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矿井地质补勘报告 作者 日期 第一章 前言 第一节 目的和任务 目前 长治市煤矿企业兼并重组整合工作正在扎实稳步推 进 为切实做好煤矿企业兼并重组期间的水害防治工作 根据省煤炭工业厅 山西煤炭安全监察局 关于加强煤矿 企业兼并重组期间安全通知的工作 晋煤安发 2009 1 号 精神 长治市煤炭工业局签发了 长治市煤炭工业局 关于进一步做好煤矿防治水工作的通知 长煤局行发 2 009 286号 通知要求 认真落实矿井防治水工作责任 各县 市 区 煤炭管理部们 各兼并重组主体企业 各煤矿要增强做好煤矿防治水工作的责任感和紧迫感 将 防治水工作列入重要议事日程 明确工作职责 加强煤矿 防治水基础管理工作 按照 预测预报 有掘必探 先探 后掘 先治后采 的水害防治原则 落实 防 堵 疏 排 截 五项综合治理措施 兼并重组后保留的煤矿和过 渡生产的企业采用科学手段 查明矿井水文地质情况 特 别是采空区 相邻矿井之间及关闭矿井老 窑 积水情况 编制 矿井水文地质补充勘探报告 及矿井综合水文地 质图 矿井充水性图等基础图纸和资料 并以此为依据 编制矿井中长期防治水规划和年度防治水计划 为此 山西显王煤业有限公司为了落实长治市煤炭工 业局 2009 286号 文件 关于进一步做好煤矿防治水工作的通知 的要求 特委 托山西省煤炭地质114勘查院编制 山西显王煤业有限公司 矿井水文地质补充勘探报告 一 主要地质依据 1 2007年3月山西省煤炭地质公司编制的 山西省武 乡县显王煤矿资源整合矿井地质报告 2 煤 泥炭地质勘查规范 DZ T0215 2002 3 矿区水文地质工程地质勘探规范 GB12719 91 二 主要地质任务 1 采用地球物理勘探手段 查明指定区域内3和15号煤 层采空区积水范围和3 15号煤顶板的相对富含水区 2 查明指定区域内9和15号煤层开采的水文地质条件 分析矿井充水因素 确定矿井水文地质类型 3 初步查明相邻矿井采空区及关闭矿井老空积水情况 4 对区内采空区积水进行估算 初步确定采空区可能 的积水量 5 预算矿井涌水量 6 评述开采后水文地质 工程地质和环境地质条件的 可能变化 评价矿井水的利用可能性及途径 7 提出矿井水害防治措施 第二节 煤矿位置 范围及交通 一 位置和范围 山西显王煤业有限公司位于长治市武乡县东约30km洪水 镇南面 行政区划属山西省长治市武乡县洪水镇管辖 其地 理坐标为东经 113 12 00 113 13 45 北纬 3 6 50 20 36 51 40 2010年5月14日颁发的采矿 许可证C1400002010051220065276 批准开采9 15 煤层 矿区范围由以下13个坐标点连线圈定 6 带 即 9 15 煤层范围 X Y 1 4081451 73 19698931 35 2 4079951 71 19697931 35 3 4079784 71 19697721 35 4 4079581 71 19697141 35 5 4079541 71 19696931 35 6 4079796 71 19696529 35 7 4082171 72 19696211 34 8 4082651 72 19695581 33 9 4083653 73 19697141 35 10 4079541 71 19696009 33 11 4082951 73 19697351 34 12 4082711 73 19697331 34 13 4082801 73 19698481 35 矿区面积7 6072km2 生产规模45 00万吨 年 二 交通条件 沁 县 温 城 公路从本井田西部通过 由矿井沿公路北去约40k m可至左权县温城与国道207相连处 向东经黎城县可达长 治市 武乡至墨镫铁路沿红水河从本井田西通过 沿线规 划有多个煤炭集运站点 本矿所产煤炭可由这些煤炭集运 站装车外运 由该铁路西去与太 原 焦 作 铁路武乡站接轨 规划继续北上至左权县可与阳 泉 涉 县 铁路接通 因此由该矿经铁路 公路可抵达全国 各地 矿井交通十分方便 详见图1 1 图1 1 交通位置图 第三节 自然地理 一 地形地貌 井田位于太行山西麓中段 地表大部为黄土覆盖 经 长期冲蚀 切割 黄土冲沟发育 梁峁相间而布 呈现为 侵蚀性低山丘陵地貌 井田总体地势为东高西低 大小冲 沟多沿北东方向平行排列 于西界处与洪水河交汇 地形 最高点位于东部边界处山梁 海拔标高1282 5 m 最低点位于西界处洪水河开阔河床 海拔标高1120km 最大相对高差162 5m 井田内河流不发育 大小冲沟平时基本干枯无水 只 有雨季时才有洪水沿沟谷排泄 向西汇入洪水河 该河为 浊漳河北源支流 属海河流域浊漳河水系 二 气象及地震 本区属东亚季风区暖温带半湿润气候 大陆性气候特征 明显 四季分明 冬季雨雪稀少 夏季炎热多雨 春季风 多少雨 历年降雨量526 7 691 6mm 平均626 2mm 年降 雨量集中在七 八 九三个月 十月到竖年六月雨少而多 晴天 历年蒸发量大于降雨量三倍多 历年最低气温 26 最高气温37 7 平均9 每年七月为高温日 十 一月到第二年三月气温最低 年主导风向为西北风和东南 风 冬季常见西北风 夏季多为东南风 