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潘家窑煤矿副斜井涌水水源的研究

作　者: 刘媛
导　师: 赵志怀
学　校: 太原理工大学
专　业: 水文学及水资源
关键词: 矿井涌水涌水水源构造应力场水化学
分类号: TD742
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

矿井涌水是煤矿安全生产过程中最具有威胁性的重大灾害之一,其人员伤亡大,经济损失列于煤矿三大事故的榜首,一直被认为是世界产煤国家面临的重大开采难题之一。我国煤炭地质条件复杂,随着开采环境的日趋复杂、开采深度的逐渐加大、水压及地应力也加大,采矿过程中发生涌水事故的频率增大。矿井涌水现象的发生,受地质构造、水文地质条件和开采条件等因素的影响,任何单一因素的研究都不足以对矿井涌水的规律做出合理的判断。因此,研究矿井涌水来源问题时必须要考虑影响矿井涌水的多种因素的综合作用效果及综合作用下各因素之间的相互关系,才能更加准确地判断出矿井涌水的来源。研究矿井涌水来源一般从涌水通道及涌水水源两个方面进行判定处理,只有找到了涌水通道及涌水水源,才能有目的性地去解决矿井涌水问题。因此,准确判别矿井涌水水源及涌水通道是解决和预防涌水灾害的关键问题、是矿井防治水的前提,对预防涌水事故发生、保障煤炭安全开采的顺利进行有着重要的意义。为了更好地了解研究区范围内的水文地质条件及特征,本研究进行了水文地质研究工作,具体包括有野外水文地质调查、水文地质钻探、水文地质物探、水文地质试验及水化学采样分析工作。通过野外水文地质调查工作,对研究区地下水特征、地质构造、地层岩性、地貌、水文、气候、植被等进行调查、分析,基本查清了研究区地表水、地下水及构造条件；水文地质钻探工作共设计水文地质钻孔10个,其中抽水试验孔2个,观测孔8个,确定了含水层的埋藏深度、厚度、岩性、空隙率和分布状况、各含水层之间及含水层与地表水体之间的水力联系,进行了地下水位动态观测,并为进一步的分析工作提供水样；抽水试验及提水试验确定了试验孔的特征曲线及实际涌水量,计算出了含水层的水文地质参数,进而确定了含水层的富水性；水文地质物探确定了研究区的赋水带,为水文地质条件分析提供了依据；采样及水化学分析工作对研究区地下水、七里河水及水库进行了采样分析,并确定了其化学成份、水化学类型。本文首先由构造应力分析知,平朔矿区由于受NW向和NE向的挤压应力作用,形成了313°、62°方向的张节理以及98°、168°和27°、97°方向的两组共轭剪切节理。据调查,在涌水点处发育有北偏东28°方向的剪切节理,该节理切穿了二叠系砂岩、泥岩,副斜井正好揭穿风化了的砂岩节理所形成的裂隙带,构成了涌水通道,将地下水导入副斜井内,形成涌水。根据研究区地下水渗流场图,水库水位和七里河水位均较高,地下水流向为由NE向流至SW方向,说明七里河水及水库水侧渗补给浅层地下水,成为该处地下水的补给来源。其次,本文运用水化学特征分析及模糊聚类分析两种方法相结合,对地下水、七里河水及水库水的水化学背景值进行比较,确定七里河水、水库水及大气降水为潘家窑煤矿副斜井的涌水水源,其中,七里河水为其主要来源。最后,本文利用灰色关联度方法对突水水源及涌水点的水样进行了多变量关联计算与分析,进一步分析和验证了大气降水、七里河河水及水库水为潘家窑煤矿副斜井涌水水源的的准确性,并验证了七里河河水为其主要涌水水源的可靠性。

全文目录

摘要  3-6
ABSTRACT  6-13
第一章绪论  13-18
  1.1 研究的目的及意义  13
  1.2 国内外矿井涌水研究现状  13-16
    1.2.1 水位、水温判别法  14
    1.2.2 简易水化学分析法  14-15
    1.2.3 多元统计学方法  15
    1.2.4 非线性分析方法  15-16
  1.3 研究方法及技术路线  16-18
第二章潘家窑井田及研究区概况  18-28
  2.1 潘家窑井田概况  18-21
    2.1.1 开采历史  18
    2.1.2 位置及交通  18-20
    2.1.3 矿区开发及采空情况  20
    2.1.4 周边环境  20-21
  2.2 研究区概况  21-23
    2.2.1 研究区位置  21
    2.2.2 涌水点概况、研究区范围及深度  21-23
  2.3 气象  23-24
    2.3.1 气温  23-24
    2.3.2 日照期、湿度  24
    2.3.3 降水量  24
    2.3.4 蒸发量  24
    2.3.5 风  24
  2.4 地表水系  24-26
    2.4.1 河流  24-25
    2.4.2 水库  25-26
  2.5 地形地貌  26-27
    2.5.1 潘家窑井田地形地貌  26
    2.5.2 研究区地形地貌  26-27
  2.6 社会经济状况  27-28
第三章地质背景条件  28-36
  3.1 区域地质条件构造特征  28-29
    3.1.1 构造体系归属及其形迹特征  28-29
    3.1.2 构造体系的形成时代和生成联系  29
  3.2 研究区附近地质构造特征  29-31
    3.2.1 褶曲  29-30
    3.2.2 断裂  30-31
  3.3 研究区附近地层岩性特征  31-34
  3.4 煤层特征  34-36
第四章水文地质条件  36-46
  4.1 含水层组  37-41
    4.1.1 奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层  37-38
    4.1.2 石炭二叠系碎屑岩裂隙含水岩组  38-41
    4.1.3 第三系、第四系松散含水层组  41
  4.2 隔水层组  41
  4.3 地下水补给、径流、排泄条件  41-43
    4.3.1 地下水的补给条件  41-42
    4.3.2 地下水径流  42
    4.3.3 地下水的排泄条件  42-43
  4.4 井田水文地质类型  43
  4.5 研究区水文地质  43-46
第五章野外水文地质研究  46-71
  5.1 野外水文地质调查  46-47
    5.1.1 地表水的调查  46-47
    5.1.2 地下水的调查  47
    5.1.3 区域应力场的调查  47
  5.2 水文地质钻探  47-49
  5.3 水文地质试验  49-56
    5.3.1 试验类型及设备  49-50
    5.3.2 资料整理及参数计算  50-56
  5.4 水文地质物探  56-70
    5.4.1 高密度电法工作原理与仪器  56-57
    5.4.2 地面工作实施  57
    5.4.3 资料解释  57-58
    5.4.4 结果分析  58-69
    5.4.5 结论验证  69-70
  5.5 采样及水化学分析  70-71
第六章潘家窑矿副斜井涌水来源与途径分析  71-91
  6.1 构造应力场及节理发育分析  71-75
    6.1.1 应变椭球体分析原理  71-72
    6.1.2 构造应力场及裂隙发育规律推断  72-75
  6.2 地下水渗流场分析  75-77
  6.3 基于水化学特征的聚类分析  77-87
    6.3.1 地下水化学成分及特征  77-83
    6.3.2 地下水、七里河水及水库水三者水化学对比分析  83-87
  6.4 灰色关联度法对结果的验证  87-90
    6.4.1 灰色关联度方法  87-89
    6.4.2 灰色关联度的计算  89-90
    6.4.3 灰色关联度法结果分析  90
  6.5 副斜井涌水来源及补给途径的分析  90-91
第七章结论及建议  91-93
  7.1 结论  91-92
  7.2 建议  92-93
参考文献  93-97
致谢  97-99
攻读学位期间发表的学术论文目录  99

潘家窑煤矿副斜井涌水水源的研究

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