矿井水文地质观测及图件绘制(1)

矿井水文地质观测及图件编制矿井充水通道：天然条件（岩溶陷落柱，断裂带、裂隙，隐伏露头、天窗，地震裂隙），人为条件（顶板冒裂带，底板矿压破坏带、岩溶地面塌陷、封孔质量不佳的钻孔）。在矿井水文地质工作中，水文地质观测是长期进行的一项重要工作。通过对气象、地表水体、井、钻孔、泉、井下出水点的观测，逐步积累资料，并对资料定期进行整理和分析研究，侧重解决下列问：1)研究矿井涌水量、地下水动态与大气降水的关系；2)确定各含水层间及它们与地表水间的水力联系；3)通过动态观测，研究各含水层的透水性和富水性与矿井充水的关系，分析各含水层疏干的可能性；4)分析断层带的导水性及其随采掘活动而产生的变化；5)研究矿井涌水量与采掘面积、开采深度、巷道掘进长度间的关系；6)计算延伸水平和新开拓区的涌水量；7)为矿井防治水工程提供数据。水文地质长期观测工作包括地面水文地质观测和井下水文地质观测两部分。一、地面水文地质观测1、气象资料的收集和观测。如果矿区附近设有气象台站，其所处的地形、自然地理等条件基本与气象站地区相似时，则不必自设站，可按时收集矿区附近台站气象观测资料，矿区只建雨量观测站；如果矿区距气象台站较远（大于30km）或地形变化较大，附近台站的资料不能反映矿区的气象特征时，应自设气象观测站。观测内容包括降水量、蒸发量、气温、湿度等项，其中以降水量最重要。观测时间和要求，必须与气象台站一致。                                              2、地表水体观测在矿区范围内及其附近有江河通过时，应在江河出入矿区地段、含水理露头过河地段、断层过河地段、河下采煤处、支流入口处、地表塌陷处、溶洞发育地段，以及严重渗漏地段的上下方设立水文观测站，定期观测水位、流量。在洪水季节或特大降水之后，应及时增加观测次数，获得洪峰水位和流量，以及河流泛滥时洪水淹没范围和洪水持续时间、河流断流时间等资料。对矿区的湖泊、池溏、水库、塌陷积水区也要求设立水位观测站，定期观测水位，计量积水量、库容等数据。当它们与井下有水力联系时，必须加强观测。观测的时间，可根据河流流量、渗漏量、降水量等具体情况，结合矿井开采部位、范围等研究决定。通常，在雨季应增加观测次数，枯水季节则可适当减少。一般情况下每隔5～10d观测一次，在洪汛期间应每天观测一次。对于地表水与矿井充水有密切关系的地段，应尽量同时观测。观测点布置：尽量利用现有的钻孔、井、泉。观测内容：主要是水位、水温和水质，对泉水还应观测流量。观测点应统一编号，设置固定观测标志，测定坐标和标高。观测点标高应每年复测一次，如有变动，应随时补测。观测降水量：常用的仪器为直径200㎜的雨量器或与雨量器口径相匹配的雨量杯。雨量器、自计雨量计应保持清洁要经常清除盛水器内的於杂物，擦洗自计余量计的虹吸管。需每日调整自计钟、换自计纸、添加墨水、观测仪器运转情况。观测要求：1)观测降雨量记至0.1㎜，不足0.05㎜时可不做记载。历时记至分钟。2)每日降水量以早8时为每日分界，从本日8时至次日8时的降水量为本日的降水量。3)观测降水量应采用定时分段观测制。4)非雨季可只分一段，每日8时观测。但降雨量大的地区或雨季高峰时，则应根据矿区（井）防洪需要观测规定观测时间。5)降水间隔等于或小于15分钟可看作一次降水，间隔15分钟以上可看作两次降水。降水量的量法：1)将储水瓶内的水倒入量杯，量杯呈垂直状态，使视线与量杯水面平齐。