高平野川镇红岩沟煤矿水文地质说明书.doc

一、工作目的及任务 高平市野川镇红岩沟煤矿为野川镇红岩沟村办集体企业,始建于1985年，1988年正式投产，设计年生产能力为9万吨/年，主采3号煤。为进一步查明矿区地质和水文地质条件，二OO六年五月高平市野川镇红岩沟煤矿委托山西省第四地质工程勘察院为其编制高平市野川镇红岩沟煤矿矿井地质和水文地质图。 根据矿区水文地质工程地质勘探规范及甲方要求，本次工作的主要任务是对井田内及周边的井、泉等进行详细调查，对煤矿矿坑涌水量进行调查访问，查明井田地质和水文地质条件，最终编制高平市野川镇红岩沟煤矿矿井地质和水文地质图及其煤矿水文地质图说明书。 二、井田位置及交通 高平市野川镇红岩沟煤矿位于高平市西北15km的野川镇境内，井田西部紧邻北杨煤矿，北东部与乔家沟煤矿隔界，井田地理坐标为北纬3535′11″3535′58″，东径11241′24″11242′50″。据2002年12山西省国土资源局颁发的采矿许可证（证号1400000231192），批准开采3号煤层，井田面积为0.5694km2，井田范围由以下来5个拐点坐标连线圈定（6带） 点号 X坐标 Y坐标 1 3967176.00 19663540.00 2 3967450.00 19664600.00 3 3966500.00 19664600.00 4 3966600.00 19664300.00 5 3967130.00 19663540.00 该煤矿主井风井均为立井，其井口坐标分别为 X坐标 Y坐标 主井 3966938.518 19664497.464 风井 3967042.940 19664536.371 安全出口 3967177.063 19664524.410 该井田西南距曲沃辉县公路约7.0km，杨家庄至界牌公路从矿区西部通过，西距太焦铁路南陈铺车站直距15km，交通较为便利。 三、工作概况 本次工作自2006年5月2426日开始进行资料收集和野外调查，随后转入室内资料整理、图件编制及说明书编写，5月29日完成最终成果。矿井地质和水文地质填图比例尺为12000，地形图由甲方提供，填图内容包括地层划分与分布，地表洪水位线、民井等调查。共划分出Q2、Q3、Q4、P1x四个填图单元，井田内填图面积0.5694km2；调查生产矿井1个，民井2眼，主要调查其位置、标高、涌（出）水量等。 最终成图工作由山西省第四地质工程勘察院计算机成图中心完成。 四、井田地质 （一）、地形地貌 井田位于太行山脉西麓，沁水煤田的东南边缘，地貌类型为低山丘陵区，区内地形东北高、西南低，最高点位于矿区东北部，标高938m，最低点位于矿区西南部，标高890m，相对高差48m。 煤层底板标高为795870m。 （二）、地层及构造 1、地层 井田内除零星出露二叠系下石盒子组地层外，其余均被第四系松散层所覆盖。现结合区域资料及井田内井筒揭露的情况，结合本次实地调查，井田内地层由老至新简述如下 （1）、奥陶系中统峰峰组（O2f） 岩性为深灰、表灰色厚层状石灰岩、夹灰黄色、黑灰色泥灰岩，含次生石膏及散染状黄铁矿，下部裂隙岩溶发育，并为方解石脉充填，局部为角砾状石灰岩，厚度一般100m，为煤系地层之基底，井田内未出露。 （2）石炭系中统本溪组（C2b） 海陆交互相沉积，平行不整合于下伏奥陶系中统峰峰组地层之上，岩性、岩相及厚度变化较大，一般由灰色鲕状铝土岩、铝质泥岩、灰黑色泥岩组成，偶有灰黑色粉砂岩、夹菱铁矿及硫铁矿等组成，全组厚度015m，平均7.46m，底部常富集成窝子状“山西式铁矿”层，本井田未出露。 （3）、石炭系上统太原组（C3t） 为本区内主要的含煤地层之一，为一套海陆交互相含煤沉积，厚85.28m，主要泥岩或粉砂岩、砂岩、灰岩、粉砂质泥岩及煤层组成。灰岩中常含有燧石结核及少量生物大碎屑。