劉橋二礦二1水平放水試驗設(shè)計

1、劉橋二礦二1水平放水試驗設(shè)計 摘 要劉橋二礦屬華北隱伏型煤田，主采煤層為二疊系下石盒子組4煤層和山西組6煤層。目前劉橋二礦已進入了二水平 - 600 m 開采階段，隨著開采水平的延深，煤層底板承受高承壓水的威脅也越來越嚴重。特別是在開采條件下，礦井內(nèi)斷層有可能溝通太灰水和底部奧灰水的聯(lián)系，造成淹井事故。所以，在該礦井對太灰水進行放水試驗，查明礦區(qū)水文地質(zhì)條件和未知參數(shù)，就顯得很重要了。 在綜合分析劉橋二礦水文地質(zhì)資料和充水條件的基礎(chǔ)上，本論文作出了針對太灰含水層的放水試驗設(shè)計。綜合放水試驗的目的和要求，對放水過程、放水孔和觀測孔的平面布置情況、放水孔和觀測孔的結(jié)構(gòu)分別進行了設(shè)計，并闡述了放水試

2、驗前期準備工作以及放水資料的整理和分析等內(nèi)容。由于太灰水高承壓的特點，在防壓、防噴方面采取了必要的措施，為放水試驗的順利進行提供了參考依據(jù)。關(guān)鍵詞：高承壓； 太灰水； 放水試驗；ABSTRACTNo.2 Liu Qiao Coal mine is a concealed coalfield in northern China, in which the fourth seam of the Permian-Xiashihezi Group and the sixth seam of Permian-Shanxi Group are the main coal seam,and now this

3、 coal mine has entered into the second level of mining stage at - 600 m.With the extension of mining in depth,coal seam floor is more and more threatened by high-pressure of confined aquifer.Particularly in the mining conditions,the faults in mine may be the tie between limestone water in taiyuan fo

4、rmation and Ordovician Karst water at the bottom,causing the Flood Incident.Therefore, Finding out the hydrogeological conditions and unknown parameters in mining areas by dewatering test to limestone water in taiyuan formation is especially significant.In this paper,with the comprehensive analysis

5、the existing hydrology geology mates and water-filled conditions of the No.2 Liu Qiao Coal Mine,the author makes the experimental design of the turn on water against the dewatering test to limestone water in taiyuan formation. Combine the purpose and the requirement,and then design th

6、e course of the test,the structure and the layout of the Drilling holes and peephole,and also expatiate the preparations of the test and settlement and analysis of the materials. Because of the high confined pressure of the limestone water in taiyuan formation, necessary measures on press resistant

7、and blowout prevention have been taken, which provides evidence for the dewatering test. Keyword: high-confined water； limestone water in taiyuan formation；dewatering test；目 錄1 緒論1 1.1研究目標1 1.2選題背景1 1.3大型放水試驗的意義2 14研究現(xiàn)狀3 1.5研究內(nèi)容42 礦區(qū)概況及地質(zhì)條件6 2.1礦區(qū)概括6 2.1.1位置及交通6 2.1.2地形地貌及水文條件7 2.1.3氣象及地震情況8 2.2礦區(qū)地質(zhì)

8、條件8 2.2.1井田地層8 2.2.2井田煤層10 2.2.3井田構(gòu)造113 水文地質(zhì)條件19 3.1區(qū)域水文地質(zhì)概況19 3.2井田水文地質(zhì)19 3.2.1地表水19 3.2.2含、隔水層劃分19 3.2.3斷層導(dǎo)、富水性22 3.2.4井田水文地質(zhì)勘察類型23 3.3以往礦井水文地質(zhì)工作24 3.4礦井充水條件24 3.4.1 礦井充水水源24 3.4.2礦井充水通道25 3.4.3邊界條件254 放水試驗的應(yīng)用27 4.1放水試驗的目的和任務(wù)27 4.2放水試驗的類型27 4.3井下放水試驗的技術(shù)要求30 4.4觀測及資料的技術(shù)要求30 4.5礦井排水系統(tǒng)的要求31 4.6放水試驗現(xiàn)場

9、組織工作325 放水試驗方案設(shè)計33 5.1放水試驗場地布置33 5.1.1觀測孔布置原則33 5.1.2放水孔、觀測孔的布置34 5.2放水孔、觀測孔的結(jié)構(gòu)設(shè)計34 5.2.1井下放水孔和觀測孔結(jié)構(gòu)設(shè)計35 5.2.2地面觀測孔的結(jié)構(gòu)設(shè)計396 放水試驗過程及數(shù)據(jù)處理41 6.1放水試驗過程41 6.1.1放水量計算41 6.1.2放水前準備工作42 6.1.3試驗過程43 6.2放水試驗技術(shù)要求44 6.2.1非穩(wěn)定流放水試驗的技術(shù)要求44 6.2.2穩(wěn)定流放水試驗的技術(shù)要求45 6.3數(shù)據(jù)處理46 6.3.1現(xiàn)場資料的處理46 6.3.2室內(nèi)資料的處理487 結(jié)論與建議49 7.1結(jié)論4

