采掘基礎知識

采掘基礎知識

第一部分地質

一、巖石

1、煤礦常見巖石--沉積巖

巖石是天然產(chǎn)出的礦物集合體，巖石按成因分類可分為

三大類，既火成巖、變質巖和沉積巖。

火成巖也叫巖漿巖，巖石中它的數(shù)量最多，它是巖漿冷

凝形成的，可以是結晶的，也可以是玻璃質的。一般情況下

煤礦不常見到火成巖，但在有巖漿侵入的礦區(qū)仍可見到，肥

城礦區(qū)井下見到的巖墻就是火成巖，經(jīng)鑒定多為輝綠巖。

變質巖是變質作用形成的巖石，所說變質作用是指地殼

中原來的巖石，由于受到構造運動，巖漿活動或地殼內(nèi)熱流

變化等內(nèi)動力的影響，以致它們的礦物成分或結構構造發(fā)生

變化，這就是變質作用。煤礦井下的巖墻附近的沉積巖巖石

在巖漿的作用下就可形成的變質巖，如板巖，就是由粘土巖

或粉沙巖等形成的。

沉積巖是煤礦最常見的巖石，沉積巖是由成層沉積的松

散沉積物固結形成的巖石。煤礦常見沉積巖石我們在此多介

紹一點。

2、沉積巖的分類

沉積巖的分類通常是以成因作為劃分基本類型的標準，

再以成分、結構、構造等特征進一步劃分，可分為三大類：

碎屑巖類、粘土巖類、化學巖和生物化學巖類。見表1

碎屑巖類粘土化學巖和生物化學巖

火山碎屑正常沉積化學巖和可燃有機

應

石碎屑巖巖類生物化學石

石

集塊巖粗碎屑巖高嶺石粘鋁質巖腐泥煤

土巖鐵質巖

火山角礫中碎屑巖蒙脫石粘鎰質巖腐植煤

石土巖硅質巖

凝灰?guī)r細碎屑巖水云母粘

土巖

3、沉積巖的基本特征

沉積巖的物質來源極為豐富，分布廣含量多的是母巖風

化產(chǎn)物，其次是有機物，在其次是火山噴發(fā)物。這就決定沉

積巖的礦物類型是：碎屑礦物、粘土礦物、化學沉淀礦物，

如碎屑礦物石英、長石、云母；粘土礦物高嶺石、水云母；

化學沉淀礦物方解石、石膏等。

沉積巖的結構、構造和顏色是沉積巖的重要特征。巖石

的結構是指巖石組成部分形貌特征及相互間的組合關系，

有：碎屑結構、火山碎屑結構、泥質結構、化學結構、生物

結構。構造是指巖石各組成部分的空間分布和排列方式的特

2

征，有：層理構造為主，其次是各種層面構造，結核，縫合

線。以上是在描述沉積巖主要的內(nèi)容。

4、正常沉積碎屑巖

正常沉積碎屑巖是煤礦常見巖石，按碎屑顆粒粒度分級

命名，見表

碎屑粒徑（毫米）粒級名稱巖石命名（粒級含

量>50%）

>1000巖塊巖塊巖

粗｝、'A

1000?500粗\

500?250中巨礫中巨礫巖

細,

250~100細）

粗｝

100?50粗.

