毕业设计（论文）-鹤壁九矿主要水害类型及防治措施.doc

I 鹤壁九矿主要水害类型及防治措施 摘 要 鹤壁煤业集团公司九矿位于鹤壁市的最北端 是水文地质条件较复杂的大水 矿井 水害严重困扰着矿井的安全生产 导致生产成本剧增 水患问题急需解决 本文通过对鹤壁煤业集团公司九矿历史上水害情况分析 在综合阐述 水害类型划分方法的基础上 采用出水水源为基础的水害模式划分方法 将九矿 水害划分为 第四系冲积层水 砂岩含水层水 老空水 薄层灰岩水 厚层灰岩 突水 断层水六种水害类型 并阐述了不同类型水害的出 突 水特征 提出了 水害预防与治理的措施和方法 给出了长期性防治水工作的重点和建议 关键词 水文地质条件 水害特征 矿井水防治 充水条件 II The major water damage types and prevention measures of the ninth coal mine of Hebi Abstract The ninth coal mine of Hebi Coal Industry Group Company located the north end of hebi which is a flood mine with complex hydrogeological conditions Water damage seriously plaguing the mine safe production leading to the dramatic increase of production costs which needs to be resolved In this paper through the analysis of water damage situation in history of the ninth coal mine of Hebi Coal Industry Group Company divided water damages into six types quaternary alluvium water sandstone aquifer water old goaf water thin bedded limestone water thick bedded limestone water inrush fault water by the division method of water disasters model based water source on the basis of comprehensive description of the type of water disasters classification method Elaborated water inrush characteristics of different types of water disasters proposed the measures and methods of water disasters prevention and treatment given the Priorities and recommendations in the work of long term prevention and control of water Key words hydrogeologic condition Water disasters characteristics prevention and control of mine water conditions for filling water 目 录 摘 要 I ABSTRACT II 1 绪论 1 1 1 选题意义 1 1 2 国内研究现状 2 1 3 研究思路 3 2 井田概况 4 2 1 位置交通 4 2 2 水系 4 2 3 气象及地震 5 2 4 矿井生产现状 6 3 矿井地质 7 3 1 含煤岩系 7 3 1 1 含煤地层 7 3 1 2 煤层 12 3 2 构造 13 3 2 1 断层 13 3 2 2 褶皱 14 3 2 3 陷落柱 15 4 水文地质 17 4 1 区域水文地质概况 17 4 2 矿井水文地质 18 4 2 1 主要含水层 组 18 4 2 2 主要隔水层 19 4 3 断层水文地质特征 19 4 4 充水因素与涌水特征 21 4 4 1 充水水源 21 4 4 2 充水通道 22 4 4 3 矿井涌水特征与水量变化 23 5 水害类型分析 25 5 1 矿井历史水害统计分析 25 5 2 水害类型划分 25 5 2 1 根据突水量的大小进行划分 25 5 2 2 突水机理与采掘工作面及矿山压力的关系划分 26 5 2 3 根据突水水源进行划分 27 5 2 4 根据水害模式进行划分 28 结 论 36 参考文献 38 致 谢 39 0 1 绪论 1 1 选题意义 煤矿水害是与瓦斯 火灾等并列的矿山建设与生产过程中的主要安全灾害之 一 长期以来 因为煤矿水害给国家和人民带来的人身伤亡和经济损失极为惨重 据不完全统计 在过去的 20 多年里 有 250 多个矿井被水淹没 死亡 1700 多人 经济损失高达 350 多亿元人民币 其中底板高压水通过隐伏导水构造突入矿井和 