10、9 7.2建議49參考文獻501 緒論1.1 研究目標 本論文是結(jié)合安徽省恒源煤電公司二水平放水試驗設(shè)計研究項目進行的，擬研究疏降條件下劉橋二礦二水平底部含水層地下水的運動規(guī)律、降落漏斗的擴展規(guī)律以及影響疏降效果的各個因素，同時研究太灰含水層的水文地質(zhì)參數(shù)。1.2 選題背景煤炭開采過程中, 對安全生產(chǎn)有影響因素除了瓦斯外, 就是礦井涌、突水的危害了。煤層開采時,水害一般來自三套含水系統(tǒng): (1) 煤系地層上覆的一套新生界松散含水系統(tǒng), 它分為多個含水層和隔水層, 在有些地區(qū), 以基巖風(fēng)化面為古底基, 還發(fā)育沖、洪積相的“底含”沉積物, 例如, 在淮北的祁東、桃園、臨海童等地區(qū)均發(fā)育, 它是煤層

11、開采上部的主要補給源; (2) 煤系裂隙含水系統(tǒng), 主要賦存在煤系地層的頂板砂巖中, 表現(xiàn)為受構(gòu)造條件控制的斷層、裂隙水,主要以靜儲量為主, 與“底含”之間存在一定的水力聯(lián)系; (3) 灰?guī)r巖溶含水系統(tǒng), 位于煤系地層下部, 為太灰與奧灰含水系統(tǒng), 由于太灰、奧灰的裂隙、溶隙、溶洞以及陷落柱發(fā)育, 它呈現(xiàn)出不均勻性和各向異性特點, 從而決定其富水性的不均勻1。在三類含水系統(tǒng)中,后二者對煤層開采影響頻率較高, 其中構(gòu)造控水表現(xiàn)較為明顯與突出, 某種程度上, 區(qū)域構(gòu)造單元的邊界條件與性質(zhì), 控制著礦井水突水程度大小。礦井開采巷道在不斷向下延伸的過程中, 這種表現(xiàn)更為明顯。為了查清不同含水層、同一含

12、水層之間的水力聯(lián)系程度以及不同區(qū)域構(gòu)造單元的水力聯(lián)系, 進行同一礦區(qū)、不同礦井的大型(大流量、大降深) 放水試驗, 不僅目的明確, 且意義重大。我國華北煤田煤系地層多為石炭二疊紀地層，普遍缺失上奧陶統(tǒng)、志留系、泥盆系和下石炭統(tǒng)，石炭二疊紀地層直接沉積于中奧陶統(tǒng)之上，中奧陶統(tǒng)為巨厚的石灰?guī)r，簡稱奧灰。煤系地層中也沉積有厚度不等的薄層灰?guī)r。這些灰?guī)r往往巖溶發(fā)育，含有豐富的承壓水?；?guī)r含水層至煤層的間距一般從幾米到幾十米不等，其間是有砂巖等巖層組成的隔水層。在底板灰?guī)r承壓水水壓過高，而隔水層較薄，其隔水能力不足，或隔水層局部遭受破壞形成突水通道時，采掘工作面一旦揭露這些區(qū)域，則很容易發(fā)生底板突水事故

13、。底板突水量小的可以是每分鐘幾個立方米，大的則可達上千立方米（1984年6月2日開灤范各莊煤礦2171工作面陷落柱奧灰突水量達2053m3/min）。劉橋二礦即屬于華北型煤田，具有華北型煤田煤系地層的特征。目前該礦一水平-400m以上資源已經(jīng)開采大部，二水平-400m-600m資源將是下步接續(xù)的重要目標。其中六煤層為主采煤層，但是六煤層底板灰?guī)r水對于礦井生產(chǎn)影響巨大。6煤層以下石炭系太原組中3灰、4灰為主要含水層，6煤層底板距離石炭系太原組3灰、4灰50m左右。石炭系灰?guī)r區(qū)域總厚120.0m左右，與下伏奧陶系（O2）不整合接觸。隨著礦井二水平打開，回采深度加大，六煤層底板承受水壓增加，太灰水位

14、雖以每年20m的速度下降，但遠不及礦井回采深度的增加。把這種因素考慮在內(nèi)，在開采到-600水平時，工作面底板承受水壓仍在3.4MPa，相應(yīng)突水系數(shù)在0.085 MPa/m，大于突水系數(shù)臨界值，太灰水在遇地質(zhì)構(gòu)造處或地質(zhì)裂隙帶，將有極大可能進入工作面并造成突水，最大突水量可達1171m3/h，可造成淹巷、淹面事故。同時，奧陶系灰?guī)r水也存在通過大的導(dǎo)水構(gòu)造（如陷落柱、基底斷裂等）突破煤層底板進入采場的可能，其后果不可估量。所以對二水平進行疏水降壓是非常必要的。本文就為針對二水平的放水試驗設(shè)計。1.3 大型放水試驗的意義對于煤系地層上部而言, 在徐淮地區(qū), 主要為新生界松散層中的底部含水層, 古沉積

