安徽省恒源煤电公司二水平放水试验设计研究项目设计书.doc

安徽省恒源煤电公司二水平放水试验设计研究项目设计书1.1 研究目标 本论文是结合安徽省恒源煤电公司二水平放水试验设计研究项目进行的，拟研究疏降条件下刘桥二矿二水平底部含水层地下水的运动规律、降落漏斗的扩展规律以及影响疏降效果的各个因素，同时研究太灰含水层的水文地质参数。1.2 选题背景煤炭开采过程中, 对安全生产有影响因素除了瓦斯外, 就是矿井涌、突水的危害了。煤层开采时,水害一般来自三套含水系统: (1) 煤系地层上覆的一套新生界松散含水系统, 它分为多个含水层和隔水层, 在有些地区, 以基岩风化面为古底基, 还发育冲、洪积相的“底含”沉积物, 例如, 在淮北的祁东、桃园、临海童等地区均发育, 它是煤层开采上部的主要补给源; (2) 煤系裂隙含水系统, 主要赋存在煤系地层的顶板砂岩中, 表现为受构造条件控制的断层、裂隙水,主要以静储量为主, 与“底含”之间存在一定的水力联系; (3) 灰岩岩溶含水系统, 位于煤系地层下部, 为太灰与奥灰含水系统, 由于太灰、奥灰的裂隙、溶隙、溶洞以及陷落柱发育, 它呈现出不均匀性和各向异性特点, 从而决定其富水性的不均匀1。在三类含水系统中,后二者对煤层开采影响频率较高, 其中构造控水表现较为明显与突出, 某种程度上, 区域构造单元的边界条件与性质, 控制着矿井水突水程度大小。矿井开采巷道在不断向下延伸的过程中, 这种表现更为明显。为了查清不同含水层、同一含水层之间的水力联系程度以及不同区域构造单元的水力联系, 进行同一矿区、不同矿井的大型(大流量、大降深) 放水试验, 不仅目的明确, 且意义重大。我国华北煤田煤系地层多为石炭二叠纪地层，普遍缺失上奥陶统、志留系、泥盆系和下石炭统，石炭二叠纪地层直接沉积于中奥陶统之上，中奥陶统为巨厚的石灰岩，简称奥灰。煤系地层中也沉积有厚度不等的薄层灰岩。这些灰岩往往岩溶发育，含有丰富的承压水。灰岩含水层至煤层的间距一般从几米到几十米不等，其间是有砂岩等岩层组成的隔水层。在底板灰岩承压水水压过高，而隔水层较薄，其隔水能力不足，或隔水层局部遭受破坏形成突水通道时，采掘工作面一旦揭露这些区域，则很容易发生底板突水事故。底板突水量小的可以是每分钟几个立方米，大的则可达上千立方米（1984年6月2日开滦范各庄煤矿2171工作面陷落柱奥灰突水量达2053m3/min）。刘桥二矿即属于华北型煤田，具有华北型煤田煤系地层的特征。目前该矿一水平-400m以上资源已经开采大部，二水平-400m-600m资源将是下步接续的重要目标。其中六煤层为主采煤层，但是六煤层底板灰岩水对于矿井生产影响巨大。6煤层以下石炭系太原组中3灰、4灰为主要含水层，6煤层底板距离石炭系太原组3灰、4灰50m左右。石炭系灰岩区域总厚120.0m左右，与下伏奥陶系（O2）不整合接触。随着矿井二水平打开，回采深度加大，六煤层底板承受水压增加，太灰水位虽以每年20m的速度下降，但远不及矿井回采深度的增加。把这种因素考虑在内，在开采到-600水平时，工作面底板承受水压仍在3.4MPa，相应突水系数在0.085 MPa/m，大于突水系数临界值，太灰水在遇地质构造处或地质裂隙带，将有极大可能进入工作面并造成突水，最大突水量可达1171m3/h，可造成淹巷、淹面事故。同时，奥陶系灰岩水也存在通过大的导水构造（如陷落柱、基底断裂等）突破煤层底板进入采场的可能，其后果不可估量。所以对二水平进行疏水降压是非常必要的。本文就为针对二水平的放水试验设计。1.3 大型放水试验的意义对于煤系地层上部而言, 在徐淮地区, 主要为新生界松散层中的底部含水层, 古沉积环境属于冲洪积以及河流等多种沉积相形成的砂砾层, 不同构造单元, 不同古风化面, 其沉积时期所形成的沉积物不尽相同, 利用特殊情况下的放水试验不仅能够分析突水含水层在区域范围内的地下水动力场的变化情况, 而且对于了解区域范围内不同含水层之间的水力联系,创造了重要的外部条件。尤其是通过计算评价区域或不同矿井范围内的含水层的富水性, 提高了重要的试验条件。对煤层下部灰岩含水系统而言, 由于其裂隙、溶隙、溶洞发育具有不均匀特点, 尤其是奥陶系灰岩与太原组灰岩存在密切联系, 对煤层底板有较大的水压力, 不同的部位这种压力大小又存在悬殊差异, 煤层在开采过程中, 往往在底板薄弱地段出现底板突水现象, 小到影响生产, 大到淹没采区工作面。于是, 一些矿区对底板突水进行防治上, 采用的大流量疏干灰岩水的片面办法, 这不仅花费了大量排水费用, 而且出现矿区“排水”与“供水”之间日益增长矛盾, 破坏地下水资源和地表生态环境。