最大风速17m s 平均风速为1 90m s 冰冻期为每年10月上旬至第二年4月 中旬 最大冻土深度为1 00m 年平均无霜期155天 根据中华人民共和国GB50011 2001 建筑抗震设计规范 该区抗震设防烈度为 度 设计基本地震加速度为0 10g 第四节 以往地质工作 1 襄恒至武乡矿区自1917年开始 先后有王竹泉 侯 德封等人做过一些地质调查工作 著作 山西东南部地质 矿区报告 对煤质及储量做了初步评价 2 1954年5月至12月 由地质部华北地质局213队 为 寻找焦煤及其它工业用煤 进行了潞安及襄恒 武乡 左 权 平顺至昔阳间的地质调查工作 完成了五分之一地质 测量及部分山地工作 编制了 襄恒普查报告 3 1957年11月华北煤田地质局114队提交了 武乡矿 区第一 二精查勘探区地质报告 由全国矿产储量委员 会170号文审批通过 获得A B级储量242143万吨 A B C级 储量365672万吨 4 1959年4月 原114队地质勘察队勘探施工并提交的 山西省沁水煤田襄恒矿区普查勘探地质报告 由山西 省煤管局第5号文批准通过 武乡县显王煤矿位于武乡一二精查勘探区中部的A B级 储量区 在井田及其邻近有施工钻孔33个 均为50年代施 工钻孔 大部分钻孔未进行煤田测井验证 但钻探成果质 量高 可供本报告参考 显王煤矿建井之后 区内未进行进一步的勘探 但仍 做了一定的地质工作 主要工作有 1 1998年6月山西省煤炭地质公司地测队提交的 山 西省华兰德武乡县显王煤矿矿井地质报告 2 2004年 长治市测绘院 山西省太行矿业工程技术 有限公司编写的 武乡县显王煤矿2003年矿产资源储量检 测报告 3 2005年 山西省地质科学研究所编写的 山西省武 乡县显王煤矿 15号 矿井地质及水文地质图 4 2007年 山西省煤炭地质公司编写的 山西省武乡 县显王煤矿资源整合矿井地质报告 此次补充勘探报告 对该报告的内容进行了较多的引用 第五节 本矿及周边小窑生产情况 一 井田内生产情况 据山西省煤矿企业兼并重组整合工作领导组办公室晋 煤重组办发 2009 115号文件 关于长治市山西显王煤业有 限公司等2处煤矿企业兼并重组整合方案的批复 武乡县山 西显王煤业有限公司为整合保留矿井 由原武乡县显王煤 业有限公司 整合保留 武乡县洪水镇肖家岭煤矿 整 合关闭 以及部分新增资源共同整合而成 整合后井田由1 13个拐点圈定 面积增至7 6071平方公里 保有储量约450 0万吨 新增井田面积2 9480平方公里 新增储量约2300万 吨 生产能力拟提升为45万吨 年 开采深度由1140米到58 0米 该井田批准开采9 15 煤层 现开采15号煤层 由于原先各个小煤矿开采煤层 不同 现矿区内2 3 9和15号煤层都已形成了一定规模的 采空区 详见矿井充水性图 二 井田相邻煤矿的生产情况 据矿方提供的整合资料和调查资料显示 该矿西部与 山西东庄煤业有限公司相邻 东北部与山西槐安煤业有限 公司相邻 其它方向没有煤矿 该矿西邻关系详见图1 2 山西东庄煤业有限公司开采过2和 3号煤层 采用综合机械化放顶煤开采技术 生产规模90万 吨 年 煤矿兼并重组后 该矿进行基建 现还处在基建中 该矿采空区距离山西显王煤业有限公司矿界较远 山西槐安煤业有限公司开采15号煤层 采用综合机械 化放顶煤开采技术 生产规模30万吨 年 两矿相邻处15号 煤层以基本采空 采空区内存在一定量积水 图1 2 四邻关系图 第二章 井田地质 第一节 地层 一 矿井地层一 矿井地层 该矿井位于沁水煤田东部边缘中段 区内黄土广泛分 布 仅沟谷中有小面积基岩出露 据区域地质及钻孔资料 井田内地层由老至新现分述如下 1 奥陶系中统峰峰组 O2f 为煤系地层之基底 岩性为青灰色 深灰色厚层状石灰岩 隐晶质结构 厚层状构造 质坚硬 性脆 偶为白云质灰岩 裂隙发育 并被方解石脉充填 顶部有铁质浸染现象 厚度100 m以上 2 石炭系中统本溪组 C2b 平行不整合于峰峰组灰岩之上 岩性为灰色 灰黑色 泥岩 砂质泥岩 细砂岩 薄层石灰岩及1 2层煤线组成 底部为铝土岩及山西式铁矿 地层厚度10 8 6 31 06 m 平均25 60 m 3 石炭系上统太原组 C3t 连续沉积于下伏本溪组之上 为一套具明显沉积旋回 的海陆交互相含煤建造 为井田主要含煤地层之一 岩性 为黑色炭质泥岩 深灰色 灰黑色砂质泥岩 泥岩 粉砂岩 灰色中细粒砂岩 深灰 色石灰岩及8层煤层 3层石灰岩普遍发育 层位稳定 是 区域地层对比的良好标志 自K1石英砂岩底至K6燧石层顶 厚度95 00 135 00 m 平均123 00 m 根据其岩性 岩相组合特征 自下而上分为三段 1 下段 C3t1 自K1石英砂岩底至K2石灰岩底 厚度15 53 25 82 m 平均厚度22 50 m 底部K1局部为灰白色粗粒石英砂岩 大部相变为砂质泥 岩 个别地段尖灭 厚8 21 m 层面含黑色有机质 含少量黄铁矿结核 坚硬 向上为 深灰色泥岩 中上部含全区稳定可采的15号煤层 上部为 泥岩 偶夹细粒砂岩 顶部为一层不稳定零星可采的14号 煤层 15号煤层厚3 21 5 96 m 平均厚4 74 m 为主要可采煤层 2 中段 C3t2 自K2石灰岩底至K4石灰岩顶 厚度28 82 32 80 m 平均厚度30 20 m 主要由K2 K3 