三道沟煤矿防治水中长期规划

陕西德源府谷能源有限公司三道沟煤矿防治水中长期规划（2011-2015年）中国矿业大学资源学院二一一年九月陕西德源府谷能源有限公司三道沟煤矿防治水中长期规划（20112015）项目负责：许进鹏参加人员：张玉东 许庆清 桂 辉报告编写：许进鹏 张玉东报告审核：陈 龙目 录前言11 矿井概况21.1 位置交通21.2 自然地理21.3 生产建设状况51.4 周边小煤窑概况61.5 矿井防排水设施现状71.6 以往地质工作72 矿井地质及水文地质122.1 区域地质122.1.1 区域地层122.1.2 区域构造122.2 井田地质142.2.1 井田地层142.2.2 井田构造182.2.3 井田煤层202.3 水文地质242.3.1 含水层242.3.2 隔水层292.3.3 地下水补径排条件293 矿井充水条件313.1 充水水源313.2 充水通道363.3 周边矿井水害情况423.4 矿井生产遭受水害474 矿井水文地质类型494.1 矿井水文地质类型494.2 “复杂”类矿井的有关规定515 采掘面水害分析565.1 矿井采掘计划565.2 采掘面水害分析575.3 采面外水害分析615.4 规划期水害综述626 矿井防治水工作现状636.1 防治水工作管理636.2 防治水技术工作现状656.3 防治水工作存在问题667 矿井防治水总体规划677.1 水文地质补充勘探677.1.1 水文地质钻探677.1.2 水文地质试验697.1.3 水化学测试697.1.4 水文地质物探707.1.5 水文自动观测系统727.2 防治水工程737.2.1 掘进头防治水工程737.2.2 工作面防治水工程747.2.3 采面外防治水工程777.3 防排水系统787.3.1 隔水密闭墙797.3.2 排水系统797.4 专项技术研究及专项工程837.4.1 专项技术研究837.4.2 专项工程857.5 防治水技术装备867.6 日常防治水工作887.7 防治水配套措施917.8 小结948 进度及费用968.1 进度968.2 费用979 结语与建议1019.1 结语1019.2 建议102前言三道沟煤矿位于陕西省府谷县西北约25km处，矿井主采侏罗系延安组煤层5-2煤（局部分岔为5-2上煤及5-2煤），该矿于2006年6月开工建设，矿井设计年生产能力为900万吨，2011年预计生产原煤约560万吨。三道沟煤矿虽地处陕北地区，但开采过程中顶板水、老空水等水害曾给矿井生产带来一定影响；周边矿井如冯家塔煤矿、柠条塔煤矿及神东公司锦界煤矿等矿井的水文地质条件复杂，水害问题较突出；加之矿井投产时间不长，未在各种地形地貌下进行过回采工作，因此矿井防治水工作不容忽视。随着矿井开采的逐步进行，矿井防治水的任务将逐渐加重，防治水工作量逐步增大，各开采工作面和掘进巷道均需采取相关的防治水措施，因此迫切需要在整体上对矿井防治水进行中长期规划，以作为三道沟矿开展防治水工作的总体依据。陕西德源府谷能源有限公司的有关领导和部门对矿井防治水工作十分重视，受到委托，中国矿业大学承担了三道沟煤矿矿井中长期防治水规划。本规划收集了三道沟煤矿的相关水文地质资料，分析了矿井生产面临的水害问题，针对三道沟煤矿的水文地质特征和防治水工作现状，结合矿井采掘计划，编制了矿井防治水总体规划，全面规划了三道沟煤矿应该进行的各项防治水工作，以期在整体和长远上指导三道沟煤矿开展各项防治水工作，保障矿井安全高效生产。1 矿井概况1.1 位置交通三道沟井田位于陕西省府谷县西北，距县城约25km。行政区划隶属府谷县三道沟、庙沟门、老高川、大昌汗等乡镇管辖。井田范围东以流经沙梁庙沟门新庙村的区内主要河流沙梁川为界，南以青龙寺井田、沙沟岔井田的北界及规划的地方小煤矿开采区北界为界，西以郭家湾井田和石窑店井田与本井田之间预留区的东界为界，北以袁家梁井田的南界和陕蒙边界为界（具体位置见图1.1），井田面积约176km2。本区交通条件较好，府（谷）东（胜）公路从井田南部通过，神（木）朔（州）、神（木）包（头）铁路分别从井田南部和西部通过，并与全国铁路网线相连。井田向南距神木北火车站30km，距榆林市180km，向东距府谷县25km，向北距东胜市160km，向西距新街约60km。近年来本区运煤汽车较多，部分公路路段常出现拥堵现象，随着大石线建设与开通，交通条件将进一步改观。1.2 自然地理三道沟井田地处陕北黄土高原北部，地形支离破碎，沟壑纵横，为典型的黄土高原地貌，区内植被稀少，水土流失严重，基岩及红土沿沟谷两侧大面积出露，局部沟帮及梁峁之上覆盖第四系黄土或风成沙，风沙覆盖率平均5%。区内地势总体是中偏西部高，四周低，西南、东南部最低。最高处位于勘探区中部的大伙盘，标高+1397.0m，最低点在东南部的沙梁川与阳湾川交汇处，为+1008.5m。区内一般相对高差100150m，最大高差388.5m，一般标高在+1200+1250m之间。三道沟煤矿图1.1 三道沟煤矿交通位置图区内较大河流主要有3条，即沙梁川、大板兔川、阳湾川，均形成树枝状支沟（流）。