废弃矿井积水因防水煤柱被破坏而突入矿井的水害事故造成的损失尤为突出 底 板高压水通过煤层底板突出是一种受多因素控制的灾害性动力现象 华北地区受 底板承压水威胁的煤炭储量约为 15Gt 由于该区奥陶系灰岩富水性强 水压高 隔水层薄 而区内张裂性 张剪性断裂及陷落柱较发育 致使华北地区煤矿重特 大突水事故多与奥灰水有着密切的关系 其中 太行山东麓的煤矿区在开采石炭 二叠系煤层时 频繁发生突水事故 特别是当煤层底板隔水层太薄或断层破碎带 削弱了底板隔水层强度 而无法承受底板水头压力及矿山压力时 导致矿区突水 次数和强度增大 此外 许多矿区中奥陶统喀斯特陷落柱发育 使上覆岩层陷落 或裂隙化 塌陷裂隙把喀斯特水突然导入矿井引发突水事故 其后果往往是灾难 性的 同时由于大量已经废弃或正在生产的小煤窑的无序开采 导致矿井之间的 隔水煤柱被破坏 使得废弃矿井中积水瞬间溃人矿井造成严重灾害的现象近年来 迅速增加 本文研究对象为鹤壁市鹤壁煤业集团公司第九煤矿 鹤壁煤业集团公司九矿 原名豆马庄矿 是位于鹤壁市最北端一个设计年产 30 万吨的小型矿井 由于所 采煤层距奥陶系石灰岩强含水层近 历史上共计发生出 突 水事件 105 次 其 中淹井 1 次 淹工作面 13 次 经济损失亿元以上 鹤壁煤业集团公司九矿是华北煤田诸多开采太原下组煤的典型矿井 其开采 对象为太原组一2和一1煤 其次为山西组二1煤 煤系基底为奥陶系灰岩 与一 1煤之间仅隔 30 40 米 富水性强 主要为岩溶水 巷道直接揭奥陶系灰岩时危 害不大 若遇断层或采掘活动的影响有可能造成突水事故 顶板为 C3L8灰岩 厚 1 度 3 10m 平均厚 6 7m 该层灰岩的岩溶裂隙和溶洞发育不均 据钻探和井下 接露 溶洞最大 0 1m 岩层分布广泛连续性和补给条件不均 含水量差异大 涌 水量 1200M3 h 0 6M3 h 之间 平均 10M3 h 30M3 h 对九矿有很大威胁 历史上的多次突水事件和淹井事件证明 对矿井水害进行归类总结 对突水 特征和突水因素进行分析和研究 及时进行预测预报并制定针对性的防治措施对 于指导鹤壁煤业集团公司九矿和其他兄弟矿井安全合理开采具有重要的现实意义 1 2 国内研究现状 对于矿井突水机理方面的研究 国内外学者都进行了一些有益的研究和探索 由于矿井突水影响因素众多 所以矿井突水的机理研究难度很大 很难进行准确 的预测预报 不过在长期的研究和实践中 人们对矿井突水影响因素的认识已趋 于一致 但对于这些因素的具体影响程度的认识仍存在较大差别 至今仍未形成 一致性共识 由于研究人员各自的出发点不同 侧重点有差异 研究思路 研究 方法难以统一研究难以统一 研究结果差别很大 但是 这些研究工作使人们对 前人在这方面的主要研究成果进行简要评述 进而确定本项目的主要研究内容 研究方法和要达到的目的 我国煤矿水文地质条件十分复杂 也是世界上煤矿水害最严重的国家之一 尤其是华北型煤田 许多矿井不同程度地受到煤层底扳以下奥灰岩溶水的成胁与 危害 历史上曾多次发生突水淹井事故 造成重大经济损失和人员伤亡 经过多 年的研究与探索 我国在煤矿防治水的理论和技术方面有了很大发展和提高 在 突水机理的研究长 借鉴国外的经验和理论 曾先后提出 突水系数 等效隔水 层 和底板隔水层中存在 原始导高 以及煤层开采对其底板的 破坏深度 等概念 总结归纳提出了底板突水的 原位张裂 强渗透通道 岩水应力关系 关键层 和 下三带 等新理论 从不同方面揭示了突水发生的机理 同时 应用物探 化 探技术 如槽波地震 坑道透视 地质雷达 井下电法 以及连通试验 氡气测 定等方法 发现 地质异常体 确定地下水通道和水源 进一步达到突水预侧预报 2 的目的 此外 在突水预测预报中 还采用了 专家系统 非线性理论 等方法 1 3 研究思路 本论文的研究首先要明确研究的目的任务 然后在调研和分析的基础上确立 研究的技术路线 1 收集并分析鹤壁煤业集团公司九矿的矿井地质 水文地质 工程地质 资料和其他基本情况 2 对九矿的主要含水层 隔水层进行分析 查明对九矿有威胁的主要含 水层 以及含水层之间的水力联系 地表水 大气水的影响 地下水的补 径 排关系 断层 陷落柱等构造对地下水运动的影响 3 分析矿井突水水源 突水通道 等突水因素 人为采动对突水因素的 影响 4 对历史上的突水事故进行总结 并分析突水类型 突水水量变化 等 矿井突水特征 3 2 井田概况 2 1 位置交通 九矿位于鹤壁市北郊 隶属鹤壁集乡所管辖区 西起煤层露头和 F155断层 1 1 一 东至二1煤底板等高线 400 米水平向上垂线与龙宫勘探区毗邻 南面与 3986800 和 3986600 线分别与汤阴矿和秦马庄义利矿为界 北抵煤层底板等高线 250 1 1 一 米水平线向地面垂线 东西宽约 2 公里 南北长约 4 5 公里 面积约 7 6 平 方公里 地理位置为东径 114 07 24 114 08 40 北纬 36 0 35 36 03 01 鹤壁煤电股份有限公司九矿位于河南省鹤壁市北部鹤壁煤田的北部边界 地 处太行山复背斜东麓 距京广铁路安阳车站约 14km 东南距京广铁路汤阴车站 约 15km 东北 东南距 北 京珠 海 高速公路安阳南站 汤阴站分别为 19 20km 北距安 阳 李 珍 铁路和安 阳 水 冶 公路约 8km 南距汤 鹤铁路鹤壁车站 