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水文地质调查报告

湖南省辰溪县小龙门乡煤矿水文地质调查报告

二O一O年五月

目录

第一章前言 (1)

一、任务由来及目的任务 (1)

二、交通位臵及开发概况 (1)

(一)交通位臵 (1)

(二)开发概况 (2)

三、前人地质和水文地质工作评述 (4)

四、本次工作主要内容 (5)

(一)现场调查了解的资料 (5)

(二)本次调查收集利用的成果资料主要有: (6)

第二章矿山地质环境概况 (7)

一、自然地理 (7)

(一)地形地貌 (7)

(二)气象及水文 (8)

二、地质条件 (8)

(一)地层岩性 (9)

(二)地质构造 (11)

(三)新构造运动及地震 (12)

三、水文地质条件 (13)

(一)含隔水层特征及地下水类型 (13)

(二)构造带含水及导水性 (14)

(三)地下水补给、径流、排泄特征 (14)

(四)老窑水 (15)

第三章矿井水文地质条件 (15)

一、矿井水文地质现状及涌水量构成分析 (15)

二、矿井开采充水因素分析 (16)

三、矿井水文地质类型分析 (17)

第四章矿井开采受水害影响程度及防治水工作难易程度(预测评估) (18)

一、矿井开采受水害影响程度预测 (18)

二、防治水工作难易程度 (18)

第五章对今后防治水工作的建议 (19)

结束语 (21)

湖南省辰溪县小龙门乡煤矿

水文地质调查报告

第一章前言

一、任务由来及目的任务

辰溪县为湖南省重点产煤县,辰溪县政府根据湖南省人民政府办公厅湘政办明电[2010]6号《湖南省人民政府办公厅关于有效预防和坚决遏制煤矿重特大事故发生的紧急通知》的要求,需“在2010年6月底以前完成煤矿水文地质调查工作。要详细查明每个煤矿水患威胁情况,并在采掘工程平面图上标注危险区域,确定探水范围”。成立了由副县长梁芊任组长的煤矿水文地质调查工作领导小组,展开该项工作。

本次调查基本查清了小龙门乡煤矿的水患,给该矿防治水提供水文地质资料,并结合《煤矿防治水规定》,编制“水文地质调查报告”。

二、交通位置及开发概况

(一)交通位置

小龙门乡煤矿位于辰溪县城以南方向,直距约25km,行政区划隶属辰溪县小龙门乡小龙门村管辖。矿山地理坐标为东径110°10′06″~110°10′41″,北伟27°47′24″~27°47′54″。

矿山有3.0km简易公路至西北小龙门村,并与S223公路及湘

黔铁路小龙门火车站相接,小龙门乡、村至辰溪县城29km,至怀化市区41km,交通较为方便(见交通位臵图)。

水文地质调查报告

(二)开发概况

早在解放前,区内就有老窑开采,老窑多分布于煤层露头处,多以平硐或斜井开拓,开采垂深一般30m左右,最深可达50m,沿走向开采一般200m左右,日产量5-10t左右,主要开采小江口组4上、4下煤层,常因农忙或资金不足等原因而停产关闭,多为间

歇性开采。解放后,小煤窑开采条件有较大改善,开采垂深达50m-70m。

原小龙门乡煤矿始建于1988年1月,1989年3月投产,生产规模3万t/a,实际生产能力2万t/a,平硐斜井混合开拓,抽出式通风方式,分列式通风系统,井筒特征见下表。

水文地质调查报告

矿井开采4上煤层至+250m标高,采空区水平投影面积为166560m2;4下煤开采至+250m标高,采空区水平投影面积为148330m2。共动用(4上+4下煤)储量:27.4万t,采出量23.29万t。矿井正常涌水量10m3/h,最大涌水量20m3/h,矿井从2005年-2007年处于安全整顿,为半停产状态。矿山有排矸场一个,现有矸石量1.1万m3,占用荒草地约1500m2,最大堆高8m。

