里彦生建煤矿3煤提高开采上限可行性研究.pdf

东北大学 硕士学位论文 里彦生建煤矿3煤提高开采上限可行性研究 姓名王海燕 申请学位级别硕士 专业矿业工程 指导教师赵德孝;杨永杰 20030701 东北大学硕士学位论文 摘要 里彦生建煤矿3 煤提高开采上限可行性研究 中文摘要 水体下采煤是涉及到采矿、地质、水文地质、地球物理勘探、岩石力学、矿山测量、 计算数学等多个学科领域的边缘学科，是一项包含着覆岩破坏规律研究、防水煤岩柱性 能研究、地下水动态变化规律及含水层富水特征研究、采掘工作面安全生产工艺与技术 措施研究、防水煤岩柱尺寸测定与留设技术研究、经济效益与社会效益评价等多项相关 规律研究和先进的探测技术的复杂工作。必须经过艰苦细致的工作，才能正确评价水体 下采煤的安全合理性，尤其是提高开采上限采煤的安全合理性，进而实现水体下的安全 合理开采，确保矿工的人身安全及矿井的安全生产。 开采造成的煤层上覆岩层破坏是确定安全合理开采上限的主要因素中的根本因素。 为此，我们布设钻孔观测剖面。以井下实测探求覆岩导水裂隙带变化特征。根据试验结 果，在初步整理和分析测试资料的基础上，以室内模拟试验进一步探求了冒落带及裂隙 带变化特征，为力学模型的划分提供依据；并以上述结果为输出，采用国际岩土界流行 的模型识别与参数识别数值模拟反分析和先进的点安全度分析方法，探求了不同煤厚条 件下的导水裂隙带变化特征。进而采用先进的多源信息拟合方法、断裂力学理论，分析 了松散层与煤岩柱的分布趋势，研究了覆岩结构与岩层组合的止裂性能，为进一步的工 作奠定了基础。 从松散层分析来说，里彦煤矿3 煤浅部下组分布较稳定，以浅灰、灰白色的砂及砂 砾层为主，间夹较稳定的粘土及砂质粘土，厚2 2 ．2 0 ～6 8 ．6 9 m ，一般3 2 ．3 7 m ；较稳定的 含水砂层有2 - - 3 层，厚2 ．7 0 ～3 5 ．0 5 m ，局部区域内下组底部含水层下还有粘土层。静 止水位标高．3 3 ．3 9 米，单位涌水量0 ．0 0 2 9 ～1 ．6 0 4 升，秒- 米，渗透系数0 ．0 1 8 3 米，日，属 赋水性小，透水性较弱的含水层组。其补给、径流、排泄都比较困难，处于封闭～半封 闭状态。加之，欲研究区域附近松散层下组中含水层赋存较稳定。邻近矿井又大多先于 本矿开发，其长期排水更使得里彦煤矿水文地质条件趋于简单。 从煤岩柱的构成分析来说，里彦煤矿浅部防水防沙煤岩柱是以砂质粘土岩、泥质页 岩、粘土岩等软弱岩层成分为主构成的煤岩柱，保护层中普遍有累计厚度不少于5 ．0 5 m 的泥岩分类岩层分布，煤岩柱内砂岩大多亦为泥质胶结，其隔水和抵抗连通性裂缝发生的 能力也比较好，起到了有效的隔水及再生隔水作用。欲研究区域隔水层赋存较稳定，分 布较均匀。这对于水体下采煤是一个十分有利的因素。 I I 东北大学硕士学位论文摘要 因此，根据里彦煤矿的具体情况，将防水防砂煤岩柱最低设到2 0 m ，开采上限定 为．1 4 2 m 水平，并采取全面的相应安全生产措施，里彦煤矿3 煤提高上限开采是安全可 行的。但是，为安全起见，建议实际开采时应严格按照研究方案进行开采。先采深部， 后采浅部，逐步扩大开采范围，提高开采上限，确保既能安全生产，又能最大限度地回 收煤炭资源。 关键词水体下采煤开采上限岩层组合信息拟合方法断裂力学点安全度 1 I I 东北大学硕士学位论文 A b s t r a c t F e a s i b i l i t yS t u d y o n I m p r o v i n gU p p e r L i m i to fC o a l M i n i n g i n N o ．3C o a lS e a mo f L i y a nS h e n g j i a nC o a lM i n e A b s t r a c t C o a lm i n i n gu n d e rs u r f a c ew a t e ri sam a r g i n a ls u b j e c ti n v o l v i n gs e v e r a lf i e l d s ，s u c ha s c o a lm i m n g ，g e o l o g y , h y d r o l o g i c a lg e o l o g y , g e o p h y s i c a l e x p l o i t a t i o n ，r o c km e c h a n i c s ，m i n i n g s u r v e ya n dc a l c u l a t i o nm a t h e m a t i c se t e ．