基于非線性理論水體下采煤方案優(yōu)化及安全性研究報告書

1、基于非線性理論水體下采煤方案優(yōu)化及安全性研究報告書基于非線性理論水體下采煤方案優(yōu)化基于非線性理論水體下采煤方案優(yōu)化及安全性研究報告及安全性研究報告基于非線性理論水體下采煤方案優(yōu)化及安全性研究報告書目錄1 1、立項的背景與意義、立項的背景與意義.11.1 立項的背景.11.2 技術(shù)目標(biāo).11.3 技術(shù)內(nèi)容.11.4 技術(shù)方法和路線.22地質(zhì)概況地質(zhì)概況.32.1 地層 .32.1.1 新老地層分述.32.1.2 主要含煤地層.82.2 構(gòu)造 .122.2.1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造.122.2.2 礦區(qū)構(gòu)造.133. 礦井水文地質(zhì)概況礦井水文地質(zhì)概況.153.1 井田邊界及其水力性質(zhì) .153.2 含水層

2、與隔水層 .163.3 礦井充水條件 .213.3.1 生產(chǎn)礦井充水特征.213.3.2 礦井充水因素分析.213.4 井田及周邊地區(qū)老窯水分布狀況 .223.5 礦井充水狀況 .234 冒落帶、導(dǎo)水裂隙帶高度計算冒落帶、導(dǎo)水裂隙帶高度計算.244.1 計算理由.244.2 計算公式.244.3 計算結(jié)果.254.3.1 覆巖巖性分析.254.3.2 冒落帶、裂隙帶高度計算.26基于非線性理論水體下采煤方案優(yōu)化及安全性研究報告書4.4 計算結(jié)果分析 .264.4.1 保護(hù)層厚度的選擇.264.4.2 安全性分析.275. 斷層防隔水煤柱安全性驗算斷層防隔水煤柱安全性驗算.285. 1 驗算依據(jù)

3、.285. 2 驗算結(jié)果.286 冒落帶、導(dǎo)水裂隙帶高度數(shù)值模擬冒落帶、導(dǎo)水裂隙帶高度數(shù)值模擬.306.1 hpuy 移動變形預(yù)計軟件簡介.306.2 覆巖內(nèi)部主要影響半徑的確定.336.3 移動變形主矢量計算方法.356.3.1 六個應(yīng)變分量的求取.356.3.2 變形主矢量的計算方法.386.3.3 主應(yīng)變的求取.396.4 drucker-prager準(zhǔn)則的應(yīng)變表達(dá)式.406.5 預(yù)計變形量與判斷破壞與否的計算程序表達(dá).416.6 回采方案裂隙帶高度數(shù)值模擬.426.7 數(shù)值模擬結(jié)果安全性分析.477 固液耦合理論分析安全煤柱的穩(wěn)定性固液耦合理論分析安全煤柱的穩(wěn)定性.487.1 flac

4、3d 軟件簡介.487.1.1 flac3d的優(yōu)點.497.1.2 本構(gòu)模型.497.1.3 計算模式.507.1.4 前后處理功能.507.1.5 主要應(yīng)用領(lǐng)域.517.2 復(fù)雜地質(zhì)條件建模的理論基礎(chǔ)及建模.527.2.1 三次樣條插值的基本原理.527.2.2 利用三次樣條插值法建立三維數(shù)值的步驟.537.2.3 建立模型.54基于非線性理論水體下采煤方案優(yōu)化及安全性研究報告書7.2.4 模型邊界條件.567.2.5 煤巖物理力學(xué)參數(shù)的選取.567.3 塊體固液耦合理論.577.3.1 基本假設(shè).577.3.2 數(shù)學(xué)模型.597.3.3 流體滲流方程的數(shù)值解法.607.3.4 程序設(shè)計.6

5、27.4 模型的求解過程.637.5 計算結(jié)果比較.667.5.1 無滲流作用下煤柱穩(wěn)定分析.667.5.2 有滲流作用下煤柱穩(wěn)定分析.678 蓄水池壩安全性分析蓄水池壩安全性分析.708.1 概率積分法預(yù)計參數(shù)確定 .708.2 地表移動和變形預(yù)計方案 .708.3 預(yù)計結(jié)果 .718.4 壩體采動影響程度分析 .728.4.1 下沉對堤壩影響的安全性分析.728.4.2 水平變形對堤壩的影響分析.749 結(jié)論結(jié)論.76基于非線性理論水體下采煤方案優(yōu)化及安全性研究報告 第 1 頁11 1、立項的背景與意義、立項的背景與意義1.1 立項的背景立項的背景aaaaa 公司 1970 年 8 月動工

6、興建，1977 年 12 月簡易投產(chǎn)，2005年核定生產(chǎn)能力為 60 萬噸/年。目前，正在進(jìn)行 90 萬噸/年改擴建工作。礦井開拓方式為斜井開拓，多水平分區(qū)式開采，布置 14、15 兩個采區(qū)。14 采區(qū)為生產(chǎn)采區(qū)，布置有 14161 綜放工作面，剩余儲量103960 萬噸，預(yù)計 2013 年 2 月份回采結(jié)束，接替面為 14022 工作面，目前正在進(jìn)行擴切眼工作，2013 年元月份開始安裝支架。15 采區(qū)為改擴建區(qū)域，布置有 1501 備采工作面(可采儲量 89.99 萬噸)，目前正在實施瓦斯抽采。采煤方法均為走向長壁放頂煤，全部垮落法管理頂板。根據(jù)以上的工作面接替按排，備采工作面 1501

7、將在瓦斯抽放達(dá)標(biāo)后回采。礦井西部、1501 工作面上山方向鄰接 f19 正斷層，落差020m，走向 n6en16e，傾向 nw，傾角 57。鄰接 f19 斷層處地表位置有西柏澗村西蓄水池，蓄水量不大，通過測量及地理信息系統(tǒng)計算，蓄水量為 8857m3。f19斷層揭露資料較少，因此 f19正斷層在該區(qū)的延展及富水性情況及地表蓄水池對 1501 工作面正常回采影響需要論證；因 1501 工作面煤層較厚，為安全合理留設(shè)斷層防水煤柱，解放更多的煤炭可采資源，對該斷層進(jìn)行固液耦合數(shù)值模擬，以驗證煤柱的穩(wěn)定性具有必要性。1.2 技術(shù)目標(biāo)技術(shù)目標(biāo)根據(jù)實測資料，利用非線性理論，分析研究不同回采方案上覆巖層裂隙

8、帶的發(fā)育范圍，進(jìn)行回采方案優(yōu)化，在資源回收最大化的前提下，提出能夠滿足生產(chǎn)需要的解決方案基于非線性理論水體下采煤方案優(yōu)化及安全性研究報告 第 2 頁21.3 技術(shù)內(nèi)容技術(shù)內(nèi)容利用非線性理論，分析研究水體下采煤的安全性，為水體下采煤提供理論上的支承；提供上覆巖層裂隙發(fā)育范圍的圖紙；在劃定的范圍內(nèi)，設(shè)計各回采方案并進(jìn)行優(yōu)化，并提各方案的施工圖紙；提供基于非線性理論水體下采煤方案優(yōu)化及安全性研究報告。1.4 技術(shù)方法和路線技術(shù)方法和路線利用非線性理論，根據(jù)實測資料，研究上覆巖層主要影響半徑的分布形態(tài)；利用上覆巖層內(nèi)主要影響半徑的分布形態(tài)，研究覆巖內(nèi)裂隙帶的發(fā)范圍；利用數(shù)字標(biāo)高投影法、臨界變形值法劃定

