较远的观测孔,可在开泵后延迟一段时间观测。

i.按稳定流公式计算参数时,抽水孔的观测时间间距视稳定情况而定。一般开泵后水位和水量波动较大,应每5~10min观测一次。然后,视稳定程度,改为15min或30min观测一次;

ii.按非稳定流计算参数时,抽水孔应保持出水量(或水位)为常量。若前后两次观测的流量变化超过5%时,应及时调整。观测时间主要应满足于绘出计算用的各种曲线图,特别是对数关系曲线。要求在开泵的头10~20min内,尽可能准确记录较多的数据。一般观测时间间距如下(min):1,2,2,5,5,5,5,5,10,10,10,10,10,20,20,20,30,30……

iii.一般情况下,抽水试验结束或中途因故停泵,应进行恢复水位观测。观测时间间距,应按水位恢复速度确定。一般为1,3,5,10,15,30……单位为分钟,直至完全恢复。观测精度的要求同静止水位的观测。

3)稳定标准要求。①抽水过程中的水位和水量历时曲线不能有逐渐增大或减少的趋势;②在稳定时间段内,主孔水位波动值不超过水位降低值的1%;当降深小于10m时,水位波动值不应超过3~5cm。观测孔水位波动值不应超过2~3cm;③抽水量波动值不超过正常流量的5%,当水量很小时可适当放宽;④当主孔和观测孔的水位与区域地下水位变化趋势及幅度基本一致时可以视为稳定。

2.井下放水试验

放水试验可在不同阶段按解决问题的不同分别进行。

1)在22,21,23采区井下水文地质观测孔施工期间,在钻孔钻至设计深度并埋设孔口装置后,进行简易放水试验,观测钻孔涌水量和钻孔水压(水位)。当已有多个观测孔时,一孔放水时,应在其他孔进行水压(水位)观测,特别应注意观测水位恢复曲线。观测数据可用于计算含水层水文地质参数,评价工作面或采区涌水量。

2)在疏水巷中布置的放水孔全部完成后,在西翼采区和东翼采区联合进行一次L1-3灰岩含水层放水试验。放水孔分布在21,22,31采区,计12个孔,预计稳定放水量1000~1200m3/h,观测系统则尽可能利用井田范围内已完成的井上、下观测孔,约33个,包括L5-6灰岩观测孔、L1-3灰岩和奥陶系灰岩观测孔。试验采用大流量、大降深、非稳定流方法,放水试验时间包括水位恢复观测共15~20d。此次试验将对L5-6灰岩、L1-3灰岩和奥陶系灰岩含水层进行联合观测,充分暴露块断内L1-3灰岩含水层的水文地质条件,L5-6灰岩、L1-3灰岩和奥陶系灰岩含水层间的水力联系,查明块断水文地质边界条件,计算含水层水文地质参数,预计矿井涌水量。同时,放水试验时L1-3灰岩和奥陶系灰岩含水层的水位动态也将为深部开采的防治水方案提供重要依据。

(四)水文地球化学探查

1.取水样地点和方法的要求

为了建立不同含水层的水质判别标准,应在钻孔中或井下采取不同含水层的水样,即:二1煤顶板砂岩水、老窑水、L7-8灰岩水、L5-6灰岩水、L1-3灰岩水和奥陶系灰岩水。

取样点的分布应尽量广泛,同一个钻孔的水质应定期化验,跟踪水质变化。这样所建立的判别函数更具代表性,不会因“特例”而出现不应有的误判。

2.水样采取数量和测试要求

奥陶系灰岩水水样:在新布奥陶系灰岩观测孔、原有观测孔及奥陶系灰岩供水孔中分别采取,观测孔中取样要求使用定深取样器,经洗孔后在孔内取一组水样,一部分做水质全分析,一部分做δT,δD,δ18O值的测定。

