永安水文地质报告
沁和能源集团有限公司永安煤矿
矿井水文地质报告
山西煤炭地质水文勘查研究院
二○一一年四月
沁和能源集团有限公司永安煤矿
矿井水文地质报告
主编：潘会斌总工：杨展院长：张晓峰
山西省煤炭地质水文勘查研究院
二零一一年四月
目录
第一章绪论........................................................................................................1第一节目的和任务.................................................................................................................1第二节位置及交通.................................................................................................................2第三节煤矿生产建设情况...................................................................................................8第四节周边煤矿及小窑.....................................................................................................10第五节以往地质工作及水文地质工作.........................................................................14第二章矿井地质.........................................................................................................17第一节区域地质概况..........................................................................................................17第二节矿井地质...................................................................................................................21第三章煤层.........................................................................................................24第一节含煤性..........................................................................................................................24第二节可采煤层...................................................................................................................24第四章水文地质.........................................................................................................26第一节区域水文地质..........................................................................................................26第二节矿井水文地质条件.................................................................................................32第三节矿井充水因素分析及水害防治措施................................................................37第四节矿井涌水量预算.....................................................................................................46第五节供水水源...................................................................................................................47第六节对矿井开采水害影响程度和防治水工作难易程度的评价......................47第七节矿井水文地质类型.................................................................................................48第五章3、15号煤层带压开采条件分析...............................................................51第一节煤层底板隔水岩柱特征.......................................................................................54第二节断裂构造的水文地质意义...................................................................................60
第三节矿山压力破坏影响分析.......................................................................................64第六章带压开采安全性评价...................................................................................67第一节突水系数的计算.....................................................................................................67第二节带压开采危险区的划分.......................................................................................70第七章防治水措施与建议.......................................................................................71第一节古空及采空积水的防治措施..............................................................................71第二节第三节第四节第五节第八章第一节第二节
