矿井水文地质调查报告

新密市鑫兴煤业有限公司矿井水文地质调查报告报告提交单位：新密市鑫兴煤业有限公司报告编制单位：河南地质矿产勘查开发局第二地质队报告提交日期：二九年八月新密市鑫兴煤业有限公司矿井水文地质调查报告报告提交单位：新密市鑫兴煤业有限公司报告提交单位负责人：报告编制单位：河南省地质矿产勘查开发局第二地质队队 长：王兴民总工程师：樊克锋项目负责：张同中报告编写：张同中、荆鹏、谢彦军审 核：提交报告日期：二00九年八月目 录前 言11.矿井概况41.1矿井位置、范围和交通41.2自然地理61.3以往地质工作评述71.4矿井生产建设概况72.区域地质与矿井地质112.1区域地层112.2矿井地层112.3区域构造112.4 煤层及煤质143.区域水文地质153.1 气候、气象173.2 矿区水文地质173.3地下水的补给、径流、排泄和动态变化194 矿井充水因素234.1 矿井充水因素234.2 矿井涌水量预算264.3矿井水文地质类型284.4 水库对矿井开采的影响285 矿井供、排水系统305.1 供水系统305.2 井下排水系统306.矿井水害防治316.1矿井水害防治技术措施316.2矿井水害防治保障措施346.3 矿区环境保护措施367.结论、存在问题及建议387.1结论387.2存在问题及建议40参考文献41附图：1、新密市鑫兴煤业有限公司地质地形图（1：5000）2、新密市鑫兴煤业有限公司地质及水文地质图（1：2000）3、新密市鑫兴煤业有限公司矿井充水性图（1：2000）4、新密市鑫兴煤业有限公司地质及水文地质剖面图（1：2000）附件：1、设计委托书2、新密市鑫兴煤业有限公司采矿许可证（复印件）3、报告编制单位资质证书（复印件）3新密市鑫兴煤业有限公司矿井水文地质调查报告 参考文献前 言0.1报告编制目的与意义煤矿水灾害是我国煤矿建设和生产过程中的主要灾害之一。据统计，矿井灾害事故中，水害事故约占40左右，不仅严重制约矿井正常安全生产和职工生命安全，而且会给国家和企业造成巨大的经济损失。根据省、市、县煤炭资源整合的有关文件精神，新密市鑫兴煤业有限公司由原新密市城关镇下庄河煤矿、翟沟金星煤矿于2005年通过煤炭资源整合组建而成，开采二叠系山西组二1煤层，设计生产能力15万吨/年。2006年10月在原矿区基础上进行了缩边，并取得新的采矿许可证，证号为25。井田及其相邻区内已进行过多年的开采，煤层顶底板赋水性、断层破碎带导水性以及老空区富水性都是煤矿防治水工作的重点，尤其断层水是构成矿井安全生产的主要隐患。根据煤矿技术改造初步设计方案，矿井技改后开拓方式采用三立井单水平上下山方式开拓全井田，主井为新打井筒，井坐标X=，Y=，Z=+240，副井为利用井筒，井口坐标X=，Y=，Z+232，风井为利用井筒，井口坐标X=，Y=，Z=+232。技改后，井田范围内非利用井筒全部充填，达到关闭要求。矿井保有资源储量312.5万吨，可采储量177.05万吨，设计生产能力0.15Mt/a，服务年限10.6年。本次工作依据河南省人民政府相关文件指示精神，着眼于矿井安全生产，运用水文地质勘察、岩石学、地下水动力学及构造地质学的理论和方法，通过对开采煤层地质与水文地质条件及其充水因素分析研究，在查明矿井水患影响程度的基础上，制定相应的防治水措施，不仅可大大避免水害事故的发生，减少人员和财物损失，确保矿井安全正常生产，具有极其重要的意义，而且对矿井今后实现更加科学化、规范化、信息化的管理也奠定良好基础。0.2报告编制主要依据本次矿井水文地质报告的编制侧重对水文地质条件的分析，并根据分析结果提出对水害防治技术方案。报告编制的主要依据有：2008年11月14日，豫政办200890号，河南省人民政府办公厅关于坚决遏制煤矿重特大事故发生的紧急通知；2008年11月25日，河南省煤矿安全监察局，豫煤安监二2008273号，关于加强煤矿防治水工作，遏制重特大事故发生的紧急通知。 0.3报告编制主要任务（1）查明区域与井田主要含水层空间分布特征的赋水性、赋水规律及地下水的补给、径流与排泄条件，垂向与横向上的水力联系，以及对矿井充水的影响。（2）查明断裂构造的空间分布特征，结构面力学性质，导、隔水性能，以及对矿井充水的影响。（3）查明隔水岩层的岩性特征、厚度与隔水性能，以及对地下水运移的控制作用和影响。（4）查明地表水与大气降水对矿井充水的影响程度。（5）查明矿井与相邻矿井老空区分布特征、积水情况，以及对矿井充水的影响程度。（6）查明矿井充水因素、主要充水水源、充水途径、充水量及其动态变化特征，继而确定矿井水文地质条件类型。（7）编制矿井地质及水文地质图、地质及水文地质剖面图及矿井充水性图。0.4本次工作情况此次工作从2009年6月初开始，至2009年8月底结束，历时3个月，大致分为四个阶段。第一阶段：收集资料、野外踏勘和物探测量阶段。全面搜集矿井地质、水文地质资料，在充分阅读资料的基础上，实施踏勘和了解本矿井及相邻矿井、区内地质、地貌及水文地质特征、矿井建设及生产状况。