1煤顶板砂岩水和L7-8灰岩水样:在地面不同观测孔内分别取样,各取3组,做水质简分析。

老窑水水样:在井下老窑水出水点分别采取,共取3组,做水质全分析。

L1-3灰岩水样在井下放水孔中采取,各放水块段分别采取,共取3组,一部分做水质全分析,一部分做δT,δD,δ18O值的测定。

3.放水试验时的水样分析要求

在放水前3日内,于放水孔和观测孔采集简易水质分析样。

当放水量达到最大且各观测孔水位基本稳定时,在所选孔中再取3组同位素水样,而当整个放水试验结束且观测孔水位恢复水位稳定时,再取最后3组水质简分析样和环境同位素样。

水样的采取方法应按照部颁“煤炭资源地质勘探地表水、地下水长期观测及水样采取规程”执行。

(五)岩石力学参数测试

煤层底板隔水层岩石力学性质是底板隔水层抗水压能力及带压开采理论计算的重要数据,因此,在地面观测孔施工过程中应采取相应层位的岩样,做岩石力学试验。

地面2个奥陶系灰岩孔及3个L1-3灰岩孔分别采取二1煤底板岩样,用以测定隔水层岩石力学性质,每孔取1组,每组18个岩样,共计5孔(组)。

单孔岩样测试项目:密度:1块;容重:1块;抗压强度:3块;抗拉强度:3块;弹模与泊松比:1块;抗剪:6块;渗透性:3块。

⑹ 地面水文地质补充勘探

第17条 地面水文地质钻孔的设计(技术指标书)和施工主要技术要求:

1)每个钻孔都要按照勘探设计要求进行单孔设计,包括钻孔结构,止水要求,终孔直径,终孔层位,孔斜,岩心采取率,岩心质量系数(岩心>10cm的总长与进尺比),封孔质量,简易水文观测及地球物理测井等。

2)钻孔施工主要技术要求:① 必须采用清水钻进,遇特殊情况需改用泥浆时,必须取得地质部门的同意,但事后要采取补救措施;② 抽水试验钻孔的终孔直径不小于108mm,深度大于500m的钻孔,终孔直径按设计要求确定;③ 需要安装深井泵的大口径钻孔,深井泵下放深度以上孔段的孔斜,不得超过2°或按设计要求掌握;④ 主要含水层,试验孔段及松散层勘探孔的岩心采取率,应不低于75%,破碎带的岩心采取率,一般不低于50%;⑤ 钻孔分层(段)隔离止水时,必须通过提水、注水和水文测井等不同方法,检查止水效果,并作正式记录,不合格时,必须重新止水;⑥ 穿过可采煤层的钻孔,如煤层顶板或底板有富含水层时,对顶板导水裂隙带及其以上5~10m孔段,底板以下整个孔深,以及有可能污染水源的整个孔深都必须使用高标号水泥浆封孔,并须取样检查封孔质量是否合格,其他孔段可按有关规程规定封孔;⑦ 观测孔竣工后,要严格抽水洗孔,以确保观测层(段)不被淤塞。

3)水文地质观测孔施工的补充规定:① 套管下到预定位置后,采用高标号水泥浆封堵管壁与孔壁之间的空隙直到孔口,不合格者,必须进行处理或采取其他有效止水方法;② 管壁封堵的水泥浆凝固后再钻进,钻进深度要超过含水层底板2~3m,然后进行抽水、冲孔,确保含水层不被堵塞;③ 必须做好简易水文地质观测,测定含水层的吸水量(或吸水率)、水位、水温等;④ 必须安装好孔口装置,管口应高出地面0.5m,要坚固耐用,观测方便;⑤ 钻孔竣工后,施工单位与使用单位共同验收后移交使用单位,移交后,使用单位须妥善保护,遇有损坏或堵塞,要及时处理。

第18条 抽水试验,生产矿井水文地质补充勘探的抽水试验工作,按 《煤炭资源地质勘探抽水试验规程》的规定执行;此外,补充规定如下。

1)属于下列情况之一者,可用单孔或小口径群孔抽水试验:① 资源勘探阶段无抽水资料;② 对含水层的富水性、影响范围、边界条件不清;③ 在复杂型和极复杂型矿井进行大口径(地面直通式)抽(放)水试验前,选择孔位时。

2)为查明受采掘破坏影响的含水层同其他含水层或地表水体之间是否有水力联系,可以结合抽(放)水进行连通试验。

3)受开采影响钻孔水位较深时,可只做一次最大降深抽水试验;但降深过程的观测,应考虑非稳定流计算的要求,同时应适当加长延续时间。

4)孔群和大口径孔试验的延续时间,就要根据水位-涌水量过程曲线稳定趋势而定,但一般不应少于10天,当受开采疏水干扰,水位无法稳定时,应根据具体情况研究确定。

5)进行水位观测时,在抽水前,应对试验孔、观测孔及井上下有关的水文地质点,进行水位(水压)、流量观测;必要时,可另打专门钻孔测定孔群和大口径孔组的中心水位。

第19条 注水试验。 为矿井防渗漏研究岩石渗透性,或因含水层水位很深无法进行抽水试验时,应进行注水试验。其要求如下:

1)要根据透水岩层的岩性和孔隙,裂隙发育密度确定试验孔段,并严格做好止水工作。

2)注水前,先测定钻孔水温和注入水的温度。

3)试验前,必须彻底洗孔。

4)要连续注入稳定水量,以形成稳定的水位。

⑺ 什么是 生产补充勘探

其实这个东西说白了就是生产探矿,估计你查查就能查到。
简单说,就是当一个矿版山已经开始开采,那权么在开采的过程中,还需要对矿体进行详细控制,以明确矿体的具体走向、产状以及规模大小,这个过程需要在之前已经进行了的勘探工作基础之上进行补充性工作,也就是进一步的工程加密工作。另一个方面,矿山的外围探矿也属于生产补充勘探之列。
希望以上所说对你有用,关于其中具体情节可自行补充。

⑻ 勘察设计的补充定测

工程地质勘察资料整理应首先将既有地质资料和本阶段工程地质勘察资料一起汇总分析,出现差异,分析原因,作出判断,然后按程序进行;
2 工程地质勘察报告编写内容可参照定测阶段工程地质勘察报告要求编写,内容中应着重评价工程地质特征、各类工程地质条件、施工中应注意的工程地质问题;
3 利用补充定测阶段工程地质资料,补充、修改初步设计阶段详细工程地质图和详细工程地质纵断面图;
4 各类建筑物、不良地质、特殊岩土工点资料编制,应符合有关规定;
5 勘探、测试资料及其他原始资料应分类整理,装订成册。

⑼ 主要补充勘探工程

生产矿井主要水文地质补充勘探需进一步查清的矿井水文地质条件包括:井田地下水补给边界、井田内断层的导水性、井田内导水通道。在方法上主要是物探、化探、钻探相结合,井上下抽水试验与放水试验相结合,有针对性进行立体综合勘探。通过综合勘探,结合矿井开采的实际水文地质资料,确定导水通道,圈定水害危险区,比较准确评价矿井涌水量。每个矿井应建立健全地下水观测系统(包括水量、水位、水质、水温等),特别应健全各含水层的长观孔,为矿井突水后判断水源提供正确决策。

(一)二1煤水文地质补充勘探

1.水文地质补充勘探的目的

1)进一步探查规划采区的构造分布范围及导水性情况,为防水煤柱的留设提供依据;

2)探查井田范围小煤窑的采掘边界情况、积水范围、煤柱尺寸及导水通道等,为防治小窑水提供科学依据;

3)探查二1煤下伏主要含水层之间的隔水层岩性、厚度、稳定性,隔水性能,构造破碎带对隔水层的破坏程度等;

4)探查太原组薄层灰岩及奥陶系灰岩的厚度、裂隙、岩溶发育程度、水头高度和富水性,以及两者的水力联系程度;

5)科学预测评价采区涌水量。

2.勘探工程的主要内容

(1)二1煤物探工程

根据需要解决的水文地质问题,本次规划拟对二1煤采用的物探方法有:地面三维地震和地面瞬变电磁法。

1)三维地震勘探法。三维地震是进行构造探查最有效的物探方法,此种方法对断层、陷落柱、褶曲等构造的分辨率及定量解释精度较高。本次三维地震勘探在11采区东翼、16采区东翼和21采区进行。

11采区东翼内发育有板桥河逆断层;16采区东翼发育有吴庄逆断层,边界发育有F6断层;21采区位于大冶向斜轴部,且其采区边界发育有F5断层、周山断层和F6断层。在这3个采区内进行三维地震勘探,主要目的是查明采区内断层、裂隙密集带以及21采区边界周山断层和F5断层的性质、分布和断层导水情况等,为合理留设断层煤柱及采区设计提供依据。

本次勘探面积0.8km2

2)地面瞬变电磁法。在大平井田15采区和13采区部分工作面受老窑水威胁严重,本次规划选用地面瞬变电磁法对采区内充水采空区范围进行圈定,探清井田范围小煤窑的采掘边界情况、积水范围、煤柱尺寸及导水通道等,为防治老窑水提供科学依据。

21采区在三维地震确定断层具体位置的基础上,进一步用瞬变电磁法对断层富水性进行探查。

本次瞬变电磁勘探面积约0.65km2

(2)二1煤水文地质钻探工程

大平矿现有的观测孔数目较少(目前奥陶系灰岩水观测孔1个,太原组L7-8薄层灰岩没有观测孔),无法对奥陶系灰岩水和太原组薄层灰岩水进行有效的动态监测,而矿井大平煤矿现已全部转入下山开采阶段,且所有工作面均带奥陶系灰岩水水压开采,此外二1煤底板太原组灰岩水对煤层安全开采的威胁也越来越大。但考虑到矿井已进入生产后期,大规模地构建观测网络已不太现实,所以根据矿井采区规划,在重点地段,有针对性的布置少量钻孔,为下部开采提供依据是最经济有效的。

本次共设计奥陶系灰岩长期观测孔3个,太原组L7-8灰岩长观孔1个。各观测孔的位置、作用、深度如表4-7所示。

1)奥陶系灰岩孔。大平井田二1煤水文地质钻探工程布置见表4-6。

表4-6 大平井田二1煤水文地质钻探工程布置

本次规划实施对矿井增补3个地面奥陶系灰岩孔:Od1,Od2和Od3。Od1设计在15采区板桥河逆断层保护煤柱内,其目的是对矿区西部奥陶系灰岩水位进行观测;Od2和Od3孔分别布置在21采区周山断层留设的保护煤柱内和F5断层保护煤柱内,目的是作为长观孔对井田东南部奥陶系灰岩水位进行观测,并对周山断层和F5断层的物探结果进行验证。

2)太原组灰岩孔。本次规划在井田下一步开采的21采区布置一个太原组L7-8灰岩地面长观孔Cd1,对太原组L7-8灰水岩位进行长期观测。

Od1,Od2,Od3和Cd1全孔进行简易水文观测,在钻孔施工完成后进行简易抽水试验。

(二)一1煤水文地质补充勘探

大平矿对一1煤的勘探程度尚停留在建井初期的精查阶段,对一1煤开采的水文地质条件认识也不是很清楚。基于大平矿一1煤层埋深,井田内构造发育情况和承受奥陶系灰岩水压的大小等综合因素考虑,一1煤最佳开采地段为矿井北部一1煤埋深较浅地段。

1.勘探任务

1)详细探明勘探区地质地层情况及构造发育情况;

2)探查勘探区一1煤层顶板太原组薄层灰岩厚度,岩溶裂隙发育程度,含(富)水性及相关水文地质参数;

3)针对奥陶系灰岩富水性分布不均匀的特征,对一1煤勘探区范围内奥陶系灰岩含水层富水性进行探查,查明奥陶系灰岩水压力,奥陶系灰岩补、径、排条件和水位动态规律,奥陶系灰岩富水性和富水强度垂直、水平方向分带规律,导水构造发育程度和顶底板含水层水力联系情况;

4)探查一1煤层底板本溪组隔水层岩性、厚度、完整程度及隔水性能;

5)通过带压系数测试重点探查奥陶系灰岩顶部古风化壳的岩溶裂隙发育情况及阻水性能;

6)探明勘探区范围内有无小煤矿开采,如有要探明其采空区范围、积水范围、积水量、积水压力及其与待掘井巷工程之间的空间关系。

2.勘探方法

(1)一1煤水文地质补勘阶段

本阶段对一1煤水文地质补充勘探主要可以运用的勘探技术有:地面三维地震勘探技术、地面瞬变电磁勘探技术、地面水文地质钻探技术和放水试验技术。具体方法如下:

1)采用地面三维地震勘探技术,探查勘探区地质、地层和构造发育情况,重点对一1煤顶底板含(隔)水层的探查;

2)采用地面瞬变电磁勘探技术,探查勘探区含、隔水层分布情况、富水情况以及勘探区范围内本矿一1煤采空区积水情况和小煤矿采空区分布情况和积水情况;

3)根据三维地震、瞬变电磁勘探结果,布置地面勘探孔,对物探结果进行探查验证,并通过在钻探过程中开展简易水文地质观测,简易抽水试验及岩石物理力学试验,具体通过对水位、单位涌水量、浆液消耗量、渗透系数、水质、同位素等参数综合分析一1煤顶、底板各含水层组的富水情况。地面勘探孔兼做放水试验观测孔。

