地表水和大气降水(doc 48页).doc

河南理工大学本科毕业论文 1 前 言1 前 言11.1 目的与意义11.2 主要任务21.3 工作情况22 矿井概况32.1 位置、范围与交通32.2 自然地理42.2.1 地形地貌42.2.2 气象、水文52.2.3 自然灾害、地震52.3 矿井生产建设概况62.3.1 矿井开拓开采、生产能力和服务年限62.3.2 井筒特征72.3.3 采区布置、采煤工艺及主要设备72.3.4 提升、排水、压缩空气系统82.3.5 供电92.3.6 供水93 地质特征113.1 区域地质特征113.2 井田地层123.2.1 奥陶系中统马家沟组（O2m）123.2.2 石炭系（C）123.2.3 二叠系（P）133.2.3 新近系（N）163.2.4 第四系（Q）163.3 矿井构造特征163.3.1 断层163.3.2 褶皱183.4 煤层、煤质193.4.1 煤层193.4.2 煤质213.5 煤层顶、底板情况243.5.1 二2煤层243.5.2 三22煤层254 水文地质条件274.1 水文地质边界条件特征274.2 含水层与隔水层284.2.1 含水层284.2.2 隔水层304.3 断层水特征324.4 地下水补给、径流与排泄334.5 地下水动态345 矿井充水因素分析355.1 充水水源355.1.1 含水层水355.1.2 断层水355.1.3 地表水和大气降水365.2 充水通道365.2.1 断裂构造365.2.2 采动裂隙375.2.3 封闭不良钻孔395.4 涌水量预测396 二2煤层水害防治436.1 防治水原则436.2 顶、底板水防治措施436.2.1 顶板砂岩裂隙水436.2.2 底板水防治对策436.3 断层水防治措施456.3.1 加强探放水的力度466.3.2 堵塞导水通道466.3.3 选择合理的采煤方法467 结论和建议477.1 结论477.2 建议47致谢49参考文献51V河南理工大学本科毕业论文 5 矿井充水因素分析1 前 言2.2.1 地形地貌本矿区处于黄淮冲积平原东部，黄河故道南缘，地势西北高东南低，呈微倾状，地面标高+31.0左右，相对高差13.5m。本区被新近系、第四系覆盖。2.2.2 气象、水文本矿区属暖温带、半湿润、大陆性季风气候，四季分明，春季气温回升较快，风速大，光照充足，蒸发强烈常发生干旱。夏季炎热多雨，高温高湿，盛东南及南风，秋季气温下降迅速，降雨量较夏季减少。冬季多偏北风受干冷空气影响，气温低，降水少。年平均气温14.3，其中一月平均气温0.5，七月平均气温27.6。年降水量为874mm，降水集中在7、8、9三个月，占全年平均量的60%左右。无霜期为207天，初霜日一般在每年的10月20日以后，终霜日一般在每年的4月11日以前。本区年平均风速3.3m/s，月平均风速4月最大，9月最小。最多的风向为东南风。年平均相对湿度为71%，月平均相对湿度最高是7、8月份，平均为80%，最低为6月份，为64%。年平均蒸发量为1388.5mm。区内极端最高地温为70，极端最低地温为-23.7，各月地温之值比气温高，地温的逐年变化比气温小。年最大冻土深平均19.5cm，最薄冻土深7cm。该区属淮河流域，区内有小运粮河、王引沟及曹沟等季节性河流通过，均由西北向东南流入安徽省境内。除雨季河水位抬升补给地下水，沿河低洼地段常积水内涝成灾外，平时河水位一般低于地下水，成为排泄地下水的通道。1964年8月1日，在王引沟测得最大洪水流量为12.278m3/s。2.2.3 自然灾害、地震该矿区主要自然灾害为气象灾害，由于降雨多集中在6、7、8三个月，雨量大时，往往容易造成洪涝灾害。据“中国地震目录第二集”（1960年版）记载，自公元925年以来，永城县东部，安徽省肖县、宿县一带微震频繁，强震不断，曾发生强烈地震38次之多，1668年，郯城发生8.5级强烈地震，永城县属郯城庐江地震带范围，为6度地震区。2.3 矿井生产建设概况2.3.1 矿井开拓开采、生产能力和服务年限（1）000扩大区储量地质储量扩大区（000井田）通过地质勘探，共获得地质储量69890kt，其中暂不能利用储量2560kt，能利用的地质储量67330kt。可采储量扩大区井田能利用的地质储量67330kt，扣除井筒、大巷煤柱、断层煤柱，边界煤柱，开采损失后，可采储量40989kt。（2）矿井设计生产能力及服务年限000现生产能力为0.90Mt/a，由于原生产区储量所剩无几，矿井生产能力需逐步向000扩大区转移，扩大区将逐步承担整个矿井0.90Mt/a的生产能力。因此扩大区最终生产能力为0.90Mt/a。扩大区生产能力是一个由小到大的过程，根据000生产接替情况，设计000扩大区初期生产能力为0.45Mt/a，和000原生产区配采，共同保证矿井0.90Mt/a的生产能力。