中卵耳粗碎

50~25中卵石巖J粗碎屑巖

25-10屑細

粗｝

10~5細

粗｝

5~2細礫石巖

2?1細礫石巨

■>

1~0.5巨粗1

0.5~0.25粗中沙巖=中碎屑巖

0.25~0.1中沙=中碎屑細｝

0.1~0.05細｝粗

0.05?0.01粗細粉沙巖

3

細粉沙

<0.01粘土

5、碎屑巖的鑒定和描述

鑒定和描述有：顏色、某粒級含量、成份、碎屑的磨園

度、膠結物、構造特征。如：常見的沙巖，一般是灰白色中

粒石英砂巖，石英顆粒磨園好，鈣質膠結具斜層理，偶見煤

屑。

6、粘土巖

煤礦井下粘土巖也是常見巖石，一般是煤層的底板，如：

紫色頁巖，灰紫色，成分為泥質及粘土礦物，肉眼不能分辨，

巖石具片狀頁理構造。

7、化學巖，化學巖是母巖風化產(chǎn)物中的溶液物質，成膠體

溶液或真溶液狀經(jīng)搬運，在湖泊或海洋中以化學方式形成的

巖石。如石灰?guī)r，白云巖等。

二、巖層

巖層，成層狀產(chǎn)出的巖石。巖層可以是沉積巖、火成巖

和由它們經(jīng)變質作用形成的付變質巖和礦層。巖層在地殼中

產(chǎn)出狀態(tài)可以多種多樣，但基本可分為三類：水平的、傾斜

的和直立的。

1、水平巖層，巖層于水平面的夾角為0°或接近0°(<5°),

水平巖層出露地區(qū)說明該地區(qū)構造變動不劇烈。

2、傾斜巖層，傾斜巖層是大致相同一方向傾斜的巖層,

4

巖層于水平面有一個較大的夾角，大多數(shù)傾斜巖層是由原來

水平巖層受構造變動而形成的。

3、傾斜巖層的產(chǎn)狀要素

(1)走向，巖層層面與任一高程水平面相交的線叫走向

巖層面

走向線

(4)傾向:巖層的福方向,也就是與巖層走向垂直的

方向，他是傾斜線在水平面上的投影。

(3)傾角，傾向線與其水平面上投影線的夾角，它是巖

層面與水平面的最大銳角夾角。

(4)走向的測定，用羅盤長邊靠在巖層面上，擺動羅盤

使其處在水平狀態(tài)，讀出羅盤南針或北針的度數(shù)，即為巖層

的走向方位角。

(5)巖層層厚婢疑，巖層厚展森藐用南J頂面小底面之間的垂前巨

為巖石的厚度H為巖石的偽厚

5

三、地質構造

(一)褶皺構造，褶皺構造是指在構造運動作用下，巖層說產(chǎn)生的連續(xù)彎

曲變形，褶皺的形態(tài)可以是多種多郴勺，其基本類型只有兩種：背斜和向斜。

1背斜，巖層向上彎曲，彎曲的中間部分巖層桶寸比彎曲的兩翼巖層老。

2向斜，巖層向下彎曲，彎曲的中間部分巖層才的比彎曲的兩翼巖層新。

39普皺的各部組成：(1)核部，丸普皺的中心部分

(2)翼部，j皆皺的兩例圄吩

(3)軸面，大致評分褶皺兩側的對稱面。

(4)軸線，軸面與水平面的交線。

(5)樞紐，軸面與組成褶皺的巖層層面的交線。

(6)脊線，祖曾背斜的同一巖層最高點的聯(lián)線。

(7)頂角，褶皺兩翼(同一巖層)層面切線的夾角。

6

4褶皺的分類：褶皺按兩翼的巖層產(chǎn)狀基轉折端的形態(tài)分：

直立、傾斜、倒轉、平臥、等斜、扇形等，按軸線分長、短軸褶皺。

(二)節(jié)理和劈理

1節(jié)理，使巖石斷裂而無顯著位移的裂隙，又分：走向、傾向、

斜交、縱節(jié)理、橫節(jié)理等。

2劈理，巖石受構造運動作用產(chǎn)生的沿一定方向、大致平行、密

集的能劈開成薄板或薄片的構造形態(tài)。

節(jié)理和劈理的研究，分別有如下意義：節(jié)理的研究主要用于礦床形成

的分析和建筑物的穩(wěn)定分析；劈理用于斷裂構造的分析。

(三)斷層構造，巖層或巖體沿破裂面發(fā)生顯著位移的斷裂構造。

1斷層的基本組成；

(1)斷層面，把巖層或巖體斷開，兩側巖塊發(fā)生顯著位移的破裂面。

(2)斷層線，斷層與地面的交線。

(3)斷層盤，斷層面兩側發(fā)生顯著位移的巖塊。

(4)斷距，斷層兩盤相對位移離開的距離。

7

2斷層按兩盤相對位移關系分類：正斷層--斷層兩盤，上盤向

下移動，下盤向上移動。逆斷層--斷層兩盤，上盤向

上移動，下盤向下移動。平推斷層--斷層兩盤，制作

水平相對移動。

3斷層按斷層面與兩盤巖層的產(chǎn)狀關系分類：走向斷層--斷層

面走向與巖層走向基本平行。傾向斷層--斷層

面走向與巖層走向大致垂直。斜交斷層---斷層

面走向與巖層走向斜交。

4斷層的組合方式，斷層在平面上可以是平行的，也可以是斜列

的，還可以呈帚狀展布。在剖面上正斷層可以在一個方向上階梯狀下

降，階梯狀斷層；逆斷層可以在一個方向疊瓦狀上升，形成疊瓦狀斷

層.

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（四）煤礦井下斷層的觀測、判定及處理

1巷道遇斷層前的可能征兆，斷層在形成時，煤巖層都會受到斷

層錯動的影響，會出現(xiàn)很多地質變化，為觀測斷層，判定斷層提供料

可能，為采掘提供設計依據(jù)。

2斷層存在的依據(jù)：（1）構造標志，煤、巖產(chǎn)狀發(fā)生變化,厚度變

化。（2）煤巖層裂隙增多，有時有淋水，有時瓦斯

增高，有時有火成巖出露。

9

3有時a,斯金蜃短片有:林木

4有時出庭大成第

上述斷層存在的依據(jù)，也是判斷斷層有可能出現(xiàn)的前兆。

3斷層的產(chǎn)狀測定，斷層產(chǎn)狀測定與煤、巖層產(chǎn)狀的測定一樣，

首先確定斷層的性質，找出斷層面，可以用地質羅盤置于斷層面上測

出斷層的走向，測出斷層的傾角。也可以使用掛羅盤測出斷層的走向，

再測傾角。斷層的落差，也就是斷層的斷距，一般在巷道中可以直接

測得時可直接測出，如大于巷道高時可以通過巖層與煤層的間距換算

出，當斷距大于巷道高度煤、巖層間距不好確定時，可使用鉆機通過

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鉆探確定斷距，這也是最可靠的方法。

4斷層附近找煤方法，斷層附近找煤是井下經(jīng)常存在的問題，一

般常用的方法是：(1)首先判定斷層性質，找出煤層斷失的方向，

再根據(jù)斷層對盤的巖性層位與煤層關系，確定對盤煤層的層位，判定

煤層處的位置。如下圖中，先通過斷層面的擦痕、煤層、巖層牽引方

向，判斷層為正斷層，煤層斷向下方，再根據(jù)對盤砂巖是煤層的直接

頂扳巖石，即可確定煤層斷下約2?3米。

(2)斷層對盤巖性層位不能準確確定時，可用

鉆探法進一步確定。

(3)巷探法也是可宅的找煤辦法，但成本高一

般不宜使用，當結合采煤工程時，也是不錯的辦法。

(4)綜合法確定斷失煤層，，結合礦區(qū)斷層出

露的規(guī)律，可以事倍功半，肥城礦區(qū)大都是正斷層，這可以初步確定

對判斷是煤的位置，再根據(jù)斷層附近的構造現(xiàn)象即可判定煤層位置。

5斷層的處理，在礦井不同的開采施工階段斷層的處理目的是不

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同的。簡單分述是：（1）開拓設計階段，處理的大都是較大斷層，它

一般影響井田或采區(qū)、水平的劃分，決定井口位置確定。

（2）回采時工作面斷層的處理，綜采工作面內(nèi)有

斷層是影響工作面高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)的重要因素，要求包括小斷層和隱伏斷

層都應作出預測，工作面要避開斷層。普采工作面內(nèi)出現(xiàn)小斷層不可

避免，可采?。篈硬過，一般是工作面煤層的剩余厚度達于液壓支架

的最小支撐高度時，小于支架高度，底版又軟應采取挑頂拉底的方法。

B沿斷層線開輔助切眼，斷層大致平行采面，又未切

斷煤層時，可預先沿斷層開輔助切眼。

C斷層落差大于煤厚或采高，一般采取重開切眼為好。

工作面過斷層，有影響產(chǎn)量，有影響安全，要盡量避免，為此要捉好

地質預報，工作面避開斷層布置才是重要的。

（3）掘進期間斷層的處理：A下山遇反向斷層、同向斷層（正斷

層）可按下圖示處理：

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處理時應考慮西山的坡度，確保行■車能下行。

B全煤巷道遇斷層的處理，全煤巷的處理

煤

掘進方向

中應使巷道方向與斷層走向垂直，以木塔道的維護，減少巷道支護材料，降低成

本。

四地質圖件，

1生產(chǎn)礦井常用地質圖件有：井田地質地形圖、井上下對照圖、井田煤系柱

狀圖、井田煤、巖層對比圖、井田地質剖面圖、煤層等高線圖、煤層儲量圖。

2生產(chǎn)中要編制的圖件主要是石門剖面實測圖、平巷素描（剖面）圖、回

采工作面地質圖、采掘工程平面圖等。

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（1）剖面圖、平巷素描圖是日常必須編制的圖件，T妙匕例尺為1:200,

編等接求和編制方法:每隔適當距離實測煤層全厚度,在有構造變動的地方觀測

測定，用實測耐繪^巷道一壁剖面圖，重要地影輔隈開圖，巷道不鋤曷露煤

層全厚時,應設法狽懈煤層全厚并標注圖上,巷道斷面圖可附素描圖對應的下方。

巷道素描圖是生產(chǎn)礦井最基礎的實際資料,是礦井其他圖件編制的依據(jù),要求編

制及時，準確，描述詳盡，想到素描圖編制的水代表了礦井地質工作的水平，也

好井舟生產(chǎn)的保證

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（2）井上下對照圖，適用于了解地面的地形、地物、井下巷道、

采區(qū)、采面的相互關系，是地面建筑和安全煤柱的留設依據(jù)，也是井

下防水的依據(jù)，是礦井重要的圖件，一般比例尺為1:2000,它的要求

主要是及時、準確無遺漏。

（3）工作面圖，它是編制回采規(guī)程必需的圖件，是工作面能否實

現(xiàn)正?；夭傻谋ＷC，一般比例尺為1:500。

（4）采掘工程平面圖，它是指揮生產(chǎn)的圖件，一般比例尺為1:

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1000,它的編制要求同上。

礦井地質圖件雖多以上是最主要的圖件，做好這些圖件并及時修

改，是礦井技術工作的最基本的要求。

3礦井地質圖件的識圖，看一下圖件。以上圖件是典型構造圖，尚有

很多變形請自行多看。

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由圖可判讀，圖中煤3最高點為正50,最低為負20,煤層傾向西南，東北

部傾向北東，傾角在正常地段約40度，圖中東北部有一鞍形構造，西部正負零

線有臺。

4常用主要圖件的繪制：

(1)剖面圖，剖面圖是平面圖繪制的基礎圖紙，T殳情況下地質資料先是從

鉆孑庚得的，從鉆孔資料可以獲得煤層的厚度、結構、頂?shù)装鈳r，閨I度、煤層的

埋深；巖石的破碎程度、含水性等。綜合各鉆孑L的資料，,艮據(jù)地區(qū)的地質構造規(guī)

律,繪制地質剖面圖，在此基礎上結合其它地質物探手段獲得地質資料編繪平面

圖。生產(chǎn)礦井，剖面圖經(jīng)常是從平面圖上獲得的，從剖面圖上可獲得煤層與另一

煤層的關系，煤層與巖層的關系，煤層與其它地質體的關系如陷落柱、火成巖

體等,還可知斷層的位置、充水區(qū)、采空區(qū)、地面的建筑物與采區(qū)的幾何關系等。

剖面圖是用來指導可呈布置的基礎圖紙！

(2)斷煤交面線圖，斷煤交面線圖是采呈圖上最主要的構成部分。煤層

等高線圖，它是反映某Tte的空間形態(tài)特征的圖件，也稱煤層構造平面圖，一

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般是分煤層繪M通常繪制煤層底版等高線圖，也有繪制煤層頂扳等高線圖的,

主要用于I煤^或產(chǎn)狀不穩(wěn)定煤層。

(3)斷煤交面線圖的繪制，斷煤交面線是斷層面等高線與煤層等高

線的交面線，遇斷層走向線有一角度，不是斷層走向線！

具體做法是在煤層等高線圖上，把斷層按實狽啦置展上，畫出斷層面等高線再

分出上下盤，將同高交曷聯(lián)接成線。作圖中可簡化，分段畫出各，旻在連接個點繪成

斯煤交面線圖。如：在某點見斷層產(chǎn)狀202245°,煤層產(chǎn)狀158N3O,垂直斷層走

向落差H=17米，繪制斷層交面線如下：第一步按比例畫一直角三角形直角邊BC

長50米,斜邊與直角邊夾角為45度，交^一直角邊于D,DC長為斷層面的等高距,

過B在畫TKBA叫直角邊于A,AB長為煤層等高距，在平面上按比例、方位畫

出煤層斷層的-150米和~200米線，同高線交點、即為斷層上盤的交面線，畫一與上

盤線平行的線即為斷層的下盤交面線。

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(4)斷煤交面線的工程意義，斷煤交面線為證確反映斷層在煤層中的位置，斷

層延展方向，為正確布置采區(qū)、采面，確定巷道沿斷層或過斷層的掘進方向提供指

導，防治水害中為正確計算保護煤柱尺寸提供依據(jù)，正確的繪^斷層交面線是施工

設計的基礎，也是計算煤炭儲量的基礎。逆斷層的斷煤交線繪^原理與正斷層的相

同，還有斷層變形時的交面線繪制，用的較少不再介紹。

下圖中312鉆煤3與煤4間距僅12米，我礦煤3到煤的間距與劫42米，這說明

18

鉆孔中見^斷層，落差為42-12530米，請問鉆孔下方高線，如等高距為10米

的情況下，這條線是多少米等高線？

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第二部分水文地質

一、前言..............................................

二、井田地質水文地質概況.............................

（一）地質概況

（二）水文地質概況

三、下組煤可采性評價.................................

（-）礦井水害的治理

（二）礦井下組煤開采的經(jīng)濟性分析

四、增加礦井服務年限的措施...........................2

（一）探查煤2的可采性

（二）煤5、煤6的利用

（三）煤3的利用

五、結論

20

NJ

一、刖S

隆源煤礦北鄰白莊煤礦，東與陶陽煤礦相鄰，西南是平陰礦，東南為

肥城煤田的邊界，井田長4.2公里，寬1.2公里，面積4平方公里。全

井田受斷層包圍成一地塹構造，井田西區(qū)煤層埋藏較淺，東區(qū)是肥城

煤田的中央深部區(qū)，煤層埋藏則較深。本井田原屬肥城煤田的西七八

九井田的一部分，為獨立建井，由山東煤田地質局，地質三隊綜合西

七八九井田的資料編制了本井田地質報告，隆源煤礦所在礦區(qū)位置見

圖（1）。受勘探區(qū)劃分的限制全井田未做系統(tǒng)的地質、水文地質工作,

提交本井田地質報告前未作補充勘探，使全井田無一水文觀測孔，邊

界斷層的導水性也未做專門工作，礦井下組煤水文地質條件不清。礦

井投產(chǎn)以來開采山西組煤3近20余年，上組煤儲量僅有100余萬噸,

礦井水平接續(xù)迫在眉睫，210余萬噸下組煤的可采性亟待作出評價。

肥城煤田屬大水礦區(qū)，投產(chǎn)以來已有多對礦井在開采下組煤時

淹井，損失巨大。為安全開采下組煤，肥城礦區(qū)做了大量的水文地質

工作，并把礦區(qū)分為幾個類型，根據(jù)肥城煤田中水文地質劃型條件，

隆源礦井田與陶陽礦有較大的可比性，應與陶陽礦同屬極復雜型井

田。按照防治水要求本應先查請礦井水文地質條件，但補充勘探，不

僅需要作大量水文實驗，還需查明井田構造和斷層在井田深部的發(fā)育

情況，需要時日長，更需大量資金。為減少投資的盲目性，現(xiàn)依據(jù)目

前礦井所掌握地質資料，根據(jù)肥城礦務局現(xiàn)行防治水原則，評價隆源

礦井的水文地質特征和215.78萬噸下組煤的可采性。

22

二、井田地質水文地質概況

(—)地質概況

1、地層

本井田地層與鄰礦白莊、陶陽相近，山西組地層總厚90~110

米，平均96米。主要可采煤層為山西組煤3、煤4和局部可采煤2。

下伏為太原群，厚度153?210米，平均160米。含煤有煤5、煤6、

煤7、煤8、煤9、煤10”。太原群以砂巖、粉砂巖、泥巖沉積為主，

夾幾層薄層灰?guī)r為一灰、二灰、四灰等三層，其厚度分別是1.59~

3.46米，平均2.43米；0.27~2.99米，平均1.50米；1.85?7.12米，

平均4.81米。其中二灰為六層煤直接頂板，四灰為八層煤頂板。九

層煤直接頂一般為泥灰?guī)r，但在隆源煤礦則為粉沙巖沉積。本溪群覆

于中奧陶系之上，厚度15~35米，平均厚20.0米。其頂部為厚度

4.83?11.3米，平均8.06米的石灰?guī)r五灰，底部為含鐵、鋁質黏土

巖。下伏中奧陶石灰?guī)r，巨厚，是煤田含煤地層的基底。

2、構造

井田為一斷層包圍的單斜構造，總的趨勢是南高北低，地層向

北傾斜，內(nèi)部又有小的起伏，井田南段走向近東西向微偏北，在63

水31孔、63-253孔一線轉北東，傾向北西，地層傾角8。左右。井

田的中部至北東部邊界，地層走向東南北西向，傾向北東。地層在

F21斷層的兩盤呈一小角度斜交。井田中東部地層傾角略大于南段，一

般在8?10。之間。

井田的斷裂構造發(fā)育，邊界斷層落差較大，有一部分是區(qū)域斷

層，是井電的自然邊界，井田南段有：F?」是興隆井田與平陰礦的邊界

斷層，走向近南北，傾向東，正斷層，西升東降，，斷層落差90~

205米,傾角56°,在63-207至63-2在孔一線走向轉東北,的存

在使井田內(nèi)煤3與奧灰對口接觸。R斷層是井田的東南邊界，也是肥

23

城煤田的邊界，走向北東，傾向北西，落差大于150米，附生斷層

RT落差大于125米，與R走向近平行，在井田內(nèi)西檢8孔附近與F21

相交。F4、F-i都是正斷層，由南而北呈階梯狀依次北降南升，使井田

內(nèi)煤系地層與奧灰、五灰對口接觸。井田的東南邊界是F22和附生斷

層F22-H兩斷層平行延展，也是呈階梯狀南升北降的正斷層組，F(xiàn)22T

斷層在井田的內(nèi)側，落差125米，F(xiàn)22落差190?270米。井田東及東

南兩組平行斷層的存在不僅切割破壞含煤地層，同時還使煤系地層與

奧灰對口接觸。井田的東北邊界有斷層F21,傾向東南，是一北升南

降的正斷層，落差在邊界處大于200米，在421孔折轉進入井田后落

差變小，F(xiàn)21斷層使煤3與對盤的奧灰對口接觸。F2M、BR斷層是井田

的西北邊界，在斷層BR和F2一南側，又有落差8?20米的XF2、3、

6等斷層切割破壞了井田西南端各煤層。井田東北部是K。斷層，其落

差為75米，使興隆礦與陶陽礦分界。走向近平行的邊界斷層使井田

成一東北西南向地塹構造形態(tài)，見礦井構造綱要圖（2）。

井田內(nèi)小斷層也較發(fā)育，主要的有F26T、XF12.%等斷層，它們

的落差大多在20米左右。由于受勘探程度的限制，雖在上組煤開采

中已有大量揭露，大部已查清其走向，但其向深部的延伸尚未查清，

總的看，小斷層在下組煤中也有不同程度顯現(xiàn)，這類斷層具體的延伸

展布和下組煤出露位置仍應探查。井田內(nèi)F26T、Fz兩條斷層是較為主

要的斷層，其落差雖不大，但它們的存在將井田斜分為兩大塊段，并

使兩塊段地層產(chǎn)狀有較大差異，甚至走向近垂直相交，對其應加大探

查的力度，以利下組煤的開采。井田斷層列表如下：

24

井田斷層匯總表表1

斷層落差傾角備注

（米）（度）

F21H=180~Z70西部邊界斷層，在井田內(nèi)落差變小至20

200

F24-1H=35?Z65Fw的分支斷層傾向與F24相對

50

F4H=150~Z75

295

BF5H=20~Z70西北邊界斷層南接F24.2北接F21

60

F4-1H=125Z70R分支斷層與K平行，井田的東南邊界

F22H=270Z75煤田邊界斷層

F22-1H=110Z75與F22平行井田東北邊界斷層

F40H=75Z75是興隆礦與陶陽礦的邊界斷層

XF2H=0~15Z70分割了383孔與63-253孔之間的完整地段

XFHH=0~20Z70

F10H=0~25Z45與XF”平行，切割破壞了中央深部的淺部地段

位在中央深部的淺部地段與。、斜交

F12H=10Z45XKXFu

（二）水文地質概況

1、含水層

井田主要含水層有：第四系含水層，山西組砂巖含水層，四灰，

五灰，奧灰含水層。次要含水層是一灰，二灰含水層。開采下組

煤一般情況下，主要涉及一、二、四、五、奧灰?guī)讉€含水層，簡述如

下：

25

一灰：厚度1.22?3.34m,平均厚度2.22米，上距四煤24.50

米。為生物碎硝灰?guī)r，含大量泥質，在F八F22.F21斷層與奧灰接觸，

單位涌水量q=0.043~0.073L/S-M,原始水位標高+70.55~72.10m,

礦化度0.363~0.481g/L,屬重碳酸氯鈉水和重碳酸硫酸鈣鈉水。是

礦井次要含水層。白莊礦T50nl西大巷見斷層一灰出水，最大水量

30m7h,穩(wěn)定水量15m7ho

二灰：厚度0.85~3.95m,平均厚度2.07米，礦井次要含水

層，埋藏深度為70~416m,為煤6直接頂板，上距五層煤11.38

米，距三層煤131.84米。由于受斷層切割，它在3、F…、F22.

F21斷層與奧灰接觸。其上部多含泥質，鉆孔穿過沒見溶洞，

裂隙較少。單位涌水量q=0~0.111L/S-M,原始水位標高

+60.03~+66.80m,礦化度0.3?0.6g/L。白莊礦井下鉆孔放

二灰水，水量38m7ho經(jīng)鉆孔疏干后，石門再過二灰基本沒

水。平陰礦-99.6m遇斷層二灰出水，水量271m3/h。

四灰：厚度2.15?7.95m。埋藏深度為120?455m。為煤

8的直接頂板。由于斷層切割，在F-、F22、L斷層與五、奧

灰對口。四灰上部含大量泥質，中部多有0~0.35m的粉砂

巖夾層，下部致密堅硬多含隧石，裂隙發(fā)育，洞穴罕見，常

為方解石填充。單位涌水量q=0.00087~0.808L/S礦化

度0.3?0.7g/L,為強含水層。63水35孔抽水實驗單位涌水量

0.055L/s.m,滲透系數(shù)0.94m/d,原始水位與奧灰水位相同也是水.25

米。四灰是礦井主要含水層，是開采下組煤時礦井的直接充水含水層，

從礦區(qū)看，一般情況下，四灰補給條件差，是可以疏干的，在開采七、

八層煤時，一般情況下采取疏干降壓的方式，四灰是可以治理的。但

在下組煤的開采中，礦井延深的水平一般落在四灰的上部七層煤中，

26

主要考慮是在建立水平排水基地前不揭露該含水層，以免因延深水平

排水能力不足、不完善，在四灰水突然大量涌出時造成淹井事故。

五灰：厚度4.82-11.31m,平均厚8.06米，上距煤10匹

13.52~31.08m,平均18mo間以致密砂巖及粉砂巖相隔。

五灰質純致密，堅硬，裂隙及洞穴發(fā)育。63水35號孔發(fā)現(xiàn)

洞穴直徑5cm。最大單位涌水量q=13.625L/S?M。原始水位

標高+60.80?+63.74m,63水35號孔抽水實驗顯示，五灰水位標

高62.25米單位涌水量1.040L/s.m,滲透系數(shù)13.18m/d,礦化度為

0.264~0.378g/L,屬淡水型巖溶裂隙水。

奧灰：厚層灰?guī)r裂隙一喀斯特型承壓水，厚度800余米，單位涌

水量q=0.0114?9.901L/S?M,原始水位標高+62.07?63.24m,礦化

度為0.247~0.381g/L,水質為淡水型的重碳酸鈣鎂水。據(jù)鄰礦突放

水資料，單孔水量為30~230m7h,屬強含水層，也是礦井主要含水層。

礦4號孔鉆進中發(fā)現(xiàn)：在距五灰上層面10米時,鉆孔涌水量達9立方

米，按肥城煤田水文規(guī)律，可視五灰的導高即10米。五灰上距10”

煤18米，10“煤開采時極易造成底板突水。圍山區(qū)有廣泛出露，直接

受大氣降水補給，補給量豐富，最大2.8萬m7h,共發(fā)育有三個強含

水帶和兩個次含水帶，是煤系各含水層的補給水源。

五灰、奧灰兩巖層間距近，僅15米左右，層間巖層以黏土巖、

鐵鋁質黏土巖為主，巖石強度小，實為一個含水體。

2、各煤層與主要含水層間距

各煤層與主要含水層間距見下表。

3、井田水文地質塊段的劃分

勘探期間礦井水文工作較少，近年來，礦井生產(chǎn)期間在井下施工四

27

灰、五灰放水、觀測孔共計5個，受條件的限制，目前尚未進行水文

實驗，礦井各小區(qū)水文地質參數(shù)極少，現(xiàn)僅以礦井構造的性質和各區(qū)

塊的相對關系，劃分井田水文地質為三個塊段，見井田水文地質塊段

分區(qū)圖（3）,具體是：

I塊段，本塊段是F24T、F-、XF,三斷層圈定的區(qū)段。本塊段位在

井田的西南部區(qū)，其西部和東部五灰、奧灰水可直接水平補給含煤地

層，XR使北段10“煤與五灰對口接觸，本塊段內(nèi)XF2將其分為東西兩

塊。相對井田其他地段構造不甚發(fā)育，煤層埋藏也較淺，但63水35

孔的抽水資料顯示，四灰單位涌水量0.0551/s.m,五灰單位涌水量

1.0401/s.m,滲透系數(shù)13.18m/d,本塊段五灰是含水豐富的地段。

II塊段，II塊段是由F21、葭、F22T三斷層圍成的三角形區(qū)域，

本塊段是肥城煤田中央深部的南端，地層走向南東，傾向北東，煤層

埋藏最高點與最底點高差180米，塊段的西北和東南都是井田內(nèi)煤系

地層與奧灰對口接觸。北端煤7與奧灰對口接觸，接受奧灰水的水平

補給。塊段內(nèi)有XF”和K。沿地層傾斜方向展布，與其垂交的小斷層

交匯于379和359孔之間，三斷層使本塊段的南端地層支離破碎，使

其水文地質條件復雜化。

III塊段，本塊段是由F21、BR、K-和R斷層圍成，塊段內(nèi)斷裂構

造發(fā)育，計有落差大于10米的10余條，使小區(qū)內(nèi)地層遭斷層切割而支

離破碎，留設防水煤柱后已無可采區(qū)，是本井田最為復雜的區(qū)域，在

斷層交匯的地段極具有垂直導水的可能，使本塊段既有水平導水又有

垂直補給，是本井田最富水的地段，下組煤受水威脅最嚴重的地段，

下組煤可采的可能性基本不存在。

4、井田水文地質特征

28

綜上分析，隆源井田水文地質條件有如下幾點特征；

(1)井田斷裂構造發(fā)育，邊界斷層落差大，破碎帶寬，尤其成

組展布的斷層使井田外圍地層依次抬高約300米，五、奧灰灰?guī)r強含

水層與井田內(nèi)煤系地層對口接觸，形成四面水平補給的水文地質條

件。

(2)五、奧灰層間距小，僅15米，小于肥城煤田內(nèi)其他井田

20米的間距。五灰、奧灰的水力聯(lián)系教肥城礦區(qū)其他各井田更為密

切，可以視做一個含水體。

(3)10“層煤下距五灰18米，礦4號孔揭露，五灰的導高在10

米以上，加大了開采10口煤層時的五灰治理難度。

(4)井田從構造發(fā)育和地層關系分析，可以粗略的劃為三個塊

段，但由于F-和在井田的中部走向折轉，分別延伸交匯相對的斷

層上，在其間分支斷層的存在破壞了巖層的完整性，使井田的水文地

質條件更加復雜化，形成井田周邊和中段復雜的特點。

(5)五灰的富水性，因水文地質工作太少不易評價，但63水

35的抽水實驗說明在其附近地段是富水的。

三、下組煤的可采性評價

礦井下組煤的可采性主要受兩方面因素制約，一是礦井

水害的可治理性，再就是下組煤開采的經(jīng)濟性。以下從兩方

面分析評價：

(一)礦井水的治理

下組煤開采中礦井災害主要來自四、五、奧灰水水害，

其次是瓦斯和地壓。為此，開采中首要的問題是如何防治四、

29

五、奧灰水水害。肥城礦區(qū)和其他大水礦區(qū)一樣，承壓水上

采煤防治水害的方法，也是目前最有效的防治方法，就是針

對斷裂導水和底板突水的治理。在治理的基礎上開采受水威

脅的煤層，以達到安全有效開采承壓水上覆煤層的目的。具

體是：

1、斷層導水的防治

斷層導水的防治主要采取封堵到水斷層、帷幕注漿隔離、留設斷層防

水煤柱遠離斷層等措施實現(xiàn)治理目的。針對不同的斷層所采取的措施

也不相同，一般再不能實現(xiàn)封堵、帷幕隔離時則應采取留設煤柱珠的

措施實現(xiàn)全采煤。隆源礦井下組煤開采時，斷層導水的防治一同肥城

礦區(qū)各礦，具體如下：

（1）周邊斷層的導水性及防治原則

隆源井田周邊的斷層落差大都在100米以上，井田內(nèi)下組煤中

的五層煤下距五灰和奧灰77米左右，邊界斷層F*F4TF21等落差均

大于75米見圖（4）?（9）,致使下組煤與五奧灰對口接觸，具備

了井田周邊五奧灰水水平直接補給的條件，全井過水地段長達9000

米以上，為堵水而采取帷幕注漿的辦法，經(jīng)濟上不合理，技術上也是

不可行的，在這樣長的地段，即使堵水效果達到70%,水量的補給仍

是巨大的，由此可見封堵斷層水是不現(xiàn)實的，可采取的方法惟有留設

斷層防水煤柱。在留足防水煤柱的前提下才可確保下組煤的安全開

采，防止五奧灰水通過斷層導水，沿水平或垂直方向大量涌入井下，

給礦井帶來災害，具體的做法是：

①斷層位置的確定

斷層防水煤柱留設的前提是精確控制斷層位置。為此，精確控

制周邊斷層和井田內(nèi)斷層是首要問題?？梢圆扇≡谀壳耙颜莆召Y料的

30

基礎上，利用局部二維物探方法確定井田邊界斷層位置，這些斷層有

F'。、F22T、KT等。由于邊界斷層落差、規(guī)模都較大，附生斷層發(fā)

育，分支斷層大量存在，其力學性質雖各有不同，但破壞了地層的完

整性，從而形成承壓水的通道是客觀現(xiàn)實的。為此，在其相應位置必

須留設防水煤柱。

②斷層防水煤柱留設計算

經(jīng)肥城煤田多年開采實踐證實，防水煤柱的計算，采用公式

L=0.5KMM3P/kp是符合肥城煤田水文地質條件的。

式中：K——安全系數(shù)K=2?5

M——煤層厚M=0.7~1.87(m)

2

KP——煤的抗張強度KP=0.5(Kgf/cm)

P-----水壓(Kgf/cm2)

計算防水煤柱寬度如下表：

斷層防水煤柱計算表表2

煤層煤厚開采水平計算煤柱寬采用煤柱寬

5-25023.530

0.7

-50031.840

-30050.755

71.4

-65071.875

-30065.270

81.87

-65092.2100

-30067.775

10,,1.8

-65095.9100

31

③斷層防水煤柱的管理

邊界斷層防水煤柱附近煤層的開采，要求嚴格按煤柱線設計工

作面、巷道，巷道和碉室不得布置在煤柱內(nèi)，回采時也不得擅自擴大

開采范圍，施工的鉆孔也必須全孔封閉。根據(jù)新的資料探明斷層確切

位置后，應按新的位置重新計算煤柱，及時修改防水煤柱，以免浪費

資源或因煤柱偏小造成水害事故的發(fā)生。在煤柱計算時，如取得煤的

實際抗張強度，因斷層附近煤體受構造力影響而降低的強度，對煤的

抗張強度應折減一定系數(shù)，以確保留設煤柱的安全性。

(2)井田內(nèi)部斷層導水的治理

井田內(nèi)斷層防水的治理同邊界斷層的治理一樣，也必須確定斷

層位置，計算防水煤柱，回采時保留煤柱。所不同的是井田內(nèi)某些斷

層是巷道必須通過的，在肥城煤田的開采中也有具體的規(guī)定，也是應

當遵循的。斷層位置確定可以利用上組煤開采中揭露的井田內(nèi)斷層資

料，嚴格按其產(chǎn)狀下延到下組煤的各層推算位置。斷層防水煤柱的計

算同上，但其K值可適當取較小的數(shù)值。在有巷道通過時應先進行探

放水，在確保無水害威脅的前提下方可通過，一般情況下巷道最好由

斷層的上升盤進入下降盤。對有水害威脅可能而又必須通過的斷層，

應采取預注漿措施，在探明確無威脅時方可施工穿過。

綜上，在開采下組煤時，對斷層水的防治主要是采取留設煤柱

方法。具體是：斷層KT、、F21從其展布方向看應為斜交張扭性斷層，

這兩條斷層又與多條小斷層交接，應將其劃歸邊界斷層一個級別，煤

柱留設時采取的K值都應取5。對斷層XF、葭、XF3,XF2的煤柱留設

K值可適當縮小，K值取3?4為宜。對無名小斷層一般按上盤取20

米，下盤取15米防水煤柱。

2、煤層底板突水的防治

在留足防水煤柱的區(qū)域內(nèi)開采九、十層煤和七層煤時，因其下伏

32

五灰和四灰高壓水的存在，全井田都存在底板突水的可能，底板

突水是開采下組煤時也必須防治的。對有底板突水可能煤層

水害的防治，可采取疏水降壓，降低承壓水水位至安全開采水平來實

現(xiàn)安全開采，當疏水量大，甚而至不能將至安全開采水平的，在承壓

水上開采時，則可采取對含水層注漿的方式實現(xiàn)安全開采。隆源礦井

煤7、9、10層底板突水的防治具體是：

(1)七、九、十層煤底板突水可能性驗算

七層煤下距四灰21米，十層煤下距五灰18米，按公式

Ts=P/MYp-Dg驗算其突水系數(shù)，以便確定是否需采取疏水降壓開采或

注漿改造底板后在行開采。

①七層煤底板突水驗算，礦井近期將進行四灰水小規(guī)模放水實

驗，實驗后可粗略確定五灰與四灰在該區(qū)的水力聯(lián)系和其可疏干性。

肥城煤田一般四灰水是可疏干的，但也有國家莊礦在七層大巷施工中

突水淹井的事例，為此，驗算七層煤底板突水可能性也是必須的。

采用公式：

Ts=P/M-CP-Dg

式中

Ts-—突水系數(shù)

P-—水壓(MPJ

M隔水底板厚度(m)

CP-—礦壓破壞底板深度(七層煤取11米，實測)

Dg--導高(實測，取5米)

計算，由上式可算出安全水壓

P=TS?(M-Cp-Dg)=0.06x(21-11-5)=0.06x5=0.3(MPa)

33

以上計算結果說明：開采煤7當水壓大于3Kg/Cm時將引至四灰

水壓以裂底板而突水。目前礦井四灰水位為+40米，井田I塊段煤7

最低埋深-300米，，開采時水壓34Kg/Cm2,遠大于安全水壓，只有疏

水水位降至-260米，即水壓在BKg/Cn?方可安全開采七層煤,。

在II塊段開采七層煤，可分做兩塊段計算，379號孔、

355孔聯(lián)線以西，四灰水壓應降至-460米以下，在聯(lián)線以東

則應降至-620米以下方可安全開采。

疏水降壓水量的計算，可采用大井法公式計算。

2

公式：Q=l.366Kx[(2H-M)M-h0]/

(IgR-lgro)

式中各水文地質參數(shù)取自現(xiàn)有資料，礦井近期四灰放水

如獲得相關參數(shù)也應參與計算。其中：

Q一涌水量；

K—滲透系數(shù)；

H—含水層最高水位；

M—含水層厚度；

R—補給半徑；

r?__礦井引用半徑；

h0—降壓后四灰水位。

試用63水35孔資料K=0.94計算Q=309.8m3/h,亦即

疏水量在上述水量之上方可實現(xiàn)七層煤的安全開采。

②九、十層煤開采時底板突水可能性計算

肥城礦區(qū)開采九、十層煤的過程中多次淹井、淹面、淹采區(qū)，

給礦井帶來巨大損失，自1965年至1990年的25年間，底板突水事

故發(fā)生52次，最大突水量達17940n?/h。隆源井田十層煤下距五灰

34

18米，從礦井近期施工的五灰孔已知，五灰的導高為10米，十層煤

開采時對底板破壞深度為8米，由此看，井田內(nèi)各塊段在開采10層

煤均有突水可能。五灰的單點突水量，根據(jù)63水35孔資料計算，當

突水點半徑0.5米時，突水量為1314m7h,由此可見五灰一旦突水將

是災難性的。九層下距五灰23米，開采九層時對底板的破壞深12米