I ti ss o p h i s t i c a t e dw o r ki n c l u d i n gm a n ys t u d i e so f r e l a t e dp r i n c i p l e sa n dm o d e r ne x p l o i t a t i o nt e c h n i q u e ，l i k ep r i n c i p l es t u d i e so no v e r b u r d e n f a i l u r e ，s t u d i e so nt h ep e r f o r m a n c eo fw a t e r - p r o o fp i l l a r , s t u d i e so nd y n a m i cv a r i a t i o n so f u n d e rs l n f a c ew a t e ra n dc h a r a c t e r so fa q u i f e r , s t u d i e so ns a f e t yp m d u c f i o na n dt e c h n i c a l m e a s u r e so fw o r k i n gf a c e ，s t u d i e so ns i z em e a s u r e m e n t sa n dr e t a i n i n gs a f e t yt e c h n i q u eo f w a t e r - p r o o fp i l l a ra n ds t u d i e so ne c o n o m i c a la n ds o c i a lp r o f i t se t e ．H a r da n d c a r e f u le f f o r t s a r cr e q u i r e dt oc o r r e c t l ya s s e s st h es a f e t yo fc o a lm i n i n gu n d e rs u r f a c ew a t e r , e s p e c i a l l yt o i m p r o v et h es a f e t y o fu p p e rl i m i to fc o a lm i n i n gi no r d e rt op r o m o t es a t e m i n i n gu n d e r s u r f a c ew a t e r , a n da s s u r et h es a f e t yo f w o r k e r sa sw e l la sm i n e r s ． O v e r b u r d e nf a i l u r ed u et om i n i n gi st h er a d i c a lf a c t o rd e t e r m i n i n gs a f eu p p e rl i m i to f c o a lm i n i n g ．S ow ed e s i g no b s e r v a t i o n a ls e c t i o np l a n ef o rb o r e si nt h r e ep l a c e s ⋯一b e l o wt h e b e d s e p a r a t i o n s z o n eb yg r o u t i n g ，e d g e sa f f e c t e db yg r o u t i n g ，f a ra w a yg r o u t i n gz o n e ，t o a c q u i r e t h ef e a t u r e so fa q u e d u c t a lc r a c kz o n ei no v e r b u r d e nr o c kt h r o u g hu n d e r g r o u n d m e a s u r e m e n t s ．