15、環(huán)境屬于沖洪積以及河流等多種沉積相形成的砂礫層, 不同構(gòu)造單元, 不同古風(fēng)化面, 其沉積時期所形成的沉積物不盡相同, 利用特殊情況下的放水試驗不僅能夠分析突水含水層在區(qū)域范圍內(nèi)的地下水動力場的變化情況, 而且對于了解區(qū)域范圍內(nèi)不同含水層之間的水力聯(lián)系,創(chuàng)造了重要的外部條件。尤其是通過計算評價區(qū)域或不同礦井范圍內(nèi)的含水層的富水性, 提高了重要的試驗條件。對煤層下部灰?guī)r含水系統(tǒng)而言, 由于其裂隙、溶隙、溶洞發(fā)育具有不均勻特點, 尤其是奧陶系灰?guī)r與太原組灰?guī)r存在密切聯(lián)系, 對煤層底板有較大的水壓力, 不同的部位這種壓力大小又存在懸殊差異, 煤層在開采過程中, 往往在底板薄弱地段出現(xiàn)底板突水現(xiàn)象, 小

16、到影響生產(chǎn), 大到淹沒采區(qū)工作面。于是, 一些礦區(qū)對底板突水進行防治上, 采用的大流量疏干灰?guī)r水的片面辦法, 這不僅花費了大量排水費用, 而且出現(xiàn)礦區(qū)“排水”與“供水”之間日益增長矛盾, 破壞地下水資源和地表生態(tài)環(huán)境?；谝陨锨闆r, 進行大型井下放水試驗, 有著重要的現(xiàn)實和長遠意義。（1）通過大型放水試驗, 結(jié)合解析法、數(shù)值模擬, 能夠較為合理得到開采煤層上部松散層中含水層系統(tǒng)、下部灰?guī)r含水系統(tǒng)不同范圍內(nèi)的一些重要參數(shù), 如滲透系數(shù)、儲水系數(shù)、導(dǎo)水系數(shù)。（2）通過大型放水試驗, 查明了一定區(qū)域范圍內(nèi),不同含水層之間的水力聯(lián)系, 主要構(gòu)造的邊界條件性質(zhì), 如松散層中不同含水層之間的越流補給情況、

17、導(dǎo)水?dāng)鄬印⒏羲當(dāng)鄬右约皹?gòu)造單元內(nèi)的水文地質(zhì)條件。（3）通過對含水層參數(shù)的綜合分析, 深入了解含水層富水性情況、補給條件、徑流條件及井田內(nèi)的邊界性質(zhì)等, 從宏觀和微觀上對研究區(qū)的水文地質(zhì)情況進行一定深入的分析。（4）在綜合評價井田內(nèi)不同礦區(qū)的煤層底板巖體強度的基礎(chǔ)上, 結(jié)合水文數(shù)值模擬計算的結(jié)果, 對底板灰?guī)r水賦存狀況進行分析與評價之后, 來確定合理突水系數(shù)的值, 從而對底板進行分段處理, 具體做法為: 對不需疏水或加固段, 不進行處理; 疏水段, 在該段由底板強度與水壓力的大小來確定適宜的疏降水位; 加固段, 即在該段進行底板進行注漿加固, 使之得到抵御下部水壓力的作用。5) 大流量、大降深、

18、大范圍的放水試驗, 使研究區(qū)的水文地質(zhì)條件得到了充分的顯現(xiàn), 可得到不同條件下的動態(tài)流場, 可以查清本井田, 甚至相臨井田的范圍水文地質(zhì)條件和塊段水文地質(zhì)條件。6) 通過特殊的放水試驗, 對于正確評價松散層或灰?guī)r含水層系統(tǒng)的富水特征、動態(tài)流的變化以及合理留設(shè)防水煤(巖) 柱高度或進行合理的疏放水量, 有著重要的實踐和理論意義2。1.4 研究現(xiàn)狀疏降開采技術(shù)，是世界各國應(yīng)用最為廣泛的同礦床地下水害作斗爭的一種有效方法。這種防治水技術(shù)最初起源于露天礦，例如西德萊茵礦區(qū)的褐煤露天礦，早在1967年時已有2000多臺潛水泵進行地表疏放7。據(jù)前蘇聯(lián)有關(guān)文獻資料，深井降水孔疏放，對于滲透系數(shù)5150m/d

19、的含水層最為有效，而歐美一些國家的露天礦生產(chǎn)實踐經(jīng)驗認為，對于滲透系數(shù)大于3m/d的非承壓含水層和滲透系數(shù)大于0.30.5m/d 的承壓含水層，利用深井降水孔疏降均可取得良好效果6。很多國外礦井在成功運用疏降工程防治水害的同時，還積極探索解決水害的新思路、新方法。例如，印度奈維里褐煤礦在大規(guī)模抽水疏放的同時，對回水問題進行了研究；贊比亞康柯拉銅礦將地下疏干和地表排水相結(jié)合，人為增加流域內(nèi)地表水流速，從而減小地表水對含水層的補給量；加拿大松樹尖露天礦還解決了在低涌水量礦區(qū)如何提高疏干效果、選擇鉆井間距的問題；日本常磐煤礦通過巷道向基巖和斷層的交叉點打鉆孔，預(yù)先強制疏放70%的高溫水，工作面幾乎達

20、到無水采煤，防止了大涌水事故的發(fā)生；美國雙峰銅礦井下疏降排水系統(tǒng)總長度達1020m，巷道內(nèi)共布置12個放水孔，使水壓下降67%；Eungyu Park等研究了淺部裂隙孔隙含水層中水平疏放井中水頭分布規(guī)律等。在我國很多煤礦，疏降技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用，取得了良好的經(jīng)濟效益。如舒蘭一、二井開采第三系軟巖間煤層，其中一煤層直接底板為45m厚的富含水流砂層，通過四個深度的4條直線形孔排，組成疏降網(wǎng)，經(jīng)過1981年1990年十年的抽排水，使地下水位最終下降317.64m，保證了一煤層在無水條件下的正常開拓、掘進和回采；又如開灤礦務(wù)局趙各莊礦在井下四至七水平地層倒轉(zhuǎn)區(qū)相應(yīng)位置開掘放水石門，采用向奧陶系灰?guī)r打平

