煤矿水文地质补充勘探1(王新)

煤矿水文地质勘探煤炭科学研究总院西安研究院王新研究员煤矿水文地质勘探一、煤矿水文地质勘探的概念与特征二、煤矿水文地质勘探规范三、煤矿水文地质勘探设计四、煤矿水文地质勘探方法与手段五、煤矿水文地质勘探成果六、煤矿水文地质勘探新技术七、焦煤集团矿井水文地质补充勘探状况一、煤矿水文地质勘探的概念与特征地质勘探定义：是在对矿产普查中发现有工业意义的矿床，为查明矿产的质和量，以及开采利用的技术条件，提供矿山建设设计所需要的矿产储量和地质资料，对一定地区内的岩石、地层、构造、矿产、水文、地貌等地质情况进行调查研究工作。勘探类型1、资源勘探石油、煤炭、天然气、金属非金属矿产资源等；2、工程地质勘探（勘察）大型及重要建设项目场地：港口码头，机场等；3、水文地质勘探供水勘探，开采水文地质条件勘探等；4、各种专项勘探：煤层气勘探、科学地质勘探、地震勘探等。煤矿地质勘探煤矿勘探期：资源勘探为主地质报告煤矿生产期：资源开采为主生产地质报告煤矿生产期：防治水为主水文地质报告由矿井建设开始，到开采结束期间所进行的一切勘探，统称矿井地质勘探。按其目的之不同，分为矿井资源勘探、矿井补充勘探、生产勘探和矿井工程勘探等四类。矿井地质规程煤矿水文地质勘探矿井建设生产阶段所进行的水文地质勘探，一般视为煤炭资源勘探阶段的水文地质工作质勘探）的继续与深入，多带有补充勘探的性质。基本任务是，为煤炭工业的规划布局和煤矿建设，安全生产提供水文地质依据，并为水文地质研究积累资料。煤矿水文地质勘探特征它一般应分阶段循序进行。矿井水文地质勘探为矿井建设、采掘、开拓延深、改扩建提供所需的水文地质资料，并为矿井防治水工作提供水文地质依据，它是在煤田水文地质勘探的基础上进行的。矿井水文地质勘探是在矿井建设和生产过程中进行的，它既可以验证和深化煤田地质勘探对井田（矿井）水文地质条件的认识，又可以根据矿井建设生产过程中遇到的水文地质问题，充分利用矿井的有利条件，进行有针对性的矿井水文地质勘探，为矿井建设生产和矿井防治水工作提供依据。可见矿井水文地质勘探是煤田地质勘探所不能取代的。对于水文地质条件复杂和极复杂的大水矿井，尤其是这样。1、《矿区水文地质地质工程地质勘探规范》（GB12719-91）2、《煤、泥炭地质勘查规范》（DZ/T0215-2002）3、《煤矿防治水规定》（国家安监总局、煤矿监察局）二、煤矿水文地质勘探规范勘探类型划分：（依据矿床主要含水层的储水空间特征）三类第一类：孔隙充水矿床第二类：裂隙充水矿床第三类：岩溶充水矿床三型第一型：水文地质条件简单矿床第二型：水文地质条件中等矿床第三型：水文地质条件复杂矿床水文地质勘探类型和矿井水文地质类型区别水文地质勘探类型：划分的目的是为不同类型矿床的勘探工程设定不同工程量、勘探程度以及矿井涌水量计算等技术要求。比如：孔隙充水简单型矿床在勘查阶段的水文地质剖面要求至少一条，但在复杂型矿床要求至少4条剖面，各剖面上不少于3个水文孔；水文地质条件简单的矿区，可计算全矿区的正常和最大涌水量。立足与勘探，围绕如何将勘探工作做好，与开采安全关系不大。矿井水文地质类型：划分的目的是保证矿井安全生产，按照不同类型水文地质条件，对煤矿安全进行安全监管。比如：水文地质条件复杂的矿井要求设立专门的防治水机构，装备必要的防治水抢险救灾设备，探放水应当坚持“有掘必探”原则，煤矿防治水规定第二十九条：矿井有下列情形之一的，应当进行水文地质补充勘探工作：1、矿井主要勘探目的层未开展过水文地质勘探工作的；2、矿井原勘探工程量不足，水文地质条件尚未查清的；3、矿井经采掘揭露煤岩层后，水文地质条件比原勘探报告复杂的；4、矿井经长期开采，水文地质条件已发生较大变化，原勘探报告不能满足生产要求的；5、矿井开拓延伸、开采新煤系（组）或者扩大井田范围设计需要的；6、特殊地质条件部位或者深部煤层下伏强含水层，煤层底板带压，专门防治水工程提出特殊要求的；7、各种井巷工程穿越强富水性含水层时，施工需要的。