东部的沙梁川为井田东界，流向自北而南经孤山川流入黄河，在区内主要有苜蓿沟、红石岩沟、凉水沟等支流；西部的大板兔川自北而南流经井田西部，距井田南约30km处与悖牛川汇合经窟野河流入黄河，在区内主要有板墩沟、秦家沟等支流；南部的阳湾川（又称三道沟）流向自西向东，在新庙村并入沙梁川，其主要支流有市沟川、熊洞沟、张明沟、开峁沟等支流。以上这些河流除沙梁川为长年流水外，其它为季节性河流。本区地处西北内陆，为温带大陆性干旱半干旱气候，冬季寒冷，夏季炎热，春季风沙频繁，秋季霜早雹多，昼夜温差悬殊，最低气温26，最高气温36.9，年平均气温7.39.0，年平均温差32.5。本区降雨量小蒸发量大，年平均降雨量474.6mm，主要集中在79月份，降雨量约占年降雨量的6070，年平均蒸发量为2022.7mm，年平均相对湿度56.32，年平均绝对湿度7.65mm，最大冻土深度143cm，无霜期约190天，最大风速19ms。榆林地区自明代以来曾发生过 3.5级以上地震8次，其中5.5级以上1次。1621年5月，在本区东南的孤山一带发生过5级地震，烈度6.7度，1738年4月至今200多年再未发生过较大地震。图1.2 三道沟井田及周边井田位置图1.3 生产建设状况三道沟煤矿主采侏罗系延安组5-2煤层，该煤层在井田内有分岔及合并现象。矿井设计生产能力为9.00Mt/a，目前矿井生产能力尚未达到设计能力。矿井采用平硐开拓方式，以主平硐、副平硐和回风斜井开拓全井田，主平硐为矿井进风井和安全出口，副平硐承担全矿井人员、物料及设备运输任务，为矿井进风井和安全出口，朴牛圪塔回风斜井承担矿井回风任务兼安全出口。矿井为单水平开拓，主要运输大巷沿5-2煤层底板布置。井田范围内各煤层为近水平煤层，无较大地质构造，采用单水平盘区式开采，根据5-2煤层分岔线及上部各个煤层可采边界，将井田按东西方向划分为14个盘区。三道沟煤矿井下煤炭运输采用带式输送机，通风采用中央边界式通风。矿井现有二个盘区，分别为三盘区和八盘区。按照矿井初设，三盘区、八盘区为首盘区。1.4 周边小煤窑概况三道沟煤矿一带是府谷县重要的煤层开采地段，井田平面范围内曾有香柏林沟、东风联办、炭窑渠、凉水河等30个小煤矿进行开采活动，开采煤层有2-2、3-1、3-2、3-3、4-3、4-4、5-2上等，其中以开采2-2、3-3号煤层的煤矿最多。以上井田平面范围内的小煤矿，大多建于上世纪80年代末90年代初，初期各矿多采用平硐开采，个别采用斜井生产。采煤方法多以房柱式及人工打眼放炮开采，采用简单机械运输，自然通风、排水，电灯或矿灯照明，煤柱支护，设备简陋，技术落后。由于生产能力有限，各矿年产量多在6万吨以下。本世纪初，随着煤炭市场的好转，多数小煤矿进行了改扩建，产能多在615万吨之间。本区构造简单，岩层稳定性较好，各矿的矿井涌水量最大为130m3/d，煤层顶、底板稳固，瓦斯含量低。据调查，各煤矿均未发生过煤尘、瓦斯爆炸及矿井突水、冒顶事故。1.5 矿井防排水设施现状三道沟煤矿主排水系统主要由中央水泵房及相关管路及地面污水处理站组成，中央水泵房位于朴牛疙瘩回风斜井井底。中央水泵房将井下各处来水经回风斜井排至地面，排水高度233m，管路长度700m。中央水泵房水仓容积1020m3，安装3台MD15530X10的水泵（排量155m3/h，扬程300m，功率220kw），1用1备1检修。水泵排水管为159，在泵房形成环形管路，实现3台泵出水管路相互切换。回风斜井井筒内安装2趟159排水管道至地面污水处理站。泵房设计引水采用两台水环式真空泵（1运行1备用）形成自吸上水并具有完整的射流抽真空系统。泵房控制闸阀采用电动闸阀控制，控制开关装置采用矿井自动排水装置可与自动化系统相结合达到自动化控制和信息上传，可调度室相连可实现无人值守控制。1.6 以往地质工作三道沟井田位于新民勘探区的北部，近二十年来，不同单位以不同目的在区内进行过不同程度的地质勘探工作，概述如下：1、19781980年中国人民解放军00928部队，按照国家规范要求，开展了榆林幅和神木幅1/20万区域水文地质普查，共施工钻孔45个，并进行了相应的抽水试验，水质分析等工作。2、1982年1993年，陕西省煤田地质局186队、131队，先后在新民区开展了找煤普查勘探和详查勘探，共施工各类钻孔13个，进尺3493.31m。3、19851987年，131队在井田内施工钻孔22个，钻探进尺6688.45m，取各类样品250个。1991年131队提交了新民区普查地质工作总结报告，同期131队及省煤炭工业学校共同完成了新民区1：50000的地质及水文地质测绘各350km2。4、2001年，131煤田地质队与西安地质矿产勘查开发院、陕西省地矿局物化探队通过中标，共同对井田进行了详查（期勘探）。