9、煤層回采時的保護(hù)范圍；在劃定的范圍內(nèi)，設(shè)計各回采方案并進(jìn)行優(yōu)化，最終達(dá)到安全回采的目的。 基于非線性理論水體下采煤方案優(yōu)化及安全性研究報告 第 3 頁32地質(zhì)概況地質(zhì)概況2.12.1 地層地層2.1.1 新老地層分述因基巖在區(qū)內(nèi)沒有出露，僅據(jù)礦井和鉆孔揭露資料情況，本區(qū)發(fā)育地層有：古生界奧陶系中統(tǒng)馬家溝組(o2m)，石炭系上統(tǒng)本溪組(c2b)、太原組(c2t)，二疊系下統(tǒng)山西組(p1sh)、下石盒子組(p1x)，上統(tǒng)上石盒子組(p2s)、石千峰組(p2sh)，新生界新近系、第四系(n+q)?，F(xiàn)由老到新分述如下：( (一）一） 、奧陶系中統(tǒng)馬家溝組（o2m）在區(qū)外北部奧陶系中統(tǒng)馬家溝組（o2m）

10、有大面積出露，區(qū)內(nèi)無出露，有 12 個孔揭露，揭露最大厚度 110.76m（10-2 孔） 。其巖性以淺灰色厚層狀灰?guī)r為主，細(xì)晶質(zhì)結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造，局部為白云質(zhì)灰?guī)r。上部夾少許角礫狀灰?guī)r，呈淺灰深灰色，角礫間充填有淺灰色鋁土質(zhì)泥巖及深灰色泥巖透鏡體，具黃鐵礦晶體及結(jié)核，發(fā)育有溶洞和裂隙，裂隙多被次生方解石脈充填。本組產(chǎn)主要動物化石：actinoceras 珠角石armtnoceras 門角石（二）（二） 、石炭系（、石炭系（c c）（1）上統(tǒng)本溪組（c2b）由奧陶系石灰?guī)r頂?shù)揭?煤底，地層厚度為 1.5519.49m，平均厚度11為 12.05m。區(qū)內(nèi)有 15 個孔見及，巖性以淺灰色鋁土質(zhì)泥巖為

11、主，具鮞粒結(jié)構(gòu)，含黃鐵礦結(jié)核及晶體。局部為深灰色泥巖，產(chǎn)植物化石碎片；中部偶爾發(fā)育一層薄灰?guī)r（l0）或薄煤層一 0 煤；中下部為灰白色細(xì)中粗粒砂巖和鋁土質(zhì)泥巖。與下伏奧陶系中統(tǒng)馬家溝組呈平行不整合接觸?；诜蔷€性理論水體下采煤方案優(yōu)化及安全性研究報告 第 4 頁4（2）上統(tǒng)太原組（c2t） 從一 煤層底到 l9灰?guī)r頂，如 l9灰?guī)r不發(fā)育，則以二1煤層下的一層11厚砂巖為界。該組地層厚 95.28125.00m，平均厚度為 110.18m。巖性主要由灰深灰色、灰黑色泥巖、砂質(zhì)泥巖、砂巖、石灰?guī)r和煤層交互組成，為一典型的海陸交互相沉積。一般含 79 層灰?guī)r(即 l1l9)。其中 l8 、l2灰?guī)r全

12、區(qū)發(fā)育，層位穩(wěn)定，為井田內(nèi)主要標(biāo)志層。與下伏本溪組呈整合接觸。本組產(chǎn)植物化石： taeniopteris sp. 帶羊齒屬 pecopteris sp. 櫛羊齒屬 callipteris sp. 美羊齒屬 annularia sp. 輪葉屬 calamites sp. 蘆木屬產(chǎn)動物化石： sinocrinus sp. 中國海百合屬 dictyoclostus taiyuanfuensis 太原府網(wǎng)格長身貝屬dictyoclostus sp. 網(wǎng)格長身貝屬 pentamerus sp. 五房貝屬 pseudoschwagerina sp. 假希瓦格筳屬 triticites sp. 麥粒筳屬 s

13、phenophyllum sp. 楔葉屬 brachythyrina sp. 準(zhǔn)腕孔貝屬 linopteris neuropteroides. 麥網(wǎng)羊齒（三）（三） 、二疊系（、二疊系（p p）（1）二疊系下統(tǒng)山西組（p1sh）由 l9灰?guī)r頂或二1煤層下的一層厚砂巖底至砂鍋窯砂巖（ss）底，厚89.43115.47m，平均厚97.63m，由砂巖、泥巖、砂質(zhì)泥巖和煤層組成?；诜蔷€性理論水體下采煤方案優(yōu)化及安全性研究報告 第 5 頁5含煤6 層（二0、二1、二2、二3、二4、二6） ，二1煤層為全區(qū)主要可采煤層。與下伏太原組呈整合接觸。本組產(chǎn)植物化石： sphenopteris sp. 楔羊齒屬

14、 pecopteris sp. 櫛羊齒屬 neuropteris sp. 脈羊齒屬 calamites sp. 蘆木屬 lepidodendron sp. 鱗木屬 tingia carbonica(scheuk) halle 石炭齒葉 tingia hamaguchii 菱齒葉（2）二疊系下統(tǒng)下石盒子組（p1x）由砂鍋窯砂巖（ss）底至田家溝砂巖（st）底，厚196.62267.40m，平均為 252.25m，主要由砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖組成。據(jù)其沉積特征可劃分為三、四、五、六 4 個煤段。與下伏山西組呈整合接觸。三煤段由砂鍋窯砂巖（ss）底至四煤底砂巖（s4）底，厚 90.90118.17m，

15、平均為 110.47m。底部砂鍋窯砂巖厚 1.0016.50m，平均為 5.47m，為灰綠灰白色，中細(xì)粒砂巖，含黑色泥巖包體，具交錯層理，是下石盒子組較好的標(biāo)志層；其上為一層灰白、淺灰色鋁質(zhì)泥巖，具紫斑，富含菱鐵質(zhì)鮞粒，層位不穩(wěn)定，多相變?yōu)樯百|(zhì)泥巖或泥巖；中上部由紫斑泥巖、灰色砂質(zhì)泥巖及淺灰色、灰色砂巖組成。砂巖、砂質(zhì)泥巖中含豐富的植物化石碎片。四煤段由四煤底砂巖（s4）底至五煤底砂巖（s5）底，厚 37.2076.29m，平均為 55.00m。下部為四煤底砂巖，厚 0.6118.00m，平均為 6.72m，為淺灰色、灰綠色粗中粒砂巖，硅質(zhì)膠結(jié)，含深灰色泥巖包體，具交錯層理；基于非線性理論水體

16、下采煤方案優(yōu)化及安全性研究報告 第 6 頁6中上部為深灰、灰色砂質(zhì)泥巖、泥巖，含鋁質(zhì)具紫斑及菱鐵質(zhì)鮞粒，局部夾砂巖、粉砂巖透鏡體。五煤段由五煤底砂巖（s5）底至六煤底砂巖（s6）底，厚 18.6660.84m，平均為 42.48m，主要由砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖組成。下部為五煤底板砂巖，厚 0.3515.31m，平均為 7.76m，為灰白色、淺灰色細(xì)粗中粒砂巖，含泥質(zhì)條帶及團塊，具平行層理及交錯層理，局部夾泥巖、砂質(zhì)泥巖；上部為紫斑泥巖、砂質(zhì)泥巖。六煤段從六煤底砂巖（s6）底至田家溝砂巖（st）底，厚 31.1065.53m，平均為 44.30m。底部為六煤底砂巖，厚 2.0619.59m，平均為