12km 西邻鹤壁矿区专用铁路 1km 安鹤公路和汤鹤公路横穿 井田 井田内简易公路较为发达 矿区铁路专线距京广铁路汤阴车站 22 5km 距 二等列车编组站鹤壁北站 9km 交通运输十分便利 见图 2 1 2 2 水系 九矿井田属海河流域卫河水系 井田内无常年性河流 仅有数条季节性溪流 地表水体以水库为主 共计 8 个 主要有龙泉水库 苹果园水库 吴家洞水库 水库接受大气降水 丘陵间小溪的补给 龙泉水库溢洪道高程 140 20m 最大库 容为 330 104M3 死库容 3 104M3 坝体为均质土 坝体高程 17 50m 主要用于 灌溉 4 图 2 1 交 通 位 置 图 2 3 气象及地震 本井田属北暖温带大陆性干旱季风气候 夏热冬冷 四季分明 据鹤壁市气象 站 1958 年 2000 年观测资料 最高气温 42 3oC 最低 15 5oC 年平均最高气温 15 3oC 年平均最低气温 13 1oC 平均气温 14 2oC 年最大降水量 1394 1mm 年最小降水量 266 6mm 年平均降水量 683 2mm 六 七 八月降水量占全年降水量的 60 最大蒸发量 2695 0mm 最小蒸发量 1637 40mm 年平均蒸发量 2328 3mm 5 每年八月至来年二月多刮北风 最大风速 23m s 每年三月至七月多刮南风 最大风速 14m s 根据国家质量技术监督局发布 中华人民共和国国家标准 GB18306 2001 中国地震动参数区划图 鹤壁市地震动峰值加速度 g 为 0 2 对应的基本 烈度为 度 其地震设防应为 2 4 矿井生产现状 鹤煤九矿 1958 年开始建井 1960 年底简易投产 1967 年正式生产 起初以 开采下夹煤为主 1985 年开拓延深至 250m 水平 主采二 1 煤层 矿井设计生 产能力 0 30Mt a 现实际生产能力已达到 O 45Mt a 矿井为斜井 暗斜井多水平上 下山开采 第一水平标高 15m 第二水平标 高 250m 目前生产区域集中在 250m 水平下山采区 生产采区为 25 采区 布置 一个炮采放顶煤生产工作面 6 3 矿井地质 3 1 含煤岩系 根据华北石炭 二叠纪地层区划 鹤壁煤田属华北地层区太行山小区 发 育震旦系 寒武系 奥陶系中 下统 石炭系中 上统 二叠系 第三系和第 四系 其中石炭系 二叠系为主要含煤地层 3 1 1 含煤地层 九矿井田为第三 四系全覆盖区 自下而上发育奥陶系中统峰峰组 C2f 石 炭系中统本溪组 C2b 和上统太原组 C3t 二叠系下统山西组 P1sh 和下 石盒子组 P1X 二叠系上统上石盒子组 P2s 和石千峰组 P2sh 新第三 系上新统鹤壁组 N2h 和第四系 Q 1 奥陶系 峰峰组 O2f 据区域资料 厚约 122 54m 由深灰色中厚 厚层状石灰岩 白云质石灰岩 角砾状石灰岩 含白云质石灰岩 角砾状泥质石灰岩组成 2 石炭系 本溪组 C2b 井田内有 3 个勘探孔揭露 厚 17 76 27 53m 平均 21 50m 底部为古风化 壳沉积物 厚度不大 含不规则磁铁矿和褐铁矿结核 下部为一较稳定 厚度较 大的灰白色铝土质泥岩 为一辅助标志层 偶夹一层中细粒砂岩 中上部为深灰 色 灰黑色泥岩 砂质泥岩 顶部含铝质和菱铁质鲕粒 与下伏峰峰组为平行不 整合接触 太原组 C3t 下起于本溪组顶 上止于 L9 石灰岩顶 厚 103 41 138 69m 平均 123 91m 从井田及四周看有沿走向由北而南变薄的趋势 该组为一套海陆交互 相沉积 含 9 层石灰岩 L1 L9 含煤 4 10 层 根据岩性组合特征可分为三 7 段 下部灰岩段 下起于本溪组顶 上止于 L4 石灰岩顶 厚 36 82 49 86m 平均 43 01m 由灰 深灰色石灰岩 灰黑 黑色泥岩 砂质泥岩和煤层组成 含石灰岩 4 层 L1 L4 其中 L2 石灰岩厚度大且稳定 厚 5 39 7 41m 平均 6 17m 易于 区别下伏一 2 煤层 为井田内一良好标志层 L1 石灰岩厚 0 0 87m 平均 0 42m L3 石灰岩厚 3 10 4 02m 平均 3 49m 为深灰色石灰岩 含丰富的动物 化石 局部呈生物碎屑石灰岩 L4 石灰岩厚 0 39 2 81m 平均 1 23m 泥质含 量较高 含 3 层煤 一 11 一 12 一 2 其中一 11 煤稳定 普遍可采 厚 1 31 2 83m 平均 2 27m 中部碎屑岩段 下起于 L4 石灰岩顶 上止于 L7 石灰岩底 厚 43 90 52 43m 平均 49 02m 由深灰色中细粒砂岩 砂质泥岩 灰黑色泥岩 薄层灰岩和煤组成 以 碎屑岩为主 发育 2 层石灰岩 L5 L6 均较稳定 L5 厚 1 29 2 51m 平均 1 91m L6 厚 1 17 2 48m 平均 1 63m L5 L6 石灰岩中间发育一层中细粒砂 岩 俗称 虎石砂岩 厚度变化较大 厚 0 15 17 48m 平均 7 57m 石灰岩 下发育 3 层煤 一 5 一 61 一 62 均不可采 上部灰岩段 下起于 L7 石灰岩底 上止于 L9 石灰岩顶 厚 27 69 36 56m 平均 32 50m 由 L7 L8 L9 三层石灰岩和灰黑色泥岩 深灰色砂质泥岩 中细粒砂 岩 薄层状菱铁质泥岩和薄煤组成 其中 L8 石灰岩较稳定 普遍发育 厚 