A c c o r d i n g t oe x p e r i m e n t a lr e s u l t s ，t h i sa r t i c l er e s e a r c h e sf u r t h e rt h ev a r i a t i o n c h a r a c t e r so fc a v ea n dc r a c kz o n e ，p r e s e n t i n gt h er e a s o n so fm e c h a n i c a lm o d e l ，o nt h eb a s eo f p r e l i m i n a r ya r r a n g i n ga n dt e s t i n g d o c u m e n t s ．T h e ni t e x p l o i t s t h ev a r i a t i o nf e a t u r e so f a q u e d u c t a lc r a c kz o n e u n d e rd i f f e r e n tt h i c k n e s so f c o a l ，a d a p t i n gb a c ka n a l y s i so f n u m e r i c a l s i m u l a t i o nu n d e rm o d e li d e n t i f i c a t i o na n dp a r a m e t e r si d e n t i f i c a t i o na n da d v a n c e dp o i n ts a f e t y a n a l y s i sa c c e p t a b l eb yi n t e r n a t i o n a lg e o t e c h n o l o g yf i e l d ．I t a l s os t u d i e st h ed i s t r i b u t i o n a l c h a r a c t e r so fl o o s e l a y e r a n dc o a l r o c kp i l l a r , a r g u e st h ea r r e s t i n gp e r f o r m a n c eo f o v e r b u r d e ns t r u c t u r ea n dc o m b i n a t i o no fr o c kl a y e r , r e n d e r i n gab a s ef o rf u r t h e rr e s e a r c h ， t a k i n ga d v a n c e d m u l t i s o u r c ei n f o r m a t i o n m a t c h i n g m e t h o da n df r a c t u r em e c h a n i c st h e o r y ． A sf o rl o o s el a y e ra n a l y s i s ，s u p e r f i c i a lt h eN o ．3l o w e rc o a ls e a mo fL i y a n C o a lM i n eh a s l V 东北大学硕士学位论文A b s t r a c t as t a b l ed i s t r i b u t i o n ，i nw h i c hs l i g h tg r a ya n dg r a ys a n da n dh a r d p a ni sd o m i n a n t , c l a ya n d s a n d yc l a ys e p a r a t e l y , w i t ht h et h i c k n e s so f2 2 ．2 0 ～6 8 ．6 8 m ，g e n e r a l l y3 2 ．3 7 m ．T h e r ea r e2 3 r e l a t i v e l ys t a b l es a n dl a y e rc o n t a i n i n gw a t e r , t h i c k n e s s2 ．7 0 ～3 5 ．0 5 m ．