21、孔方法疏水降壓，安全采出煤炭700萬噸；撫順西露天礦采用疏降排水方案控制大型沉陷滑移邊坡；江蘇沛城煤礦通過探放水疏降含水層，降低礦井涌水量，實現(xiàn)了立井開鑿；淮北閘河煤礦利用井點疏放防治煤層頂板水害；王儒軍等人經(jīng)過多次分析論證，通過實踐證實了元寶山大水露天煤礦采用巷道疏降基巖含水層的可行性3；龍口糧家煤礦等礦通過分段探放、疏降降壓老空積水，保證了老空區(qū)下的安全采煤；安徽劉橋礦624工作面利用近位疏放降低了水壓，加大了采高，多回收煤炭4.9萬噸5；廣東陽春硫鐵礦為了整治地下涌水，采用疏干放水措施，并對疏放產(chǎn)生的地表塌陷問題提出了建議；毛允德等提出預(yù)采疏放法防治煤層頂部含水層突水技術(shù)，并在山東高莊煤

22、礦實施并獲得成功等。 近年來由于我國煤礦開采條件的日益復(fù)雜，作為礦井水防治的主要方法之一的疏降技術(shù)也在實際的應(yīng)用中不斷完善和提高4。如湖南煤炭壩礦區(qū)，原采用單井或兩個井共同疏干仍經(jīng)常淹井，后采用4個井同時疏干（井下巷道疏干），使總排水量達到8000m3/h，至此不再發(fā)生淹井事故；淮北朱仙莊礦首次采用直通式放水鉆孔疏放煤層頂板復(fù)合含水層；濟寧太平煤礦在開采厚煤層時，井下疏放水與井上封堵深水井相結(jié)合，保護了水資源，實現(xiàn)綠色環(huán)保開采等。1.5 研究內(nèi)容劉橋二礦主采煤層為二迭系山西組六煤層（煤層厚1.50-5.93m，平均2.95m）和下石盒子組四煤（煤層厚0-3.54m，平均1.68m）。井田開拓方

23、式采用分水平上下山開拓方式，一水平采用立井、主石門、集中運輸大巷開拓方式；二水平采用暗斜井、集中運輸大巷的開拓方式。一水平標高-400m、二水平標高-600m，目前礦井生產(chǎn)水平-400m。其以上資源已經(jīng)開采大部，二水平-400m-600m資源將是下步接續(xù)的重要目標。公司礦井水文地質(zhì)條件復(fù)雜，主要水害類型有第四系松散層水、四煤層頂板砂巖裂隙水及六煤層底板灰?guī)r水及老塘水。其中，六煤層底板灰?guī)r水對于礦井生產(chǎn)影響巨大。6煤層以下石炭系太原組中3灰、4灰為主要含水層，6煤層底板距離石炭系太原組3灰、4灰50m左右。石炭系灰?guī)r區(qū)域總厚120.0m左右，與下伏奧陶系（O2）不整合接觸。隨著礦井二水平打開，回

24、采深度加大，六煤層底板承受水壓增加，太灰水位雖以每年20m的速度下降，但遠不及礦井回采深度的增加。把這種因素考慮在內(nèi)，在開采到-600水平時，工作面底板承受水壓仍在3.4MPa，相應(yīng)突水系數(shù)在0.085 MPa/m，大于突水系數(shù)臨界值，太灰水在遇地質(zhì)構(gòu)造處或地質(zhì)裂隙帶，將有極大可能進入工作面并造成突水，最大突水量可達1171m3/h，可造成淹巷、淹面事故。同時，奧陶系灰?guī)r水也存在通過大的導(dǎo)水構(gòu)造（如陷落柱、基底斷裂等）突破煤層底板進入采場的可能，其后果不可估量。由于該區(qū)礦井條件的復(fù)雜性，開采過程中受到底板太原組灰?guī)r含水層的高承壓和強富水威脅。所以在該礦進行放水試驗查清其相關(guān)參數(shù)是非常必要的13

25、。放水試驗是通過在實際井孔中放水時，水量和水位變化的觀測來獲取水文地質(zhì)參數(shù)，評價水文地質(zhì)條件，為預(yù)測礦井涌水量和評價地下水允許開采量等提供依據(jù)。本次放水試驗的主要任務(wù)有：確定太灰含水層及越流層的水文地質(zhì)參數(shù)，如滲透系數(shù)K、導(dǎo)水系數(shù)T、儲水系數(shù)S等；預(yù)測二水平開采過程中礦井的實際涌水量及其水位降深之間的關(guān)系；研究放水過程中降落漏斗的形狀、大小及擴展過程；研究太灰、奧灰含水層之間及太灰含水層與地表水體之間（或與老窯水之間）的水力聯(lián)系；確定太灰含水層的邊界位置及性質(zhì)（補給邊界或隔水邊界）；建立太灰含水層疏水降壓的數(shù)學(xué)模型，以確定放水孔間距、開采降深、合理孔徑等群井設(shè)計參數(shù)。 本文采用的具體技術(shù)流程如