第二阶段：资料整理与综合分析研究阶段。对区内与矿井勘探与生产揭露的地质与水文地质资料进一步归纳整理与统计，编制矿井地质与水文地质图、矿井地质及水文地质综合柱状图、矿井地质及水文地质剖面图及矿井充水性图等相关图件，分析煤层底板含水层特征与赋水性及其规律、断裂构造力学性质及导赋水性、地表水体大气降水对矿井充水的影响程度和老空区积水空间分布特征及情况等。第三阶段：报告编制阶段。在对区域及矿井地质与水文地质资料全面调查及分析研究的基础上，按照矿井水文地质报告编制提纲和编制要求，结合区域及矿井生产实际，编制矿井水文地质报告。第四阶段：报告修改补充阶段。为使报告更加完善，依据更加充分，在报告编制过程中，同河南省新密市煤炭工业管理局及矿方有关技术人员多次交换意见，进行了反复修改和补充。报告编制期间，得到了新密市市煤炭工业管理局及矿方的大力支持与协助，使此次报告编制工作得以圆满完成，在此表示感谢。由于编制人员水平有限、时间紧、任务重以及物探工作的多解性，报告中不足之处在所难免，恳请同行专家批评指正。401.矿井概况1.1矿井位置、范围和交通1.1.1矿井位置公司位于新密市城关镇翟沟村内，东距新密市城区约4公里，东北距郑州市50公里。1.1.2范围新密市鑫兴煤业有限公司位于新密煤田“米-牛”勘探区东端，矿区地理坐标为东经11318271131934,北纬342937343037。矿区二1煤范围，东西长400-1700m，南北4601850m，矿区面积1.8877km2。矿区范围由下述22个拐点坐标依次连线圈定，各点坐标值见表1-1。表1-1 新密市鑫兴煤业有限公司矿区范围拐点坐标拐点号纬距X经距Y1.00.00A.00.00B.00.00C.00.003.00.004.00.005.00.006.00.007.00.008.00.009.00.0010.00.0011.00.0012.00.0013.00.0014.00.0015.00.0016.00.0017.00.0018.00.0019.00.0020.00.001.1.3交通东距新密市城区约4公里，东北距郑州市50公里，登封-郑州的公路从本矿区的南部穿过，荥（密）-新（密）公路、新（密）-大（平）公路在矿区南部与郑-登公路交汇，并有大路与之相连，可通行大小车辆，另外，本矿北部有新密支线在新郑市与京广线接轨。各乡镇及村庄间的简易公路纵横成网，交通极为便利。井田交通位置见图1-1-1。图1-1-1 鑫兴煤矿交通位置图1.2自然地理1.2.1地形地貌本矿区地表属山前冲积扇平原，地势西南高、东北低，东部为下庄河河床滩地，地势较平坦。煤系地层被第四系冲积层所覆盖。地面海拔标高在221.0-301.0m之间，最大相对高差约80m。1.2.2水文双洎河北支流从本矿区的北部、东部流过，主要是雨季排泄洪水的通道，平时基本无水。双洎河发源于登封嵩山山脉，流经新密、新郑等地，向东南注入颖河，最终汇入淮河，属淮河水系。1.2.3气像本区属半干旱大陆性气候，夏季炎热多雨,冬季寒冷干旱,据密县气象站记载：该区年降雨量397.7973mm，平均624.35mm，日最大降雨量103.5mm，降雨多集中在每年的七、八、九三个月；平均年蒸发量为2086.3mm；年平均气温14.3，最高41.3，最低-17.8；最大积雪深度20cm，最大冻土带深度18cm；最大风速为22m/s，夏季多南风，冬季多西北风。1.2.4地震据中华人民共和国地震局编制的地震烈度区划图和武汉地震测绘大队资料，本区地震烈度为V度。对本区有影响且有记载的地震发生在1814年1月10日，震中位于密县与荥阳之间，震级为5级，地震烈度为VI度。1.3以往地质工作评述新密市鑫兴煤业有限公司位于新密煤田“米村牛店”勘探区东部，属芦店向斜北翼，开采二叠系山西组下部的二1煤层。1958年9月原中南煤田地质局125地质队在新密煤田“米村牛店”勘探区做过煤田普查勘探工作。59年9月提出了普查报告。1960年原中南煤田地质局125地质队在新密煤田“米村牛店”勘探区进行了精查勘探，同年提交了米村牛店煤矿地质勘探最终报告（精查）。但在1962年复审时，该报告因勘探线距过大，水文工作量少，不能满足建井设计需要而被降为普查报告。125队在“米村牛店”勘探区施工了大量钻孔，但在本区只施工了1个钻孔10-13孔。1997年7月该区的原下庄河煤矿曾由郑州矿区地质测绘技术咨询服务部编制了专门的储量报告（新密市城关镇下庄河煤矿地质矿产储量报告），但未投入钻探工作量。该报告共计算新密市城关镇下庄河煤矿范围内二1煤资源储量88.3万吨，保有储量39.5万吨。并经豫储证字（1997）081号储量证书批准。1998年8月该区的原金星煤矿曾由郑州矿区地质测绘技术咨询服务部编制了专门的储量报告（河南省新密市城关镇翟沟金星煤矿矿产储量（地质）报告）。2004年3月该区的原下庄河煤矿曾由郑州矿务局地勘公司编制了河南省新密市城关镇下庄河煤矿资源储量核查报告，未投入钻探工作量。该报告共计算新密市城关镇下庄河煤矿范围内二1煤资源储量84.2万吨，保有储量27.5万吨。并经豫国土资储备（小）字2004163号评审备案。2005年12月新密市鑫兴煤业有限公司曾由河南省煤田地质局一队编制了河南省新密市鑫兴煤业有限公司煤炭资源储量核查报告，但未投入钻探工作量。该报告共计算新密市鑫兴煤业有限公司范围内二1煤层资源储量779万吨，保有储量711万吨。并经豫国土资储备字200675号评审备案。2005年12月矿方委托陕西省煤田地质局物探队对该区进行了二维地震勘探，共布设测线12条，物理点390个。1.4矿井开发史新密市鑫兴煤业有限公司由原下庄河煤矿、金星煤矿通过煤炭资源整合而组成。周边分布有红星煤矿和翟沟煤矿，现对其开采情况分述如下：1、原下庄河煤矿：下庄河煤矿位于矿区北部，始建于1995年，1996年建成投产。开采二叠系山西组下部的二1煤层，矿井设计生产能力3万吨/年。后经改扩建，生产能力达6万吨/年。该矿现有2个井筒，分别为主井、副井，采用立井单水平上、下山开采，走向长臂式采煤，中央抽出式机械通风，全部垮落管理顶板,井下生产工人采用矿灯照明。由于乡镇煤矿的治理整顿，本矿2005年6月停产进行资源整合，开采动用资源储量61万吨。据本矿的开采资料，瓦斯相对涌出量为4.1m3/d.t，属低瓦斯矿井；矿井涌水量较小，正常涌水量30m3/h，最大涌水量100m3/h，以顶板淋水为主，次为底板渗水。2、原金星煤矿：金星煤矿位于矿区中部，于2003年动工基建，2004年底建成投产。开采山西组下部的二1煤层，矿井设计生产能力6万吨/年。本矿现有2个井筒。开拓方式采用立井单水平上下山开拓，采煤方法为走向长臂后退式，沿底送巷，采用手镐落煤，全部垮落管理顶板，中央抽出式机械通风。矿井涌水量较小，正常涌水量15m3/h，最大涌水量35m3/h，以顶板淋水为主，次为底板渗水。据本矿的开采资料，瓦斯相对涌出量为1.9m3/d.t，属低瓦斯矿井。矿井建成以后，由于小煤矿治理整顿，基本没有正常生产。特别是2005年9月参加资源整后停产至今。3、周边煤矿开采情况（1）翟沟煤矿翟沟煤矿位于本矿区东北部，于1989年建井，1991年建成投产。开采山西组下部的二1煤层，矿井设计生产能力15万吨/年。本矿现有3个井筒。采用立井单水平上下山开拓，采煤方法为走向长臂后退式，沿底送巷，采用手镐落煤，全部垮落管理顶板，抽出式机械通风。据本矿的开采资料，瓦斯相对涌出量为3.6m3/d.t，属低瓦斯矿井。矿井涌水量情况不详。（2）红星煤矿红星煤矿位于本矿区东部，开采山西组下部的二1煤层。原有2个立井。开拓方式采用立井单水平上下山开拓，采煤方法为走向长臂后退式，沿底送巷，采用手镐落煤，全部垮落管理顶板，中央抽出式机械通风，矿灯照明。矿井涌水量较小，正常涌水量15m3/h，最大涌水量30m3/h，以顶板淋水为主，次为底板渗水。该矿于2004年初停产关闭。2.区域地质与矿井地质2.1区域地层本区地层区划属华北地层区嵩箕小区，区域地层从老到新发育有太古界-元古界，古生界寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系，中生界三叠系，新生界第四系。大地构造位置位于昆仑秦岭纬向构造带的东延部分，在嵩山背斜与凤后岭背斜之间的新密复式向斜构造北翼，区域构造行迹以高角度正断层为主，次为褶皱，并发育有大范围的滑动构造。区域内以沉积矿产为主，煤炭蕴藏量丰富。本地区无岩浆岩发育。2.2矿井地层本矿区为沉积岩地层，大部为第四系冲积层所覆盖。根据钻孔和矿井揭露，地层由老至新有：奥陶系（O2m）、石炭系（C）、二叠系（P）、三叠系（T）地层，其中主要含煤地层为石炭系、二叠系，。以下将本区地层由老到新分别叙述如下：（一）、奥陶系中统马家沟组（O2m）：以灰色、致密质纯的灰岩为主，上部为兰灰色厚层状石灰岩，致密，下部为灰黄色泥质灰岩，本组地层区域资料显示，厚约50m左右，与下伏寒武系地层呈平行不整合接触。 （二）、石炭系（C）本井田缺失下石炭统，上石炭统厚70米。1.中石炭统本溪组（C2b）：与下伏奥陶系呈平行不整合接触，地层平均厚度8.14m，由灰深灰色铝土岩组成，具豆状或鲕状结构，致密质纯具滑感，局部含丰富黄铁矿晶体。2.上石炭统太原组（C3t）：下界为本溪组铝土岩顶，与本溪组呈连续沉积，上界止于L9石灰岩（或相变为菱铁质泥岩）顶面。据钻孔揭露，本组地层平均厚度80m左右，由一套属于海陆交互相形成的灰岩、泥岩、砂质泥岩、砂岩及煤层组成。按其岩性组合特征，可将太原组分为三段，即：下部灰岩段、中部砂泥岩段及上部灰岩段。下部灰岩段：自一1煤底至L4灰岩顶。为第一、二、三、四层灰岩和一1至一4煤。L1L4灰岩分布稳定，全区发育，常合并为12层，含燧石结核、燧石条带，并富含海百合茎和假希瓦格蜓化石，可作为本组的重要标志层。中部砂泥岩段：自L4灰岩顶至L7灰岩底。上部由灰深灰色中厚层状泥岩、砂质泥岩和一7煤组成，局部夹有鲕状泥岩或中、细粒砂岩，含白云母片及植物化石。上部灰岩段：由L7-8、L9三层灰岩和一8煤及泥岩、砂质泥岩组成。下部的L7-8灰岩呈深灰色，致密坚硬，夹燧石条带，层位稳定。L7灰岩较厚，为7.50m；L8灰岩较薄，厚3.00m；两层灰岩间夹一薄层泥岩或一8煤。顶部的L9灰岩极不稳定，有时相变为厚约0.100.50m的薄层菱铁质泥岩，其顶部即为与上覆山西组的分界面。本组地层与上覆二叠系地层呈呈连续沉积。（三）、二叠系（P）底界为上石炭统太原组L9灰岩顶面，上界止于金斗山砂岩底面，与下伏地层呈连续沉积，含煤地层总厚度1000.00m，分上、下两统八个煤组，各煤段间均以砂岩标志层分界。本矿区主要保留有下统的山西组、下石盒子组地层，上部地层被剥蚀缺失。1.下二叠统山西组（P1S）：本组地层是属于海退过程中形成的一套滨海相沉积地层，上界止于砂锅窑砂岩（Ss）底面，平均厚度87m，主要以砂岩、砂质泥岩、泥岩、煤层组成，其显著特点是：岩层的颜色普遍较深，砂岩发育，层面上含有较多的白云母片，本组地层富含菱铁质结核。本组地层下部所含的二1煤层，层位稳定，为本矿的开采对象，其本身也是一个良好的标志层。二1煤层老顶大占砂岩（Sd）也是地层、煤层对比的良好标志层之一，岩层厚度变化大，全区发育，有时为二1煤层直接顶板。层厚7.00m,下距二1煤层顶015.50m左右。2.下二叠统下石盒子组（P1X ）：本组包括三、四、五、六煤组，下自山西组顶，上界止于田家沟砂岩（St）底面，平均厚度310米。岩性主要以砂岩、砂质泥岩、泥岩、煤线组成。与下伏山西组呈连续沉积，三煤组附近的砂锅窑砂岩段，普遍发育，平均厚约9.63m左右。该标志层位于下石盒子组底部，岩性为灰色细中粒砂岩（顶部为细砂岩），泥质胶结，主要成份为石英及长石，含大量云母及暗色矿物，分选好，磨园度差，局部夹泥质条带，距二1煤层约75m，是地层、煤层对比的重要标志层之一。3、上二叠统上石盒子组（P2S）：下自田家沟砂岩（St）底面，上至石千峰组下段（平顶山砂岩）底界。厚度约230米，本组地层包括七、八、九三个煤段，与下伏下石盒子组地层呈整合接触。岩性由浅灰、深灰、灰绿色及紫灰色泥岩、砂质泥岩、细粒砂岩、中粗粒砂岩、炭质泥岩及煤层的互层组成。七煤段顶部的田家沟砂岩（St），岩性为浅灰色、灰白色中厚层状中粗粒长石石英砂岩，硅质胶结，分选性差，具交错层理及韵律层理，底部常含泥质团块及石英质细砾，是上、下石盒子组的分界标志层。4、上二叠统石千峰组（P2Sh）：下至平顶山砂岩底界，上至三叠系金斗山砂岩底界，与下伏地层呈整合接触，厚度大于370米，按岩性组合特征划分为上、下两段。下段岩性以浅灰色-灰白色厚层状中-粗粒长石石英砂岩为主，硅质胶结，坚硬，分选中等-差，具交错层理，俗称平顶山砂岩，平均厚约60米，为区域性标志层。上段岩性上部以灰黄色、紫红色粉砂岩为主，含铁质结核，具交错、波状层理。中部为灰色、紫红色泥岩、砂质泥岩夹中细砂岩薄层，具虫孔构造，水平、波状层理较发育。下部以浅灰色、灰白色中厚层状中粗粒长石石英砂岩为主，夹紫红色、灰绿色砂质泥岩，具板状、契状层理，厚约310米。（四）、三叠系下统（T1q）:上部以褐红、紫红色泥岩、砂质泥为主，夹薄层粉细砂岩，含钙质结核。下部为紫红色厚层状中细砂岩，铁质、硅质胶结，分选中等，具大型板状交错层理，层位稳定，俗称金斗山砂岩，是良好标志层之一，总厚度大于370米。（五）、新生界第四系（Q）：区内分布广泛，下部为砾石；上部为黄土层。平均厚度23.17m左右，与下伏地层呈角度不整合接触。2.3区域构造 本区位于新密煤田“米村-牛店”勘探区外围，属新密复式向斜构造带内的北翼，从剖面图上看，本矿区地层基本上呈一单斜构造，地层走向100-150，倾向190-240，地层倾角6-24。矿区南部发育一滑动构造（芦F1），受其影响区内含煤地层大部分组段保存不全，滑体下发育有1个高角度正断层(土桥沟正断层)，由此本区构造复杂程度为中等构造。兹将本区主要构造分述如下：（1）土桥沟正断层：位于本矿区北中部，为北升南降正断层，断层面走向110-125，倾向200-215，倾角70，落差约150m左右。（2）滑动构造（芦F1）：总体走向110-160，倾向200-250，断距80-260米，沿煤层顶板顺层滑动，向东南延伸至区外。区内及周边多个钻孔均见到断点，受其影响含煤地层大部分保存不全。经与区域资料对比区内滑动构造属区域性滑动构造（芦F1）。2.4 煤层及煤质1、含煤性本矿区内含煤地层为上石炭统太原组、下二叠统山西组和上下石盒子组地层，,含煤地层总厚627米，共九个煤组，共计含煤12层。煤层平均总厚度8.95m，含煤系数为1.43%。可采煤层平均总厚度8.56m，含煤系数为1.36%。2、可采煤层下二叠统山西组下部的二1煤层，是本矿的开采对象，在本区内二1煤层全区发育，大部可采，结构简单，层位稳定。矿区内揭露二1煤层局部偶见夹矸。煤层走向100145，倾向190235，倾角624，表现为单斜构造。二1煤层距其上部的大占砂岩0-10m， 二1煤层顶板为砂质泥岩、泥岩或细砂岩，底板一般为砂质泥岩，煤层上部标志层明显，层位稳定，对比可靠。本矿二1煤层最厚7.30m，最薄0m，平均厚度5.05m，表现为自北东部煤层露头至西南方向逐渐变薄的规律，其原因为成煤前沉积环境以及后期构造的改造作用。矿区内煤层赋存标高为-240+190m，埋深30485m，属较稳定煤层。 3、煤层对比本次煤岩层对比主要采用了标志层、层间距、煤岩组合、煤层煤质等对比方法，本矿区山西组二1煤层，对比依据充分，对比可靠。二、煤质据本矿煤质资料和邻区王庄井田资料可知：1、物理性质和煤岩类型二1煤层颜色为灰黑色, 多呈粉末状，少量呈小叶片状、鳞片状及碎块状, 煤质较脆, 金刚光泽,燃烧时无烟,燃烧后无结碴现象。二1煤层平均视密度1.40t/m3。2、化学性质和工艺性能二1煤层原煤水份（Mad）平均为1.09%；灰份(Ad)平均为14.41%；干燥无灰基挥发分（Vdaf）为12.66%；全硫含量(St,d)为0.31%；干燥基低位发热量(Qnet ,d)平均为34.50MJKg。二1煤层浮煤水份（Mad）平均为1.17%；灰份(Ad)平均为7.40%；干燥无灰基挥发分（Vdaf）为11.70%-12.33%；全硫含量(St,d)为0.31%；干燥基低位发热量(Qnet ,d)平均为36.47MJKg。结焦性试验：胶质层指数的收缩度(X值)为8,胶质层厚度(Y值)为0,焦碴特征CRC为1-2。3、煤类及煤的利用综合区域煤层煤质指标和本矿的煤层煤样指标，按照“中国煤炭分类标准（GB575186）”：二1煤层浮煤Vdaf（%）为11.70-12.33，干燥基低位发热量平均为36.47MJKg，胶质层厚度(Y值)为0，煤类为“贫煤”。该矿二1煤含水份少，灰分低，硫量特低，呈粉状，属发电锅炉用煤。燃烧时无烟无味，也是良好的民用煤。3.区域水文地质3.1 气候、气象本区属半干旱大陆性气候，夏季炎热多雨,冬季寒冷干旱,据密县气象站记载：该区年降雨量397.7973mm，平均624.35mm，日最大降雨量103.5mm，降雨多集中在每年的七、八、九三个月；平均年蒸发量为2086.3mm；年平均气温14.3，最高41.3，最低-17.8；最大积雪深度20cm，最大冻土带深度18cm；最大风速为22m/s，夏季多南风，冬季多西北风。3.2 矿区水文地质3.2.1 矿区主要含水层组由于本矿区位于新密煤田的中西部，地势平缓，西南高东北低，地表近南北向冲沟较为发育。主要含水层为第四系冲积层含水层、二叠系砂岩含水层、石炭系灰岩含水层、奥陶系灰岩含水层。二1煤上部含水层含水性较弱，下部隐伏灰岩高压岩溶裂隙含水层，由于受断裂构造的影响，该区底板比较破碎，底板水为矿区主要充水水源。受双洎河及地表降水的影响，第四系冲积含水层富水性也较强，为矿井充水的次要水源。现将本矿区的主要含水层及隔水层分述如下：1、奥陶系、上寒武系灰岩岩溶裂隙承压含水层：奥陶系岩性为厚层状微晶灰岩或泥质灰岩；上寒武系为白云质灰岩、泥质灰岩。该含水层全区发育，厚度大、富水性强，岩溶发育规模不均衡。受岩溶裂隙发育状况影响，岩溶水强弱程度不同。据邻近的米村煤矿抽水试验资料：单位涌水量为0.0033l/sm，渗透系数K=0.0193m/d，水样分析矿化度0.59g/l，水质为HC03-Ca-Mg型。该含水层最大厚度达70m以上，为开采二1煤层的间接充水含水层，正常开采期间隔水层足以抵抗其水头压力，故不会补给二1煤生产系统，但在较大落差断层影响下，将对二1煤开采构成较大威胁。2、上石炭统太原组灰岩含水层：（1）、下段灰岩含水层：主要由L1、L2、L3、L4灰岩组成，并常合并为二层，平均厚32.30m，裂隙溶洞较为发育，富水性强，为石灰岩岩溶裂隙水，与下部奥陶系灰岩含水层有密切的水力联系，为二1煤层间接充水含水层，一般对二1煤层开采不会造成直接影响。但在较大落差断层影响下，将对二1煤开采构成较大威胁。（2）、上段灰岩含水层：本含水层距二1煤层12米左右，主要由L7-L8灰岩组成，全区发育，分布稳定，平均厚度10m，矿化度0.387-0.500 g/l, 水质类型为HC03-Ca-Mg型。是二1煤层矿井充水的主要含水层之一，为二1煤层底板含水层，该含水层对矿井开采产生一定影响。 3、二1煤层顶板砂岩裂隙、孔隙含水层：即二1煤顶板含水层，由45层灰白色及灰色中细粒、中粗粒砂岩组成，俗称“大占砂岩”、“香炭砂岩”、“砂锅窑砂岩”。据王庄煤矿资料：单位涌水量为0.0206l/sm，渗透系数K=0.0296m/d，水样分析矿化度0.38g/l，水质为HC03-Ca-Mg型。该层一般含水性较弱。径流条件差，水源不丰富，不足以对矿井安全构成危害。4、第四系冲积层含水层及地表水：主要为第四系砂砾石层组成，平均厚度23.17米，属潜水含水层，主要靠大气降雨补给，虽然砂砾石层含水性较好，水量丰富，但二1煤层开采形成的冒裂带较小，不会通达地表，因而对矿井生产影响较小，往往以井筒淋水的形式出现。5、老空水：本矿开采历史较长，形成面积较大的采空区，由于长期受地表等水源的补给，空区积水较多，开采时要留足防水煤柱，防范老空水对矿井生产造成的威胁。3.2.2 矿区主要隔水层组在含水层之间广泛分布着隔水岩层或弱透水岩层，它们都具有一定的阻水性能，其阻水能力取决于岩性、岩层结构、厚度及稳定性，在后期构造作用的破坏下，可大大削弱隔水层的阻水性能，甚至使其起不到隔水作用，从矿井防治水的角度出发，对本矿区主要隔水岩层叙述如下：1、第四系粘土层：区内广泛分布，主要为粘土、黄土组成，这些粘土层对阻止降雨下渗和阻隔第四系孔隙水与下伏基岩水的水力联系均有较大的实际意义。2、二叠系泥岩及砂质泥岩隔水层：广泛分布在煤系地层中的泥岩、砂质泥岩及砂泥岩互层，厚度稳定，与二叠系煤系砂岩各含水层相间分布，在正常情况下，可阻隔各砂岩含水层间的水力联系，并可阻隔砂岩含水层向矿坑充水。3、二1煤层顶板隔水层：为深灰色砂质泥岩、泥岩，间或有细砂岩，为二1煤直接顶板，厚度较小，随着煤层的开采会部分垮落，一般起不到隔水作用。4、二1煤层底板隔水层： L7-8灰岩至二1煤层底板，平均厚度12.00m左右，主要为砂岩及砂质泥岩组成，在正常情况下，当沿二1煤掘进时下伏含水层水头压力较小时，能起到一定的隔水作用，当下伏含水层水头压力较大时，就起不到隔水作用。本溪组地层主要由铝质岩，铝质泥岩组成，平均厚度8.14m，层位稳定，隔水性好，一般情况下可有效阻隔寒武、奥陶系与太原组下段灰岩的水力联系。3.2.3 矿井充水因素分析1、底板灰岩水：包括奥灰水和石炭系灰岩水，为底板承压水，由于该矿区煤层底板受断层影响次生小断层比较发育，二1煤层直接底板隔水层往往不能起到较好的隔水作用，造成局部L7、L8灰岩水补给矿井，导致矿井涌水量相对增大，应高度警惕。2、顶板砂岩水：二1煤层顶板砂岩的含水性较弱，但往往造成工作面顶板淋水。但在滑动断裂构造发育地段将对二1煤层的开采造成一定威胁，应对滑动断裂构造带高度重视。3、第四系冲积层含水层：本区第四系冲积层含水量较为丰富，往往造成井筒淋水。4、地表水：井田内的双洎河支流，是雨季的主要排泄通道。大气降雨通过矿井采动后形成的地表搬缝向下渗透，主要补给第四系冲积含水层，进而补给矿井。5、老空水：本矿区已开采多年，北中部有大面积采空区，矿区东部亦有报废小煤矿采空区，其开采范围不清，采空区内可能有老空水，开采时会对矿井的安全生产形成威胁，要采取相应措施加以防范。3.3地下水的补给、径流、排泄和动态变化3.3.1 地下水的补给矿区地下水的补给主要有：大气降水的补给、地表径流的补给、地下径流补给和老空区的补给等四种形式。大气降水的补给：它是矿区地下水的主要补给方式。由于本区为低山丘陵地区，地势北低南高，且地表冲沟发育，地表无水体，大气降雨多顺冲沟流走，对地下水的补给较差。但由于本矿井原井田范围北部接近二1煤层露头，第四系及地表水会在露头处有一定的补给，进而会下渗到井下。地下径流补给：受各含水层储水条件（或水压力状态）的改变、及隔水层厚度变化和矿区范围内断裂构造的影响，各主要含水层之间常常发生水力联系，形成含水层之间的补给即地下径流的补给或“越流”补给。针对本矿实际情况，井田内存在较大断层，因而煤层底板太原组灰岩各含水层之间以及与下部奥灰水之间有发生水力联系的可能，故本矿地下径流补给是威胁矿井安全生产的一个因素。矿区及井田外存在小窑或老空区，其充水情况不详，它们的存在对矿井安全生产是个隐患，亦构成矿井地下水的一个补给途径。3.3.2 地下水的排泄在矿井开采条件下，各个煤矿的开采排水成为矿区地下水排泄的唯一途径。3.3.3 地下水的动态变化根据对多个矿井的调查证实，在开采二1煤层时，雨季矿井涌水量显著增大，且常常是枯水季节涌水量的1.52倍；矿井井筒在雨季淋水较大，可达3m/h左右，而在枯水季节则很小。以上两方面的情况均说明，区内地下水受大气降水的影响比较显著。3.3.4 断层带水文地质特征根据断层性质、断距大小、上下盘岩层接触关系，以及对煤层开采的影响，可分为两种情况：（一）可采煤层与强含水层(组)直接接触或被其掩盖时，对煤层开采有较大的威胁。建议开采煤层时，应按煤矿安全生产规程留设防水安全煤柱。（二）可采煤层与弱含水层或隔水层直接接触，断层两盘的岩性基本相似，富水性差异较小，易于疏干，对煤层开采影响不大。根据本矿实际开采条件，矿区断层类型属于第二类，因此断层涌水对矿井的开采影响不大，但为了保证矿井安全生产，在巷道接近或穿过断层带以及隔水层厚度较薄地区，应采取有疑必探、先探后掘的探水前进措施，查明前方水害情况，超前距不小于20m；如果探测前方有突水威胁，应超前预注浆封堵。要做到避免误揭露落差大于5m的断层。对于探测到的落差大于5m的断层，应根据水压、水量大小留设防水煤柱。4 矿井充水因素4.1 矿井充水因素4.1.1 煤层底板灰岩水突水性分析参考本地区煤矿资料，目前L1-3灰和奥灰水水位标高约为+110m，L7-8灰水水位标高约+70m，现对二1煤层底板隔水层的强度及煤层底板含水层突水性进行分析。1、L78灰岩含水层突水性分析该隔水层系指二1煤底板至L78顶板之间的灰深灰色砂质泥岩、泥岩互层，一般起不到隔水作用。该段总厚度为2848.17m，平均35.6m。二1煤层底板为泥岩、砂质泥岩和细砂岩，岩石等级46级，普氏系数7，垂直抗压强度721 kg/cm2，抗剪强度130426 kg/cm2，砂质泥岩普氏系数为5，垂直抗压强度496 kg/cm2，细砂岩普氏系数为69，垂直抗压强度643874 kg/cm2，抗拉强度43250.4 kg/cm2。本矿井太原群上段L78灰岩含水层距二1煤层底板35.6m，按建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程中计算公式：PTs（M-Cp）式中：P安全水压 MPa M隔水层厚度 35.6m Ts突水系数 0.10.15MPa/m Cp煤层开采后底板破坏扰动深度，根据郑煤集团生产矿井经验，设计取3m。经计算，其所能承受的安全水头压力值为3.264.89MPa，即L78灰岩至二1煤底板之间的35.6m隔水层能抗住3.264.89MPa的水压。本矿L78灰水水位标高约+70m，最深部-240m处的L78灰水压为3.1Mpa，小于底板隔水层所能抵抗的最小水压3.26Mpa，因此，本矿不会发生底板L78灰岩突水。但仍不排除在底板隔水层特别薄的地方，因隔水层厚度小，起不到隔水作用，仍会发生L78灰出水的可能。由于L7-8灰岩水量不大，对矿井威胁较小。2、L1-3灰、奥灰突水性分析根据周围矿区资料，太原群下段L1-3灰岩含水层上距二1煤层31.6568.46m，平均48.82m。奥陶系灰岩含水层上距二1煤一般52.74103.43m，平均76.9m。按以上公式计算，二1煤层与L1-3灰岩含水层之间隔水层所能承受的安全水头压力值为： PTs（M-Cp）3.564.28Mpa同理，二1煤层与奥灰岩含水层之间隔水层所能承受的安全水头压力值为： PTs（M-Cp）4.257.09Mpa由计算结果可知，二1煤层距L1-3灰和奥灰之间的距离较远，其之间隔水层所能承受的安全水头压力远大于本矿开采二1煤层的水压，故本矿正常情况下不会发生L1-3灰和奥灰突水，但在断层地带可能由于地层的缺失而发生突水危险。4.1.2冒落带和导水裂缝带高度计算根据建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程，采用全部冒落法开采时，冒落带和导水裂缝带最大高度计算如下：（1）冒落带最大高度Hm式中，M煤层累计采厚，5.05m。m（2）导水裂缝带高度HL式中，M煤层累计采厚，5.05m。m即二1煤层开采后，导水裂缝带最大高度为48.76m，冒落带高度最大为14.03m。4.1.3 矿井充水因素分析1、奥陶系灰岩水为底板承压水，由于本矿区无断裂构造导通，且水位较低，根据上述分析，二1煤层距奥灰之间的距离较远，其之间隔水层所能承受的安全水头压力远大于本矿开采二1煤层的水压，正常开采情况下不会造成影响。但在接近断层区域，奥陶系灰岩水会对开采造成影响。2、L1-3灰岩水和下部的奥陶系灰岩水水力联系密切，同样为底板承压水，会对开采造成影响。3、L7-8灰岩水该含水层经长期疏放，水位已下降至+70m标高以下，最深部-70m处的L78灰水压为1.4 Mpa，远小于底板隔水层所能抵抗的最小水压1.75Mpa，因此，正常情况下，本矿不会发生底板L78灰岩突水。但仍不排除在底板隔水层特别薄的地方，因隔水层厚度小，起不到隔水作用，仍会发生L78灰出水的可能。由于L7-8灰岩水量不大，对矿井威胁较小。4、第四系潜水及地表水本区为低山丘陵地区，地势北低南高，且地表冲沟发育，大气降雨多顺冲沟流走，对地下水的补给较差，一般不会影响矿井安全生产。由上计算可知，二1煤层开采后形成的导水裂缝带最大高度不超过48.76m，二1煤层平均埋藏深度最浅为100m，第四系含水层埋藏深度一般为10m，二1煤层开采后形成的导水裂缝上界面距第四系含水层下界面之间的距离为41.24m，且中间有数层隔水层相隔，故第四系潜水一般不会渗人到矿坑，同样，导水裂缝带也不会波及到地面，地表水也不会通过导水裂缝进人到矿坑。但由于受地表塌陷的影响，在塌陷盆地的边缘可能会产生地表裂缝，地表水和大气降水可能通过地表裂缝渗人到井下。5、采空区及老窑积水矿井由于缺少资料，采空区及老窑积水情况不详，采空区和老窑内可能存在积水，在进行采掘活动时如不加强探放，很有可能发生矿井突水事故。4.2 矿井涌水量预算4.2.1 预算方法及公式矿井开采二叠系山西组二1煤层，煤层顶板涌水主要来自顶板砂岩裂隙空隙承压水，该矿前期开采最低开采标高为-120m，煤层底板涌水主要来自奥陶系灰岩水及太原组L8灰承压水等。本矿区由于郑煤集团煤矿的疏干降压开采，对本区影响二1煤层的底板灰岩含水层进行疏干降压，因此本矿水位标高也发生改变。针对本矿实际开采情况，采用比拟法对本矿涌水量进行预算。计算公式为：式中：Q、F、S分别为预算未来矿井涌水量（m3/h）、水位降深（m）、预算开采面积（m2）。Q1、F1、S1分别为类比矿井涌水量（m3/h）、水位降深（m）、开采面积（m2）。指数取经验数值m=4、n=2。4.2.2 基本参数的选取据矿方提供资料，经芦沟煤矿长期疏放，水位标高已经降至+70m。本矿属于技改矿井，故选临近矿井红星煤矿作为类比。根据其地质报告，红星煤矿正常涌水量Q1为15 m3/h，开采面积F1为m2，水位降深S1为212m。本矿实际开采面积F为m2，本矿开采最深处-240m的水位降深S为310m。4.2.3 矿井涌水量预算结果采用比拟法，预算矿井正常涌水量Q正如下：根据本区实际情况，最大涌水量一般为正常涌水量的1.52倍，本次预算取2倍，故预算矿井最大涌水量Q最大=2Q正=217.15=34.3（m3/h）。矿井未来涌水量预算结果详见表4.2-1。表4.2-1 涌水量预算结果表煤层预算范围面积(m2)水位降深(m)正常涌水量(m3/h)最大涌水量(m3/h)二1煤红星开采范围2121530鑫兴开采范围31017.1534.3需要说明的是：本次涌水量预算仅预算正常涌水量和雨季可能发生的最大涌水量，但井田内存在断层和采空区，且采空区积水情况不清，故此次预算的矿井涌水量不包括断层、采空区等瞬间涌水量，因此，本次预算涌水量结果仅供参考。建议矿方在实际开采过程中注意井下涌水量的动态变化，坚持有疑必探的原则进行生产，以防突水淹井。对底板异常带应进行预注浆加固处理。对底板灰岩水含水层或隔水层进行注浆改造时，要确保注浆效果，避免突水事故，保证安全生产。4.3矿井水文地质类型在浅部，为以顶板淋水为主的裂隙承压充水矿床，由于本矿及其周边矿井长期的开采，对二1煤顶板直接充水含水层水已有较大的疏放。矿井涌水主要以底板L7-8灰岩渗水为主，二1煤层顶板二叠系砂岩孔隙水为辅，第四系潜水及雨季地表水对矿井开采影响不大，L1-4灰岩水和奥陶系灰岩水虽属底板承压水，由于太原组上、下含水层中间的砂泥岩段和L7-8灰岩至二l煤层底板砂泥段能起到较好的隔水作用,且距二1煤层较远，故奥陶系灰岩水只能作为潜在威胁存在，一般对开采不会造成直接影响。二1煤层顶板二叠系砂岩含水层富水性弱，补给条件差，以大气降水为主要充水水源。但在深部，由于断层和滑动构造较为发育，二1煤层直接含水层L7-8灰岩岩溶裂隙较发育，有水量大、压力大的特点。根据新规范，综合分析认为，矿区是以底板进水为主的岩溶充水矿床，本区水文地质勘查类型确定为第三类第二亚类第二型，即以底板进水为主的水文地质条件中等矿床。4.4 水库对矿井开采的影响本矿区不存在水库，故不考虑水库对矿井开采的影响。5 矿井供、排水系统5.1 供水系统本矿井可供选择的水源是深水井（用于生活用水）和矿井排水，矿井排水水质除悬浮物较高外，不含其它有毒物质，经处理后供生产用水和消防降尘用水。5.2 井下排水系统采用比拟法预算，矿井正常涌水量17.15m3/h，最大涌水量为34.3m3/h。矿井为一级排水，在主井底附近建有中央泵房，布置内外环水仓，有效容量为714m3，大于矿井8小时正常涌水量（817.15=116.2m3），并有一定的富裕系数，满足要求。井底主排水泵房安装有3台MD46-508型离心式水泵，单台水泵额定流量为46m/h，排水高度400m。经验算，矿方现有的3台水泵能满足矿井排水要求。正常涌水时，一台工作、一台备用、另一台检修，最大涌水时，2台工作、一台检修，满足煤矿安全规程及煤炭工业小型矿井设计规范有关要求。6.矿井水害防治6.1矿井水害防治技术措施6.1.1地表防治水措施本矿区地表属山前冲积扇平原，地势西南高、东北低，东部为下庄河河床滩地，地势较平坦。煤系地层被第四系冲积层所覆盖。地面海拔标高在221.0-301.0m之间，最大相对高差约80m。双洎河北支流从本矿区的北部、东部流过，主要是雨季排泄洪水的通道，平时基本无水。双洎河发源于登封嵩山山脉，流经新密、新郑等地，向东南注入颖河，最终汇入淮河，属淮河水系。地表排泄条件良好，但为防止暴雨时对矿井充水影响，矿井应采取以下措施：（1）掌握当地历史降水量和最高洪水位资料，结合本矿具体条件建立疏水、防水和排水系统。（2）重点加强雨季三防工作，若出现暴雨或洪水时，及时巡查并撤出井下人员，必须制定相应的防洪措施并严格执行，防止地表水渗入到井下发生淹井事故。（3）定期检查泄洪沟、排水沟等设施完好情况，发现淤积排水通道时，及时进行清理，保证地表水通畅下泄。（4）定期检查地面废弃井筒及塌陷裂隙并应及时充填轧实，对于废弃的井筒，必须进行密闭，浇注一个大于井筒断面的坚实的钢筋混凝土盖板减少大气降水对矿坑的补给。（5）对于容易积水的地方应修筑沟渠，排泄积水。修筑沟渠时，应避开煤层露头、沟缝和透水岩层。特别低洼地点不能修筑沟渠排水时，应填平压实。（6）组织检修供电线路、备用机组、避雷装置、机电设备，保证其畅通、完好、灵敏可靠。（7）清挖井下水仓及排水沟，检修排水设备、排水管路，保证其完好可靠、安全运行、储水系统畅通。（8）调度室必须坚持24小时值班，及时收听天气预报，天气异常时，立即汇报防汛领导小组，采取有效措施，预防事故发生。6.1.2老空水防治措施矿井在生产过程中，要做好老空水害的防治，避免或减少事故的发生，必须采用“教育引导”与“严格管理”双重措施