灰岩之下常有煤层或煤线，灰岩层位稳定是良好的标志层。第一层灰岩（K2）之下是本区主要可采煤层15号赋存层位。 底部以K1砂岩与下伏本溪组呈整合接触。 根据沉积旋回及岩性组合，自下而上可分为三个岩性段 一段（C3t1）（K1砂岩底K2灰岩底）。主要由深灰色灰黑色泥岩、粉砂质泥岩、粉砂岩及煤组成，厚15.7m。区内K1砂岩相变为粉砂岩，并为15号煤层底板。该段顶部含全区稳定可采的15号煤层，煤层厚度1.84.24m，平均厚2.85m，煤层顶有0.10.2m厚的黑色泥岩伪顶。 二段（C3t2）据钻孔资料本区缺失K3和K4灰岩，其顶界为K2之上粗粉砂岩顶界，平均厚29.63m，主要由粉砂岩、泥岩及石灰岩组成，。该段以色深、粒细、灰岩比例大为一般特征。 三段（C3t3）（9号煤下覆中粒砂岩底K7砂岩底）。主要由砂岩、粉砂岩、泥岩、煤层（线）和石灰岩组成，厚41.19m；9号煤层位于本段底部，厚度1.52.0m，平均厚1.75m；泥岩中有零星点状黄铁矿，含有少量植物化石碎片，中部夹有少量砂岩，见23层薄煤层；K5灰岩含燧石呈团块状、条带状，底部含泥质成分较多，一般厚4.48m。 本组地层井田内未出露。 （4）、二叠系下统山西组（P1s） 是矿区主要含煤地层之一，主要由灰色、深灰色中细粒砂岩间夹黑色泥岩、粉砂岩及煤层组成，沉积厚度稳定，本组厚度4060m，平均51m。主要可采煤层3号煤发育于其中的下部，3号煤层上部以灰色中细粒砂岩及灰黑色粉砂岩、泥岩组成，夹03层不稳定煤线；3号煤层下部至太原组顶界主要为黑色泥岩、灰黑色粉砂岩及灰色细粒砂岩组成，厚约8m；3号煤层厚5.26.0m，平均厚5.48m。该组地层井田内未出露。 （5）、二叠系下统下石盒子组（P1x） K8砂岩底至K10砂岩底，一般厚75m，主要由黄绿色中细粒中细粒砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、铝质泥岩组成。下部泥岩为灰黑色，向上渐变为黄绿色，到顶部为紫红色含铁质鲕粒铝质泥岩，其层位称“桃花泥岩”，稳定而特征明显，为本区上、下石盒子组地层分界的辅助标志，与下伏山西组地层呈整合接触。该组地层在井田内零星出露 （6）、第四系（Q） 井田内均被第四系松散层覆盖,不整合于基岩之上,厚023m。 第四系中更新统（Q2）浅黄红色砂质粘土、粘土、粉土，含钙质结核，垂直节理发育，一般厚5m，分布于井田内地势较高处； 第四系上更新统（Q3）浅黄红色砂质粘土、粉土，松散，含钙质结核，厚06m，平均厚4m，分布于河床Ⅱ级阶地； 第四系全新统（Q4）岩性主要为砾石层、砂砾石层、砂层及少量的粉土或砂类土组成，厚012m，平均厚5m，分布于井田内河漫滩及Ⅰ级阶地上。 2、构造 本区位于沁水煤田东南部，区域构造位置处于山西陆台东南部，即太行山隆起与太岳隆起间晋东南台凹的南部，区域构造表现出一种以各种构造形迹复合、联合形成的复杂构造轮廓。晋东南山字型构造脊柱、新华夏晋获褶断带及晋城挽近盆地为区域主要构造形迹。 井田位于乔家沟背斜西翼，总体为一单斜构造，在开采中遇到一正断层（红岩沟正断层），该断层将井田分为东西两块，断层走向N10E，倾向并西，断距约1120m。 五、水文地质条件 （一）、 水文地质概况 本区属黄河流域丹河水系，地貌类型为低山丘陵区，区内地形东北高、西南低，相对高差48m。 井田内分布有吴庄河、杜寨河两条河流，其中吴庄河从井田西部自西北向东南方向从井田内流过，在井田内西南边缘汇入杜寨河，该河为季节性河流，调查时无水；杜寨河从井田西南部流入，成弧形在井田内通过，在井田南部边缘流出井田，该河为常年性河流，河流断面最大宽度约30m，水深0.40m，调查期间H01断面流量为15L/s，据了解该河丰水期常有洪水发生，最大流量为687L/s，矿坑排水为该河固定水源之一。 