0 84 4 95m 平均 3 31m 该层为井田一良好标志层 L7 灰岩厚 0 0 67m 平 均 0 46m L9 石灰岩厚 0 1 49m 平均 0 75m 泥质含量较高 有时呈两层产出 或相变为薄层菱铁质泥岩 中下部含 4 层薄煤 一 81 一 82 一 91 一 92 不稳定 不可采 3 二叠系 山西组 P1sh 下起于 L9 石灰岩顶 上止于砂锅窑砂岩底 厚 74 06 113 25m 平均 8 96 54m 与下伏太原组呈整合接触 为井田区内主要含煤建造 由砂岩 泥岩 砂质泥岩和煤层组成 含 1 4 层煤 二 1 煤层稳定 普遍发育且可采 是主要 标志层 根据其岩性组合特征可分为四段 二1煤段 下起于 L9 石灰岩顶 上止于大占砂岩底 厚 20 44 50 48m 平均 37 02m 底部北岔沟砂岩 Sb S9 厚 0 89 20 23m 平均 9 54m 为浅灰 深 灰色中细粒砂岩 含黑色泥岩包裹体 具交错和波状层理 底部具冲蚀面 为本 区标志层之一 该层砂岩之上为黑色泥岩 砂质泥岩及二 1 煤层 大占砂岩段 下起于大占砂岩底 上止于香炭砂岩底 厚 7 45 32 42m 平均 19 30m 下部大占砂岩 Sd S10 厚 1 45 22 28m 平均 7 39m 为灰色 深灰色细粒 长石石英砂岩或石英砂岩 局部为粉砂岩 含菱铁质团块 炭质 含较多的白云 母碎片 为主要标志层之一 中上部为灰黑色泥岩 砂质泥岩 香炭砂岩段 下起于香炭砂岩底 上止于冯家沟砂岩底 厚 14 86 38 79m 平均 24 85m 由 2 3 层砂岩 泥岩和砂质泥岩组成 含两层香炭砂岩 Sx1 S11 Sx2 S12 为浅灰色 褐灰色细 粗粒石英砂岩 含炭屑 云母片及 黑色泥岩包裹体 具波状层理 为本区标志层之一 下层香炭砂岩 Sx1 S111 厚 0 98 31 37m 平均 8 75m 上层香炭砂岩 Sx2 S112 厚 0 20 86m 平均 7 10m 泥岩或砂质泥岩中含少量植物化石碎片 局部富集菱铁质鲕粒 小紫泥岩段 位于山西组上部 下起于冯家沟砂岩底 上止于砂锅窑砂岩底 厚 4 27 29 38m 平均 16 59m 由深灰色泥岩 砂质泥岩组成 含铝质及菱铁矿鲕 粒 俗称 小紫泥岩 为井田内一辅助标志层 下石盒子组 P1x 下起于砂锅窑砂岩底 上止于田家沟砂岩底 厚 243 47 295 05m 平均 269 45m 与下伏山西组呈整合接触 根据其沉积特征分为三 四 五 六 4 个 含煤段 9 三煤段 下起于砂锅窑砂岩底 上止于四煤底板砂岩底 厚 79 34 116 09m 平均 96 17m 底部砂锅窑砂岩 Ss S12 厚 0 62 10 44m 平均 4 65m 为灰白色中 细粒砂岩 含黑色泥质包裹体 具底砾岩和冲蚀面 为主要标志层 中下部为灰 白色铝土质泥岩 俗称 大紫泥岩 紫斑泥岩及深灰色泥岩 含大量菱铁质鲕粒 铝土质泥岩厚 1 80 22 09m 平均 9 10m 为本区重要标志层之一 中部为数层 绿灰色细 中粒砂岩 青灰色含紫斑泥岩 灰黑色泥岩及砂质泥岩 其中以 S13 S14较为标志 上部为浅灰色中细粒砂岩 紫斑泥岩 灰黑色砂质泥岩及泥 岩 局部富集云母片 四煤段 下起于四煤底板砂岩底 上止于五煤底板砂岩底 厚 39 29 67 68m 平均 54 01m 底部四煤底板砂岩 S4 S15 厚 1 48 19 58m 平均 6 16m 为浅灰色 灰绿色细 粗粒砂岩 含深灰色泥岩包裹体 硅质胶结 为辅助标志层 中上部 为深灰色 灰色砂质泥岩 泥岩 含铝质 具紫斑及菱铁质鲕粒 局部夹砂岩 粉砂岩透镜体 五煤段 下起于五煤底板砂岩底 上止于六煤底板砂岩底 厚 45 30 83 60m 平均 61 49m 五煤底板砂岩 S5 S16 1 厚 0 99 19 30m 平均 9 76m 为灰白 灰 绿色细 粗粒石英砂岩 具底砾岩 粒度上细下粗 韵律明显 具泥质包体 本 中部发育一层五煤顶板砂岩 S16 2 厚 2 37 24 14m 平均 11 17m 其特征和 S16 1相似 砂岩上为灰色 灰绿色泥岩 砂质泥岩 六煤段 下起于六煤底板砂岩底 上止于田家沟砂岩底 厚 42 06 80 21m 平均 60 94m 六煤底板砂岩 S6 S16 3 厚 0 89 21 93m 平均 8 76m 为灰白 灰 绿色细 粗粒石英砂岩 具底砾岩 粒度上细下粗 韵律明显 具泥质包体 砂 岩之上为灰绿色 灰紫色泥岩 砂质泥岩及灰绿色泥岩 砂质泥岩 具紫斑局部 夹砂岩透镜体 上石盒子组 P2s 10 下起于田家沟砂岩底 上止于平顶山砂岩底 厚 287 09 337 00m 平均 308 32m 与下伏下石盒子组为整合接触 主要由暗紫色 紫红色 青灰色泥岩 砂质泥岩及灰白色 灰绿色细 粗粒砂岩组成 根据其岩性组合特征分为七 八 九三个煤段 七煤段 下起于田家沟砂岩底 上止于八煤底板砂岩底 厚 72 93 135 37m 平均 100 23m 底部田家沟砂岩 St S17 厚 1 29 13 87m 平均 6 92m 为灰白色 灰 绿色中粗粒石英砂岩 具底砾岩 含烟紫色石英及泥岩包裹体 为主要标志层 其上为紫红 青灰色泥岩和砂质泥岩 含海绿石和硅化生物化石碎屑 八煤段 下起于八煤底板砂岩底 上止于九煤底板砂岩底 厚 93 41 138 20m 