T h e r ei ss t i l lc l a yl a y e r a tt h eb o t t o mo fl o w e r a q u i f e r i np a r ta r e a ．T h e a q u i f e rg r o u pc o n t a i na n dp e n e t r a t el i t t l ew a t e r , w h o s es t a t i cw a t e rl e v e li s - 3 3 ．3 9 m ，o u t f l o ww a t e rp e ru n i ti sO ．0 0 2 9 ～1 ．6 0 4V s ．m a n d p e n e t r a t i n gc o e f f i c i e n ti sO ．0 18 3 m ／d ，w h i c hm a k e i th a r dt os u p p l y , r u n o f fa n dd i s c h a r g e ，i n t h es t a t eo fc l o s u r ea n dh a l f - c l o s u r e ．I na d d i t i o n , a q u i f e ri nl o w e rl o o s el a y e ri ns t u d y i n ga r e a i ss t a b l er e l a t i v e l y , a n dn e a rm i n e sa r ed e v e l o p e de a r l i e r , w h o s el o n g - t e r md r a i ns i m p l i f yt h e c o n d i t i o n s o f h y d r o l o g i c a lg e o l o g yo f L i y a n C o a lM i n e ． A sf o rt h ei n g r e d i e n t so f c o a la n dr o c kp i l l a r , s u p e r f i c i a lw a t e r - p r o o f a n ds a n d - p r o o f c o a l a n dr o c kp i l l a r si nL i y a nC o a lM i n ea r ed o m i n a n t l ym a d eo fs o f ts a n d yc l a y , s o i ls h a l ea n d c l a yr o c ke t c ．S l o bi sd o m i n a t e di ns a f e t yl a y e r , 诵t ha c c u m u l a t e dt h i c k n e s so f 5 ．0 5 m ．a n d s a n d s t o n ei nc o a la n dr o c kp i l l a rm o s t l yc e m e n t e d ，w h i c hC a ne f f e c t i v e l ys e p a r a t ew a t e ra n d r e s i s tc o n n e c t i v i t yc r a c k ．w i mg r e a tw o r ko ns e p a r a t i n ga n dr e s e p a r a t i n gw a t e r ．S t a b l ea n d e v e ni s o l a t e dw a t e rl a y e ri nt h es t u d y i n ga r e ai sa na d v a n t a g eo v e rm i n i n gu n d e rs u r f a c e w a t e r ． A c c o r d i n g t ot h ep r a c t i c a lc o n d i t i o n so f L i y a nC o a lM i n e ，t h em i n i m a lw a t e r - p r o o f a n d s a n d - p r o o f c o a la n dr o c kp i l l a ri ss e t2 0 m ，u p p e rl i m i to fc o a lm i n i n g 一1 4 2 m ，缸“ t h e r l n o r e r e l a t e ds a f e t yp r o d u c t i o nm e a s u r e sa r ep e r f o r m e d ，S Oi m p r o v i n gu p p e rl i m i to f c o a lm i n i n gi n L i y a n C o a li sf e a s i b l ea n ds a f e ．