17、 9.53m，為灰白色、淺灰色的中粒砂巖，交錯層理，含泥質(zhì)包體，局部夾紫斑泥巖；其上為灰色泥巖、砂質(zhì)泥巖，具紫斑，含鋁質(zhì)及鮞粒，產(chǎn)植物化石，局部夾鋁質(zhì)泥巖及砂巖、粉砂巖透鏡體。本組產(chǎn)植物化石：lobatannularia heianeisis 平安瓣輪葉lobatannularia sinensis 中國瓣輪葉gigantopteris sp 大羽羊齒屬pecopteris sp 櫛羊齒屬taeniopteris multinervis 多脈帶羊齒（3）二疊系上統(tǒng)上石盒子組（p2s）由田家溝砂巖（st）底至平頂山砂巖（sp）底，厚274.32322.35m，平均為 320.63m，主要有砂巖、

18、砂質(zhì)泥巖、泥巖組成。按其巖性特征可分為七、八、九三個煤段。與下伏地層呈整合接觸。七煤段由田家溝砂巖（st）底至八煤底砂巖（s8）底，厚108.77123.35m，平均為 114.47m，主要由泥巖、砂質(zhì)泥巖及砂巖組成。基于非線性理論水體下采煤方案優(yōu)化及安全性研究報告 第 7 頁7底部為田家溝砂巖，厚0.9713.03m，平均為6.52 m，為淺灰色、灰白色細(xì)粒粗粒砂巖，成分主要為石英，含少量長石及巖屑，硅質(zhì)膠結(jié)，為該區(qū)較好的標(biāo)志層之一。下部為灰色、深灰色泥巖、砂質(zhì)泥巖，夾砂巖透鏡體，產(chǎn)植物化石及碎片，含 25 層灰色、深灰色硅質(zhì)泥巖，富含海綿骨針。上部為灰色、紫灰色泥巖、砂質(zhì)泥巖，具紫斑。八煤

19、段：由八煤底砂巖（s8）底至九煤底砂巖（s9）底，厚85.9599.91m ，平均為 93.12m m。底部八煤底砂巖厚 1.089.92m ，平均為 3.57m，為灰紫色、灰綠色中細(xì)粒砂巖，局部夾薄層灰紫色砂質(zhì)泥巖及灰綠色粉砂巖，主要礦物成分為石英，次為肉紅色長石，硅質(zhì)膠結(jié)；下部為灰紫色灰黑色泥巖、砂質(zhì)泥巖、砂巖及局部為細(xì)礫巖組成；中上部主要由灰綠色、暗紫紅色紫斑泥巖、砂質(zhì)泥巖、砂巖組成。九煤段：由九煤底砂巖（s9）底至平頂山砂巖（sp）底，厚113.05m(僅一孔見全)。底部九煤底砂巖厚 1.252.36m ，平均為1.80m，為中粒、細(xì)粒砂巖，間夾薄層泥巖，分選較差，泥硅質(zhì)膠結(jié)；中下部為

20、灰綠色、淺灰色細(xì)、中粒砂巖，灰綠紫灰色砂質(zhì)泥巖、泥巖、粉砂巖組成，砂質(zhì)泥巖、泥巖具紫斑，含鋁質(zhì)，砂巖局部夾暗紫色泥巖薄層；上部為暗紫色紫紅色泥巖及砂質(zhì)泥巖，具綠斑 、紫斑，含鋁質(zhì)，夾薄層淺灰色中、細(xì)粒砂巖。該組產(chǎn)植物化石：taeniopteris sp.帶羊齒屬gigantopteris sp.大羽羊齒屬annularia sp.輪葉屬pecopteris sp. 櫛羊齒屬（4 4）二疊系上統(tǒng)石千峰組（p2sh）由平頂山砂巖（sp）底至金斗山砂巖（sj）底，井田內(nèi)僅 97 孔見及， ，且僅發(fā)育 砂、泥巖段和平頂山砂巖段，揭露最大厚度為61.50m。與下伏地層呈整合接觸。基于非線性理論水體下采煤

21、方案優(yōu)化及安全性研究報告 第 8 頁8平頂山砂巖段：井田內(nèi)僅 97 孔見及，其揭露厚度為 7.65m。巖性為灰白淺灰色中、粗粒長石石英砂巖， 主要礦物成分為石英，次為長石及暗色礦物，長石呈肉紅色或灰白色，硅質(zhì)膠結(jié)，具大型交錯層理，分選性差，含綠色礦物、泥巖包體及石英細(xì)礫石，硅質(zhì)膠結(jié)。據(jù)鉆孔及基巖出露資料，巖石多已被風(fēng)化，風(fēng)化后顏色呈褐黃色 、淺紅色，局部中間夾 1 層紫紅色、灰綠色泥巖薄層。砂、泥巖段：本區(qū)鉆孔揭露最大厚度為 53.85m。巖性以紫紅色、灰綠色砂質(zhì)泥巖、泥巖為主，夾灰綠色、紫紅色砂巖。（四）（四） 、新近系第四系、新近系第四系 (n+q)(n+q)本井田內(nèi)新生界地層厚度為 24

22、.61213.24m，平均為 121.56m。主要為淺灰紅色、灰黃色及灰綠色礫石、粘土質(zhì)礫石、砂質(zhì)粘土、粘土組成，礫石大小不一，局部為細(xì)砂；頂部為黃色坡積物及表土組成。與下伏地層呈不整合接觸2.1.2 主要含煤地層井田內(nèi)含煤地層主要為石炭系上統(tǒng)太原組和二疊系下統(tǒng)山西組。石炭系上統(tǒng)太原組（c2t）（1）地層特征從一 煤層底到 l9灰?guī)r頂，如 l9灰?guī)r或二1煤層下的一層厚砂巖為界，11平均厚度為 110.18m，與下伏本溪組呈整合接觸。據(jù)其巖性組合及沉積特征，自下而上分為三段：下部灰?guī)r段自煤層底到 l4石灰?guī)r頂，厚 34.1757.27m，平均厚 40.42m，以11一石灰?guī)r為主，夾灰黑色泥巖、砂

23、質(zhì)泥巖、粉砂巖薄層，含灰?guī)r 4 層（l1、l2、l3、l4） 。l2全區(qū)發(fā)育，厚 1.236.22m，平均 4.96m，為灰色深灰色中厚厚層狀隱晶質(zhì)石灰?guī)r，含燧石結(jié)核及大量動物化石，為該區(qū)主要標(biāo)志層之一。除 l3石灰?guī)r外，各層灰?guī)r之下均有煤層賦存，分為、11一、一2、一4煤層，其中煤層較穩(wěn)定，大部可采，一2煤層局部可采。21一11一基于非線性理論水體下采煤方案優(yōu)化及安全性研究報告 第 9 頁9中部砂泥巖段由 l4石灰?guī)r頂?shù)?l7石灰?guī)r底，厚 41.5749.26m，平均厚 38.52 m，主要由泥巖、砂質(zhì)泥巖、砂巖、薄層灰?guī)r及薄煤層組成。泥巖、砂質(zhì)泥巖為灰黑黑色，致密性脆，含黃鐵礦結(jié)核及植物化