原小龙门乡凉水井煤矿始建于2002年8月,2003年投产,生产能力为1万t/a,矿井为斜井开拓。

投出通风方式,并列式通风系统,井筒特征如下表。

原凉水井煤矿井筒特征表

水文地质调查报告

4上煤层开采至+200m标高,采空区水平投影面积为18630m2,

采损量1.48万t/a。矿井涌水量5m3/n,最大涌水量20m3/n,矿井自2005年列为整改矿山,一直未生产。矸石堆方量约800m3,占用荒草地180m2,最大堆高6m。

2007年12月,原小龙门乡煤矿与原小龙门乡凉水井煤矿进行资源整合,整合后的煤矿名称为小龙门乡煤矿,仍利用原小龙门乡煤矿主井及风井,维持平硐斜井开拓,并调整了矿山范围,开采煤层深度由+375m-+50m标高,矿井实际正常涌水量10m3/h,最大涌水量20m3/h,矿井设计为一级排水,设计井底车场拟建80m3水仓二个,采用D25-50×5型水泵排水,矿井开采排矸场仍利用原小龙门乡煤矿排矸场。

三、前人地质和水文地质工作评述

1957年,原中南煤管局129队在湘西填有1:10万地质图1400km2。

1960年,原湖南省煤管局地质勘探公司166队填写有1:5万地质图1194km2,并提交了包括本区在内的中伙铺区60km2找矿报告。

1972年8月至12月,湖南省煤田地质勘探公司第四队进行了1:5千地质测量工作。

1973年3月,该队在小龙门区进行勘探普查,于1973年11月提交了《湖南省辰溪县小龙门勘探区煤炭地质勘探普查报告(最终)》,1974年1月,湖南省煤田地质勘探公司以[74]湘煤勘革字014号文批准。

上述地质工作基本查明了矿区地层、构造、矿床特征、工程地质及水文地质条件,初步查明了矿山地质特征,但由于小龙门勘探区早在解放前,就有老窑开采,老窑分布于煤层露头处,以平硐或斜井开拓,开采垂深一般30m左右,最深可达50m,沿走向开采一般200m左右,日产在50-10t左右,开采小江口组4上、4下煤层,常因农忙、资金不足等原因而停产关闭。解放后,小煤窑开采条件有较大改善,开采垂深达50m-70m左右。但由于小龙门勘探区面积较大,加之勘探程序为普查(最终),所以该矿山水文地质工作尚达不到建井生产的要求。

四、本次工作主要内容

调查组接受任务后,即派有关技术人员于2010年4月18日至5月18日赴现场进行现场调查,在县煤炭局、县煤炭协会以及矿方大力支持下,对该矿及周围煤矿进行了调查,了解和搜集有关情况。随后根据该矿的实际情况收集了有关的资料。

(一)现场调查了解的资料

1、初步查明该矿浅部已知老窑采区情况,并把采空区边界标注在井巷工程平面图之上。

2、对相邻被整合矿井的采掘工程平面图进行了收集,并与该矿的采掘工程平面图进行统一绘制,为该矿今后确定防水保安煤柱尺寸,确定探防水线及工程布臵提供参考。

3、收集井下采掘工程中已揭露构造情况等,为分析该井主要充水因素及确定该矿水文地质类型提供依据。

(二)本次调查收集利用的成果资料主要有:

1、1973年3月,湘勘四队在小龙门区进行勘探普查,于1973年11月提交了《湖南省辰溪县小龙门勘探区煤炭地质勘探普查报告(最终)》。1974年1月,湖南省煤田地质勘探公司以[74]湘煤勘革字014号文批准。

2、2004年11月湖南省煤田地质局第一勘探队编制了《湖南省辰溪县五一煤矿区小龙门井田小龙门乡煤矿资源储量报告》,湘国土资储小矿备字[2005]461号备案证明。

3、2004年11月,湖南省煤田地质局第一勘探队编制了《湖南省辰溪县五一煤矿区小龙门井田凉水井煤矿资源储量报告》〃湘国土资储小矿备字[2005]459号备案证明。