2)观测量杯中水面的凹下面，记至0.1㎜.每次观测后应立即记入记录薄中。3)如降水量较多，不能一次量完，可分次量，将总数记入记录薄内。4)每次水量待复测后方可倒去。5)自计雨量计应按说明书规定的操作程序和使用。地表水位观测站的建立：1)观测站应建立在地基牢固、观测方便并具有代表性的地点。2)实测测站基面坐标、高程，测定不同高程的断面积，以便计算不同水位的过流量。3)实测水位标尺的零点标高。4)根据水位标尺的零点标高，重新计算水位，并用红墨水填在“水位”栏内。井、泉河钻孔水位观测：1)在使用铅钟、电极、水位计或自计水位计等器具测量水位时，严禁使用标志不准或滑动的测绳和电线。2)当测绳和电线标记与钢尺的比长误差超过1/1000时，应重新标定或更换。水位遥测仪每半年要用测绳实测检校一次。3)每个测点使用固定的测量工具，不得随意更换。4)每次水位观测要进行两次实测和读数，读数读至厘米。以米为单位时，估读至小数点后二位。5)每年必须进行一次水井和钻孔的深度测量，发现於堵及时清理。井、泉河钻孔涌水量观测：根据涌水量大小，方法有容积法、堰测法、流速仪法、浮标法、喷水钻孔法、流量计（表）法等。3、地下水观测随着采掘加深，采区范围扩大，那些在勘探阶段选择布置的井、钻孔、泉等动态观测点有的已失去作用，在开采区和接替地区另一些原有观测点又满足不了生产要求，因此需要依据矿井开拓和生产要求，结合矿井水文地质条件，重新研究和布置新的观测网点。根据生产的发展，网点密度和观测内容及要求亦应随之而变更。布置的每一个观测点，都必须有明确的目的和要求。观测孔一般应布置在下列地段：（1）对矿井生产建设有影响的主要含水层分布地段（其中包括正在被疏干和尚未影响到的地段），在其来水方向上以近密远疏的原则布置观测孔；（2）影响矿井充水的集中迳流带（构造破碎带）；（3）可能与地表水体有水力联系的含水量；（4）矿井先期开采的地段；（5）井下主要突水点附近或具有突水威胁的地段；（6）正在开采和设计开采地段及采掘过程中矿井水文地质条件可能发生显著变化的地段。（7）塌陷严重的地段；（8）采掘区上覆岩层水裂隙带观测地段；（9）疏干边界或隔水边界处。观测孔的数量及要求。一般根据矿井规模、开采深度、水文地质条件等因素决定。观测孔尽量做到一孔多用，用较少工作量，取得较多成果，满足矿井开拓和生产需要。观测内容和要求有下列几点：（1）观测点（井、泉、钻孔等）应统一编号，设置固定观测标志，测定坐标和标高，观测点标高每年复测一次，如有变动，应随时补测；（2）个别钻孔要求进行抽水试验，其余井、孔只观测水位、水温（同时观测气温）和采取水样。泉水观测流量、水温（同时观测气温），部分泉水采取水样；（3）观测时间间隔，应根据各矿井具体需要决定。在地下水动态规律没有掌握前，每隔5～7d观测一次，以后每月观测1～3次；在雨季、井下突水、放水或其它特殊情况下，可增加观测次数；在地下水动态变化规律基本掌握后，观测时间间隔可适当延长；（4）在井、孔中测量水温时，须使用缓变温度计，温度计没入水中的时间不应少于5～10min，读至0.1℃;（5）水位观测只准使用测绳、铅钟（或电极接头）和自计水位计、水位遥测仪等测量工具。应重复测量几次，以便相互验证，保证资料的准确性，其差值不得大于2cm，取值可用平均数。如发现异常，要立即分析原因，及时解决。（6）全区井、孔水位观测，最好安装自记水位计或水位遥测自报装置，否则应尽可能在最短时间内完成。