基于以上情况, 进行大型井下放水试验, 有着重要的现实和长远意义。（1）通过大型放水试验, 结合解析法、数值模拟, 能够较为合理得到开采煤层上部松散层中含水层系统、下部灰岩含水系统不同范围内的一些重要参数, 如渗透系数、储水系数、导水系数。（2）通过大型放水试验, 查明了一定区域范围内,不同含水层之间的水力联系, 主要构造的边界条件性质, 如松散层中不同含水层之间的越流补给情况、导水断层、隔水断层以及构造单元内的水文地质条件。（3）通过对含水层参数的综合分析, 深入了解含水层富水性情况、补给条件、径流条件及井田内的边界性质等, 从宏观和微观上对研究区的水文地质情况进行一定深入的分析。（4）在综合评价井田内不同矿区的煤层底板岩体强度的基础上, 结合水文数值模拟计算的结果, 对底板灰岩水赋存状况进行分析与评价之后, 来确定合理突水系数的值, 从而对底板进行分段处理, 具体做法为: 对不需疏水或加固段, 不进行处理; 疏水段, 在该段由底板强度与水压力的大小来确定适宜的疏降水位; 加固段, 即在该段进行底板进行注浆加固, 使之得到抵御下部水压力的作用。5) 大流量、大降深、大范围的放水试验, 使研究区的水文地质条件得到了充分的显现, 可得到不同条件下的动态流场, 可以查清本井田, 甚至相临井田的范围水文地质条件和块段水文地质条件。6) 通过特殊的放水试验, 对于正确评价松散层或灰岩含水层系统的富水特征、动态流的变化以及合理留设防水煤(岩) 柱高度或进行合理的疏放水量, 有着重要的实践和理论意义2。1.4 研究现状疏降开采技术，是世界各国应用最为广泛的同矿床地下水害作斗争的一种有效方法。这种防治水技术最初起源于露天矿，例如西德莱茵矿区的褐煤露天矿，早在1967年时已有2000多台潜水泵进行地表疏放7。据前苏联有关文献资料，深井降水孔疏放，对于渗透系数5150m/d的含水层最为有效，而欧美一些国家的露天矿生产实践经验认为，对于渗透系数大于3m/d的非承压含水层和渗透系数大于0.30.5m/d 的承压含水层，利用深井降水孔疏降均可取得良好效果6。很多国外矿井在成功运用疏降工程防治水害的同时，还积极探索解决水害的新思路、新方法。例如，印度奈维里褐煤矿在大规模抽水疏放的同时，对回水问题进行了研究；赞比亚康柯拉铜矿将地下疏干和地表排水相结合，人为增加流域内地表水流速，从而减小地表水对含水层的补给量；加拿大松树尖露天矿还解决了在低涌水量矿区如何提高疏干效果、选择钻井间距的问题；日本常磐煤矿通过巷道向基岩和断层的交叉点打钻孔，预先强制疏放70%的高温水，工作面几乎达到无水采煤，防止了大涌水事故的发生；美国双峰铜矿井下疏降排水系统总长度达1020m，巷道内共布置12个放水孔，使水压下降67%；Eungyu Park等研究了浅部裂隙孔隙含水层中水平疏放井中水头分布规律等。在我国很多煤矿，疏降技术已得到广泛应用，取得了良好的经济效益。如舒兰一、二井开采第三系软岩间煤层，其中一煤层直接底板为45m厚的富含水流砂层，通过四个深度的4条直线形孔排，组成疏降网，经过1981年1990年十年的抽排水，使地下水位最终下降317.64m，保证了一煤层在无水条件下的正常开拓、掘进和回采；又如开滦矿务局赵各庄矿在井下四至七水平地层倒转区相应位置开掘放水石门，采用向奥陶系灰岩打平孔方法疏水降压，安全采出煤炭700万吨；抚顺西露天矿采用疏降排水方案控制大型沉陷滑移边坡；江苏沛城煤矿通过探放水疏降含水层，降低矿井涌水量，实现了立井开凿；淮北闸河煤矿利用井点疏放防治煤层顶板水害；王儒军等人经过多次分析论证，通过实践证实了元宝山大水露天煤矿采用巷道疏降基岩含水层的可行性3；龙口粮家煤矿等矿通过分段探放、疏降降压老空积水，保证了老空区下的安全采煤；安徽刘桥矿624工作面利用近位疏放降低了水压，加大了采高，多回收煤炭4.9万吨5；广东阳春硫铁矿为了整治地下涌水，采用疏干放水措施，并对疏放产生的地表塌陷问题提出了建议；毛允德等提出预采疏放法防治煤层顶部含水层突水技术，并在山东高庄煤矿实施并获得成功等。 近年来由于我国煤矿开采条件的日益复杂，作为矿井水防治的主要方法之一的疏降技术也在实际的应用中不断完善和提高4。如湖南煤炭坝矿区，原采用单井或两个井共同疏干仍经常淹井，后采用4个井同时疏干（井下巷道疏干），使总排水量达到8000m3/h，至此不再发生淹井事故；淮北朱仙庄矿首次采用直通式放水钻孔疏放煤层顶板复合含水层；济宁太平煤矿在开采厚煤层时，井下疏放水与井上封堵深水井相结合，保护了水资源，实现绿色环保开采等。