4、2006年1月,湖南省地质研究所编制了《湖南省辰溪县小龙门乡煤矿矿山地质环境影响评估报告》〃湘国土资地环[2006]认定。

5、2006年1月,湖南省地质研究所编制了《湖南省辰溪县小龙门乡凉水井煤矿矿山地质环境影响评估报告》〃湘国土资地环[2006]认字。

6、2006年8月,湖南省地质勘查开发局407队编制了《湖南省辰溪县五一煤矿矿区小龙门井田小龙门乡煤矿资源储量检测报告》〃2007年12月〃湖南省国土资源厅以湘国土资储年报备字[2007]64号文件批准。

7、2008年8月,湖南中大勘测设计研究院编制了《湖南省辰

溪县五一煤矿区小龙门井田小龙门乡煤矿资源储量核实报告》〃湘国土资储小矿备字[2008]216号备案。

8、2009年2月,湖南华中矿业有限公司编制了《湖南省辰溪县小龙门乡煤矿矿山地质环境影响评估报告》〃湘国土资地环[2009]认定。

第二章矿山地质环境概况

一、自然地理

(一)地形地貌

本区属碳酸盐及碎屑岩构造及溶蚀剥蚀堆积沟谷地貌。地势总体为东高西低。最高点位于矿区东侧丘顶,海拔标高450m;最低点位于矿区西部沟谷,海拔标高180m。区内一般相对高差50-150m,地形坡度14-25°,一般约20°,灰岩区有较多陡崖,陡崖长度可达300-600m,高度可达25m。有少量采石场边坡稳定,未发生较大型崩塌,但局部有危岩体坠落现象。地层倾向与地形坡向同向坡及反向坡均有,地层倾角大于地形坡角。丘脊方向为北东-西南方面,与构造线方向近于一致,横断面呈开阔的弧状;丘顶多呈深园状。丘岗植被较发育,残坡积层薄。沟谷位于矿区西部,主要呈北东向,为次一级冲沟,呈V形谷。碳酸盐地层发育有石芽、溶沟、溶槽及落水洞等微地貌特征,地形条件总体中等。

(二)气象及水文

1、气象

本区属温暖潮湿大陆性季风气候,夏热冬冷,阳光充足,雨量充沛,四季分明。据辰溪县气象局1970年~2006年气象资料,主要气象资料如下:

年平均气温16.8℃

最高气温40.2℃(2005.8.4)

最低气温-11.9℃(1972.2.9)

年平均降雨量1458.7mm

年最大降雨量2205mm(1997年)

年最小降雨量960.7mm(1971年)

月最大降雨量515.6mm(1982年7月)

日最大降雨量182.8mm(2003年7月16日)

年平均蒸发量1484.2mm

冬季多西北风,夏季多东南风,平均风速1.8m/s。

2、水文

区内无常年性水流,仅矿区北部有一条季节性小溪沟,流量0-5L/S。区内一口水塘,无水库及其他地表水体,农田有极少量梯田。水文条件简单,对矿山开采影响不大。

二、地质条件

依据1973年湖南省煤田地质勘探公司四队提交的《湖南省辰溪县小龙门勘探区煤炭地质勘探普查报告(最终)》及2004年湖

南省煤炭地质局一队提交的《湖南省辰溪县五一煤矿小龙门井田小龙门乡煤矿煤炭资源储量报告》。2009年湖南华中矿业有限公司编制的《湖南省辰溪县小龙门乡煤矿矿山地质环境影响评估报告》的地质资料,对该矿地质条件概述如下:

(一)地层岩性

1、地层

1)第四系(Q)

为残坡积物,及少量洪坡积物。黄红色、黄褐色,为粉质粘土,含碎石粘土及碎石上,厚0~6m,一般厚3m左右,分布于基岩表层,与下伏地层呈角度不整合接触。

2)侏罗系中上统(J2+3)