若观测孔数量较多且又分散，在人员不足的情况下，应在最短时间，按规定观测路线，固定测量工具，认真观测；（7）每次观测水位前，应仔细检查仪表和测绳长度，以保证观测精度，减少误差。（8）水样采取的数量和次数，要按当地实际情况和规定确定。4、导水裂隙带发育高度的观测目前，采用的观测方法有冲洗液消耗法、回采工作面直接观测法、巷道观测法、钻孔透视法、钻孔电视法等。（1）冲洗液消耗法。此法是通过钻孔在钻进过程中冲洗液的消耗量、岩芯破碎程度和孔内水位变化，来确定冒落带和导水裂隙带的高度。当工作面回采时，顶板岩层发生变形、移动和冒落，充填采空区，在冒落带上方岩层中发育了大量导水裂隙。为了查明导水裂隙带发育高度，在采空区地表沿岩层走向或倾向布置若干个钻孔。钻进中，当冲洗液消耗量明显增加、岩芯破碎、孔内水位急剧下降，说明已进入导水裂隙带。继续钻进，岩芯非常破碎，冲洗液完全消耗，水位消失，判断已进入冒落带。在一般情况下，采用这种方法测定“三带”发育高度是比较正确的，通过实测来指导生产；如果当地面有地表水体和煤层上覆地层中有强含水层时，应谨慎使用。（2）巷道观测法。此法是在回采工作面回采前或回采后的一定时间内，在煤层顶板上方设计开掘专门观测巷道或利用现有生产巷道，在巷道内安装观测仪器或设置观测点，观测回采后引起的岩层变形、移动和破坏的全过程，通过直接观测，所获得的资料比较真实可靠。由于投资大，观测人员的安全保障较差，因此影响观测效果。（3）钻孔透视法和钻孔电视法。钻孔透视法测“三带”，其原理和方法与测定岩溶相同。即在一个钻孔中发射无线电波，另一个钻孔接收电磁波，当电磁波于介质中传播时，由于遇导水裂隙带而衰减为低阻异常。根据异常带的位置，确定导水裂隙带的界面和发育高度。钻孔电视法是在钻孔中用电视摄像部分，在需要观测的深度内对孔壁作360度旋转，观测孔壁岩层受采动破坏情况，并直接由电缆转送到地面的电视机屏幕上。通过直接观测，判断导水裂隙带发育高度及其界面。二、井下水文地质观测井下水文地质观测工作，是随建井和采掘工作同时进行的。其任务是：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；在裁决过程中进行水害分析、预测和防探水；提供防治水工程中的水文地质资料；为钻探、堵水注浆提供观测资料。其观测内容有下列几方面：1)矿井、水平、含水层、煤层、采区和采掘面的用水量观测。2)井巷及采面的突、涌、淋、渗、滴水点的水量、水质、水温观测。3)井下各类水文地质钻孔、地质钻孔的水量、水位（压）、水质、水温的动态观测。4)井巷及井下钻孔揭露含水层、导（阻）水断层、陷落柱、喀斯特裂隙、喀斯特暗河洞穴、涌砂点等的水文地质调查及编录。5)矿井可能的充水通道的水文地质编录。6)定期检查各类防隔水煤柱的留设情况。1、含水层观测当井巷揭露含水层时，较密集裂隙可取1-2平方米，系数裂隙可取4-10平方米的范围内进行观测，观测内容主要有以下几点：应仔细描述其产状、长度、宽度、数量、形状、尖灭情况，岩性、构造、裂隙或岩溶的发育与充填情况、揭露点的位置及标高、出水形式、涌水量、水温等内容。涌水量较大时，应采取水样，并通过长期观测，及时掌握该含水层在采煤过程中的水量变化规律。2、裂隙、岩溶观测在含水层中掘进时，应选择典型地段进行裂隙调查和统计；应测定裂隙产状、长度、宽度、数量、形状、尖灭情况、观测充填程度及充填物、地下水活动痕迹等内容，并进行裂隙率统计。