1.5 研究内容刘桥二矿主采煤层为二迭系山西组六煤层（煤层厚1.50-5.93m，平均2.95m）和下石盒子组四煤（煤层厚0-3.54m，平均1.68m）。井田开拓方式采用分水平上下山开拓方式，一水平采用立井、主石门、集中运输大巷开拓方式；二水平采用暗斜井、集中运输大巷的开拓方式。一水平标高-400m、二水平标高-600m，目前矿井生产水平-400m。其以上资源已经开采大部，二水平-400m-600m资源将是下步接续的重要目标。公司矿井水文地质条件复杂，主要水害类型有第四系松散层水、四煤层顶板砂岩裂隙水及六煤层底板灰岩水及老塘水。其中，六煤层底板灰岩水对于矿井生产影响巨大。6煤层以下石炭系太原组中3灰、4灰为主要含水层，6煤层底板距离石炭系太原组3灰、4灰50m左右。石炭系灰岩区域总厚120.0m左右，与下伏奥陶系（O2）不整合接触。随着矿井二水平打开，回采深度加大，六煤层底板承受水压增加，太灰水位虽以每年20m的速度下降，但远不及矿井回采深度的增加。把这种因素考虑在内，在开采到-600水平时，工作面底板承受水压仍在3.4MPa，相应突水系数在0.085 MPa/m，大于突水系数临界值，太灰水在遇地质构造处或地质裂隙带，将有极大可能进入工作面并造成突水，最大突水量可达1171m3/h，可造成淹巷、淹面事故。同时，奥陶系灰岩水也存在通过大的导水构造（如陷落柱、基底断裂等）突破煤层底板进入采场的可能，其后果不可估量。由于该区矿井条件的复杂性，开采过程中受到底板太原组灰岩含水层的高承压和强富水威胁。所以在该矿进行放水试验查清其相关参数是非常必要的13。放水试验是通过在实际井孔中放水时，水量和水位变化的观测来获取水文地质参数，评价水文地质条件，为预测矿井涌水量和评价地下水允许开采量等提供依据。本次放水试验的主要任务有：确定太灰含水层及越流层的水文地质参数，如渗透系数K、导水系数T、储水系数S等；预测二水平开采过程中矿井的实际涌水量及其水位降深之间的关系；研究放水过程中降落漏斗的形状、大小及扩展过程；研究太灰、奥灰含水层之间及太灰含水层与地表水体之间（或与老窑水之间）的水力联系；确定太灰含水层的边界位置及性质（补给边界或隔水边界）；建立太灰含水层疏水降压的数学模型，以确定放水孔间距、开采降深、合理孔径等群井设计参数。 本文采用的具体技术流程如图1-1图1-1 技术路线流程图2 矿区概况及地质条件2.1 矿区概况2.1.1 位置及交通（1）矿井位置、范围“恒源煤矿”位于安徽省淮北市濉溪县刘桥镇境内。西以省界与河南省永城市毗邻，东距濉溪县约10km，东北距淮北市约13km。其地理座标为：东经：11637301164115北纬：335430335800矿井东东南浅部以土楼断层和谷小桥断层与刘桥一矿为界，西西北以省界与河南省永城市的新庄煤矿相接。矿井南北长约6.2km，东西宽2.04.2km，矿井采矿许可证批准面积19.0966km2。矿井范围由24个拐点组成，表2-1。主、副井位置，表2-2。表2-1 矿井范围拐点座标 点号X坐标Y坐标点号X坐标Y坐标137533143946669713376007539468560237537323946620814376065039469500337538963946622815376072039469850437542903946576616376058539470315537545033946584417375989039470300637541473946625818375794039470170737542343946627019375701039469800837542193946639820375671539469785937551123946637521375531539468900103759250394668752237547303946835511376017539467500233754440394679681237605503946822524375395539467190表2-2 主、副井位置纬度(x)经度(y)标高(z)主井坐标3756512.558 39467922.185 33.000 副井坐标3756574.371 39467922.185 33.000 风井坐标3755703.985 39469131.264 33.000 （2）交通条件矿井交通十分方便，濉溪县至永城市公路从矿区通过，可直接接通河南省和安徽省内公路网。