26、圖1-1圖1-1 技術(shù)路線流程圖2 礦區(qū)概況及地質(zhì)條件2.1 礦區(qū)概況2.1.1 位置及交通（1）礦井位置、范圍“恒源煤礦”位于安徽省淮北市濉溪縣劉橋鎮(zhèn)境內(nèi)。西以省界與河南省永城市毗鄰，東距濉溪縣約10km，東北距淮北市約13km。其地理座標為：東經(jīng)：116º37¹30116º41¹15北緯：33º54¹3033º58¹00礦井東東南淺部以土樓斷層和谷小橋斷層與劉橋一礦為界，西西北以省界與河南省永城市的新莊煤礦相接。礦井南北長約6.2km，東西寬2.04.2km，礦井采礦許可證批準面積19.0966km2。礦井范圍

27、由24個拐點組成，表2-1。主、副井位置，表2-2。表2-1 礦井范圍拐點座標 點號X坐標Y坐標點號X坐標Y坐標1375331439466697133760075394685602375373239466208143760650394695003375389639466228153760720394698504375429039465766163760585394703155375450339465844173759890394703006375414739466258183757940394701707375423439466270193757010394698008375421939466

28、39820375671539469785937551123946637521375531539468900103759250394668752237547303946835511376017539467500233754440394679681237605503946822524375395539467190表2-2 主、副井位置緯度(x)經(jīng)度(y)標高(z)主井坐標3756512.558 39467922.185 33.000 副井坐標3756574.371 39467922.185 33.000 風(fēng)井坐標3755703.985 39469131.264 33.000 （2）交通條件礦井交通

29、十分方便，濉溪縣至永城市公路從礦區(qū)通過，可直接接通河南省和安徽省內(nèi)公路網(wǎng)。礦井鐵路專用線經(jīng)濉溪站轉(zhuǎn)接京滬、隴海和京九三大干線通往全國各地，如圖2-1： 圖2-1 礦井交通位置圖2.1.2 地形地貌及水文條件該礦地處淮北平原中部。礦區(qū)內(nèi)地勢平坦，地表自然標高+30m+32m左右，有自西北向東南傾斜趨勢。基巖無出露，均為巨厚新生界松散層覆蓋。礦區(qū)屬淮河流域。區(qū)內(nèi)有王引河、丁溝、任李溝、曹溝等小型溝渠自西北向東南經(jīng)礦區(qū)后，再經(jīng)沱河注入淮河。礦區(qū)內(nèi)農(nóng)用灌溝縱橫，村莊星羅棋布。地表下潛水豐富，一般居民生活用水及部分工業(yè)用水皆取于此。2.1.3 氣象及地震情況（1）氣象該地區(qū)氣候溫和，屬北溫帶季風(fēng)區(qū)海洋大

30、陸性氣候。氣候變化明顯，四季分明。冬季寒冷多風(fēng)，夏季炎熱多雨，春秋兩季溫和。據(jù)淮北市氣象局19802000年觀測資料，年平均氣溫14.3，最高氣溫40.3（1988年7月8日），最低氣溫-10.9（1988年12月16日）。年平均降雨量785mm，雨量多集中在7、8月份。最大凍土深度0.17m，年平均風(fēng)速2.2m/s，最大風(fēng)速達20 m/s,主導(dǎo)風(fēng)向東東北風(fēng)。無霜期210240天，凍結(jié)期一般在12月上旬至次年2月中旬。（2）地震“恒源煤礦”屬淮北煤田，位于華北板塊東南緣，東有郯廬大斷裂，西有阜陽麻城斷裂，北有秦嶺緯向構(gòu)造帶，南有五河利辛斷裂。據(jù)歷史資料記載，安徽北部一帶，自公元925年以來發(fā)生

31、有感地震近50次，其中1960年以來本區(qū)發(fā)生較大的地震有7次（見表1301）。根據(jù)安徽省地震局1996年編制的安徽地震烈度區(qū)劃圖查得，本區(qū)屬46級地震區(qū)，地震烈度為7度。表2-3皖北地區(qū)有感地震統(tǒng)計表 時間1965.3.151971.7.131973.9.221979.3.21981.12.201983.11.71999.1.12震 中固 鎮(zhèn)靈 璧臨渙固 鎮(zhèn)固 鎮(zhèn)菏 澤利 辛級別 4.03.34.55.03.05.94.22.2 礦區(qū)地質(zhì)條件2.2.1 井田地層（1）區(qū)域地層概況“恒源煤礦”屬于淮北煤田濉肖礦區(qū)，位于淮北煤田中西部，在地層區(qū)劃分上屬于華北地層區(qū)魯西地層分區(qū)徐宿小區(qū)。本區(qū)地層出露

32、甚少，多為第四系沖、洪積平原覆蓋。區(qū)內(nèi)所發(fā)育地層由老到新，層序為青白口系（Zq）、震旦系（Zz）、寒武系（）、奧陶系（O1+2）、，石炭系（C2+3）、二疊系（P）、侏羅系（J）、白堊系（K）、上第三系（N）和第四系（Q）。（2）礦井地層礦井范圍內(nèi)無基巖出露，均為新生界松散層所覆蓋，經(jīng)鉆孔揭露地層有奧陶系（O1+2）、石炭系（C2+3）、二疊系（P）、第三（N）和第四系（Q），地層厚度大于1500m，由老至新概述如下： 奧陶系（O）奧陶系中、下統(tǒng)老虎山組馬家溝組（O2l-O1m）水8孔揭露地層厚度118.89m。巖性為淺灰色厚層狀的石灰?guī)r，質(zhì)純、性脆、微晶結(jié)構(gòu)，局部含白云質(zhì)，高角度裂隙發(fā)育。