本次勘探在原期的勘查区内施工钻孔21个，进尺3785.81m，其中水文孔1个计197.98m，抽水试验1层次，观测泉点及河流点5个；并完成了全井田控制测量、地形地物修测、1:25000地质填图、1:25000水文地质填图及工程地质环境地质调查工作，选择三道沟、大板兔川实测了地质剖面，在南部较大沟谷中实施了3条地震剖面，利用地面磁测圈定了5-2煤层自燃边界，取各类样品379个。5、2002年，陕西省地矿局西安地质矿产勘查开发院、中国煤炭地质总局物测队、陕西省地矿局物化探队、陕西省煤田地质局194队及陕西省煤田地质局131队共同承担了三道沟井田期勘探工作。该工作野外部分于2002结束，并于同年提交了勘探报告。本次勘探共施工钻孔45个，进尺8470.70m，其中水文孔1个，进尺156.88m，进行抽水2层次，机（民）井简易抽水试验5次，完成1:10000地质及水文地质图修测260km2，完成实测剖面2条32.27km，完成小窑调查53个，完成地震测线16条74.16km（物理点3390个，试验点42个，低速带点256个），实施瞬变电磁2154个物理点，进行高密度电法排列32条16km，取各类样品417个。6、2008年，山西省煤炭地质物探测绘院对三道沟煤矿首采区进行三维地震勘探，勘探工作野外部分于6月12日开始，8月7日结束，10月份提交了陕西德源府谷能源有限公司三道沟煤矿首采区三维地震勘探报告。本次地震勘探面积为3.47km2，施工采用8线8炮束状观测系统，完成生产物理点 3795 个，试验点74个，总计完成物理点 3869 个。本次勘探查明了5-2、5-2上煤层底板的构造形态及其埋藏深度，编制了等高距为2m的煤层底板等高线图，查出了幅度大于10m的褶曲2个；解释出断层5条，其中落差等于5m的断层1条，落差小于5m的断层4条；查出了长轴直径大于20m、短轴直径大于15m的陷落柱3个；查出了勘探区内5-2、5-2上煤层采空区的范围19处，共计面积约2.46 km2 ；查出了5-2、5-2上煤层合并区范围1处，预测了5-2、5-2上煤层厚度变化趋势。7、2009年，陕西煤田地质局185队对三道沟煤矿进行了补充地质勘探，共施工钻孔3个，进尺483.62m，其中施工水文地质孔1个，进尺273.12m，完成抽水试验1层次，取水样1个。8、2010年，陕西煤田地质局185队对三道沟首采区采空区进行钻探验证工作，野外勘探工作于7月10日开始，8月10日结束，8月底提交了陕西德源府谷能源有限公司三道沟煤矿采空区验证工作总结。本次验证工作共完成钻探验证钻孔16个，钻探进尺2246.19m，定测钻孔16个，参与采空区验证的煤层主要为5-2上、5-2煤层。 16个验证钻孔全部穿过5-2上煤层，其中11个钻孔穿过5-2煤层。在本次验证工作中，有6个钻孔处见到3-3煤层采空区，有2个钻孔处见到5-2上煤层采空，钻孔揭露5-2煤层未见采空区。本次验证工作中对3-3煤层采空区进行了水位测量，发现3-3煤层采空区中有积水，另在调查中发现火赖沟一小煤窑中有积水。9、2011年 12月2012年4月，陕西省煤田地质局物探测量队对三道沟煤矿三采区南部进行了瞬变电磁勘探，共完成瞬变电磁测线101条，总长71.4km，物理点9110 个，并于2012年6月完成了陕西德源府谷能源有限公司三道沟煤矿三采区南部瞬变电磁法勘探报告的编制工作。本次勘探探查了勘探区内3-3号煤层采空异常区8块，分别为A、B、C、D、E、F、G、H异常区，总面积约0.373 Km2，主要分布在勘探区的北部和中部，除G、H采空异常区不积水外，其余均有一定程度的积水。探查了5-2上煤层采空异常区5块，分别为、异常区，总面积约0.339 Km2，主要分布在测区的东南部和西南部，其中不积水采空区2块（号和号异常区），其面积约0.092 Km2，其余均有一定程度的积水。通过以上所述可以看出，目前为止三道沟煤矿所进行的地质勘探工作基本上以资源勘探为主，勘探工作为矿井建设和生产提供了许多宝贵的地质资料。但除了20112012年三采区南部瞬变电磁勘探外，其他专门针对水文地质开展的勘探工作较少，在矿井水文地质方面取得的有关资料也相对较少。1102 矿井地质及水文地质2.1 区域地质2.1.1 区域地层本区域地层区划属华北地层区鄂尔多斯盆地分区东胜环县小区，区内绝大部分被新生界松散半固结沉积物所覆盖，基岩沿河谷两岸出露，出露的地层由老至新依次为中生界三叠系、侏罗系、白垩系、新生界第三系、第四系等，区域地层系统详见表2.1。区域上有侏罗系、三叠系和石炭二叠系三个含煤岩系，榆林地区主要为侏罗系和石炭二叠系。2.1.2 区域构造图2.1 陕北地区构造分区及构造纲要图区域地层系统一览表 表2.1 地层系统代号岩性特征厚度（m）系统组第四系全新统Q42eolQ42al+p1Q41a1+p1按成因类型有冲积砂砾石层Q42al+p1、 Q41al+p1、及风成沙地Q42eol030上更新统马兰组Q32m岩性为浅黄色粉砂质亚粘土，疏松540萨拉乌苏组Q31s岩性为浅灰黄色、土黄色粉砂质亚砂土、亚粘土090.3中更新统离石组Q2l岩性为浅褐土黄色砂质粘土夹棕色薄层状亚粘土，含钙质结核14220第三系上新统静乐组N2j岩性为紫红色至棕红色砂质亚粘土，夹钙质结核层，呈似层状展布，底部有时见紫色砾岩层50100白垩系下统洛河组K1l砖红色、棕红色粗粒砂岩、砂砾岩0148侏罗系上统安定组J2a紫红色泥岩与细砂岩为主，夹杂色泥岩、砂质泥岩、钙质泥岩，局部有粗砾岩及炭质泥岩0100直罗组J2z以灰、灰绿色中粗砂岩为主，夹细、粉砂岩，砂质泥岩及细砾岩，底部有灰色粗粒粒砂岩。