矿井铁路专用线经濉溪站转接京沪、陇海和京九三大干线通往全国各地，如图2-1： 图2-1 矿井交通位置图2.1.2 地形地貌及水文条件该矿地处淮北平原中部。矿区内地势平坦，地表自然标高+30m+32m左右，有自西北向东南倾斜趋势。基岩无出露，均为巨厚新生界松散层覆盖。矿区属淮河流域。区内有王引河、丁沟、任李沟、曹沟等小型沟渠自西北向东南经矿区后，再经沱河注入淮河。矿区内农用灌沟纵横，村庄星罗棋布。地表下潜水丰富，一般居民生活用水及部分工业用水皆取于此。2.1.3 气象及地震情况（1）气象该地区气候温和，属北温带季风区海洋大陆性气候。气候变化明显，四季分明。冬季寒冷多风，夏季炎热多雨，春秋两季温和。据淮北市气象局19802000年观测资料，年平均气温14.3，最高气温40.3（1988年7月8日），最低气温-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。最大冻土深度0.17m，年平均风速2.2m/s，最大风速达20 m/s,主导风向东东北风。无霜期210240天，冻结期一般在12月上旬至次年2月中旬。（2）地震“恒源煤矿”属淮北煤田，位于华北板块东南缘，东有郯庐大断裂，西有阜阳麻城断裂，北有秦岭纬向构造带，南有五河利辛断裂。据历史资料记载，安徽北部一带，自公元925年以来发生有感地震近50次，其中1960年以来本区发生较大的地震有7次（见表1301）。根据安徽省地震局1996年编制的安徽地震烈度区划图查得，本区属46级地震区，地震烈度为7度。表2-3皖北地区有感地震统计表 时间1965.3.151971.7.131973.9.221979.3.21981.12.201983.11.71999.1.12震 中固 镇灵 璧临涣固 镇固 镇菏 泽利 辛级别 4.03.34.55.03.05.94.22.2 矿区地质条件2.2.1 井田地层（1）区域地层概况“恒源煤矿”属于淮北煤田濉肖矿区，位于淮北煤田中西部，在地层区划分上属于华北地层区鲁西地层分区徐宿小区。本区地层出露甚少，多为第四系冲、洪积平原覆盖。区内所发育地层由老到新，层序为青白口系（Zq）、震旦系（Zz）、寒武系（）、奥陶系（O1+2）、，石炭系（C2+3）、二叠系（P）、侏罗系（J）、白垩系（K）、上第三系（N）和第四系（Q）。（2）矿井地层矿井范围内无基岩出露，均为新生界松散层所覆盖，经钻孔揭露地层有奥陶系（O1+2）、石炭系（C2+3）、二叠系（P）、第三（N）和第四系（Q），地层厚度大于1500m，由老至新概述如下： 奥陶系（O）奥陶系中、下统老虎山组马家沟组（O2l-O1m）水8孔揭露地层厚度118.89m。岩性为浅灰色厚层状的石灰岩，质纯、性脆、微晶结构，局部含白云质，高角度裂隙发育。 石炭系（C）水8孔和05-3孔揭露，地层厚度129.73m，为本溪组和太原组。a 中统本溪组（C2b）地层厚度14.1823.10m。岩性以浅灰色到暗红色的杂色含铝泥岩为主，夹有少量的泥质灰岩。含铝泥岩为中厚层状，含有铁质结核及菱铁鲕粒。与下伏奥陶系地层呈假整合接触。b 上统太原组（C3t）地层厚度115.55m。岩性以深灰色的泥岩、粉砂岩及灰色的砂岩为主，灰到深灰色的石灰岩次之，夹少量的薄煤层。泥岩、粉砂岩中多见有炭屑或植物化石碎片；石灰岩13层，总厚53.87m，占本组地层总厚的46.6%，大多数石灰岩中富含动物化石，四灰以下的石灰岩中含燧石结核或夹燧石薄层。含煤3层，总厚1.82m，均为不可采煤层。顶部一灰为浅灰色，细晶结构，含大量生物碎屑，顶、底泥质含量较高。与下伏本溪组地层呈整合接触。 二叠系（P）a 下统山西组（P1s）下部以太原组顶部一灰之顶为界，上界为铝质泥岩之底。地层厚度84.00124.00m，平均108.50m。岩性由砂岩、粉砂岩、泥岩和煤层组成。含2个煤层（组），其中6煤层为本矿井主要可采煤层之一。与下伏地层整合接触。b 下统下石盒子组（P1xs）下界为4煤层下铝质泥岩底界面，上界为K3砂岩底界面，地层厚度201.80248.20m，平均227.10m。岩性由砂岩、粉砂岩、泥岩、铝质泥岩和煤层组成，为本矿井主要含煤段。含4个煤层（组），除3煤层为局部可采煤层、4煤层为矿井主要可采煤层外，其余均为不可采煤层。与下伏地层呈整合接触。c 上统上石盒子组（P2SS）下界为K3砂岩之底，未见上界，99-2钻孔揭露最大厚度约为298.58m，岩性由砂岩、粉砂岩和泥岩组成，自下而上,泥岩、粉砂岩颜色变杂，紫色绿色增多。