33、石炭系（C）水8孔和05-3孔揭露，地層厚度129.73m，為本溪組和太原組。a 中統(tǒng)本溪組（C2b）地層厚度14.1823.10m。巖性以淺灰色到暗紅色的雜色含鋁泥巖為主，夾有少量的泥質(zhì)灰?guī)r。含鋁泥巖為中厚層狀，含有鐵質(zhì)結(jié)核及菱鐵鮞粒。與下伏奧陶系地層呈假整合接觸。b 上統(tǒng)太原組（C3t）地層厚度115.55m。巖性以深灰色的泥巖、粉砂巖及灰色的砂巖為主，灰到深灰色的石灰?guī)r次之，夾少量的薄煤層。泥巖、粉砂巖中多見有炭屑或植物化石碎片；石灰?guī)r13層，總厚53.87m，占本組地層總厚的46.6%，大多數(shù)石灰?guī)r中富含動物化石，四灰以下的石灰?guī)r中含燧石結(jié)核或夾燧石薄層。含煤3層，總厚1.82m，均為

34、不可采煤層。頂部一灰為淺灰色，細晶結(jié)構(gòu)，含大量生物碎屑，頂、底泥質(zhì)含量較高。與下伏本溪組地層呈整合接觸。 二疊系（P）a 下統(tǒng)山西組（P1s）下部以太原組頂部一灰之頂為界，上界為鋁質(zhì)泥巖之底。地層厚度84.00124.00m，平均108.50m。巖性由砂巖、粉砂巖、泥巖和煤層組成。含2個煤層（組），其中6煤層為本礦井主要可采煤層之一。與下伏地層整合接觸。b 下統(tǒng)下石盒子組（P1xs）下界為4煤層下鋁質(zhì)泥巖底界面，上界為K3砂巖底界面，地層厚度201.80248.20m，平均227.10m。巖性由砂巖、粉砂巖、泥巖、鋁質(zhì)泥巖和煤層組成，為本礦井主要含煤段。含4個煤層（組），除3煤層為局部可采煤層

35、、4煤層為礦井主要可采煤層外，其余均為不可采煤層。與下伏地層呈整合接觸。c 上統(tǒng)上石盒子組（P2SS）下界為K3砂巖之底，未見上界，99-2鉆孔揭露最大厚度約為298.58m，巖性由砂巖、粉砂巖和泥巖組成，自下而上,泥巖、粉砂巖顏色變雜，紫色綠色增多。含3個煤層（組），均不可采。與下伏地層呈整合接觸。 上第三系（N）上新統(tǒng)（N2）總厚5.9067.20m，平均厚度28.94m。不整合于二迭系地層之上。下部厚033.18m，平均7.64m，以灰綠色、灰白色粘土、鈣質(zhì)粘土為主，夾12層薄層砂。粘土可塑性強。底部多含礫石及鈣質(zhì)團塊。屬坡積、洪積相沉積物。中部厚0.9537.20m，平均厚度13.58

36、m。主要由灰白色、淺黃色細砂、中砂及少量粗砂組成，其中夾粘土或砂質(zhì)粘土13層，砂層結(jié)構(gòu)松散。上部厚1.9219.80m，平均厚度7.64m。以棕黃色、灰綠色粘土或砂質(zhì)粘土為主，夾23層砂。頂部富含鈣質(zhì)鐵錳結(jié)核。 第四系（Q）a 更新統(tǒng)（Q1-3）總厚38.8093.70m，平均厚度63.97m。與第三系呈假整合接觸。下部主要由淺黃色及淺灰綠色、灰白色細、中砂組成，其中夾12層粘土或砂質(zhì)粘土。上部主要由棕黃色夾淺灰綠色粘土、砂質(zhì)粘土組成，夾13層砂或粘土質(zhì)砂，頂部含有較多鈣質(zhì)或鐵錳質(zhì)結(jié)核。b 全新統(tǒng)（Q4）厚度為20.1839.80m，平均厚度32.79m。以褐黃色細砂、粉砂、粘土質(zhì)砂為主，夾粘

37、土及砂質(zhì)粘土，含螺螄、蚌殼化石，近地表為耕植土壤，屬現(xiàn)代河流泛濫相沉積。2.2.2 井田煤層礦井含煤地層為石炭、二疊系，鉆孔揭露總厚度大于800m，為一套連續(xù)的海陸過渡相及陸相碎屑巖和可燃有機巖沉積。因石炭系和二疊系上石盒子組煤層在本區(qū)不穩(wěn)定且不可采，不作為研究對象。（1）二疊系下統(tǒng)山西組（P1s）本組含礦井主采煤層6煤層，根據(jù)巖石沉積特征，以6煤層為界分為上下兩段。下段（一灰6煤層）厚度42.5469.82m，平均54.60m。下部為深灰色或灰黑色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖（俗稱海相泥巖），向上為粉砂巖、細砂巖，常見波狀層理。上部常發(fā)育淺灰色細砂巖與深灰色泥巖（或粉砂巖）互層（俗稱葉片狀砂巖），層面多