0250延安组J2y以灰白色粗粒长石砂岩、细砂岩，深灰色、灰色粉砂岩、粉砂质泥岩，泥岩为主，夹有炭质泥岩，煤层103.71394.38下统富县组J1f岩性为灰色中厚层砂岩，杂色砂质泥岩，顶部为黑色薄层状炭质泥岩0130.11三叠系上统瓦窑堡组T3w岩性为灰白色浅灰色砂岩、粉砂岩、泥岩、黑色页岩夹煤线0228永坪组T3y岩性为灰白色巨厚层状中细粒砂岩夹薄层状泥岩，具大型楔形交错层理95200胡家村组T3h浅灰、灰绿色细粒砂岩，夹砂质泥岩，顶部为泥岩、细砂岩的韵律层210325铜川组T3t下部以中-粗粒砂岩为主，上部以页岩，油页岩为主，含油气，动物化石447.01010中统纸坊组T2z下部为砂质泥岩及砾岩透镜体,上部岩性为紫红色,淡红色粉砂岩互层0395.87下统和尚沟组T1h以浅紫红色泥岩，粉砂质泥岩为主，夹砂岩和钙质结核层。含动植物化石42.39182.98刘家沟组T1l为紫、浅紫色中厚层状细砂岩，粉砂岩，夹薄层状泥岩，中下部夹砾石90400本区处于鄂尔多斯盆地次级构造单元陕北斜坡北部，陕北斜坡被围于西部天环坳陷、北部伊盟隆起、东部晋西挠折等构造体系之中。见图2.1。该区位于鄂尔多斯向斜东翼，除翼部边沿地带倾斜较陡外，主要发育构造多呈宽缓短轴状背斜，地层倾角13，岩层倾向北西、北西西。2.2 井田地质2.2.1 井田地层本区地表大部分被第三、第四系沉积物所覆盖，在阳湾川、沙梁川、大板兔川及其支沟沟帮出露基岩。根据填图资料及钻孔揭露，地层由老至新依次有：上三叠统瓦窑堡组（T3w）、下侏罗统富县组（J1f）、中侏罗统延安组（J2y），第三系上新统静乐组（N2j），第四系中更新统离石组（Q2l）、全新统冲积层Q41al+pl、Q42al+pl、风积层Q42eol。（一）上三叠统（T3）仅见瓦窑堡组（T3w），出露于井田东南角沙梁川、新庙一带，钻孔揭露厚度1030.6m，岩性为浅灰灰绿色中厚层状中细粒长石砂岩夹薄层泥岩。砂岩发育大型板状、槽状、楔状交错层理。该组为一套河流相沉积，在区内未见底。（二）下侏罗统富县组（J1f）该组与下伏瓦窑堡组呈平行不整合接触关系，仅在东南部的庙沟门、马厂沟、新庙一带出露。区内普查阶段钻孔中基本见及，但大部份仅见其上部地层，平均厚1050m。在三道沟实测剖面上本组全层厚度42.48m，岩性以紫红、灰紫及灰绿色泥岩为主，夹透镜状灰白色含砾中粒、粗粒砂岩及薄层粉砂岩。砂岩成分以石英为主，长石次之，分选性及磨圆度差，泥质胶结，局部为钙铁质胶结，砂岩多呈中厚厚层状和透镜状，板状交错层理及斜层理、层系十分发育。泥岩中含铁质结核、铝质鲕粒及粉砂岩团块，多为块状层理，底部发育不稳定砾岩，顶部有灰白色石英砂岩。本组沉积于长期遭受风化剥蚀、顶部不平的瓦窑堡组之上，起着填平补齐作用，故其厚度变化较大，为含煤建造之基底。（三）中侏罗统延安组（J2y）出露于大板兔川、沙梁川、阳湾川及其支沟沟帮，区内仅出露延安组，厚度63.11275.47m。延安组是区内含煤地层，依据岩性组合、沉积旋回结构、含煤性可进一步将其划分为五个段（图2.2），各段特征如下：第一段（J2y1）5-2上断续出露于井田东部的寺沟川以东大沟及其支沟沟口一带，由两个下粗上细的次级沉积旋回组成。每个次级旋回下部为白色厚层状粗中粒长石砂岩，中部为浅灰色长石细砂岩，上部为粉砂质泥岩夹煤层（5-2、5-2上煤层）。本段在勘探区中部5-2、5-2上煤层合并。本段厚度16.7580.54m，整体中部及东部厚度大。第二段（J2y2）出露于张家沟寺沟川以东的广大地区。主要岩性为泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩，夹粉砂岩、细砂岩和煤层。厚度18.6067.72m，东北部、中西部厚度较大，中部厚度较小，东部被剥蚀，仅保留其底部。图2.2 延安组各段划分及煤层编号示意图第三段（J2y3）出露于区内大小沟谷中，分布较广泛，由三个下粗上细的次级沉积旋回组成，总体上每个次级旋回底部为中细粒砂岩，中部为粉砂岩及粉砂质泥岩，上部为泥岩夹煤层或煤线（即3-3、3-2、3-1煤层）。厚度1.6374.79m，总体上东北部、中部厚，西部、东南部薄。本段在井田东部、西部、南部遭受后期剥蚀而变薄，但剥蚀程度差异较大。第四段（J2y4）断续出露于井田西部各大沟两侧及支沟沟脑。厚度3.0785.04m，南部、中部厚度较大，东部较小。该段东部、西南部遭受后期剥蚀保留不全，岩性以灰白色、浅灰色厚层状细粒长石砂岩、泥质粉砂岩、泥岩为主，夹薄层状粘土岩及2号煤组（2-2、2-1煤层）。