24、石；砂巖為灰色細(xì)粒、中粒石英長石砂巖及硅質(zhì)巖屑砂巖；含灰?guī)r兩層（l5、l6） ，均不穩(wěn)定，多相變?yōu)樯百|(zhì)泥巖、砂巖?；?guī)r下賦存有一 、一 、一 、一 、一 五層薄1626172737煤，但均不可采。上部灰?guī)r段由 l7灰?guī)r底至 l9灰?guī)r頂或以二1煤層下的一層厚砂巖底，厚28.6846.45m，平均 31.24m，由泥巖、砂質(zhì)泥巖、細(xì)粒砂巖、石灰?guī)r及煤層組成。石灰?guī)r發(fā)育三層（l7、l8、l9） ，其中 l8全區(qū)發(fā)育，厚0.954.77m，平均厚 2.40m，為深灰色石灰?guī)r，含燧石結(jié)核，富含動物化石，本段含煤 4 層，即、一 ，一 ，但均為局部發(fā)育的不可采煤18一28一1929層。（2）沉積旋回特征據(jù)

25、太原組巖性組合、沉積特征及生物組合規(guī)律，本組應(yīng)為碎屑碳酸鹽巖濱岸沉積體系，下部及上部石灰?guī)r沉積時為淺水、溫暖、清澈、古鹽度正常的陸表海碳酸鹽臺地環(huán)境，中部石英砂巖(俗稱胡石砂巖)成分單一，成熟度高，為沙坪、潮道潮溝亞相沉積，頂部的硅質(zhì)泥巖為潮坪、瀉湖海灣、障壁島相沉積。二疊系下統(tǒng)山西組（p1sh）（1）地層特征由 l9灰?guī)r頂或二1煤層下的一層厚砂巖底至砂鍋窯砂巖（ss）底，平均厚 97.63m，由砂巖、泥巖、砂質(zhì)泥巖和煤層組成。與下伏太原組成整合接觸。據(jù)其巖性組合及沉積特征，分為四段。二1煤段基于非線性理論水體下采煤方案優(yōu)化及安全性研究報告 第 10 頁10由 l9灰?guī)r頂或二1煤層下的一層厚砂

26、巖至大占砂巖（sd）底，厚11.5541.88m，平均厚 29.28m，由泥巖、砂質(zhì)泥巖、砂巖和煤層組成。本段含煤 3 層（二0、二1、二2） ，二0煤局部發(fā)育，區(qū)內(nèi)僅 1 孔見及；二1煤全區(qū)可采，底板泥巖富含植物根化石，頂板泥巖富含植物化石，直接頂?shù)装迮家娀液谏抠|(zhì)泥巖。二1煤層上部巖性較穩(wěn)定，而煤層下部巖性厚度變化較大。厚度變化原因是北岔溝砂巖不穩(wěn)定，局部相變?yōu)樯百|(zhì)泥巖、泥巖。大占砂巖段由大占砂巖（sd）底至香炭砂巖（sx）底，厚度 17.3550.37m，平均厚 28.92m，由砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖及薄煤層組成。下部大占砂巖厚035.18m，平均厚 12.02m，為灰、深灰色中細(xì)粒巖屑石

27、英砂巖，層面含大量白云母片及炭屑，交錯層理；上部為灰黑色砂質(zhì)泥巖、泥巖、含菱鐵質(zhì)結(jié)核及植物化石。局部含薄煤 2 層（二3、二4） ，均不可采。香炭砂巖段由香炭砂巖（sx）底至馮家溝砂巖（sf）底，厚 15.0839.71m，平均厚度為 20.58m，主要由砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖組成。下部為香炭砂巖，厚 0.8138.00m，平均厚為 8.69m，一般 12 層，為灰深灰色中細(xì)粒長石石英砂巖，含大量深色巖屑、菱鐵質(zhì)鮞粒及少量綠泥石，分選性差，具波狀層理；上部為灰深灰色砂質(zhì)泥巖、泥巖，含植物化石。小紫泥巖段由馮家溝砂巖（sf）底至砂鍋窯巖（ss）底，厚10.6538.75m，平均厚度為19.21m。

28、下部為灰色中細(xì)粒長石石英砂巖，即馮家溝砂巖，局部相 變?yōu)樯百|(zhì)泥巖；上部為深灰色泥巖、砂質(zhì)泥巖，具水平層理，局部可見鋁質(zhì) 泥巖，偶夾薄煤一層（二6煤） 。（2）山西組巖相古地理特征沉積旋回特征據(jù)山西組巖性組合、沉積特征及生物組合規(guī)律，認(rèn)為本組是在太原組基于非線性理論水體下采煤方案優(yōu)化及安全性研究報告 第 11 頁11碎屑碳酸鹽巖濱岸沉積體系的基礎(chǔ)上形成的以過渡相為主的一套陸源碎屑含煤巖系。其下部的二 1 煤段主要由潮坪相、濱湖沼澤相沉積構(gòu)成，向上逐漸過渡到分流河道相、河床相和河漫灘相。由下向上可劃分為四個沉積旋回：a、第旋回底部在太原組瀉湖相沉積的基礎(chǔ)上，形成了河口砂壩相砂巖、潮坪相砂質(zhì)泥巖、泥

29、巖夾砂巖、粉砂巖薄層及透鏡體，具透鏡狀層理、波狀層理和水平紋理，塊狀黑色泥巖以泥坪為主，含黃鐵礦結(jié)核，或與瀉湖相共生。由于潮坪沼澤化，為二1煤層形成創(chuàng)造了條件。該旋回平均厚度 29.28m。b、第旋回由分流河道相中粒砂巖及沼澤相泥巖和泥炭沼澤相薄煤層組成。分流河道相的大占砂巖為該旋回的起始，其底部常見泥巖碎塊或泥巖包裹體，具大型交錯層理，對下伏二 1 煤層局部有沖刷現(xiàn)象。該旋回平均厚度28.92m。c、第旋回位于山西組的中上部，從分流河道相的香炭砂巖起到沼澤相、泥炭沼澤相砂質(zhì)泥巖、泥巖夾薄煤層構(gòu)成。該旋回平均厚度 20.58m。d、第旋回位于山西組頂部，由河流相砂巖到河漫灘相砂質(zhì)泥巖、泥巖構(gòu)成

30、。區(qū)內(nèi)局部發(fā)育 23 個次級旋回。該旋回平均厚度 19.21m。二1煤層與古地理關(guān)系山西組早期處于瀉湖海灣古地理環(huán)境中。二1煤是在以瀉湖相、潮坪相構(gòu)成的旋回內(nèi)形成的，聚煤作用發(fā)育在海灣障壁島陸的風(fēng)坪和漲潮三角洲前緣低洼處。隨著海水的后退，瀉湖逐漸淤淺，沉積作用逐漸向深水方向推進(jìn)，形成了瀉湖和潮坪沉積旋回，并在瀉湖、潮坪的淺水地帶出現(xiàn)了泥炭堆積。當(dāng)泥炭堆積速度與控制海平面的基底沉降速度協(xié)調(diào)時，就形成了較厚的泥基于非線性理論水體下采煤方案優(yōu)化及安全性研究報告 第 12 頁12炭堆積層；兩者速度不協(xié)調(diào)時，局部泥炭堆積則為沼澤、瀉湖的粘土和砂質(zhì)沉積替代覆蓋，形成泥炭堆積變薄和復(fù)雜結(jié)構(gòu)。在該瀉湖、潮坪旋

