地下水防治方法與技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告書

1、下載可編輯地下水防治方法與技術(shù)課程設(shè)計(jì)學(xué)號：班級：中國地質(zhì)大學(xué)（）環(huán)境學(xué)院2012 年 12 月.專業(yè) .整理 .下載可編輯目錄（一）礦區(qū)水文地質(zhì)條件分析31. 礦區(qū)自然地理?xiàng)l件3（1）地形3（2) 水文3(3) 氣候32.區(qū)域地質(zhì)4（1） 地層4(2)構(gòu)造53.巖石含水性54.分析地表水與地下水之間的水力聯(lián)系65.分析各含水層之間的水力聯(lián)系及斷層的導(dǎo)水性6（1） 各含水層之間的水力聯(lián)系6（2） 斷層的導(dǎo)水性76.分析礦區(qū)地下水補(bǔ)給、徑流、排泄8（二）礦坑充水條件分析91.分析不同含水層對、號煤層開采的充水意義92. 分析斷層對礦坑充水的作用103. 分析二號礦號煤層底板的穩(wěn)定性104.分析河

2、下采煤條件11（三）初步預(yù)測二礦的礦坑涌水量121. C3 薄層灰?guī)r涌水量初步預(yù)測122.初步預(yù)測開采 -50m 水平一號煤時(shí)需對奧陶紀(jì)灰?guī)r地下水降壓的排水量12.專業(yè) .整理 .下載可編輯（一）礦區(qū)水文地質(zhì)條件分析1. 礦區(qū)自然地理?xiàng)l件（1）地形2礦區(qū)面積大約90km，地形整體較為平坦，其中北部和西部地勢較高，平均標(biāo)高約 500m，東部次之，平均海拔400m左右，最低海拔位于南部洺河河谷，約300m，整體上看是洼地地形。洺河位于礦區(qū)中部，由北向南流淌。（ 2) 水文礦區(qū)發(fā)育的主要水系為洺河， 流向由北向南， 其伴隨有 5 條主要支流， 其中河道東部為奧陶系巖溶發(fā)育地段， 降雨主要入滲到地下，

3、 僅有一條支流， 河道西部發(fā)育有前震旦系變質(zhì)巖， 降雨主要形成地表徑流支流較為發(fā)育， 有 4 條。據(jù)測水站記錄知，上游流量為3000 m3 d , 下游流量為 85000 m3 d 。區(qū)出露 12 個(gè)泉，其中下降泉 11 處，主要位于東部的前震旦系片巖片麻巖中，流量 0.01-0.5m3 d ；上升泉有一處，位于礦區(qū)南部第四系，流量為80000m3 d(3).氣候根據(jù)華北煤田有關(guān)氣象資料，繪制了氣象要素（降雨量、蒸發(fā)度）變化曲線圖（圖一）。圖一.專業(yè) .整理 .下載可編輯據(jù)圖可知月平均降雨量約 65mm，6 月至 9 月降雨量占全年降雨量的 84.5%，最大月降雨量為 8 月的 205mm；月

4、平均蒸發(fā)度為 85mm，主要集中在 3 月到 7 月占全年的 80.8%，最大月蒸發(fā)度為 5 月的 250mm。2. 區(qū)域地質(zhì)（ 1）地層礦區(qū)主要有前震旦系 （Al ）、震旦系（Z) 、寒武系（）、奧陶系（O）、石炭系（ C）、石炭二疊系（ Pc）、白堊系（ K）、第四系 (Q) 等地層。主要含煤地層為石炭、二疊系砂頁巖。制成表一如下：表一年代單位年 代厚度（ m）描述符 號第四系Q0-50位于區(qū)域中部，沿洺河流域分布，巖性主要為砂礫互層白堊系K80-140位于區(qū)域中部，南北向條狀展布，巖性為凝灰質(zhì)砂頁巖二疊系Pc約 250位于區(qū)域中部，南北向條狀展布，巖性為砂頁巖中石炭統(tǒng)C2/位于區(qū)域中部，