井田西南矿界外的民井01井深5.0m，平均井径2.2m，调查时水位埋深3.0，为当地农业浇地用；井田东南矿界外的民井02井深40.0m，为目前当地农民约170人主要生活及红岩沟煤矿生产及约100人生活用水，涌水量约100m3/d。 除此之外，井田内无其它地表水体及水井，也无泉水出露，地下水主要靠大气降水的入渗补给，受季节性影响较大；此外井田内矿坑排水入渗及河流的侧向及垂向补给，也是地下水的重要补给来源 （二）、井田内主要的含水层 1、第四系松散岩类孔隙含水岩组。 主要含水层岩性为砂砾石、砂土，在山坡地带大部分为透水不含水层，在河谷一带富水性较好，但富水性差异较大，水化学类型为HCO3SO4CaMg型水，该含水岩组水位埋深浅，主要接受大气降水入渗补给，季节性变化明显；此外煤坑排水入渗和河流的侧向补给也是其重要的补给来源。该含水层为弱中等富水性含水层。 2、二叠系下统下石盒子组和山西组砂岩裂隙含水岩组。 主要含水层为基岩风化带裂隙含水层，风化带厚度受地形起伏及岩性的影响变化较大，主要接受大气降水补给和含水层之间的垂向渗透补给以及同一含水层沿地层倾向的横向补给，向3号煤矿坑排泄。地下水的埋藏条件在长期开采3号煤疏排矿坑水的影响下，主要以潜水形式赋存，地下水动态随季节变化较大，其富水性主要决定于风化裂隙的发育程度。本含水岩组富水性差异性较大，大气降水为其主要的补给来源。据调查生产矿井资料，风化带排水量为为16.m3/d，矿坑涌水量为120150m3/d，季节性变化明显，主要水源为大气降水及地表水入渗补给和采空区积水沿下山方向的侧向补给。3煤层水流方向为自东向西方向。该含水层q0.0320.0514l/s.m，下石盒子组砂岩裂隙含水岩组富水性弱中等，山西组砂岩裂隙含水岩组富水性弱。 3、石炭系太原组砂岩及灰岩裂隙水含水岩组 该含水岩组埋藏较浅，含水层以K2、K3、K4、K5等几层灰岩为主，呈层分布且被泥岩隔水层分隔，相互之间水力联系较弱，各含水岩组富水性受岩石完整程度、岩溶裂隙发育程度及其补给条件等因素影响较大，故不同地层富水性相差较大。含水层一般接受上部含水层及3号煤矿坑水的越流渗透补给，水化学类型为HCO3SO4CaMg ，为弱富水性含水层。 4、中奥陶统灰岩岩溶含水岩组。 该含水层埋藏深度较大，主要含水岩性为厚层灰岩和泥灰岩，岩溶裂隙发育，富水性一般较好，为本区主要含水层，q3.571l/s.m。据邻近地区资料，本区岩溶地下水位标高为620625.0m低于3号煤层底板标高（底板标高为795870m），岩溶地下水尚不具备向3号煤层底板充水的可能性。 （三）、井田内主要隔水层 1、本溪组及太原组底部泥岩、铝土质泥岩隔水层 位于15号煤层之下，平均厚度约7.46m ，为煤系地层与奥灰岩含水层之间良好的隔水层。 2、石炭系、二叠系泥岩、砂质泥岩隔水层 该隔水层分布于各灰岩、砂岩含水层之间，其单层厚度差别较大，埋藏较深时在含水层之间起到较好的隔水作用，但在煤层开采后形成的导水裂隙带内的泥岩减弱或失去隔水性能。 （四）、井田水文地质类型 井田内主采煤层为3号煤层，一般是以顶板砂岩为直接充水含水层的裂隙充水矿体，其含水层富水性弱。据本次调查资料主井井筒40m处有滴水，涌水量为16.0m3/d；巷道及各采掘工作面底板潮湿，无渗水、滴水现象；风井及安全出口干燥,无渗水、滴水现象。据本次调查资料矿坑涌水量为120150m3/d。据邻近地区资料，本区岩溶地下水位标高为620625.0m，低于3号煤层底板标高（底板标高为795870m），在没有其它导水构造沟通的情况下，岩溶地下水不具备向3号煤层底板充水的条件。但随着采空区的增大，采空区范围将逐渐增大，采空区积水将成为矿井生产的隐患，故应注意对采空区积水的探明及疏通，避免突水事故的发生，总的来说，3号煤层矿床水文地质条件简单。 （五）、矿坑充水因素分析 红岩沟煤矿的主采煤层3号煤层的直接充水含水层为其顶板砂岩，富水性弱，水文地质条件简单。煤层开采后，由于采空区周围的岩石应力集中、释放而产生的导水裂隙有可能沟通上部几层砂岩，导水裂隙带高度按矿区水文地质工程地质勘探规范中提供的“冒落带、导水裂隙带最大高度经验公式”进行估算3号煤层底板标高总体上自东北向西南降低，底板标高最大相差75m，而矿区内地形东北高、西南低，相对高差48m；3号煤层埋深在矿区东北部埋深最大约58m，在矿区东南向的民井02揭露3号煤层埋深33m左右，总体上3号煤层埋深约在25112m之间变化，矿区南、东南地势低凹处埋深较浅，3号煤层平均厚度为5.48m，经计算采空冒落裂隙带最大高度为77.18m。因此采空区冒落裂隙带将导通3号煤层以上各含水层之间的水力联系，采空区积水、风化带裂隙水、第四系松散层孔隙水、地表水均有可能被沟通并与3号煤层采掘巷道发生水力联系，对3号煤的安全开采产生不利影响。综合起来，对矿坑充水的因素有以下7点 1、大气降水对矿坑充水的影响 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坑，成为矿坑充水的间接但重要的补给来源。矿坑涌水量受降水的季节变化影响，具有明显的动态变化特征。 2、地表水体对矿坑充水的影响 井田内分布有吴庄河、杜寨河两条河流，其中吴庄河为季节性河流；杜寨河为常年性河流，调查期间H01断面流量为15L/s，该河在丰水期常有洪水发生，最大流量为687L/s，由于3号煤层采空后，形成的冒落导水裂隙可达地表，河流流水可能垂向补给造成采空区积水，如果煤层采掘巷道和采空区积水沟通而产生水力联系，采空区积水就会对矿井生产造成威胁。 3、采空区积水对矿坑充水的影响 随着井田范围内采空区面积加大，采空区如同“水仓”一样存蓄地下水，由于种种原因煤层采掘巷道和采空区积水沟通而产生水力联系时，采空区积水就会对采掘巷道构成威胁。 4、井筒水对矿坑充水的影响 主井井壁局部段有滴水现象，但渗水量不大，涌水量为16.0m3/d，井筒充水对矿坑充水影响不大。 5、矿坑充水通道 据井田水文地质条件来看，3号煤层矿坑的充水通道主要为矿坑顶板之上的岩石裂隙、冒落导水裂隙带、井筒及开采扰动后的底板岩石裂隙。 6、奥灰水对矿坑充水的影响 本区岩溶地下水位标高为625620.0m，而3号煤层底板标高在795870m之间，3号煤底板标高远远高于奥灰水位，不存在底板突水问题。 7、断裂结构对矿坑充水的影响 据巷道揭露，在井田的东部见一小型正断层，断距约1120m，井巷掘井时未发现涌水情况，但在断层附近，原始裂隙发育，导通了3煤层上部各含水层及下部石炭系层间承压裂隙岩溶水，采掘巷道通过时，应加强构造裂隙水的探查，防止水害发生。 （六）、矿坑涌水量 由调查资料显示，现开采3号煤生产矿井水文地质条件简单，矿坑充水主要为顶板砂岩裂隙水，矿坑涌水量120150m3/d，受季节变化影响，雨季大、旱季小。 六、结 论 综上所述，井田地质构造比较简单，3号煤层矿床水文地质条件简单；矿坑涌水量120150m3/d，受季节变化影响，雨季大、旱季小。大气降水、地表水的侧向补给地下水通过采空区形成的冒落导水裂隙带在采空区内形成 积水，在各种涌水通道存在的情况下，为矿坑充水的主要因素。因此雨季应该做好地表水的排放工作，巷道通过构造破坏区及采空区时应做好前期调查、抽放工作，严防不良事故的发生。另外，在生产时应该注意煤层顶板的支护与管理工作，谨防由于3号煤层开采形成冒落裂隙带导致上覆各含水岩层发生水力联系，对巷道系统产生涌水。 七、主要成果 1、高平市野川镇红岩沟煤矿矿井地质和水文地质图 1∶2000 2、高平市野川镇红岩沟煤矿水文地质图说明书 -5-