主体构成了下粗上细的两个次级沉积旋回，旋回顶部为2-2、2-1煤层产出层位。但区内2-1煤层基本自燃或遭受剥蚀，仅有残缺不全的烧变岩保存。第五段 （J2y5）该段在区内大部份遭风化剥蚀，仅在勘探区西部窑则沟、新窑沟、石头岩沟沟脑等地零星出露，残留厚度016.02。岩性主要为灰色厚层状细砂岩，夹薄层状粉砂岩及泥岩。（三）第三系（N）区内仅有上新统静乐组（N2j），断续出露于阳湾川、沙梁川、大板兔川的支沟沟脑，厚度097.91m，变化较大。岩性为浅红色、棕红色粘土、亚粘土，含大量砂及粉砂质、不规则状钙质结核，钙质结核呈层分布。底部局部发育一层厚度13m的楔状砾石层，不稳定，砾石成分为砂岩、烧变岩等岩块，砂质充填，泥质胶结。本组中前人曾发现三趾马及其它动物骨骼化石，因而又称之为“三趾马红土”。其与下伏延安组不整合接触，之上多被中更新统离石组覆盖，两者间呈角度不整合接触关系。（四）第四系（Q）全区分布广泛，厚度受地形地貌的控制而变化较大，北部、中部厚，而西南、东部较薄。本层不整合于下伏一切老地层之上。沉积类型主要有冲积、冲洪积和风积物等。1、中更新统（Q2）仅发育离石组（Q2l）。在区内梁峁之上呈片状，云朵状分布，厚度054.25m。岩性以土黄色、棕黄色亚粘土、亚砂土为主，局部夹数层厚度0.200.50m的古土壤层，含大小不一，形态各异的钙质结核，结核呈零散状分布。该组柱状节理发育，是主要耕作层。2、全新统（Q4）区内沉积类型主要有两类，冲洪积层和风积层。冲洪积层中根据其形成先后可分Q41al+pl、Q42al+pl。Q41al+pl：主要分布在阳湾川、大板兔川、沙渠川及较大支沟内，构成一级阶地。上部岩性为灰黄色亚砂土、粉细沙，下部为砂砾石（卵石）层，厚度310m。Q42al+pl：现代冲洪积层，主要分布在阳湾川、大板兔川、沙渠川及其支沟中，主要为粉细沙及砂砾石层，厚度08m，变化较大。风积层（Q42eol）：主要分布在梁峁上及山梁东坡，呈片状以固定半固定沙丘和流动沙丘的形式覆盖于其它地层之上，厚度020m。岩性为浅黄色、褐黄色细沙、粉砂，含少量细砾石，质地均一，分选较好，磨园差，与下伏地层不整合接触。2.2.2 井田构造本井田地质构造简单，为一走向北西，倾向南西西西，平均倾角13的单斜构造，无大的断裂及褶皱发育，无岩浆活动痕迹。延安组为向西南微倾的简单叠置地层，每千米降深 68m，层内发育宽缓的波状起伏及鼻状隆起，节理等构造。（一）断层井田填图中发现断层两条：一条发育于井田西北角大昌汗东沟，该断层走向280，产状1881956578，落差029m，区内延伸长6.5km，该断层为一高角度正断层；另一条发育于红石崖沟内的郝家沟沟口，为一小型逆断层，走向20，产状28029040，断距1.0m，从露头可见52煤层被错断，其延伸规模不详。根据地震勘探，解释推断区内小断层（点）41个，相关断点组合断层11条，其中8条可靠，3条较可靠。上述小断层（点）主要分布于勘探区的中、西部，彼此间隔5001500m不等。断层特征较明显，规律性较强，均为正断层，多呈高角度产出，落差不大，约为413m，有4条落差10m。相关断点组合的11条小断层，长度5003000m不等，走向主要为NW和NWW向两组，与区域应力场方向一致，北东向仅有一条。这些断层（点）由于落差小，对地层煤层的展布形态影响不大，但对矿山建设与开采有一定影响。（二）波状特征井田地层总体由北东向西南倾斜，倾角13，局部发育宽缓的波状起伏，根据5-2煤层底板等高线图分析，在板墩沟红石岩沟沟脑发育一近北东向鼻状隆起，长轴4.8km，短轴2.9km，起伏差30m，总体向西南倾伏；在红石岩沟脑市沟川间，发育一开阔凹陷，长轴4.0km，短轴3.6km，起伏差30m，总体向南倾伏。（三）节理与裂隙区内发育北西西和北东向两组节理，节理倾角均7080，但节理密度小，该节理在沟边及陡坎上易诱导基岩崩塌。值得注意的是，井田内烧变岩发育，由于煤层自燃真空垮塌，造成岩石破碎，发育大量节理、裂隙；在基岩顶界面之下，受第四系风化作用，形成2030m风化裂隙带。这些节理、裂隙方向杂乱，是地下水的良好通道。（四）岩浆岩与陷落柱本区在勘探和生产中未发现岩浆活动痕迹，2008年三维地震勘探中曾解释出3个陷落柱，但未经过钻探及其他方法验证过。2.2.3 井田煤层（一）含煤地层延安组为本井田的含煤地层，在所施工的钻孔中均见有煤层，具有对比意义的10层，其中可采煤层8层，分布在第一段2层，第二段2层，第三段3层，第四段1层。其中第一段含煤性最好，第二、四段次之，第三段受沉积环境的影响，含煤性最差，第五段被剥蚀，仅局部残存，且不含煤。根据勘探资料，钻孔中单孔含煤层（0.1m）315层，累计厚度5.3321.71m，平均10.44m，含煤率为4.5711.25%，平均7.45%；单孔含可采煤层17层，累计厚度4.2816.48m，平均8.71m，含煤系数3.2410.09%，平均6.32%。延安组全煤层和可采煤层总厚度在平面上的变化主要受含煤地层剥蚀程度及52煤层厚度变化的制约，中西部厚度大，向东、西方向变薄，规律较明显。