上部为暗紫色中~薄层状砂质泥岩,粉砂岩夹泥岩;中部为棕红色、灰绿色中厚层状细砂岩夹泥岩;下部为紫红色砂质泥岩与粉砂岩互层;底部为灰色厚层状砂砾层。该统厚度500m,本区出露厚约150m左右。主要分布于矿区西部。

3)三叠系上统~侏罗系上统小江口组(J3~J1×J)

上段:上部为灰~深灰黑色薄层状泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、夹中细粒石英砂岩及极不稳定薄煤层;厚40m,其下为灰~浅灰色厚层状细粒石英砂岩,厚3.1m,坚硬。该段厚度18.89~63.38m,一般厚43.10m。

中段:上部为深灰~灰黑色薄层状泥岩,砂质泥岩,中夹0.1~1.07m,平均厚0.37m的4上煤层,中上部含区内主要可采煤层4下

煤层,厚度0.1~2.3m,平均厚1.17m,中下部为灰~深灰色厚层状中、粗粒砂岩,该段厚10~30.54m,一般厚14.57m。

下部:上部为深灰色薄层状砂质泥岩,下部为砂砾岩、中夹6、7煤层,极不稳定,不可采煤层。该段厚度10~50m,一般厚16.20m。本组分布于矿区中西部,与下伏大冶组呈微角度不整合接解。

4)三叠系下统大冶组(T1d)

区内地表无出露,为煤系底板岩层,灰色薄层状灰岩、泥质灰岩、钙质泥岩。该组厚大于100m,分布于矿区中部。

5)二叠系上统长兴组(P2c)

本区地表无出露,钻孔已揭露该组。岩性为深灰~灰白色厚层状灰岩,间夹条带状及块状遂石,厚度约80m左右。

6)石炭系中上统壶天群(C2+3ht)

顶部紫约色、灰绿色泥岩;中部及上部为浅灰色白色厚层状灰岩;中下部夹巨厚层~厚层状白云质灰岩、白云岩。壶天群为小龙门逆掩断层推履于侏罗系中上统及三叠系上统~侏罗系下统筹等地层之上。区央厚度>300m,分布于矿区中及东部。

2、含煤地层

本区含煤地层为上三叠系上统~侏罗系小统小江口组(T3~J1x),共含煤8层,由新至老编号为1、2、3、4上、4下、5、6、7号煤层。可采及局部可采煤层二层,即4上、4下煤层,其余煤层均不可采。本区煤层为极不稳定~不稳定煤层,常呈鸡窝状、瓜藤状产出,含煤系数为3.14%,可采含煤层系数2.13%,主要可采煤

层位于小江口组中段。小龙门背斜东翼煤层倾角15~20°,一般22°左右;背斜西翼煤层浅部倒转,倾角35~62°(倒转),中深部煤层正常,倾角10~20°,一般15°左右。

小龙门乡煤矿可采煤层为4上和4下煤层,椐钻探井巷开采段调查,4上煤层厚度0~1.07m,平均厚0.37m,4下煤层厚度0.1~2.3m,平均厚1.17m。煤层结构简单,煤层尖灭、普薄、分叉现象频繁,往往在数米之内突然增厚或变薄,呈鸡窝状或不规则之藕节状、串珠状赋存,属不稳定薄煤层,区内大部分地段可采。

(二)地质构造

1、矿区构造

小龙门煤矿区位于雪峰隆起西麓,黔溆煤田的中段,区域构造线为北北东至北东方向,由于燕山运动的强烈影响,形成一系列的逆掩断层、逆断层、及倒转褶皱。规模较大的构造有小龙门倒转向斜、小龙门倒转背斜、肖家庄倒转向斜、肖家庄倒转背斜、蒋家湾逆断层、土山坨逆断层、小龙门逆掩断层,岩坎上正断层、兔株平推断层、半坡正断层、小龙门逆断层。