31、回沉積后期，沉積區(qū)又很快為海水覆蓋，形成了巨厚的海濱砂壩的砂巖沉積。由于瀉湖、潮坪與濱海砂壩環(huán)境的穩(wěn)定持續(xù)，所以形成了全區(qū)發(fā)育的二1煤段旋回和上覆巨厚的濱海相砂巖層。2.22.2 構(gòu)造構(gòu)造2.2.1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造安鶴煤田位于華北板塊（內(nèi)）南部，根據(jù)河南省構(gòu)造分區(qū)屬于太行構(gòu)造亞區(qū)之太行斷隆，夾持于湯東斷裂與林縣正斷層之間，受湯東斷裂直接控制，構(gòu)造比較復(fù)雜。區(qū)域地層走向近南北，傾向北東，傾角 835，總體為具有一定起伏的單斜構(gòu)造。構(gòu)造以斷裂為主，伴有小型褶曲。按構(gòu)造展布方向可分為東西向構(gòu)造、南北向構(gòu)造、北東向構(gòu)造、北北東向構(gòu)造和北西向構(gòu)造五種?，F(xiàn)分述如下：（一）（一） 、東西向構(gòu)造東西向構(gòu)造分布在

32、安鶴煤田中北部，構(gòu)造線方向為 90110，是本區(qū)處在南北擠壓力作用下形成的中小型緯向構(gòu)造。主要以褶曲為主，局部伴有少量斷裂。東西向構(gòu)造與其它構(gòu)造呈反接、截接和歸并的復(fù)合關(guān)系?？梢姡瑬|西向構(gòu)造在安鶴煤田發(fā)育較早，對區(qū)內(nèi)煤礦床的形成起著控制作用。（二）（二） 、南北向構(gòu)造南北向構(gòu)造主要分布在安鶴煤田中部，構(gòu)造線方向 n5en10w，是該區(qū)域在東西擠壓力作用下形成的經(jīng)向構(gòu)造。煤田內(nèi)構(gòu)造形跡以斷裂為主，其延伸長度 210km，多西傾，傾角 5085。南北向斷層切割東西向斷層，與其它構(gòu)造呈反接、截接和斜接的復(fù)合關(guān)系?？梢?，南北向構(gòu)造的形成晚于東西向構(gòu)造，早于其它構(gòu)造。由于安鶴煤田位于太行山大背斜東翼，而

33、太行山復(fù)背斜亦呈南北方向 延伸，所以，南北方向的構(gòu)造中，褶曲的升降變化對煤礦床的分布起控制 作用，基于非線性理論水體下采煤方案優(yōu)化及安全性研究報告 第 13 頁13褶曲升起煤層剝蝕，褶曲沉降煤 層埋藏較深，只有在過渡地帶才保存著有工業(yè)價值的煤礦床。（三）（三） 、北東向構(gòu)造北東向構(gòu)造在本區(qū)發(fā)育較多，分布廣，構(gòu)造線方向為 n45en65e，且成組出現(xiàn)而形成多字形斜裂。在安鶴煤田中部，有較多相向傾斜的斷裂構(gòu)成狹長的地壘和地塹（如 f159和 f160構(gòu)成黑峪地塹，f160與 f165構(gòu)成天喜鎮(zhèn)地壘等） 。力學(xué)性質(zhì)多為壓性，也有受后期運動疊加呈現(xiàn)扭性。北東向構(gòu)造中的斷裂構(gòu)造切割深，落差大，對煤層的連

34、續(xù)性有破壞作用，因此，多作為各井田邊界。（四）（四） 、北北東向構(gòu)造北北東向構(gòu)造集中安鶴煤田北部白蓮坡井田和崗子窯井田中，是由近百條大小不等的斷層組成，斷層延伸方向 n530e，斷裂在西部較稠密，東部較稀疏。北北東向構(gòu)造力學(xué)性質(zhì)和北東向構(gòu)造近似，難以區(qū)分。而多數(shù)構(gòu)造延伸相對較短，落差不大。（五）（五） 、北西向構(gòu)造北西向構(gòu)造在區(qū)域上不太發(fā)育，構(gòu)造形跡以褶曲為主，局部伴有小斷層，多數(shù)迭加在南北向構(gòu)造之上。本區(qū)位于安煤田的北部見圖 3-1。2.2.2 礦區(qū)構(gòu)造本區(qū)位于安鶴煤田北部，總體構(gòu)造形態(tài)為走向近南北，傾向東的單斜 構(gòu)造，地層傾角一般為1228，區(qū)內(nèi)地層略有波狀起伏。區(qū)內(nèi)構(gòu)造受太行山隆起與湯陰

35、斷陷直接控制， 斷層較為發(fā)育，均為正斷層。斷層展部方 向僅 f1一條為ne 向，其余均為nne 向，傾角5570。此外，礦區(qū)西南部還受到巖漿巖的影響。該礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜程度中等。（一）（一） 、斷層礦區(qū)內(nèi)共發(fā)育斷層 30 條，其中落差大于 100m 的有 2 條（f1、fb58） ；基于非線性理論水體下采煤方案優(yōu)化及安全性研究報告 第 14 頁14落差 2050m 的有 5 條（f32、f33 、f211、f12、f407） ；其余 23 條落差均小于 20m，且多為大斷層派生的。根據(jù)查明程度分為查明、基本查明、未查明?，F(xiàn)將礦區(qū)內(nèi)的主要斷層描述如下： （1） f1斷層：位于礦區(qū)東南部，為 aa

36、aaa 與大眾煤礦的邊界斷層，走向 n55e，傾向 se，傾角為 70，南東盤下降，北西盤上升，落差150200m，區(qū)內(nèi)斷層延伸長度約 3.61km，為一高角度正斷層。區(qū)內(nèi) 13-2孔和井下巷道內(nèi)均見及，區(qū)外由 14-1 孔控制。該斷層在區(qū)內(nèi)西部達(dá)到查明程度，東部未查明?；诜蔷€性理論水體下采煤方案優(yōu)化及安全性研究報告 第 15 頁153. 礦井水文地質(zhì)概況礦井水文地質(zhì)概況3.13.1 井田邊界及其水力性質(zhì)井田邊界及其水力性質(zhì)aaaaa 區(qū)為一典型丘陵地形，沖溝發(fā)育，相對高差達(dá) 150m 左右，逕流條件好，極利于大氣降水的排泄，所以沖溝有明顯的季節(jié)性特征；雨季排洪，平時干枯。個別溝底有第三、四

37、系泉水出露。如李家村和西保障，溝底泉流量僅 0.070.17l/s，對礦井充水無影響，礦區(qū)北東 3km 為截堵漳河的岳城水庫，庫容量為 10 億 m3。其標(biāo)高 152m 洪水位線是本井田北部邊界。由于庫底遠(yuǎn)距煤層，正常情況下對開采無影響。本區(qū)處于新華夏系第三隆起帶-太行山復(fù)背斜的東翼。所以，nne 向構(gòu)造對地下水活動有明顯的控制作用。如與煤系地層走向近似一致的 nne 向的正斷層，沿傾向由東向西逐級抬起，形成一些交替出現(xiàn)的近南北向的狹長地壘、地塹，破壞了基巖含水層的連續(xù)性，因而來自西部山區(qū) o2 灰?guī)r地下水的正常運移被多次中斷，改變了地下水的正常排泄條件，形成一塊塊獨立的、補給條件不同的次一級