全煤层、可采煤层层数总体中部及西北部多，西南和东部较少，含煤系数中部高，东、西部低。（二）主采煤层根据煤层厚度和稳定性等综合指标，52煤层为勘探区内主要可采煤层，43、44、52上煤层为次要主采煤层，其它煤层为局部可采煤层。其中22煤层虽厚度较大，但后期剥蚀严重，连续性很差，可采范围较小，属局部可采的稳定型中厚煤层。52上煤层位于延安组第一段的顶部，呈层状产出，系52煤层的上分岔煤层及区内的次主采煤层。与52煤层间距2.6425.49m，平均18.97m，在井田中部与52煤层合并，合并区面积约135 km2。煤层东部遭受后期剥蚀，局部露头已自燃。因在中部与52煤层合并，可采区分布于井田东部和西北角，可采总面积105.51km2。可采煤层厚0.802.83m，平均1.91m。东部可采区煤层中部厚度大，向四周变薄；西北部可采区煤层厚度则由北向南增大，变化规律明显。本煤层层位稳定，结构简单，厚度变化规律明显，全区大部分可采，属稳定型的薄中厚煤层。52号煤层呈层状赋存于延安组第一段第二旋回的顶部，为井田内主要可采煤层。煤层厚度2.217.04m，平均4.97m，标准差1.62，变异系数32.72%。煤层由四周向合并区方向（与52上煤层合并）厚度逐渐增大，变化规律非常明显，是井田内最稳定的煤层。本煤层层位稳定，全区可采，厚度大，结构简单，煤类主要为不粘煤，灰分、硫分稳定，属稳定型的中厚厚煤层。（三）煤层自燃特征本区地处陕北黄土高原的梁峁区，地形支离破碎，树枝状冲沟发育，侵蚀切割严重，各煤层均处于当地侵蚀基准面以上，为煤层的自燃提供了外在条件；各煤层均属低变质阶段的烟煤，挥发分产率高，煤中丝炭含量多，故自燃倾向大，易于氧化，着火点温度降低。据野外调查，凡煤层出露厚度在1.00m以上者，均不同程度地发生了自燃，而且厚度愈大，燃烧愈强烈。煤层自燃后，仅残存有0.010.10m厚的灰白色、土灰色煤灰渣，附近煤层烘烤变质，颜色为褐灰色，煤层原始结构被破坏，煤成粉沫状。煤层顶板岩石烧变为褐红、砖红色，自燃严重地段岩石烧变为瓦砾状，岩层原始结构被彻底破坏。而且因自燃形成的真空失重造成严重垮塌，形成大量裂隙和空洞，使岩石质量、稳定性变差，力学强度减小，磁性大大增强。根据煤窑调查、煤层露头追索资料，结合地面磁测成果分析，区内煤层自燃深度不大，一般515m左右，个别地段可达30m。其原因一是煤层露头较薄，大多数在3m以下，燃烧能力有限，二是岩层裂隙不太发育，一定深度后供养不足，使煤层自燃终止。煤层的自燃不仅使其分布范围缩小，煤质变差，而且破坏了其顶板岩石的完整性和稳定程度，形成的裂隙为地下水的贮存与运移提供了空间和通道，对煤层开采不利。但本区内煤层露头较薄，自燃能量有限，形成的烧变岩体积也不大，煤层之上烧变岩厚度一般520m，之下一般只有15m，且烧变特征分带不明显，总体越接近自燃煤层，烧变岩越呈熔融状态，颜色越红。各煤层因厚度和出露位置的不同，烧变特征亦不相同。22煤层为区内最上一层可采煤层，分布于沟坡的上部和梁峁之上，煤厚2m左右。因其出露位置高，厚度较大，是区内自燃最为严重的煤层。据磁测、钻孔及填图资料，该煤层除个别地段见其露头外，大部分已经自燃。在梁峁上，燃烧宽度（水平方向）多在100200m之间，沟坡处燃烧垂深一般在1020m左右，烧变岩的厚度在1020m之间。顶板岩石烘烤变质，并严重垮塌。52煤层出露于井田东部沟坡的下部，为区内最低一层可采煤层，由于出露位置低，沟坡较徒，自燃范围较小且不连续。煤层的自燃深度一般为510m，烧变岩厚度815m。顶板岩石烘烤变质，局部有塌陷和位移。其它煤层厚度均较小，出露位置较高的煤层，厚度大者自燃较普遍，出露位置较低者仅局部自燃，野外煤层露头随处可见。煤层的自燃深度一般25m，烧变岩厚度110m，顶板岩石烧变为褐灰色，垮塌位移现象少见。结合相关资料进行分析，区内煤层的自燃有以下特点：煤层厚度愈大，自燃范围、深度和烧变岩厚度愈大；梁峁及沟坡处较沟谷煤层自燃更严重，煤层出露位置远高于当地侵蚀基准面的大部分发生了自燃，略高于当地侵蚀基准面的仅局部自燃或不自燃。2.3 水文地质2.3.1 含水层（一）第四系全新统冲洪积孔隙潜水含水层分布于大板兔川、沙梁川、阳湾川两岸的漫滩、一级阶地及较大支沟中，含水层厚度变化较大，一般为310m。本含水层富水性与其所处位置有关。沙梁川、大板兔川及市沟的河漫滩，其冲积层下伏为风化裂隙和层间裂隙均较发育的含煤地层，由于基岩松散破碎、地表水侵蚀形成洼槽，故含水层厚度稍大，厚度约610 m，含水层分布宽30100 m，岩性为冲积砂砾石层，含有较多的泥质和块石。除接受河水的渗入补给外，还大量接受两侧基岩潜水的侧向补给。水位埋深约1.74.5 m，据老高川附近S46孔抽水试验资料，当降深4.06 m时，q=0.624l/sm，渗透系数7.33m/d，水化学类型为HCO3CaMg型及HCO3SO4CaMgNa型水，矿化度0.1900.650g/l。