含3个煤层（组），均不可采。与下伏地层呈整合接触。 上第三系（N）上新统（N2）总厚5.9067.20m，平均厚度28.94m。不整合于二迭系地层之上。下部厚033.18m，平均7.64m，以灰绿色、灰白色粘土、钙质粘土为主，夹12层薄层砂。粘土可塑性强。底部多含砾石及钙质团块。属坡积、洪积相沉积物。中部厚0.9537.20m，平均厚度13.58m。主要由灰白色、浅黄色细砂、中砂及少量粗砂组成，其中夹粘土或砂质粘土13层，砂层结构松散。上部厚1.9219.80m，平均厚度7.64m。以棕黄色、灰绿色粘土或砂质粘土为主，夹23层砂。顶部富含钙质铁锰结核。 第四系（Q）a 更新统（Q1-3）总厚38.8093.70m，平均厚度63.97m。与第三系呈假整合接触。下部主要由浅黄色及浅灰绿色、灰白色细、中砂组成，其中夹12层粘土或砂质粘土。上部主要由棕黄色夹浅灰绿色粘土、砂质粘土组成，夹13层砂或粘土质砂，顶部含有较多钙质或铁锰质结核。b 全新统（Q4）厚度为20.1839.80m，平均厚度32.79m。以褐黄色细砂、粉砂、粘土质砂为主，夹粘土及砂质粘土，含螺蛳、蚌壳化石，近地表为耕植土壤，属现代河流泛滥相沉积。2.2.2 井田煤层矿井含煤地层为石炭、二叠系，钻孔揭露总厚度大于800m，为一套连续的海陆过渡相及陆相碎屑岩和可燃有机岩沉积。因石炭系和二叠系上石盒子组煤层在本区不稳定且不可采，不作为研究对象。（1）二叠系下统山西组（P1s）本组含矿井主采煤层6煤层，根据岩石沉积特征，以6煤层为界分为上下两段。下段（一灰6煤层）厚度42.5469.82m，平均54.60m。下部为深灰色或灰黑色泥岩、粉砂质泥岩（俗称海相泥岩），向上为粉砂岩、细砂岩，常见波状层理。上部常发育浅灰色细砂岩与深灰色泥岩（或粉砂岩）互层（俗称叶片状砂岩），层面多含云母碎片，水平缓波状层理、透镜状层理发育，具底栖动物通道,含菱铁矿结核和黄铁矿晶体。上段（6煤层铝质泥岩）厚度41.4068.80m，平均53.90m。岩性为砂岩、粉砂岩和泥岩。6煤层间接顶板为砂岩，深灰色，中细粒结构，含深灰色泥质包体，局部相变成砂泥岩互层。顶部发育一层长石石英杂砂岩，灰灰绿色，中粗粒结构，泥质胶结、松散。（2）二叠系下统下石盒子组（P1xs）根据岩性特征和含煤情况，以3煤层为界分为上下两段：下部富煤带（3煤层4煤下铝质泥岩）厚度33.2065.50m，平均46.50m，为矿井主要可采煤层段之一，含3、4煤层，其中3煤层为局部可采煤层，4煤层为主要可采煤层。岩性由砂岩、粉砂岩、泥岩、铝质泥岩和煤层组成。底部为浅灰铝灰色铝质泥岩,夹紫、灰绿色花斑，细腻，含较多菱铁鲕粒，层位稳定。34煤层（组）间多为石英长石砂岩，灰浅灰色，中细粒结构，常夹粉砂岩、泥岩薄层，局部相变为砂、泥岩互层，水平缓波状层理。上部少煤段（3煤层上K3砂岩底）厚度168.20195.00m，平均180.60m。含3个煤层（组），除个别点外均不可采。岩性由砂岩、粉砂岩、泥岩和煤层组成。3煤上长石石英砂岩为3煤层直接或间接顶板，浅灰色，中细粒结构，含菱铁质鲕粒并显示波状层理，硅质胶结致密。2.2.3 井田构造（1）区域地质构造基本特征淮北煤田大地环境处在华北古大陆板块东南缘，豫淮坳褶带东部，徐宿弧形推覆构造中南部。东以郯庐断裂为界与华南板块相接，北向华北沉陷区，西邻太康隆起和周口坳陷，南以蚌埠隆起与淮南煤田相望。淮北煤田的区域基底格架受南、东两侧板缘活动带控制，总体表现为受郯庐断裂控制的近南北向（略偏北北东）褶皱断裂，叠加并切割早期的东西向构造，形成了许多近似网状断块式的隆坳构造系统，而以低次序的北西向和北东向构造分布于断块内，且以北东向构造为主。随着徐宿弧形推覆构造的形成和发展，形成了一系列由南东东向北西西推掩的断片及伴生的一套平卧、歪斜、紧闭线形褶皱，并为后期裂陷作用、重力滑动作用及挤压作用所叠加而更加复杂化。推覆构造分别以废黄河断裂和宿北断裂为界，自北而南可分为北段北东向褶断带，中段弧形褶断带与南部北西向褶皱带。刘桥矿区位于淮北煤田中西部，在环境上处于徐宿弧形推覆构造中段前缘外侧下底席偏北部位，大吴集复向斜南部翘起端，东有丰县口孜集断裂，西有阜阳夏邑断裂，南部有宿北断裂，北有丰沛断裂。特定的区域地质构造背景，决定了刘桥矿区经受过多期构造体系控制，经历不同方向构造应力作用，形成了现今复杂的构造轮廓。如图2-2。矿区既有断续显现的近东西向褶皱和压性断层,又有大中型NNE向褶皱和平移断层,两者相互干扰、叠加，充分说明本区实质上是两期或两期以上不同方向的构造体系在同一地区大角度复合。