38、水文地質(zhì)單元。礦區(qū)西部的 fb58、南部 f1，東部 fb57、f32 等斷層，將礦井抬起（50-300m） ，使其總體處于一個地壘構(gòu)造位置，中斷了主要含水層的連續(xù)性和補給來源。認(rèn)為 nne 向高角度正斷層屬壓性斷裂、導(dǎo)水性差。據(jù)f15、fb58 的抽水資料 q0.001 l/sm，及紅嶺斜（風(fēng)）井穿過 fb58，水量不大的實際資料證實了這一點。因高角度正斷層導(dǎo)水性差，故使本區(qū)水文地質(zhì)條件比較簡單，但應(yīng)指出，斷裂構(gòu)造對地下水活動的控制作用，往往表現(xiàn)為雙重性的，它既可使同一含水層中斷，又可使不同含水層碰合發(fā)生水力聯(lián)系，改變了含水層、隔水層和煤層三者間的固有組合聯(lián)系。所以對斷層導(dǎo)水和影響程度，應(yīng)視

39、其性質(zhì)和具體部位而定。如本區(qū)二 1 煤，當(dāng)遇落差在 40m 左右斷層時，將使二 1 煤與 l8 灰?guī)r直接接觸；遇落差120m 左右斷層時，二 1 煤與 l2 和 o2 灰?guī)r含水層接觸。對于這些地段，灰基于非線性理論水體下采煤方案優(yōu)化及安全性研究報告 第 16 頁16巖巖溶水將直接威脅著二 1 煤的開采。此外，斷裂可以使巖溶進(jìn)一步強化，尤其是次一級小斷層，走向與區(qū)域地下水流向近似一致，所以往往在一些局部地段形成富水帶，造成井下程度不同的突水。這個問題是勘探階段無法查明的，建議生產(chǎn)過程中應(yīng)引起注意。3.23.2 含水層與隔水層含水層與隔水層礦區(qū)內(nèi)根據(jù)沉積條件、巖性、水力特征、含水層、隔水層的組合關(guān)

40、系，結(jié)合對主要可采煤層的影響，按沉積順序，自下而上可歸并為五個含水層和四個隔水層，它們是向礦井直接或間接充水的水源，是確定煤層頂、底板水文地質(zhì)類型的依據(jù)。分述如下：（1）奧陶系灰?guī)r巖溶承壓含水層：區(qū)內(nèi)無出露。據(jù)區(qū)域資料，厚 400m 左右，奧陶系假整合面以下 200m范圍內(nèi)為深灰色和淺灰色厚層狀和巨厚層狀微晶質(zhì)灰?guī)r或花斑狀灰?guī)r。下部為白云巖和白云質(zhì)灰?guī)r。致密堅硬，巖溶發(fā)育，但不均勻，富含巖溶承壓水。在-400m 水平水壓可達(dá) 5.4mpa。據(jù)紅嶺井田地質(zhì)勘探最終報告資料，本區(qū)巖溶發(fā)育在假整合面下 40100m 范圍內(nèi)。本礦區(qū)缺乏完整的揭露資料，雖然有 12 孔揭露該層，但除 102 孔揭露 1

41、10.76m，其它鉆孔揭露厚度都小于 16m。10-2 孔 40110m 范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)有三處漏水外，在假整合面下 110.05m 處巖溶高度達(dá) 0.30m。但北部相鄰的觀臺井田 1202 孔，在假整合面下 20m 附近抽水，單位涌水量達(dá) 2.88l/s m。上述資料表明該區(qū)富水不均和巖溶發(fā)育具有多水平的特征，假整合面下 50m 范圍內(nèi)巖溶發(fā)育程度，對礦井充水影響較大。從 102 孔水位資料，結(jié)合鄰區(qū)和區(qū)域資料分析，奧陶系灰?guī)r含水層既厚又有比較統(tǒng)一的地下水位（見表 3-1） ，所以它是一個富水性很強的含水層，是開采一煤組，從底板向礦坑進(jìn)水的直接含水層。同時為二1煤底板進(jìn)水的間接含水層。在構(gòu)造斷裂的

42、影響下，基于非線性理論水體下采煤方案優(yōu)化及安全性研究報告 第 17 頁17可以與其它含水層發(fā)生水力聯(lián)系，所以該含水層為礦井開采過程中對礦井形成富水威脅的主要含水層。基于非線性理論水體下采煤方案優(yōu)化及安全性研究報告 第 18 頁18表表 3-1 aaaaa 與鄰區(qū)奧陶系灰?guī)r含水層水位資料對比表與鄰區(qū)奧陶系灰?guī)r含水層水位資料對比表井田孔號水位標(biāo)高（m）q（l/sm）k（m/d）李珍鐵礦水源孔134.51137.182.513.351.9110.825觀臺井田120212080134.52138.010.0593.730.30116.68紅嶺井田102134.36抽水資料為廢品（2）石炭系本溪組鋁土

43、質(zhì)泥巖隔水層：由鋁土巖、鋁土質(zhì)泥巖、泥巖、砂質(zhì)泥巖偶夾薄層煤和薄層灰?guī)r組成。其中以下部鋁土質(zhì)泥巖最穩(wěn)定，強度最好。全區(qū)有 15 孔揭穿本層，厚度為 1.5519.49m。由于本層假整合于奧陶系灰?guī)r面之上，對奧陶系頂假整合面之下巖溶有一定的灌注、填平作用，客觀上控制了 o2 假整合面附近巖溶的進(jìn)一步發(fā)育，相應(yīng)增大了它的有效隔水層厚度。如本區(qū) 9 個揭露 o2灰?guī)r 10m 以下鉆孔，均未發(fā)現(xiàn)巖溶就是例證。因本層厚度穩(wěn)定，強度較好，所以，正常情況下對阻隔 o2 灰?guī)r水從底板進(jìn)入礦坑有重要作用。（3）石炭系太原組含水、隔水層石炭系太原組地層為一套海陸交互相沉積，由泥巖、砂質(zhì)泥巖、細(xì)砂巖、砂巖、中厚層灰

44、巖及薄煤層組成，厚度 95.28125.00m，平均110.18m。九層灰?guī)r總厚 11.7319.88m，平均厚度 15.69m，據(jù) 12-1、12-2、井檢孔混合抽水資料：單位涌水量 0.0120.585 l/sm，滲透系數(shù)為0.0851.220m/d，水位標(biāo)高 135.28135.43m。根據(jù)各層灰?guī)r間的組合關(guān)系和對重要可采煤層的影響，本組又分為三段，現(xiàn)分述如下：、太原組下段灰?guī)r裂隙一巖溶承壓含水層本段平均厚 40.42m，內(nèi)夾二至四層灰?guī)r（l1、l2、l3、l4） ，灰?guī)r系薄層中厚層狀，灰?guī)r被煤或碎屑巖類分隔?；?guī)r總厚度 4.259.70 米，一般 6.00m 左右，富含裂隙巖溶水，其中

45、 l1、l3、l4 發(fā)育不好，薄且不穩(wěn)定，除 l4 局部可達(dá) 2.00m 外，其余均在 1.00m 以內(nèi)；l2 發(fā)育較好，基于非線性理論水體下采煤方案優(yōu)化及安全性研究報告 第 19 頁19普遍穩(wěn)定，富水性好。據(jù) 17 個孔的完整揭露資料，厚 1.236.22m，一般4.96m 左右，區(qū)內(nèi) 15 線以南較薄，都小于 5.00m，中部大范圍內(nèi)，除個別點外，均在 5.00 米以上。區(qū)內(nèi)有井檢孔 1 孔漏水，占揭露該層的 6。本區(qū)對該層沒有專門抽水資料，據(jù)鄰區(qū)觀臺井田資料，單位涌水量0.0431.34 l/sm，滲透系數(shù) k0.950.27m/d，水位標(biāo)高135.28135.38m，反映了該層含水豐富