平均 108 57m 底部八煤底板砂岩 S8 厚 0 96 15 23m 平均 5 16m 为灰绿色细粒砂 岩 成分以石英 长石为主 含少量白云母片 具底砾岩 局部为细砾岩 其上 为紫红 灰色泥岩和砂质泥岩 九煤段 下起于九煤底板砂岩底 上止于平顶山砂岩底 厚 88 70 123 33m 平均 108 47m 底部九煤底板砂岩 俗称 大风口砂岩 厚 0 99 15 75m 平均 4 23m 为灰白色 中粗粒石英长石砂岩 长石多为肉红色 具底砾岩 泥质胶结 为本 区主要标志层之一 其上为紫红 青灰色泥岩和砂质泥岩 石千峰组 P2sh 由于风化剥蚀作用 仅保留平顶山砂岩段 最大保留厚度 111 68m 为灰白 色 灰绿色厚层状中粒及粗粒长石石英砂岩 局部含砾石和泥岩包裹体 底部为 含砾粗粒砂岩 硅质胶结 为主要标志层 与下伏上石盒子组呈整合接触 4 第三系 鹤壁组 N2h 井田内零星出露与下伏二叠系呈角度不整合接触 由褐黄色 棕黄色 浅棕 色砂质亚粘土 花斑状半固结泥岩和 5 7 层青灰色 深灰色砾岩组成 亚粘土 中局部含大量钙质结核 砾石成分以灰岩为主 次为石英砂岩和燧石 砾石大小 11 不一 中上部夹 1 2 层褐黄色薄层半固结状钙质粉砂岩 5 第四系 Q 第四系广泛覆盖与下伏鹤壁组呈不整合接触 主要为黄土 略含砂质 垂直 裂隙发育 局部形成陡坎 底部夹薄层砾石 此外在河流 沟谷处有流砂 砾石 丘陵处有残积 坡积砾石层等 3 1 2 煤层 九矿井田的含煤地层为本溪组 太原组 山西组 下石盒子组和上石盒子组 分十个含煤组段 含煤地层总厚 825 72m 含煤 14 层 煤层总厚 11 88m 含煤 系数 1 44 山西组和太原组为主要含煤地层 山西组含煤 4 层 二0 二1 二 2 二3 太原组含煤 10 层 一11 一12 一2 一5 一61 一62 一81 一 82 一91 一92 其中二1煤层 一11煤层为全区可采煤层 一2为大部分可采 煤层 可采煤层总厚 10 16m 可采煤层含煤系数为 1 23 1 二1煤层 埋深 485 1276m 标高为 300 1070m 赋存于山西组下部北岔沟砂岩与 大占砂岩之间 上距大占砂岩 S10 0 69 15 59m 平均 8 77m 砂锅窑砂岩 S12 48 69 75 02m 平均 66 30m 下距北岔沟砂岩 S9 0 47 23 58m 平 均 6 60m 距 L8石灰岩 36 87 55 15m 平均 44 85m 二1煤层老顶为大占砂岩 S10 直接顶板为灰黑色泥岩及砂质泥岩 含大 量植物化石 老底为北岔沟砂岩 直接底板为灰黑色砂质泥岩及泥岩 含大量植 物根部化石 九矿延深区 埋深 485 830m 标高为 300 670m 有 15 个勘探孔穿过该 煤层 24 4 孔受断层影响煤层变薄 1 08 m 外 其余钻孔均为正常见煤点 煤 厚 3 21 9 72m 平均 7 19m 标准差 n 1 1 62 变异系数为 22 5 有 11 孔见 夹矸 见 1 层夹矸 8 孔 2 层夹矸 1 孔 3 层夹矸 1 孔 4 层夹矸 1 孔 夹矸厚度 0 04 0 52m 平均 0 24m 2 一2煤层 九矿井田埋深 676 1490m 标高为 500 1230m 四矿延深区埋深 12 783 1490m 标高为 575 1230m 九矿延深区埋深 676 1005m 标高为 500 845m 赋存于太原组 L2石灰岩之下 上距二1煤层 137 71 144 21m 平 均 140 96m 距 L8石灰岩 78 81 85 83m 平均 82 32m 下距一 11煤层 6 40 8 19m 平均 7 30m 煤层直接顶板为 L2石灰岩 底板为灰黑色泥岩 砂 质泥岩 3 一11煤层 九矿井田埋深 687 1500m 标高为 511 1240m 四矿延深区埋深 794 1490m 标高为 586 1240m 九矿延深区埋深 687 1016m 标高为 511 856m 赋存于太原组底 L1灰岩下 上距二1煤层 145 17 153 60m 平均 149 39m 距 L8石灰岩 86 27 89 22m 平均 87 75m 距 L2石灰岩 7 46 9 39m 平均 8 43m 下距 O2f 石灰岩 17 76 27 53m 平均 21 50m 顶板 为黑色泥岩 砂质泥岩 局部为炭质泥岩或细粒砂岩 富含植物化石 底板为灰 黑色泥岩或炭质泥岩 局部为砂质泥岩 含植物根部化石 3 2 构造 根据河南省构造区划 鹤壁煤田属华北板块内区太行构造区北部的太行断隆 内 鹤壁煤田总体构造形态为地层走向北北西 倾向北东东 倾角 5 35 的单 斜构造 地层波状起伏形成背斜和向斜 发育断层 伴有岩浆活动 按展布方向 区域构造分为东西向 南北向 北东向 北北东向和北西向构造 九矿井田总体为地层走向北北西 近南北向 倾向近 90 的单斜构造 地层 倾角平缓 局部较陡 为 5 35 沿走向具明显波状起伏 可形成小型褶皱 在较大的断层之间及旁侧尤为明显 主要构造形迹为 NNE NE 向高角度正断层 3 2 1 断层 一 NNE 向断层 1 F153 为九矿井田东北部边界断层 为区域性大断层 正断层 伸展方 向为 NNE 倾向 SEE 倾角 78 落差 200 400m 为查明断层 13 2 F150 位于九矿延深区西北部 