K4三层石灰岩和粉砂岩 泥岩 中细粒砂岩及2 3层薄煤层组成 所含K2 K3 K4石灰岩平均厚度为7 28 m 2 16 m 3 86 m 是太原组地层的主要标志层 所含煤层为局部可采及不 可采煤层 3 上段 C3t3 K4 石灰岩顶至K6燧石层顶 厚50 00 75 00 m 平均69 50 m 由灰黑色泥岩 粉砂岩 铝质泥岩及深灰色泥灰岩及2 3层煤层组成 富含菱铁质结核 K5泥灰岩中含植物化石 其层位相当于 海相泥岩 本井田大部相变为泥岩 其 中9号煤层井田内大部可采 其余煤层均为不稳定零星可采 或不可采的薄煤层 4 二叠系下统山西组 P1s 自K7砂岩底至K8砂岩底 厚度55 00 71 50 m 平均64 38 m 下部由灰色 灰黑色泥岩 泥质砂岩及2 3 4 5号煤 层组成 含丰富的植物化石和1层薄媒线 其中2 3号煤层 井田内稳定可采全区煤层 4号煤层大部分可采 5号煤层 不可采 向上为中细砂岩 砂质泥岩 泥岩 5 二叠系下统下石盒子组 P1x K8砂岩底至K10砂岩底 厚度为90 50 120 85 m 平均105 00 m 以中部一层含砾粗砂岩 K9 将本组分为上下两段 上 段岩性主要为灰黄色 杂色泥岩 砂质泥岩 及黄色 黄 绿色粉砂岩 中砂岩互层 下段为灰色细砂岩 粉砂岩互 层 风化后为灰绿色 底部K8为浅灰色中粒砂岩 成分以石 英 长石为主 分选性磨圆度中等 钙质胶结 斜层理发 育 与山西组呈整合接触 6 二叠系上统上石盒子组 P2s 本组最大保留厚度230 m 底部K10砂岩与下石盒子组地层呈整合接触 主要由黄绿 色 灰绿色中细粒砂岩夹紫红色泥岩组成 局部泥岩中含 菱铁质结核 中上部夹铁质砂岩及锰铁质结核 本区仅残 留中 下段地层 7 第四系 Q 广泛分布于井田及周围 主要为浅黄 土黄 浅红色 亚砂土和浅黄 土黄色粉砂土 局部含砾石层 底部为粘 土 厚度0 84 00 m 平均30 60 m 第二节 构造 一 区域地质构造 井田位于沁水坳陷东缘 太行山麓褶带西侧 区域总 体构造方向为北东东方向 地层总体走向为北北东 向北 西西倾伏 总体为一单斜构造 伴有宽缓的背向斜 二 井田地质构造 井田基本为第四系黄土覆盖 根据钻孔和生产矿井巷 道揭露 由于受区域构造影响 井田内总体为一走向北北 东 倾向北西西的单斜构造 局部稍有小的起伏 井田内 地层在中部洪水断层附近较陡 东西部较平缓 倾角一般7 24度 井田西部发育一条较大的断层 即洪水正断层 该 断层精查勘探时已基本控制 其走向近南北 倾向西 倾 角70度 井田内落差10 50m 南部落差大 北部小 贯穿全井田 井田延伸长度2 6km 井田南部有一小断层 其走向为北东 倾向北西 落 差12m 综上所述 井田为一单斜构造 发育两条断层 无陷 落柱发育 井田构造属简单 第三节 煤层及煤质 一 含煤性 井田内含煤地层为石炭系上统太原组 C3t 和二叠系 下统山西组 P1s 分述如下 太原组为一套海陆交互相含煤地层 含煤8层 其中15 号煤层为全区可采之稳定煤层 9号煤层为大部分可采煤层 其余为局部可采及不可采煤层 地层平均总厚度123 00 m 煤层平均总厚度8 60 m 含煤系数6 99 山西组为一套陆相含煤地层 含煤3 5层 其中2 3号煤层为井田内可采煤层 4号煤层井田内 大部分可采煤层 其余为不可采煤层 地层平均厚度64 38 m 煤层平均总厚度3 37 m 含煤系数5 23 井田内山西组 太原组地层平均总厚度187 38 m 煤层平均总厚度11 97 m 含煤系数6 39 二 可采煤层 1 2号煤层 位于山西组下部 上距K8砂岩底33 20 m 煤层厚度0 1 54 m 平均1 17 m 井田内属稳定大部可采煤层 结构简单 不含夹矸 赋 存井田西部 煤层顶板为细砂岩 砂质泥岩 偶为泥岩 底板亦为细砂岩 砂质泥岩 偶为泥岩 2 3号煤层 位于山西组下部 上距2号煤层7 78 m 下距4号煤层7 92 m 煤层厚度1 07 1 54 m 平均1 22m 结构简单 一般不含夹矸 赋存于井田西 部 为井田内稳定可采煤层 煤层顶板为砂岩 底板为泥 岩 3 4号煤层 位于山西组下部 上距3号煤层7 92 m 下距K6燧石层11 00 m 下距9号煤层70 47m 煤层厚度0 59 1 18 m 平均0 88 m 结构简单 不含夹矸 赋存于井田西部 赋存范围大部 可采 煤层顶板为泥岩 局部相变为砂质泥岩 细砂岩 4 9号煤层 位于太原组上段底部 上距K6燧石层58 00 m 上距4号煤层70 47 m 下距15号煤层49 40 m 煤层厚度0 24 1 35 m 平均1 03 m 结构简单偶含一层夹矸 赋存于全井田 为全区大部可 采煤层 煤层顶板为泥岩 底板为细 粉砂岩 5 15号煤层 俗称丈八煤或臭煤 位于太原组下段中部 上距9号煤层49 40 m左右 为井田稳定可采煤层 煤层厚度3 21 5 96 m 平均4 74 m 含0 5层夹矸 顶板为黑色泥岩 质细 局部为砂质泥岩 粉砂 岩 含植物化石 可见节理裂隙 底板为黑色泥岩 偶为 粉砂岩 含植物化石及黄铁矿结核 三 煤质 1 物理性质和煤岩特征 8 9 11 15号煤层物理性质和煤岩特征基本相近 皆黑色 灰黑色 玻璃光泽 带状结构 内生裂隙较发育 断口平坦状 参差状 含少量黄铁矿结核 尤以15号煤 为甚 宏观煤岩类型 