后期原生产区回采完毕后，整个矿井0.90Mt/a的生产能力由扩大区承担。（3）矿井服务年限根据矿井可采储量和生产能力，考虑1.4的储量备用系数，则矿井服务年限为34.8年。（4）原生产水平开拓方式原生产矿井开拓方式为一对立井单水平上、下山开拓，水平标高为-225m，主井直径3.5m，井深257.5m，装备一对非标6t箕斗、钢罐道梁并设有梯子间；副井直径4.5m井深257.5m，装备一对一吨双层二车标准罐笼，钢罐道梁设有梯子间，矿井通风系统为混合式，主井、副井进风，北翼风井回风。原井田可采储量约为285万t，现已进入残采和回采煤柱阶段。（5）000扩大区开拓方式东副井、东风井均已建成，东副井与-680m水平轨道运输大巷已贯通，东风井通过总回风斜巷与-680m水平回风大巷已贯通，具体开拓方式如下：扩大区辅助运输利用已有的东副井和-680m水平轨道运输大巷，投产采区为已施工完成的北22采区，采区轨道上山通过下部车场与-680m水平轨道运输大巷连接。扩大区煤炭运输通过采区运输上山至-680m水平胶带运输大巷，通过皮带运输斜巷、-600m水平胶带运输大巷接原生产系统通过原主井提至地面。扩大区利用东副井、原主副井进风，东风井回风。2.3.2 井筒特征根据000及000扩大区开拓部署，扩大区投产时共有四个井筒，其中扩大区新建东副井和东风井，另外利用000原主井和副井。井筒特征见表2-2。表2-2 井筒特征序号名称单位主井副井东副井东风井1井口坐标经距Ym39460714394607343946332039463422纬距Xm3653918375394337552203755157标高Zm+32.5+32.5+32.5+32.52提升方位角度27090902703井筒深度或斜长m257.5257.5715.5548.54井筒直径净m3.54.56.54.5掘进m4.15.49.3/7.76.3/5.25井筒断面净m29.615.933.215.97井筒装备一对非标准6t箕斗，金属罐道梁、木梯子间一吨矿车双层罐笼金属罐道梁，金属梯子间1t矿车单层双车罐笼，玻璃钢梯子间2.3.3 采区布置、采煤工艺及主要设备根据扩大区开拓布置，扩大区二2煤层和三煤组共划分为11个采区，其中二2煤层5个采区，三煤组6个采区，上山采区5个，下山采区6个。采区开采顺序以先近后远的原则排序。根据-680m水平二2煤层赋存条件，首采区（北22采区）位置位于2026勘探线之间、二2煤-680m等高线以浅，采区下部车场紧靠-600-680m水平车场。采区内装备一个炮采工作面，采用走向长壁后退式采煤法，一次采全高。回采工作面主要机械配备：二2煤层布置一个炮采工作面，根据近年来炮采设备的发展和实际应用情况，结合本矿井煤层条件，回采面设备选型为：回采工作面采用风煤钻爆破落煤，人工装煤，SGB-630/150C型刮板输送机、SGB-620/40T型刮板转载机运煤。2.3.4 提升、排水、压缩空气系统（1）提升设备东副井井筒净直径6.5m，井口轨面标高+32.5m，井底水平大巷轨面标高-680.0m。装备一对1t矿车单层二车钢罐道四绳罐笼（宽、窄各一个）。提升机选用JKMD-3.54（）E型落地式多绳摩擦轮提升机一台，提升机配一台760kW低速直联直流电机。（2）排水设备矿井正常涌水量672 m3/h，最大涌水量1211m3/h，井筒深度712.5m。-680m水平主排水设备选用PJ200B9型矿用离心式排水泵5台，配用YB2560-4，1600kW，6kV，1480r/min三相异步防爆电动机，水泵正常涌水期2台工作，2台备用，1台检修，最大涌水期4台工作。（3）压缩空气设备本矿地面工业广场设置空压机站。站内选用4台SA250W-6k型地面螺杆式压缩机，3台工作，1台备用检修。单台压缩机排气量40.5m3/min，排气压力0.85MPa。配套电机功率250kW，电压6kV。压风管路各段管径根据相应的输气量及输送距离通过查表可获得。其规格分别为：地面至井筒主干管选用2198mm，-680m水平轨道大巷选用2198mm，轨道上山选用1594.5mm，压风自救管路选用2焊接钢管。2.3.5 供电000000扩大区东风井工广内现有一座35kV变电所，35kV电源共两回，其35kV主供电源引自光明220kV变电站，线路导线型号为LGJ-240，线路长度为4.1km。35kV备用电源引自新庄矿35kV变电所，线路导线型号为LGJ-240，线路长度为1.2km。000000扩大区的供电电源电压为35kV，下井供电电压为6kV。2.3.6 供水目前矿方已打有一眼水源井，成井深度为60m，单井出水量为20m3/h ，水质较好，经过消毒后其水质、水量就可满足矿井工业广场生产、生活用水要求。3 地质特征3.1 区域地质特征永城矿区地处黄淮冲积平原东南部、黄河故道南缘。地势西北高、东南低。流经矿区的河流主要有王引河、沱河、浍河等。