在碳酸盐岩中掘进时，揭露的溶洞或大型溶隙，都应详细观测记录其标高和长、宽、高度、体积及形态、发育方向、有无填物及其成分，充水情况，岩溶发育与岩性和地质构造的关系、地下水运动痕迹（从溶洞壁上的凹形形状，判断溶洞发育时的地下水流向）等内容。3、断裂带观测断裂带往往是含水层间地下水渗流的主要通道，其本身可以是富水带。当巷道揭露它时，要详细观测和记录断裂带的产状要素、断层性质、断距、断层带宽度、断层带充填物成分和胶结程度及断层带两侧岩层的岩性、裂隙产状和宽度及发育程度，揭露时的出水量及持续时间、水压、水温，并应采取水样。根据断裂带的观测，可判断被华表水源及在走向方向上垂深增加时的导水性、富水性变化情况、隔水性能及其变化。4、突水点观测掘进巷道时，如果遇到突水点，必须及时进行观测记录。其内容包括突水的时间、地点、位置、标高、含水层层位及岩性、厚度、出水形式、围岩破坏情况等，并测定涌水量、水压、水温、水质等。如果突水点流量比较大，还要求设站观测其动态变化，绘制出水量变化曲线图和突水点剖面图。5、出水征兆观测随着采掘工作面向前推进，应经常观测巷道及回采工作面是否有发潮、滴水、淋水、顶底板岩石变形（底鼓、顶板冒落、片邦、岩石膨胀、巷道断面缩小等）、支柱变形（支柱弯曲、支柱折断）现象。这些现象都可能是突水的征兆，应详细记录。如果上述情况进一步发展，有必要加强观测，并提出处理的。6、涌水量观测在井下出水点和井巷排水系统中，选择具有代表性的位置设置流量观测点。一般要求布置在各巷道排水沟的出口处、排水石门出口处、各巷道汇入水仓处、出水点附近及新揭露的出水点。如果生产矿井有几个开采水平时，必须分别测得每一水平的涌水量。斜井、竖井有滴水、淋水时，亦须设站观测。所有各观测点的涌水量总和，即是全矿井总涌水量。建井时，竖井、斜井每延伸10米需观测一次涌水量；当揭露新含水层时，虽不到规定的距离，也应在含水层的顶底板各观测一次涌水量。矿井涌水量一般是分矿井、分水平设站进行观测，每月观测1～3次。复杂型和极复杂型矿井应分煤层、分地区、分主要出水点设站进行观测，每月观测不少于3次。受降水影响的矿井，雨季观测次数应适当增加。井下疏水降压钻孔（疏放老空水），每小时观测1～2次涌水量及水压，待基本稳定后再按正常观测要求进行。对井下新揭露的出水点，在涌水量尚未稳定或未掌握其变化规律前，一般应每天观测一次。对溃入性涌水，在未查明突水原因前应每隔1～2小时观测一次，以后可适当延长观测间隔时间。涌水稳定后，按井下正常观测时间观测。当采掘工作面上方影响范围内有地表水体、富含水层、穿过与富含水层相联通的构造断裂带或接近老窑积水区时，应每天观测充水情况，掌握水量变化。矿井涌水量观测应注重观测的连续性和精度。常采用容积法、堰测法、流速仪法、水泵有效功率及水仓内水位上升值计算法等。一般在排水沟出口处安装堰板，采用堰测法；分散淋水、滴水地段，采用容积法；水量大的排水沟内可使用小型流速仪法。干旱地区的矿井，井下涌水量一般较小，可每月观测一次。7、井下突、涌、淋、滴、渗水点的观测：1)出水时间（年、月、日、分）。2)出水地点以巷道最近的导线点控制其位置，以便算出准确坐标、标高；突、涌水点填绘在裁决工程图和充水性图上。3)出水层位、厚度、岩性，喀斯特裂隙发育情况，出水形式、出水点顶底板围岩压力的显现变化情况。4)出水点水的颜色、温度、透明度、口感、气味等物特质，并取样进行水质分析。5)周围出水点和观测孔的水量、水位（水压）变化情况，判断出水水源及影响范围。