新体系褶皱（NNE向）叠加、跨越在老体系（近NE向）褶皱之上，新体系断层切割、改造老体系的褶皱和断裂，而老体系的构造形迹又限制、阻截新体系构造形迹的发育和延展含煤岩系的基底由奥陶系中下统地层组成19。图2-2 区域构造纲要图（2）矿井构造“恒源煤矿”处于大吴集复向斜南部仰起端上的次级褶曲土楼背斜西翼。总体上为一走向北北东，向北西倾的单斜构造，次级褶曲较为发育，使局部地层呈北东或北西向。地层倾角一般在315，受构造影响局部倾角变化较大。构造较为发育。已查出褶曲5个，组合落差5m的断层55条，其中30m的断层8条（表2-4）。该区的矿井构造纲要图见图2-3。表2-4-1断 层 情 况 一 览 表序号断层名称性质走向倾向倾角(度)落差(m)长度(km)可靠程度1谷小桥逆NESE450-732.5查明2土楼正近SENEESE700-1806查明3DF1正NENW700-201.10查明4F623-1正NENW550-50.80查明5孟口逆NWNE25-355-403.9查明6BF4正NENW55-600-251.4查明7F57正NENW600-401.6查明8吕楼正NENNESE600-1204查明9DF5逆NWE25-350-202.1查出10FF1正NESE600-151.6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土东正NESE700-101.14查明19FF6正NENW450-100.7查明20FF7正NESE700-110.6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NWSW350-301.1查明26F41-1正NWNE45-550-70.60查明27DF10正NENW700-100.4查明表2-4-2 断 层 情 况 一 览 表序号断层名称性质走向倾向倾角（度）落差（m）长度（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NENW600-70.5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15 中国矿业大学2008届本科生毕业论文 第52页 图2-3 矿井构造纲要图褶曲构造矿区浅部煤岩层走向NWW至EW，倾向N，倾角10左右，中深部转为走向NNE，向NW方向倾斜，倾角一般在315之间，受局部构造影响，煤层倾角可变大到60左右。整个矿井褶皱构造比较复杂，按轴向延展方位，可分为三组：即近EW向、NNE向和NNW向。三组褶皱空间各具特色，生成层次分明，现分述如下：a 温庄向斜：位于矿区西北部，为一宽缓向斜构造。轴向NEE，西段转为近EW向延伸至新庄矿境内，两翼地层走向近EW，南翼倾角10左右，北翼倾角610，对称性较好。核部4煤层赋存深度约-670m，6煤层为-770m左右，轴长约2000m，略向SSE方向凸出，呈弧形展布。东段被孟口断层切错。D8、D9、D10、D11、D12、D4及D6等6条地震测线和95-2、95-3钻孔控制，西段及北翼缺少工程控制，有待进一步探明。有13、12-13、12、11、10、9等六条地质剖面和七条地震时间剖面控制。b 土楼背斜位于该矿与刘桥一矿两井田之间的宽缓背斜构造。轴部全长约78km，在14勘探线附近被土楼断层斜切错开。北段轴向N10E左右，枢纽向北倾伏，倾伏角约10，延至6煤层埋深-650m附近逐渐消失；南段轴向N2040E，呈波状展布，南端延至丁庄逆断层上盘抬起消失，总体近似平行于陈集向斜。该背斜北段东翼、南段西翼煤层被土楼断层切割，呈现不完整，两翼煤岩层倾角均为510。西北翼较为开阔，延展很远。该背斜被多个钻孔及采掘巷道揭露，控制可靠。轴部有12-13、12、11、10、9、8等六条地质剖面和三条地震时间剖面控制。如图2-3。图2-3 土楼背斜示意图c 孟口向斜位于矿区北部，孟口逆掩断层下盘，为不对称向斜构造。总体轴向N30W，枢纽略向东南仰起，于东风井工业广场附近消失，轴向约N15W，近似平行于孟口断层延展，略呈向NE突出的弧形展布，西北段轴向渐转为N40W左右，跨越EW向温庄向斜后，枢纽有向NW仰起的趋势。轴线延展长度约3500m，两翼煤岩层产状不对称，东北翼受孟口断层逆推，倾角变化较大，西南翼宽缓，倾角一般510。