以半亮煤为主少量半亮型和暗淡型 煤 煤岩组分以亮煤 镜煤居多 少量暗煤 2 工业性能及煤类 本矿现开采15号煤层 现只将15号煤层的煤质类型叙 述如下 15号煤层 为低灰 中灰 中硫 中高硫 特低磷 高热值之瘦煤 水份 Mad 为0 75 灰份 Ad 18 24 挥发分 Vdaf 为17 48 全硫 Sta 为2 18 焦渣特性 CRC 为3 5 磷含量 Pd 为 0 0064 胶质层指数Y值为5mm 发热量 Qgrd 为27 18 29 27MJ kg 3 工业用途评价 15号煤可作良好的动力用煤 洗选后可用作配焦煤 第三章 水文地质补充勘查 第一节 水文地质补充调查 一 地貌地质调查 本区地处太行山东麓 区内大部分地段为第四系黄土覆 盖 纵观全区 其地貌特征为中等切割至轻微切割的低山丘 陵类型 由一系列的黄土梁 冲沟组成的典型的黄土侵蚀型 地貌 井田总体地势为东高西低 大小冲沟多沿北东方向 平行排列 于西界处与洪水河交汇 地形最高点位于东部 边界处山梁 海拔标高1282 5 m 最低点位于西界处洪水河开阔河床 海拔标高1120km 最大相对高差162 5m 井田内微地貌为黄土冲沟及黄土梁 峁 塬等 由于黄 土垂直节理发育 土坎较为发育 常可见到陡立边坡 并 伴随有规模极小的黄土崩塌发生 井田内以地面裂缝现象为主 由于土地耕种 这些裂 缝已被填埋 野外调查未见到上述地面裂缝 二 地表水体调查 井田内地表层河流不发育 各黄土冲沟均属干沟 只有雨 季时才有洪水沿沟排泄 向西流入洪水河 洪水河位于井 田中西部 由北向南流过 为区域较大河流 向西南在杨 家岭村南流入浊漳河 井田中部有一条自东向西的季节性 河流 矿井的三个井口均高于该项河流历年最高洪水位 地表洪水对井口无多大影响 洪水河在矿井井田中西部 由北向南贯穿全井田 影响未来矿井中西部煤炭的开采 本区地表水系属海河流域浊漳水系 三 井泉调查 区内无泉水出露 主要为水井 水位埋深不大 涌水 量不大 一般民用井出水量为30 50m3 d左右 四 采空区及古井老窑调查 1 井田内采空区情况 2006年整合前井田范围内上部有洪水镇东庄村煤矿 开采2 3 煤层 洪水镇窑湾煤矿 开采9 煤层 井 田南邻新寨煤矿 已关闭 开采15 煤层 胡家岭煤矿 已关闭 开采15 煤层 和肖家岭煤矿 开采3 15 煤层 北邻寨坪村煤矿 已关闭 开采2 3 煤层 东邻洪 水村煤矿 已关闭 开采15 煤层 及北反头煤矿 开采15 煤层 这些小煤矿经2006年和2009年两次资源整合后 寨坪和洪水村及北反头煤矿被整合到山西槐安煤业有限公 司矿界内 剩余的小煤矿窑湾 东庄村 肖家岭 新寨 胡家岭等煤矿被整合到山西显王煤业有限公司矿界内 由于上述小窑的开采 山西显王煤业有限公司矿界内 存在不同煤层开采留下的采空区 分别为2 3 9和15号煤 层采空区 据该矿提供资料及此次调查来看 各个采空区 内不同程度的存在积水 详见矿井充水性图 2 井田相邻煤矿的开采情况 该矿西部与山西东庄煤业有限公司相邻 东北部与山 西槐安煤业有限公司相邻 其它方向没有煤矿 山西东庄煤业有限公司开采过2号和3号煤层 均已形 成了一定规模的采空区 但其采空区均离山西显王煤业有 限公司较远 对显王煤业的开采影响有限 山西槐安煤业有限公司现开采15号煤层 其矿界内存 在大面积的采空区 由于兼并重组 寨坪煤矿部分区域 洪水镇办煤矿全部及北反头煤矿全部现已整合为山西槐安 煤业有限公司 其与山西显王煤业相邻位置为原寨坪煤矿 和北反头煤矿 寨坪煤矿原开采2号和3号煤层 且已形成 较大规模的采空区 据此次调查及矿方提供资料来看 存 在采空积水 北反头煤矿开采15号煤层 已形成较大采空 区 存在采空区积水 该矿区内采空区积水对显王煤业有 限公司15号煤层的开采构成了严重威胁 五 生产矿井调查 该矿现开采15号煤层 其余煤层均未开采 生产规模4 5万吨 年 现阶段该矿开采工作主要在15102和15103工作 面 15号煤层开采时矿井涌水主要来自于顶板以上各含水 层的水及开采上部煤层时形成的老空区积水通过导水裂隙 带的下渗 现阶段矿井涌水量为正常涌水量为10m3 h 最大 涌水量15m3 h 该矿区内原显王煤矿曾于2006年4月11日在 井田北部和寨坪煤矿旧巷道贯通 发生突水事故 2009年8 9月份在接近新寨旧井筒及其破坏区时曾有计划成功探放 水17400m3 因此 当开采至邻近矿井边界和上层煤采空及采 空区附近时 必须做到 预测预报 有疑必探 先探后掘 先治后采 以免发生事故 六 周边矿井调查 据矿方提供的整合资料和调查资料显示 该矿西部与 山西东庄煤业有限公司相邻 东北部与山西槐安煤业有限 公司相邻 其它方向没有煤矿 山西东庄煤业有限公司开采过2和 3号煤层 采用综合机械化放顶煤开采技术 生产规模90万 吨 年 煤矿兼并重组后 该矿现还处在基建中 该矿采空 区距离山西显王煤业有限公司矿界较远 其充水因素主要 受顶板水的影响 以淋水和滴水的方式进水 山西槐安煤业有限公司开采15号煤层 采用综合机械 化放顶煤开采技术 生产规模30万吨 年 两矿相邻处15号 煤层以基本采空 采空区内存在一定量积水 15号煤层的 直接充水含水层为其顶板石灰岩岩溶裂隙水含水层 矿井 充水主要为顶板淋水 第二节 水文地质补充勘探 一 勘查简介 1 目的任务 北翼 1 探测150102工作面以北采空区和北部矿界附近15 