洪水期河水补给地下水，平时地下水补给河水。本区上复新生界松散物厚105260m，下伏为二叠系、石炭系及奥陶系。区内构造断层比褶皱发育，落差大的断层构成井田边界，构造是控制地下水的主要因素。永夏煤田属华北地层区鲁西分区徐州小区，全区被新生界地层所覆盖，发育地层由老至新有奥陶系中统马家沟组、石炭系中统本溪组、石炭系上统太原组、二叠系下统山西组和下石盒子组、二叠系上统上石盒子组、新近系和第四系，其中太原组、山西组、下石盒子组和上石盒子组为含煤地层。永夏煤田位于华北古板块南缘，嵩箕构造区东部永城断隆带，其总体构造形态为一轴向NNE的复式褶皱，构造线展布方向以NNE向为主，近NW向断层次之。构造线多呈雁行式、背斜、地垒、地堑构造相间出现。区域构造示意图3-1。000扩大区图3-1 区域构造示意图煤田内局部有岩浆岩侵入。其主要构造形迹为燕山晚期（K2E1），华南古板块与华北古板块对接后，华南陆块向北俯冲，华北陆块向南仰冲，形成板内陆壳强烈压缩，此时该区区域应力场为NEE向挤压，在次应力作用下，形成区内NEE向断裂及岩体侵入。3.2 井田地层3.2.1 奥陶系中统马家沟组（O2m）本组为含煤地层沉积基底，为灰浅灰色厚层状石灰岩与白云质石灰岩，隐晶质结构，泥质成分含量较高，致密，裂隙发育，具缝合线，含少量头足类化石。平均厚度为16.02m。3.2.2 石炭系（C）（1）石炭系中统本溪组（C2b）自奥陶系顶界到标志层（K1）顶，据区域资料，本组厚639.32m，上部为浅灰色含铝质泥岩，具鲕粒及黄体矿散晶，产植物化石，为本区主要标志层之一（K1）；下部为暗紫红色铁质泥岩，含砂质，属古风化壳沉积。与下伏奥陶系为平行不整合接触。（2）石炭系上统太原组（C3t）从本溪组顶至标志层（K3）顶，主要岩性为石灰岩、深灰色泥岩、砂质泥岩、粉砂岩和薄煤层等组成，局部夹有细粒砂岩和炭质泥岩。共含石灰岩12层，夹薄煤7层，其中煤层多集中在本组中下部，均不可采。根据其岩性组合，本组可分为下部石灰岩段、中部砂泥岩段和上部石灰岩段。本组底部石灰岩层位稳定，厚度大，含丰富的动物化石，是太原组的主要标志层（K2），平均为13.84m。顶部为深灰色石灰岩，层位稳定，含动物化石，厚0.572.32m，平均1.30m。并为主要标志层之一（K3）。厚132.42m，与下伏本溪组为整合接触。3.2.3 二叠系（P）（1）山西组（P1sh）自标志层K3顶至标志层K4 底，主要由泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、细粒砂岩、中粒砂岩及煤层组成，局部含铝质泥岩和炭质泥岩；含煤4层，其中本组中部的二2煤为本次主要研究对象。根据沉积环境特征，将其分为三段。下段下起山西组底部，上止大占砂岩顶，厚约45m。由深灰色泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、粉砂岩夹细粒砂岩组成，局部夹二1煤线；多含植物根部化石和炭质条带，含菱铁质结核和星散状黄铁矿；发育交错层理、波状层理、水平层理。沉积环境分析认为，其应为海湾泻湖和潮坪、潮道沉积。中段下起大占砂岩顶，上止香炭砂岩底，厚约515m，由二2煤层、砂质泥岩、粉砂岩和中细粒砂岩组成，二2 煤层底板富含植物根部化石，可见发育良好的脉状层理；煤层顶板为泥岩、砂质泥岩，局部为中细粒石英砂岩。二2 煤层是在废弃的泻湖和潮坪、潮道沉积物上形成的泥炭沼泽相环境，煤层顶板则为上三角洲平原沉积环境。上段下起香炭砂岩底，上止铝土质泥岩底，厚约3545m。为灰深灰色泥岩、砂质泥岩和中细粒砂岩组成，局部含二3、二4煤；顶部有一层含菱铁质鲕粒泥岩，可见紫色斑块（小紫泥岩）。从沉积环境分析上讲，二2 煤层堆积后，三角洲平原上的分流河道以及冲积扇等均对二2 煤层产生过冲刷作用，故有局部砂体与二2 煤层接触并使之变薄。本组厚97.00117.07m，平均108.29m。与下伏太原组呈整合接触。（2）下石盒子组（P1x）三煤段： 本组仅保留在本区东缘、西缘和北部，保留厚度自西南向东北逐渐变厚。由灰深灰色泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、中细粒砂岩和煤层组成，揭露最大厚度388.66m。和下伏山西组呈整合接触。根据其岩性及含煤组合特征可划分为三、四、五、六4个煤段：三煤段：岩性为浅灰灰色泥岩、砂质泥岩、含铝土质泥岩及煤层，含少量植物碎片化石，中夹砂岩薄层。含煤8层，其中三、三 煤，为全区大部可采煤层。根据其岩性组合特征，自下而上分为四个岩性段：第一岩性段：下起下石盒子组底部的铝质泥岩（K4），上止三1 煤底板砂岩。底部铝质泥岩（K4）为灰色灰白色，厚层状，含菱铁质鲕粒，层位稳定，厚度0.809.10m，平均4.79m。上部为泥岩、砂质泥岩和细粒砂岩，薄层状交错层理局部见递变层理。粒度较粗，分选性差，不含煤是其特点。第二岩性段：下起三1 煤底板砂岩底，上止三煤层的顶界。三1煤底板砂岩为灰色细粒长石石英砂岩，具泥岩、砂质泥岩、以及变质岩岩屑；局部为粉砂岩；分选性好，多为棱角状。中部为深灰色泥岩，局部含菱铁质鲕粒或黄铁矿鲕粒。上部由泥岩、炭质泥岩、煤层等组成。泥岩中多含植物根部化石，局部夹三1 煤煤线。顶部为三煤层。第三岩性段：从三煤层的顶界到三4煤层顶板砂岩，下部主要为黑灰色泥岩，含粉砂岩、菱铁质泥岩，局部为细粒砂岩。上部由三3 、三4煤层及黑色泥岩、砂质泥岩组成，产植物碎片化石。第四岩性段：从三4 煤顶板砂岩底止K5 砂岩底界，下部为灰色细中粒长石石英砂岩，局部粒度较粗，偶含泥质包体。上部为灰深灰色泥岩、灰灰白色砂岩夹薄层煤层组成。含植物碎片化石。本段厚度57.25110.90m，平均88.02m。四煤段：由灰深灰色泥岩、砂质泥岩、粉砂岩和细中粒砂岩、炭质泥岩及煤层组成，局部为含绿色或紫色斑块铝质泥岩和砂质泥岩。含煤一层（四1煤），极不稳定，局部相变为炭质泥岩。底部的四煤底板砂岩（K5）为灰白灰色中厚层状中细粒砂岩，局部相变为粉砂岩，主要成分为石英、次为长石及岩屑，分选性和磨圆度均较差，具波状层理，硅质胶结，厚1.6813.22m，平均5.77m。本段厚74.67151.00m，平均厚117.27m。五煤段：主要由深灰、灰绿、浅灰色泥岩、砂质泥岩、灰色粉砂岩、细粒砂岩、中粒砂岩组成，具铝质泥岩，泥岩或砂质泥岩局部为紫红色或灰紫色。底部五煤底板砂岩（K6）为浅灰色中厚厚层状中、粗粒砂岩，成分以石英为主，次为长石及岩屑，分选及磨圆性均较差，具交错及波状层理，硅质胶结，厚1.1010.40m，平均5.64m。本段厚72.58136.24m，平均84.50m。六煤段：由灰色、灰绿色含紫红色斑块泥岩及砂质泥岩，浅灰色铝质泥岩、粉砂岩、中细粒砂岩组成。中、细粒砂岩主要成分为石英、长石及岩屑，具交错及波状层理。本段厚95.44137.54m，平均 98.87m。（3）上石盒子组（P2s）仅保留七、八煤段，揭露最大厚度为220.13 m。七煤段：岩性为灰深灰色泥岩、砂质泥岩，灰色中粒砂岩。底部田家沟砂岩（K7）为灰绿色浅灰色厚层状粗粒石英砂岩，含灰黑色泥质包体，具燧石岩屑，为上石盒子组和下石盒子组的分界标志，本段平均厚100.13m。与下伏下石盒子组呈整合接触。八煤段：底部为灰白色中细粒砂岩，局部为含砾粗砂岩。主为石英、次长石及少量暗色矿物，硅质胶结。厚7.9022.29m，平均16.80m，为本区良好标志层（K8）。中部以细砂岩、砂质泥岩为主，含少量植物化石碎片。上部由细砂岩、粉砂岩、砂质泥岩及泥岩组成。本段厚101.20128.60m，平均110.00m。与下伏地层整合接触。3.2.3 新近系（N）以粘土、砂质粘土为主，为弱固结到半固结状，中夹砂层，含绿色团块及少量钙质结核，底部有底砾石层。本系厚45.1103.80m，平均80.01m。与下伏基岩呈角度不整合接触。3.2.4 第四系（Q）由土黄色、灰黄色粘土、砂质粘土、粉砂、细砂等组成，不固结弱固结。夹中砂，上部含钙质结核与细砾石，较松散，透水性强，底部为砂层。本系厚73.80135.70m，平均87.39 m。与下伏新近系呈角度不整合接触。3.3 矿井构造特征扩大区位于永城复式背斜东翼，000复背斜东侧，夹持于000（F1）和王庄（F21）两条相对倾的高角度正断层之间，基本形态为一轴向北北东、向北倾伏的地堑式的向斜构造。扩大区构造以断裂为主，均为北北东向，存在落差大于和等于30m的断层八条，计有F1、F21、F101、F102、F103、F104、F22和F28等断层，现将区内断裂和褶皱分述如下：3.3.1 断层本区断裂除F102为逆断层外，大部分为正断层，断裂延展方向近乎平行，现将区内主要断层由西向东分述如下： 000正断层（F1）：为扩大区西部自然边界，总体走向北东16度，在000村南转为近南北，倾向南东，倾角6069度，落差南部240m，向北增大到550m以上，此断层南、北方向延伸均与丰涡大断层相交，在区内走向长5km左右，由628、1031、Y268、1813、2200、22-1、斜1、斜2等钻孔和地震12条主测线2条联络线控制，此断层控制程度较高，依据可靠。000逆断层（F102）：在F1断层的东侧，基本位于000向斜的轴部，总体走向为北东1520度，倾向北西，倾角5665度，落差0100m，中部大向两端减小，走向长约3km，略呈弧形展布，224钻孔见及，另外1831和1833钻孔煤层底板标高不连续，此断层主要有地震10、14、16、18、20、21和22线所控制，该逆断层破坏了向斜西翼部分的完整性。F103断层：位于本区西南部F1断层的东侧，为F1的伴生正断层，走向北东15度，倾向南东，倾角7075度，落差030m，向北尖灭于26线附近，向南延伸进入黄集井田，区内走向长约1km，此断层为地震27和30线所控制。F22断层为F21的伴生正断层，位于21线和27线之间，走向长1.5km，略呈弧形，走向北东828度，倾向北西，倾角6472度，落差030m左右，南北分别尖灭于26线和21线附近，由2633、24-3、22-3孔见及，并由22、23、24、25、26五条地震线控制。F101断层，位于F21断层的西侧，为一与F21呈“人”字形下陡上缓的伴生正断层，总体走向北东15度，两端分别在16线北和24线南与F21交汇，走向长2.5km，倾向北西，倾角5072度，落差2080m，此断层除181孔见到地层倾角增大6569度外，另有8条地震测线控制。F28断层，位于本区东侧18线以北，为F21的伴生正断层，总体走向北东20度，倾向北西，倾角6470度。区内走向长约3km，向北区外延伸不明，向南尖灭于16与18线之间，落差050m左右，有107、1034孔见及，地震10、14、16线时间剖面有明显显示，位置可靠。F104断层，位于本区南部东侧，为F21的伴生断层，走向北东228度，倾向北西，倾角5061。区内走向长0.3km，落差2030m左右，向南延伸进入南集井田，向北与F21斜交，控制基本可靠。王庄正断层（F21），为本区东部边界断层，东部与新庄井田毗邻。总体走向北东16度，倾向北西，倾角6271度，落差130340m，区内走向长约6km，南向黄集井延伸，斜交于黄集殷断层，向北延伸情况不明，断层的展布略有弯曲，控制严密，2635和107孔穿过该断层，18-1与苗3孔，1034与105孔，22-3与101孔等二2煤底板标高明显不连续，18-1孔C3灰岩受挤压岩芯较破碎。此外，区内还有落差小于和等于20m并穿过主采煤层的断点31个（其中落差1020m的10个，小于10m的21个），由于仅在部分钻孔和时间剖面上弧立出现，大多错断性质及延伸方向不明，构造平面图未能构组，详见表3-1。表3-1 000扩大区主要断层一览表断层位置走向（）倾向倾角（）落差（m）区内走向长度（km）F西部边界NE16SE60692405505F102F1东侧NE1520NW566501003F103F1东侧NE15SE70750301F222127线之间NE828NW64720301.5F101F21西侧NE15NW507220802.5F2818线以北NE20NW64700503F104南部东侧NE228NW506120300.3F21东部边界NE16NW627113034063.3.2 褶皱（1）000向斜位于F1和F21两条断层构成的地堑之中，为一向北倾伏两翼不对称的向斜，轴面向西倾，向斜南北长约4.1km，总体轴向北东10，略有弯曲，轴部位于刘庄、郭邵庄、吉楼一带，向斜于郭邵庄以北，两翼基本被F1和F102破坏，底部呈宽缓形态，略有起伏，轴的倾伏角26，在吉楼以北达10度以上，东翼倾角915，而向斜中段（郭邵庄和刘庄之间）由于受到强烈的挤压作用形成局部的向斜盆地，轴的倾伏角在此最大约15，向斜西翼倾角一般较大，约30左右，东翼较缓1218，局部为28，而在刘庄以南，向斜轴向转为南东，且在南部区外向南东方向倾伏，形成两翼约13左右的马鞍形向斜构造，区内整个向斜形态，地震测线全有控制，依据可靠。除向斜两翼被F1、F21切割以及F102对轴部和向斜盆处有影响外，尚有F103、F22、F101、F28、F104断层存在，而向斜的主体部分构造比较完整，向斜轴部由于构造力的作用，岩层间距大多明显增厚。（2）000背斜为一宽缓向北倾伏的背斜，位于000的中部，南自区外安徽省的王庄、河南省的000、大魏庄、小魏庄，北端终止于陈大庄，区内延伸长度为5.3km。核部地层为山西组（P1sh），最高处位于1801孔和风井附近，以致二2煤层顶板保留较薄，出现了大面积二2煤层的风化带。西翼保存较完整，地层为山西组（P1sh）和下石盒子组 （P1x），倾角为610局部30；东翼被F1断层破坏，地层为山西组（P1sh），倾角为815,该背斜自北往南分别由12、14、16、18、20、22、24、26、28、30线剖面线严密控制。综上所述，矿井地质构造复杂程度属中等。3.4 煤层、煤质3.4.1 煤层区内含煤地层有太原群、山西组及上、下石盒子组，总厚度为636.48m，共有6个煤组，计含煤34层，其中4层（二2、三22、三23、三24）可采。煤层平均总厚度为11.32m，含煤系数1.78，可采煤层总厚度为6.25m，可采煤层含煤系数0.98。二2煤和三22煤全区可采，三23、煤为大部分可采，三24煤仅局部可采，其它煤层偶见可采点。各煤组含煤情况及主要煤层特征见表3-2。表3-2 主要可采煤层特征表煤层编号见煤情况厚度（m）结构层间距（m）可采情况稳定程度穿见点最小最大见煤点（可采点）平均三241814（6）0.001.270.58局部见一层夹矸上距K528.9112.585.8182.20下距K348.41局部可采较稳定三231818（16）0.552.101.18局部见一层夹矸大部可采较稳定三221919（19）1.114.052.24局部见一层夹矸全区可采稳定二21717（17）0.983.232.18未见夹矸全区可采稳定（1）二2煤层二2煤层为本区主要可采煤层，赋存于山西组中下部，上距砂锅窑砂岩49.10m，至K4标志层54.84m，下距K3（L13灰岩）47.06m。区内共穿过17个点，全部可采。煤层厚度0.983.23m，平均2.18m，煤层稳定，结构简单，煤层直接顶板大部分为厚层砂岩，占47，其余为砂质泥岩及泥岩，泥岩占35，泥岩厚13m，煤层底板大部分为泥岩和少部分砂岩。全区煤层厚度变化不大，据数理统计，煤厚集中于1.512.00m之间，在224242281孔方向有NW向的变薄带，但煤厚均在0.98m以上，煤层在走向及倾向上厚度变化不大，未见厚及特厚煤带。（2）三22煤层三22煤层赋存于三煤组中部，上距K5砂岩45.69m，下距K4高岭石泥岩25.73m。煤层顶板岩性大部为灰黑色泥岩，局部为砂质泥岩，底板岩性为灰黑色泥岩。煤层厚度为1.114.05m，平均厚度2.24m，局部含夹矸一层，厚度为0.070.75m，平均为0.1m，煤层层位稳定，全区可采，结构简单，对比可靠。该煤层在倾向上由东向西有变薄现象，沿走向变化规律不明显，在扩大区东南部22线附近有变薄现象。在24-1孔见4.05m厚煤点。（3）三23煤层三23煤层赋存于三煤组中部，下距三2煤层5.81m，上距三4煤层12.58m，煤层顶板岩性一般为灰黑色泥岩，局部为砂质泥岩，底板为灰黑色泥岩，局部偶见细粒砂岩，煤层厚度0.552.10m，平均为1.18m，局部含夹矸一层，厚度0.250.49m，三23煤区内大部分可采，层位较稳定，结构简单，对比可靠。据数理统计，三23煤厚集中于0.901.20m之间，在走向上由北向南变薄，在倾向上无大的变化，在22-2孔附近及28-1孔以南出现不可采带，不可采面积占扩大区面积的4.5。（4）三24煤层三24煤层赋存于三煤组的中上部，上距K5砂岩28.91m，下距三23煤层12.58m，顶板岩性一般为灰黑色泥岩，局部为砂质泥岩，底板岩性为灰黑色泥岩，砂质泥岩，局部偶见粉砂岩。三24煤层为局部可采层位发育稳定、结构简单、厚度较稳定的薄煤层，据数理统计，煤厚多集中于0.30.6m之间，在26和28线附近出现小面积可采区，仅占扩大区面积的16.7。3.4.2 煤质扩大区各煤层牌号均属三号无烟煤，二2煤以粒状为主，次为块状和粉状，且含大于25mm级块煤占25.07，三煤组的煤以粉状为主，次为粒状及碎块状，偶见块状和鳞片状。（1）灰分由煤岩、煤质资料得知，各煤层灰分在垂向上基本按二2、三22、三24和三23煤顺序依次增高，用1.4比重液洗选后，降灰率可达6070，精煤回收率为20左右，在平面上，各煤层灰分变化标准差（S）为2.75.6，其中二2煤在18线以北和1824线东部以中灰煤为主，其它为低灰煤；三23煤在19线以北及24-1、2631孔一线附近的大面积范围内以富灰煤为主，其它地段以中灰煤为主；三22和三24煤灰分在平面上变化不甚明显。见表3-2。表3-2 各煤层灰分化验结果表煤层灰分Ag（）灰分等级原 煤精 煤三2417.0328.7223.125.348.716.52中富三2318.2735.1025.974.648.866.31中富三2214.7527.0620.865.2610.766.90中二210.2420.6614.313.8510.006.43低中（2）挥发分各煤层挥发分见表3-3。（3）硫分二2煤硫分（SgQ）平均为0.38，三煤组煤层硫份（SgQ）为0.420.48，各煤层硫份分布稳定，均属特低硫煤，硫成分以有机硫为主；硫化铁硫和硫酸盐硫微量，且多呈星点状分布于有机硫中，脱硫困难。（4）有害元素各煤层均属特低磷煤、砷、氯含量较低，符合各种工业用煤的要求，但氟含量较高，平均200PPM左右，应引起用煤单位注意，有害元素测试结果。见表3-4。表3-3 各煤层挥发分结果表煤层二2三22三23三24挥发分V（）7.008.897.637.169.327.977.429.518.007.928.808.32（5）水分各煤层水分（Wf）一般为1左右，其中二2煤全水分（WQ）为2.55.23，故本区煤层属低水分煤。表3-4 有害元素测试结果表煤层磷（）砷（PPM）氟（PPM）氯（PPM）三240.0072.03.42.718010三230.0060.0080.0071.13.62.015032823920三220.0060.0080.0072.04.62.89027721362011二20.0040.0050.00501.40.83040818002011（6）发热量由测试和用经验公式计算得知，本区原煤除三23煤因灰分较高，属中等发热量煤外，其它均属中高发热量煤，见表3-5。表3-5 煤炭发热量测试、计算结果表煤层原煤（卡/克）QgDTQgGWQgDW等级三24635964736186中高三23613462175948中等三22663066786249中高二2727672337042中高3.5 煤层顶、底板情况3.5.1 二2煤层顶板岩性分布情况，据本区16各钻孔统计，老顶直接压煤者有8孔，占50，以单一的中粒砂岩为主，分层厚度3.3921.36m，一般10m左右，硅质胶结，致密坚硬，稳定性好。有伪顶者5孔，占31，直接顶直接与煤层接触者3孔，占19，直接顶厚度一般1.510m，与000冒落高度相近，岩性主要为泥岩，次为粉砂岩，裂隙不发育，稳定性较好。煤层底板除24-3、18-1、14-1孔附近有0.30.5m的泥岩（伪底）和22-3孔附近有3.58m的细砂岩（老底）分布外，其余地段大部分为泥岩和少部分粉砂岩（直接底）底板稳定。煤层顶底板岩性见图3-2。图3-2 二2煤层顶底板岩性柱状图3.5.2 三22煤层顶板岩性情况据本区17个钻孔统计，均系直接顶与煤层接触，其厚度一般为515m，平均13.86m，稳定性较差，但从对其稳定性起主导作用的下位岩层看，2m以内以泥岩为主，次为粉砂岩，仅见于24-3及24-2两孔，分层厚度由0.43.58m，平均1.78m，岩性较稳定，分层厚度较大，尤其是下位第一层厚度大于2m者约占67，是顶板稳定的有利因素，因此，顶板尚较稳定。煤层底板除22-2和28-1孔附近有0.350.40m厚的含炭泥岩（伪底）分布外，其余地段大部分为泥岩（直接底），由煤层往下第一分层厚度为0.553.14m，一般12m，岩性均一，分层厚度较大，底板稳定。4 水文地质条件4.1 水文地质边界条件特征据永城矿区地质图，南部边界附近下伏基岩隆起，形成局部近东西向延伸的地下分水岭，基岩面由分水岭向北倾斜，地下水富水性、水质及运动条件，则随之由好逐渐变差。扩大区东、西两侧分别以F21和F1断层为界，落差较大（F1落差240550m，F21落差130340m）。破坏了层状含水层的连续性，导致边界水文地质条件复杂化，其复杂程度取决于断层的导水性及断层两侧对接岩层的富水性。F1和F21断层两侧岩层的对接情况复杂，断层带的岩性差异性大，所以断层各部位的导水性必然强弱不均，据统计，1828线之间，边界断层两侧岩性对接如下几种形式：A型：断层落差大，区内的弱含水层与区外的强含水层接触广泛，补给条件好，断层的含、导水性好。分布地段是：F1断层的1820线之间及24线附近；F21断层的24线附近。B型：断层落差较大，区内的弱含水层与区外的强含水层接触较广泛，补给条件较好，断层的含、导水性也较好，分布地段是：F1断层的1828线之间。C型：断层落差较小，区内的弱含水层与区外的强含水层接触不广泛，补给条件及断层的含、导水性较差，分布地段是：F1断层的628线之间及22线附近 。总之，F1断层的水文地质条件差异性较大，F1断层较小，F21断层两侧强、弱含水层接触较广泛，对区内地下水的补给条件较好。4.2 含水层与隔水层4.2.1 含水层（1）新生界松散层孔隙含水层系由第三、四系冲、湖积砂、砂砾石及粘土、砂质粘土、粘土质砂等交互沉积形成的多层含水层。沉积厚度105260m，自东向西、自南向北由薄逐渐变厚。自上而下分为四个含水层，各含水层之间均有稳定的粘性土相隔，其中、含水层富水性强。水质自上而下由好逐渐变差。见表4-1。表4-1 新生界松散层孔隙含水层 含水层 特征含水层编号含水层埋深（m）岩性层数层厚（m）水位埋深（m）单位涌水量（升sm）矿化度（g/L）水化学类型20粉细砂132417.450.504.00.13576.7130.201.571HCO3- NaMg2060粉细砂细砂232.4726.132.00.6711.2681.958HCO3 SO4-Na60140细中砂58平均30.781.673.050.007981.4951.471SO4 HCO3-Na140以下细中砂砂卵石255.5731.5210.0390.1411.683.22SO4-Na（2）三22煤层顶板砂岩裂隙承压含水层（V）煤层顶板往上60m内，由砂质泥岩、泥岩、粉砂岩、砂岩及薄煤层组成。隔水层一般2030层，厚4555m。含水层一般2-6层，厚520m，自22勘探线向北、向南逐渐变厚，1833、24-3孔附近最厚。岩性以细粒砂岩为主，岩芯完整，裂隙不发育。据20-1孔，见四层中，细粒砂岩，厚20.67m，岩芯多呈长柱状（20cm），柱状（1020cm），次为块状（510cm）。仅见4条裂隙，裂隙宽35mm，均被方解石脉充填。抽水单位涌水量0.0065L/sm，渗透系数0.0321m/d，水位标高9.91m。水化学类型为HCO3-Na型，矿化度1.75g/L。此抽水资料说明含水层微弱，透水性差，补给源不足。（3）二2煤层顶板砂岩裂隙承压含水层（）煤层顶板往上60m内，由砂质泥岩、泥岩、粉砂岩及砂岩组成。隔水层一般1020层，厚3050m。含水层一般58层，厚1030m，自22勘探线向北、向南由薄逐渐变厚，14-1、24-1孔附近最厚（见二2煤矿床水文地质图）。含水层岩性为中、细粒砂岩，粗粒砂岩次之，裂隙不发育，弱含水。钻孔冲洗液消耗量一般小于0.1m3 /h。邻区新庄403孔单位涌水量0.04268L/sm，渗透系数0.371m/d，水位标高28.02m。水化学类型一般为SO4-Na型，矿化度1.1983.874g/L。（4）太原组灰岩岩溶裂隙承压含水组太原组由灰岩、泥岩、砂质泥岩及砂岩组成，总厚度121.34m（18-1孔）。本区有13个孔揭露，其中穿过者2孔：18-1孔见灰岩16层，累厚44.41m；2633孔见灰岩12层，累厚32.80m，单层厚度变化大，从0.206.45m，无钻孔漏水。灰岩化学成分以CaO为主，含量一般50%左右，为易溶性灰岩。上段灰岩从L13、L6（含水层），厚15.6023.10m，其中L9、L8、L7三层较厚且稳定，以密度的网状裂隙为主，垂直裂隙次之。据统计平均21条/m，裂隙一般宽1cm（大者3cm，小者1mm），均被方解石脉充填，无溶蚀现象，钻孔揭露该层（段）亦不漏水，邻区抽水资料明显地反映了灰岩富水性大小不均，如新庄井田309孔共揭露4层灰岩。由上而下第2层（孔深212.43m）开始漏水，岩溶裂隙发育，富水性强，抽水尽机械最大能力才降深2.32m，单位涌水量3.69L/sm；而本孔北1480m的308孔亦见4层灰岩，裂隙少见，无溶蚀现象（K3灰岩埋深、455.42m），抽水降深84.53m，单位涌水量0.000461L/sm。下段灰岩从L5-L1（含水层），厚17.2021.31m，其中L3、L2两层较厚且稳定，垂直裂隙较发育，多被方解石脉充填。据茴村勘探区资料：单位涌水量1.216 L/sm，渗透系数4.73m/d，水位标高30m。太原组顶部K3灰岩与二2 煤层间的岩性为泥岩，砂质泥岩、粉砂岩和粗粒砂岩，其中泥岩层和粉砂岩约占31100%，平均71%；距离44.4157.96m，平均52.29m，分布与变化情况是：22勘探线以北，间距自东向西由45m渐变为55m；以南自东向西由近60m渐变为52.50m，比北部偏大，但是，局部地段因受断层影响，间距变小，如24-3及2633及1831孔附近为10.1226.60m。是矿床充水的主要因素。邻区太原群二段灰岩（含）抽水情况表4-2。关于太原组灰岩的富水性，相对来说比邻区差。其原因与含水层埋藏较深，岩石所受环境围压大，岩溶裂隙不发育有关。（5）奥陶系碳酸盐岩岩溶承压含水岩组奥陶系灰岩层厚、质纯，岩溶裂隙发育，富水性强，但不均一。钻孔揭露其甚少，且揭露厚度小，仅据茴村勘探区803孔资料，揭露灰岩113.35m，上部42m岩溶裂隙发育，单位涌水量0.633L/sm，渗透系数1.77m/d，水位标高30.28m。水化学类型为SO4-NaCa，矿化度3.5g/L。表4-2 邻区太原组二段灰岩（含）抽水情况表孔号含水层编号抽水质量单位涌水量（L/sm）渗透系数（m/d）水位标高（m）矿化度（g/L）水化学类型2202主合格0.0006850.0051831.0924.096HCO3-NaY217-1不合格0.00590.019529.31主检不合格0.9672.7230.782.10SO4-Na、Mg301、合格1.0732.2528.934.014SO4-Ca、Na308合格0.0004610.001487埋深20.412.37SO4-Na309合格3.699.064埋深19.523.66SO4-Ca、Na4.2.2 隔水层（1）新生界孔隙水含水组间隔水层、含水组间隔水层为粘土及砂质粘土，隔水层主要赋存于第四系中部含水段之上部，厚度几米到十几米，正常情况下，可以隔断含与含间的水力联系，但在隔水层变薄或相变处，二者间会产生较弱的水力联系。含与含间隔水层主要为粘土，在含水段的顶部发育有23层粘土、砂质粘土、粘土组合的稳定隔水层，正常情况下它切断了、含间的水力联系。新近系底部粘土、砂质粘土隔水层，主要为致密、细腻的湖积粘土，平均厚约17m，隔水性能良好，夹间12层细粉砂薄层透镜体，不影响其隔水作用。正常情况下它完全隔断了上覆孔隙水与下伏砂岩裂隙水间的水力联系，但在隔水层较薄或尖灭处，上下层地下水间会发生一定水力联系。（2）二叠系砂岩裂隙水各含水组间隔水层K6与K5砂岩裂隙含水组间的隔水层（段）厚逾百米，尤其四1四3煤层间近80m段内全部为泥岩、砂质泥岩地层组合，间夹23层薄层细砂岩，隔水效果良好。含与含间的隔水层有二段，上段为三1三4煤间厚约30m的泥