F153之东侧 为 F153断层的分支 正断 层 伸展方向 NNE 伸展长度为 1700m 倾向 SEE 倾角 70 落差由北向南逐 渐变大 为 80 200m 为查明断层 3 F150 1断层 位于九矿延深区西北部 F153与 F150之间 为 F150的分支 正断层 延伸方向 NNE 延伸长度为 900m 倾向 SEE 倾角 75 北端起于 F150 断层 南端尖灭 落差 0 40m 为查明断层 4 DF2 位于九矿延深区中部 浅部 正断层 延伸方向近 NNE 延伸长 度 350m 倾向 E 倾角 70 落差 0 12m 为查明断层 5 DF6 位于九矿延深区中部 正断层 延伸方向 NNE 延伸长度 370m 倾向 NWW 倾角 70 落差 0 11m 为查明断层 6 DF8 位于九矿延深区中部 由三维地震控制 落差 0 4m 7 F1 位于九矿延深区中部 东部 正断层 延伸方向 NNE 延伸长度 2150m 倾向 NWW 倾角 70 落差 0 40m 为查明断层 8 F1 1 位于九矿延深区中部 东部 为 F1的分支 正断层 延伸方向 NNE 延伸长度 250m 倾向 NWW 倾角 70 落差 0 10m 为基本查明断层 9 F7 为四矿 九矿延深区分界断层 延伸方向 NE 延伸长度为 3220m 正断层 倾向 NW 倾角 70 落差自西南向东北逐渐变小 为 0 150m 为查明断层 二 NW 向 1 DF7 位于九矿延深区中部 F150与 DF6之间 正断层 伸展方向为 NW 伸展长度 370m 倾向 SSW 倾角 70 落差 0 12m 为查明断层 2 DF3 位于九矿延深区中部 浅部 正断层 伸展方向为 NNW 伸展 长度 660m 倾向 NEE 倾角 70 落差 0 12m 为查明断层 3 DF5 位于九矿延深区中部 落差 0 3m 4 DF4 位于九矿延深区中部 5 DF1 位于九矿延深区东部 南部 的东南部 F7断层西侧 正断层 伸展方向为 NW 伸展长度 270m 倾向 NE 倾角 70 落差 0 5m 为查明断 14 层 3 2 2 褶皱 一 九矿向斜 位于下夹煤区矿井东部 为北东向宽缓向斜构造 轴部大致南起 1002 勘探 孔 经 272 勘探孔与 2003 勘探孔之间 306 勘探孔西 4001 勘探孔附近被断层切 割消失 走向长 1800 米左右 北翼产状平缓 地层倾角 5 10 度 南翼倾角较陡 倾角 10 度 局部地段 25 度左右 与吴马庄向斜同时生成 但前者迭加后者之上 二 吴马庄向斜 位于吴马庄 秦马庄一线 走向为北西向 轴向沿 1002 勘探孔至吴马庄一 线 伸展长度 800 米左右 南西翼矿井 15 煤巷及 05001 2004 勘探孔等控制 地层倾角 30 度 地层倾角较缓 为不对称的向斜构造 三 224 向斜 位于 5 5 和 214 勘探孔之间 向斜中心在 5 5 勘探孔 轴向为北东 延 展长度 100 200 米 北西翼比较完整 三六轨道下山和三四轨道下山已越过向斜 轴部 东南翼被小断层所切割 四 2005 向斜 位于二1煤区 F153断层与 F9 1 6断层中间 轴向位于 2005 工作面中部 轴倾 伏东南方向约 145 度 两翼产状较平缓 地层倾角为 6 9 度 伸展长度约 400 米 3 2 3 陷落柱 一 3 3 孔陷落柱 125 队施工的 3 3 勘探孔 二1煤以上地层 岩层很正常 二1煤以下 44 28 米 开始见角砾岩 至终孔共见角砾岩 9 层 共见 C3灰岩 15 层 其中 L6出现 2 次 L5出现 3 次 L4出现 4 次 L3出现 2 次 煤层也有重复现象 岩层倾角变化 15 急剧而无规律 角度以 40 90 由于地层重复 煤层间距增大 而周围钻勘 探孔见煤又很正常 故定为陷落 位于九矿南部边界以外的扶贫矿已有巷道揭露 证明 二 9 1 陷落柱 由 5 1 勘探孔揭露 在孔深 183 80 米开始见角砾岩 直到 O2灰岩共 169 83 米 岩芯破碎 岩性混杂 并有多次见到煤块 周围钻孔 225 978 1 984 8 984 6 等孔均正常 984 6 孔见 F153断层 钻孔密度大 无法用断层 解释 故定为陷落柱 经 2005 工作面上集中巷掘进时揭露该陷落柱 岩性以 S10 砂岩为主 间夹有大量角砾岩 为典型的陷落柱特征 并有少量滴水 又经过打 钻探其范围 确定该陷落柱长轴北西向长约 70 米 短轴东南向长约 50 米 三 9 2 陷落柱 位于 20051 工作面内部切眼附近 其长轴北西向约 40 米 短轴为 30 米 半 周全部由巷道揭露 岩性以砂岩为主 间夹有大量角砾岩及紫斑泥岩团块 为典 型的陷落柱特征 四 9 3 陷落柱 九矿南翼老主下山已揭露 东西长已由巷道固定 23031 工作面下顺槽掘进 揭露了该陷落柱 其边缘以砂岩为主 间夹大量的砂质泥岩团块 破碎 潮湿 并对其边界进行了打钻探测 上部及中部边界基本了解清楚 长轴北西向长约 160 米 短轴约 52 米 对工作面布置影响很大 五 9 4 陷落柱 由 984 26 钻孔揭露 从 550 米开始见破碎带 直至终孔 700 22 米岩芯破碎 为角砾状 棱角明显 倾角变化异常 从 10 90 都有 岩芯中多种岩性混杂 在一起 呈棱角状接触 煤层以 595 10 米 621 60 