38、含云母碎片，水平緩波狀層理、透鏡狀層理發(fā)育，具底棲動物通道,含菱鐵礦結(jié)核和黃鐵礦晶體。上段（6煤層鋁質(zhì)泥巖）厚度41.4068.80m，平均53.90m。巖性為砂巖、粉砂巖和泥巖。6煤層間接頂板為砂巖，深灰色，中細粒結(jié)構(gòu)，含深灰色泥質(zhì)包體，局部相變成砂泥巖互層。頂部發(fā)育一層長石石英雜砂巖，灰灰綠色，中粗粒結(jié)構(gòu)，泥質(zhì)膠結(jié)、松散。（2）二疊系下統(tǒng)下石盒子組（P1xs）根據(jù)巖性特征和含煤情況，以3煤層為界分為上下兩段：下部富煤帶（3煤層4煤下鋁質(zhì)泥巖）厚度33.2065.50m，平均46.50m，為礦井主要可采煤層段之一，含3、4煤層，其中3煤層為局部可采煤層，4煤層為主要可采煤層。巖性由砂巖、粉砂

39、巖、泥巖、鋁質(zhì)泥巖和煤層組成。底部為淺灰鋁灰色鋁質(zhì)泥巖,夾紫、灰綠色花斑，細膩，含較多菱鐵鮞粒，層位穩(wěn)定。34煤層（組）間多為石英長石砂巖，灰淺灰色，中細粒結(jié)構(gòu)，常夾粉砂巖、泥巖薄層，局部相變?yōu)樯?、泥巖互層，水平緩波狀層理。上部少煤段（3煤層上K3砂巖底）厚度168.20195.00m，平均180.60m。含3個煤層（組），除個別點外均不可采。巖性由砂巖、粉砂巖、泥巖和煤層組成。3煤上長石石英砂巖為3煤層直接或間接頂板，淺灰色，中細粒結(jié)構(gòu)，含菱鐵質(zhì)鮞粒并顯示波狀層理，硅質(zhì)膠結(jié)致密。2.2.3 井田構(gòu)造（1）區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造基本特征淮北煤田大地環(huán)境處在華北古大陸板塊東南緣，豫淮坳褶帶東部，徐宿弧形推

40、覆構(gòu)造中南部。東以郯廬斷裂為界與華南板塊相接，北向華北沉陷區(qū)，西鄰太康隆起和周口坳陷，南以蚌埠隆起與淮南煤田相望?；幢泵禾锏膮^(qū)域基底格架受南、東兩側(cè)板緣活動帶控制，總體表現(xiàn)為受郯廬斷裂控制的近南北向（略偏北北東）褶皺斷裂，疊加并切割早期的東西向構(gòu)造，形成了許多近似網(wǎng)狀斷塊式的隆坳構(gòu)造系統(tǒng)，而以低次序的北西向和北東向構(gòu)造分布于斷塊內(nèi)，且以北東向構(gòu)造為主。隨著徐宿弧形推覆構(gòu)造的形成和發(fā)展，形成了一系列由南東東向北西西推掩的斷片及伴生的一套平臥、歪斜、緊閉線形褶皺，并為后期裂陷作用、重力滑動作用及擠壓作用所疊加而更加復(fù)雜化。推覆構(gòu)造分別以廢黃河斷裂和宿北斷裂為界，自北而南可分為北段北東向褶斷帶，中段

41、弧形褶斷帶與南部北西向褶皺帶。劉橋礦區(qū)位于淮北煤田中西部，在環(huán)境上處于徐宿弧形推覆構(gòu)造中段前緣外側(cè)下底席偏北部位，大吳集復(fù)向斜南部翹起端，東有豐縣口孜集斷裂，西有阜陽夏邑斷裂，南部有宿北斷裂，北有豐沛斷裂。特定的區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景，決定了劉橋礦區(qū)經(jīng)受過多期構(gòu)造體系控制，經(jīng)歷不同方向構(gòu)造應(yīng)力作用，形成了現(xiàn)今復(fù)雜的構(gòu)造輪廓。如圖2-2。礦區(qū)既有斷續(xù)顯現(xiàn)的近東西向褶皺和壓性斷層,又有大中型NNE向褶皺和平移斷層,兩者相互干擾、疊加，充分說明本區(qū)實質(zhì)上是兩期或兩期以上不同方向的構(gòu)造體系在同一地區(qū)大角度復(fù)合。新體系褶皺（NNE向）疊加、跨越在老體系（近NE向）褶皺之上，新體系斷層切割、改造老體系的褶皺和斷

42、裂，而老體系的構(gòu)造形跡又限制、阻截新體系構(gòu)造形跡的發(fā)育和延展含煤巖系的基底由奧陶系中下統(tǒng)地層組成19。圖2-2 區(qū)域構(gòu)造綱要圖（2）礦井構(gòu)造“恒源煤礦”處于大吳集復(fù)向斜南部仰起端上的次級褶曲土樓背斜西翼。總體上為一走向北北東，向北西傾的單斜構(gòu)造，次級褶曲較為發(fā)育，使局部地層呈北東或北西向。地層傾角一般在315°，受構(gòu)造影響局部傾角變化較大。構(gòu)造較為發(fā)育。已查出褶曲5個，組合落差5m的斷層55條，其中30m的斷層8條（表2-4）。該區(qū)的礦井構(gòu)造綱要圖見圖2-3。表2-4-1斷 層 情 況 一 覽 表序號斷層名稱性質(zhì)走向傾向傾角(度)落差(m)長度(km)可靠程度1谷小橋逆NESE450