煤层积水情况和西部断层是否存在构造水 2 探测150104工作面及其北部矿界附近15 煤层是 否存在积水以及其积水情况 3 探测150104工作面上部原寨坪2 3 煤层采空积 水情况 南翼 4 探测150103工作面及其东 南 西三方位勘探范 围内积水情况 5 探测150103工作面东部原新寨和胡家岭煤矿一带 采空区积水情况 6 探测150103工作面以北是否存在采空区及其采空 积水情况 7 探测150103工作面附近一对废弃井筒及其附近有 无积水以及积水情况 2 物探方法 勘探范围及工作量 本次水文地质补充勘探采用物探中的瞬变电磁法 瞬 变电磁法为电磁感应法中的一种 它是以地壳中岩石和矿 石的导电性和导磁性差异为基础 根据电磁感应原理 观 测和研究电磁场空间与时间分布规律 从而解决地下地质 问题的一种勘探方法 探测时向地下发射阶跃脉冲电磁信 号 由于在阶跃脉冲作用下 良导电地层中产生的瞬变涡 流电场持续时间较长 不良导电地层中产生的瞬变涡流电 场持续时间较短 通过接收反馈信号来分析电磁场的时空 变化规律 来了解地下岩层分布情况 从而解决相关地质 问题 本勘探区面积分南 北两区共0 74 km2 拐点坐标 为北京54坐标系 分别为 南区 表3 1 南区勘探坐标点 勘探区点 号 XY 1408040019697566 2408124019697566 3408124019698106 4408066119698106 南 区 5408040019697800 北区 表3 2 北区勘探坐标点 勘探区点 号 XY 1 408245519697532 2 408278019697663 3 408283619698376 北 区 4 408221019698140 物探中心于2010年6月23日到达施工现场 首先开始进 行瞬变电磁测深的方法有效性试验工作 随后投入了正式 生产 项目组全体人员克服各种困难 艰苦努力 于7月5 日按时高质量完成了外业数据采集任务 随后 转入资料 整理和报告编写工作 本次工作完成TEM测线39条 物理点998个 检查点40 个 试验点15个 合计共完成1053个物理点 检查点占总 工作量的4 0 均方相对误差7 35 满足 规范 要求 3 仪器设备 数据采集采用加拿大凤凰公司研发的V8电法工作站 信号发射采用加拿大凤凰公司为该工作站配套的T4发射机 发射机通过GPS卫星授时信号控制发射频率并与接收机实 现同步 V8多功能电法工作站具有宽频带 多通道 多功能的 数字式接收机 通过软件实时采样 自动剔除天然电磁场 干扰 主要技术指标如下 道数 3磁道 3电道 若组成网络化采集系统 道数不受限制 频率范围 10 000Hz 到 0 00005Hz 20 000秒 数据存储 512MB可移动式闪存 可升级扩展 摸数转换器 每道一个 24位 96 000HE 重量 7公斤 键盘 触摸防水ASCII码键盘 显示 阳光下可视彩色液晶背光显示屏 分辨率为640 480 接头 多针军用规格磁探头连接口 GPS天线 电瓶和 接地接头 四个电道 AMT MT 接线柱 输入电压 12V直流 功耗 约15瓦 处理器 工业级586和快速辅助处理器 环境 工作温度 20 C到 50 C 发射机采用T4发射机 其T主要技术指标如下 1 电源 12V蓄电池组 2 最大输出电压和电流 120V 40A 二 地质成果 本次解释工作根据设计要求完成了北翼3 和测区内15 煤层顶板对应深度的等视电阻率平面图 根据图件可以看 出3 和15 煤层顶板的富含水性 以等值线的划分为标准 圈出了富水异常区和含水异常区范围 在平面图中富含水 异常区以深蓝色表示 含水异常区域以浅蓝色表示 1 北翼3号煤层含水性分析 北翼3号煤层共划分 七个富含水 含水异常区主 要分布于测区北部及中部 150104工作面范围内有两处含 水异常分布区 分别位于150104工作面的北侧及中部 其 中北侧的含水异常区 面积较大 走向近东西向 中部含 水异常区 呈椭圆状 长轴方向近东西向 详见图3 1 2 北翼15号煤层含水性分析 共划分 七个含水异常区 含水异常区主要分布在 测区南侧 西侧 北侧边部 150104工作面范围内 北侧分布宽100米左右 长度小于 200米的含水异常区 南东侧有一个近似等轴状直径小于10 0米的含水异常区 在其中间有一长轴长度20米的椭圆形富 含水异常区 150102工作面范围内 瞬变电磁测量未发现含 水 富含水异常反应 详见图3 2 3 南翼15号煤层含水性分析 南翼15号煤层富含水异常区 共划分 六个含水异 常区 含水异常区主要分布在测区中部北东向条带状分布 宽小于100米长度大于500米 包括 1 四个含 水异常区 该测区南侧偏东有一含水异常区15 该异常区走向北东 宽50米左右长大于200米 150103工 作面范围内 仅在工作面南西侧存在一走向北东长50米宽20 米的含水异常区 为 含水异常区 详见图3 3 三 物探结论 通过本次勘探工作 瞬变电磁测量结合已知收集到地 质资料取得以下成果 1 15 煤层南 北翼推测出了十三处顶板富含水 含 水异常区 初步了解各富含水 含水异常区赋存位置 范 围和形态 对150104 150103 150102三个工作面积水情 况进行解释推测 2 洪水正断层在北翼西侧通过 在物探测量范围内未 发现有构造 