薛湖煤矿二2煤23采区设计说明书.doc

薛湖煤矿二2煤23采区设计说明书第一章 采区概况及地质特征第一节 采区概况本区位于淮河冲积平原北部，地势平坦开阔，总体为西南高，北东低。最高海拔标高+40.2m，最低+32.3m，一般+36+38m。23采区位于薛湖井田东部，地面有薛湖镇、聂小庄、王庄、裴寺、傅楼等村庄。23采区西接东21采区，东至矿井东翼薄煤带，北至27采区，南至df116、df5断层保护煤柱，采区内共布置11个工作面，采区走向长度约3.4km，倾斜长度1.02.1km，面积约3.06km2，经计算可采储量1108kt，采区生产能力以0.6mta，采区回采率按80计算，23采区服务年限为16a。23采区拐点坐标如下：（1）y=39446536.2 x=3778838.7（2）y=39446536.2 x=3777000.0（3）y=39448205.5 x=3777926.2（4）y=39449537.0 x=3778714.0（5）y=39449373.6 x=3779625.9（6）y=39447789.4 x=3778826.4区内先后有安徽325队、省建委地勘公司三队、中南煤田地质局物探普查队、煤炭部煤田地球物理勘探队、河南省地质十一队、煤炭工业部一二九队等单位在本区进行过勘探工作。2007年1月4月中国煤炭地质总局物测队完成了薛湖煤矿21采区三维高分辩地震勘探，勘查面积6.0km2。于2007年5月提交了河南神火煤电股份有限公司薛湖煤矿21采区三维地震勘探报告。第二节 地质特征一、地层及标志层采区内发育地层由老至新有奥陶系中统马家沟组、石炭系中统本溪组、石炭系上统太原组、二叠系下统山西组与下石盒子组、二叠系上统上石盒子组及石千峰组、新近系、第四系，其中太原组、山西组、下石盒子组和上石盒子组为含煤地层。现将发育地层自下而上分述如下： (一)、奥陶系中统马家沟组（o2m）本组主要为浅灰、灰色隐晶质细晶质中厚厚层状石灰岩，上部含黄铁矿，岩溶裂隙较发育，最大厚度38.86m。(二)、石炭系（c）1、石炭系中统本溪组（c2b）本组上部由灰深灰色砂质泥岩及泥岩组成，中偶夹二层薄层泥灰岩；下部为灰灰白色铝土质泥岩或铝土岩，含菱铁质鲕粒，具滑感；底部有紫花色铝土泥岩，含较多的铁质鲕粒和结核，相当于山西式铁矿层位。本组地层厚1623m，平均厚19m，与下伏马家沟组呈平行不整合接触。2、石炭系上统太原组（c3 t）本组为含煤地层，即一煤段。由薄中厚层状石灰岩、泥岩、砂质泥岩、砂岩组成，含薄煤34层，据区内钻孔揭露,未见到可采煤厚点，各煤层基本上无经济价值。全组共含石灰岩911层、单层一般厚35m，厚者可达14m。本组地层厚135142m，平均139m。与下伏本溪组呈整合接触。根据岩性特征该组可分为上、中、下三段：(1) 下段：自本溪组铝土质泥岩顶至l2灰岩顶界，厚30m左右。该段下部为细粒砂岩夹粉砂岩、泥岩，砂岩底界为本组与本溪组界线，具水平纹理及波状层理，富含黄铁矿结核，含少量植物化石碎片及炭屑；上部为灰色厚层状石灰岩(l2)，富含动物化石及燧石结核，为k2标志层。(2)中段：自l2灰岩顶至l7灰岩底，厚60m左右，主要由泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、薄层石灰岩及薄煤层组成，煤层均不可采，灰岩中含大量动物化石，泥岩多具鲡状结构。(3) 上段：自l7灰岩底至山西组底，厚50m左右，以石灰岩为主，夹薄层泥岩、细粒砂岩及煤层，灰岩中含蜓类等动物化石，顶部第一层灰岩厚1m左右，层位稳定，为k3标志层。中部常发育一层厚9.0m左右的灰岩(l9)，含较多燧石结核，厚度稳定。(三)、二叠系（p）1、二叠系下统山西组（p1sh）该组为本区主要含煤地层，即二煤段。自二1煤底板砂岩至下石盒子组底鲕状铝土质泥岩（k4）底，由泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、砂岩组成。含煤34层，分布于中下部，其中二2煤是本区主要可采煤层。本组地层厚68109m，平均92m，与下伏太原组呈整合接触。以二2煤层为界分为上、下两段：(1)下段（即二2煤以下）：为一套层理非常发育的粉、细粒砂岩互层，呈明显的缓波状水平层理，含23层薄煤（二1煤），底部以条带状的细粒砂层或砂质泥岩与下伏太原组海相泥岩呈整合接触，有时分界不明显，本段厚约40m。(2)上段（二2煤以上）：以砂岩、砂质泥岩、泥岩组成。砂岩中有时交错层理发育，以含岩屑为特征，顶部砂岩富含较大棕色的云母片，钙、泥质胶结。本段厚约50m。2、二叠系下统下石盒子组(p1x)该组为本区含煤地层，自k4鲕状铝土质泥岩底至k7中粒砂岩底，为本区主要含煤地层之一。由泥岩、铝土泥岩、砂岩、粉砂岩与煤层组成。本组地层平均厚404m，与下伏山西组呈整合接触。据煤、岩层组合特征可分为三、四、五三个煤段。(1)三煤段：为本区主要含煤地层，底部为灰白色铝土泥岩，局部为紫花色，含菱铁质中粗鲕粒（k4），局部具同心圆结构，层位稳定，厚约5m左右，为本区主要标志层（k4）；中部为细粒砂岩、砂质泥岩夹煤层，砂岩中岩屑含量较高，常具黑白相间的微波状水平层理；顶部砂岩中含菱铁质成分,局部较集中,普遍含铁质鲕粒。煤层主要分布于本段中上部，含煤56层，其中三2 2煤与三3煤为本区大部可采煤层。本段地层厚55100m，平均78m。(2)四煤段：由紫花色、灰色、深灰色、灰黑色砂质泥岩、泥岩、炭质泥岩、粉砂岩及少量细粒砂岩组成，紫花色泥岩中含菱铁质鲕粒。底部为细粒砂岩或粉砂岩，含菱铁质成分，为 k5标志层。本段地层厚100150m，平均126m。 (3)五煤段：由黑灰色、紫花色泥岩、绿灰灰色中、细粒砂岩及粉砂岩组成。底部一般为灰白色中、细粒砂岩，成分以石英为主，硅质胶结，一般厚约9m，为k6标志层，但84线以西，k6往往相变为粉砂岩或砂质泥岩。k6之上75m左右含煤线或炭质泥岩，为五煤层位，为辅助标志层。煤层之下紫色泥岩中含粗菱铁质鲕粒。本段地层厚178223m，平均200m。3、二叠系上统上石盒子组（p2s）该组为本区含煤地层，自k7中粒砂岩底至“平顶山砂岩”底，主要由灰绿色、灰色、紫花色泥岩、砂质泥岩、砂岩、煤线组成，地层厚约350m，与下伏下石盒子组呈整合接触。据煤、岩层组合特征分为六、七两个煤段。(1)六煤段：由灰绿色、紫花色砂质泥岩、粉砂岩及薄层砂岩等组成。底部为中细粒砂岩，含较多云母片，厚一般5m左右，为k7砂岩标志层；下部含数层灰黑褐色硅质海绵岩，其菱形节理发育，坚硬，为一辅助标志层，岩石主要由硅质及钙质海绵骨针组成，其主要成分为玉髓及方解石，基质为粘土。本段地层厚187m左右。(2) 七煤段：由灰绿、紫花色砂质泥岩，粉砂岩及灰绿色、灰白色中细粒砂岩组成，含铁质结核，局部夹黑色泥岩及铝土岩，底部为灰白灰绿色中粗粒砂岩，含小砾石，厚一般5m，为k8砂岩标志层。本段地层厚171m。本段自然曲线呈大锯齿状的低值反映。4、二叠系上统石千峰组（p2sh）本区石千峰组地层揭露极少，地层厚度不详。区内仅发育石千峰组第一段地层，其与豫西地区的“平顶山砂岩” 相当。该段地层以灰灰白色，厚层状，中粗粒石英砂岩为主，夹有灰绿色细砂岩及粉砂岩，砂岩中石英含量占95%以上，硅质胶结为主，坚硬，颗粒为次棱角及次圆状，常含有燧石小砾石，局部具交错层理。该段地层厚107121m，平均114m，与下伏上石盒子组地层呈整合接触。(四)、新生界（kz）1、新近系（n）(1)新近系下部（n1）：属河湖相沉积，厚度180250m，与下伏各地层呈角度不整合接触，可分为上下二段。下段以土黄、棕黄、灰绿色粘土、亚粘土为主。底部普遍发育一层灰白色，俗称“钙质层”的亚粘土，含14层粉砂、细砂，厚度变化幅度为030m，呈透镜体状。该段地层厚35127m，平均90m，埋藏深度280 300m。上段由浅黄、棕黄色中细砂、亚砂土和灰黄、灰绿色亚粘土、粘土组成，含钙质和铝土质。砂层松散,单层厚度大,粒度粗,泥质含量少,砂层510层，厚度60100m。该段地层厚110160m，平均135m。埋藏深度165300m。(2)新近系上部（n2）：属河湖相沉积，厚度4573m，平均厚60m。主要由土黄、灰黄、棕黄、亚粘土、粘土夹砂层透镜体组成，富含大小不一的砾石与姜结石。本段地层以高可塑性粘土为主，砂层一般24层，厚度625m，埋藏深度100165m。2、第四系（q）(1)更新统（q13）：属冲洪积相沉积，厚度4678m，平均厚65m，与下伏新近系地层呈整合接触。以土黄、黄褐、浅黄色亚粘土为主，夹亚砂土及粉砂、细砂透镜体。含砂层37层，厚度1235m，亚粘土中姜结石富集。埋藏深度35100m。(2)全新统（q4）：属冲积相沉积，厚度一般为2030m，平均厚25m。由灰黄、土黄色亚砂土夹灰黄、褐黄色亚粘土、粘土组成,含小砾石及姜结石,薄层粉、细砂层呈透镜体状,亚粘土中夹12层灰褐色含腐植质的“黑土”，含田螺、蜗牛化石。二、构造 (一)、井田构造：薛湖煤矿位于区域构造永城复背斜北部仰起端、次一级构造聂奶庙背斜的北翼，总体构造形态呈一走向北西西的单斜构造，由于受东西向构造和北北东向构造的控制和影响，而使其构造形态局部复杂化。本井田断裂构造较发育，主要发育北北东向、北东向和近东西向三组断层，均为高角度正断层，东部以北北东向断层为主；中部发育北东向和近东西向断层；西部以近东西向为主。全井田共发育断层65条，其中落差大于100m的9条；落差10050m的5条；落差5020m的10条；落差小于20m的41条。大断层主要分布于井田东、西边缘的两侧，呈相互平行状展布，形成阶梯状或地垒、地堑状组合的特点，构成本井田边界。 (二)、采区构造：采区为一地层走向近东西，倾向北的单斜构造，倾角417，平均12。采区主要受f116和df5断层及其伴生断层的影响，断层性质均属正断层，f116断层规模较大，延伸较长，自采区东缘向西延伸至采区中部，延展长度1.85km，走向近ne，倾向se，倾角为65，落差030m；df5断层位于采区南部，延展长度1.35km，断层走向近nee，倾向sse，倾角60，为一北升南的正断层，最大落差29m。区内构造展布方向以近东西向和北东向断裂为主，其次为近南北向。地质探明的断层有21条。其中对回采造成较大影响的有9条df116 、df21 、df22、df23、df25、df31 、df32、df33、df34 、详见断层成果一览表（表1-2-1）。其中最大落差为df116断层落差在529m；其余8条断层落差均在3m10m之间。表1-2-1 开拓区小断层情况一览表断层名称断层性质最大落差(m)倾角()走向倾向延展长度(km)错断煤层控制依据控制程度df21正862ews0.54三3、三、二27222孔穿见，三维地震控制可靠df22正465nwwssw0.26三3、三、二2三维地震控制df23正565sne0.2二2三维地震控制可靠df25正970nwne0.32三3、三、二2三维地震控制可靠df31正1570ews0.20二271-3孔穿见，三维地震控制可靠df32正563n enw0.54三3、三、二2三维地震控制可靠df33正470nwsw0.18二2三维地震控制df34正866neennw0.22二2三维地震控制可靠开拓区内小断层对煤层开采影响较大。断层使工作面煤层突然断失，使其运输条件复杂化。在巷道掘进遇断层时，由于断层处岩石破碎，易塌落（如轨道大巷中央风井至一车场段），给巷道顶板支护带来很大困难，在今后的生产过程中也存在不安全隐患；同时对煤层厚度也有影响，断层发育处煤层厚度变薄 （如73线732孔处受断层 df20影响煤层变薄），使将来工作面回采推进速度变慢，产量下降，工作面回收以及初次放顶次数增加，顶板管理难度加大。另外断层处岩石破碎，裂隙发育，使其含水层富水性增强，使煤层顶底板产生淋水、突水现象（如f501断层处顶板淋水严重），影响了煤矿的正常生产。综上所述，采区内大、中型断层较少对采区的正常划分影响不大。三、褶曲开拓区内主要发育的褶曲为薛湖向斜，位于矿井23采区中部。向斜轴走向为nw65，自刘庄经王庄至陈庄西，延展长度2km，该向斜sw翼倾角较陡，约32；ne翼平缓，10左右，褶幅25m为一不对称向斜。该向斜向nw撒开，呈7倾角向se倾伏，向斜轴部及两翼由p1x地层构成，西南部被nw向的df5断层切割。该向斜在地震时间剖面上显示明显，三维地震资料控制严密，已查明。四、岩浆岩及其他地质因素矿井内岩浆岩侵入体分布广泛，东、西部较发育，中部个别钻孔也有穿见。据钻孔揭露岩浆岩侵入最新地层为上石盒子组中、下部，最老地层为奥陶系顶部，但以侵入到下石盒子组和山西组最为广泛，所以对煤层影响较大。(一)、开拓区岩浆侵入体对煤层的影响：开拓区内岩浆岩主要发育在东缘，受其影响煤层大部变为天然焦，如东风井检查孔530m以深（三煤段往下）受岩浆岩侵入体的影响，煤层全部变为天然焦，天然焦处见大量霏细岩和少量辉绿岩。区内二2煤层中以66勘探线为界，东部为天然焦西部为煤层，有7682、6620、6616、东风井检查孔四孔控制；三煤层中以71勘探线为界，东部为天然焦西部为煤层，有71-4、7106、7020、1902、7682、6620、东风井检查孔7孔控制；三3煤中以73勘探线为界，东部为天然焦西部为煤层，有73-4、73-2、73-1、7224、7222、7220、7217、7215、71-4、71-3、71-2、70-1、7019、7017、7682、6620、东风井检查孔17孔控制。由此可以看出区内岩浆岩自东向西侵入，对煤层的影响程度，深部较小浅部较大。(二)、地温：1、矿井地温概况：本矿井恒温带深度为25m，温度16.5，据本区钻孔测温资料整理计算，本区平均地温梯度2.172.79/100m，低于3/100m，属于地温正常区。2、二2煤层底板温度特征：矿井内二2煤层底板埋深3401037m，底板温度3543，存在、级高温区。其中，常温区（31）位于94勘探线以东，煤层底板埋深550m水平以浅，面积9.67km2，占全区的15.57%；级高温区位于煤层底板埋深550850m水平之间，面积25.59km2，占41.22%，矿井的先期开采地段（包括首采区），均在级高温区内；级高温区分布在煤层底板埋深850m水平以深的范围，面积26.28km2，占43.20%。三个井筒检查孔对二2煤层底板施测温度校正值为32.7335.28与周围地温变化趋势基本吻合，没有出现异常现象。本区二2 煤层大面积为、级高温区，但先期开采地段的地温低于37，因此，经过通风降温后，对开采环境影响不大。矿井二2煤层顶板比较平整，局部节理裂隙发育，稳定性较好；底板属松软类, 矿井深部可能会有底鼓现象。矿井为正常地温区，矿井中深部二2煤层有、级高温区，深部地压较高。五、煤层(一)、煤系地层：本区煤层赋存于石炭二叠系含煤岩系，含煤岩系分四组七个煤段，即石炭系上统太原组（一煤段）、二叠系下统山西组（二煤段）与下石盒子组（三、四、五煤段）、二叠系上统上石盒子组（六、七煤段），含煤地层总厚度993.0m，共含煤13层，煤层总厚度7.27m，含煤系数0.73%。其中上石炭统太原组与上二叠统上石盒子组仅含薄煤层及煤线，含煤性较差；下二叠统山西组和下石盒子组地层含可采煤层及局部可采煤层，含煤性较好，是本区主要含煤地层。(二)、二2煤层厚度及煤质：二2煤层赋存于山西组中下部，上距k4铝质泥岩51m、三2 2煤层89.2m，下距二1煤层底板砂岩36.60m、k3石灰岩47.70m。煤层的直接顶板为砂质泥岩或细粒砂岩，局部为中粗粒砂岩；直接底板为细粒砂岩和砂质泥岩。采区内该煤层厚度变化不大，发育稳定，仅有局部变薄或增厚。煤层厚度1.03.1m，平均厚约2.51m，煤厚多集中于23m之间。煤层厚度局部有一定变化。二2煤层为灰黑色，贫煤，以低灰分特低硫、特低磷、低水分、高发热量（27.54mj/kg）、似金属光泽，条带状结构，层状构造，外生裂隙较发育，视密度为1.44。二2煤层的宏观煤岩特征：以亮煤为主，次为暗煤、镜煤，属半光亮光亮型煤。(三)、三3煤层概况：三3煤层上距k5砂岩28m，下距k4铝质泥岩43m，井田内煤层埋深330980m，底板标高-300-950m。煤层直接顶底板均为砂质泥岩，间接顶板为细砂岩或粉砂岩，间接底板为砂质泥岩或细砂岩，全区层位较稳定。煤层可采区主要分布在东21采区和东23采区西部，与7378勘探线中深部级8294线深部，不可和零点主要分布于70勘探线以东、94勘探线以西和中部7782勘探线间中浅部区域；其它区域即使有可采点也是零星分布。三3煤层的煤类为贫瘦煤、贫煤、无烟煤，煤层层位较稳定，结构简单，为大部可采薄煤层，可采范围内厚度有一定变化。其煤层稳定程度为不稳定型煤层。(四)、三2 2煤层概况：三2 2煤层上距k5砂岩40.0m、距三3煤层11.0m；下距k4铝质泥岩37.0m，下距二2煤层89.20m，井田内煤层埋深330990m，底板标高-300-960m。煤层的直接顶板为砂质泥岩或细粒砂岩，直接底板为细粒砂岩，间接顶板为细砂岩或粉砂岩，间接底板为砂质泥岩或细粒砂岩，层位较稳定。煤层可采区主要分布于87勘探线以东中深部，其中7787线浅部为沉积尖灭零点和不可采区；7175线中深部有不可采区；东部71线以东中浅部为岩浆岩入侵区形成的天然焦多为不可采；87勘探线以西基本全为煤层不可采或相变成炭质泥岩乃至尖灭沉积尖灭零区。开拓区内中西部可采；东缘为煤层不可采和天然焦不可采区。三22煤层层位较稳定，结构较简单较复杂，为大部可采薄煤层，可采范围内厚度有一定变化。三22煤由贫瘦煤、贫煤、无烟煤三个煤类组成。三22煤层为不稳定型大部可采薄煤层。第三节 矿井水文地质一、水文地质边界条件矿井位于永城复背斜北部扬起端，处于基岩地下水的迳流带。东部的滦湖正断层系，以f110和f112为主将外围地层抬升70200m，使得外部岩溶强含水层与矿井内煤系地层对接，构成矿井东部供水边界；西部太灰含水层埋深1000m，富水性渐弱，但距首采区超过7km，可视为无限边界；北部太灰含水层埋深亦1000m，地下水迳流条件微弱，再加之八里庄断层的阻水作用，可视为隔水边界；南部为太灰含水层隐伏出露区，可接受上覆新近系孔隙水的微弱补给，可视为弱补给边界。二、主要含水层和隔水层(一)、主要含水层：区内主要含水层自上而下划分为：新生界含水层（组）：基岩风化带含水层；二叠系下石盒子组、山西组砂岩含水层；石炭系太原组上段灰岩含水层；石炭系太原组下段灰岩含水层；奥陶系灰岩含水层。共计六个含水层，描述如下： 1、新生界孔隙水含水组新生界松散岩类含水层西部厚，东部薄，厚度110.67m445.10m，平均值358.08m。主要砂层含水层埋藏深度分别为第四系全新统035m和新近系含水层150300m。2、基岩风化带裂隙含水层含水层厚2035m，其中顶部20m风化裂隙较发育，富水性较好。区内117个钻孔简易水文地质观测统计，有18孔漏水，漏水率15.4%，8016孔山西组二2煤顶板风化带抽水，单位涌水量0.000388l/sm，渗透系数0.00182m/d，富水性极弱。3、下石盒子组与山西组砂岩裂隙含水组由中粒、细粒砂岩组成，厚度915m，属弱富水含水层。二2煤底板有一层中细粒砂岩，厚度一般8m左右，具有一定富水条件，富水程度较弱。4、太原组上段灰岩岩溶裂隙水含水层由56层灰岩组成，厚度17.5525.85m，平均22.13m，太原组顶部l12（k3）灰岩呈薄层状，平均厚度1.30m，富水性弱。l8灰岩赋存稳定，一般厚度10m。灰岩致密完整，岩溶裂隙不发育，l8灰岩含水层为区域主要含水层，是矿井防治水工作的重点。5、太原组下段灰岩岩溶裂隙水含水层含水段为l7灰岩底至l12灰岩顶的太原组上段地层，含水层为l7灰岩l12灰岩共6层，一般为24层，累厚17.5525.85m，平均22.13m。其中l12灰岩（k3）为薄层灰岩较稳定，平均厚1.30m；l8灰岩全区稳定且发育，一般厚度8m，局部岩芯裂隙较发育，但多为方解石脉充填，岩溶裂隙不发育，单位涌水量0.000004660.000865l/sm，渗透系数0.00004410.00580m/d，含水组富水性弱，迳流条件差，地下水以静储量为主；其中l8灰岩为二2煤巷道充水的主要含水层。6、中奥陶统马家沟组灰岩岩溶裂隙含水层井田最大揭露厚度38.86m，无抽水资料，富水性不详；据区域抽水资料，单位涌水量0.008433.152l/sm，富水性强，但不均一，为二2煤层底板充水间接含水层。(二)、主要隔水层：1、新生界隔水层新生界新近系上部与下部隔水层：新近系上部厚度3050m，下部50100m，岩性以粘土为主，分别为第四系与新近系上部含水层（组）、新近系下部第二段含水层与第一段含水层之间的良好隔水层。2、下石盒子组和山西组隔水层下石盒子组和山西组的含水层之间普遍发育三层隔水层，上石盒子组底部k5砂岩至三22煤顶板层段，二2煤顶板砂岩以上至三煤组底板层段，由砂质泥岩、粉砂岩及薄层砂岩互层组成，厚度分别为30m，5070m，隔水性能良好，为区域性赋存稳定的隔水层。3、二2煤底板隔水层太原组顶部第一层灰岩至二2煤底板，主要由泥岩和粉砂岩、细砂岩组成，总厚度23.1661.89m，平均厚度42.56m，该层分布连续、稳定，正常情况下，为良好的隔水层。4、太原组中段隔水层l8与l2灰岩之间，隔水层厚度间距6777m，岩性主要由砂质泥岩、中粒砂岩、薄层灰岩组成，赋存稳定，分布连续，能有效阻隔太原组上下段灰岩含水层的水力联系。5、本溪组隔水层隔水层厚度15.7024.02m，平均厚度19.73m，该层分布稳定、连续，隔水性能好，正常情况可阻止奥陶系含水层水与上部的水力联系。三、采区水文地质(一)、采区水文地质概况：从揭露两条大巷水文地质资料显示，巷道掘进主要以顶板砂岩水为主，其水量大约在30m3/h。采区内各个含水组的水文地质条件与区域情况基本一致，但基岩地下水的补给、径流、排泄条件及其赋存状态，均受边界断层的控制和影响。(二)、断层对采区地下水的控制与影响：受边界断层影响，基岩含水组遭到了严重的连续性破坏，地下水的赋存状态，运动条件发生了变化。断层切断了地下水的侧向水平补给，改变了原有的层间运动及径流方向，致使地下水系统处于近似停滞的封闭状态，循环交替条件差，水质也随之变坏。因此，该采区可视为一个相对稳定、独立的水文地质单元。(三)、二2煤与其上、下主要含、隔水层尺度关系：二2煤层上距k4 砂岩底平均间距51.51m，煤层89.51m， 下距二1煤层底板砂岩36.60m、k3石灰岩（l12）47.20m。主要为灰色细粒砂岩，夹深灰色砂质泥岩，夹二1煤层。二2煤距离太原群上段灰岩（l8）岩溶裂隙承压水含水组79m，距离奥灰顶198m。二2煤层底板岩性以砂质泥岩、粉砂岩为主，岩性比较单一，在岩性组合上很少有软弱夹层，底板老底多，直接底少，虽偶有断层通过，但规模均较小，故对底板的稳定性影响亦不大。因此从整体上看，底板的隔水性较好。(四)、充水条件分析：1、采区主要充水水源：按照充水水源不同，采区充水水源主要有第三、四系孔隙水、基岩风化带孔隙裂隙水、二叠系二2煤顶板砂岩裂隙承压水、石炭系太原组上段灰岩岩溶裂隙承压水、石炭系太原组下段灰岩岩溶裂隙承压水和奥陶系灰岩岩溶裂隙承压水。除了各主要含水层构成矿井充水水源外，采空区积水也是矿井充水水源之一。随着采区的开采，采空区面积越来越大，采空区积水的防治问题也不容忽视。2、采区主要含水层富水性分析：煤系地层的二叠系砂岩裂隙含水层是危害矿井生产的主要含水层，是矿井日常涌水的主要组成部分，通常以追踪工作面顶板淋水形式出现。根据矿井及邻区实际资料表明，该含水层多以静储量为主，含水性弱，径流滞缓，通常在矿井生产初期水量很大，随着生产的进行，顶板砂岩水多被疏干，对生产的安全不会造成很大的影响。上石炭统碎屑岩夹石灰岩岩溶裂隙含水层由石炭系太原组的砂泥岩类碎屑夹1112层石灰岩组成，为含隔水互层形式，石灰岩含岩溶裂隙水。该组分上下两段，上段含56层石灰岩含水层（l7l12），其中l8、 l12等两层分布稳定，岩溶裂隙发育，富水较强，随埋藏深度的增大，岩溶裂隙发育程度显著减弱；另据矿井水文观测孔观测，l8灰岩富水性较弱，一般情况下对矿井生产没有太大威胁。下段含56层含水层（l1l6），其中l2赋存稳定，裂隙多被充填，岩溶不发育，地下水循环交替困难，属弱含水层。该组石灰岩含水层之间虽有隔水层相隔，但断裂构造，已将诸灰岩含水层在一定程度上沟通，形成一个含水系统。3、开采二2煤时主要充水水源：二2煤为该采区的主采煤层，其直接充水水源为二叠系二2煤层顶板砂岩裂隙承压水；间接充水水源为二2煤层底板太原群灰岩岩溶裂隙承压水和奥陶系灰岩岩溶裂隙承压水。采区内既无较大的地表水体，也无老窑老井，加之第三、四系盖层很厚，所以地表水、老空水和新生界孔隙承压水，对二2煤的开采没有太大的影响。根据井田水文地质条件分析，对二2煤开采的主要充水水源分别叙述如下：(1)、二2煤层顶板砂岩裂隙承压水：通过矿井水文地质调查和精查勘探，73-2、7708孔抽水试验反应，含水层地下水径流条件不畅，属弱富水含水层，排泄方式以矿坑水排出，消耗静储量为主，易疏干，对矿山开采，不会构成大的威胁。(2)、二2煤层底板太原群灰岩岩溶裂隙承压水，尽管是一间接充水含水岩组，由于富水性较强，水压大，在断层影响的情况下，l8至二2煤层间距缩短，甚至发生对接，岩石完整性遭到破坏，强度降低，特别是随着开采掘进破坏了断层破碎带的原始稳定状态，容易导致高压岩溶裂隙水突入井巷造成事故，具有突水初期来势猛、水压大，以消耗储存量为主的特点，随着时间的推移，突水量逐渐变小。在正常情况下，二2煤底板至l8的间距一般7590米，k3上层位岩性一般为厚层的泥岩和砂质泥岩，隔水性能比较好，一般不会发生突水事故。(3)、开采二2煤时主要导水通道：采区内二2煤的导水途径主要有三种：断层、裂隙和封闭不良钻孔。对于煤层顶板的砂岩水，由于顶板砂岩含水层处于导水裂隙带内，其中的裂隙水必然要涌入矿井。底板砂岩裂隙含水层处于底板破坏范围内，在采掘的过程中也将有少量涌出。而对安全真正有威胁的导水通道是断层，当断层沟通太原群灰岩裂隙水、太原群灰岩裂隙水甚至奥陶系灰岩地下水时，对矿井危害极大。采区内断层较多，并且伴生断层较为发育，采区工作面布置和回采将过断层df21 、df22、df23、df25、df31 、df32、df33、df34 。由于断层及伴生断层较多，断层断距、落差较大，使采区的生产边界受到了控制，同时也造成底板灰岩与二2煤层距离缩短，造成煤层底板突水系数增大，存在太灰水突水危险。因此在开采过程中需要对薛湖煤矿断层的发育特点、规律，断层的导水特征、探查及防治手段进行研究。封闭不良钻孔也是矿井突水的通道之一，包括未封堵或封闭不良钻孔，特别是与奥灰含水层相连通的钻孔，生产中应预先处理。据调查，本采区不存才封闭不良钻孔，但在施工遇钻孔时还是应先探测，再施工，以防万一。四、采区涌水量计算(一)、矿井涌水量变化及其构成：薛湖煤矿排水系统比较简单，经常观测的位置是-780主、副井井筒、-780水仓及东风井井筒四处。根据20072009年观测资料，薛湖煤矿涌水量主要由煤层顶底板砂岩水及底板太灰水组成。涌水量变化不大，基本稳定在110m3/h左右。薛湖煤矿的生产系统变化对矿井涌水量有很大的影响，随着掘进工作面的增加及回采面积的增大，涌水量会逐渐增大，但到一定时期后，应该可以稳定甚至逐渐减少。(二)、采区涌水量计算：1、采区水文地质模型：矿井东部的f116断层使得矿井二2煤层与外部奥灰含水层相对接，可视为进水边界；西部为二2煤层倾伏区，1000m弱迳流带距23采区8.5km，可视为无限边界；南部为含水层的隐伏出露区，具有一定补给作用，可视为无限边界；北部为二2煤埋深1000m的深埋区，含水层迳流条件极弱，可视为相对隔水边界。总之23采区可概化为一边进水，一边隔水，另二边无限的水文地质模型。2、计算公式选取：(1)、二2煤层顶板砂岩裂隙含水组涌水量选用承压无压井流公式：q= （2）(2)、二2煤底板砂岩含水层与太原组上段灰岩含水层涌水量选用承压井流公式：q= （3）上（2）、（3）式中：k分别为顶底板砂岩含水层与c2t上段灰岩含水层渗透系数（m/d）m分别为顶底板含水层与c2t上段含水层厚度（m）h顶板砂岩含水层从底板算起的水柱高度（m）s底板砂岩与c2t上段灰岩含水层的疏排降深（m）d1、d2分别为疏干区中心至供水、隔水边界距离（m）r设计疏排区的折算半径（m），r= f=1.56km2。3、计算参数确定：(1)、顶板砂岩含水层涌水量预算参数渗透系数（k）：井田在732孔对顶板含水层抽水试验，校正渗透系数值0.0027m/d，但该孔处于弱富水地段，不能代表全井田水文条件，邻区陈四楼矿水文参数k=0.0363m/d，认为取二者平均值较适宜，即取k=0.0195m/d；含水层厚度（m）：取其含水层平均厚度，m=12m；水柱高度（h）：取静止水位标高+27.67m减去780m水平含水层底板标高777.70m得h=805.37m；疏排区大井折算半径r= =720m；d1=1950m+720m=2670md2=650m+720m=1370m(2)、底板砂岩含水层涌水量预算参数渗透系数（k）：取顶板预算参数k=0.0195m/d；含水层（m）：取其含水层平均厚度，m=8m；疏排降深s=27.67(780)=807.67m；疏排大井折算半径r与d1、d2值同上。(3)、底板c2t上段含水层涌水量预算参数渗透系数（k）：，因井田抽水试验孔远离富水区，其参数难以代表井田水文地质条件，仍借用邻区陈四楼矿抽水参数平均值k=1.03m/d；含水层厚度（m）取全区稳定的l12与l8灰岩相加之平均值m=11.30m；疏排降深取含水层水位标高+38.00m减去疏排标高780m得s=818.00m；其它r、d1、d2值同上。4、涌水量计算：(1)、顶板砂岩含水层涌水量正常涌水量：q= =488.6m3/d=20.3m3/h最大涌水量：qmax=1.2q=24.4m3/h (2)、底板砂岩含水层涌水量正常涌水量：q= =348m3/d=14.5m3/h最大涌水量：qmax=1.2q=17.5m3/h (3)、底板c2t上段含水层涌水量正常涌水量：q= =22440.5m3/d=935.9m3/h最大涌水量：qmax=1.2q=1142.8m3/h(三)、矿井涌水量预算结果及评价：1、矿井涌水量预算结果：本次采用解析法预算矿井二2煤层680m水平23采区正常涌水量、最大涌水量结果见表1-3-1。表1-3-1 780m水平以浅先期开采地段矿井涌水量预算一览表煤层稳 定 流 解 析 法顶板底板全区砂岩砂岩石灰岩二2正常23.215.2779.9935.9最大24.417.59521142.82、矿井涌水量评价：上述预算的矿井涌水量为煤层顶底板直接充水含水层对矿井的充水量，二2煤底板下伏奥灰间接含水层一般不会影响矿井生产。但在遇大型断裂构造时仍应引起注意。五、采区防治水工作(一)、采区防治水原则与思路：采区防治水设计应该在河南神火集团有限公司薛湖煤矿防治水规划的统一指导下、充分结合采区水文地质特征的基础上进行，重点作好单项采区防治水工程的设计、实施和总结工作，注重依靠先进科学技术，扎实做好与矿井、采区防治水有关的水文地质基础工作，科学、细致地探查和分析采区水文地质环境，深入贯彻落实煤矿水害防治“预测预报，有疑必探，先探后掘，先治后采”的十六字原则和以防为主，堵、疏、排、截相结合的综合治理措施坚持安全发展指导原则，坚持安全第一、预防为主、综合治理方针，坚持标本兼治、重在治本。(二)、二2煤层开采的主要水害威胁：通过上述分析我们了解到，二2煤层顶板砂岩裂隙承压水一般情况下不会对采区的采掘活动构成大的威胁。二2煤层底板太原群灰岩岩溶裂隙承压水，尽管是一间接充水含水岩组，由于富水性较强，水压大，在断层影响的情况下，l8至二2煤层间距缩短，甚至有可能发生对接，岩石完整性遭到破坏，强度降低，特别是随着开采掘进破坏了断层破碎带的原始稳定状态，容易导致高压岩溶裂隙水突入井巷造成事故。(三)、二2煤层开采的防治水工作：1、顶板出水形式一般为工作面顶板淋水，使工作面环境恶化。二2煤顶板砂岩裂隙水为矿井主要涌水量，该含水层以静储量为主，含水层含水性弱，径流滞缓，通常在矿井生产初期水量较大，随着生产的进行，顶板砂岩水易于疏干，对安全生产不会造成很大的影响。因此薛湖煤矿二2煤顶板水害防治方法采取疏干措施。2、薛湖煤矿新生界沉积厚度220330m，其最底层岩层为俗称“钙质层”的亚粘土，含14层粉砂、细砂，一般厚030m。但由于上部岩层为厚度大、含水层较好的中砂和细砂岩层，所以在留足防水煤柱的条件下，松散层水不会对矿井开采造成大的影响。因此，在保证安全生产的条件下，如何进行储量挖潜，更多地回收煤炭资源成为松散层下开采二2煤的主要研究问题。分析计算得知，二2煤防水煤柱确定为60m。主要防止第三、四系、基岩风化带含水组与二2煤上覆砂岩含水层发生水力联系时发生的突水。23采区二2煤层其顶板以砂质泥岩、泥岩为主，按一次采全高，全部陷落方法，经过计算，导水裂隙带一般不直接沟通基岩风化带或新生界底部含水层，所以矿井煤柱基本上以防塌煤柱为主，但浅部开采厚度2.5m的煤层时，应考虑风化带及新生界下部含水层的影响。但只要根据实际测量结果合理留设防水煤柱，即可保证安全生产。预计工作面最大涌水量不大于20.4m3/h。要求回采前提前安设排水设施，排水能力大于最大出水量的1.5倍。3、底板灰岩水为矿井主要威胁水源，截止目前，薛湖煤矿已在-780m水平轨道巷及21采区共实施l8水文观测孔11个，其中2号观测、11号观测孔见水，最大水压值为2.8mpa。因此，二2煤层所有工作面灰岩突水系数均在0.035mpa/m以下，基本上没有底板突水威胁。为了保证安全生产，下一步需对采区进行水文物探，然后在水文地质异常部位进行钻探验证，发现灾害再做治理。对煤层底板进行水文地质探查的方法包括物探和钻探。钻探一般在物探标出的异常区内施工，一方面可以探查底板水情，另一方面可以验证物探结果。当探查完成后水文地质技术人员要根据探查结果结合水文地质条件对底板的稳定性作出评价。此外，在回采的过程中，如果出现涌水，要及时进行水质、水源的确定，发现问题及时采取措施。对于底板灰岩水压较高，底板承受突水系数超出临界值的工作面，应采取疏水降压及底板注浆加固防治水措施。采用疏水降压措施：应根据底板赋水情况布设疏水钻孔，钻深应进入太原群上段灰岩含水层。如自二2煤层底板算起，疏水钻孔深度应为8090m左右。疏放目的水头应满足底板突水系数小于等于0.06mpa/m。依照底板有效隔水层55m推算，底板水压应疏降至3.3mpa以下。放水试验后查明低水位区的太灰水量不大于100m3/h，且在短期内能够产生显著降深，即可在低水位区采用疏干降压的防治水方法。在煤层倾角缓的情况下应将上巷作为机巷，使得水往低处流，煤往高处走。若工作面巷道具有深度超过巷道高度的低洼地带，应在低洼部位开掘泄水巷或建设临时水仓，以防水积蓄在低洼处，封堵巷道，酿成灾害。4、过断层时二2煤层底板太原群灰岩岩溶裂隙承压水的防治水工作：断层是底板突水的主要影响因素，有以下几个方面的原因：(1) 回采工作面底板岩体中存在断层时，底板的采动破坏深度增大。根据一些现场底板岩体注水试验结果可知，断层破碎带岩体的导水裂隙带深度是正常岩体的2倍左右。(2) 断层的存在破坏了底板岩层的完整性、降低了岩体的强度。实验结果表明，断层带内岩石的单轴抗压强度仅为正常岩石的1/7。研究表明，在断层落差为几十米的情况下，断层附近节理区的出现是顺断层方向发展的。一般在断层两侧延展20m左右；断层落差为27m时，断层附近一般直接伴随岩石弱化区，其强度降低较大，范围离开断层约1m、而一般岩石弱化区为5m。(3) 断层上下两盘错动，缩短了煤层与底板含水层之间的距离，或造成断层一盘的煤层与另一盘的含水层直接接触，使工作面更易发生突水。如果断层破碎带或断层影响带为充水或导水构造，当工作面揭露到断层时即会发生突水。断层导水与否主要与断层的力学性质有关。一般正断层是在低围压条件下形成的，因此，其断裂面的张裂程度很大，并且破碎带疏松多孔隙、富水性强。而逆断层多是在高围压条件下形成的，破碎带宽度小且致密孔隙小。所以，在其他条件相同的情况下，正断层的存在更容易造成工作面突水。薛湖煤矿23采区的断层都为正断层，断层上下两盘错动，缩短了煤层与底板含水层之间的距离，存在导水的可能性。断层活化导水机理：依据现有的水文地质资料，薛湖煤矿许多断层的导水性不明，但对已查明的不导水断层只能说明是在原始地质条件下不导水，在采动影响下断层是否会活化为导水断层，还有待研究。突水实例表明，当掘进工作面的推进方向与断层的走向平行时，更易造成断层的活化突水。沿断层回采推进，对断层造成了极不利的时空效应。这表现为：(1)、顶板冒落以前悬空面积很大，对断层的扰动面积大，扰动程度高；(2)、沿着断层走向的推进，对断层的扰动时间大大增加。表1-3-2断层引起的底板突水特征序号断层与煤层关系突 水 特 征1断层已切割了开采煤层开掘工程一旦揭穿或穿过断层带，立即引起底板或巷道突水。突水往往为突发性，且水量增加较快。2断层基本达到开采煤层充分接近开采煤层巷道掘进初期，可能不产生突然涌水。过一定时间后，由于岩体力学平衡条件的改变，会引起突水。回采工作面在矿压、水压作用下，易形成滞后式突水，水量呈跳跃式上升。3断层使含水层与煤层对接巷道一旦穿过断层带，立即突水。回采时由于预留煤柱过小，采后底板破裂，引起突水。突水多为滞后式，水量呈递增特征4断层顶距开采煤层或巷道有一定距离巷道掘进一般不会引起底板突水。但在回采过程中，在矿压、水压的共同作用下引起底板岩体破裂，造成底板突水；突水为滞后式，水量一般较小在附加切向应力作用下，断层活化的结果：(1)、断层带内及断层带附近，原有裂隙的张开和发展。当附加切向应力与原始地质条件下断层剪应力方向一致时，断层带内张性裂隙和其侧的张节理，进一步张开和扩展方向相反时，断层带内剪切裂隙和其侧的剪节理则有可能张开。(2)、断层带内及断层带附近，可能导致新的剪切裂隙和张开裂隙的产生。断层突水特征：实践证明，在断层破坏带及其附近部位多发生煤层底板突水。据统计，由煤层断层引起的底板突水次数占总突水次数的50%以上，大部分是由中小型断层引起的。对于大型断层，一般比较重视，从而减少了突水事故的发生。断层的突水类型基本与裂隙相似，其特征见表1-3-2。断层水探放的原则、方法及措施：防治断层的基础是对断层的探查。在对断层探查的基础上针对断层留设防水煤柱以及在对断层探查的基础上设计巷道过断层方案。断层防水煤柱的留设：对断层的防治最重要的方法之一就是防水煤柱的留设。防水煤柱留设必须做到科学合理、保证安全、提高资源利用率；须考虑地质构造、水文地质条件、煤层赋存、围岩物理力学性质等自然因素，还要与采煤方法、开采强度、支护形式等人为因素相适应；在同一地点有两种或以上煤柱时，所留设的煤柱必须满足各个煤柱要求；煤柱计算公式参数选择尽量用本地区资料，如果没有可以参照其他相邻地区资料，应适当加大安全系数。断层防水煤柱留设宽度同时满足顺煤层方向和煤层底板方向不突水。第四节 开采技术条件一、二2煤层顶、底板工程地质特征 (一)、二2煤层顶底板岩性分布：1、顶板：二2煤层直接顶板主要为砂质泥岩及粉砂岩，其次为细、中粒砂岩；除伪顶外，其它各类直接顶板厚度一般为510m。老顶为细、中粒砂岩。2、底板：二2煤层直接底板绝大部分为砂质泥岩与粉砂岩，厚0.7632.73m，一般厚1.212.7m，岩层较致密，分布连续稳定；单层厚度0.50m的伪底仅零星分布，面积不大。(二)、二2煤层顶底板岩石力学强度指标：岩石抗压强度：细、中粒砂岩46.8130.2mpa，粉砂岩与砂质泥岩15.8757.3mpa，泥岩12.446.27mpa。岩石抗拉强度：细、中粒砂岩1.15.77mpa，粉砂岩与砂质泥岩0.54.8mpa，泥岩0.572.1mpa。除泥岩的力学强度指标偏低外，其它各岩层的力学强度指标均较高。(三)、二2煤层顶底板围岩稳定性评价：按岩体质量指标计算公式：m= rqd式中：m岩体质量指标rc岩石饱和抗压强度（mpa）rqd岩石质量指标计算m=0.0120.018，岩体质量属中等以下级别。二2煤层直接顶板为细粒砂岩以上岩层属稳定类顶板，粉砂岩和砂质泥岩属中等稳定顶板，泥岩及伪顶地段属于不稳定顶板。二2煤层直接底板为粉砂岩及砂质泥岩属于中等坚硬底板，泥岩则属于松软类底板。