46、但不均勻的特征。它是開采一 2煤頂板直接充水水源。 、太原組中段砂、泥巖隔水層本段系指 l4l7之間的碎屑巖沉積，其間偶夾中粗粒砂巖，薄層煤和薄層灰?guī)r（l5） ，厚度 38.00m 左右，本段巖性變化較大，各類巖石相對硅質(zhì)成份較高，厚度穩(wěn)定，透水性差，隔水性能良好，所以對阻隔太原組上下兩段含水層間的水力聯(lián)系有著重要作用。、太原組上段灰?guī)r裂隙巖溶承壓含水層本段由 l7、l8、l9灰?guī)r及中粗巖組成，其中以 l8灰?guī)r為主，該層普遍發(fā)育，但泥質(zhì)成份稍高，層厚 0.954.77m，一般 2.40m 左右，在 15 線以南較厚（46m） ，中部大部分地段較薄，僅 23m。區(qū)內(nèi)有 22 個孔揭露本層，無一孔

47、漏水。說明該層裂隙巖溶發(fā)育不好和富水不均勻的特征。所以其富水性較弱，據(jù)礦區(qū)抽水資料，單位涌水量為 0.071 l/s m，滲透系數(shù)為 3.787m/d，水位標(biāo)高 136.77m。（4）二1煤層底板隔水層本層由泥巖、砂質(zhì)泥巖、砂巖和薄層灰?guī)r組成，厚度26.7150.40m，除中部井檢孔附近較薄外，一般為 35.0040.00m，本段厚度大而且穩(wěn)定，其中砂巖抗壓強度較強，泥巖抗壓強度56.157.7mpa，砂質(zhì)泥巖抗壓強度 15.252.4mpa，所以對阻隔 l8灰?guī)r水進(jìn)入二1煤礦坑有重要的作用?；诜蔷€性理論水體下采煤方案優(yōu)化及安全性研究報告 第 20 頁20（5）二1煤頂部（60m 范圍）中粗

48、粒砂巖裂隙承壓含水層組考慮到未來開采二1煤頂冒落裂隙帶的影響高度，所以本層（組）限于二1煤 60m 范圍內(nèi)中一粗粒砂巖?？偣?18 層，總厚度為 40.97m，一般 1030m，厚度變化規(guī)律性不明顯。其中以香炭砂巖為主。大占砂巖多相變?yōu)榧?xì)粒砂巖、薄層粉砂巖或砂質(zhì)泥巖。區(qū)內(nèi)有 40 個鉆孔揭露該層，發(fā)現(xiàn) 12 個鉆孔漏水，占揭露孔的 30，說明該段裂隙發(fā)育，含一定的裂隙水。區(qū)內(nèi)有井檢、鄰區(qū)有 44 兩孔在 p1 s進(jìn)行混合抽水資料：單位涌水量 0.0270.110 l/s m，滲透系數(shù) 0.0850.185m/d，水位標(biāo)高137.70137.97m，為 hco3- k 型水。說明該含水層組裂隙發(fā)

49、育范圍和補給條件有限，所以富水性較弱，它是開采二1煤從頂板向礦坑充水的直接水源。（6）上、下石盒子組隔水層該含水層自二1煤上 60m 起至基巖剝蝕面，由泥巖、砂質(zhì)泥巖、砂巖組成。厚度為 83.41433.84m，一般為 200m 左右。對阻隔地表水和第三、四系砂巖裂隙水進(jìn)入礦坑有重要的作用。其間個別厚層中-粗粒砂巖含有一定的水量，如部分鉆孔在田家溝砂巖附近漏水，因其遠(yuǎn)離煤層，對開采無影響。（7）新近系、第四系砂礫石層孔隙潛水-承壓含水層主要為沖、洪積及冰積的砂礫石層構(gòu)成，其分選性差，常被粘土、粘土夾礫石分割，多呈透鏡體。據(jù)原紅嶺井田精查補充總結(jié)中 67 孔資料統(tǒng)計，厚度為 3.23-213.2

50、4m；一般為 120.00m 左右。其厚度自北西向南東有逐漸加厚的趨勢。它受基巖風(fēng)化面的起伏和構(gòu)造控制（如 f1斷層兩盤厚度懸殊） 。水位受地形的控制，無統(tǒng)一的地下水位，一般埋深 5-20m，受大氣降雨補給?？拷鶐r風(fēng)化面附近，有層厚 0-120.98m 礫石（巖）層，呈透鏡狀，透水性好，賦存一定水量。區(qū)內(nèi)在該層有 32 個孔漏水。據(jù)民井抽基于非線性理論水體下采煤方案優(yōu)化及安全性研究報告 第 21 頁21水資料：單位涌水量 0.02-0.076 l/sm，滲透系數(shù) 0.97-6.56m/d。水位標(biāo)高 200m 左右，水質(zhì)為 hco3-ca 型水。該含水層（組）因常為粘土充填富水性較弱，在正常情

51、況下，對二1煤開采無直接影響，但與基巖風(fēng)化帶有直接水力聯(lián)系。3.33.3 礦井充水條件礦井充水條件3.3.1 生產(chǎn)礦井充水特征aaaaa 現(xiàn)開采二1煤層，礦井充水水源主要為二1煤層頂板砂巖水，多以淋水、滴水為主，水量較小，全礦建井至今除頂板淋水外，遇構(gòu)造破碎帶共發(fā)生頂板突水 4 次，發(fā)生在 15081 炮采工作面，均為揭露同一斷層fb57時，發(fā)生頂板突水，水量 10-20m3/h，宜于疏干（各突水點位置見礦井充水性圖） 。礦井正常涌水量多年來一至保持在 100 m3/h，最大時也僅為150m3/h，隨開采深度增加，礦井涌水量增加不明顯。3.3.2 礦井充水因素分析（1）大氣降水本區(qū)屬大陸性半干

52、燥氣候區(qū)，大氣降水多集中于每年的 7-9 月份，補給時間較短，雖然區(qū)內(nèi)基巖出露條件較好，但因地形高低起伏變化較大，地表逕流、排泄條件好，其滲入補給作用弱，補給量有限，加之二1煤層頂板有較厚的隔水層的阻隔，故一般情況下，大氣降水對開采二1煤層影響不大。（2）第四系砂礫石孔隙水該含水層多由洪、坡積物組成，其厚度較薄，且連續(xù)性差。又因礦區(qū)處于低山丘陵區(qū)，地面坡度大，降水排泄條件好，含水層補給條件差。該含水層下距二1煤層也較遠(yuǎn)，其間有石盒子組砂泥質(zhì)隔水層相阻隔，所含孔隙潛水一般對礦井生產(chǎn)無影響，推測僅當(dāng)在煤層頂板含水層在回采落頂后，冒落裂隙帶與之溝通時，雨季可構(gòu)成間接或直接充水水源，會對礦井基于非線性