3 3 煤层北翼推测出七处顶板富含水 含水异常区 初步了解各富含水 含水异常区赋存位置 范围及形态 本次勘探完成了设计提出的地质任务 四 存在问题及建议 1 存在问题 由于本次工作收集到的地质 钻孔及水文资料有限 工作中仅根据电性资料划分测区的相对富水情况 难以确 定水文地质上的富含水区等级 有待于做进一步工作来查 明确定 由于工作区内居民区 矿井等的分布以及大量的工业 用及民用供 用电设施对测量数据有一定的干扰 2 建议 由于物探解释的多解性 建议矿方在使用过程中将资 料的验证情况及时反馈给我们 以便我们对资料进行进一 步的分析研究 更好的为矿上服务 第三节 矿井水文地质条件 一 区域水文地质概况 本区位于辛安泉域北部的武乡 襄垣蓄水构造水文地质单元内 一 地表水 区内地表水属于海河水系漳河流域 主要河流是浊漳 河 浊漳河分为南 西 被 北三源 南源发源于长子县 发鸠山 西源发育于沁县的漳源村 北源发源于榆社县柳 树沟 南源和西源在襄垣县甘村附近汇合 后又与北源在 襄垣县合口村汇合 在平顺县下马塔以东进入河南省 在 山西境内段长231km 流域面积11311km2 年径流量6 35 1 08m3 二 地下水 本区属辛安泉域西部及北部的迳流区 辛安泉出露于 山西省平顺 潞城 黎城三县交界处西流村至北耽车村约1 6km的浊漳河河床中 泉水出露标高615 643m 因煤炭资源开发和大规模利用地下水以及气候的变 化 泉水流量不断衰减 上世纪60年代平均流量11 27m3 s 80年代8 19m3 s 90年代5 23m3 s 2001 2003年平均流量4 86m3 s 区域东部为一套碳酸盐岩地层 含岩溶裂隙水 向西 地势逐渐降低 区域南部属长治盆地 由黄土丘陵和低山 组成 海拔800 1200m 为新生界早期形成的断陷盆地 堆积物较厚约300m 含有若干孔隙含水层 区内尚有少量中生 古生界的碎 屑岩出露 含一系列裂隙含水层 富水性弱 盆地范围内 奥陶系 寒武系地层埋藏较深 1 主要含水层 根据区域含水介质岩性 区域含水层分为碳酸盐岩岩 溶裂隙含水层组 碎屑岩类夹碳酸盐岩岩溶裂隙含水层组 碎屑岩裂隙含水层组 松散层孔隙含水层组 1 奥陶系中统含水层组 由石灰岩 泥灰岩等组成 总厚400 600m 除在区域 东部 东南部大片出露外 在文王山及二岗山地垒有零星 出露 本含水层组为区内主要含水层组 主要接受裸露区大 气补给及浊漳河北源流经地垒灰岩河道时的地表水入渗补 给 排泄区为区域东南部的辛安泉群 泉域内受构造控制 不同部位补给 迳流 排泄条件有一定差异 2 碎屑岩夹碳酸盐岩类含水层组 系指石炭系上统一套海陆交互相沉积底层 主要含水 层由其间3 6层石灰岩组成 其富水性强弱取决于砂岩及灰岩的裂隙与 岩溶发育程度 据区域资料 钻孔单位涌水量一般为0 000 2 0 51L s m 渗透系数0 005 2 85m d 局部岩溶裂隙较发育 单位涌水量可达4 31L s m 水质类型属HCO3及HCO3 SO4型 由于受构造的影响 在区域东南部此含水层组有较大 面积出露 可以接受大气降水的补给 盆地内由于断裂构 造的影响 也可以受到其它含水层的补给 地下水以水平 运动为主 3 碎屑岩类含水层组 指二叠系 三叠系一套陆相和过度相碎屑岩 由砂岩 砂质泥岩夹煤层等组成 厚320 435m 单位涌水量一般为0 0003 0 82L s m 渗透系数0 004 1 74m d 水质类型属HCO3及HCO3 SO4型 本含水层组含水空间以风化裂隙和构造裂隙为主 裂 隙水除少部分可能沿破碎带向深部运动外 以水平运动为 主 由于各含水层之间间隔数层由泥岩等塑性岩石组成的 隔水层 使各含水层相对呈层状 形成平行复合结构 纵 向水力联系较弱 4 松散岩类含水层组 主要指第四系松散堆积物 厚度变化较大 最大可达3 00m余米 分布于浊漳河河谷及其支流地段 含水层由含砂 粘土组成 在沟谷切割较深处排泄于地表 局部还通过断 裂破碎带或直接补给下部含水层 本含水层富水性差异较 大 受地形地貌控制明显 水位埋藏浅 一般高于河水位 单位涌水量为0 0075 19 00L s m 渗透系数为0 01 24 00m d 水质类型为HCO3型 2 主要隔水层 1 石炭系中统隔水层 主要为本溪组隔水层 岩性为铝质泥岩 泥岩等 透 水性差 成为奥陶系中统含水层组与碎屑岩夹碳酸盐岩类 含水层组之间的隔水层 2 碎屑岩层间隔水层 主要由具塑性的泥岩组成 呈层状分布于碎屑岩各砂 岩含水层之间 使各含水层的垂直水力联系被阻 呈层状 相对独立 三 地下水补给对煤层开采的影响 3号煤层充水含水层主要为二叠系基岩风化带 下石盒 子组底部砂岩及山西组砂岩裂隙含水层 15号煤层充水含 水层主要为石炭系太原组石灰岩岩溶裂隙含水层及奥陶系 石灰岩岩溶裂隙含水层 奥陶系石灰岩含水层主要通过裸 露区接受大气降水补给 补给区主要位于晋获断裂带的沿 裂隙补给 其次为地表河水在流经岩溶区的漏失 如浊漳 河南源在流经文王山地垒灰岩河道时 其漏失量为1 66m3 s 1981年10月10日 四 地下水迳流 排泄 区域迳流排泄条件主要受构造控制 它的排泄一方面 由于太行山隆起使得太古界变质岩系及寒武系馒头组页岩 高出区域地下水面 起着隔水屏障的作用 另一方面由于 地壳隆起 浊漳河河床下切 造成沿浊漳河自西流村至北 