三、水文地质图的编制及内容通过观测，获取大量的实际资料。对获得的资料应及时进行整理和综合分析研究，定期编制成各种曲线图和平面图，供生产部门使用，解决生产疑难问题。1、矿井涌水量与各因素的关系曲线图首先将涌水量观测资料按月、年、生产水平进行统计，汇总成表。然后将涌水量与降水量、采煤量、采掘面积、开采深度及巷道长度等因素进行比较，并根据这些资料编制出以下各种曲线图：1)涌水量与降水量关系曲线图；2)涌水量与开采深度关系曲线图；3)涌水量与巷道长度关系曲线图；4)富水系数与降水量关系曲线图。2、矿井充水性图矿井充水性图是综合记录井下实测水文地质资料的图纸，是分析矿井充水规律、开展水害预测、制定井下防治水措施的主要依据之一。采用采掘工程平面图作底图进行编制。比例尺为1：5000—1：2000，主要内容有：1)各种类型出（突）水点的编号（注明出水日期）、涌水量、水位（水压）、水温、涌水特征；2)古井、废弃井巷、老塘、老硐、矸石窝等的积水范围和积水量；3)井下水闸门、水闸墙、防水煤柱、放水钻孔、疏水石门、泵房、水仓、水泵台数及能力等；4)井下输水路线及观测站位置，主要观测成果（正常涌水量）；5)出水征兆位置（包括巷道变形等）；6)导水、富水断层及其它。矿井充水性图是根据水文地质条件的变化而定期编制的（随着井巷掘进和采区扩大及采空区面积增加，矿井涌水量、出水点也在不断增加和变化，有的出水点经过一段时间的疏降干涸了，有的则相反）。水文地质条件复杂和极复杂的大水矿井，每3～6个月补绘一次；水文地质条件中等的矿井，一般每年编制一次；水文地质条件简单的矿井，由于不存在水害威胁，没必要每年重新编制，可视具体情况而定。3、矿井综合水文地质图它是反映矿井水文地质条件的图纸之一，时进行防治水的主要参考依据。一般在井田地形地质图的基础上编制，比例尺为1：2000—1：10000。主要内容有：1)基岩含水层露头（包括岩溶）及冲积层底部含水层（流砂、沙砾、红僵层等）的平面分布状况。2)地表水体，水文观测站，井，泉分布位置及陷落柱范围。3)水文地质钻孔及其抽水试验成果。4)基岩等高线（适用于隐伏煤田）。5)已开采井田井下主干巷道、矿井回采范围及井下突水点资料。6)含水层等水位（压）线。7)老窑、小煤矿位置及开采范围和涌水情况。8)有条件时，划分水文地质单元，进行水文地质分区。矿井水文地质图，每1～5年补充修改一次。4、矿井综合水文地质柱状图它是反映含水层、隔水层及煤层之间的组合关系和含水层数、厚度及富水性的图纸。一般采用相应比例尺随同矿井综合水文地质图一道编制。主要内容有：1)含水层时代名称、厚度、岩性、岩溶发育情况。2)各含水层水文地质试验参数。3)各含水层的水质类型。5、矿井水文地质剖面图它主要是反映含水层、隔水层、褶曲、断裂构造等和煤层之间的空间关系，主要内容有：1)含水层岩性、厚度、埋藏深度、岩溶裂隙发育深度。2)水文地质孔、观测孔及其试验参数和观测资料。3)地表水体及其水位。4)主要井巷位置。6、矿井含水层等水位（压）线图它主要反映地下水的流畅特征。水文地质复杂型和极复杂型的矿井，对主要含水层（组）应坚持定期绘制，以对照分析矿井疏干动态。比例尺为1：2000—1：10000.主要内容有：1)含水层、煤层露头线、主要断层线。2)水文地质孔、观测孔，井、泉的地面标高，孔（井、泉）标高和地下水位（压）标高。3)河、泉、山塘、水库、塌陷积水区等地表水体观测站位置、地面标高和同期水面标高。4)矿井井口位置、开拓范围和公路、铁路交通干线。5)绘制地下水等水位（压）线，表示地下水流向。6)绘制可采煤层底板下隔水层等厚线（当受开采影响的主含水层在可采煤层底板下时）。7)井下涌水、突水点位置及涌水量图。7、区域水文地质图它一般在1：10000—1：100000区域地质图的基础上经过水文地质调查之后编制。成图的同时，尚需写出编图说明书。主要内容有：1)地表水系、分水岭界线、地貌单元划分。2)主要含水层露头、松散层等厚线。3)地下水天然出露点及人工揭露点。4)岩溶形态及构造破碎带。5)水文地质钻孔及其抽水试验成果。6)地下水等水位线，地下水流向。7)划分地下水补给、径流，排泄区。8)划分不同水文地质单元，进行水文地质分区。9)附相应比例尺的区域水文地质柱状图、区域水文地质剖面图。8、矿区岩溶图岩溶特别发育的矿区，应根据调查和勘探的实际资料编制矿区岩溶图。为研究岩溶的发育分布规律和矿井岩溶水防治提供参考依据。岩溶图的形式可根据具体情况编制成岩溶分布平面图、岩溶实测剖面图或展开图等。（1）岩溶分布剖面图可在矿井综合水文地质图的基础上填绘岩溶地貌、汇水封闭洼地、落水洞、地下暗河的进出水口、天窗、地下水的天然出露点及人工出露点、岩溶塌陷区、地面水和地下水的分水岭等。（2）岩溶实测剖面图或展开图，时根据对溶洞或暗河的实际测绘资料编制。三、专门性水文地质图的编制内容煤矿疏降地下水和矿区供水为目的的专门向水文地质图，一般须编制以下五中图件：1、潜水埋藏深度图它是反映某一时刻的潜水埋藏深度及其规律性的图纸。由于潜水位埋藏深度是随降水及工农业供水等自然、人为因素的影响而始终变化着，因此必须根据不同季节编制此图。为了提高编图精度，出水点尽可能均匀分布。每个出水点除编号外，还应标注出各出水点的标高、水位埋藏深度和观测日期（如15#井）。在编制时，要求将各水点的观测数据标注出，并用箭头指示出地下水运动方向。在可能条件下，要附1-2条具有代表性的潜水埋藏深度剖面图。2、含水层富水性图它是根据水文孔抽水试验的单位涌水量编制而成的。抽水孔多，抽水试验次数愈多，该图的精度愈高。要求将抽水试验的水文孔标于图上，并注示孔号和其标高及单位涌水量，再按含水层的单位涌水量大小划分等级。3、主要含水层等厚线图和隔水层等厚线图在地形图上或有经、玮网的平面图上投上一定数量的钻孔，在钻孔两侧分别标出孔号、标高、含水层和隔水层的厚度，等厚线间距按具体情况而定。含水层和隔水层的厚度必须是真厚度。如果钻孔数量多，分布较均匀，则等厚线图的精度亦高；若钻孔数量不多，且分布不均匀，则钻孔少的地段等厚线精度不高。根据图上等厚线的疏密程度，可反映出勘探区内含水层和隔水层厚度在水平方向上的变化情况。主要含水层等厚线图和隔水层等厚线图对于研究主要可采煤层顶、底板的含水层厚度变化和其富水性，以及隔水层的厚度变化及其隔水性等，具有重要价值。4、水化学图水化学图是通过对同一含水层的水质分析资料进行整理、综合后编制成各种形式的图。其中包括各种离子等值线图、总矿化度图、水化学类型图等。编图时，应将所有符合质量标准的水样点放在图上，点的分布要均匀，具有代表性。两次采样不同时间的水样分析结果，不允许在同一张图上列出。矿化度的分级，应按当地的实际情况来确定。水化学类型的区和亚区的划分原则：区，依据主要阴离子的含量；亚区，依据次要阴离子或阳离子的含量。区用不同颜色表示，亚区用不同线条表示。