53、理論水體下采煤方案優(yōu)化及安全性研究報告 第 22 頁22生產(chǎn)有一定影響，故在生產(chǎn)中應(yīng)在煤層隱伏露頭帶留設(shè)一定的防水煤柱，以確保安全。（3）二1煤層頂板砂巖裂隙水二1煤層頂板砂巖含水層組單層厚度小，補給條件差，含富水性弱。在礦井生產(chǎn)中，當(dāng)回采落頂后，頂板砂巖裂隙承壓水將首先充入礦坑，構(gòu)成礦井頂板直接充水水源。據(jù)礦井生產(chǎn)資料，礦井充水多以頂板淋水方式充入礦坑，開采過程中易于疏排。（4）二1煤層底板灰?guī)r巖溶裂隙水二1煤層底板灰?guī)r含水層主要為 c2上段灰?guī)r和 o2灰?guī)r，其巖溶裂隙發(fā)育不均，富水性也不均一，因與二1煤層間有較穩(wěn)定的隔水層，故一般情況下，煤層底板灰?guī)r巖溶裂隙水對礦坑充水影響不大。但在受構(gòu)造

54、破壞或隔水層沉積薄弱地段或深部開采，礦壓增大的條件下，則有可能造成突水淹井事故。（5）周鄰礦井對礦床充水的影響本區(qū)南部為大眾井田，以 f1斷層為界，西部為積善井田，以 fb58為界，上述兩斷層基本不導(dǎo)水，使本區(qū)不會與上述兩井田發(fā)生水力聯(lián)系。北部為主焦煤礦，1980 年曾發(fā)生淹井事故，據(jù)該礦技術(shù)人員分析，可能是由于l5灰?guī)r巖溶水通過 nw 向小斷裂涌入巷道所致。但該礦采空區(qū)距離本區(qū)較遠(yuǎn)，對本區(qū)影響不大。經(jīng)調(diào)查，本區(qū)周圍無老窯分布，不會發(fā)生老窯突水事故。（6）斷裂構(gòu)造對礦床充水的影響本區(qū)雖有多條北東向斷裂通往岳城水庫，但由于北東向斷層多屬壓扭性斷層，導(dǎo)水性較差，且水庫離本區(qū)二1煤層距離較遠(yuǎn)，對本區(qū)

55、影響不大。但本區(qū)落差較大斷層，可使深部的石炭系和奧陶系的灰?guī)r水與煤層直接接觸，會對本區(qū)水文條件造成一定影響，開采中應(yīng)引起注意。基于非線性理論水體下采煤方案優(yōu)化及安全性研究報告 第 23 頁233.43.4 井田及周邊地區(qū)老窯水分布狀況井田及周邊地區(qū)老窯水分布狀況與本井田相鄰的生產(chǎn)礦井有主焦煤礦、積善煤礦、白蓮坡煤礦、大眾煤礦，均為開采二1煤層的生產(chǎn)礦井。從以上四個生產(chǎn)礦井的生產(chǎn)實踐看，水文地質(zhì)條件均相對簡單，礦井受到突水的威脅較小，簡述如下：白蓮坡煤礦：位于井田南部，與本井田相鄰的淺部生產(chǎn)礦井。于1995 年投產(chǎn)，已開采面積 1km2，開采最低標(biāo)高-135m，礦井涌水量24m3/h，水源主要為

56、主、副井筒新生界松散層滲水，建礦至今尚未發(fā)生頂、底板突水，水文地質(zhì)條件簡單。主焦煤礦：位于井田北部與本井田緊鄰。于 1972 年投產(chǎn)，已開采面積 1.92km2，開采最低標(biāo)高-350m，全礦正常涌水量50m3/h，最大時約80m3/h，以頂板砂巖淋水為主，均集中在斷層及向斜軸部兩側(cè)，建井至今未發(fā)生過大的突水事故。積善煤礦：位于井田西部，1963 年投產(chǎn)，開采最低標(biāo)高-350m，礦井正常涌水量 80m3/h，主要為頂板砂巖水，礦井涌水量較穩(wěn)定，對礦井開采影響不大。1996 年 9 月曾因崗子窯與積善礦邊界煤柱內(nèi)的個體小煤礦采空水淹井，與我公司之間有 fb58斷層這一天然邊界相隔。大眾煤礦：位于井

57、田西南部，于 1978 年投產(chǎn)，已開采面積1.9km2，開采最低標(biāo)高-270m，全礦正常涌水量 100m3/h，主要為頂板水、部分為底板 l8灰?guī)r水。與我公司有 f1斷層這一天然邊界，且與我公司相鄰處煤田尚未進(jìn)行開采。3.53.5 礦井充水狀況礦井充水狀況aaaaa 現(xiàn)開采二1煤層，礦井充水水源主要為二1煤層頂板砂巖水，多以淋水、滴水為主，水量較小，全礦建井至今除頂板淋水外，遇構(gòu)造破碎帶共發(fā)生頂板突水 4 次，發(fā)生在 15081 炮采工作面，均為揭露同一斷層基于非線性理論水體下采煤方案優(yōu)化及安全性研究報告 第 24 頁24fb57時，發(fā)生頂板突水，水量 10-20m3/h，宜于疏干（各突水點位

58、置見礦井充水性圖） 。礦井正常涌水量多年來一至保持在 100 m3/h，最大時也僅為 150m3/h，隨開采深度增加，礦井涌水量增加不明顯?；诜蔷€性理論水體下采煤方案優(yōu)化及安全性研究報告 第 25 頁254 冒落帶、導(dǎo)水裂隙帶高度計算冒落帶、導(dǎo)水裂隙帶高度計算4.1 計算理由計算理由在回采過程中，上覆巖層會形成“三帶” ，即冒落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶，其中，冒落帶和裂隙帶導(dǎo)水。若裂隙帶高加上保護(hù)層厚度達(dá)到水體之下，會給工作安全回采帶來隱患，因此，要計算裂隙帶發(fā)育高度。4.2 計算公式計算公式在建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程 （以下簡稱“三下”開采規(guī)程 ）中規(guī)定冒落帶高度的

59、計算公式如表 4-1，裂隙帶高度的計算公式如表 4-1。表表 4-1 厚煤層分層開采的垮落帶高度計算公式厚煤層分層開采的垮落帶高度計算公式巖性（單向抗壓強度及主要巖石名稱） （mpa）計算公式(m)堅硬(4080，石英砂巖、石灰?guī)r、砂質(zhì)頁巖、礫巖)5 . 2161 . 2100mmhm中硬(2040，砂巖、泥質(zhì)灰?guī)r、砂質(zhì)頁巖、頁巖)2 . 2197 . 4100mmhm軟弱(1020，泥巖、泥質(zhì)砂巖)5 . 1322 . 6100mmhm極軟弱(10，鋁土、風(fēng)化泥巖、粘土、砂質(zhì)粘土)2 . 1630 . 7100mmhm表表 4-2 厚煤層分層開采的裂隙帶高度計算公式厚煤層分層開采的裂隙帶高度

60、計算公式巖性計算公式之一(m)計算公式之二(m)堅硬9 . 80 . 22 . 1100mmhli1030mhli中硬6 . 56 . 36 . 1100mmhli1020mhli軟弱0 . 40 . 41 . 3100mmhli1010mhli基于非線性理論水體下采煤方案優(yōu)化及安全性研究報告 第 26 頁26極軟弱0 . 30 . 80 . 5100mmhli4.3 計算結(jié)果計算結(jié)果4.3.1 覆巖巖性分析根據(jù) 12-3 鉆孔柱狀圖見附圖 1，可以看出 1501 工作面覆巖主要由：粉砂巖，中粒砂巖，砂質(zhì)泥巖，泥巖等巖層互層組成，其中，粉砂巖所占比重非常少，所以，把粉砂巖按中粒砂巖統(tǒng)計。經(jīng)統(tǒng)計