43、-73>2.5查明2土樓正近SENEESE700-180>6查明3DF1正NENW700-20>1.10查明4F623-1正NENW550-50.80查明5孟口逆NWNE25-355-40>3.9查明6BF4正NENW55-600-251.4查明7F57正NENW600-401.6查明8呂樓正NENNESE600-120>4查明9DF5逆NWE25-350-202.1查出10FF1正NESE600-15>1.6查出11F45-3正NWSW800-140.55查明12F46-2正NWNE600-60.40查明13DF73正NENW700-50.5查明14F16

44、正NENW450-181.5查明15F61-2正NNESE650-150.5查明16孟-1正NESE550-601.6查明17DF102正NENW750-100.2查明18土東正NESE700-101.14查明19FF6正NENW450-100.7查明20FF7正NESE700-11>0.6查明21F63-4正NENW700-200.65查明22FF8正NENW500-120.15查明23F4414-1正NENW600-100.70查明24F63-3逆NWNE350-301.1查明25F63-12逆NWSW350-30>1.1查明26F41-1正NWNE45-550-70.60查明

45、27DF10正NENW700-100.4查明表2-4-2 斷 層 情 況 一 覽 表序號斷層名稱性質(zhì)走向傾向傾角（度）落差（m）長度（km）可靠程度28DF10-1正NWSW700-150.2查明29DF6正NWSW700-150.3查明30DF15正NENW700-80.3查明31F37正NWSW680-161.2查明32F20正NESE550-130.9查明33DF43正NENW700-101.0查明34DF44正NESE75151.0查明35DF45正NWNE75151.0查明36F36正NESE630-120.5查明37F34正NENW680-60.3查明38F12正NENW600-7

46、0.5查明39DF109正NENW750-1011查明40DF114正NENW700-87查明41DF102正NENW750-100.3查明42DF117逆NWNE540-200.7查明43DF97正NESE58-750-200.4查明44DF99正NWSW750-150.5查明45DF105正NWNE750-150.3查明46DF100正NESE750-150.3查明47DF107正NWNE750-160.4查明48DF108正NESE700-100.4查明49DF110正NENW650-100.8查明50DF90正NENW700-100.7查明51F9正NENW650-6.50.3查明52

47、孟3正NENW550-151.6查明53F441-1正NENW450-130.6查明54F28正NENW550-100.7查明55DF66正NESE700-101.0查明 圖2-3 礦井構(gòu)造綱要圖褶曲構(gòu)造礦區(qū)淺部煤巖層走向NWW至EW，傾向N，傾角10°左右，中深部轉(zhuǎn)為走向NNE，向NW方向傾斜，傾角一般在3°15°之間，受局部構(gòu)造影響，煤層傾角可變大到60°左右。整個礦井褶皺構(gòu)造比較復(fù)雜，按軸向延展方位，可分為三組：即近EW向、NNE向和NNW向。三組褶皺空間各具特色，生成層次分明，現(xiàn)分述如下：a 溫莊向斜：位于礦區(qū)西北部，為一寬緩向斜構(gòu)造。軸向NEE

48、，西段轉(zhuǎn)為近EW向延伸至新莊礦境內(nèi)，兩翼地層走向近EW，南翼傾角10°左右，北翼傾角6°10°，對稱性較好。核部4煤層賦存深度約-670m，6煤層為-770m左右，軸長約2000m，略向SSE方向凸出，呈弧形展布。東段被孟口斷層切錯。D8、D9、D10、D11、D12、D4及D6等6條地震測線和95-2、95-3鉆孔控制，西段及北翼缺少工程控制，有待進一步探明。有13、12-13、12、11、10、9等六條地質(zhì)剖面和七條地震時間剖面控制。b 土樓背斜位于該礦與劉橋一礦兩井田之間的寬緩背斜構(gòu)造。軸部全長約78km，在14勘探線附近被土樓斷層斜切錯開。北段軸向N10&

49、#176;E左右，樞紐向北傾伏，傾伏角約10°，延至6煤層埋深-650m附近逐漸消失；南段軸向N20°40°E，呈波狀展布，南端延至丁莊逆斷層上盤抬起消失，總體近似平行于陳集向斜。該背斜北段東翼、南段西翼煤層被土樓斷層切割，呈現(xiàn)不完整，兩翼煤巖層傾角均為5°10°。西北翼較為開闊，延展很遠。該背斜被多個鉆孔及采掘巷道揭露，控制可靠。軸部有12-13、12、11、10、9、8等六條地質(zhì)剖面和三條地震時間剖面控制。如圖2-3。圖2-3 土樓背斜示意圖c 孟口向斜位于礦區(qū)北部，孟口逆掩斷層下盤，為不對稱向斜構(gòu)造。總體軸向N30°W，樞紐略向東南仰起，于東風(fēng)井工業(yè)廣場附近消失，軸向約N15°W，近似平行于孟口斷