耽车一带构成一系列泉群出露 地下水迳流总的方向由西 往东 大致分两股 一股是北部迳流区 即由北往南 然 后由北西转向东 另一股是南部迳流区 即由南往北 然 后由南西向东 最后均排泄于辛安村泉 本井田位于辛安 泉域北部迳流区 二 矿井水文地质条件 1 矿区主要含水层 1 奥陶系中统石灰岩岩溶裂隙含水层 本含水层为井田内主要含水层 区域上最大揭露厚度 为203 84m 主要为深灰色石灰岩 泥质灰岩及含白云质灰 岩 中 下部岩溶裂隙较发育 含水性较强 由于受岩溶 发育程度的影响 存在一定的富水差异 据武乡第一 二区勘探区精查报告186号水井观测资料 该含水层涌水量为0 0285 L s m 渗透系数为0 0339m d 稳定水位深358 30m 静 止水位标高728 73m 据此水井资料推测本井田奥灰水水位 标高698 33 706 43m左右 2 石炭系上统太原组石灰岩岩溶裂隙含水层 该含水层为碎屑岩夹碳酸盐岩岩溶裂隙含水层 主要 含水层由数层砂岩裂隙含水层及K2 K3 K4石灰岩岩溶裂隙 含水层构成 含水空间以裂隙为主 据186号水文孔对该含 水层进行混合抽水试验 钻孔单位涌水量q为0 02L s m 渗透系数k为0 211m d 含水性较弱 水质属HCO3 SO4 Na Mg 3 二叠系砂岩裂隙含水层组 为碎屑岩裂隙含水层 井田内无出露 含水层主要由 中 细粒砂岩组成 砂岩局部裂隙发育 具有一定含水性 据 武乡精查一区186号水文孔对山西组段 包括K8砂岩 和上 下石盒子组段抽水试验 单位涌水量q分别为0 00162L s m 和0 00171L s m 渗透系数k为0 0076m d和0 0239m d 含 水性弱 4 基岩风化带裂隙含水层 井田内大部分为黄土覆盖 基岩埋深0 45m左右 基岩风化裂隙发育程度受构造 岩性 埋藏深度 及其气候等条件的影响 风化裂隙一般在基岩面以上50 70m 含水较丰富 但含水性差异较大 据武乡第一 二区勘探区精查报告186号孔勘探资料 单位涌水量为0 012L s m 渗透系数为0 014m d 5 第四系松散沉积物孔隙潜水含水层 由砂质粘土 含砂粘土 砂砾石及砂层组成 在某些 地段厚度28 00m左右 含水性和透水性由砂 砂砾石层的 发育程度而定 水位埋藏较浅 一般在15 20m 接受大气降水的补给 受大气降水影响明显 2 矿区主要隔水层 1 石炭系中统本溪组底至上统太原组15号煤层底隔 水层 主要由泥岩 铝质泥岩等组成 平均厚度25 60m左右 阻隔奥陶系中统岩溶裂隙水对上覆煤层的影响 2 二叠系砂岩层间隔水层 由泥岩 砂质泥岩 粉砂岩等组成 平行分布于各砂 岩含水层之间 与砂岩形成平行复合结构 起到层间隔水 的作用 阻隔各含水层间的垂向水力联系 3 构造与水文地质条件 井田基本为一单斜构造 非聚水构造 据以往勘探成 果及开采可知 井田内发育两条断层 一个陷落柱 井田 西部发育一条较大的断层 即洪水正断层 该断层精查勘 探时已基本控制 其走向近南北 倾向西 倾角70度 井 田内落差10 50m 属张性断裂 断裂带存在不同程度的导水性 从目前 井巷揭露的断层和陷落柱未发现导水现象 但不可麻痹大 意 开采时应留足够的保护煤柱 4 主要含水层补给 迳流 排泄条件 太原组 山西组及下石盒子组含水层在井田内无出露 埋藏深 与上覆及下伏各含水层均有一定厚度的隔水层 相隔 若无构造沟通 人为破坏 则各含水层水力联系微 弱 含水层主要接受上覆含水层微弱的补给 然后沿倾向 迳流 由于补给条件差 地下水迳流微弱 因而本区水文 地质条件较为简单 但局部地段仍可能趋向复杂 浅层地下水及地表水主要补给来源为大气降水 浅层 地下水及地表水体一般与下伏含水层联系较弱 仅在局部 构造等部位可能通过导水裂隙补给下伏含水层 三 矿井充水因素分析 1 充水因素分析 1 大气降水对矿坑充水的影响 矿区东北部煤层埋藏较深 其余埋藏较浅 地表水 河水及大气降水可沿松散堆积物孔隙与基岩裂隙向下渗透 有可能通过矿坑顶板导水裂隙带进入矿坑 成为矿坑充 水的来源之一 受大气降水及地表水季节变化的影响 由 此形成的矿坑充水量也随之具有明显的动态变化特征 2 井筒水对矿坑充水的影响 井筒穿过揭露范围内有所有含水层 其间必有一定量 的地下水沿井筒流下 成为矿坑涌水的一部分 3 顶板砂岩裂隙水对矿坑充水的影响 煤层顶板砂岩裂隙含水层将通过矿坑顶板冒落导水裂 隙带向矿坑充水 为矿坑充水的主要来源 4 地表水对矿坑充水的影响 井田内地表迳流条件好 接受补给条件有限 一般无 水害威胁 但在雨季注意回填地面塌陷裂隙 预防大气降 水涌入矿井造成水害威胁 5 奥灰水对矿坑充水的影响 由于现阶段只15号煤层 所以 以下只对15号煤层进 行分析计算 井田内15号煤层底板标高约为420 1160m 根据矿方提供的资料显示 该井田内奥灰水水位标 高在706m左右 可见15号煤层局部带压开采 井田内15号煤层只有西部存在局部带压开采 带压开采 是个复杂的问题 影响的因素较多 本次采用突水系数法 进行评价 采用 煤矿防治水规定 国家安全生产总局 监督管理总局 第28号 附录四中的公式 计算15号煤 层底板奥灰水突水系数 其公式为 3 1 M p T 式中 T 突水系数 MPa m p 隔水层承受的水压 MPa M 底板隔水层厚度 取25m 计算时奥灰水水位标高采用706 00m 