H o w e v e r , i ti ss u g g e s t e dt og r i m l ym i n eb yt h es t u d y i n gp l a n d e e pp a r t sf i r s t l y t h e ns u p e r f i c i a lo n e sa n de x t e n d i n g t h em i n i n gr a n g ea n di m p r o v i n gu p p e r l i m i to fc o a lm i n i n gg r a d u a l l y , S Oa s t o p r o d u c es a f e l y a n dr e c l a i mt h ec o a lr e s o u r c e s m a x i m a l l y ． K e y w o r d s c o a lm i n i n gu n d e rs u r f a c ew a t e r , u p p e rl i m i to f c o a lm i n i n g ，c o m b i n a t i o n o f r o c k l a y e r , i n f o r m a t i o na r r e s t i n gm e t h o d ， f r a c t u r em e c h a n i c s ，p o i n ts a f e t yd e g r e e V 声明 本人声明所呈交的论文是在导师的指导下完成的。文中取得的研 究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示感谢。 本人签名 日期 心 扒渺小 船“ 卧伊 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 1 ．1 课题研究的意义 第一章绪言 煤炭工业是我国国民经济的支柱产业，据统计，从1 9 5 0 年到2 0 0 2 年，我国已开采 了1 0 0 多亿t 煤。5 0 多年的开采活动，使煤炭资源进一步开采的条件越来越困难。通过 分析，今后煤炭资源的开采存在着这样一个趋势无水体和建筑物影响的煤炭资源愈趋 匮乏，开采水体下 包括含水层下 、建筑物下的煤炭资源势在必行。随着水体下采煤 的大幅度增加，覆岩移动变形、破坏和导水裂隙带发育规律研究受到人们的高度重视。 过去，由于我国煤矿开采技术水平不高，为保障安全，而留设大尺寸的防水煤 岩 柱， 给我国煤炭资源造成极大浪费。伴随着开采技术水平的不断提高，我国的部分矿区进行 了减小防水煤柱尺寸的试采，取得了一些经验。许多煤炭科学工作者也对此进行了研究， 取得了一些突破，研究工作正在不断深入。但由于地质环境条件及岩 土 体结构的复 杂性，过去的研究还存在较大的局限性。总体上看，导水裂隙带高度的研究，至今仍处 在经验积累和理论探索之中。包括煤层在内的顶底板岩层存在于一定的地质环境之中， 其形成和发展经历了地质历史时期中各种内外地质应力作用的改造和影响，是一种受多 种因素制约的复杂材料。这种复杂性主要表现在岩体的不连续性、非均质性、各向异性 以及赋存条件的差异性。制约因素以不同方式的组合，构成了岩体的复杂模式，从而在 人类采矿工程活动中，岩体的变形、破坏形式和机制则显示出极大的差异性。 水体下采煤眦, 3 6 1 是在地表或煤层上覆岩层中存在水体情况下如何实现安全采煤的 技术。正确评价水体下采煤的安全合理性，尤其是提高开采上限采煤的安全合理性，进 而实现水体下的安全合理开采，对于确保矿工的人身安全及矿井的安全生产，提高煤炭 资源回收率以及保护地表水和地下水资源等都具有十分重要的现实意义。 