5、南北向條狀展布，巖性為頁巖和鋁土。上石炭系C3203位于區(qū)域中部， 南北向條狀展布， 巖性為砂頁巖。巖層中可開采煤層 3-5 米，煤層頂部含有 5-8 米灰?guī)r。奧陶系O800-1000分布于圖區(qū)西北部，沿西北向條狀展布，巖性主要為結(jié)晶灰?guī)r及白云巖。巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，從剖面圖可看出，與上覆地層之間缺失泥盆系及志留系.專業(yè) .整理 .下載可編輯地層，但是新老順序未變，可知與上覆石炭系地層為平行不整合接觸關(guān)系。寒武系/位于區(qū)域西西部和北部，巖性為灰?guī)r頁巖。震旦系Z/位于區(qū)域西南角，巖性為石英砂巖。前震旦系A(chǔ)l/位于區(qū)域東部和東南部，出露面積較大，巖性為片巖片麻巖。(2) 構(gòu)造區(qū)主要發(fā)育 4 條斷層，均為

6、正斷層，其中F2、 F3、F4 為東西走向斷層， F1南北向延伸貫通整個(gè)區(qū)域，使東西向斷層被南北向斷層切割，形成“棋盤格”狀的構(gòu)造格局。從整體上看，該地區(qū)為向斜的一部分。走向斷層。3. 巖石含水性由 A2 孔制成表二如下：表二巖層符號PcC3O單位降深抽水量（升秒?米）0.30.44含水性相對隔水層相對隔水層含水層第四系松散堆積層中地下水為孔隙水，主要接受大氣降雨及地表水補(bǔ)給；奧陶系 (O) 及寒武系（）灰?guī)r中地下水為巖溶裂隙水及巖溶水，含水性較好，都為為含水層；前震旦系片麻巖（ Al ）及震旦系（ Z) 石英砂巖中地下水為基巖裂隙水，主要接受大氣降雨補(bǔ)給，但裂隙大多都比較閉合，由出露的泉來看

7、，其流量為0.01-0.5m3 d ，可知其含水性一般，為相對含水層;石炭系及二疊系砂頁巖中地下水為砂巖裂隙水，由表二可知，其單位降深抽水量遠(yuǎn)小于奧陶系灰?guī)r，故其含水性較差，為相對隔水層；白堊系凝灰質(zhì)砂頁巖、二疊系及石炭系頁巖含水性很差, 為隔水層。.專業(yè) .整理 .下載可編輯4. 分析地表水與地下水之間的水力聯(lián)系由華北某煤田水文地質(zhì)圖可知，礦區(qū)西北部形成的地表徑流較少，降雨主要入滲到地下， 為地表水補(bǔ)給地下水。 礦區(qū)中部第四系潛水分布區(qū)，地表水與地下水聯(lián)系緊密， 豐水季節(jié)地表水補(bǔ)給地下水，枯水季節(jié)地下水補(bǔ)給地表水。區(qū)東南部發(fā)育有 12 個(gè)泉，其中 1 號泉為上升泉，流量80000 m3 d

8、，其余的為下降泉，流量 0.01-0.5m3 d ，為地下水補(bǔ)給地表水。從當(dāng)?shù)氐娜齻€(gè)測水站記錄數(shù)值可知：1 號測水站流量為85000 m3 d ，而其余兩處源流的測水站的流量之和僅為4000m3 d ，加上 2-11 號泉的流量，遠(yuǎn)小于85000m3 d ，所以其補(bǔ)給主要是1 號泉的礦區(qū)地下水補(bǔ)給， 故得出結(jié)論圖區(qū)總體的補(bǔ)給關(guān)系是地下水補(bǔ)給地表水。5. 分析各含水層之間的水力聯(lián)系及斷層的導(dǎo)水性（1）各含水層之間的水力聯(lián)系中下奧陶統(tǒng)（ O)結(jié)晶灰?guī)r及白云巖巖溶水較發(fā)育，其與第四系 (Q) 砂礫含水層接觸，第四系的地下水與巖溶水之間存在著互補(bǔ)關(guān)系， 所以中下奧陶系含水層與第四系的水力聯(lián)系很好。由