米多处出现 而且煤层较正常 深 煤岩层无法确定层位 与周围钻孔不能正常对比 所有这些均具陷落柱特征 16 4 水文地质 4 1 区域水文地质概况 九矿井田位于鹤壁煤田的最北部太行山东麓 太行山隆起带与华北平原沉降 带之间过渡带 区内总的地势是西南高东北低 最高点位于二号风井东南 海拨 269 40米 最低点位于07003钻孔处 海拨145 12米 相对最大高差124 28米 本区属山前丘陵地形 该区地下水主要来自太行山侧向迳流补给 为区域地下水的排泄带 据该区 水文地质资料 西部山区补给面积约2125平方公里 透水性良好的寒武系 奥陶 系石灰岩大面积裸露地表 具有良好的天然补给条件 地下水沿岩溶裂隙发育带 汇集于山前地带 运移中遇到断层或弱透水岩层的阻滞 在低洼处 沟谷中排泄 于地表形成泉 说明地质构造对区域地下水的运移 赋集具有明显的控制作用 尤其是NNE向断裂 其流向是由西向东 距九矿北约两公里有著名的小南海泉群 出露标高122 00米 涌水量3 4米3 秒 补给洹河 善应河 另外大气降雨使广泛 分布的第三系砾岩层和沿河流两岸分布的砂砾层 能直接接受降水和地表水的补 给 在地形适宜的地段可见季节性泉水出露 如龙泉 焦家沟泉等 区内主要含水层有第三 四系砾岩含水层 二叠系碎屑岩砂岩含水层 石炭 系二层灰岩含水层 石炭系八层灰岩含水层 奥陶系灰岩含水层 各含水层之间 由砂质泥岩 泥岩组成良好的隔水层 生产实践表明 上述各含水岩 层 组对 开采二1煤层有直接充水作用的是二1煤层顶板砂岩裂隙含水层和太原组上段二层 石灰岩岩溶裂隙 九矿井田内无长年性河流 只有一条间歇性冲沟叫豆马庄河 平时基本无水 主要为九矿井下水的排泄通道 雨季大雨过后有水流过 距井田 北约两公里有善应河 由西向东流经矿区北部 在小南海以上河段 流量很小 一般仅有0 5 0 1米3 秒 流经小南海一带 由小南海 由57个小泉组成 总称小南海 泉 水补给 流量增加至 3米3 秒 一般为6 7米3 秒 最大洪水量达867米3 秒 17 4 2 矿井水文地质 4 2 1 主要含水层 组 一 第三 四系砂 砾石 岩 含水层 组 由砂 砾石 岩 组成 厚 66 32 229 5m 属孔隙裂隙含水层 组 多呈透镜状 孔隙发育 含孔隙潜水 或孔隙承压水 泉水流量 0 221 0 869L s 水位随季节变化较大 幅度为 1 20m 年 旱季有民井干涸现象 二 二1煤顶板中 粗粒砂岩含水层 组 由山西组细 中 粗粒砂岩组成 厚 10 66 45 48m 一般 30m 属孔隙裂隙承压含水层 组 1501 1507 1901 三孔在钻进该层时有冲洗液漏失 据邻区钻孔抽水资料 水位标高 158 18m 单 位涌水量 0 008L s m 渗透系数 0 0131m d 表明该层孔隙裂隙不发育 含水 层接受补给条件差 以静储量为主 邻区生产矿井顶板无水或仅有滴 淋水 因 此 该含水层裂隙水在生产中易于疏排 对开采二1煤层影响不大 三 太原组 L8石灰岩含水层 属岩溶裂隙含水层 为二1煤层底板直接充水 含水层 有 8 孔揭穿该含水层 厚 0 84 5 00m 一般 4 50m 左右 中部厚南 北两侧较薄 1501 孔钻进该层时漏水 邻区 0903 孔遇该含水层不返水 0502 孔 遇该含水层冲洗液消耗量较大 邻区单位涌水量为 0 0015 0 03L s m 渗透系 数为 0 018 0 786m d 水化学类型为 HCO3 Mg Ca 和 HCO3 SO4 Na K Mg 表明 该层段灰岩富水性不均 水循环交替滞缓 浅部四 九矿多次揭露该含水层 目 前该含水层水位在 250m 以深 水量不大 以静储量为主 易于疏干 四 太原组 L2灰岩含水层 属岩溶裂隙含水层 为一2煤层顶板直接充水含 水层 有 3 孔揭穿该含水层 厚 5 61 7 64m 钻进该含水层时未漏水 据浅部 钻孔抽水试验资料 水位标高 128 67 157 60m 单位涌水量 0 0041 1 510L s m 渗透系数 0 0146 16 965m d 水化学类型为 HCO3 Na K 型 表明该含水层岩溶裂隙发育及富水性极不均一 五 中奥陶统 O2 灰岩含水层 属岩溶裂隙含水层 据区域资料 厚约 500m 在西北太行山区有广泛出露 有 3 孔揭露本层 揭露厚度 18 6 00 15 73m 1301 1507 孔钻进该含水层时严重漏水 均在 O2顶界面下约 11m 处 区外浅部 0903 孔钻进至 O2顶界面下 11 80m 时 开始涌水 水位高出地面 3 75 m 0502 孔水位标高为 137 34m 单位涌水量 0 487L s m 渗透系数 1 688m d 水化学类型 HCO3 Ca Mg 和 HCO3 Ca 矿化度 0 251g L Ph 值 7 45 属中性水 说明 O2上部风化壳裂隙岩溶发育 其导水 富水性较好 4 2 2 主要隔水层 一 二 1 煤层顶板隔水层 山西组以上至基岩面 厚度大于 300m 由厚层状 泥岩 砂质泥岩组成 裂隙不发育 导水性差 能有效地阻隔第三 四系孔隙潜 水和孔隙承压水充入二 1 煤矿坑 二 二 1 煤层底板隔水层 由泥岩 砂质泥岩和薄层砂岩组成 厚 16 08 55 07m 一般 25 35m 浅部较薄 深部较厚 泥岩 砂质泥岩层位稳定 厚度大 分布广 能有效阻隔太原组上段灰岩水充入二 