2、矿山(井田)构造

(1)褶曲

小龙门乡煤矿位于小龙门倒转背斜轴部中段。矿区东部为小龙门飞来峰构造掩盖下的小龙门倒转背斜东翼的一个次级向斜构造,该向斜转向约北东20°左右,轴向直立,向南仰起,两翼倾角10~35°。地层为三叠系上统至侏罗系下统小江口组,向斜幅

度较小,两翼受小龙门飞来峰构造切割而不完整。

小龙门倒转背斜位于矿区中西部,由于小龙门飞来峰构造切割,地面无背斜轴出露。该背斜轴向呈南北向~北东35°方向展布。轴而倾角约50°左右,幅宽100m左右,背斜紧密,纵贯本区。背斜东翼平缓,倾角10~35°,发育次级向斜;背斜西翼倒转,倾角50~65°,并发育小龙门倒转向斜,两翼地层为株罗系中上统及三叠系上统至侏罗系下统小江口组,轴部地层为三叠系下统大冶组。小龙门倒转向斜位于小龙门背斜西翼,轴向平行于小龙门背斜轴。为近似于平卧的倒转向斜构造,向斜较为紧密,幅宽约150m左右,向斜东翼倒转,地层倾角50~65°;西翼地层平缓,倾角10~22°。轴部地层为侏罗系中上统。

(2)断裂

区内断裂为小龙门逆掩断层(F1),位于矿区中西部,区内表现为石炭系中上统壶天群(C2+3ht)推履于三叠上统~侏罗系下统小江口组之上,断层走向约北东20°左右,与地层走向近似,断层倾向10~22°,西部倾向南东东,东部倾向北西西。该断层走向及倾向上均成波状起伏,形成飞来峰构造,即“小龙门飞来峰”构造,对小江口组煤层破环较大。区内其他断裂构造不发育。因此,矿山地质构造属中等类型。

(三)新构造运动及地震

本区新构造运动以间歇性整体抬升为主,主要表现为沟谷深切,冲沟发育,地形切割强烈。

本区地震较弱,根据国家标准GB18306-2001《中国地震参数区划图》附录标定,该区地震动峰值加速度为<0.05q,地震动反应谱特征周期为0.350s,根据峰值加速度对比,该区地震基本烈度值为小于Ⅵ度区。

三、水文地质条件

(一)含隔水层特征及地下水类型

1、主要含水层

(1)松散岩类孔隙微弱~弱含水层。分布于沟谷及坡脚处,为含碎石粘土,粉质粘土,厚3~5m,泉流量0.01~0.05L/S。

(2)侏罗系中上统底部砂砾岩裂隙弱含水层。厚度3.3m,勘探区资料:泉流量0.1L/S,对矿井开采充水影响小。

(3)三叠系上统~侏罗系下统小江口组砂岩裂隙弱含水层。主要为4上及4下煤层顶底部的细~中、粗粒砂岩,据勘探区资料,q=0.05L/s.m,,k=0.002m/d,富水性弱,含水层厚度3.10~3.8m,为矿井充水主要含水层。

(4)三叠系下统大冶组泥质灰岩岩溶裂隙弱含水层。厚度50m左右,本区本内岩性主要为泥质灰岩,岩深发育弱。据勘探区302孔抽水资料:q=0.0096L/S,k=0.01/nd,静止水位194.2m 标高,在浅部煤层中由于地层倒转,位于煤层顶板,对矿井开采充水有较小影响。

(5)石灰系中上统壶天群灰岩、白云质灰岩岩溶水强含水层。区岩溶发育一般,厚度>300m,区域泉流量大于10L/S。

2、主要隔水层

(1)侏罗系中上统相对隔水层。岩性由砂质泥岩、泥岩及粉砂岩组成。区内厚度约140m,岩性致密,隔水性较好。

(2)三叠系上统~侏罗系下统小江口组各砂岩之间相对隔水层。岩性由砂质泥岩、泥岩及粉砂岩组成。较致密,透水性差,厚度约8~40m,相对隔水性能较好。

(3)三叠系下统大冶组下部钙质泥岩相对隔水层。岩性致密,细腻,隔水性能良好,厚度约30m左右。

3、地下水类型

中上石炭统壶天群石灰岩岩溶裂隙含水性强,水质为HCO3~Ca++型,属中碱性水。下侏罗统~上三迭统小江口组砂砾岩裂隙含水性较弱,水质为HCO3~S04--~Ca++型,属弱酸性水。下三迭统大冶组泥质灰岩裂隙弱含水层水质为HCO3~Ca++型,属中性水。