9、A1、A2、A3、A4 四個(gè)水文地質(zhì)孔的數(shù)據(jù)可知，石炭二疊系（ Pc）砂巖含水層與上石炭統(tǒng)（ C3）砂巖含水層的水位標(biāo)高、礦化度及裂隙率相差不大，故兩含水層之間存在一定的水力聯(lián)系。由剖面圖可知，由于 F4 斷層垂向?qū)?，使得前震旦系片巖片麻巖含水層與震旦系石英巖含水層之間有一定的水力聯(lián)系。水文地質(zhì)孔 A1、A2、A3 的數(shù)據(jù)表明中下奧陶統(tǒng)（ O）灰?guī)r含水層與上石炭統(tǒng)（ C3）砂巖含水層的水位標(biāo)高、 礦化度及裂隙率相差較大， 說明兩含水層之間的水力聯(lián)系微弱。由剖面圖知， 第四系（ Q）下面為白堊系（K）凝灰質(zhì)砂頁巖隔水層，阻斷了它們之間的水力聯(lián)系。.專業(yè) .整理 .下載可編輯（2）斷層的導(dǎo)水性礦

10、區(qū)共發(fā)育有 4 個(gè)斷層 F1、F2、F3、 F4，都為正斷層，但各斷層的導(dǎo)水性有一定不同?，F(xiàn)分別分析如下：由華北某煤田水文地質(zhì)圖知，F(xiàn)1 斷層貫穿區(qū)南北，斷層處僅出露10、11 號泉，且泉流量很小，是前震旦系片巖片麻巖中裂隙產(chǎn)生的侵蝕下降泉，故 F1 斷層垂向上是阻水的。由于地質(zhì)圖中 F1 斷層?xùn)|面為前震旦系片巖片麻巖的相對隔水層，所以 F1 斷層在橫向上也是阻水的。由斷層 F2 附近的 A2水文地質(zhì)孔資料可知，上石炭統(tǒng)（ C3）砂頁巖和中下奧陶統(tǒng)（ O）結(jié)晶灰?guī)r含水層中的地下水位標(biāo)高、礦化度、裂隙率都有明顯差異，且沒有泉水出露于地表， 故 F2 斷層在垂向上是阻水的。 由 A2、A3 水文地

11、質(zhì)孔中上石炭統(tǒng)（ C3）砂頁巖和中下奧陶統(tǒng)（ O）結(jié)晶灰?guī)r含水層中水的礦化度、裂隙率相差不大，證明 F2 斷層兩盤的含水層之間存在水力聯(lián)系， 故 F2 斷層在水平向是導(dǎo)水的。F3 斷層附近的 A4 孔數(shù)據(jù)中的不同地層 （ Pc、C3）含水層中的地下水位標(biāo)高、礦化度、裂隙率都有明顯差異，且無泉水出露，故F3 為垂向阻水。而A2、A3孔數(shù)據(jù)中的水位標(biāo)高、礦化度基本一致，所以F3 斷層兩盤的含水層之間存在水力聯(lián)系，故 F2 斷層在水平向是導(dǎo)水的。由剖面圖知， F4 斷層下盤都為變質(zhì)巖（ Z、Al ）隔水層，上盤相對為含水層，兩盤巖層的含水量相差很大，說明二者之間水力聯(lián)系不大，即證明F4 斷層在水平向