15号煤层底板最 低标高在420 1160m之间 经计算 15号煤层底板奥灰水 突水系数0 0 1122MPa m 按 煤矿防治水规定 中底板受构造破坏块段突水系数 一般不大于0 06 MPa m 正常块段突水系数不大于0 10 MPa m 本次确定以下带压开采分区标准 T 0 06 相对安全区 0 06 T 0 10 临界区 T 0 10 危险区 由此可见 井田内15号煤层底板从420m 452m带压开 采分区处在危险区 从452m 553m带压开采分区处在临界 区 从553m 706m带压开采分区处在相对安全区 706m以 上不带压 未来该矿向区内西北部开采时 面临带压开采 的问题 详见矿井充水性图 需要注意的是带压开采是个复杂的问题 影响的因素 较多 煤矿防治水规定 中的突水系数临界值只是全国 实际资料的综合数据 不一定适合本区 因些 今后应研 究适合本区的突水系数临界值 本报告中相对安全区是相 对的 不是绝对 也有发生突水的可能 主要是隐伏的导 水陷落柱或断层引起的 因此 在开采至带压区时 加强 预测预报 有掘必探 先探后掘 先治后采 的原则 本次计算的数值及突水系数值及带压开采分区仅供参考 6 构造对矿坑充水的影响 井田基本为一单斜构造 非聚水构造 据以往勘探成 果及开采可知 井田内发育两天断层 一个陷落柱 井田 西部发育一条较大的断层 即洪水正断层 该断层精查勘 探时已基本控制 其走向近南北 倾向西 倾角70度 井 田内落差10 50m 属张性断裂 断裂带存在不同程度的导水性 从目前 井巷揭露的断层和陷落柱未发现导水现象 但不可麻痹大 意 开采时应留足够的保护煤柱 2 矿坑充水通道 据矿区水文地质条件分析 矿坑充水通道主要有顶板 之上的岩石裂隙带 冒落导水裂隙带 井筒及断层破碎带 等 另外 不应忽视区内可能未查明的断层 陷落柱及施 工钻孔封闭不良对矿坑充水的影响 1 导水裂缝带 9号煤层 9号煤层顶板主要为泥岩 砂岩 煤层厚度为0 24 1 3 5m 由于开采时形成的导水裂缝 可能沟通上覆其它含水 层 使其成为煤层开采的间接充水含水层 其导水裂缝带 高度采用国家煤炭工业局制定的 建筑物 水体 铁路及 主要井巷煤柱留设与压煤开采规程 煤行管字 2000 第81号 中的公式进行计算 井田内煤层为缓倾角 煤层顶板主要为泥岩 砂岩 采 用中硬岩层导水裂缝带高度计算公式 其公式为 3 2 6 5 6 36 1 100 M M HIi 3 3 1020 MHIi 式中 HIi 导水裂缝带高度m M 煤层累计采厚m 取0 24 1 35m 按3 2式计算 计算时式中取 全井田煤层开采时 产生 的导水裂缝带高度为11 62 29 03m 按3 3式计算 全井田煤层开采时 产生的导水裂缝带高度为19 80 33 24m 本次采用3 3式计算结果 导水裂缝带最大高度为33 24m 综合分析 9号煤层开采时 可沟通导水裂隙带内砂岩裂隙含水层及基 岩风化带砂岩裂隙含水层 对矿井生产将产生一定的影响 特别是雨季 在煤层埋藏浅的地方 大气降水 地表水 通过第四系 基岩风化带从导水裂隙带溃入井下 引起矿 井突水 15号煤层 15号煤层的充水含水层主要为顶板以上灰岩岩溶裂隙 含水层 开采时形成的导水裂缝 可能沟通上覆其它含水 层 使其成为煤层开采的间接充水含水层 其导水裂缝带 高度采用 建筑物 水体 铁路及主要井巷煤柱留设与压 煤开采规程 中的公式进行计算 井田内煤层为缓倾角 采用坚硬岩层导水裂缝带高度计 算公式 其公式为 3 4 9 8 0 22 1 100 M M HIi 3 5 1030 MHIi 式中 HIi 导水裂缝带高度m M 煤层累计采厚m 取3 21 5 96m 按3 4式计算 计算时式中取 号 全井田煤层开采时 产 生的导水裂缝带高度为63 75 74 02m 按3 5式计算 全井田煤层开采时 产生的导水裂缝带高度为63 75 83 24m 9号煤层底距15号煤层顶板平均间距为49 40m 开采15 号煤层时最大导水裂缝带可以沟通9号煤层采空区积水 在 以后开采时需提高警惕 做好探放水工作 2 构造破碎带 据井下过断层情况 巷道层时未发生涌水 说明断层 导水性不大 在今后煤矿开采中应特别注意 当有导水断 层带或陷落柱存在时也可成为矿床的充水的通道 3 人为通道 井筒 巷道及封闭不良钻孔等人为通道充水通道 3 采空区内积水量的估算 古空区及采空区积水量估算公式 3 6 cos KMF Q 式中 Q 老空积水估算值 m3 K 采空区充水系数 介于0 1 0 25之间 M 煤层采高 采用平均值 m 煤层倾角 采用平均值 F 采空积水区的水平投影面积 m2 3号老空积水量估算表 表3 3 积水区编号 K M m F m2 cos aQ m3 0 252919480 966247581 0 252178200 98069086 0 252366970 966218990 0 25211350 9285611 0 25240040 96622072 0 25218070 9874915 0 25293490 98064767 该井田3号煤层存在多处小窑开采形成的采空区 共七 处 原寨坪煤矿存在一处 编号为 原东庄煤矿存在两处 编号分别为 和 原肖家岭煤矿存在两处 编号分别为 和 原下寨煤矿存在两处 编号分别为 和 全井田3 号煤层采空积水总计8