1 煤矿坑 三 太原组中段隔水层 由泥岩 砂质泥岩 粗粒砂岩 薄层灰岩及煤层组 成 以厚层状泥岩和砂质泥岩为主 厚度较大 24 21 43 44m 裂隙不发育 透水性差 能有效阻隔太原组上 下段石灰岩含水层之间的水力联系 四 本溪组隔水层 由铝土质泥岩 泥岩 砂质泥岩和砂岩组成 厚 18 29 27 86m 北部厚南部薄 层位稳定 岩性致密 透水性差 隔水性能良 好 但在其沉积薄弱地段或受构造破坏处 则会失去或弱化隔水性能 4 3 断层水文地质特征 正断层不仅使含 隔水层错动而连续性遭到破坏 产生裂隙 形成使含水层 之间发生水力联系的通道 同时缩短了含水层与含水层 含水层与煤层的距离 导致水文地质条件复杂化 一 边界断层 F12 为九矿井田东南部边界 走向 NNE 落差 90 130m 造成二1煤层与 太原组下段灰岩含水层直接对接 断层附近的 26 5 1703 孔遇断层钻进时不涌 19 漏水 说明断层不富水 F153 为龙宫九矿东北部边界 走向 NNE 落差 200 400m 二1煤层与奥 陶系灰岩含水层直接对接 邻区 230 孔对断层带进行抽水 单位涌水量 0 0012 0 0215L s m 说明断层具有一定的富水性 F7 位于井田中部 属四矿 九矿延深区的分界断层 走向 NNE 落差 0 150m 造成二1煤层与太原组灰岩含水层直接对接 邻区 3 1 孔对断层带进 行抽水 单位涌水量 0 029L s m 说明断层具有一定的富水性 二 井田内断层 F10 位于井田东南部边缘 落差 25 200m 造成二1煤层与奥陶系灰岩含 水层直接对接 为压扭性正断层 附近 26 5 孔遇断层钻进时钻孔不涌 漏水 说明该断层不富水或富水性较弱 F105 位于井田东南部 落差 0 30m 缩短了二1煤层与太原组灰岩含水 层的距离 局部造成二1煤层与太原组上段灰岩含水层直接对接 1901 孔遇断层 带钻进时不涌 漏水 说明断层不富水 F5 位于井田中部 走向 NNE 落差 0 100m 缩短了二1煤层与太原组灰 岩含水层的距离 局部二1煤层与太原组灰岩含水层直接对接 为压扭性正断层 不富水或富水性较弱 F4 位于井田中部 落差 0 60m 造成二1煤层与太原组上段灰岩含水层 直接对接 为压扭性正断层 不富水或富水性较弱 F2 位于井田中部 落差 0 50m 造成了二1煤层与太原组上段灰岩含水 层直接对接 压扭性正断层 不富水或富水性较弱 F1 位于井田东北部 落差 0 40m 局部二1煤层与太原组上段灰岩含水 层直接对接 1302 孔遇该断层钻进时不涌 漏水 说明断层不富水 F150 位于井田东北部 落差 80 200m 局部二1煤层与太原组上段灰岩 含水层对接 0901 孔遇断层钻进时不涌 漏水 说明断层不富水 F150 1 位于井田东北部边缘 落差 0 40m 局部二1煤层与太原组上段灰 岩含水层对接 1101 孔遇断层钻进时不涌 漏水 说明断层不富水 总之 九矿井田内发育 NNE 向正断层 为压扭性 导水性弱 正常情况下不 20 与各含水层发生的水力联系 4 4 充水因素与涌水特征 矿井充水的主要水源来自大气降水 其充水能力取决于含水层的储水空间大 小和构造破坏程度及充水方式 通过对矿井历年来 105 个突水点的分析 认为矿 井开采和两煤层时的直接充水含水层为 C3L2和 O2灰岩水 开采二1煤层的 1 1 一 2 2 一 直接充水含水层为顶板砂岩含水层 及其断层和老空常年积水 周边小煤窑出水 是矿井的主要充水水源 4 4 1 充水水源 一 大气降水影响 据历年来矿井涌水量及地下水位的观测 每年在 7 8 9 三个月雨季过后 矿井涌水量在 9 月增大 11 月又下降 地下水位在 8 9 10 月份上涨 所以大 气降雨对矿井充水有一定的影响 二 含水层水 C3L2灰岩为 煤层顶板含水层 厚度小 虽有裂隙和小溶洞 但含水 1 1 一 2 2 一 性差 九矿现 两层煤已不开采 近 10 年来 L2灰岩含水层涌水量一直保 1 1 一 2 2 一 持在 12M3 h 左右 对矿井充水影响不大 C3L8灰岩水 一般是在采掘工作面附近通过断层带或井巷工程直接揭露时进 入矿井 九矿开拓 准备巷道均未揭露该含水层 1997 年在准备 23011 工作面时 由于该工作面上顺槽紧靠 F9 1 11断层 该断层落差 45 米 上顺槽煤层基本与对盘 L8灰岩对接 因此在上顺槽车场岩层中设计钻孔疏放 C3L8灰岩水 但因该含水层 厚度小 岩溶裂隙发育不均匀而未能放出 在今后开拓 准备巷道有条件时必须 先对其进行疏放 以减少对矿井的威胁 O2灰岩含水层厚度大 裂隙岩溶发育 赋水条件好 含水丰富 现井下出水 点基本上全部都在封闭巷道内 水量不清 根据原有资料 水量在 70M3 h 以上 21 的有 9 处 最大一次突水量为 4090M3 h 导致九矿 1980 年淹井 该出水点已于 1981 年注浆堵塞 其次是 1998 年 8 月刘家沟矿出水顺北大巷老空区进入九矿 最大突水量为 1774M3 h 造成九矿停产 20 多天 该出水点已于 1998 年注浆闭堵 O2灰岩含水层是今后矿井充水威胁最大的含水层 二1煤上部砂岩含水层是二1煤开采期间最直接的长期充水水源 一般是在 采空区初次大 老 顶冒落后进入回采工作面或井巷揭露断层破碎带 顶板裂隙 发育地段而