第13讲东庞矿水文地质类型划分

河北金牛能源股份有限公司东庞矿矿井水文地质条件评价及分类研究CCRI.XI’ANBRANCH煤炭科学研究总院西安分院河北金牛能源股份有限公司东庞矿汇报人：靳德武东庞矿矿井水文地质条件评价及分类研究矿井基本情况项目实施背景井田水文地质条件矿井充水条件防排水系统概况矿井水文地质条件分类研究国内外矿井水文地质条件分类概况对以往水文地质条件分类的评价分类指标量化处理及分类结果结论及建议1、矿井基本情况东庞矿是我国目前井工矿开采生产规模较大的现代化矿井之一，始建于1977年2月，自1983年12月建成投产以来，至今已20年余年，原煤产量由开始的几十万吨到现在已接近300万吨，目前主采2#煤，9#煤仅试采一个工作面。该矿采用立井、暗斜井多水平开拓，分-300m、-480m、-700m三个水平，现生产水产-300m、-480m。井田的东（北）部以F19断层为界,东南部以F13断层为界,西北部以F39高角度正断层为界,井田的西南部为覆盖露头区，F40正断层使井田内的奥灰七段同井田外的奥灰四、五、六段对接，形成区内奥灰水主要的进水边界。井田中部的F3、F5断层将整个井田划分为南、北两翼。邢台市野河崇水峪宋家庄东庞煤矿内丘官庄獐犭郝庄临城井弪获鹿正定无极晋县深泽束鹿石家庄市栾城赵县京元氏道深陇尧柏树巨鹿京高邑宁晋赞皇南智丘新河冀县九衡水线南宫平乡广宗威县清河南河鸡泽高沙河永年邯郸邯郸市肥乡曲周丘县广平馆陶冠县临西临清武安线磁县临漳成安速魏县大名京深县安平北京396公里保定244公里石家庄113公里邯郸52公里新乡219公里郑州299公里交通位置图107安阳市广国任县么东庞煤矿交通位置图2、项目实施背景2003年4月12日，河北金牛能源股份有限公司东庞矿在2903工作面下巷掘进至750m处时，发生了我国罕见的上组煤2#煤层陷落柱特大突水灾害，最大峰值突水水量70000m3/h。根据“东庞矿2903工作面掘进巷道突水淹井性质分析鉴定意见”和“东庞矿全面恢复生产安全评价—2903工作面奥灰陷落柱特大突水灾害治理的安全评价”的要求，为了给矿井防治水规划提供依据，应重新研究和评价矿井水文地质条件和类型。1矿井基本情况冯唐向斜2北程向斜表善背斜寺上向斜东44东43东83东322东42东584东64东53东47东18东71134235东824水4东544240浅722东1东28364247浅1164139东483东16冲3242242229194258东80o2o2o2o2o2292827官16东81煤层露头地层界限背斜轴向斜轴正断层例图38363441161820222426283030282624222018164144F8F4F19F18F20F35F22F21F17F6'F6''F29F7''F7'F7F11F2F1F39222222F15F6F12F3F40F10F5F19F12F28F34F9F137北f29北f9北f8北f7北f5北f12F6东65东41东27东72东14东231-1154327163844东庞煤矿构造纲要图邢台市野河崇水峪宋家庄东庞煤矿内丘官庄獐犭郝庄临城井弪获鹿正定无极晋县深泽束鹿石家庄市栾城赵县京元氏道深陇尧柏树巨鹿京高邑宁晋赞皇南智丘新河冀县九衡水线南宫平乡广宗威县清河南河鸡泽高沙河永年邯郸邯郸市肥乡曲周丘县广平馆陶冠县临西临清武安线磁县临漳成安速魏县大名京深县安平北京396公里保定244公里石家庄113公里邯郸52公里新乡219公里郑州299公里交通位置图107安阳市广国任县么东庞煤矿交通位置图CCRI.XI’ANBRANCH2矿井水文地质（1）主要含水层为奥陶系灰岩、大青灰岩、伏青灰岩煤系砂岩、下石盒子组砂岩及第四系底部卵石层等，其中奥灰和大青灰岩为主要含水层CCRI.XI’ANBRANCH东庞矿含水层组主要特征一览表特征东庞矿各含水岩组主要水文地质特征特征特征含水层厚度（m）岩性单位涌水量（L/s·m）渗透系数（m/d）含水层