CN102937724B - 一种露天煤矿采场底部岩层的探测方法 - Google Patents
一种露天煤矿采场底部岩层的探测方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种露天煤矿采场底部岩层的探测方法，包括以下步骤：对采场底部岩层进行物探，获取隔水层的分布和厚度、含水层的分布和厚度、断层分布和断层落差的初步数据；根据物探的初步数据，对隔水层、含水层、断层进行钻孔勘探，根据钻孔勘探获取的隔水层的分布和厚度、含水层的分布和厚度、断层分布和断层落差的准确数据，对水库进行初步选址；对初步选定水库的岩层进行取样，获取岩层样品的渗透性系数和透水率；根据渗透性系数和透水率，确定水库地址。本发明通过物探和钻孔勘探初步选定水库地址，然后通过对岩层样品的分析，来获取岩层的渗透性系统和透水率，最后根据渗透性系统和透水率选取防渗性能最佳的水库。从而能够合理地利用地下水库，保护地下水资源。
Description
技术领域
本发明涉及采矿工程领域，尤其涉及一种露天煤矿采场底部岩层的探测方法。
背景技术
针对煤炭开采过程中矿井水，目前主要以抽排为主，大量的矿井水被排出矿区，一方面造成了水资源的浪费，另一方面占用大量土地，对地表土壤植被造成污染。特别是露天煤矿在开采过程中，首先需要进行矿体疏干，将开采地层的地下水降至开采水平以下，以保证正常生产和安全。这些矿井水被经过地面净化处理后排放，形成了大范围的水坑，占用了大量的土地资源，同时，由于矿区多处于干旱地区，地表蒸发量大，大量的水资源被蒸发造成水资源浪费，且目前大多数矿区矿井水仅仅经过简单净化处理，含有大量的污染元素，对地表土壤和植被造成了严重污染。煤炭开采过程中水资源的保护和利用已成为煤炭开采特别是露天煤矿开采面临的严峻问题。
露天煤矿在开采过程中，随着地层的剥离将形成矿坑。如果能在这些矿坑中选取合理位置，建立储水空间，在露天矿回填过程中形成地下水库，同时构筑回灌水和抽水管道，进行水体的调配，实现水资源在地下的储存和利用，就能解决水资源在地面的被蒸发浪费的问题，同时节省了土地面积。而建设地下水库的一个重要问题就是防渗要求，特别是针对水库建设对底板的要求进行特殊的探测。因此，为建设地下水库，保护和利用水资源，有必要开展针对坑底底板的地质探测，为选择合理的地下水库建设地址提供参考。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能够合理调配水资源的分布式地下水库及其导流方法。
本发明提供一种露天煤矿采场底部岩层的探测方法，包括以下步骤：
对采场底部岩层进行物探，获取隔水层的分布和厚度、含水层的分布和厚度、断层分布和断层落差的初步数据；
根据物探的初步数据，对隔水层、含水层、断层进行钻孔勘探，根据钻孔勘探获取的隔水层的分布和厚度、含水层的分布和厚度、断层分布和断层落差的准确数据，对水库进行初步选址；
对初步选定水库的岩层进行取样，获取岩层样品的渗透性系数和透水率；
根据渗透性系数和透水率，确定水库地址。
优选地，所述对水库进行初步选址的步骤包括：选取隔水层的厚度为3-10米、无断层或断层落差小于3米、无岩溶发育区域、岩层分布均匀的地质环境作为初步选定水库。
优选地，所述确定水库地址的步骤包括：当渗透性系数≥100厘米/秒和透水率≥100吕荣时，重新探测选取水库地址。
优选地，所述确定水库地址的步骤包括：当渗透性系数＜10-6厘米/秒和透水率＜1吕荣时，确定为最终水库地址
优选地，所述对采场底部岩层进行物探的步骤还包括岩溶探测，岩溶探测进一步包括探测岩溶洞穴的分布、被覆盖岩溶区的基岩溶蚀带及地下水的平面分布。
优选地，所述对隔水层、含水层、断层进行钻孔勘探的步骤还包括，对岩溶地区的钻孔应穿过岩溶强烈发育带。
优选地，所述对采场底部岩层进行物探的步骤还包括对区域构造背景进行分析，对区域构造背景进行分析进一步包括：
对采场底部周围300千米范围内的地层岩性、表层和深部构造、区域性活断层、现代构造应力场、重磁异常及地震活动进行分析；
调查采场周边20-40千米范围内的区域性断裂及其活动性；
对周边8千米范围内的构造地质进行整理和测量，判断对水库底部有影响的活断层。
优选地，所述对隔水层、含水层、断层进行钻孔勘探的步骤还包括：钻孔的深度应进入到隔水层、相对隔水层或枯水期地下水位以下5-10米的位置。
优选地，根据所述对采场底部岩层进行物探的步骤和所述对隔水层、含水层、断层进行钻孔勘探的步骤获取的数据，绘制水库区综合地质图、地质剖面图和坝体基岩地质图。
优选地，所述对初步选定水库的岩层进行取样的步骤还包括，从表面到表层以下3-5米内的岩层进行取样。
采用上述技术方案后，具有如下有益效果：本发明通过物探和钻孔勘探初步选定水库地址，然后通过对岩层样品的分析，来获取岩层的渗透性系统和透水率，最后根据渗透性系统和透水率选取防渗性能最佳的水库。从而能够合理地利用地下水库，保护地下水资源。
附图说明
图1是本发明一实施例中采场底部区域的分布；
图2是图1中的断层的剖视图。
具体实施方式
下面结合附图来进一步说明本发明的具体实施方式。
露天煤矿采场底部岩层的探测方法，包括以下步骤：
对采场底部岩层进行物探，获取隔水层的分布和厚度、含水层的分布和厚度、断层分布和断层落差的初步数据；
根据物探的初步数据，对隔水层、含水层、断层进行钻孔勘探，根据钻孔勘探获取的隔水层的分布和厚度、含水层的分布和厚度、断层分布和断层落差的准确数据，对水库进行初步选址；
较佳地，选取隔水层的厚度为3-10米、无断层或断层落差小于3米、无岩溶发育区域、岩层分布均匀的地质环境作为初步选定水库。因为具有一定厚度的隔水层不易渗水；断层落差过大，容易形成渗水通道；岩溶发育区域也容易渗水；岩层分布均匀的地址环境稳定。因此，同时满足上述条件的地址环境可以初步选定为较佳的水库地址，是否能够确定为最终的地址，需要对初步选定水库的岩层的渗透性系统和透水率进行检测。
对初步选定水库的岩层进行取样，获取岩层样品的渗透性系数和透水率；
根据渗透性系数和透水率，确定水库地址。
较佳地，如表1所示，根据《水利水电工程地质勘查规范GB50287-99》制定采场底部岩层渗透性等级分类标准，作为水库建设选址的重要依据。如果渗透性等级为第一等级，则可以直接作为水库使用；如果为第二等级就需要采取适度防渗工程才可以使用，例如：利用高密度聚乙烯膜、膨润土防水垫、无纺布排水网等防渗材料作为防渗结构层；如果为第三等级，需要实施高强度防渗工程，例如：制作防渗墙作为防渗结构层；如果为第四等级，需要对其他地区重新探测，选取适合的水库。
表1
较佳地，所述对采场底部岩层进行物探的步骤还包括岩溶探测，岩溶探测进一步包括岩溶洞穴的分布、被覆盖岩溶区的基岩溶蚀带及地下水的平面分布。当所探测的岩层中有岩溶洞穴时，需要针对岩溶洞穴的特性，进行专门的探测。
较佳地，所述对岩层、隔水层、含水层、断层进行钻孔勘探的步骤还包括，对岩溶地区的钻孔应穿过岩溶强烈发育带。岩溶强烈发育带指该区域岩溶分布广泛、相对隔水层厚度小于3米、洞穴分布多、易形成导水通道等的地质带。因此，岩溶强烈发育带会影响到水库库体的渗透，对岩溶地区的钻孔应穿过岩溶强烈发育带。
较佳地，所述对采场底部岩层进行物探的步骤还包括对区域构造背景进行分析，进一步包括：
对采场底部周围300千米范围内的地层岩性、表层和深部构造、区域性活断层、现代构造应力场、重磁异常及地震活动进行分析；
调查采场周边20-40千米范围内的区域性断裂及其活动性；
对周边8千米范围内的构造地质进行整理和测量，判断对水库底部有影响的活断层。
活断层指现今在持续活动的断层，或在近期地质时期曾经活动过，极有可能在不远的将来重新活动的断层。活断层是断层的一种，是还未处于稳定状态的断层，对岩层的防渗性会产生影响。因此，结合矿区地质勘探，对区域构造背景进行分析，有利于更准确的掌握岩层的地质情况，确保水库的防渗性、稳定性。
较佳地，所述物探是采用电法和三维地震勘探。
较佳地，所述对岩层、隔水层、含水层、断层进行钻孔勘探的步骤还包括，根据《水利水电工程地质勘察规范》相关规定，钻孔的深度应进入到隔水层、相对隔水层或枯水期地下水位以下5-10米的位置。
较佳地，根据所述对采场底部岩层进行物探的步骤和所述对岩层、隔水层、含水层、断层进行钻孔勘探的步骤获取的数据，绘制水库区综合地质图、地质剖面图和坝体基岩地质图。地质剖面图就是是按一定比例尺，表示地质剖面上的地质现象及其相互关系的图件，本发明中主要是指地质横剖面图，就是从采场底部开始的岩层分布、各岩层厚度、岩性、含水层和隔水层分布及厚度、断层和节理裂隙分布等。其作用用来水库初次选址，水库选址应该在岩层构造简单、地势相对较低的位置。
较佳地，所述对初步选定水库的岩层进行取样的步骤还包括，从表面到3-5米内的岩层进行取样。由于坝体厚度通常为3-5米左右，对比库底，也只需要对3-5米之内岩层进行渗透性分析，确定是否需要进行防渗工程。
<实施例>
如图1所示,将采场底部分为四个区域A,B,C和D区，分别进行采场底部物探、钻孔勘探、岩层取样及综合分析等步骤。通过物探得知，该区域无岩溶分布和地层下部无含水层分布，B区和D区经过断层。从图2的断层剖视图中可以看出，该断层落差约为15米，属于大断层，易形成底部导水通道，因此，B和D区不适合作为水库选址。
进一步对岩层进行取样，对底部岩层进行渗透性实验，测量获得A区和C区的平均渗透系数分别为0.8*10-6cm/s和1.5*10-4cm/s，平均透水率分别为0.9Lu和1.3Lu。平均渗透系数和平均透水率是对某个区域的多点取样结果的平均值。参照表1进行综合分析，最后，优选A区作为地下水库的建设地址。
本发明通过物探和钻孔勘探初步选定水库地址，然后通过对岩层样品的分析，来获取岩层的渗透性系统和透水率，最后根据渗透性系统和透水率选取防渗性能最佳的水库。从而能够合理地利用地下水库，保护地下水资源。
以上所述的仅是本发明的原理和较佳的实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在本发明原理的基础上，还可以做出若干其它变型，也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种露天煤矿采场底部岩层的探测方法，其特征在于，包括以下步骤：
对采场底部岩层进行物探，获取隔水层的分布和厚度、含水层的分布和厚度、断层分布和断层落差的初步数据；
根据物探的初步数据，对隔水层、含水层、断层进行钻孔勘探，根据钻孔勘探获取的隔水层的分布和厚度、含水层的分布和厚度、断层分布和断层落差的准确数据，对水库进行初步选址；
对初步选定水库的岩层进行取样，获取岩层样品的渗透性系数和透水率；
根据渗透性系数和透水率，确定水库地址；
其中，当渗透性等级为第一等级，渗透性系数＜10-6厘米/秒和透水率＜1吕荣时，则可直接作为水库使用，确定为最终水库地址；
当渗透性等级为第二等级，10-6厘米/秒≤渗透性系数＜10-4厘米/秒和1吕荣≤透水率＜10吕荣时，则采取适度防渗工程，包括利用高密度聚乙烯膜、膨润土防水垫、无纺布排水网防渗材料作为防渗结构层；
当渗透性等级为第三等级，10-4厘米/秒≤渗透性系数＜100厘米/秒和10吕荣≤透水率＜100吕荣时，则实施高强度防渗工程，包括制作防渗墙作为防渗结构层；
当渗透性等级为第四等级，渗透性系数≥100厘米/秒和透水率≥100吕荣时，则对其他地区重新探测，重新选取水库地址。
2.根据权利要求1所述的探测方法，其特征在于，所述对水库进行初步选址的步骤包括：选取隔水层的厚度为3-10米、无断层或断层落差小于3米、无岩溶发育区域、岩层分布均匀的地质环境作为初步选定水库。
3.根据权利要求1所述的探测方法，其特征在于，所述对采场底部岩层进行物探的步骤还包括岩溶探测，岩溶探测进一步包括探测岩溶洞穴的分布、被覆盖岩溶区的基岩溶蚀带及地下水的平面分布。
4.根据权利要求3所述的探测方法，其特征在于，所述对隔水层、含水层、断层进行钻孔勘探的步骤还包括，对岩溶地区的钻孔应穿过岩溶强烈发育带。
5.根据权利要求1所述的探测方法，其特征在于，所述对采场底部岩层进行物探的步骤还包括对区域构造背景进行分析，对区域构造背景进行分析进一步包括：
对采场底部周围300千米范围内的地层岩性、表层和深部构造、区域性活断层、现代构造应力场、重磁异常及地震活动进行分析；
调查采场周边20-40千米范围内的区域性断裂及其活动性；
对周边8千米范围内的构造地质进行整理和测量，判断对水库底部有影响的活断层。
6.根据权利要求1所述的探测方法，其特征在于，所述对隔水层、含水层、断层进行钻孔勘探的步骤还包括：钻孔的深度应进入到隔水层、相对隔水层或枯水期地下水位以下5-10米的位置。
7.根据权利要求1所述的探测方法，其特征在于，根据所述对采场底部岩层进行物探的步骤和所述对隔水层、含水层、断层进行钻孔勘探的步骤获取的数据，绘制水库区综合地质图、地质剖面图和坝体基岩地质图。
8.根据权利要求1所述的探测方法，其特征在于，所述对初步选定水库的岩层进行取样的步骤还包括，从表面到表层以下3-5米内的岩层进行取样。
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