里彦煤矿矿井设计提出3 煤层第四系防水煤柱高度为一分层4 7 m ，二分层5 8 m ， 三分层6 2 m ，四分层6 5 m ，由此计算防水煤柱储量7 8 3 ．8 万吨，占3 煤所利用储量的6 3 ％， 使得3 煤层大部分储量呆滞⋯】。因此，加强研究，通过科学的论证和安全的生产措施， 提高开采上限，充分利用现有煤炭资源，把能采出的煤资源采出来，将延长矿井服务年 限，增加就业的机会，对保障社会稳定，促进经济发展具有重大的现实意义。 1 ．2 国内外研究现状哗, 4 5 , 4 6 , 4 7 l 水体下采煤是涉及到采矿、地质、水文地质、地球物理勘探、岩石力学、矿山测量、 计算数学等多个学科领域的边缘学科，是一项包含着多项研究技术和内容的工作。如覆 岩破坏规律研究、防水煤岩柱性能研究、地下水动态变化规律及含水层富水特征研究、 采掘工作面安全生产工艺与技术措施研究、防水煤岩柱尺寸测定与留设技术研究、经济 东北大学硕士学位论文第一章绪论 效益与社会效益评价等相关规律的研究和先进的探测技术。 1 ．2 ．1 国外现状 国外对水体采煤的理论也进行了长期研究，并各自根据本国实际制订了相关规程与 规定。英国矿业局早在1 9 6 8 年就颁布了海下采煤条例，对覆岩的组成、厚度、煤层采 厚以及采煤方法等作了相应的具体规定；日本曾有1 1 个矿井进行过海下采煤，海下采 煤的水患防治措施严密，安全规程针对冲积层的组成与赋存厚度作出了允许与禁止开采 规定俄罗斯于1 9 7 3 年出版了确定导水裂隙带高度方法指南，1 9 8 1 年颁布了有关水体 下开采的规程，根据覆岩中粘土层厚度、煤厚、重复采动等条件的变化来确定安全采深， 但这些规定与规程大多是统计经验而没有深入的理论与方法研究。 1 ．2 ．2 国内现状 6 0 年代以前，煤炭资源开采的重点多集中在开采技术条件较好的地区，但已有了水 体下采煤的尝试。对导水裂隙带高度的研究基本上处于认识性阶段。主要从岩层移动造 成的地表沉陷等地质灾害出发，定性分析煤岩层的地质环境条件，进而利用经验法或类 比法对导水裂隙带高度进行初步预测，其特点为以煤岩层赋存条件为主要研究内容； 研究方法主要为定性描述和分析。 6 0 年代至8 0 年代，为适应水体下采煤技术的迫切需要，开展了大量的用专门的观 测孔来研究开采导水裂隙带高度，并就观测孔中水位变化及水的漏失量等方法，提出了 有效和无效导水裂隙的区分。同时迸行试验性研究工作，特别是相似材料模拟技术也得 到了较快发展。我国许多矿区在裂高现场观测资料和试验研究的基础上，结合煤层的采 出厚度、岩体的强度类型等，总结出不同覆岩类型条件下，煤层采出厚度与冒高、裂高 的相关关系式，并以此来指导实际生产。总体上说，该阶段仍处在经验积累阶段。其研 究特点为以上覆岩体地质环境为主要研究内容，但岩体力学环境己开始日益受到重视 以导水裂隙带高度与岩体强度类型之间的关系为研究重点研究方法已从定性描述和分 析向定量化研究迈出了可喜的一步。 8 0 年代以来，随着国民经济对能源需求的不断增长，许多水体下积压的煤炭资源 如 淮河下、微山湖下等 ，相继进入了建设和开发阶段。在借鉴国内外经验的同时，大规 模开展了对水体下 包括含水层下 采煤导水裂隙带发展规律和防水煤 岩 柱留设的 研究。我国开展了许多水体下采煤的专题性研究，取得了不少突破性进展，其研究特点 为①理论上更先进。开始引入现代统计数学、损伤力学、断裂力学、弹塑性力学、流 变力学等理论和现代测试技术及计算机技术；②研究内容更广泛。除重点研究地质构造、 地层岩性、水文地质特征、岩体结构等地质条件外，还广泛研究了与覆岩移动变形有关 的原岩应力场。在深入研究岩体力学特性、时间效应的基础上，对裂隙带的演变过程进 行动态分析；③研究方法更先进。广泛应用物理模拟和数值模拟方法。使研究的深度不 2 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 仅仅局限于覆岩移动变形、破坏现象等方面，而且从覆岩变形破坏过程，影响因素等方 面去探讨导水裂隙带的形成机理，在此基础上进行预测。我国于1 9 8 5 年制订了建筑 物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程，详细规定了导水裂隙带在各类 条件下的计算公式及导水裂隙带形态的描述，也已获得了微山湖下、淮河下、渤海湾地 区水域下、华东、华北、东北地区巨厚流砂层下，以及许多矿区的含水 砂 层下压煤开 采的成功，为解放上亿吨煤炭储量提供了丰富经验。 1 ．3 矿井地质采矿条件概况f 1 1 J 1 ．3 ．1 矿井地理位置 里彦煤矿位于兖州煤田的西南隅，里彦勘探区内，行政区划属于济宁邹城市。 矿区内地势平坦，地面标高 3 9 ．9 7 ～ 4 1 ．7 3 m ，北高南低，泗水河流经井田西侧，白 马河流经井田东侧。 里彦煤矿所处地域属温带湿润的季风区海洋～大陆性气候。历年降雨量5 1 2 ．1 ～ 8 5 8 ．5 m m ，平均7 3 9 ．3 m m ，历年日最大降雨量1 6 0 ．O m m ，雨季多在6 ～8 月。地震烈度 为7 度。 1 ．3 ．2 井田地层 本矿地层自上而下分为第四系 Q 、上侏罗统蒙阴组 J 3 、下二迭统山西组 P l ‘ 上石炭统太原组 C 3 、中石炭本溪组 c 2 、中、下奥陶统 O 卜2 ，分述如下 1 ．第四系 Q 厚1 1 4 ．3 3 ～1 6 3 ．3 0 m ，平均1 4 5 ．5 8 m ，主要由粘土、砂质粘土、粘土质砂、砂及砂砾 层组成，属河、湖相沉积。在矿井的东部及北部厚度较小，而西部及南部厚度较大。按 其岩性及结构可分为上、中、下三组 下组厚2 2 ．2 0 ～6 8 ．6 8 m ，以褐色粘土及灰白色中砂、粗砂为主，局部含砂砾层，粘 土呈半固结，可塑性强。 中组厚3 7 ．1 0 ～7 3 ．5 0 m ，以黄褐色粘土及粘土质砂为主，局部含细砂及中砂。 上组厚4 7 ．7 5 ～6 8 ．O m ，由土黄色粘土、细砂、中砂等组成，偶见少量砂砾。 2 ．上侏罗统蒙阴组 J 3 分布于井田中北部，厚0 ～1 7 0 ．5 0 m 。主要由砖红色粘土质细粒及中粒砂岩组成，铁、 泥质胶结，结构松散，底部常有一层不稳定的细砾岩组成。不整合于下伏地层之上。 3 ．下二迭统山西组 P 1 1 因受后期剥蚀，本组仅在矿区中部有部分保存。残厚O ～3 2 ．4 9 m a 主要由灰～灰白 色中砂岩、粉砂岩、泥岩、煤层等组成。含煤1 层即3 煤层，3 煤层为本矿井的重要可 采煤层。 4 ．石炭统太原组 C 3 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 本矿太原组受后期剥蚀影晌，厚度4 3 ．4 3 残厚 ～1 8 8 ．3 9 m ，平均1 3 1 ．6 5 m 。为本 井田的主要含煤地层。岩性以灰色粉砂岩和灰黑色泥岩为主，间夹灰～灰绿色中砂岩、 灰色泥岩、石灰岩及煤层．为典型的海陆交互相沉积，发育石灰岩1 0 层。其中6 、1 6 上、 1 7 、1 8 煤层稳定可采，1 5t 煤层较稳定的局部可采煤层。第三层石灰岩和第十，层石灰 岩，厚度大，全区稳定，为本井田的主要标志层。其它薄层石灰岩也可作为辅助标志层。 以十二t 或十二灰顶作为与下伏本溪组的分界。太原组与下伏本溪组为整合接触。 5 ．中石炭统本溪组 C 2 平均7 3 ．4 0 m ，由北向南地层逐渐变厚。本组属海陆交互相沉积，由杂色粘土岩、粉 砂岩、铝铁质泥岩及石灰岩组成。含灰岩6 层。本组底部常为一层灰紫色、杂色铝质泥 岩，它与下伏中下奥陶统石灰岩呈假整合接触。 6 ．奥陶系 O 一 本区有4 个钻孔揭露，最大揭露厚度为2 1 0 m ，属中统八陡组，主要为灰～褐灰色 厚层石灰岩、白云质灰岩、夹泥灰岩及少量的钙质泥岩，岩溶较发育，为煤系地层下伏 的主要含水层。 ． 1 ．3 ．3 矿井构造 里彦煤矿位于充州向斜的南翼。北部以马家楼断层为界，与鲍店煤矿相邻；西接太 平煤矿；东邻南屯及北宿煤矿；南界为奥灰露头。矿井构造的总体形态受燕山早期的影 响，在区内表现为北西向～近南北的南陶城向斜，燕山晚期及喜山运动产生的北西～近 东西挤压力，在井田内形成北北东～北东向褶曲，迭加于早期形成的构造格局之上，从 而形成“穹”、“盆”和“马鞍型”的构造格局，这与整个兖卅I 煤田的区域构造相一致。 本矿基本上为一走向北西～近南北向的宽缓向斜构造，并在其上叠加有北东向宽缓 褶曲和次一级褶曲。两组褶曲在走向上基本为正交。整体上南部以F 0 4 断层为界北部以 皇甫断层为界南北两翼地层产状较陡，倾角为5 ～1 l 。北翼地层倾角为2 ～5 。，产状较 缓。本矿内次一级褶曲发育，主要为北北东向、北北东～北东向，主要分布在矿区的南 部煤层露头附近，表现为延展较短，间距小，局部控制煤层的走向变化及等高线起伏， 表明该部位受东西向挤压强烈。构造复杂程度属简单偏中等。 