类型水质类型含水性第四系顶部卵石层5～15以紫红色及灰白色石英砂岩为主32.205158.993孔隙潜水含水层SO4.HCO3—Ca强第四系底部卵石层10～30卵石以紫色、白色石英岩为主0.02090.246孔隙承压含水层SO4·HCO3—Na·Ca较弱下石盒子底部砂岩5～8.6灰色、灰白色及灰绿色中、细砂粒岩为主0.02090.246裂隙承压含水层HCO3—Na较弱山西组砂岩5～15灰白色的中细砂岩为主0.018～0.1070.0746～0.058承压裂隙含水层Cl·HCO3—Na弱野青灰岩(包括顶板砂岩)0～2.70.022～0.02380.09357～0.09588裂隙承压含水层Cl·HCO3—Na弱5～7号煤间砂岩（包括伏青灰岩）10～30灰白色或灰色中细砂岩0.000743～0.006110.00215～0.0194裂隙承压含水层SO4·HCO3—Na极弱大青灰岩1.5～9.00.000315～1.0080.00869～20.488溶洞裂隙承压含水层HCO3—Na强奥陶系灰岩0.00427～4.5320.05～304溶洞裂隙承压含水层HCO3·SO4—Ca极强2矿井水文地质（2）东庞井田位于邯邢水文地质单元中百泉水文地质单元的西北边界地段。构造上处于邢台一、二号大断层之间。从历次勘探结果分析，该井田是三面（西北、东北、东南）阻水，一面（西南侧）开口的次级水文地质单元，奥灰地下水主要通过西部覆盖区接受如下四种补给：①白马河河床潜流及地表水渗漏补给；②西南部灰岩露头降雨入渗补给；③西部片麻岩水侧向补给;④第四系砂卵石枯水期通过天窗回灌补给。CCRI.XI’ANBRANCH③第四系隔水层阻止了大气降水和第四系卵石层水向煤系地层的直接补给；第四系底部卵石层与煤系地层不整合接触，煤系各含水层在西部露头处接受其正常补给；奥陶系灰岩在井田西部与第四系底部卵石层直接接触，二者互相补给；煤系各含水层间均有稳定的隔水层，在正常情况下，地下水在本层内自西向东流动，井田的西北部为含水性很弱的前震旦系片麻岩，补给条件较差，地下水径流条件不佳。CCRI.XI’ANBRANCH3矿井充水条件051015202502404807209601200144016801920水位标高（h）时间（h）观26孔水位北风井水井水位4月12日4月22日5月2日5月12日5月22日6月1日6月10日6月20日6月30日观26孔、北风井水井水位变化曲线图（2003年4月12日6时～6月30日6时）CCRI.XI’ANBRANCH矿井试排水期间观26孔、北风井水位及矿井排水量变化曲线图0510152025300240480720960120014401680192021602400264028803120水位标高（h）时间（h）02000400060008000流量m3/h观26孔水位北风井水井水位矿井排水量8月16日8月26日9月5日9月15日9月25日10月5日10月15日10月25日11月4日11月14日11月24日12月4日12月14日12月24日CCRI.XI’ANBRANCH4防排水系统概况井下-300m水平设置5台250D60×8型多级离心式水泵，正常涌水时，2台工作，2台备用，一台检修；最大涌水时，3台工作，1台备用，1台检修。主排水管道为D480×15两趟，-300m水平泵房现已扩建为11台水泵，1～6号水泵型号为250D-60×8，7～11号水泵型号为D450-60×8，9～11号泵为清水泵；具备排水能力2900m3/h左右；二水平（-480m）设置D450-60×4型水泵5台排水管道设置2趟D480×13管道，具备排水能力2000m3/h左右。CCRI.XI’ANBRANCH5东庞矿矿井水文地质条件分类研究5.1国内外矿井水文地质分类概况1940年д.и.谢戈列夫首次发表了矿床水文地质类型划分方案，他根据矿床所处的地质断面特征，将矿床分为三类：（1）在地质断面中赋存在坚硬裂隙岩层中的矿床；（2）在地质断面中赋存在松散砂质和粘土质岩层中的矿床；（3）在地质断面中赋存在喀斯特和易溶岩层中的矿床。CCRI.XI’ANBRANCH1951年，с.д.普罗霍洛夫根据水文地质条件的复杂程度把矿床归并为简单的、复杂的和极复杂三大类型。1969年，全苏水文地质工程地质研究所н.и.普洛特尼科夫按矿床开采时水文地质工程地质条件不同复杂程度分为四类：（1）水文地质工程地质条件简单的矿床（2）水文地质条件复杂、工程地质条件比较简单的矿床（3）工程地质条件复杂，水文地质条件比较简单的矿床（4）水文地质、工程地质条件都复杂的矿床CCRI.XI’ANBRANCH我国有关这方面的研究工作，是在解放后总结我国矿床开采中水文地质特征的基础上进行的，并取得了较多成果，促进了我国矿床水文地质工作的发展。到目前为止，针对全国固体矿床（包括全矿种和单一矿种）较重要的分类方案就有10多个，包括单为勘探和为勘探与开采服务的分类两种。CCRI.XI’ANBRANCH原中国统配煤矿总公司经过几年的调查、研究和反复论证，采用以模糊综合评判为基础的计算机软件的最终确认以中煤总生字[1992]第57号文的形式印发了统配煤矿《矿井水文地质分类通知》，作为各局、矿防治水工作分类指导提供宏观决策的依据，本次对东庞矿矿井水文地质条件分类的划分和认定就采用多级模糊综合评判的方法。CCRI.XI’ANBRANCH5.2对东庞矿以往矿井水文地质分类的评价1996年6月编制的《东庞煤矿矿井地质报告》按二水平以深和二水平以浅以及上组煤和下组煤分别做出矿井水文地质条件分类的做法是符合东庞煤矿开采实际的，充分体现了上、下组煤以及二水平以深、以浅煤层开采具有不同水文地质条件和矿井充水特征的特点，本次分类工作继续沿用这一做法。二水平以浅上组煤充水含水层一般仅为2#煤顶板砂岩裂隙水，防治水工作较易进行，将其归类到矿井水文地质条件简单型已经为开采实践所证实。CCRI.XI’ANBRANCH二水平以深上组煤2003年4月12日特大突水淹井灾害的发生，由于陷落柱的存在，充水含水层发生了重大的变化，由2#煤层顶板砂岩作为主要充水含水层修正为奥灰高承压含水层作为潜在的充水含水层，原评价为“受水害威胁但不威胁矿井安全”，应修正为“受水害威胁并威胁矿井安全”。鉴于目前对陷落柱探查的难度，需要对未采区可能存在的导水陷落柱进行综合勘探，因而相应增加防治水工程（如水闸墙、水闸门等）的费用。因此，防治水工作难易程度应由原认定的“简单”修订为“复杂”。CCRI.XI’ANBRANCH下组煤无论是二水平以深还是二水平以浅，开采下组煤（8#、9#煤）时，顶板充水岩层为大青灰岩，底板充水岩层为奥灰含水层，大青灰岩水通过断层侧向或垂向与奥灰水发生水力联系，奥灰水水量丰富，水压大极难疏降，突水威胁大大增加，防治水工作难度加大。下组煤开采由于奥灰高承压强含水层是煤层开采中的直接充水含水层，下组煤距该含水层距离又小，周边地方小煤矿在开采浅部下组煤时就已经发生7次突水淹井事故。因此，下组煤开采属矿井水文地质条件复杂型，这一评价结果与原矿井地质报告评价结论相一致。CCRI.XI’ANBRANCH5.3分类指标量化处理及分类结果~~~BRA模糊变换关系图解~R输入~A输出~BCCRI.XI’ANBRANCH图5-2矿井水文地质条件分类多级模糊综合评判程序框图开始调入分类数据文件计算A、B、C隶属矩阵一级评判计算D项隶属度向量二级评判显示原始数据及结果结束CCRI.XI’ANBRANCH东庞矿矿井水文地质类型分类结果表二水平以浅二水平以深开采煤组分类因素上组煤下组煤上组煤下组煤含水层性质及补给条件40.080.080.080.0受采掘破坏或影响的含水层钻孔单位涌水量（L/s.m）0.0645.05.05.0年平均（m3/h）154600～2100（取2100）170600～2100（取2100）单井涌水量最大（m3/h）1921200～2800（取2800）2741200～280