沙梁川、大板兔川、阳湾川的一级阶地及各大支沟，含水层厚度26m，岩性多为亚砂土夹砂层，底部为砂砾石层，泥质含量较高，透水性能较差，水位埋深610m。据民井简易抽水试验资料，当降深为1.724.16m时，q=0.0740.154L/Sm，渗透系数K=0.47835.94m/d。各大支沟其含水层厚度较薄，宽度较窄，据民井调查已属水量贫乏区。水化学类型以HCO3SO4CaMgNa型水为主，HCO3CaMg型水次之，矿化度0.5460.728g/l。（二）中更新统黄土孔隙裂隙潜水含水层主要分布于梁峁顶部及沟谷边坡地段，厚度变化较大，一般厚度为2040 m，岩性为棕黄色、灰黄色砂质黄土，结构中稍密，具孔隙，发育垂直节理，地下水以孔隙水为主，但多呈疏干状态，通过地面调查，泉水出露很少，单泉流量0.0140.260L/S，且泉水流量极不稳定，据访问旱季水量趋减，甚至干枯。（三）侏罗系中统延安组裂隙含水层由于本区地层平缓，地表冲沟发育，延安组均广泛出露于沟谷中，总厚度180m左右，岩性主要为细、中、粗粒砂岩、泥岩及煤。各煤层在沟谷两坡均有出露，且多已自燃，由煤自燃引起的烧变岩普遍发育塌陷裂隙及孔洞，为地下水的储存提供了良好的条件，但因其均在当地侵蚀基准面之上，处于临空状态，又因延伸深度浅，连片性小，故地下水多被疏干或水量很小。2009年185地质队在补充地质勘探中在延安组进行过1次抽水试验，其结果见表2.2。延安组抽水试验成果表 表2.2孔号含水层性质静止水位（m）单位涌水量（L/s.m）渗透系数（m/d）深度标高M1J2y基岩承压水122.10+1223.480.0020330.003682本次试验层段为5-2煤层以上的基岩段，岩性主要为细粒砂岩，次为中粒砂岩，向上与粉砂岩、砂质泥岩等隔水层呈互层状分布，含水层厚度42.10m，水位埋深122.10m，静止水位标高+1223.48m。试验中水位降深s为50.18m，涌水量Q为0.37 m3/h，经计算，钻孔单位涌水量q为0.002033L/s.m，渗透系数为0.003682m/d，含水层富水性弱。据化验，该孔处水质水化学类型为HCO3CaMgNa型，矿化度369mg/L。就本孔抽水试验而言，延安组含水层的富水性弱。根据野外调查，延安组泉水流量情况见表2.3。延安组各段泉水统计表 表2.3地层时代J2y1J2y2J2y3J2y4J2y5出露个数16147104流量（L/S）0.014-0.2030.022-0.6940.014-0.1860.014-0.9120.033-0.071矿区水文地质工程地质勘探规范（GB12719-91）表明，当天然泉水流量1 L/s时，含水层富水性为弱富水性，因此据表3.2可知延安组整体富水性较弱。以下分段论述延安组含水层的富水性。1、延安组第五段主要分布在勘探区西部老高川大昌汗一带的剥蚀残留区，一般厚度825m，岩性以细粒砂岩为主，与泥岩、粉砂岩不等厚互层，为2-1煤层顶板直接含水层。该层分布面积小，四周切割强烈，故含水层含水极弱。区内出露泉点4个，流量0.0330.071L/s。2、延安组第四段主要分布在第九勘探线以西地区，岩性以灰黄色、灰白色中粗粒砂岩为主，灰白色、浅灰色泥岩次之，含水层主要为基岩风化裂隙带及2-2煤顶板烧变岩，地面调查共有10个泉水出露，其流量因地形地貌条件不同而变化较大，当含水层分布范围大，之上又有大面积风积沙覆盖时，泉水流量亦大，反之则小。其流量在0.0140.912L/s之间，故该段含水一般较弱。水化学类型为HCO3CaNaMg及HCO3MgCaNa型水，矿化度0.3300.363g/l。3、延安组第三段分为风化裂隙带潜水及深部3-2煤顶板砂岩及4-3煤顶板砂岩（第三段底砾岩）承压水。潜水含水层主要为基岩风化裂隙带含水层，风化裂隙发育，部分钻孔钻进该层时多发生漏水现象。地表出露泉点7个，流量0.0140.1861L/s，水量较贫乏。煤窑调查中3-3煤层顶板砂岩随着向深部沿伸，其裂隙发育随之减弱，总涌水量约为1060m3/d。水化学类型以HCO3CaMg型水为主，HCO3CaNa型水次之，矿化度0.3560.829g/l。3-3煤顶板砂岩承压水：顶板砂岩为3-3煤的直接充水含水层，厚520m，岩性为中细粒长石砂岩，致密较坚硬，裂隙极不发育，故含水层含水微弱。据煤窑调查，该层在顶板仅见滴水，局部可见淋水现象。矿坑总涌水量一般在1020m3/d。第三段底砾岩厚度315m。富水性也很微弱。4、延安组第二段遍布全区，岩性以中细粒砂岩、粉砂岩、砂质泥岩为主，一般厚度50m。含水层主要为4号煤组顶板砂岩（邻谷区多为烧变岩）及5-1煤层顶板砂岩含水层。局部裂隙发育，钻孔钻进至该段时常出现漏水现象，地表出露泉点14个，流量0.0140.694L/s。根据井田外水文孔抽水资料可知：潜水含水层q=0.631.43L/sm，K=1.1730.35m/d；承压含水层q=0.007L/sm，K=00.053m/d，水化学类型为HCO3CaMg型水，矿化度0.3230.600g/l。