煤矿床水文地质、工程地质、环境地质勘查评价标准(4)

2019-04-16 15:49

4.8.1 动态观测

4.8.1.1 在勘查的各个阶段均应不同程度的选择代表性井、泉、钻孔、生产矿井、地表水等进行动态观测,各观测点尽可能形成观测网控制。观测内容包括:水位、水量、水温和水质。并同时观测或收集有关的气象资料。

4.8.1.2水位、水量、水温观测,一般每隔5~10天一次,雨季或急剧变化时段加密。各观测点应尽量同时观测。连续观测时间一般不少于一个水文年。水质一般按丰、枯季取样,并符合水样采取有关要求。

4.8.1.3 河流观测的主要内容除水位、水量、水质以外,还包括最高洪水位调查、水深、流速、瞬时暴雨量以及漏失量(或补给量)等,必要时应测定含砂量。断面选择以及观测方法可参照附件《河流观测方法及工具制作》。

4.8.1.4 池塘、湖泊、内涝积水与塌陷集水区应选择易观测的地方设立固定标桩和水尺,测量水深、积水范围、积水时间,并计算其积水量。勘查区附近有水库时,应收集水库的水位标高、库容量与渗漏量等资料。对勘查区内地面渗水地段,应着重在雨季观测,记录其范围,估计渗漏量。

4.8.1.5 地下水动态观测钻孔的布置应以控制地下水流场和各类边界为原则。有条件时可采用遥测、自动观测系统等先进设备。水温观测要考虑滞后影响。

4.8.1.6 对自流钻孔、泉、老窑及地下暗河出水口的流量观测,一般可采用容积法、堰测法及流速仪等方法。民井观测必要时可进行简易抽水试验,简易抽水应形成一定的水头降低,直到水位稳定2小时后为止。

4.8.1.7 生产矿井的观测以收集矿井的观测资料为主。必要时可在井巷穿过的主要含水层出水点设站进行观测。对巷道所揭露的出水点,当其出水变化较大时,应加密观测,并同时观测井下其他出水点和地表长期观测点。

4.8.2 水样采取

4.8.2.1水样按其分析目的和内容的不同,分为简易分析样、全分析样、细菌检验样和专门分析样、同位素样。各种水样采取数量一般要求:简分析样1~1.5 l;全分析样2.5 l;细菌检验样0.5 l;专门分析样5 l;同位素分析样1 l。

4.8.2.2 长期观测点(站)的水样采取一般按季进行,每年至少采取两次(丰、枯季),地下水化学成份不稳定时,应增加采样次数。

4.8.2.3 采取水样前,必须将水样瓶洗涤干净,并在采样时用采取水样的水再次冲洗。细菌检验样的水样瓶,在取样前应进行高压灭菌消毒,或遵照化验单位的要求进行清洗消毒。

4.8.2.4 在探井、民井、泉、河流、湖泊、池塘中采取水样,可在出水口中心处或离岸边0.5米以外的水面下采取。采样时,应保证水样不受外界污染,尽量避免混入岩石微粒及悬浮物。

4.8.2.5 抽水过程中采取水样,可将水样瓶伸入出水口中心处采取,并同时采取备用样一个。长期观测孔如需取样,应先进行抽水,抽出水的体积应大于孔(井)中水体积的1.5倍,使钻孔中水柱更新,然后按抽水试验过程中取样方法采取;也可将取样器或水样瓶下入含水层深度采取。

4.8.2.6 采取气体样,一般采用排水集气法。采满气体后,在水中塞好瓶盖。瓶口要严密封闭。气样瓶在送到化验室前,应始终保持倒置。

4.8.2.7做侵蚀性二氧化碳分析的水样,采取数量为0.5 l,采取后应加入3~5 g碳酸钙粉末。做

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重金属分析的水样,必须先用不含重金属的纯硫酸对水样瓶进行酸化处理。对含有机物质的水样,取样时必须在每升水中加入1 m l三氯甲烷(CHCl3)或甲苯(C6H5CH3)。特殊水样及同位素样采取应与化验单位联系,并按其要求采取。

4.8.2.8 采取水样时,应在现场初步鉴定水的颜色、气味、透明度等物理性质。水样采取后,应立即包装好,填写标签,注明化验项目,送往化验单位。细菌检验样应按有关规定的时间要求,及时送样。

4.8.2.9 各种水样化验分析内容:

1、简分析:分析水的物理性质、总硬度、干涸残渣、pH值、氯离子、硫酸根、重碳酸根、硝酸根、钙、镁、铁离子等项目。

2、全分析:除做简分析项目外,还需做水的暂时硬度和永久硬度、游离和固定及侵蚀性二氧化碳、耗氧量及亚硝酸根、碳酸根、钾、钠、三价铁、铝、铵等离子、过锰酸钾、二氧化硅、硫化氢、固形物、碱度、砷、汞、镉、氰化物等项目。

3、细菌检验:检定1毫升水中的细菌数量,测定大肠杆菌指数,分析传染病菌等。

4、专门分析:分析项目取决于祥品分析的目的。一般分析水中的铜、铅、锌、砷、汞、钴、铀、氟等稀有和有害离子的含量,或按专门目的规定的项目进行分析。

5、同位素检测:根据需要选择测试项目。 4.8.3 资料整理

4.8.3.1 野外观测的原始记录必须认真填写,内容齐全、清晰、不涂改。各项观测成果,必须当日整理检查,如有疑点或异常时,应在翌日复测纠正。原始记录应及时整理装订成册。

4.8.3.2 各项观测和调查资料,应认真进行分析研究,并将其编入地质报告的有关章节和图纸中。

4.8.3.3 根据观测内容,一般需编制提交下列图表:

1、动态变化综合曲线图(包括水位、流量、降水量、蒸发量、水温、气温等); 2、地下水等水位(压)线图; 3、水化学图; 4、动态观测统计表; 5、水质化学分析成果表。

4.9 矿井涌水量预算 4.9.1 一般要求

4.9.1.1 煤炭资源地质勘查的勘探阶段应预算先期开采地段(第一水平)矿井涌水量,为矿井建设可行性研究和初步设计提供地质资料。

4.9.1.2 勘探阶段应根据井田水文地质特征,分析边界条件和矿井充水方式,合理选择参数及计算方法,预算先期开采地段(第一水平)正常涌水量和最大涌水量,预测矿井涌水量的变化趋势。对含水性弱的小型井,可以预算全井田正常涌水量和最大涌水量。水文地质条件简单至中等的井田,区内或邻近有水文地质条件相似的生产矿井时,一般可用比拟法预算矿井涌水量。

4.9.1.3 预算矿井涌水量时,应充分估计到开采后自然流场的变化,某些岩层的渗透性能的改变

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等因素。开采浅部煤层时,要考虑大气降水、地表水及老窑水沿塌陷区的渗入对矿井充水的影响。

4.9.1.4 矿井涌水量预算应根据井田水文地质条件选用不同的计算方法和计算公式,宜采用多种方法计算对比,以便提高计算成果的可信度。

4.9.1.5 计算过程中,水文地质参数应选用可靠,计算公式应选用合理。

4.9.1.6 对矿井地下水的综合利用的可能性和途径进行研究和评价,估算其可供利用的水量。 4.9.2 计算方法及公式

计算矿井涌水量的方法很多,无论采取何种方法,其预测结果的准确性很大程度上取决于矿床水文地质条件的查明程度。

4.9.2.1 比拟法

比拟法是一种应用相当广泛的传统方法。它是当新矿井与生产矿井的水文地质条件相类似时,用生产矿井的资料来预测新矿井涌水量的方法,虽属一种近似的预测方法,但往往可以获得满意的效果,特别是对于那些水文地质条件简单或者中等的矿井。比拟法包括富水系数法、矿井单位涌水量比拟法、相关关系分析法等。其中富水系数法、矿井单位涌水量比拟法的计算结果准确性较差,已不常采用,目前趋向于采用在实际观测资料和相关分析基础上的相关关系分析法。

1、富水系数法

Q=Kp×P???????????(4-1) Kp =

Q1???????????(4-2) P133

式中: Q——新矿井预计涌水量(m/a);

Kp——富(含)水系数(m/t); P——新矿井设计产量(t/a); Q1——生产矿井年涌水量(m/a); P1——生产矿井年产煤量(t/a)。 2、矿井单位涌水量比拟法

当矿井涌水量增长幅度与开采面积、水位降低呈直线比例的情况下: q0 =

3

Q1???????????(4-3) F1P1Q=q0×F×S???????????(4-4)

当矿井涌水量增长幅度与开采面积、水位降低不呈直线比例时: Q=Q1nFmS???????????(4-5)

F1S13

式中: Q——新矿井预计涌水量(m/a);

F——新矿井设计开采面积(m); S——新矿井设计水位降低(m); q0——生产矿井单位涌水量; Q1——生产矿井总涌水量(m/a); F1——生产矿井开采面积(m); S1——生产矿井水位降低(m);