d 小城背斜位于本矿中部，为对称性宽缓背斜构造，轴向NNW，平行孟口向斜展布，轴长约3000m，两翼煤岩层倾角平缓，一般为39。西北端起于EW向温庄向斜，南段被吕楼断层改向，止于BF4断层，位置基本控制。e 丁河向斜位于本矿西南部，南起于DF5逆断层、吕楼断层、F57断层及DF14反向逆冲断层交汇区西侧，沿着DF5断层下盘，以N1020W的方位向NNW延，跨越豫皖省界后逐渐改向N40W，呈微向NE突出的弧形展布。轴长3000m左右，为一宽缓不对称向斜构造。东翼煤岩层走向NE，倾向NW，受DF5逆掩断层影响，煤层倾角及厚度均有较大变化；西翼地层倾角59。枢纽向NW方向倾伏，南端受NNE向吕楼断层及DF2断层限制。17、16、15等三条地质剖面和五条地震时间剖面控制，位置可靠。综合区内各褶皱的特征，认为本井田褶皱构造比较发育，共描述轴向不同的大小褶皱5条，归纳为三大组：第一组为近东西向褶皱，如温庄向斜，既受NNE向土楼背斜的改造和拦截，又遭NNW孟口断层切错和改向，但仍保存早期近东西向褶皱的宽缓和对称性的特色，应属印支期构造形迹；第二组为NNE向，以陈集向斜（刘桥一矿内）和土楼背斜为代表，具有平行线性展布、东强西弱的特色，向斜东陡西缓，背斜西陡东缓，轴向左右摇摆，枢纽上下起伏，平行枢纽发育较大规模的压性或压扭性断层，该组褶皱多形成于燕山早中期，以来自SEE向侧向水平挤压为主要力源，与徐宿弧形推覆构造同期或稍早一些；第三组NNW向，以孟口、丁河及新庄等不对称向斜构造为典型，其间伴有同级宽缓背斜构造，严格地受NNE向构造限制，一般发育于土楼背斜西北翼，不穿过其枢纽。同类褶皱之间呈并列等距雁行式排列，枢纽常被大角度相交的次级共轭断层切割，在该类褶曲翼部有同方向逆推或压性、压剪性断层伴生。该组褶皱受东、西两侧较大NNE向断层所形成的局部直扭应力场作用所致，其形成时间比NNE向构造稍晚，应归属于燕山运动中晚期。图2-4 丁河向斜示意图小构造小构造级别低、范围小，容易被采掘工程揭露全貌，便于观测和识别。在同一地区内，小构造又总是与大中型地质构造相伴而生，相互配套，密切相关。在所统计的583条断层中，以正断层为主。其中正断层575条，占96.5%，逆断层12条，占3.5%。如表2-4表2-4 小断层情况统计表采 区小断层条数逆 断 层 数 量正 断 层 数 量条数比率条数比率六一1461114599六二656397六三74117196六五1331113098六八2121100四二75237297四四70346796合计5848156998小断层的展布方向，严格受大中型构造控制，且两者按走向分组数，相应组的展布和特征基本一致。在大中型断层附近或两组交汇处，小断层相对集中，其展布方向、性质和产状与中型断层相似，且呈平行雁行式追踪排列，对煤层产状和连续性破坏为严重，严重影响工作面的布置。小断层出现常导致煤层层间滑动和牵引构造，由于层滑构造挤压、滑脱及铲刮等作用，而产生顶压、底凸、穿刺等变形。使煤层变薄、增厚、顶底板破碎或形成构造煤，增加煤层开采难度。断层带风岩石破碎，多被泥质充填，断裂带一般不导水，但部分NEE或NE向高角度小断层附近伴有淋水、滴水现象。岩浆岩侵入体矿区内岩浆活动比较微弱，仅见于矿井东北部，侵入的层位为6煤层，据区域地质资料与邻区岩浆岩同位素年龄的测定，矿井岩浆侵入时代为燕山早、中期。据钻孔取芯、巷道取样及镜下鉴定分析，矿井岩浆岩为中性的蚀变角闪岩及角闪岩。在井田北部62采区内共发现火成岩侵入体2处，总面积达60000m2，天然焦生成量319万吨。岩浆活动对煤层的影响主要有以下：对煤层结构的影响：煤层被岩浆岩穿插，出现分叉合并现象，使煤层结构复杂，可采性变差；对煤层厚度的影响：岩浆岩对煤层有一定的冲蚀和熔蚀作用，使煤层出现变薄或出现零点，不可采区扩大；对煤质的影响：岩浆岩同煤层的直接接触使煤变质为天然焦，降低了矿井的工业总储量。3 水文地质条件3.1区域水文地质概况淮北煤田位于安徽省淮北平原的北部，为新生界松散层覆盖的全隐蔽煤田。在地貌单元上属华北大平原的一部分，除濉溪、肖县和宿州市北部符离集徐州一带为震旦、寒武、奥陶系等基岩裸露的剥蚀低山，残丘和山间谷地外，其余地区皆为黄、淮河冲积平原。其低山、残丘海拔高程一般为+80408m，平原区海拔高程一般为+2050m，地势总体上呈现西北高而东南略低的微微倾斜趋势，坡降约1/万左右。区内河渠纵横，河流较多，多属淮河水系。主要河流有岱河、闸河、濉河、新汴河、沱河、浍河、澥河、涡河、北淝河等。各河大致自西北流向东南，大部分汇入淮河（新汴河直接汇入洪泽湖），流经洪泽湖然后入海。