5、延安组第一段广布全区，主要含水层为主采5-2煤层顶板砂岩，一般厚1021m。岩性为灰白色中细粒砂岩。基岩裂隙带较发育，地表出露泉点16个，流量0.0140.203 L/s，含水微弱。深部层间裂隙承压水，据811水文孔抽水试验资料，s=15.80m，q=0.00018L/sm， K=0.00001m/d，为极弱富水含水层。水化学类型为HCO3SO4Na型水，矿化度0.743g/l。6、烧变岩孔洞裂隙潜水主要分布在区内各大沟谷的边坡地段，煤层自燃后顶板塌落及后期风化作用，裂隙孔洞发育的烧变岩带，因其均在侵蚀基准面以上，处于临空状态。根据磁法圈定成果，一般水平延伸较浅，且连片性小，故地下水多被疏干或水量很小。地面调查有6个泉水出露点，流量0.0140.102 L/s。水质好，水化学类型为HCO3CaMg型水，矿化度0.293g/l。（四）侏罗系下统富县组砂岩裂隙含水层仅出露在勘探区东南部，据钻孔资料统计，岩性为浅灰色砂岩和紫杂色泥岩不等厚互层，含水层为灰白色中厚层状中粗粒长石石英砂岩及含砾粗粒砂岩，厚2530m。据临区水文孔抽水资料，水量甚微，为弱富水含水层。水化学类型为HCO3CaMgNa及HCO3ClCaNa型水，矿化度0.6960.748g/l。2.3.2 隔水层本区隔水层主要为第三系上新统静乐组红土隔水层，断续出露于沟脑、分水岭地段，厚度变化大，一般厚2060m，钻孔揭露最大厚度为95.0m。岩性为浅红色褐红色粘土，亚粘土，夹多层白色钙质结核，底部常见一层12m厚的砾石层，多已胶结成砾岩。红土裂隙中及砾岩中偶见泉水出露，泉水虽从红土或砾岩中流出，实为黄土层潜水补给，单泉流量0.0140.062L/s。该层红土致密坚硬，孔隙裂隙均不发育，为区内较好的隔水层。2.3.3 地下水补径排条件（一）潜水河谷地段潜水的主要补给来源是大气降水，同时该处潜水还与地表水存在侧向互补关系，一般枯水期潜水补给地表水，洪水期地表水补给潜水。本处潜水主要以潜流形式向河床排泄，局部地段在泥岩隔水层阻隔下以下降泉形式排泄，并在一级阶地河漫滩低洼处形成湿地，此时蒸发也是一种排泄方式。河间梁峁区潜水，大气降水是该潜水的唯一补给源，受到地貌、岩性及本区气象条件等影响，大气降水在黄土梁峁区不易大量渗入补给该潜水，只在雨季有少量降水不连续补给。由于受沟谷水系控制，径流方向很不一致，总趋势是从地势较高的梁峁顶部及斜坡向沟源、谷坡边岸、沟谷中心运动，在谷坡下部和底部以下降泉形式排泄。（二）承压水区内沟谷沿岸基岩裸露面积较大，基岩风化裂隙发育，局部地段覆盖松散层厚度很薄，这种条件为大气降水、地表水和潜水顺层补给承压水创造了有利条件，井田内承压水主要以此种方式接受补给。径流方向主要受地形地貌控制，在河谷间，浅层承压水可由地势较高的分水岭部位向沟谷区运移；在河谷区，承压水总趋势由北西向南东顺层径流。承压水的排泄部分因承压水顶板被沟谷切穿而形成水泉或排入潜水，部分沿隔水层或弱隔水层的透水“天窗”直接顶托补给潜水。3 矿井充水条件3.1 充水水源根据三道沟井田的地质条件，对三道沟煤矿整个矿井而言，构成其矿床充水的水源主要有大气降水、地表水、小窑老空水、本矿老空水、顶板水、底板水以及其他的水源，以下逐一论述。（一）大气降水三道沟煤矿地处西北内陆的陕北高原，降雨量总体较小，其年平均降雨量约为474.6mm，主要集中在79月份，最大日降水量为136.3mm。从降雨量看，三道沟煤矿所在神府矿区降雨量并不大，但由于大气降水在时间分布上的不均匀性和不确定性，当雨季某个时间集中或长时间降雨使得降雨量过大时，大气降水会转化成地表水，如补给地表河流、水库等明水使其水位升高，或将大面积的降水汇流到地表山沟河谷中变成季节性河流水甚至形成洪水，以地表水的形式给矿井安全和生产带来一定的威胁和影响。据小窑调查，矿井涌水量随季节有不同的变化，其一般滞后半天至一天时间，故大气降水为矿井充水的间接水源。由于降雨量和受降面积有限，大气降水作为直接进入矿井的充水水源其危害一般不大。但当其转化为地表洪水后，对于汇水面积大且降雨量大、降雨强度高的矿井危害相对较大。 （二）地表水区内较大河流主要有3条，即沙梁川、大板兔川、阳湾川。东部的沙梁川为井田东界，自北而南经孤山川流入黄河，在区内主要有苜蓿沟、红石岩沟、凉水沟等支流；西部的大板兔川自北而南流经井田西部，距井田南约30km处与悖牛川汇合经窟野河流入黄河，在区内主要有板墩沟、秦家沟等支流；南部的阳湾川（又称三道沟）流向自西向东，在新庙村并入沙梁川，其主要支流有市沟川、熊洞沟、张明沟、开峁沟等支流。以上这些河流除沙梁川为长年流水外，其它为季节性河流。除以上河流外，三道沟井田内无较大的水库、池塘、积水潭等地表水体。由于井田内只有一条常年性河流沙梁川且其位于矿井边界，此外再无其他地表水体，因此由大气降水的转化而来地表水将是对三道沟煤矿威胁最大的地表水。三道沟矿井工业场地主要布置在凉水沟水系南坡，另有若干小场地布置在支流即一号、三号、四号和五号沟中，支流山沟汇水面积小，一般不会汇集流量较大的洪水，且场地均布置在支流尾部，可以按