12、是阻水的。 且由剖面圖看到F4 斷層地表出露 1 號上升泉，流量較大，為80000m3 d ，此泉是由斷層上盤各含水層中的地下水匯集后遇斷層而流出地表的，進(jìn)而證明了F4 斷層在垂向上是導(dǎo)水的。綜上所述繪制表三如下：表三斷層導(dǎo)水性F1F2F3F4方向橫向阻水導(dǎo)水導(dǎo)水阻水.專業(yè) .整理 .下載可編輯垂向阻水阻水阻水導(dǎo)水6. 分析礦區(qū)地下水補(bǔ)給、徑流、排泄礦區(qū)區(qū)地下水的主要補(bǔ)給來源為大氣降水、地表水入滲以及地下徑流的側(cè)向補(bǔ)給。地下水的徑流方向基本與地形一致，從西、北、東三個(gè)方向向南部地勢較低處流動。排泄除蒸發(fā)外主要以泉的形式向地表排泄，特別是F4 斷層處 1 號上升泉，其流量較大，為80000m3

13、d ，為主要排泄途徑，其他2-12 號泉為基巖裂隙下降泉，泉流量叫小，為0.01-0.5m3 d ，占排泄的小部分。礦區(qū)各含水層之間存在一定的水力聯(lián)系，現(xiàn)在分別對各含水層的補(bǔ)、徑、排作分析如下：第四系砂 (Q) 礫石中的孔隙水補(bǔ)給來源有：大氣降雨和地表河水的補(bǔ)給以及地下各含水層徑流的側(cè)向補(bǔ)給。補(bǔ)給量的大小由降雨量、 巖石孔隙度、 地下水徑流強(qiáng)度決定。排泄主要以蒸發(fā)、補(bǔ)給洺河以及向周邊含水層排泄為主。震旦系（ Z) 石英砂巖及前震旦系(Al ）片麻巖中的基巖裂隙水主要來源于大氣降雨，以泉的形式向地表排泄，并對洺河進(jìn)行補(bǔ)給。奧陶系（ O)及寒武系 ( ) 灰?guī)r中的地下水主要來源于大氣降雨下滲、洺河

14、河水的補(bǔ)給以及上石炭統(tǒng)砂頁巖的越流補(bǔ)給，排泄主要以F4 斷層處形成的 1 號上升泉向地表河流排泄。石炭系 (C) 及石炭二疊系（ Pc）二疊系砂頁巖中的地下水補(bǔ)給來源主要為大氣降水下滲和其周邊含水層的側(cè)向徑流補(bǔ)給， 排泄途徑主要以 1 號上升泉向地表河流排泄為主，少部分通過地下徑流方式補(bǔ)給了其他含水層。.專業(yè) .整理 .下載可編輯（二）礦坑充水條件分析1. 分析不同含水層對、號煤層開采的充水意義礦區(qū)能成為充水巖層的含水層有：第四系（Q)砂礫石含水層、上石炭統(tǒng)（ C3)砂頁巖含水層、上石炭（ C3)統(tǒng)薄層灰?guī)r含水層、二疊系(Pc ）砂頁巖含水層、寒武系及奧陶系灰?guī)r含水層。 各含水層對、 、號煤層

15、開采的充水意義分析如下：1）第四系 (Q) 砂礫石含水層Q 雖然未與煤層接觸，但與其它含水層都有水力聯(lián)系，是、號煤層開采時(shí)的間接充水水源。2）上石炭統(tǒng)砂（ C3）頁巖含水層這一含水層中含有、號煤層，是、號煤層開采時(shí)的直接充水水源，其上覆的二疊系砂頁巖是弱含水層，含有號煤層，故上石炭統(tǒng)砂頁巖含水層可能會成為號煤層開采時(shí)的間接充水水源3）上石炭（ C3)統(tǒng)薄層灰?guī)r含水層上石炭統(tǒng)薄層灰?guī)r含水層下覆的為號煤層，所以是二號煤層的直接沖水水源；其上覆的上石炭統(tǒng)砂頁巖為弱含水層，故其對號煤層的開采有影響，是號煤層開采的間接充水水源；下伏為含有號煤層的上石炭統(tǒng)砂頁巖，所以是號煤層開采的間接充水水源。4）二疊系