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m 、n——地下水流态系数,根据两年以上生产矿井涌水量采用最小二乘法或图解法求得。 3、相关关系分析法

通过矿井涌水量和生产条件之间的相关分析,合理选择相关要素,建立它们的相关关系式

作为比拟依据,可以预测新井涌水量。这种方法的比拟要素和关系的建立是以生产矿井的实际资料为基础,要求生产矿井要有比较系统的和完善的观测资料。总结生产矿坑涌水量的变化规律,根据实际情况,找出主要影响因素建立相关关系式,是用比拟法计算水文地质条件类似的新矿井矿坑涌水量的值得提倡的方法。

当生产矿井涌水量与两个影响因素存在直线关系时,采用下述三元直线相关数学表示式预

算新井矿井涌水量(Q):

Q=b0+b1x1+b2x2???????????(4-6)

式中: x1 、x2——影响矿井涌水量的二个因素变量;

b1 、b2——称为Q对x1 、x2的回归系数。在多元回归中,Q对某一自变量的回归系数表示

当其它自变量都固定时,该自变量变化一个单位使Q平均改变的数值;

b0 、b1 、b2——用最小二乘法确定。

b0=Q?b1x1?b2x2???????????(4-7) 其中Q、x1、x2分别为Q、x1、x2观测数据的平均数。

?(xb=

1

1?x1)(Q?Q)22(x?b=

2

2?(x?x)??(x?x)(Q?Q)?(x?x)(x?(x?x)?(x?x)(x?x)???(x?x)(x?x)??x)(Q?Q)?(x?x)??(x?x)(Q?Q)?(x?x)(x?(x?x)?(x?x)(x?x)???(x?x)(x?x)?22222112211221122211211221122112211222?x2)???(4-8)

1?x1)???(4-9)

4.9.2.2 Q=f(s)曲线外推法

Q=f(s)曲线外推法是利用抽水试验获得抽水井的涌水量Q与水位降低s之间的曲线方程,来推算未来矿坑设计水位降深的涌水量的方法。在一些水文地质条件不易查清,边界条件又比较复杂,难以利用解析公式的矿区,利用此法常能获得较好的效果。

利用主孔流量和主孔水位降低建立的曲线方程用来外推矿坑涌水量,应该利用群孔抽水试验资料,并用主孔的流量Q和适当距离的观测孔中的水位降低s所建立起来的曲线方程Q=f(s)来推算未来矿坑的涌水量。观测孔至主孔的距离可根据首采区的大小加以大致估算:

r=

F????????????(4-10)

式中: r——所选用的观测孔至主孔的距离;

F——初期采区的面积,根据开采情况和井田的具体条件决定。

利用主孔的流量和适当距离的观测孔建立Q=f(s)曲线方程的方法,可以在很大程度上减少含

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水层的非均质性、主孔孔径及钻孔结构、抽水时主孔孔壁的附加阻力以及近主孔处可能产生的紊流和三维流等对曲线方程的影响,使之更符合开采时的实际情况。

得到Q=f(s)曲线后,应鉴别曲线类型。Q=f(s)曲线一般可分为直线型、抛物线型、指数曲线型、对数曲线型。鉴别曲线类型后,再求曲线方程中的有关参数,得出曲线方程式,便可推算矿坑涌水量。

4.9.2.3 解析法

解析法是根据地下水动力学的原理,用数学分析的方法,针对具体的水文地质条件进行理想化,同时各种计算参数的选择也有很大的人为因素。其计算结果是否准确与公式及参数的选择是否合理有很大的关系。

不同的边界条件下,矿井涌水量计算公式有很多。稳定流条件下,常用的基本公式如下: 1、大井法

潜水完整井 Q=1.366K(2H?S)S???????????(4-11)

lgR0?lgr0承压水完整井 Q=2.73KMS???????????(4-12)

lgR0?lgr0(2H?M)M?h2承压转无压水完整井Q=1.366K?????????(4-13)

lgR0?lgr02、狭长地沟法(水平廊道法)

潜水完整井(两侧进水) Q=BK(2H?S)S???????????(4-14) R承压水完整井(两侧进水) Q=2BKMS???????????(4-15) R(2H?M)M?h2承压转无压水完整井(两侧进水)Q=BK???????????(4-16)

R式中: Q——矿井涌水量(m/d);

K——渗透系数(m/d); H——水柱高度(m); S——水位降低(m); B——巷道水平长度(m);

h——动水位至底板隔水层水柱高度(m); M——含水层厚度(m); R——影响半径(m); r0——“大井”半径(m);

R0——“大井”影响半径(m)。 4.9.2.4 水均衡法

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