(二)构造带含水及导水性

矿山有小龙门逆掩断面,使壶天群灰岩推覆于侏罗系中上统及小江口组之上,依据勘探阶段钻孔控制及小龙门乡煤矿巷道揭露的情况,该断层面紧闭,含水性弱、导水性差,小龙门乡煤矿巷道揭露该断层面仅有极少量间歇性滴水。

(三)地下水补给、径流、排泄特征

本区以小龙门倒转背斜轴部为界,分东翼及西翼两个次级地下水系统,东翼含水向斜地下水位高于西翼地下水位,二者联系不很密切。

区内地下水补给来源主要是大气降水,大气降水通过含水层露头及附近裂隙,以垂直渗流方式补给地下水含水层。区内壶天群含水层出露面积大,大气降水补给条件好,但补给范围为飞来峰范围以内,且向西南、及北西、南东径流,向低处排泄;含煤地层含水层出露地表面积小,受大气降水补给条件差,含水层地下水较为贫乏。区内未见泉水出露,实际为补给径流区。区内地下水一般无侧向补给,只有雨季山洪时才有地表季节性小溪的水流补给地下水。

(四)老窑水

矿山浅部老窑较多,多以平硐及斜井开拓,垂深一般30m左右,最深可达50m~70m,老窑停采后巷道多已垮塌,水流不畅,大气降水补给条件较好,老窑废巷中多有积水,虽平时积水量不大,但雨季老窑水明显增加。因此,老窑水仍是矿坑充水次要因素之一,对矿井开采仍有一定水害威胁。

第三章矿井水文地质条件

一、矿井水文地质现状及涌水量构成分析

该矿目前还未建有排水系统,+198水平上部水自主平硐水沟自流出地面。矿井目前正在进行技改施工,按技改设计在+50m水平设计有新泵房和水仓,竣工后由暗主井一次排到+198水平北大巷水沟,然后自北大巷水沟至主平硐水沟流出地面。

该矿开采多年,平硐一般无水,岩巷浅部有少量风化裂隙水,中深部有少量滴水,煤巷无水,采空区少量滴水,断层带有少量滴水,矿井水量小,雨季增加明显,雨天矿井水增大,晴天减少。

目前该矿井下最大涌水量20t/h,最小涌水量3t/h,正常涌水量10t/h,最大最小涌水量差别很大是该矿的一个特点,其主要原因是由于浅部老窑采空区多,而这些老窑采空区多距地表较近,老窑采空区的积水主要靠大气补给,据观测,大当气降雨后一般12~24小时,井下涌水量就会明显增大,有明显的大气降雨导致井下涌水量增大的时间滞后规律。这就是造成上述的该井最大和最小涌水量差别很大的原因,说明该井主要充水因素就是大气降雨和老窑水,其次是少量层间砂岩裂隙水。

二、矿井开采充水因素分析

小龙门乡煤矿主采4上、4下煤层,矿井水主要来源于4上及4

下煤顶底板砂砾岩、砂岩裂隙弱含水层水,其次为少量老窑水及浅部风化裂隙水,浅部断层带有极少量滴水,深部断层距煤层较远,断层与煤层之间有较好的相对隔水层,壶天群强岩溶水不会涌入矿坑,对矿井充水影响小。矿井现已开采至+180m标高,现状矿井实际正常涌水量10m3/h,最大涌水量20m3/h。矿井深部开采的水文地质条件与浅部类似,也为弱裂隙充水矿床。因此,未来矿井开采至+50m标高,采用水文地质比拟法计算预测矿井涌水量,计算公式为: