【摘要】：水害是造成煤礦群死群傷事故的主要地質(zhì)災(zāi)種,研究煤礦(井)地下水賦存的地質(zhì)控制機理和規(guī)律、預(yù)測富水區(qū)分布,是制定煤礦防治水措施、提高煤炭科學(xué)產(chǎn)能的重大科學(xué)命題。內(nèi)蒙古自治區(qū)與陜西省接壤區(qū)分布有許多大型現(xiàn)代化礦井,煤礦生產(chǎn)時常受到水害威脅。本文以沉積地質(zhì)學(xué)、層序地層學(xué)、水文地質(zhì)學(xué)、及巖相古地理學(xué)理論為指導(dǎo),以烏審旗-橫山地區(qū)延安組3-1煤層(首采煤層)至直羅組為重點研究層位,采用現(xiàn)場調(diào)研、試樣分析、信息集成、定性與定量相結(jié)合的方法,從沉積作用、成巖作用剖析了研究區(qū)水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)的層序地層控制、巖相古地理面貌及富水性的沉積控制機理與規(guī)律,預(yù)測了富水區(qū)分布。結(jié)果表明:(1)區(qū)內(nèi)發(fā)育6種層序界面。Aalenian-Bajocian期沉積充填序列劃分為3個(三級)層序(層序Ⅰ、層序Ⅱ、層序Ⅲ),Bathonian-Callovian期有2個(三級)層序(層序Ⅳ、層序Ⅴ),每個層序由低位體系域(LST)、水進體系域(TST)和高位體系域(HST)組成。層序Ⅲ水進體系域、高位體系域因受剝蝕和上部河道沖刷作用而保留較差;層序Ⅳ、Ⅴ的各體系域發(fā)育較完整。3-1煤層頂板至直羅組含水層主要賦存在層序Ⅲ、層序Ⅳ、層序Ⅴ低位體系域的河流、層序Ⅳ、層序Ⅴ水進體系域分流河道中;隔水層主要發(fā)育在高位體系域的三角洲平原泛濫平原及沼澤環(huán)境。(2)Bajocian期層序Ⅱ(高)+Ⅲ(低)物源來自NE,古流向NE-SW;Bathonian期層序Ⅳ、Callovian期層序Ⅴ期物源來自NW,古流向NW-SE。Bajocian期3-1煤層至2-2煤層、2-2煤層至2-1煤層砂體為分流河道沉積,發(fā)育差;Bajocian期“真武洞砂巖”、Bathonian期“七里鎮(zhèn)砂巖”及Callovian期“高橋砂巖”為河道及分流河道沉積。(3)3-1煤層頂板至直羅組含水層劃分為粗粒砂巖、中粒砂巖、細粒砂巖及粉砂巖四類;隔水層劃分為泥質(zhì)(粉)砂巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂質(zhì)泥巖及泥巖四類。區(qū)內(nèi)是以孔隙為主要賦水空間的含水層,含水層劃分為承壓強、中等及弱透水孔隙含水層。層序Ⅱ(高)+Ⅲ(低)粗砂巖含水層為承壓強透水孔隙含水層;層序Ⅱ(高)+Ⅲ(低)中粒砂巖、層序Ⅳ、Ⅴ粗、中粒砂巖含水層為承壓中等透水孔隙含水層;層序Ⅱ(高)+Ⅲ(低)、層序Ⅳ、Ⅴ細粒砂巖、粉砂巖含水層為承壓弱透水孔隙含水層。(4)河道砂體分選性、磨圓度較分流河道好,比決口扇、天然堤、泛濫平原、河漫灘更好,有效孔隙度和滲透率高,透水性強。同一古河道中,河道邊部向中心的砂體有效孔隙度和滲透率變大,透水性增強。平面上,河流上游至下游表現(xiàn)為:分選性和磨圓度越好,基質(zhì)含量越低,有效孔隙度和滲透性越高。(分流)河道中心單層砂厚度大、粒度粗、砂地比高,向兩側(cè)厚度變小,粒度變細,砂地比降低。砂巖孔滲條件呈層序Ⅱ(高)+Ⅲ(低)層序Ⅳ層序Ⅴ規(guī)律。含水層滲透系數(shù)隨有效孔隙度增加呈指數(shù)增加,隨有效孔隙度增大到一定程度,其微小變化會引起滲透系數(shù)較大變化,有效孔隙度與含水率呈正線性關(guān)系。含水層砂巖自生礦物塑性彎曲變形、定向排列、脆性礦物貼面接觸;鈣質(zhì)、泥質(zhì)膠結(jié)及石英、長石次生加大,使其孔滲條件變差;鈣質(zhì)含量高則透水能力強;長石溶蝕作用改善煤層頂板物性。后期成巖作用后砂體均質(zhì)性增強,孔滲條件、透水性變好。(5)采用五度法將3-1煤層至直羅組間富水區(qū)類型評價為強富水區(qū)、較強富水區(qū)、中等富水區(qū)、較弱富水區(qū)和弱富水區(qū)。強富水區(qū)主要分布于古河道中心或分流河道下游中心砂體分布區(qū);較強富水區(qū)主要分布在河道邊緣部中心或分流河道上游中心部位;中等富水區(qū)主要分布在河道邊緣及分流河道上游部位;較弱富水區(qū)主要分布在古河道邊緣及河漫灘、泛濫平原等部位;弱富水區(qū)主要分布在河漫灘、泛濫平原及沼澤等沉積部位。預(yù)測結(jié)果在巴彥高勒礦井311306工作面和311201工作面回采中被證實是合理可靠的。
【學(xué)位授予單位】：煤炭科學(xué)研究總院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TD745
【圖文】：

圖 1.1 2017 年煤礦各類事故統(tǒng)計（據(jù)國家煤礦安全監(jiān)察局，2017）.1.1 Coal mine accidents Statistics of 2017（according to the State Coal Mine Supervision Bureau,2017）礦水害事故發(fā)生的原因十分復(fù)雜，其中礦井水文地質(zhì)條件不清，尤

第 2 章 研究區(qū)水文地質(zhì)背景第 2 章 研究區(qū)水文地質(zhì)背景2.1 自然地理研究區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)烏審旗、陜西省橫山縣及榆林市榆陽區(qū)境內(nèi)，地理坐標為東經(jīng) 108°51′08″~109°35′42，北緯：37°58′11″~39°03′11″，平面形態(tài)為不規(guī)則多邊形，面積 2447km2（圖 2.1）。研究區(qū)地處黃土高原與毛烏素沙漠過渡帶，毛烏素沙漠東緣，地形總體呈東北部高、西南部低，海拔高度+1086.6m~+1341.2m，地形最大高差 254.6m。地表大部分被風(fēng)積沙覆蓋，僅在麻界、大墩梁等地見黃土梁崗地貌，沙體形態(tài)有新月形、波狀，表生稀疏的沙蒿、沙柳（圖 2.2）。

【參考文獻】

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本文編號：2725243