矿区内断层据钻孔、地震、巷道揭露资料，其赋存无论产状，还是分布均有一定的 规律，区内断层分布有以下特点 1 ．揭露断层大多分布在褶曲轴部，并与之平行。如位于南陶城向斜轴部的F 0 4 、 F 0 5 断层；位于皇甫断层及皇甫支断层。 2 ．构造活动具多期性。北东向逆断层被蒙阴组覆盖，形成于晚侏罗世之间，应为 印支运动的产物。走向北西～北北西的马家楼断层，表现为北部走向北西，向南逐渐转 为北北西的弧型断层，表明该断层受早期北东～南西向应力及后期东西向应力共同作用 的结果，或是北西向与北北西向断层的结合。 4 东北大学硕士学位论文第一章绪论 表1 _ 3 ．3 - 1主要断层情况一览表 T a b l e1 - 3 3 1t h et a b l eo f c o m p l e x i o no f t h em a i nf a u l t s 断层性质 I 断层名称 倾角落差延展长度控制程度 性质走向倾向 度 m k m 马家楼断层正北北西～北西南西 7 02 0 ～5 54 ．8控制差 马家楼支断 正北西南西7 01 0 ～2 01 ，O控制 皇甫断层逆北东南东4 52 5 ～4 0 2 ．8 查明 皇甫支断层逆 北西 南东 4 51 0 ～1 52 _ 3控制差 F 1 2 逆北匿南东4 5 0 ～2 0O ．6控制差 F 0 3逆北西 南东 4 5O ～50 ．4控制 F 0 4 正北西南西7 0O ～3 5 4 ．8 基本查明 F 0 5正北西北东7 0O ～3 53 ．7控制差 F 0 8正北北西南西西7 00 ～l O0 ．3查明 里1 7逆北东东南南东 4 50 ～50 ．3查明 F 0 9 逆北西南西4 5 O ～S0 ．3基本查明 F 1 0逆北西南西4 50 ～50 ．9查明 里5 l逆南西北西 4 5O ～3 01 ．4 控制差 里6 9正南北～北东西7 00 ～1 01 ．1基本查明 里6 9 西正南北东 7 0O ～】OO ．7基本查明 1 6 0逆北西南西4 5O ～1 5O ．5控制差 F 1 2正北西南7 0O ～2 01 ．2初步控制 3 ．矿井内断层分为两组，且主要断层大体上与褶曲轴向平行，即以皇甫断层为代 表的逆断层组以及以F 0 4 、F 0 5 断层为代表的北西向正断层组。两组断层走向基本正交。 根据钻深、地震及巷道采掘工程资料，共揭露 - - - 5 0 m 的1 条≥3 0 ～5 0 m 的5 条，≥1 5 ～ 1 5 m 的3 条； 1 ．0 1 ／m ，富水性强。因此，在开采下组煤时，应加强奥灰水 的动态观测，适当进行水文地质补勘工作，查清奥灰水对开采下组煤的影响程度及其与其 它水层的水力联系。 1 ．3 ．5 ．3 隔水层 区内含水层与隔水层相间沉积，主要有以下三段 1 ．第四系中组 厚3 7 ．1 0 ～7 3 ．5 0 m ，一般5 0 m 。主要以灰绿色粘土、砂质粘土、粘土质砂 砂砾 组成。砂及砂砾成分为高岭土化的长石，粘土厚度占全组厚度的5 4 。4 ～9 2 ．1 ％，富水性 及透水性均较弱，是良好的隔水层，阻隔了大气降水及第四系上组水的下渗补给。 2 、三灰至十，灰 三灰至十，灰间距9 7 - 2 6 ～1 2 9 ．3 3 m ，平均1 0 9 ．5 0 m ，其间含水微弱的粉砂岩、泥岩组 成隔水层，阻隔了三灰、五灰、十，灰之间的水力联系。 3 、1 7 煤下伏隔水层 1 7 煤至奥灰间距6 0 ～8 4 ．7 1 m ，其间主要以杂色泥岩、粉砂岩为主，间夹十二～十四 灰，其中仅十二灰有一孔 1 6 1 漏水，漏失量2 ．5 2 m 3 ／h ，其余未发现漏水孔。因此， 本段中的泥岩、粉砂岩、石灰岩共同组成压盖隔水层，阻止奥灰水底鼓。 1 ．3 ．5 ．3 矿井水文地质类型 开采3 煤层的直接充水含水层为3 煤层顶、底板砂岩、上侏罗统下砂砾岩及三灰， 1 0 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 富水性弱～中等；开采1 6 上、1 7 煤层的直接充水含水层为十，灰，富水性弱，其露头大 部分隐伏于第四系下组粘土层之下，补给条件较差，但在断层附近是否与十四灰及奥灰 有水力联系，需在开采过程中密切关注。 据此，建井地质报告认为，该矿水文地质类型3 煤层为中等类型，1 6 上、1 7 煤层为 中等～复杂类型。 1 ．3 ．5 ．4 矿井涌水规律 1 ．矿井