16、 (Pc ）砂頁巖含水層二疊系砂頁巖弱含水層中含有號煤層，是號煤層開采時(shí)的直接充水水源。下伏的上石炭統(tǒng)砂頁是弱含水層，且含有、號煤層，是、號煤層開采時(shí)的間接充水水源。5）寒武系 ( ) 及奧陶系 (O) 灰?guī)r含水層寒武系 ( ) 及奧陶系 (O) 灰?guī)r含水層上覆的中石炭統(tǒng)頁巖隔水層起隔水作用，F(xiàn)2、F3 斷層在垂向上是阻水的，故寒武系及奧陶系灰?guī)r含水層不能成為、.專業(yè) .整理 .下載可編輯號煤層開采的充水水源。 對號煤層而言， 煤層上覆一層 5-8m 薄層灰?guī)r，具有導(dǎo)水性，由于 F4 斷層的垂向?qū)裕?因此寒武系 ( ) 及奧陶系 (O) 灰?guī)r含水層中的水可能補(bǔ)充進(jìn)灰?guī)r中，作為號煤層開采的間

17、接充水水源。2. 分析斷層對礦坑充水的作用綜合上文中對斷層的導(dǎo)水性的分析， F1 斷層橫向和垂向都阻水，故 F1 斷層對一、二、三號礦坑的充水沒有影響； F2、 F3 斷層均為橫向?qū)?，垂向阻水的斷層，垂向上的阻水作用使各含水層之間沒有水力聯(lián)系， 只起到地下水徑流方向的一致性，并沒有對各礦坑的產(chǎn)生影響； F4 斷層的垂向?qū)允垢骱畬又g的水力聯(lián)系緊密， 故其為各礦坑提供了良好的充水條件， 對安全開采造成一定的威脅。綜上所述， F1、 F2、F3 斷層對礦坑沖水無影響，F(xiàn)4 斷層對礦坑沖水有一定的促進(jìn)作用。3. 分析二號礦號煤層底板的穩(wěn)定性由一礦資料：頁巖平均抗強(qiáng)度KP0.16MPa，平均容

18、重 2.45T/m 3，巷道底板隔水層實(shí)際厚度t=30m，坑道底寬L10m。預(yù)測二號礦號煤層 -50m 水平開采時(shí)，天然水位標(biāo)高為320m的底板穩(wěn)定性。計(jì)算過程如下：2Ht p2K Pt pwRl設(shè)極限水壓值H LH Lt p2t p2K P2R上式中： Kp-lMPa）Kp=0.16MPa頁巖平均抗強(qiáng)度（R - 巖層容重 ( N m3 )R = 2.45 9.8 103 N m3 = 2.4 10 4 N m3.專業(yè) .整理 .下載可編輯t p - 隔水底板厚度（ m）t p =30ml - 坑道底寬（ m）l =10m解得 H L =3.6MPa轉(zhuǎn)化成地水位標(biāo)高下為 H L = 3.610

19、6 m=367.35m9.8103由于煤層是在 -50m 開采，H=367.35-50=317.35m H 天然 =320m綜上所述，二號礦號煤層底板不穩(wěn)定。4. 分析河下采煤條件已知煤層平均傾角10 ，開采厚度m=6m，巖石碎脹系數(shù)K=1.3，河床第四系厚度為 50m，保護(hù)層厚度 H C =20m，確定河下采煤的安全開采深度。此煤層由傾角可知為緩傾斜煤層，故由經(jīng)驗(yàn)公式：MH (冒)(K - 1)Cos式中， K巖石的碎脹系數(shù)，K=1.3M 開采厚度，（ m） ,M=6m 煤層傾角（°） ， =10解得：H（冒） =6/(1.3-1)*cos10° )=20.31m又 H（

20、導(dǎo)） =（ 2-3 ）H（冒），取比值為2故 H（導(dǎo)） =40.62m防水礦柱高度：Hw=H +Hc緩角度時(shí)HII =H（導(dǎo)）× Cos()Hw=H（導(dǎo)）× Cos()+Hc=40.62*Cos(10)+20=60m所以，河下煤層的安全開采深度為H（總） =Hw+H（第四系） =60m+50m=110m綜上所述，要達(dá)到河下安全采煤，需留設(shè)安全防水礦柱的高度為60m，河下安全開采的深度是110m。.專業(yè) .整理 .下載可編輯（三）初步預(yù)測二礦的礦坑涌水量1.C3 薄層灰?guī)r涌水量初步預(yù)測一礦資料：+200m水平開采天然水位標(biāo)高 321m，坑道系統(tǒng)長 1500m，寬 1000m，

21、開拓排水一年時(shí)，礦坑涌水量為 1200 m3 d。二礦資料：開采 0m 水平二號煤時(shí)，坑道系統(tǒng)長2000m，寬 1060m。用水文地質(zhì)比擬法求解如下：Q2 Q1F2S2FS1133上式中， Q1- 一礦涌水量，（m d）， Q1=1200m d；Q2-3二礦涌水量， （ md）；F1-一礦開采面積， （m2） ,F1=1500*1000=1.5*106 m2；F2-二礦開采面積， （ m2）， F2=2000*1060=2.12*106 m2；S1 一礦降深 (m),S1=321-200=121m ；S2 二礦降深（ m） ,S2=321-0=321m ；求得：Q2=1200* （2000*1

22、060/1500/10003） * （321/121 ） =4500（ m d）故開采± 0m水平二號煤時(shí)，C3 薄層灰?guī)r的涌水量為34500m d。2. 初步預(yù)測開采 -50m 水平一號煤時(shí)需對奧陶紀(jì)灰?guī)r地下水降壓的排水量（1）根據(jù) A1 孔抽水 CK1觀測孔的感測資料，用特定條件標(biāo)準(zhǔn)曲線對比法計(jì)算奧陶紀(jì)灰?guī)r含水層的參數(shù)T、 a（據(jù) A2 孔抽水資料算得的參數(shù)T=748m2 d 、 a2.3810 5 m d ）。依據(jù)泰斯井流理論及泰斯公式，觀測井的水位降深方程為：Qr 2r2SW1W24 T4at4at.專業(yè) .整理 .下載可編輯r 2Qu1r22Q設(shè) u11SW u1W4 T

23、Wm u14at ;4 Tr12lgS-lgt曲線1/u=1,Wm(u)=1 時(shí) t0 =3.5 ， s0 =0.92.專業(yè) .整理 .專業(yè) .整理 .下載可編輯TQ920796.2m2 / d4s04 3.140.092ar 24502602.57 105 m2 / d4t03.5/ 24CK1孔觀測數(shù)據(jù)：觀測延水位累觀測延續(xù)水位累續(xù)時(shí)間計(jì)降深時(shí)間計(jì)降深（ min）（ m）（ min ）（m）1.00.080.00.2432.00.01190.00.2553.00.020100.00.2654.00.027150.00.3205.00.033200.00.3606.00.040250.00.

24、3907.00.047300.00.419平面圖8.00.400.00.4459.00.500.00.48010.00.065600.00.51515.00.095700.00.54020.00.114800.00.56025.00.132900.00.58030.00.1501000.00.60040.00.1781200.00.64050.00.1981500.00.66060.00.2142000.00.74070.00.230A1 孔定流量抽水 Q 920 m3 dWm (u1 ) 1 作圖計(jì)算表u1下載可編輯122121W u2m1u1uu1W( u )11W( u )10.1104

25、900.000100.00010.252450.00114800.0011480.33.333333333163.33333330.00893900.0089390.42.5122.50.0249100.024910.61.66666666781.666666670.0746500.074650.81.2561.250.146900.14691.01490.219400.21942.00.524.50.559800.55983.00.33333333316.333333330.836100.83616.00.1666666678.1666666671.35780.0000341.35783410.00.14.91.82290.0012911.82419120.00.052.452.46790.026682.4945830.00.0333333331.6333333332.86680.086312.9531150.00.020.983.35470.22693.581680.00.01250.61253.81