断层和陷落柱水害防治.......................................................................................74调整开采方法及工作面布置..............................................................................78采用工程手段加固隔水层...................................................................................79加强矿井防治水工作管理...................................................................................79结论及建议....................................................................................................80结论.........................................................................................................................80建议.........................................................................................................................81
附图目录顺序号1234567891011图号1234567-17-28-18-29图名区域地质及水文地质图矿井综合水文地质图矿井综合水文地质柱状图1-1′矿井水文地质剖面图奥陶系灰岩水位等值线图奥陶系灰岩顶面等值线图3号煤层底板隔水层厚度等值线图15号煤层底板隔水层厚度等值线图3号煤层底板突水系数等值线及带压开采安全分区图15号煤层底板突水系数等值线及带压开采安全分区图3号煤层充水性图比例尺1：1000001：50001：5001：50001：50001：50001：50001：50001：50001：50001：5000附表目录
附表一揭露奥灰钻孔情况一览表附表二钻孔抽水试验综合成果表
附表三Zk8-1煤层底板隔水岩柱岩性及厚度成果表
附件目录
1、《报告》评审意见及评审专家名单2、编制单位资质证书3、采矿许可证书4、煤炭生产许可证书
第一章绪论
第一节目的和任务
201*年山西省煤炭资源整合，沁和能源集团有限公司永安煤矿为单独保留矿山，是晋城沁和能源集团有限公司下属煤矿。山西省国土资源厅颁发新采矿许可证，批准开采3#～15#煤层，井田面积3.8587km2，生产规模由45万t/a扩大到60万t/a。
井田位于原阳城矿区町店（详查）勘探区内。华北煤田地质局调查队、144队、114队、山西省煤炭地质公司、晋城市煤田地质勘探队等单位先后进行过煤田概查、普查和详查以及相关地质报告编制工作，历经多次地质勘查工作，研究程度较高，但在历次勘探中，投入的水文地质工作量较少，对井田内的水文地质情况了解的不够。在近年来该矿的生产过程中，发现井田水文地质情况较为复杂。为全面系统的分析整理现有各类地质及水文地质资料，评价矿井水文地质类型和带压开采条件，201*年4月，沁和能源集团有限公司永安煤矿委托山西煤炭地质水文勘查研究院对本井田进行水文地质评价，山西煤炭地质水文勘查研究院组织有关技术人员对井田内的前期勘查工作及矿井建设中的矿井地质及水文地质工作进行全面分析总结，编制完成了《沁和能源集团有限公司永安煤矿矿井水文地质报告》。为矿井安全生产及下一步矿井防治水工作提供切实依据。
根据双方签定的协议和《煤矿防治水规定》等相关规定，确定本次工作的主要任务是：以以往地质工作及矿井生产建设中补做的基础地质
工作等成果为基础，结合井田内勘探孔资料和周边相邻生产矿井资料，从矿井水文地质条件、井巷充水因素、含水层性质、富水性、补给条件、涌水量等方面对矿井水文地质类型及带压开采条件进行综合分析和评价。
本次工作的主要任务为：
1、对本矿矿井水文地质类型进行划分。
2、对矿井带压开采条件进行分析，并提出相应的防治措施。3、编制矿井综合水文地质图、矿井充水性图、矿井综合水文地质柱状图、矿井水文地质剖面图、带压开采安全性分区图等图件。
主要依据为：
（1）《煤矿防治水规定》（国家安全生产监督管理总局201*.12）（2）《煤矿防治水规定释义》（国家煤矿安全监察局201*.12）（3）《煤矿安全规程》（国家煤矿安全监察局201*.3）（4）《井下探放水技术规范》（MTT632-1996）
（5）《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》（煤行管字[201*]第81号）。
（6）201*年4月，晋城市煤田地质勘探队编制的《沁和能源集团有限公司永安煤矿生产矿井地质报告》。
（9）矿方提供的采掘工程剖面图。（10）矿方提供的其他资料。
第二节位及交通
一、井田位置与交通
该井田位于沁水县城东南约60km处的嘉峰镇永安村附近，其地理坐标为东经112°27′11″～112°28′33″，北纬35°32′59″～35°34′48″。201*年11月6日，山西省国土资源厅为该矿换发采矿许可证，证号为C140000201*1112201*2096，批准开采3#～15#煤层，生产规模为60万t/a，井田面积3.8587km2。3#煤层井田范围由表1-1拐点坐标连线圈定,9#、15#煤层井田范围由表1-2中拐点坐标连线圈定（1980西安坐标系，6度带）。批准开采深度标高：564.971m～299.971m。
表1-13#煤层井田范围拐点坐标
点号135791113国家6°带坐标X3939019.543939354.543939438.543939401.543938390.543937564.533937805.53Y19631581.4819632791.4919632847.4919633654.4919633645.4919633253.4919631999.49点号2468101214国家6°带坐标X3939423.543939372.543939451.543939399.543937700.533936645.533937681.53Y19632762.4919632883.4919633654.4919633543.4919633639.5019633347.5019631701.49
表1-29#、15#煤层井田范围拐点坐标
点号1357国家6°带坐标X3939019.543939451.543937564.533937805.53Y19631581.4819633654.4919633253.4919631999.49点号2468国家6°带坐标X3939438.543937700.533936645.533937681.53Y19632805.4919633639.5019633347.5019631701.49
沁和能源集团有限公司永安煤矿位于沁水县东南部嘉峰镇永安村附近，西北距沁水县城约60km。侯马～月山铁路从井田东部约3km处通过，嘉峰站距井田4km左右，阳城～端氏公路从井田东部外自南向北穿行。煤炭经侯月铁路可发往全国各地，矿井地理位置优越，交通较为便利（详见交通位置图）。
图1-2-1交通位图
二、自然地理（一）地形地貌
井田地处太行山南段西侧，地貌属剥蚀、侵蚀低山区。井田内沟谷纵横，沟谷及山梁总体走向北西，总的地势为西北高、东南低。地形最高点位于井田西北，地面高程773m，最低点位于井田东南部的张沟，地面高程595.94m，最大相对高差177.06m。区内大面积覆盖第四系上更新统黄土，沟坡处基岩出露，松树、灌木丛生，地表植被覆盖率20～40%。
（二）、气象水文
沁水县属暖温带季风气候，大陆性气候特征明显。四季分明，冬长夏短，雨热同季，季风强盛。春季干燥多风，夏季炎热多雨，秋季凉爽宜人，冬季气候寒冷。根据沁水县气象台多年观测资料(1951－201*年)：多年平均气温为10.3℃，一月份最冷，平均气温－4.8℃，极端最低温度为1958年1月16日的－19.9℃；七月份最热，平均23.3℃，极端最高温度为1966年6月22日的37.8℃。多年平均蒸发量为1820mm，无霜期173天。冬季多西北风，夏季多南风，最大风力10级；最大冻土深度0.61m。
多年平均降水量643.7mm，年最大降水量为986.3mm（1958年），最小降水量357.4mm（1965年），最大7日降水量为411.8mm(1982年7月29日至8月4日)，日最大降水量220.5（1982年8月1日-2日），时最大降水量60.6mm，10分钟最大降水量34.5mm。降水量年内分配极不均匀，6至9月份的降水量占全年降雨量的55%左右，因此汛期是造成地质
灾害的关键时期。
井田内河流属黄河流域沁河水系芦苇河。
芦苇河：沁河较大的支流之一。它发源于沁水县张村乡的石沟河，流经沁水县张村、阳城县羊泉、芹池、町店、八甲口等地，在润城镇汇入沁河。芦苇河全长49km，其中阳城县境内长度为38.8km，流域面积291.3km2，河床平均宽度约180m，年迳流总量为1501万m3，最大洪峰流量1500m3/s。该河从矿区西南部约3km处由西向东流过，在矿区一带，河床宽约80～150m，河水呈黑色，水面宽约3～15m，水深0.1～0.3m。
矿区内河谷属芦苇河支沟张沟，均属季节性河沟，平时干涸无水，雨季有短暂洪流。主、副斜井均位于张沟支沟中，井筒口标高高出当地河沟最高洪水位线3m以上。
（三）、地震
据历史记载及地震台网监测，上世纪70年代之前，晋城地区共发生过5级以上地震1次，5级以下地震44次，最大地震是1303年9月发生在高平的5.5级地震。根据《建筑抗震设计规范》GB50011201*《中国地震动参数区划图》GB18306-201*，该地区地震动峰值加速度和地震动反应谱周期分别为0.05ｇ和0.45s。根据国家地震局1:400万《中国地震综合等震线图》，本区地震设防烈度为6度区。
第三节煤矿生产建设情况
沁和能源集团有限公司永安煤矿属单独保留煤矿。始建于1954年，性质属县办煤矿，1956年正式投产，设计能力9万t/a；采用斜井开拓，开采一水平3#煤层，标高470m。采煤方法1956年为房柱式采煤法，爆破落煤，木柱支护，回采率低。1981年由于管理不善，曾发生瓦斯爆炸事故，造成人员伤亡，影响生产。1990年进行9～30万t/a改扩建设计，利用井田南部原主井改为副井，重新在井田东北部开拓一主斜井，在后期工程中，又在井田北部五里庙开凿一眼立井作为回风井。201*年12月10日由山西省国土资源厅换发采矿许可证，证号为1400000720423，批准开采3#、9#、15#煤层，井田面积3.8586km2，载明生产规模45万t/a；201*年1月20日山西省煤炭工业局换发煤炭生产许可证，证号为201*05210232，批准开采3#煤层，开拓方式为斜井开拓，生产能力45万t/a，采煤工艺为炮采，有效期201*年1月20日至201*年1月31日；201*年10月23日，山西省煤炭工业局批准变更采煤工艺，由炮采变更为高档普采；201*年4月13日山西煤矿安全监察局为该矿换发了安全生产许可证，编号为(晋)MK安许证字[201*]GW007。
201*年11月6日由山西省国土资源厅换发采矿许可证，证号为C140000201*111201*2096，批准开采3#、9#、15#煤层，井田面积3.8587km2，载明生产规模60万t/a；201*年12月22日山西省煤炭工业局换发煤炭生产许可证，证号为201*05210232，批准开采3#煤层，
开拓方式为斜井开拓，生产能力60万t/a，采煤工艺为高档普采，有效期201*年12月22日至201*年12月31日；201*年11月19日山西煤矿安全监察局为该矿换发了安全生产许可证，编号为(晋)MK安许证字[201*]GW007Y1B1，许可范围为煤炭开采，有效期限201*年11月19日至201*年11月6日。
矿井采用斜井开拓，201*年以来井下布置有三条大巷，即皮带运输大巷、材料运输大巷和回风大巷，井下布置有一个3210下分层高档普采工作面，采用走向长壁分层后退式机械化的采煤方法，伪顶随采随落，直接顶为泥岩或粉砂岩，全部垮落法管理顶板，采用中央边界式通风，皮带运输，无极绳运料，箕斗串车提升，机械排水。该矿井采用斜井开拓，布置有主斜井、副斜井、回风立井、安全出口各一个（表1-3）。井田内3#煤层目前除去矿界、村庄等保安煤柱外，可采储量已近枯竭，9#煤层不可采，15#煤层未采，无小煤矿开采。
矿井建有独立完善的排水系统，矿坑各处涌水集中排放到主水仓后，再排到井上水处理站。井下实际正常涌水量为340.8m3/d，最大涌水量为758.4m3/d。矿井井下中央水泵房设有主、副水仓，其中主水仓容量约为600m3，副水仓容量约为700m3，总有效容量1300m3。泵房配有三台D8545×5型水泵，两趟管径为108*4mm水管。采区泵房设有800m3水仓一个，配置三台80D-30*10型水泵，敷设两趟管径为108*4mm水管。201*年1月21日进行了主排水泵的常规检验。
表1-3永安煤矿矿井井筒特征表
井口坐标(X/Y)高程(m)方位坡度长度(m)347井筒形状净断面2（m）12.7主斜井3938533.56660.2019633563.723937402.13620.7019633131.28356°25°三心拱形副斜井350°22°126半圆拱形7.9回风立井安全出口斜井3939034.59738.90308°55′57″90°19632451.013937695.83631.2019633060.74300°22°285圆形12.56250三心拱形5.4第四节周边煤矿及小窑
该井田周边相邻六座矿井，东北为山西晋煤集团沁水永安煤业有限公司，东南为山西沁和能源集团南凹寺煤业有限公司，西南与山西阳城芦河煤业有限公司张沟井口井田相邻，西为山西金海能源有限公司阳城大宁金海煤矿井田，北西为沁水五里庙煤业有限公司（现整合到晋煤集团永安煤业），北东部为晋煤集团寺河煤矿井田。现简要介绍如下：
1、山西晋煤集团沁水永安煤业有限公司
位于井田东北边界外,该矿始建于1985年，1986建成投产，201*年12月省国土资源厅换发采矿许可证，证号为14000008201*7，核定生产能力210kt/a，斜、立井综合开拓，开采3#煤层，面积1.2504km2，中央并列式通风，走向长壁式炮采，采用悬移支架支护，全部垮落法管理顶板，刮板机输送，皮带运输，矿井一般涌水量不大，机械排水，
属高瓦斯矿井。1995年曾越界开采永安井田，后经国土部门调整，重新核发采矿证，部分采空区仍位于永安井田内，按小窑破坏区对待。
2、山西沁和能源集团南凹寺煤业有限公司
位于井田东南边界外,始建于1976年，1978年投产。201*年11月
7日省国土资源厅换发采矿许可证，证号为
C140000201*1112201*2271，批准开采3#-15#煤层，井田面积为2.488km2，矿井正在进行60万t/a升级改造。该矿为斜井开拓，走向长壁分层炮采，采用悬移支架支护，全部垮落法管理顶板，刮板机输送，皮带运输，中央并列式通风，机械排水，属高瓦斯矿井。矿井正常涌水量为200m3/d，最大涌水量为380m3/d。
3、阳城县芦河煤炭有限公司张沟井口
位于井田西南端边界外,为阳城县町店镇办煤矿,始建于1982年4月，于1984年10月建成投产，属町店镇镇办集体企业。201*年10月25日，山西省国土资源厅颁发的采矿许可证，证号为1400000622282，批准开采3#煤层，矿区面积1.9214km2，生产规模为150kt/a。采用斜井开拓，中央并列式通风，长壁分层炮采，全部跨落法管理顶板，木棚支护，主运输大巷为无极绳循环绞车矿车运输，回采工作面为刮板运输机运输，机械排水，属瓦斯突出矿井。矿井水源主要来自3#煤层采空区积水，采空区位于井田东北部，和永安煤矿采空区相邻，井底建有主、副水仓，主水仓容量为200m3，副水仓容量为100m3，矿井一般涌水量90m3/d，最大可达120m3/d。
4、山西金海能源有限公司阳城大宁金海煤矿
与本井田西北部相连，采矿许可证号为140000410465，设计生产能力4500kt/a，井田面积为53.69km2，该矿正在筹建。
5、沁水五里庙煤业有限公司
位于井田北西部边界外,现整合到晋煤集团永安煤业有限公司。201*年10月省国土资源厅换发采矿许可证，证号为C1400000622302，核定生产能力210kt/a，面积0.8519km2，斜、立井综合开拓，开采3#煤层，中央并列式通风，走向长壁炮采，采用悬移支架支护全部垮落法管理顶板，刮板机输送，皮带运输，一般矿井涌水量不大，机械排水，属高瓦斯矿井。未开采区主要分布在井田东北部和西部。
图1-4-1四邻关系图
6、晋煤集团寺河煤矿
位于井田北东部边界外,该井田跨阳城、沁水两县，1996年12月
30日正式开工建设，全井田面积为91.2km2，可采煤层为3#、9#、15#煤层，为斜井分盘区开拓，综合机械化开采，采用分区式通风，开采方法为一次采全高长壁采煤法，全部垮落法管理顶板，属高瓦斯矿井。
据调查，周边矿井以往开采时未曾发生过井下突水事故。
第五节以往地质工作及水文地质工作
一、以往勘查地质工作
井田位于原阳城矿区町店（详查）勘探区内，在阳城矿区上黄崖井田精查勘探区东部A+B级储量区内。
1957年，华北煤田地质局调查队完成晋城阳城1：50000地质填图，并提交了概查报告。1959年原152队在上述填图范围浅部普查勘探后，提交了沁水煤田阳城矿区普查地质报告，施测了1：10000地形地质图，1962年复审降为概查。
山西煤田地质勘探144队于1975年8月提交了阳城矿区町店（详查）勘探区地质报告，在永安煤矿井田范围内施工钻孔3个(120、124、125)，完成钻探进尺912.43m，范围外1个（119），完成钻探进尺177.29m；1977年12月提交了《山西省沁水煤田阳城矿区上黄崖井田精查勘探地质报告》，在永安煤矿井田范围内施工钻孔3个（2041、2051、2069），完成钻探进尺1067.88m，范围外2个钻孔（2025、2086），进尺826.03m。山西煤田地质勘探144队1973～1977年先后在永安煤矿井田范围内施工钻孔6个，总计钻探进尺1980.31m，各钻孔均进行了测井，范围外3个，总计钻探进尺1003.32m。
1996年由山西煤田地质勘探114地质队提交《永安煤矿地质报告》，提交的井田工业储量为3290.7万吨，井田面积为4.6km2。
201*年4月由山西省煤炭地质公司提交《山西省晋城沁和煤业有限公司永安煤矿生产矿井地质报告》，提交的井田工业储量为3205万吨，井田面积为3.8586km2。
201*年4月晋城市煤田地质勘探队编制的《沁和能源集团有限公司永安煤矿生产矿井地质报告》；
上述普、详、精查各阶段在井田内（包括井田边界钻孔）共施工钻孔6个，并完成了其它相应的地质工作量。
以往地质勘查工作为沁和能源集团有限公司永安煤矿的开采提供了基础性资料，如可采煤层、煤层厚度、埋深、顶底板岩性特征等。经过开采验证，以往地质勘查成果基本与实际情况相符，地质可靠程度较高。
二、矿井地质工作及水文地质工作
该矿自建井以来，积累了一定的矿井地质与矿井水文地质资料，经分析资料真实可靠，能够为本次报告参考使用。
1.井巷测量
为了随时掌握生产进度和便于开采规划，对井田和井下巷道进行了详细测量。井口和主要巷道用J2经纬仪和NTS352全站仪进行了实测，次要巷道采用半仪器法进行了简单测量，并将测量成果、工程进度、停头位置及时绘制在采掘工程平面图和井上下对照图上，并将采
掘进度及采空区及时绘制在采掘工程平面图和井上下对照图上，为井下煤层开采设计规划提供了依据。
2.地质现象编录
本次报告利用以往地质报告中3号煤层井下见煤点的厚度、结构，将其标注于采掘工程平面图上，为报告编制提供了可靠的地质依据。
3.水文地质观测
对井下涌水量及涌水部位进行了观测分析，并根据涌水量情况及时向地面抽排，保证了井下安全生产。
4.瓦斯监测
整合矿界内原先各矿鉴定均为高瓦斯矿井，已建立健全了瓦斯实时监测监控系统，按安全规程分别测定了井下瓦斯含量、瓦斯涌出量。认真监测井下瓦斯含量变化，做好通风工作，并按照有关要求进行年度瓦斯等级鉴定，为防范瓦斯事故，确保矿井安全生产提供了保障。
5.煤质化验
对3号煤的工业指标、煤尘爆炸性、自燃倾向性做了相应的化验，为了解本井田的煤层、煤质情况提供了详实的资料。
总之，在生产过程中做了一定的矿井地质工作和矿井水文地质工作。今后还需进一步做好这方面的工作，认真总结经验，重视和搞好矿井地质编录工作，积极为矿井的安全生产提供更多更有效的服务。
第二章矿井地质
第一节区域地质概况
一、区域地层
根据区域地质资料，沁水县地层由老到新为中元古界震旦系，古生界寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系，中生界三叠系及新生界第四系地层。区域地层分布特征见表2-1-1。
二、区域构造
井田位于沁水构造盆地南端，地层总体向北倾伏。沁水构造盆地是山西省最大的四级构造单元，总体呈北北东向展布。
沁水盆地是一个被断裂包围的断块，主体部分出露二叠系和三叠系，周边翘起，出露下古生界地层。沁水盆地形成于中生代，是受水平挤压形成的凹陷。相对周边构造单元来说，沁水盆地比较稳定，变形强度由边缘向内部减弱，盆地主体部分发育开阔的北北东向短轴褶曲，两翼岩层倾角一般小于20度，边缘断裂多为逆冲性质，尤其是东西两侧均向外侧逆冲，突出了水平挤压的特征。沁水盆地东侧以晋（城）－获（鹿）断裂带与太行山隆起相接，该断裂在山西省内延伸超过320公里，总体走向NNE，有迹象表明该断裂带生成时间较早，中生代燕山运动中又有活动，表现为地层由东向西的逆冲。由于变形强度和后期隆起被剥蚀改造的差异，晋获断裂带表现为分段特征。黎城以北基岩露头区，逆断裂保存良好，变质基底就逆冲于下古生界之上。黎城以南线性构造仍
十分清楚，南段庄头断层至晋城之间出露为由古生界组成的线性褶皱，而白马寺断层即是其组成部分。
本井田位于沁水煤田盆地南缘。本区的区域地层出露较全，由老到新为古生界寒武系、奥陶系、石炭系、中生界，新生界和第四系地层。
沁水县地层情况表表2-1-1
界系统全新统组段二段中统中三生叠界系下统刘家沟组石千峰组T1lP2shP2s3P2s2P2s1P1xP1s二马营组一段符号Q4Q3Q2T2e2T2e1T1h厚度0-390.5-345-3789-107岩性描述浅黄、灰黄色砂砾石、砂、亚砂土及粘土互层。上部：浅黄色黄土状粉土、粉质粘土；底部浅黄色砂砾石。浅综红色亚粘土夹透镜状砂砾石及褐红色古土壤层。分布情况东峪、樊庄、龙渠河一带，县河、沁河、端氏河一带樊村河信王必杨家河一带新第生四上更新统界系中更新统和尚沟组黄绿色厚层状细粒、中粒长石砂岩与紫红色泥岩互层；底部呈巨厚层状达30余米，地貌上形成陡坎。顶部：泥岩或粉砂岩；上部：黄绿色薄－厚层状细粒长石砂岩，夹粉砂岩；149-161中部：褐红色砂质泥岩夹长石砂岩、粉砂岩；下部：黄绿色中厚层状细粒长石砂岩夹灰绿、综红色页岩、紫红色泥岩薄层。223-231棕色细粒长石砂岩与紫红色页岩、泥岩互层。棕色细粒长石砂岩夹紫色页岩及数层同生砾石，砂岩中常含园度极好的“砂球”。黄绿色厚层状长石砂岩与紫红色泥岩、页岩互层，近顶部常有透镜状淡水灰201-217岩，泥岩中普遍含钙质团块。464-484上二古叠生系界上统三段二上石盒子组段一段下石盒子组下统山西组十里、柿庄、固县、郑村、胡底、樊庄、117-137杏黄、紫色砂岩、砂质泥岩，顶部夹透镜状燧石，上部具一层安山质凝灰岩。必底、郑庄、王寨、黄、杏黄色为主，少量紫红色泥岩、砂质泥岩、页岩、砂质页岩及黄绿色砂樊村河、113-171杏峪、下川、岩。底部常为一层黄白色厚层状含砂粗粒砂岩。黄、杏黄色泥岩、砂质泥岩、页岩及砂岩，夹一至两层杂色含鲕粒锰铁质铝城关、中村、156-191土沃、张村等土页岩或一至两层透镜状锰铁矿。34.73-黄绿、杏黄色页岩、砂质页岩及砂岩，近顶部平一至二层杂色含鲕粒锰铁质大部分地区93.71铝土页岩或一至二层透镜状锰铁矿。27.9-上部灰色砂质页岩、页岩及砂岩，含煤层（香煤等）；下部灰色页岩、砂质页67.25岩夹燧石层、二至三层薄煤。
沁水县地层情况表续表2-1-1
界系上石古炭生系界奥陶系统上统中统组太原组本溪组峰峰组中统上马家沟组下马家沟组亮甲山组冶里组凤山、长山、崮山组张夏组寒武系中统徐庄组毛庄组下统中震元旦古系界汝阳群馒头组北大尖组白草坪组段符号C3tC2bO2fO2sO2xO1∈3∈2z∈2x∈2m∈1mZbdZd厚度57.95-131.67岩性描述分布情况中村、下川与翼城交界和土沃、台亭以东地带下川大部地区和土沃、唐坪一带下古生界下统上统上部灰色细粒砂岩、页岩夹二至三层灰岩及煤层（半香煤等）；中部二至三层灰岩、页岩及煤层（臭煤等）；下部褐灰色铝土岩，粘土岩夹煤线及透镜状灰岩或燧石层；底部灰白色石英砂岩。4-37.52黄绿及褐灰色粘土岩、铝土岩、偶夹砂岩、煤线；底部山西式铁矿。上部灰黄色泥岩夹泥质白云岩、泥质灰岩，角砾状白云质灰岩；中部浅灰色中厚50-114－厚层状泥质灰岩夹少许灰岩；下部灰黄色薄层状泥灰岩及质纯灰岩。上部灰色薄－厚层状含泥质白云岩夹灰岩；中部青灰、灰黑色中厚－巨厚层状灰223-260岩，豹皮状灰岩；下部薄层状泥灰岩，角砾状泥灰岩。青灰色中－巨厚层状白云岩，白云质纯灰岩；下部灰黄色薄层状泥灰岩，角砾状82-92泥灰岩。浅灰色中厚－巨厚层状白云岩，含燧石条带及结合白云岩。底部二至三层厚仅十61-209余厘米的黄绿色页岩。98-154132-209中厚－厚层状结晶白云岩，下部薄层状泥质条带细晶白云岩夹竹叶状白云岩。下川小河湾至东川一带上部薄－巨厚层状鲕状白云质灰岩；中部厚－巨厚层状鲕状灰岩；下部厚－巨厚层状灰岩；底部薄层泥质灰岩、鲕状灰岩夹紫红色页岩。上部中厚－厚层状灰岩、豆鲕状灰岩夹紫红色页岩；中下部紫红色页岩夹中厚层96-133状致密灰岩、薄层状细砂岩。紫红色薄层状含白云母小片泥岩、页岩夹薄层状、透境状灰岩；顶部青灰色厚－32-42巨厚层状结晶灰岩。灰黄色薄层状灰岩、泥页岩夹薄－中厚层状泥质灰岩，泥质白云岩，顶部夹少许39-69竹叶状灰岩。底部白云岩、白云质石英砂岩。中上部紫、紫红色中厚－厚层状中粗粒石英岩状砂岩夹三层白色巨厚层状石英岩下川舜王坪118-460状砂岩；下部浅紫色中厚层状石英岩状砂岩与紫红色页岩互层；底部紫红色厚－一带与垣曲巨厚层状中粒石英岩状砂岩。交界处紫红、紫、暗紫灰、砖红色泥岩、砂质泥岩夹浅紫色薄－中厚层状石英岩状砂岩。68-217上部夹粘土质白云岩一层。
第二节矿井地质
一、地层
矿区地表大部分被第四系黄土覆盖。零星出露二叠系上统上石盒子组，二叠系下统下石盒子组、山西组和石炭系上统太原组、中统本溪组及奥陶系地层呈埋藏型。现将矿区内钻孔揭露及地表出露地层由老至新分述如下：
1、奥陶系中统（1）上马家沟组(O2s)
井田东部永安村深水井揭露厚度207.98m。岩性主要为灰、深灰色巨厚层状石灰岩夹薄层泥质灰岩、泥质灰岩。裂隙较发育。
（2）峰峰组(O2f)
埋藏于井田深部，为煤系地层的基底。主要为深灰、黑灰色厚层状石灰岩、泥质灰岩组成，顶部含星散状黄铁矿及其结核。井田内勘探钻孔揭露最大厚度16.7m，永安村岩溶深井揭露厚度66.91m。
2、石炭系(C)（1）中统本溪组(C2b)
本组厚度4.0～37.52m，平均厚12.53m，厚度变化大。岩性主要为灰色泥岩、砂质泥岩及浅灰色粘土质泥岩，局部鲕粒发育，底部一般有一层铁质粉砂岩或铁质泥岩，与下伏奥陶系地层呈平行不整合接触。
（2）上统太原组(C3t)
连续沉积于下伏本溪组之上，为一套海陆交互相含煤建造，井田主要含煤地层之一，主要以深灰～灰黑色砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥岩、煤层及石灰岩为主。其中含煤10层，以下部煤层发育较好，发育有石灰岩、泥灰岩8层，其下部灰岩稳定且厚度较大，底部以K1砂岩与下伏地层呈整合接触。本组厚度57.95～131.67m，平均92.05m。
3、二叠系(P)（1）下统山西组(P1s)
为一套陆相碎屑岩含煤地层，井田主要含煤地层之一，连续沉积于下伏太原组之上。主要由灰色粉砂岩、浅黄色中细砂岩、深灰色砂质泥岩、泥岩及煤层组成，一般含煤1～2层，以石英砂岩（K7）与太原组分界，本组地层厚度41.57～56.16m，平均47.89m。（2）下统下石盒子组(P1x)
本组厚57.72～93.71m，平均71.17m。主要由黄绿色、浅灰色砂岩，灰绿色、浅灰色粉砂岩、砂质泥岩、泥岩组成。顶部为浅灰色、夹红褐色斑，含大量菱铁矿球粒及黄铁矿团块的泥岩，俗称“桃花泥岩”，上部和下部为中细粒砂岩和粉砂岩，间夹泥岩，含大量菱铁矿鲕粒，底部以K8砂岩与下伏地层呈整合接触。
（3）上统上石盒子组(P2s)
主要出露于矿区东、西两侧沟坡上，其上部层段被剥蚀，本井田钻孔揭露最大厚度为146.00m，仅存有下部地层，岩性主要为砂岩夹杂
色泥岩，为灰绿色、黄褐色砂岩,局部夹紫色泥岩与灰绿色、灰白色砂岩层，局部泥岩中含菱铁质结核，中上部夹铁质砂岩及锰铁质结核。与下伏下石盒子组呈连续沉积。
4、第四系中、上更新统(Q2+3)
井田内分布广泛，主要为浅红色砂质粘土，上部为黄灰色，含钙质结核；下部夹砂砾层。厚0～50.20m，平均25.00m。与下伏地层呈角度不整合接触。
二、构造
井田内以宽缓的褶曲为主要构造形迹，褶曲轴向近南北向，地层走向北东向，岩层倾角4～6°。井田断层不发育，未见陷落柱和岩浆岩体。
张沟背斜：轴向近南北，背斜轴位于井田东部，井田大部分处在背斜的西翼，井田内延伸长度2500m，产状平缓，两翼岩层基本对称，倾角4～6°。
综上所述，该井田构造条件简单，为宽缓的褶曲构造，地层较平缓，井田构造属简单类。
第三章煤层
第一节含煤性
井田主要含煤地层为二叠系下统山西组和石炭系上统太原组，二者合计地层平均总厚139.94m，共含煤12层，煤层平均厚度12.29m，含煤系数为8.8%。其中批采的3号、15号煤层平均总厚9.31m，含煤系数为6.65%。
山西组地层厚度41.57～56.16m，平均厚度47.89m，共含煤2层，自上而下编号分别为1号、3号煤层，含煤平均总厚6.63m，含煤系数13.8%。其中1号煤层位于本组顶部，层位不稳定，不可采，不具工业价值；3号煤层位于本组下部，厚度大且稳定，是该井田主要可采煤层。
太原组地层厚度57.95～131.67m，平均总厚92.05m，共含煤10层，自上而下编号分别为5、7、8-1、8-2、9、10、11、12、13、15号煤层，煤层平均总厚5.66m，含煤系数6.1%，其中15号为全井田稳定可采煤层，9号煤零星可采，其余均属不可采煤层。
第二节可采煤层
矿区内可采煤层有3、15，共2层煤，其余为零星可采或不可采煤层。可采煤层特征见表3-2-1。
（1）3#煤层：赋存于山西组的下部，全区稳定可采，为该矿现开采煤层，煤层埋深一般80～310m，底板标高410～560m。煤层厚6.23～6.66m，平均6.43m，夹矸1～4层，结构中等，伪顶为泥岩，直接顶为
24##
泥岩或粉砂岩，厚度2.56～8.24m，老顶为砂质泥岩或中细砂岩，厚度0～5.55m，平均4.24m。底板为泥岩或粉砂岩，厚5.62～8.92m，平均7.49m。
（2）15#煤层：位于太原组一段顶部，上距3#煤底75.94～86.74m，平均79.92m，煤层埋深一般160～390m，底板标高300～480m。煤层厚1.65～2.90m，平均2.12m。一般含夹矸0-3层，结构简单～复杂，煤层伪顶为泥岩、局部为炭质泥岩，厚度0～0.20m，直接顶、老顶为K2石灰岩，石灰岩厚度7.16～12.19m，平均9.26m。属全区稳定可采煤层。
可采煤层情况一览表表3-2-1
煤层编号煤层厚度（m）煤层间距(m)层位最小-最大平均山西组3#最小-最大平均稳定程度及可采情况含夹矸层数1-4顶板岩性底板岩性6.23-6.666.431.65-2.9079.94-86.7479.92全区稳定可采泥岩泥岩粉砂岩粉砂岩砂质泥岩泥岩砂岩灰岩太原组15#2.12全区稳定可采0-4
第四章水文地质
第一节区域水文地质
井田地表河流属黄河流域沁河水系。沁河是晋东南最大的河流，发源于长治市沁源县霍山东麓的二郎神沟，由河南省济源市五龙口出太行山，于武涉县南侧嘉应关注入黄河。干流全长485km，流域面积13532km2。沁河流域以石质山区为主，土质山区次之，干流河道大部分为砂岩地层，水量渗漏较少。井田内无地表水体，雨季降水沿沟谷向沁河水系支流芦苇河排泄。
井田位于沁水盆地南缘太行山复背斜西翼，沁水复向斜东翼，晋获褶断带西侧，所处区域水文地质单元为二叠系碎屑岩分布区和低山丘陵水文地质区，井田所在地处在奥陶系岩溶水延河泉域径流区。延河泉是我省少数的几个岩溶大泉之一，位于阳城县马山村沁河河谷西侧，是沁河河谷近20km范围内一系列泉群出露地的最大露头。据19821989年监测资料，多年平均流量为3.39m3/s，最大流量6.32m3/s（1984.9.15），最小流量2.36m3/s（1988.3.10），泉水出露高程为463.33m。延河泉域是一个从补给、径流到排泄的完整的地下水流域，主要含水层为中奥陶厚层状石灰岩，沁水向斜使泉域地层构成南部向北，东西两侧向中间倾斜的储水构造。
东部边界：分南、北两段。南段以晋获褶断带与三姑泉为界，该段晋获褶断带由一组压扭性断裂及侧转的背斜组成呈北北东走向与地表分水岭一致；北段与丹河和沁河地表分水岭一致，地表出露石炭、
26二叠系地层，下伏中奥陶统灰岩含水层，是一个可移动的地下分水岭，局部导水。
西部边界：以沁河与汾河地形分水岭为界，海拔2100－2300m，由于断层作用，使断层西侧长城系砂页岩与东侧寒武、奥陶系含水层接触，形成阻水边界。
北部边界：位于东沟-朝阳地-嘉峰镇-贾寨村一线，地表分布二叠系、三叠系沙泥岩，寒武系、奥陶系碳酸盐岩埋深380－450m，岩溶地下水处于滞留或缓流状态，并由于沿寺头等两条断层形成地堑，使煤系地层与奥陶系碳酸盐岩接触，起到阻水作用，为阻水边界。
南部边界：与地表分水岭一致，沿衙道-范洼-双窝沟-西交-阳坡-小河湾一线，地面分布长城系及下寒武统隔水岩层，为一阻水边界。
以上划定延河泉域范围，包括阳城县及泽州县西部和沁水县南部，面积2765km2，其中可溶岩裸露区面积1084.8km2（图4-1）。
一、区域内主要含水层
区域内主要含水层地下水(按含水介质分)有：松散岩类含水岩组、碎屑岩类含水岩组、碎屑岩夹碳酸盐类含水岩组、碳酸盐类含水岩组。
1、松散岩类含水岩组
含水岩组主要为第四系松散沉积物，呈带状分布于沁河及其支流，由砂质粘土夹砂及卵砾石组成，厚5－40m。富水性因地而异，河谷区一般中等～强，单位涌水量q=0.2－11.8L/sm；丘陵山区富水性一般
较弱，单位涌水量多小于0.1L/sm。
该类水主要接受大气降水的补给，排泄方式主要是蒸发或向下渗漏补给下伏含水层。水化学类型一般为HCO3－NaCa型水，局部受煤矿矿坑排水污染，水化学类型为SO4KNa型水。
2、碎屑岩类含水岩组
含水岩组为二叠系上、下石盒子组和山西组，含水层主要为砂岩，与泥页岩隔水层呈相间分布，含水层间水力联系较差。富水性差异较大，不均匀。山西组由泥岩、砂岩及煤层组成，厚34－72m，含裂隙水，单位涌水量q=0.0004－0.003L/sm；上、下石盒子组为泥岩、砂岩组成，厚258－812m，受沟谷切割常有泉水出露，泉流量一般小于1L/s，属弱富水性含水层。
该类水主要接受大气降水入渗补给，在沁河河谷局部地段接受上覆孔隙水系统的越流补给，在基岩裸露的沟谷中接受地表水的渗漏补给；地下水运动方向受地层产状和地形条件的控制，沁水复向斜西翼总体由西向东，由南向北迳流，地面侵蚀作用和深切沟谷破坏了含水岩系的完整性，地下水具多层性，没有统一的地下水位；地下水排泄途径主要有：人工开采地下水和以泉的形式转变为地表水及局部地段越流补给下伏岩溶裂隙水系统。
3、碎屑岩夹碳酸盐岩类含水岩组
含水岩组为石炭系上统太原组，含水层主要为太原组K2－K5灰岩和数层砂岩，厚76－142m，是太原组各煤层的主要充水水源。由于其
间夹有数层煤、砂质泥岩，将各个含水层分隔成层状分布的近似独立的含水层，故相互间水力联系较弱。富水程度取决于岩溶裂隙的发育程度，一般在近地表露头处含水性较好，随着埋深增加含水性变弱，单位涌水量0.001－1.09L/sm。
该类水的主要补给来源是大气降水和上覆裂隙水的垂直入渗，主要排泄方式是采煤矿坑排水及人工开采。地下水运动方向受地层产状和地形条件的控制，沁水复向斜西翼，总体由西向东，由南向北迳流。
4、碳酸盐岩类含水岩组
包括寒武系至中奥陶统碳酸盐岩类含水层。其主要含水层段为中奥陶统石灰岩岩溶含水层，总厚400500m，包括下、上马家沟组及峰峰组，主要出露于泉域东、南及西部，中部及北部为厚层碎屑岩所覆盖。主要接受裸露区大气降水及局部灰岩裸露河道地表水的补给，中部及北部厚层覆盖区有北部地下分水岭向南西的径流。排泄出口主要有沿沁河呈线状排列的延河泉群、河头泉群及阳城县附近的开采井群。
泉域内中奥陶统灰岩含水层受埋藏深度、岩溶发育规律及构造等的影响，含水性具明显的水平分区和垂直分带：在平面上，灰岩裸露区及薄层覆盖区与厚层覆盖区岩溶发育特征、含水性有较大差异，在剖面上，有“上弱下强”的含水规律。井田处于厚层覆盖区的中部。
图4-1-1延河泉域略图
30二、区域内主要隔水层
1、石炭系中、上统泥岩、铝质泥岩隔水层
主要有泥岩、铝质泥岩组成，位于石炭系上统太原组15号煤层底至奥陶系岩溶裂隙含水层顶，为一套以泥质岩为主的细碎屑岩地层，特别是本溪组的铝土泥岩，质地细腻，具有良好的隔水性能，为区域内主要隔水层组，对奥灰水起到了重要的阻隔作用。
2、碎屑岩类层间隔水层
主要由具塑性的泥岩组成，呈层状分布于各砂岩含水层之间，形成平式复合结构，阻隔各含水层的垂向水力联系。
三、区域地下水的补给、径流与排泄条件
延河泉是我省少数的几个岩溶大泉之一，位于阳城县马山村沁河河谷西侧，是一个从补给、径流到排泄的完整的地下水流域，主要含水层为中奥陶厚层状石灰岩，沁水向斜使泉域地层构成南部向北，东西两侧向中间倾斜的储水构造。
中奥陶统马家沟组灰岩为区内富水性相对较强的含水层，主要接受大气降水补给，局部接受河道地表水渗透补给及上覆含水层的越层补给，集中向南方向的延河泉排泄。
石炭系、二叠系地层由于具有含水层、隔水层相间成层的特点，对大气降水及地表水对地下水的补给存在不利因素，特别是深部岩层裂隙不发育，接受大气降水及地表水的补给主要受地形控制，在切割较深处以裂隙下降泉的形式排出地表，只有少部分垂向补给深部含水
层。
第四系松散含水层多沿山坡及沟谷低凹地带分布，在山麓及基岩附近的第四系残坡积含水层主要接受大气降水补给及基岩风化裂隙水补给，向地形低凹处排泄。
第二节矿井水文地质条件
一、井田地表水及河流
井田内没有地表水体，主要有芦苇河支沟张沟。
张沟属季节性沟谷。永安煤矿主副井筒均位于张沟沟坡上，井田主副井筒口高出当地最高洪水水位标高3m以上，一般情况下洪水不会顺井筒贯入井下。但为预防河水贯入发生淹井事故发生，按《三下采煤规程》，河谷区应预留保安煤柱。
二、井田含水层
1、第四系松散沉积物含水层
含水岩组主要由上更新统粉土夹薄层砂卵砾石透镜体和中更新统粉质粘土夹薄层砂卵砾石透镜体组成，无相对隔水层，厚0～20m，坡梁上含水层接受大气降水入渗补给后直接下渗补给下部碎屑岩类裂隙水，透水而不含水。沟谷地带由于砂卵砾石层分布局限，厚度小，单位涌水量0.029L/sm，富水性弱
2、碎屑岩类裂隙水
井田东、西部有出露，含水岩组为二叠系上、下石盒子组和山西
组，含水层岩性主要为砂岩，与泥页岩隔水层呈相间分布，含水层间水力联系较差。富水性差异较大，不均匀。
二叠系下统山西组含水岩组，埋藏深度140～230m。由中细粒砂岩组成。主要含水层位为3#煤层顶板K8砂岩，次为3#煤底部K7砂岩。顶板砂岩厚度0～33.48m。其富水性主要是受裂隙发育程度影响。据邻区位于井田以北和以西的317钻孔与永红矿3号钻孔抽水试验资料，单位涌水量为0.00173L/sm，渗透系数0.0065m/d，水位标高为549.16m，水质类型为HCO3KNa型水。该含水岩组富水性弱。
二叠统下统下石盒子组含水岩组：井田内地表未出露，属埋藏型。含水层以中、粗粒砂岩为主，补给条件较差，富水性弱，单位涌水量为0.0276L/sm，水化学类型为HCO3Na型。
二叠统上统上石盒子组含水岩组：井田东、西部地表有出露。含水层以中、粗粒砂岩为主，靠大气降水补给，多呈下降泉泄出，最大流量0.50L/s，一般流量不大，季节性变化极大。该含水岩组富水性弱，单位涌水量为0.0009L/sm，水质类型为HCO3KNa型。
3、太原组（C3t）砂岩、灰岩岩溶裂隙含水层
含水岩组为石炭系上统太原组。含水层主要为太原组K2、K3、K5
三层灰岩和数层砂岩，K2厚7.16～12.19m，平均9.26m，厚度稳定；K3厚0.8～4.69m，平均3.34m，为灰色、深灰色含生物碎屑微晶灰岩，断续波状层理发育，含硅质结核；K5石灰岩厚0.70～2.10m，平均1.57m，为深灰色致密生物碎屑泥晶灰岩，层位稳定。K4石灰岩厚0.68～
2.85m，平均1.90m，极不稳定。该类水是太原组各煤层的主要充水水源。由于其间夹有数层煤、砂质泥岩，将各个含水层分隔呈层状分布的近似独立的含水层，故相互间水力联系较弱。据钻孔揭露情况，含水层富水性和裂隙、岩溶的发育及构造条件等有关：
（1）裂隙的发育随埋藏深度增加而减弱，富水性随埋藏深度增加、裂隙减弱而由强变弱。
（2）一般在向斜部位富水性可达中等，单位涌水量为0.36～0.03L/sm；而东部背斜轴部则相反，富水性较差，单位涌水量0.004L/sm，富水性弱。
4、中奥陶统灰岩岩溶裂隙含水层
矿区位于区域延河泉岩溶水系统中北部的补给、径流区。岩溶水的补给来源主要为二叠系、三叠系碎屑岩类裂隙水和沁河地表水的渗漏补给。地下水径流方向由西北向东南，水位埋深一般110～265m，水位标高一般在484～514m之间。含水岩层主要为奥陶系中统上、下马家沟组，富水性一般中等。水化学类型为HCO3SO4CaMg型水。
碳酸盐岩在井田内隐伏于煤系地层之下，据井田勘探钻孔揭露资料，顶板埋藏深度一般253.83～398.18m，最大揭露厚度16.7m。
矿区内有岩溶水井1眼（编号永2#），主要取水层位为奥陶系中统上马家沟组。该水井竣工时间为1992年7月，水井深度480.79m。水井结构及揭露地层情况见表4-1。
该水井竣工时岩溶水静止水位埋深178.01m，水位标高486.99m。
抽水试验动水位埋深228.74m，水位降深50.73m，涌水量为9.056L/s，换算单位涌水量为0.178L/sm。水质类型为HCO3SO4CaMg，矿化度0.44g/L。
据《沁水县加丰镇永安村岩溶深井说明书》，该水井取水层位主要为奥陶系上马家沟组。孔深272.81m时进入上马家沟组地层，孔深282.00m严重漏水，岩芯呈蜂窝状。根据钻探资料分析，主要含水层段位于282.00～385.87m段，含水层总厚度约103.87m。
表4-1永2#岩溶水井揭露地层情况表
序号1234567时代Q2P1xP1sC3tC2bO2fO2s深度（m-m）0-19.4419.44-110.19110.19-141.8141.8-201.6201.6-205.9205.9-272.81层厚（m）19.4491.4631.6159.84.366.91孔径（mm）500377377377377273219管径（mm）426325325325325岩性粉质粘土砂岩、泥岩互层砂岩、泥岩夹3煤灰岩、泥岩、角砾状灰岩铝土质泥岩灰岩、泥灰岩互层灰岩、泥质灰岩裂隙发育#272.81-480.79207.98本次调查采用手持GPS定位井口坐标为：X=3938036，Y=19633559，H=665m。本次调查水位埋深185m左右，水位标高约为479.96m。
需要说明的是，与周边岩溶水井及下河泉出露标高476.8m相比，该井成井时的水位标高明显偏低。编制区域岩溶水201*年等水位线图时，延用了成井时水位标高，一方面考虑成井时一般洗井抽水时间较短，不一定能反映真实区域水位，另一方面201*年年降水量大，延河泉域径流区岩溶井水位大多普遍回升。由此推算出矿区一带岩溶水水
35位年下降速率在1m/a左右，与调查反映情况基本吻合。
三、井田内主要隔水层
区内各含水层之间都有良好的隔水层，当其完整性、连续性未被破坏时，完全可以隔离上下含水层之间的水力联系。现将区内主要隔水层叙述如下：
1、太原组底部及本溪组泥岩、铝土泥岩隔水层：为15号煤层底板至峰峰组顶界，厚度平均25m左右，由泥岩、铝土泥岩等塑性岩层夹砂岩组成，可起良好隔水作用。
2、石炭系太原组中上部泥岩隔水层：主要岩性为泥岩和砂质泥岩，呈层状分布于各灰岩、砂岩含水层之间，阻断了其间的水力联系，是15号煤层顶板以上的主要隔水层。
3、二叠系砂岩含水层层间隔水层：位于下石盒子组顶部及上石盒子组中下部，由塑性铝土泥岩、砂质泥岩夹粉砂岩等组成，单层厚度二至数十米以上，在没有煤矿采动影响的情况下，可视为3号煤层上的相对隔水层。
四、地下水的补给、径流与排泄条件
中奥陶统马家沟组灰岩为区内富水性相对较强的含水层，主要接受大气降水补给，局部接受河道地表水渗透补给及上覆含水层的越层补给，集中向南西方向的延河泉排泄，近年来有下降趋势。根据补给区与排泄区的分布位置和各钻孔水位标高分析，井田内中奥陶统灰岩
36岩溶地下水总的流向由北西向南东。
石炭系、二叠系地层由于具有含水层、隔水层相间成层的特点，对大气降水及地表水对地下水的补给存在不利因素，特别是深部岩层裂隙不发育，接受大气降水及地表水的补给主要受地形控制，在切割较深处以裂隙下降泉的形式排出地表，只有少部分垂向补给深部含水层。
第四系松散含水层多沿山坡及沟谷低凹地带分布，在山麓及基岩附近的第四系残坡积含水层主要接受大气降水补给及基岩风化裂隙水补给，向地形低凹处排泄。大面积分布的第四系上更新统黄褐色亚粘土，垂直裂隙发育，透水性强，而富水性较弱，其下覆的第四系中更新统棕红色亚粘土，透水性较弱，因此在上更新统与中更新统亚粘土接触带附近易形成富水带。河道中呈带状分布的第四系全新统砂砾石层主要接受地表水及大气降水的补给，向下伏地层及地形低凹处排泄。
第三节矿井充水因素分析及水害防治措施
一、矿井充水因素分析1、大气降水对矿井充水的影响
大气降水通过不同成因的基岩裂隙及松散沉积物孔隙在裂隙沟通的情况下进入矿井，成为矿井充水的间接但重要的补给来源。矿井涌水量受降水的季节变化影响，具有明显的动态变化特征。
矿井涌水量与区域降雨量统计表
201*年月份123456789101112201*年201*年月份123456789101112月平均降雨量28.77.910.244.951.14896.9146.794.316.311.80涌水量（m/d）3月平均降雨量02917.519.8119.850.661.99556.439.833.42.8涌水量月月平均降雨量1148.734.630.133.2106.727348.56.62.10.1涌水量（m3/d）333403345344480540550513327260300259（m3/d）份248261322313345515529519456398354339123456789101112
2、地表水对矿井充水的影响
矿区穿越河流主要有芦苇河支沟张沟。
张沟属季节性支流。永安煤矿主副井筒均位于张沟沟坡上，矿井主斜井井口标高为+660.2m，副斜井井口标高为+620.7m，安全出口斜井井口标高为+631.2m，回风立井井口标高为+738.9m。井田主副井筒口高出当地最高洪水水位标高3m以上，一般情况下洪水不会顺井筒贯入井下。但为预防河水贯入发生淹井事故发生，按《三下采煤规程》，河谷区应预留保安煤柱。
从总体情况分析，对本井田今后开采影响较大且最直接的地表水体是井田内季节性排洪冲沟，将来本矿开采至其附近时，应采取有效措施，防止雨季地表水通过采空区地表塌陷、裂缝涌入井下，造成水灾事故。
3、构造对矿井开采充水的作用和影响
井田构造属于宽缓褶曲带，未见断层、陷落柱，组成煤层顶、底板的岩石岩性多为坚硬松软岩层，遇水后具有离层软化现象，不可能聚积大量的变形能，可以认为本区构造应力低，一般不会对巷道采区造成太大威胁，另外影响矿井充水的主要地质构造为向斜构造，煤层之上各含水层水在向斜轴部聚集，对煤层开采有一定影响；在向斜轴部采空区，有大量积水存在，给生产造成安全隐患。
4、含水层对矿井开采的充水影响
井田内对煤层开采有影响的含水层为上、下石盒子组、山西组的砂岩裂隙含水层，太原组灰岩岩溶裂隙含水层和奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层。
开采煤层后，由于存在矿山压力，使煤层上履岩层形成冒落带、裂隙带和缓慢下沉带“三带”。对开采煤层上覆含水层造成影响和破坏的主要是冒落带和裂隙带。由采煤引起的沉陷变形在垂直方向上引起的覆岩移动影响高度和范围，主要决定于煤层顶板特征、构造、煤层开采厚度、开采方法，以及上覆岩层的厚度和特性。弯曲带一般对地下水不造
成影响，所以只考虑到导水裂隙带的高度。通过对裂隙带最大高度的预计，可以预测井下采煤对地下含水层、地表水体等产生的破坏及影响，同样可以预测开采煤层以上水体对开采活动的影响程度。
沁和能源集团有限公司永安煤矿煤层一次采全高，顶板管理方式采用全部垮落，根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》附录六经验公式，开采煤层时的冒落带、导水裂隙带发育高度计算结果如表4-3-1。
表4-3-1各煤层冒落带、导水裂隙带最大高度计算表煤层间煤层距(m)379.926.66中硬煤厚(m)计算值(m)顶板类别计算公式Hm100M2.24.7M1915.44Hli20M10Hm2.1M16100M2.561.6114.0661.09152.90坚硬Hli30M10注：Hm冒落带高度(m)，Hli导水裂隙带高度(m)，M采厚(m)由上表可知3号煤层开采引起的地下水疏干最大高度可达到77.05m，在其影响范围内上覆的砂岩含水层以及基岩风化带含水层、第四系含水层之间相互导通，开采引起的顶板出水点的裂隙张开性好，无泥质充填，一般通过放顶后所形成的裂隙带向采面充水，在大面积开采的条件下，顶板水点多呈滴、淋水状态，易自然疏干。K8砂岩含水层是3号煤采空区的主要涌水水源，受补给条件及径流通道不畅限制，其充水的强度较弱，含水层富水性弱，对煤层开采影响不大。
由上表可知15号煤层开采引起的地下水疏干最大高度可达到
75.15m，在3号煤层底板破坏深度叠加作用下，其导水裂隙带要大得多，可导通3号煤层积水区，矿方要引起高度重视。K2石灰岩是开采15号煤层的直接顶板充水含水层，K3、K4是间接充水含水层。据抽水资料，富水性较弱。但由于石灰岩岩溶发育的不均一性，局部地段富水性较强，因此开采15号煤层时应认真做好探放水工作。
本区奥灰岩溶水位标高约为486～512m，据煤层底板等高线图，其井田内3号煤层底板标高为400～570m，15号煤层为300～490m，奥灰岩溶水位标高高于大部分3号煤层和全部15号煤层底板最低标高，所以开采3号、15号煤层井田内大部分地段存在带压开采问题，底板突水问题不容忽视。
依据《煤矿防治水规定》附录4公式对奥灰水的突水危险性进行预测，计算公式如下：
T上式中
T突水系数（MPa/m）
P水头压力（MPa）；
M煤层底板至奥灰顶界面隔水层厚度。
经计算（第六章有详细计算），3号煤层最大突水系数为0.019
MPa/m；15号煤层最大突水系数为0.087MPa/m。
PM按全国实际资料看，底板受构造破坏块段突水系数一般不大于0.06MPa/m，正常块段不大于0.1MPa/m。据上述计算，3号煤层最大突水系数小于底板受构造破坏块段、正常块段内底板临界突水系数值，因此，在没有构造导通的情况下开采3号煤层不会发生突水危险；但15号煤层最大突水系数大于0.06MPa/m，但小于正常块段内底板临界突水系数值0.1MPa/m，正常情况下开采15号煤层发生突水危险性中等，矿方一
定要引起高度重视。
区内峰峰组灰岩含水层岩溶发育不均一，其含水性受岩溶发育程度的影响，在对奥灰水勘探不足的情况下，无法准确判断其富水性及导水性。因此建议今后应做带压开采的可行性研究。本井田断层、陷落柱构造发育，如断裂构造及裂隙破碎带与奥灰水沟通，将会对矿井充水产生影响，因此，在靠近断层、陷落柱地带开采时，要留足保安煤柱。总之，矿方今后应加强地质观察与分析，坚持“预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后采”的十六字探放水原则。此外，打穿奥陶系灰岩的钻孔也可能成为底板突水通道，都应予以重视。
5、采空区及老窑积水对矿井开采的充水影响：
井田为开采3号煤时间较长的矿井，3号煤层采空区较多，由于各矿排水系统完善，正常排水，所以井田内已形成的采空区积水量都不大。井田内各矿采空区积水调查情况如下：
采空区积水量采用以下公式进行估算：W静=KMF/cosα
W静采空积水的静储量（m3)
K采空区充水系数，依本矿开拓规模取0.20
M采厚
α煤层倾角
采空区积水量估算表
采空区积水编号JS-1JS-2JS-3JS-4水平投影面积（万m）0.301.012.100.61平均采高（m）煤层倾角（°）6.436.436.436.43435555估算积水量（万m）0.391.302.710.JS-5JS-6JS-7JS-8JS-9JS-10合计1.741.130.774.471.160.8014.096.436.436.436.436.436.4355552.241.360.995.761.501.0318.0715号煤层：15号煤层没有开采,无采空积水区。（2）相邻煤矿采空区积水对本矿井充水影响
现井田相邻煤矿均开采3号煤层，留设有矿井保安煤柱，无越界开采情况，现阶段对本矿的开采无影响，但在接近井田边界采掘时，一定要加密探放水。
采空区积水也是煤矿开采中一个重要的水害威胁。查明采空区范围及积水量是煤矿水文地质工作重点，并且在接近采空区、老空区时必须要进行加密探放水工作，防止透水事故的发生。
另外，在井田内3号煤层造成大面积采空区，裂隙带局部已达地面，故古空、采空区易于积水。古空区、采空区积水，既是下伏各含水层的补给源，又是直接水患所在；井田内褶皱发育，向斜构造的核部易于地下水富集；15号煤层导水裂隙带勾通了上覆含水层及采空积水，使得15号煤层涌水量增加，甚至造成突水，矿方在采掘过程中要保持高度警惕。
二、矿井主要水害及其防治措施1、本井田主要水害有：
大气降水、地表水、上覆砂岩裂隙含水层水及基岩风化带裂隙水、采（古）空区积水、奥灰岩溶水。
该矿目前开采3号煤层，其矿井涌水量主要为大巷基岩裂隙水、采
空区积水、开采煤层顶板裂隙淋头水，矿井际正常涌水量为340.8m3/d，最大涌水量为758.4m3/d，通过正常抽排，即能保证矿井安全生产。目前矿井未发生过任何水害，矿井井口不受洪水影响。矿井充水水源主要为大气降水，其大气降水通过松散层孔隙下渗到基岩裂隙，并通过基岩裂隙下渗到煤层开采采空区，增加矿井涌水量。
2、矿井防治水害措施：
矿井防治水害的原则，本矿井直接充水含水层含水性弱，一般不产生水害事故，对矿井产生突水事故的主要可能为煤系地层含水层水、奥灰水以及老空积水，开采靠近时应引起注意，并在井下采煤时，掌握突水征兆，其征兆有以下几点：1、煤层发潮发暗，正常情况下煤层是干燥光亮的，当有水渗入时，使之潮湿变暗，说明附近有积水。2、煤壁出汗，煤层是隔水的，当煤层附近和其上方存在有积水，使得煤壁温度低于巷道空气温度，在冷热交换作用下而出汗。3、工作面温度低，迎头必有积水区，当煤层渗透进水后，吸收热量而使工作面温度降低。4、煤壁挂红毒气增生，煤质变松，裂隙面生锈，由于积水年长日久，水渗入裂隙中挤出气体，这些气体如硫化氢、沼气等在未采掘前被迫压缩于裂隙中，巷道开拓后，获得释放，溢入巷道。上述突水征兆一经呈现，应立即报告有关部门及时组织查明情况，以便及早采取有效措施，妥善处理。
矿井水防治方法：
1、井口要建在历年最高洪水位线以上，并在井口周边建好防洪提坝及水流通道。
2、必须按矿井设计留设矿界煤柱。
3、坚持“预测预报，有掘必探，先探后掘，先治后采”的方针，对可疑地段、特别是在采空区附近，要提前进行加密探放，防止造成突水事故。
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