三、煤矿水文地质补充勘探设计1、补勘的目的、任务目的：防治水。任务确定应全面分析已有资料，确定补勘的任务。2、补勘的依据：规范规程、资料来源3、补勘的范围矿井？采区？工作面？下组煤？上组煤？煤系地层含水层？太灰含水层？奥灰含水层？4、补勘技术手段及工程量：根据任务及规程（勘探类型）确定。5、工程预算6、成果设计四、煤矿水文地质勘探方法与手段水文地质测绘水文地质钻探物探化探水文地质试验水文地质测试矿井涌水量计算计算机模拟勘探新技术常用技术煤矿水文地质勘探方法与手段1、水文地质测绘水文地质调查内容包括：资料收集、地貌地质、地表水体、井泉、古井老窑生产矿井、周边矿井、地面岩溶调查。方法：水文地质调查，地面和井下水文地质观测手段：测绘、观测、填图、绘图、记录等煤矿防治水规定中有比较详细的要求2、水文地质钻探煤矿水文地质勘探方法与手段它所完成的任务内容包括以下几个方面：（1）完善并建立含水层水动态观测系统；（2）形成矿井水文地质试验系统；（3）为岩石力学性能测试取样、测试提供条件；（4）探查目的含水层岩性、厚度和富水性；（5）探查开采煤层底板至奥灰含水层间隔水层岩性、厚度及隔水性；煤矿水文地质勘探方法与手段钻孔布置原则钻探孔数确定钻探参数设计钻探工艺要求钻探成果要求钻孔封孔设计钻探工程设计钻探工艺设计项目质量要求工作内容钻孔偏斜＜1.5°/100m每30m测斜一次孔深误差≤1.5‰钻井液清水钻进必须采用泥浆钻进时，应采取有效洗井措施。取芯完整岩层岩芯采取率70%；破碎带＞60%地质编录详细记录涌水、掉块、塌孔、缩径、逸气、掉钻等现象层位和深度，岩性、裂隙性质、密度、风化程度、岩溶特性及发育深度。水文测井全孔测井视电阻率、自然电位、自然伽玛、井温、井斜。下管止水优质无缝钢管，止水后管内水位下降速度＜2cm/h套管封闭止水自管底注浆，全孔封闭水质取样原状水样简易水文单孔抽水试验稳定时段延续时间不少于8小时水位、冲洗液消耗、孔内情况、岩心描述等钻孔结构设计考虑因素：孔深，孔径、抽水试验等孔深：713mPC2Ofφ127φ108φ89105m50m10mBK6钻孔结构图H=+565m110m468mφ245φ219φ191φ168φ89φ108φ127φ146φ16810m391m100mH=+610mBK4钻孔结构图K2灰岩底K2灰岩顶孔深：501m抽水试验抽水孔与观测孔布置试验抽水正式抽水：三个降深；延续时间与稳定时间；静止水位与恢复水位观测要求；抽水试验资料整理抽水试验稳定流：钻孔出水量和动水位同时出现相对稳定，并延续一定时间。一般要求三个降深，设最大降深为s1，13123132ssss非稳定流：抽水过程中保持水量稳定，观测水位变化或保持水位稳定，观测水量变化。符合实际。一般地：含水层的划分勘探过程中如何划分含水层？（1）岩石孔隙裂隙发育——有储水空间提供较多的储水空间，形状各异，空隙、溶隙、孔洞、张开结构面等。岩层的储水空间在开采之前是天然的，开采过程或开采之后有人为的因素，比如采矿引起的导水裂隙带，水文地质补充勘探就将面临这种问题。勘探过程中如何发现这些储水空间呢？主要通过钻探充洗液的消耗来判定。测井、流量测井等方法也能从岩层的物理性质和岩层水流动状况反映岩层是否为含水层。（2）孔隙裂隙连续性好——有径流条件（3）丰富的水源与补给源——有补给条件钻孔单位涌水量＜0.001L/s.m的岩层为隔水层煤矿水文地质勘探方法与手段3、物探目的与任务物探方法设计成果要求物探工程设计工程量设计物探方法物探地面瞬变电磁法直流电法频率测深法音频电穿透法瑞雷波地震勘探法槽波地震勘探法高分辨地震勘探法地质雷达勘探法关于测井水文地质补充勘探一般应进行钻孔测井，测井可以：a.确定含水层、隔水层、软弱夹层的层位与厚度；b.确定断裂带、裂隙带和岩溶发育带的位置及厚度；c.划分地层组，编录钻孔柱状剖面；d.划分咸淡水界面；e.测定钻孔中含水层之间的补给关系；f.估算水文地质参数，包括地下水矿化度、孔隙率、渗透系数、流量及涌水量等；g.测定钻孔技术状况，包括钻孔孔径、孔斜，寻找孔内事故位置；h.地层物性参数测量。电阻率、自然电位、自然伽玛、井径、井温、井斜测量；井中流体测量、超声成像测井、声速、伽玛伽玛、井液电阻率、井液、钻孔电磁波法测井。煤矿水文地质勘探方法与手段4、化探目的与任务取样方法成果要求化学勘探设计工作量设计水质测试项目水化学分析方法的简称。地下水的化学成份往往代表着其赋存地层的环境特征，按照各种特征离子的含量、矿化度、水质类型等，可以对不同含水层地下水做出区分，从而对井下涌水的来源进行识别。煤矿水文地质勘探方法与手段5、水文地质试验水文地质试验设计抽水试验放水试验注水试验连通试验煤矿水文地质勘探方法与手段6、水文地质测试岩石物理力学性质测试地应力测试煤层顶底板破坏深度测试带压系数测试专项测试、专项设计煤层底板破坏深度测试10-409210-4112534钻孔布置——以辛置东四409工组面为例3号钻孔5号钻孔4号钻孔煤层底板破坏深度测试测试方法10-411210-1092开孔位置11#煤1.84m砂岩、泥岩4.3mK1石英砂岩1.99m砂质泥岩1.5m中砂岩5.5m砂质泥岩3.56m细砂岩、砂质泥岩10.18m4号钻孔5号钻孔3号钻孔煤层底板破坏深度测试3号孔压水量变化曲线0.080.090.10.110.120.130.140.15-60-50-40-30-20-100102030405060水压:2MPa岩性:砂质泥岩m3煤层底板破坏深度测试3号孔分段压水量变化曲线00.010.020.030.040.050.060.07-60-40-20020406033.6-33.9m30.6-30.9m24.6-24.9m煤层底板破坏深度测试4号孔压水量变化曲线0.0030.00509370.00718740.00928110.0113748-80-60-40-200204060水压:2MPa岩性:泥岩m3煤层底板破坏深度测试工作面底板采前、采后渗透性系数的变化，反映了采动对底板的破坏程度。以采后和采前渗透系数的增量及开采后及开采前渗透系数的比值作为底板破坏深度的判别指标。测试深度K1K2K2/K1ΔK7.51~13.8713.8716.431.1840922.5546558.98~9.032.11250.3623.8333348.2249.96~10282.74320.321.13289837.57610.94~1197.5109.641.12454912.14412.4~14.430.691.922.7538131.218578)/(2.0dmK212KK得出：底板岩层采动破裂深度在8.98-9.03m处两个判据LPQK煤层底板破坏深度测试煤层底板破坏深度测试煤层底板破坏深度测试带压系数测试iiwiiwwihhppD11Dw＞TS不突水Dw＝TS一般不突水，或渗透出水，水量有限Dw＜TS突水煤矿水文地质勘探方法与手段7、矿井涌水量计算矿区水文地质工程地质勘探规范：对补充勘探，当水文地质条件变化不大时，可用比拟法预测矿井涌水量。矿井涌水量计算必须建立在正确认识矿区水文地质条件基础上，建立矿区水文地质模型和数学模型选择有代表性的参数及合理的方法计算矿区正常和最大涌水量。主要方法有：比拟法、数理统计法、水均衡法、解析法、数值法和物理模拟法等。必须注意计算方法的使用条件，有条件时应采用几种方法计算对比。对计算结果应进行详细评价，分析论证计算涌水量可能偏大或偏小的原因，推荐排水设计的矿井涌水量。矿井涌水量计算1、比拟法：PKQP000000000000)(KmLLmSSQQSFQqLQKFQKLF富水系数:采空面积富水系数：采掘长度富水系数：单位涌水量比拟法：函数关系比拟法：（降深、巷道长度、雨季补给增长系数）矿井涌水量计算2、解析法（1）概化：建立数学模型，把实际问题抽象成数学问题；（2）计算：对数学模型进行计算。大井法承压转无压公式：Q=1.366K[(2H-M)M-(