礦井工作面水情水害分析報告

1、山西陽煤集團碾溝煤業(yè)有限公司2104工作面水情水害分析報告地測防治水中心2016年10月9日1.概況根據煤礦安全規(guī)程、煤礦防治水規(guī)定的相關要求，結合集團公司和天譽公司防治水工作，碾溝煤業(yè)有限公司對2104工作面水情水害進行分析。1.1.交通及位置山西陽煤集團碾溝煤業(yè)有限公司位于清徐縣清源鎮(zhèn)后窯村、碾底村、西溝村一帶，行政隸屬于清徐縣清源鎮(zhèn)管轄。其地理坐標為：東經112°1506112°1957，北緯37°384337°4048。井田位于清徐縣清源鎮(zhèn)正西方向。307國道、大運（太祁段）高速公路、太原至離石高速公路從井田外東部4.5km處經過，礦區(qū)有清徐至古

2、交公路通過，礦區(qū)距307國道約6.5km，距清徐縣城約5km，交通較為便利。見圖1-1。圖1-1 交通位置圖1.2.工作面概況 2104工作面位于碾溝煤礦2#煤層一采區(qū)。走向長度475m，傾斜長度150m，面積71250。地面標高11291190m，工作面標高958978m。地表窯兒溝位于該工作面東北部，中部有火藥庫，地表基巖裸露、溝谷縱橫、構造侵蝕，北部為砂土林地，局部可見黃土覆蓋，種植有葡萄樹。該工作面南部為大巷預留保護煤柱及采空區(qū)，東部為2103工作面（未掘），北部為碾底煤礦。2.地質構造2.1.井田區(qū)域構造碾溝礦區(qū)位于太原西山煤田東部，區(qū)域上出露地層有奧陶系中統(tǒng)峰峰組與馬家溝組，石炭系

3、中統(tǒng)本溪組、上統(tǒng)太原組，二疊系下統(tǒng)山西組、下石盒子組，二疊系上統(tǒng)上石盒子組、石千峰組，三疊系下統(tǒng)劉家溝組和第四系中上更新統(tǒng)。石炭系上統(tǒng)太原組和二疊系下統(tǒng)山西組為本區(qū)含煤巖系。礦區(qū)在大致走向北東，傾向北西的單斜上發(fā)育著系列平緩褶曲，以及北東和北東東向的正斷層。本礦區(qū)揭露及地表出露的地層有奧陶系中統(tǒng)峰峰組、石炭系中統(tǒng)本溪組、石炭系上統(tǒng)太原組、二疊系下統(tǒng)山西組、二疊系下統(tǒng)下石盒子組、二疊系上統(tǒng)上石盒子組、新生界第四系中、上更新統(tǒng)。井田構造形態(tài)受區(qū)域性構造碾底斷層、碾底向斜、碾底背斜、黃嶺斷層的影響，井田構造形態(tài)總體為走向NE，傾向NW的單斜，同時伴生有次一級褶曲，地層傾角5°12°

4、;，井田陷落柱較為發(fā)育。2.2.工作面地質構造（1）工作面揭露斷層3個和3個陷落柱，揭露構造對2104工作面對回采有一定影響，本采區(qū)斷層斷距較大和陷落柱較發(fā)育。（2）2104工作面整體呈單斜構造，工作面巷口低切巷高，局部范圍存在褶皺構造。3.煤層3.1.可采煤層井田內可采煤層為03號、2號、4號、5號、6號、8號、9號煤層。3.2.主要可采煤層（1）03#煤層位于山西組中上部，為本區(qū)的主要可采煤層之一。上距K4砂巖11.0015.20m，平均12.00m。煤厚0.001.76m，平均0.93m，屬薄煤層，結構簡單，含01層夾石，為大部可采的較穩(wěn)定煤層。根據清交勘探區(qū)詳查報告，本煤層已被采空或破

5、壞，無利用價值。（2）2#煤層位于山西組中部，為本區(qū)的主要可采煤層之一。俗稱“大窯煤”，上距03號煤層7.0010.80m，平均9.00m。煤厚0.853.40m，平均2.38m，屬中厚煤層，結構簡單，含01層夾石。為全井田可采的穩(wěn)定煤層，頂板為砂質泥巖，底板為細砂巖。由于長期的開采，古空區(qū)范圍較大。（3）4#煤層位于山西組中部，俗稱“二夾煤”，上距2號煤層11.0023.00m，平均18.20m。煤厚0.692.97m，平均1.63m，屬中厚煤層，結構簡單，含02層夾石。為大部可采的穩(wěn)定煤層，頂板為砂質泥巖或細砂巖，底板為泥巖或砂質泥巖。（4）5#煤層位于山西組中下部，上距4號煤層4.971

6、0.23m，平均7.62m。煤厚0.402.50m，平均1.54m，屬中厚煤層，結構簡單，含01層夾石。為井田內大部可采的穩(wěn)定煤層，頂板為砂質泥巖或細砂巖，底板為泥巖或砂質泥巖。（5）6#煤層位于太原組上部。上距L5灰?guī)r1.203.20m，平均1.91m。煤厚0.282.28m，平均1.57m，屬中厚煤層，結構復雜，含0-3層夾矸，為井田內大部可采的穩(wěn)定煤層。頂板為泥巖或砂質泥巖。底板為砂質泥巖或粉砂巖。（6）8（8+9）#煤層位于太原組中下部，為本區(qū)的主要可采煤層之一。俗稱“中帶”，上距6號煤層32.2045.90m，平均36.37m。煤厚1.406.20m，平均3.64m，屬厚煤層，結構復

7、雜，含04層夾石，為井田內可采的穩(wěn)定煤層，頂板為炭質泥巖、粉砂巖，底板為泥巖或砂質泥巖。（7）9#煤層9號煤層：位于太原組下部，為井田的又一可采煤層。俗稱“四尺”，上距8號煤層010.90m，平均5.87m。煤厚0.976.81m，平均2.99m，屬中厚煤層，結構簡單，含01層夾石。為井田內可采的穩(wěn)定煤層，頂板為泥巖，底板為砂質泥巖。3.3工作面煤層1、本工作面煤層總體為一單斜構造，工作面整體比較平穩(wěn)開闊。煤層傾角最大8°，最小2°，平均傾角5°。本工作面在掘進過程中揭露斷層5個，揭露構造對2104工作面對回采有一定影響，本采區(qū)小斷距斷層和小型陷落柱較發(fā)育。2、2

8、104綜采工作面上距03號煤層7.0010.80m，平均9.00m。煤厚0.853.40m，平均2.38m，屬中厚煤層，結構簡單，含01層夾石。為全井田可采的穩(wěn)定煤層，頂板為砂質泥巖，底板為細砂巖。由于長期的開采，2號煤層古空區(qū)范圍較大，本煤層西部已被采空。4.礦井水文地質4.1區(qū)域水文地質4.1.1.巖溶地下水系統(tǒng)及邊界條件水文地質單元系統(tǒng)清交礦區(qū)所屬水文地質單元為晉祠泉域。晉祠巖溶水系統(tǒng)位于山西省中部，呂梁山東麓，太原市西側，東南臨太原一晉中盆地，跨太原南北郊區(qū)、婁煩、清徐、交城和古交等縣市，區(qū)內包含有西山煤田下屬的各個礦區(qū)。西山巖溶水系統(tǒng)南北長約80km，東西寬約65km。晉祠泉出露于交

9、城清徐大斷裂北端，巖溶水系統(tǒng)地貌形態(tài)較為復雜，地表溝壑縱橫，山巒起伏，地形切割劇烈。巖溶水系統(tǒng)地貌的類型主要為構造切割地貌和流水堆積地貌。本區(qū)分水嶺東西部的石炭一二疊系砂巖區(qū)及部分二疊系砂巖區(qū)都是剝蝕為主的中低山區(qū)，地貌特征為大部分山體基巖裸露，切割劇烈，山頭及山梁殘留少量黃土與紅土，清交丘陵區(qū)黃土殘留較厚，最厚達150m。區(qū)內為流水堆積地貌，有洪積扇、山間谷地等。晉祠泉域由難老泉、圣母泉、善利泉組成，上世紀50年代，泉口若懸河出露標高為802.59805m，該泉最大流量為2.06m3/s（1957年），最小流量1.81m3/s(1954年)。自上世紀60年代，特別是80年代以來，泉水流量年減

10、少，至1994年4月30日斷流。邊界條件系統(tǒng)的四周邊界為：北部邊界：古交市與靜樂縣的行政分界線。東部邊界：沿柳林河與獅子河的分水嶺向南至王封村，折向三給村，沿汾河至汾河二壩。南部邊界：從汾河二壩經清徐縣西高白沿古交市與交城縣的行政分界線至郭家梁村。西部邊界：沿婁煩縣、古交市、靜樂縣的交界處往南經牛頭山、羅家曲村、白家灘村、康莊村至郭家梁村。綜上所述，泉域面積2049.6km2，其中裸露可溶巖面積436km2，包括后山徑流補給區(qū)、前山徑流排泄區(qū)及沖積平原區(qū)。山丘區(qū)面積1791km2，平原區(qū)面積259km2。主要為太原市的古交市、清徐縣、原南郊區(qū)所轄范圍，見圖4-1。圖4-1晉祠泉巖溶地下水系統(tǒng)略

11、圖補給、徑流和排泄特征補給區(qū)西山巖溶水系統(tǒng)的補給主要來自兩大部分，一部分來自汾河北部大面積的灰?guī)r裸露區(qū)和西部邊界條帶狀灰?guī)r裸露區(qū)，另一部分來自河流滲漏，河流滲漏又分為汾河主河道常年滲漏補給和季節(jié)性河流的滲漏補給。另外區(qū)內存在的“構造天窗”以及風化嚴重、裂隙發(fā)育的巖層區(qū)域也能夠進行補給，但補給量相對上述兩大部分而言占補給總量比重較少。北部灰?guī)r裸露區(qū)的補給入滲率比較大，接受大氣降水的能力較強，根據趙永貴的資料，主要含水巖組裸露區(qū)，其裂隙、斷裂密集及巖溶發(fā)育，實際入滲率大于0.37；碳酸鹽巖裸露，其裂隙較發(fā)育，實際入滲率在0.30.37之間；灰?guī)r上覆黃土或其它隔水巖組，入滲率小于0.30。汾河段滲漏

12、區(qū)，汾河流經太原西山段在鎮(zhèn)城底以上和六家河以下切割含水層，為汾河對西山巖溶水系統(tǒng)補給段。根據資料不同水文年的汾河滲漏總量分別為:豐水年汾河滲漏總量9.58m3/s，偏豐水年6.69m3/s，平水年1.84m3/s偏枯水年0.26m3/s枯水年0.13m3/s。徑流區(qū)西山巖溶水系統(tǒng)徑流區(qū)北起鎮(zhèn)城底、古交和東曲一帶，南到西山山前。區(qū)域構造相對簡單，西半部為深大的馬蘭向斜，在向斜軸部地帶，奧陶系巖層頂板埋深由北向南可達5001500m，沿向斜軸向南延伸在向斜軸中南部東西兩側較大范圍內，根據水溫、同位素等方法測定為相對滯流帶或滯流帶。排泄區(qū)西山巖溶水系統(tǒng)排泄區(qū)主要是西山山前張扭性斷裂帶，其次是河床溢出

13、帶。西山山前斷裂帶延伸長，寬度大，裂隙巖溶發(fā)育，是西山巖溶水系統(tǒng)的主要排泄帶，晉祠泉，平泉等只是巖溶水排泄相對集中的一個排泄點。從三給到覃村60km左右的邊山斷裂帶上，當西側的奧陶紀灰?guī)r含水層和盆地一側的新生界接觸時提供有利的側排條件，為一級排泄邊界;當斷裂西側的灰?guī)r和新生界接觸厚度較小，或者為間接接觸，側排條件較差，為二級邊界。不難發(fā)現上蘭村至西銘段、晉祠段、清徐至交城段奧陶系灰?guī)r能夠直接與盆地松散沉積物直接接觸，應該屬于一級排泄邊界，雖然上蘭村以南土堂斷裂處灰?guī)r與盆地松散沉積物直接接觸，但其屬于蘭村泉域，故將土堂斷裂劃分為二級邊界。為粗略估計西山巖溶水在邊山帶的潛流側排量，用達西定律進行計

14、算，假定條件較好的排泄帶垂向上的寬度約300m，沿邊山延伸50km，取滲透系數7m/d，水力梯度3，其潛流量為3.6m3/s ，流量分配為西銘段占30%，晉祠段40%，清徐段30%；另外在西山汾河中，下槐一蘭村地段汾河切割灰?guī)r，在河床有多處巖溶水溢出，該段溢出量可達0.81.0m3/s。圖3-3為晉祠泉域水文地質剖面圖，顯示了晉祠泉的徑流方式，地下水所賦存的地質體以及排泄方式。圖3-3晉祠泉域水文地質剖面圖4.1.2.含水層含水層組是以地下水、含水介質及其賦存特征和水動力條件來劃分。碳酸鹽巖類巖溶裂隙含水層組該含水層組廣泛出露于區(qū)域北部，沿邊山斷裂帶、晉祠一帶，以及南部的交城覃村有小面積出露，

15、厚度440550m，劃分為下馬家溝組（O2x）、上馬家溝組（O2s）和峰峰組（O2f）。本含水層組與區(qū)域水文地質聯(lián)系最為密切，主要是上馬家溝組和峰峰組。奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組厚250m左右，以石灰?guī)r為主，次為泥灰?guī)r、角礫狀泥灰?guī)r及白云質灰?guī)r，間夾石膏層。峰峰組厚130m左右，上部為厚層石灰?guī)r，中下部夾泥灰?guī)r，角礫狀泥灰?guī)r及石膏層。本含水層組含水性好，沿邊山斷裂帶分布有東部的晉祠泉，泉口標高803.7-806.53m。往西南為清徐平泉自流井群，水位標高797.01-801.26m，初始總流量曾達1.037m3/s。再往西南為交城覃村井群，水位標高784m左右，單井日出水量可達3000m3/h ,

16、富水帶和巖溶發(fā)育帶為邊山斷裂和東北部淺埋藏區(qū)。分布于邊山斷裂帶附近的水文鉆孔抽水資料均表明，斷裂帶附近含水層富水性強，水位標高780m-810m，奧灰水流向沿斷裂帶由東北往西南。距邊山6km多的碾底村J5號水文孔，峰峰組與上馬家溝組混合水位標高919.24m。遠離斷裂帶的S17、S31、J4、J5、615等水文孔奧灰標高900m-920m，單位涌水量0.00017-0.061L/s.m，可知遠離斷裂帶的奧灰?guī)r溶不發(fā)育，區(qū)域奧灰水位由北向南。據鉆孔抽水試驗，單位涌水量0.00014-69.471/s.m，滲透系數3.28-49.04m/d，礦化度0.218-2.292g/l，PH值7.3-8.2

17、。水質類型為HCO3-·SO42-Ca2+·Mg2+型。據1972年太原市地熱水普查資料，清徐上固驛東馬嶺一帶峰峰組水溫20.525，屬溫水；覃村17.1919.5，屬冷水區(qū)域。砂巖類裂隙含水層組石炭系上統(tǒng)太原組砂巖類夾碳酸鹽巖類裂隙巖溶含水層組本含水層組由L1、L2、L4、L5四層石灰?guī)r組成，含灰?guī)r層段厚3040m?；?guī)r中以K2最厚，質純，是本含水層組的最主要含水層；L1多為泥灰?guī)r，L4為石灰?guī)r，L5多為泥灰?guī)r。同奧陶系一樣，本含水層的巖溶發(fā)育帶和強富水帶，也是沿邊山斷裂帶展布，其范圍基本同于奧陶系。位于邊山斷裂帶的鉆孔，自東向西南如404孔、357孔、627孔，巖溶發(fā)育

18、，單位涌水量1.3-11.18L/s.m，滲透系數18.15-86.57m/d。而離邊山斷裂帶500m的541號孔，單位涌水量明顯減少，為0.0492L/s.m，滲透系數0.71m/d。再離斷裂帶遠一些的鉆孔，單位涌水量為0.00029-0.0248L/s.m，滲透系數0.0023-0.208m/d。在平原至西梁泉嶺一帶形成自流。本含水層組水流方向在邊山強富水帶中基本是自東北向西南，標高798.60-789.40m，坡度平緩，平均每平方公里增加25mg/l，總硬度為24.44-46.76德國度，水質類型為SO42-· HCO3-Ca2+·Na+型。二疊系下統(tǒng)山西組砂巖裂隙含

19、水層組本含水層組砂巖巖性一般為含礫中、粗砂巖，據541號鉆孔資料，單位涌水量0.0051L/s.m，滲透系數0.04m/d，礦化度0.579g/l，總硬度17.55德國度，水質類型為HCO3-·SO42-Na+·Ca2+型。二疊系下統(tǒng)下石盒子組、上統(tǒng)上石盒子組砂巖裂隙含水層組本含水層有多層砂巖，出露面積較大，絕大部分處于當地侵蝕基準面以上，故只形成透水層，在風化殼裂隙帶，鉆孔沖洗液經此層大量漏失；埋藏于侵蝕基準面以下的部分在淺部可形成風化帶潛水，在深部為承壓水。其富水性取決于構造條件，一般本組富水性弱，僅在邊山斷裂帶有所增強。在白石溝邊山大斷層下盤的下石盒子組地層底部有泉出

20、露，流量30L/s左右。另外西梁泉附近分布有十余條垂直一邊山的坎兒井，開采斷裂帶內的本含水層組的水，每條出水量10-20L/s，遠離邊山富水性變弱。下石盒子組單位涌水量約0.000245-0.00176L/s.m，滲透系數0.00793m/d。松散巖類孔隙含水層組上第三系上新統(tǒng)孔隙含水層組含水層主要為其底部的半膠結狀礫石層，厚度不穩(wěn)定，溝谷中多見有小泉水出露，泉流量一般為0.001-0.1L/s，富水性弱。第四系中上更新及全新統(tǒng)孔隙含水層組區(qū)內零星分布，可作為含水層的為大溝中的窄條帶沖積物及邊山洪積扇屬，巖性為砂、卵、礫石及表層覆蓋土層，厚度變化大，一般在靠近邊山斷裂帶附近為10-30m，而山

21、區(qū)河谷沖積層一般小于10m，含水潛水。位于磁窯溝口的SK6孔，單位涌水量0.677L/s.m，滲透系數3.62m/d，分布于邊山洪積扇群的淺井日出水量一般500-1000m3。4.1.3.地下水的補給、徑流、排泄條件碳酸鹽巖類巖溶裂隙水區(qū)域奧陶系巖溶水屬晉祠泉域，奧陶灰?guī)r在出露區(qū)接受大氣降水和河流水補給后，從西北向東南的邊山斷裂帶匯集、排泄。礦區(qū)內有人工開采奧陶系巖溶水，近年來隨著用水量的增多開采量加大。碎屑巖類裂隙水主要在裸露區(qū)接受大氣降水和河流（包括季節(jié)性河流）水的補給，其淺層水受地形和地層產狀控制，大部分以侵蝕下降泉的形式排出地表，其特點是徑流途徑短，無統(tǒng)一水位。深部承壓水主要受地質構造

22、控制，裸露區(qū)接受補給后沿巖層傾向形成徑流，達到一定深度后，地下不徑流變緩，甚至停滯。各含水層間水力聯(lián)系較弱，主要排泄途徑是生產礦井的礦坑排水。松散巖類孔隙水松散巖類孔隙水主要接受大氣降水補給，全新統(tǒng)含水層以接受河流水補給為主，徑流途徑較短，一般在溝谷中形成小泉水，與地表水關系密切，互為補排關系。另外，人工開采也是其主要排泄途徑之一。4.1.4.隔水層奧陶系的隔水層上馬家溝組下段及峰峰組下段以角礫狀泥灰?guī)r石膏為主的膏鹽帶，為相對隔水層。其上、下含水層間，尤其峰峰組上段與上馬家溝組上段含水層間，隔水性能良好，本地區(qū)多數情況下峰峰組水位高于上馬家溝組水位。峰峰組與9號煤間隔水層峰峰組與9號煤間隔有6

23、0-90m的粘土巖、泥巖、砂質泥巖及砂巖等，基本不含水，為較為可靠的隔水層。山西組、石盒子組各砂巖之間以及和太原組之間隔水層山西組、石盒子組各砂巖之間以及太原組之間都存在泥質巖類隔水層，正常情況下互不聯(lián)通，水位不一。其層位越高水位亦高，反之水位亦低。隔水層的隔水條件上述各隔水層，在正常情況下都能起到相對隔水作用，使上、下含水層互不串通。但較大的斷層破碎帶以及煤層采動裂隙帶，可不同程度地破壞隔水層的隔水性能，使上、下含水層串通，還可為地表水補給地下水創(chuàng)造有利條件。4.1.5.井田在巖溶水系統(tǒng)所處的位置所處位置的地質意義清徐處于位于晉祠泉群南部，碾溝井田位于其東部。南部東西向構造:在產生喬家山隆起

24、的同時，南部出現了輕微的交城隆起，限制了馬蘭向斜的南延。于云夢山以東產生近東西向的方山口市兒口向斜，與馬蘭向斜軸線成“丁”字形。軸部為石盒子組，兩翼傾角5-8度，云夢山西南的沙坡向斜亦呈近東西向展布。區(qū)域中南部主要為一套二疊系陸相碎屑沉積，構成廣泛的層間孔隙水分布；北部及西北部在面積出露的碳酸鹽巖，又為巖溶水的發(fā)育奠定了基礎；而一系列褶皺帶構成的新生代盆地，由于地表堆積了厚度不等的松散沉積物，以為孔隙水的分布創(chuàng)造了條件。所處位置控水構造碾溝煤業(yè)處于碾底斷層以東，井田構造形態(tài)受區(qū)域性構造碾底斷層、碾底向斜、碾底背斜、黃嶺斷層的影響，其地層總體走向與區(qū)域構造線方向基本一致，即北東向，在此基礎上發(fā)育

25、有垂直于區(qū)域構造方向的次一級褶曲構造，井田內褶曲構造不甚發(fā)育，僅發(fā)育次級褶曲及更次一級的波狀起伏。對地下水的徑流起控制作用，形成順地層流向時徑流較強，逆地層流向時基本處于滯留狀態(tài)。S1背斜，以NW向貫穿井田西南部，兩翼傾角基本對稱，為9°左右，已被井下采掘工程所控制。S2向斜，位于井田東北部，軸向NW，與S1背斜呈現平行展布，兩翼傾角基本對稱，為7°左右，已被井下采掘工程所控制。S3向斜：位于井田東部，為澗溝向斜和后窯背斜的西部末端，軸向北東，兩翼傾角5°左右，沿NE75°方向向北東井入南峪井田。4.2.礦井充水條件4.2.1.充水水源本井田生產范圍目前

26、位于井田的東部，將來將延伸至井田西部煤層深埋區(qū)，根據礦井水文地質條件及開采工藝，本井田可采煤層直接充水水源為頂板山西組砂巖裂隙含水層水、太原組巖溶裂隙含水層水、底板奧灰?guī)r溶裂隙含水層水、采空區(qū)積水，間接充水水源為二疊系上、下石盒組砂巖裂隙含水層水、第四系砂、礫孔隙含水層、大氣降水和地表水?，F自上而下分述如下：大氣降水及地表水由于井田內各地層出露特點，大氣降水是井田內含水層的重要補給來源，可通過受其補給的含水層間接進入礦井，增加礦井涌水量。井田內煤層埋深較淺，頂板以上巖層風化裂隙發(fā)育，礦井涌水量與降水量關系密切，且礦井涌水量具有明顯的季節(jié)性，礦井涌水量隨季節(jié)發(fā)生周期性變化，與大氣降雨具有季節(jié)性變

27、化的特點一致，涌水量高峰時間略滯后于降雨量高峰時間。目前井田生產范圍進入西南部深埋區(qū)，大氣降水主要以增加淺部采空區(qū)積水及補給地下含水層的方式間接增加礦井涌水量。井田內平均降水量為250-500mm，由于地形坡度較陡，植被不發(fā)育，地形有利于自然排水，入滲補給地下水條件差，只在基巖露頭的溝谷中有少量的入滲。區(qū)內地表水屬汾河水系，井田內沒有常年性河流，較大溝谷均為季節(jié)性水流，平時斷續(xù)有水或干涸，雨季流量增加，地表水對含水層的補給有限。頂板含水層水第四系砂、礫孔隙含水層：井田內第四系分布零散，其中可視作含水層的為較大溝谷中窄條帶沖積物，厚度小于10m，含潛水。根據清徐詳查勘探時抽水試驗結果，單位涌水量

28、0.632L/sm，滲透系數3.58m/d，富水性中等。二疊系上、下石盒子組砂巖裂隙含水層：本組含水層一般由數層中粗粒砂巖組成，其間多隔以泥巖、砂質泥巖等，出露面積廣大，但相當大一部分處于當地侵蝕基準面以上，形成透水層。據清徐詳查勘探時抽水試驗結果，單位涌水量為0.0002170.00134L/sm，滲透系數0.00785m/d，水量較小，富水性弱。二疊系下統(tǒng)山西組砂巖裂隙含水層：本組主要含水層為中粗粒砂巖，據清徐詳查勘探抽水試驗結果，單位涌水量0.0042L/sm，滲透系數0.032m/d，據N-1號水文孔山西組抽水資料，單位涌水量0.0053 L/sm，滲透系數0.0270m/d，富水性較

29、差。石炭系上統(tǒng)太原組砂巖、灰?guī)r巖溶裂隙含水層：為井田內主要含水層之一。由L1、K2、L4、L5四層石灰?guī)r組成。據N-1號鉆孔太原組抽水資料，單位涌水量0.0054L/sm，滲透系數0.0285m/d，富水性弱?？傮w而言，井田內的各含水層富水性弱-中等，可增加礦井涌水量，但對礦井威脅程度低，但不排除存在局部強富水區(qū)域的可能，在強富水塊段可對礦井生產安全造成威脅，尤其在巖溶陷落柱發(fā)育塊段，需預防頂板潰水。底板承壓含水層水本井田煤層底板承壓含水層水為奧灰?guī)r溶裂隙含水層水，其主要富水層段為峰峰組二段、上馬家溝組二段、下馬家溝組二段。根據井田內及周邊水文孔資料，奧灰富水性不均，差異較大。井田內4號及以下

30、煤層各煤層均存在帶壓開采區(qū)，在斷裂構造、巖溶陷落柱發(fā)育塊段及存在奧灰原始導升塊段，具有底板奧灰水涌水可能。該含水層水為礦井潛在的直接充水水源。采空區(qū)積水本區(qū)煤炭開采歷史悠久，開采強度大，古窯和小窯采空區(qū)都不同程度的留有一定量的積水，周邊小窯技術力量較為薄弱，加上采掘圖紙不全，以致于積水面積，積水量無法計算，能夠保存下來和能利用的地質及水文地質資料可靠性低，對礦井的安全生產有一定的威脅。因此，本礦井為充水性弱的礦井，其主要水患為采空區(qū)積水。隨著今后采煤工藝的提高，采空范圍的增大，將會出現地層塌陷、地面出現裂縫，從而溝通地面水、各含水層和井下的通道，而使礦井涌水有所增加。開采下部煤層時，上部煤層古

31、空區(qū)積水對其開采有較大的影響，應注意水害的防治。陽煤集團碾溝煤業(yè)有限公司是由原清徐縣平口煤礦,西溝煤礦、碾溝煤礦及洛池渠煤礦進行整合而成，設計生產能力為120萬噸/年。2010年3月至4月，按照山西省煤炭工業(yè)廳晉煤規(guī)發(fā)2010177號文件要求，山西陽煤集團碾溝煤業(yè)有限公司與山西省煤炭地質148勘查院對該礦井下采（古）空區(qū)積水、積氣及火區(qū)等情況進行了聯(lián)合調查，調查情況如下：本井田內采（古）空區(qū)的確定I2號煤層已大部分采空，采空范圍大部分是由陽泉新宇巖土工程有限責任公司地測隊井下實測確定，其余是由礦方原井下人員根據回憶或原地質報告內引用的采掘圖推斷確定。II4、5、6、8、9號煤層在井田中東部存在

32、古空區(qū)，古空區(qū)范圍根據原清交詳查報告確定。III平口煤礦開采8（8+9）號煤層，在井田東部存在新采空區(qū)，新采空區(qū)范圍由煤礦實測確定。IV根據對周邊生產礦井的調查，在井田邊界附近存在2號及8號煤層的采（古）空區(qū)。本井田內采（古）空區(qū)積水的確定I井田內2、4、5號煤層的直接充水含水層是山西組砂巖裂隙含水層，間接充水含水層為下石盒子組砂巖裂隙含水層，太原組巖溶裂隙含水巖浮層和奧陶系中統(tǒng)灰?guī)r巖溶含水層，6、8（8+9）、9#煤層有直接充水含水層為太原組灰?guī)r裂隙含水層，間接充水層為其頂、底板都會慢慢滲透，形成一定范圍的積水，這是該礦采（古）空積水的主要來源。II根據礦方提供的資料，原平口煤礦當時開采時，

33、井下涌水量小，正常涌水量為260m3/d，最大為15 m3/h。礦井均采用水泵排水，井下建有多處水倉及排水渠道，備有80D-30×9水泵多臺，單臺排水能力為23 m3/h。III2號煤層由于開采時間較早，且各煤礦停產多年，采空區(qū)內可能存在較大的積水量；4、5、6、8（8+9）、9號煤層的古空區(qū)以及邊界外鄰礦的采（古）空區(qū)都可能存在較大的積水量，在煤層開采時可能會形成水害隱患，一定要嚴加防范。8（8+9）號煤層由于開采時間短，采空區(qū)內存在積水現象，經與礦方技術人員共同調查，現采用經驗公式對井田內各煤層采空區(qū)積水量預測如下：WK·M·FW預測采空區(qū)積水量，萬m3K采空

34、區(qū)積水系數（取0.1-1）M煤層采厚,mF采空區(qū)積水面積，(m2)預測結果見表3-12：表3-12采空區(qū)積水量預測表煤層號古空區(qū)采空區(qū)積水面積（）積水量（萬m³）積水面積（）積水量（萬m³）合計（萬m³）2222300020.22931945002.022822.25214297100034.939034.93905463800068.642468.64246454100059.578059.578084509008.291288.291289267300045.761845.7618合計（萬m³）239.46458上述積水量預測結果未考慮鄰界煤礦采（古

35、）空區(qū)與井田內采（古）空區(qū)的連通，實際積水量應大于239.5萬m3。由于上部03號煤層開采歷史較久，積水范圍和積水量沒有查明。4.2.2.充水通道煤層及其附近雖然有水存在，但只有通過某種通道，它們才能進入采煤巷道形成礦井涌水，充水通道可以根據形成因素分為自然通道及人工通道。地層裂隙及空隙帶、巖溶陷落柱、斷層等屬于自然通道；煤層采后頂板冒裂帶、底板破裂、及封閉不良鉆孔等屬于人工通道。斷層的導水性井田內主要構造為地層總體走向與區(qū)域構造線方向基本一致，即北東向。井田東部原平口煤礦，斷層較少，僅在北部邊沿發(fā)育有明窯溝斷層。斷層傾向SE，傾角80°，落差一般為315m，斷層上、下盤地層均為上石

36、盒子組下段，地面斷點清晰，對井田煤層破壞不大。碾底斷層：為區(qū)域性構造，正斷層，走向北東向，傾向北西，傾角75°左右，落差5-50m，沿井田北部穿過，將井田劃分為南、北兩個部分。距離2104工作面北部90m。斷層對礦床充水的影響程度取決于斷層的性質、規(guī)模、密度及其所切割巖層的巖性。由于斷層是非均質體，其導水性在不同部位有很大差異，即同一斷層在不同地段其導水性也有很大差異。區(qū)內較大型斷層分布于井田北部。陷落柱據礦井生產資料，井田東部的陷落柱發(fā)育，共有大小陷落柱74個，直徑大者上百米，小則數米。陷落柱面積率經測算為2.7%，據地表及井下資料，陷落柱內巖石成碎塊狀，壓密度很高，孔隙度較小，富

37、水性均較差，就陷落柱本身不會對開采造成很大的影響，但在開采深部煤層時，可能會成為充水通道。以下為2104掘進工作面過構造情況表表4-1。0表4-1山西陽煤集團碾溝煤業(yè)有限公司2104掘進工作面過構造情況表序號巷道名稱具體位置構造分類構造參數過構造起始時間走向傾向傾角斷距（m）12#煤回風巷E56測點以東 北幫19.5m、南幫22.5m開始X93陷落柱長軸18.0m、短軸10m2016.2.242016.2.29E56測點以東 北幫39.0m、南幫39.0m結束22104回風巷E78測點以北 西幫5.4米開始，X94陷落柱長軸36.0m、短軸20m2016.1.272016.1.28E78測點以

38、北 西幫54.8m、東幫33.8m結束32104進風巷E61測點以北 西幫21m、東幫22.3mF70正斷層N66°ESE60°2.02016.3.112015.2.1242104進風巷E65測點以北 西幫45m、東幫44.5mF95正斷層N78°ES60°4.82016.3.2152104進風巷E65測點以北 西幫35m。東幫35.5mF94正斷層N70°ES70°0.62016.3.212015.3.2262104切巷E73測點以東36m北幫、40.5m南幫開始X96陷落柱長軸33.5m、短軸20m2016.4.42016.5.1

39、0E73測點以東64m北幫、68m南幫結束72104回風E84測點以北31m西幫、32m東幫開始X95陷落柱長軸22.5m、短軸19.5m2016.4.22016.5.10E88測點以北21m西幫、22m東幫結束82104回風E96測點以北51.7m東幫、52.0m西幫F96正斷層N87°ENE42°1.22016.5.172015.5.1892104回風E100測點以北38m東幫 垂直巷道F97正斷層N81°ES45°0.92016.5.282015.5.29制 表：趙強審 核：閆左峰封閉不良的鉆孔封閉不良鉆孔是典型的人類活動所留下的點狀垂向導水通道，

40、該類導水通道的隱蔽性強，垂向導水暢通，不僅使垂向上不同層位的含水層之間發(fā)生水力聯(lián)系，而且當井下采礦活動揭露或接近鉆孔時，產生突發(fā)性的突水事故。由于封閉不良鉆孔在垂向上串通了多個含水層，所以一旦發(fā)生該類導水通道的突水事故，不僅突水初期水量大，而且有比較穩(wěn)定的補給量。在煤田勘探及礦井生產過程施工了一些鉆孔，在施工后鉆孔得到了封閉，但部分鉆孔由于技術設備、材料質量、施工條件、技術和生產需求及歷史背景等原因，未封孔或封孔質量較差，在進行礦井設計和生產時，容易引起突水事故。井田內有15個鉆孔，其中7個由陽泉新宇巖土工程有限責任公司于2010年施工，另外8個由原山西煤田地質勘探148隊在1978年-198

41、2年清交礦區(qū)進行詳查勘探時施工，由于當時的施工技術較低及封孔材料較差，存在封閉不良鉆孔。本井田內的鉆孔情況見下表所示：表4-2井田鉆孔一覽表序號鉆孔號XYZ孔深1N-14171971.1719615067.69963.26706.362N-54171333.0619612911.321116.04328.723N-64170596.4819611799.061034.65282.224N-74170144.9119611261.921191.66459.505N-84172154.1019616435.371123.35278.306N-94171120.0519616941.921111.3

42、5297.807N-104171961.1919617037.641138.72304.628J54172458.6219614646.05984.45451.99944172158.9419615042.99970.59177.8710164170122.7119612159.02975.91228.64111314171531.2919617519.67994.42179.02123564170833.3219615561.40929.26222.41136184171598.9819613337.701240.86413.52146174170963.9219612490.481064.

43、37272.53153414169652.1419610873.59989.49260.69采動裂隙帶采動裂隙導水主要指頂板冒落裂隙和底板破壞裂隙，根據碾溝煤礦開采情況及地層分布情況，2號煤層在回采后，由于開采時形成的導水裂隙，頂板冒落裂隙可能溝通上覆其它含水層，使其成為煤層開采的間接充水含水層。煤層頂底板巖石的抗壓強度在2040MPa，覆巖巖性為砂巖、砂質泥巖等，屬中硬巖性。根據井田開拓方案，當開采4、5、6、8（8+9）、9號煤層，采用全部冒落管理頂板時，根據三下采煤規(guī)程冒裂帶最大高度計算公式可求得頂板冒落帶（H1）、導水裂隙帶（H2）的高度。計算公式如下：H1=A1±2.2H2

44、=A2±5.6式中，A1=100m/（4.7m+19.0），A2=100m/（1.6m+3.6），m為開采煤層累積厚度。計算結果見下表所示。表3-22冒落帶、導水裂隙帶計算成果表煤層號煤層厚度(m)煤層間距(m)冒落帶高度H1 (m)導水裂隙帶高度H2(m)20.85-3.402.3811.00-23.0018.205.7-10.126.5-37.740.69-2.971.633.9-8.320.7-31.94.97-10.237.6250.40-2.501.543.7-8.119.8-31.07.90-16.8012.4660.28-2.281.573.8-8.220.1-31.3

45、32.20-45.9036.378（8+9）1.40-6.203.647.9-12.333.0-44.20-10.805.8790.97-6.812.996.8-11.230.1-41.3通過上表可以看出，當開采4、9號煤層時，其采空形成的冒落帶高度大于2號與4號、8（8+9）號與9號的煤層間距，因此對上方2、8（8+9）號煤層采空區(qū)積水如不及時探放，會隨頂板垮落而下泄，形成災害。當開采5、6、8（8+9）號煤層時，其采空形成的導水裂隙帶高度大于4號與5號、5號與6號、6號與8（8+9）號煤層間距，因此對4、5、6號煤層采空區(qū)積水如不及時探放，會隨導水裂隙帶進入下部煤層巷道，形成災害。綜上所述

46、，井田中在可采煤層下部有較豐富的奧陶系石灰?guī)r巖溶裂隙水，由于有碾底斷層、黃嶺斷層的存在，要密切注意各含水層之間水力聯(lián)系。4.2.3.充水強度本次工作收集了2013年至2016年9月的涌水量情況，涌水量主要來自頂板含水層水以及2#煤層采空區(qū)積水，統(tǒng)計結果見下表所示。表3-23涌水量統(tǒng)計表 單位：m3/h月份年度123456789101112201333.836.677.420.917.614.211.29.821.6164.629.419.1201425.432.027.219.45.83.74.05.617.611.212.84.820157.46.610.68.33.22.82.87.319

47、.810.211.53.020162.32.74.865.77.48.848.839.628.7碾溝煤業(yè)礦井充水強度較低，但是隨著井田范圍擴大，特別是進入深部帶壓開采區(qū)后，礦井涌水量將逐漸增大，需注意做好帶壓開采區(qū)的防排水工作，及時提高礦井抗災強排水能力，并重視掘進頭及工作面臨時排水系統(tǒng)建設。4.3.井田含水層第四系砂、礫孔隙含水層井田內第四系分布零散，其中可視作含水層的為較大溝谷中窄條帶沖積物，厚度小于10m，含潛水。根據清徐詳查勘探時抽水試驗結果，單位涌水量0.632L/s.m，滲透系數3.58m/d，水質類型為HCO3SO4CaMg型，礦化度244mg/l。二疊系上、下石盒子組砂巖裂隙含

48、水層本組含水層一般由數層中粗粒砂巖組成，其間多隔以泥巖、砂質泥巖等，出露面積廣大，但相當大一部分處于當地侵蝕基準面以上，形成透水層。據清徐詳查勘探時抽水試驗結果，單位涌水量為0.0002170.00134L/s.m，滲透系數0.00785m/d，水量較小，富水性弱，水質類型為HCO3SO4CaMg型，礦化度534mg/L，為軟的淡水。二疊系下統(tǒng)山西組砂巖裂隙含水層本組主要含水層為中粗粒砂巖，據清徐詳查勘探抽水試驗結果，單位涌水量0.0042L/s.m，滲透系數0.032m/d，據N-1號水文孔山西組抽水資料，單位涌水量0.0053 L/s.m，滲透系數0.0270 m/d，富水性較差，水質類型

49、為HCO3SO4CaMg型，礦化度556 mg /L。石炭系上統(tǒng)太原組砂巖、灰?guī)r巖溶裂隙含水層為井田內主要含水層之一。由L1、K2、L4、L5四層石灰?guī)r組成。據N-1號鉆孔太原組抽水資料，單位涌水量0.0054 L/s.m，滲透系數0.0285 m/d，富水性弱，水質類型為HCO3SO4CaMg型，礦化度為376538mg/l，硬度1.720.36德國度，為極軟一硬的淡水。奧陶系中統(tǒng)石灰?guī)r巖溶裂隙含水層為多含水層組成的含水體。巖溶發(fā)育程度很不均一，裸露區(qū)巖溶發(fā)育程度優(yōu)于埋藏區(qū)；上覆非可溶巖系蓋層厚度小的優(yōu)于厚度大的；斷裂構造帶優(yōu)于正常地帶。以清交斷裂最為發(fā)育，晉祠泉一帶地下溶洞最高可達4.30

50、m，隨著巖溶發(fā)育程度的不同，富水性也有較大的差異。主要含水層段為上、下馬家溝組的上、中段。峰峰組頂部巖溶雖然較發(fā)育，但由于處于奧陶紀古風化面，在長期的風化剝蝕作用下，巖溶裂隙多為粘土充填，減弱了賦水條件，一般來說富水性較差。在平面上由于距斷裂構造的位置不同富水性也有差異。由于本井田距清交斷裂帶較遠，井田內奧灰?guī)r溶裂隙不甚發(fā)育，井田內有兩個水文孔J5和N-1，J5號水文孔奧陶系峰峰組抽水試驗單位涌水量為0.0022 L/s.m，水位標高為910.72m； N-1號水文孔奧陶系上馬家溝組和下馬家溝組混合抽水試驗，水位標高為901.76m，單位涌水量為0.0001 L/s.m，滲透系數為0.0002

51、m/d。收集附近4個水文孔的資料（見表3-24），因距清交斷裂帶遠近不一，單位涌水量分別由0.00029L/s.m增至7.279L/s.m，水位標高797.07919.24m?？滋栐囼瀸游凰粯烁撸╩）Kq施工時間及位置404O2811.1010.205.901963年，井田東部外3500mS26O2801.2618.005.50井田東南部外2800mJ30O2797.077.967.279井田南部3200m615O2919.240.00280.00029井田西南邊界外600m表3-24附近水文孔情況表由上可知，井田內奧灰水流向為由北往南，且井田內巖溶裂隙不發(fā)育，奧灰水位標高為901-910m

52、。水質類型為HCO3·SO4-Ca·Mg型和SO4·HCO3-Ca·Mg型，礦化度為280-852mg/l，硬度為12.41-37.53德國度，為微硬一極硬的淡水?？傊镏饕畬痈凰匀踔械?。4.3.1.2號煤隔水層2號頂板隔水層山西組上部為下石盒子組，黃綠色、灰綠色砂質泥巖、粉砂巖與淺灰色細砂巖互層，段厚20.1030.10m，平均24.60m。上石盒子組連續(xù)沉積于下石盒子組地層之上，井田內大面積出露，該組地層在井田內厚約290m，上部隔水地層按其巖性主要為暗紫、蘭灰、黃綠色泥巖、砂質泥巖與灰綠色細砂巖互層，本段最大殘留厚度100m。下部隔水地層

53、主要為灰綠色、黃綠色砂質泥巖與細砂巖互層，間夾粉砂巖，成份以長石、石英為主，分選差，泥質膠結。段厚160.0210.00m,平均厚度190.00m。第四系中上更新統(tǒng)隔水地層為淺灰黃色含砂粘土、砂質粘土及棕紅色粘土，粘土含鈣質結核。2號煤層頂板以泥質巖類為主，底板以砂質巖為主。4號煤層頂板一般為砂質泥巖為主。底板一般為砂質泥巖和泥巖。6號煤層頂板多為泥巖和炭質泥巖，底板為細砂巖和泥巖。8號煤層頂板多為炭質泥巖和砂質泥巖，底板多為細砂巖和泥巖。9號煤層頂板為泥巖和砂質泥巖，底板以泥巖為主。煤層頂底板巖石物理力學實驗成果見表3-25。表3-25煤層頂底板巖石物理力學實驗成果表煤層編號頂底板單向抗壓強

54、度（Kg/cm2）單向抗拉強度（Kg/cm2）抗剪強度（Kg/cm2）機械強度巖石名稱2號頂板656311240砂質泥巖底板17762222100260韌10細砂巖4號頂板671底板4763025103156韌10細砂巖5號頂板1003砂質泥巖底板109812682330100351脆5泥巖8號頂板273炭質泥巖底板2788232143136泥巖9號頂板310683砂質泥巖底板2481126112459285韌10粉砂巖4.3.2.2號煤層涌水量構成現階段井下涌水主要為井筒和上山采區(qū)煤層中滲水。初步分析，其原因一是由于井田東部分布采（古）空區(qū)多，都有不同程度積水，可沿煤層底板向巷道滲透；二是井

55、田內部煤層埋深較淺，頂板以上巖層風化裂隙發(fā)育，富水性較強，亦可沿風化裂隙間接向煤層滲漏。當開采煤層深部時，礦井充水因素將主要來自頂板以上砂巖含水層的滲漏，特別是隨著煤層采空，頂板跨落形成塌陷裂隙，會導致上部各含水層，以至頂部基巖風化裂隙含水層的水沿裂隙下滲。根據以往的涌水量統(tǒng)計，涌水量主要來自頂板含水層水以及2號煤采空區(qū)積水，礦井平均涌水量為29m3/h，最大涌水量為164.6m3/h。4.4.礦井排水能力及現狀4.4.1.中央水倉碾溝煤礦中央水倉容積為1368 m3，其中主水倉容積為842m3，副水倉容積為526 m3。安裝有MD155-30×9水泵三臺，單臺排水能力為155m3/h。礦井涌水量大約29 m3/h，能滿足礦井排水所需設備，抗災能力較強。井底主、副水倉設在主斜井下部，考慮