4)根据上述勘探结果,对本区一1煤层底板奥陶系灰岩水进行井下放水试验。在井下巷道系统、排水系统形成后,在井下施工放水孔并补充少量观测孔,放水试验孔应在物探基础上合理选择孔位(井下放水孔和观测孔还兼作带压系数测试孔)。在井下放水孔放水过程中,利用已有地面勘探孔和新增的井下观测孔对一1煤层底板下伏奥陶系灰岩水、顶板L1-4含水层进行同步水位观测和水化学、同位素试验。

放水试验的主要目的:①奥陶系灰岩含水层的富水性,降落漏斗的形态及其扩展情况,确定影响半径;②查明水文地质边界条件,查明奥陶系灰岩水的补给、径流情况;③确定太原组薄层灰岩L1-4含水层和奥陶系灰岩含水层之间的水力联系;④求取水文地质参数(包括渗透系数、储水系数等),为计算矿区涌水量提供依据,并预测矿井的涌水量。

放水试验后,保留部分放水试验孔进行水位(压)、水量动态长期观测;保留部分地面观测孔作为长观孔,并将其纳入矿井井上下水情监测系统。因一1煤水文地质补充勘探不确定因素较多,其水情监测系统,需在勘探结束后根据具体情况而定,本次不对其作具体规划。

(2)一1煤巷道掘进和工作面回采阶段

1)音频电透视法。音频电透视法是利用电磁波在介质中传播时,其电流强度随介质层电阻率的大小而有规律变化的特征,进而计算出穿透各点的视电阻率相对关系,作出反映探测区域富水性的等视电阻率平面等值线图,并可结合具体水文地质条件推断出顶底板含水体的性质,富水性大小,空间形态及分布范围,为防治水工作提供依据。该方法的主要用途为:①采煤工作面底板下100m内富水区域探测;②采煤工作面顶板100m内富水范围探测;③工作面内老窑、陷落柱平面分布范围探测;④注浆效果检查。

本次一1煤开采,在采煤工作面形成后,应用音频电透视方法对工作面内部及工作面上部50m范围内富水区进行探测,为疏放顶板水提供依据。本规划还选用这种方法探测井下工作面隐伏含水断层和破坏带空间位置及其赋水性变化,注浆检查,为疏水降压等治理工作提供指导。

2)井下直流电法。井下直流电法主要用于巷道顶底板探查,工作面顶板探查和掘进堵头超前探测。具体解决以下问题:

i.巷道顶底板探查。①利用现有的巷道工作,探查深度可达100m,可探测含水层深度,局部富水体深度范围、导升高度及沿巷道方向分布宽度;②提供沿巷道方向垂向电阻率切片剖面,用于解释工作面巷道底板100m深度内的含水、导水体,潜在的突水通道、底板隔水厚度、含水层厚度、含水层原始导升高度;③要求巷道内无大范围积水。

ii.工作面顶底板探查。①改变工作方法利用巷道侧壁可以探测工作面内的隐伏含水构造;②利用多条巷道(上巷、下巷、切眼等)的数据进行立体成图——对工作面底板不同深度进行类似“CT”成像的断面、平面切片,分离出电法含水异常区域,得到视电阻率异常断面图、平面图,进行立体解释。

iii.掘进堵头超前探查。①利用巷道超前探测使用三极空间交汇探测法,可以预测堵头前方80m范围内存在的导、含水构造(断层、陷落柱、裂隙破碎带、老窑巷道),提供前方80m范围内岩石的视电阻率变化信息;②异常为相对异常,可以肯定解释异常区不会存在突水或出水的危险,解释的异常区不能肯定一定出水;③预测堵头的后方必须有不小于前方探测深度的施工空间;④智能傻瓜化资料处理,容易掌握使用。巷道掘进过程中,依据“有疑必探,先探后掘”的原则,采用井下巷道直流电法超前、垂向、侧向探测技术对一1煤层底板导水构造进行探查;采用井下钻探技术对直流电法结果进行验证,并对探查清楚的煤层底板导水构造进行综合治理;在采煤工作面形成后,直流电法在下巷中进行,同时应用音频电透视法同时在上巷和下巷中进行探查。直流电法对地质异常体在垂向上分辨比较清晰,而音频电穿透法对地质异常体的位置分辨比较清晰,因此两者结合可以取得满意的效果。

3.勘探工程布置

本次一1煤水文地质补充勘探初步在矿井北部二1煤露头区与一1煤露头区之间的区域进行,勘探步骤如下:

1煤开采补充勘探设计→地面三维地震勘探→地面瞬变电磁勘探→地面及井下钻探工程及钻孔带压系数测试→井下放水试验。

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