各河均属中小型季节性河流，河水受大气降水控制。雨季各河水位上涨，流量突增；枯水期间河水位回落，流量减少甚至干涸。各河年平均流量3.5272.10m3/s，年平均水位标高为+14.7326.56m。3.2 井田水文地质3.2.1 地表水矿区地势较为平坦，一般海拔标高3032m，有自西北向东南倾斜的趋势。矿内沟渠纵横，较大的有王引河、丁沟、曹沟，它们均属沱河水系，为小型季节性河流，均自西北流向东南。每年7、8月份雨季，沟河水位较高，到了枯水季节，沟河水位降低，有时甚至干涸。历史上区内曾多次发生水灾，自1967年新汴河开挖以后，增强了区域内河流（尤其是沱河）的泄洪能力，河水从未溢出河床，根除了区域内的水患。矿区地表塌陷面积达6.67Km2，部分塌陷区常年积水。由于有新生界一、二、三隔水层（组）的存在，与煤系含水层没有联系，因而河流及塌陷区积水及对矿井充水没有影响。3.2.2含、隔水层划分该矿为第三、四系松散层覆盖下的裂隙充水矿床。根据含水层赋存介质特征自上而下划分为第三、四系松散层孔隙含水层（组），二叠系煤系砂岩裂隙含水层（段），太原组石灰岩岩溶裂隙含水层（段），奥陶系石灰岩岩溶裂隙含水层（段）。各含水层（组、段）之间又分布有相应的隔水层（组、段），因此各含水层（组、段）自然状态下补给、迳流、排泄条件显著不同，从而在水化学特征上也存在明显的差别。根据钻探及测井、抽（注）水试验、简易水文观测、水文长观孔及巷道、工作面实际揭露的水文地质资料，对本矿主要含、隔水层水文地质特征隔水层水文地质特征简单叙述如下：（1）新生界松散层含、隔水层（组）该矿二叠系含煤地层均被新生界松散层所覆盖，松散层由第四系和第三系组成，厚度受古地形控制，由东向西、北方向厚度逐渐增加，在温庄向斜轴部达到最厚。两极厚度为112.00191.80m，平均为146.70m。按其岩性组合特征及其与区域水文地质剖面对比，自上而下可划分为三个含水层（组）和三个隔水层（组）。（2）二叠系煤系含、隔水层（段）二叠系煤系岩性由砂岩、泥岩、粉砂岩、煤层等组成，并以泥岩、粉砂岩为主。不能明显地划分含、隔水层（段）。其中泥岩、粉砂岩可视为隔水层，砂岩组成含水层，各含水层之间均有相应的隔水层阻隔。地下水主要储存和运移在以构造裂隙为主的裂隙网络之中，以储存量为主。含水层的富水性受构造裂隙控制，主要取决于岩层裂隙的发育程度连通性和补给条件。由于岩层裂隙发育具有不均一性，因此富水性也不均一。其主采煤层顶底板砂岩裂隙含水层是矿井充水的直接充水含水层。现根据区域资料及矿内主采煤层赋存的位置关系与裂隙发育程度划分为如下含、隔水层（段）。五含上隔水层（段）除部分地段该层位缺失外，厚度为68215.59m，一般大于100m，岩性为泥岩、粉砂岩、砂岩相互交替，以泥岩、粉砂岩为主，砂岩裂隙不发育，穿过该层段的钻孔冲洗液只有02-1、03-4等少数孔发生漏失现象，说明该层段的隔水性能较好。第五含水层（段）（K3砂岩裂隙含水层）岩性主要由灰白色中、粗砂岩组成，厚约30m，岩体刚性强，是岩层受力区构造破裂极为发育的介质条件。该层段厚度大，分布稳定，垂直裂隙发育。在钻探过程中曾多次发生涌漏水现象，有些孔漏失严重。K3砂岩下隔水层（段）主要由泥岩、粉砂岩夹少量砂岩组成，除少数孔缺失该层段外，厚度为5085m，穿过该层位的钻孔只有个别钻孔冲洗液发生漏失现象，说明该层（段）的隔水性是好的。第六含水层（段）（区域5煤上下砂岩裂隙含水层）六含主要由13层灰白色中、细粒砂岩夹泥岩或粉砂岩组成。砂岩厚度330m，一般厚度15m左右，其岩性致密，坚硬，裂隙发育。在钻探过程中曾多次发生冲洗液消耗大和漏水现象。4煤上隔水层（段）此层（段）间距3381m，主要由泥岩、粉砂岩夹12层砂岩组成，岩性致密完整，裂隙不发育，只有个别孔出现冲洗液漏失现象，此层（段）隔水性能较好。4煤上、下砂岩裂隙含水层岩性以灰白色中、细粒砂岩为主，夹泥岩、粉砂岩。七含砂岩厚度4.5041.20m，平均20.20m。七含在本矿中部和9线以北砂岩厚度较大，含水性相对较强。据钻探及建井资料，砂岩中高角度裂隙发育，但裂隙发育具有不均一性。在钻探施工时，曾发生多次钻孔冲洗液消耗量大或漏水现象。据钻孔抽水试验资料q=0.04360.0921l/s.m，K=0.10090.1897m/d，富水性弱。4煤下铝质泥岩隔水层(段)此层段厚度为2065m。一般厚度为25m左右，岩性以铝质泥岩为主，局部夹薄层砂岩，该铝质泥岩为浅灰灰白色，含紫色花斑，性脆含较多菱铁鲕粒，岩性特征明显，层位、厚度