煤礦水文地質條件怎麼

『壹』 煤礦在水文地質條件不清楚時應採取什麼措施

水文地質條件主要出現在地質報告里，作為國家最新的硬性要求。水文地質不清回或沒有水文地質調查的礦答山，不能進行設計。從這就能看出其重要了吧。實際上產中，礦山的水文地質主要指地表水體或匯水面積、地下最大/正常涌水量，含/隔水層的狀況，斷裂/構造帶的存水狀態等對礦體開採的影響。總提上說就是防止在采礦生產中發生透水事故。水文地質條件可以分為簡單，中等復雜和復雜型，主要用於采礦設計中，為采礦設計井巷布置，井下防護措施及支護措施提供依據。因為實際的礦山水文地質調查比較難查清，而且代價很昂貴，但對於安全生產很重要。在實際生產中則需及時打探水孔保證航道掘進的安全。

『貳』 生產礦井的水文地質特徵

1.突水概況

該礦井由於斷裂密度較大，水壓較高，各含水層水力聯系密切，所以井巷突水較為頻繁。自建井以來，全礦井共發生0.5m³/min 以上的突水52次，其中0.5～1m³/min，8次；1～10m³/min，29次；10～30m³/min，10次；30～100m³/min，2次；100m³/min以上，3次。最大一次突水為1985年5月17日二₁車場突水，水量320m³/min，礦井Q_max＝360m³/min。突水主要與斷裂有關，其中，頂板突水20次，多與開采後的導水裂隙有關，底板突水32次（斷層突水17次，底鼓7次，岩巷8次）。從採掘類型區分：巷道突水34次，占總數的65.4%，工作面突水18次，占總數的34.6%。總的情況是：淺部來水較大，礦井外圍來水較小；主要水源來自深部的L₂、O₂灰岩水，特別是O₂灰岩水。

2.大型突水點詳述

（1）1961年101工作面突水

突水點距二₁煤底板19m，L₈灰岩靜水位+96m。突水前已回採8113m²，無滲水痕跡，後發現底板壓力突然增大，隨即發生底板突水，出水點3個，水量1.5m³/min，以後又增為5個（有1個出水水洞直徑20cm）。至1961年10月31日，在29小時內增為15m³/min，又經過12小時開始減少為12.5m³/min，爾後趨於穩定。到枯水期為9m³/min，年變幅3.5m³/min。突水原因是工作面位於F₁₉尖滅處，在礦壓和水壓的共同作用下，L₈灰岩水沿岩溶裂隙上升突水，其補給源實為沖積層水。

由於該突水水量大，加之排水系統尚未完善，而重新轉入基建，又擴建一個臨時泵房排水。

（2）12121工作面突水

1964年9月30日，突水前工作面采長31m，傾斜寬85m，回採2635m²後，工作面來壓增大，發生底鼓，折梁斷柱，煤幫坍塌。共打13個木垛無法頂住。首先在工作面中部底鼓，然後向四周伸展，至回風巷槽尾處，發生特大突水，Q＝89m³/min，突水點1個，標高-54m，水壓15.6kg/cm²。突水原因是突水點處隔水岩體受到礦壓和底板水壓的共同作用，產生零位破壞和原位張裂，造成底板L₈灰岩突水，同時接受沖積層水和L₂灰岩水的補給。此次突水，因一水平4座水閘門及時關閉，保住礦未被淹沒，井底增加了排水能力後，打開了水閘門，又迅速恢復了生產。

（3）西大巷突水

1966年12月10日，巷道下幫遇一小斷層，已掘巷道窩頭，有一小面積鼓起，頂板掉渣。打鑽放水效果不好。12月18日挖底砌固時，突然底鼓，峰值1.3～1.4m，L₈灰岩水湧出，Q＝1.2m³/min，最高達52.4m³/min，突水點標高-69.6m。突水原因，開拓底板巷道，隔水層極薄，距L₈灰岩僅2 m。又遇一小斷層，發生底鼓突水。由於突水量巨大，造成大巷運輸困難而停產，1968年又增設了西二泵房。

（4）1441回風巷突水

開始煤層發潮，巷道掘過，頂板出現淋水、滴水現象。1977年8月19日下午四點多，礦壓變大，巷道上幫柱拆斷，上幫兩米高處有兩指寬的裂縫，水從中流出，Q＝0.1m³/min，窩頭正前出現底鼓，高達0.3～0.5m，長度達28m，涌水逐漸增大。1977年8月20日，Q_max＝120m³/min，突出處標高-52m。突水點位於F₃斷層破碎帶附近，L₂灰岩突水，又有O₂灰岩水補給，水壓12kg/cm²。此時礦井涌水量接近總排水能力，井底防水圈因開拓二水平被破壞，水閘門不起作用，立即在井底增設臨時泵房，又在西三建水閘門一座，水閘牆三座，隔離西三水源，保住了礦井未被淹沒，但西三采區已被淹沒。

（5）二₁軌道下山車場突水

1979年3月8日，在-200m水平，東大巷二₁軌道下山車場掘進巷道，遇到一個落差8 m的斷層後，未立即發生突水，停止掘進，加固巷道，32小時後，即3月9日14點35分，巷壁流黑水，並有水叫聲。隨做關閉水閘門的准備，水量逐漸增大，流速1.3m/s，Q_max＝240m³/min。1985年5月17日，下山車場再次發生特大突水，Q_max＝320m³/min。突水原因是巷道開在L₈灰岩里，遇小斷層，在水壓高達28.2kg/cm²的條件下，L₂灰岩水和O₂灰岩水沿斷裂破碎帶中的岩溶通道，與L₈灰岩水連通，而造成了淹井。此次突水因井下排水能力不足，68分鍾後，二水平全部淹沒，4小時43分鍾後淹井。1985年5月再次淹井，僅歷時9小時。

3.底板突水規律

此礦頂板水量較小，底板水量大，因此總結底板突水規律更為重要。

1）突水前具有地壓增大、底板鼓起、片幫、冒頂、拆梁斷柱、工作面潮濕等現象。出水的裂隙初窄後寬，水色由清變混或夾帶煤屑。

2）突水量的變化：

與時間的變化關系 兩者關系較為密切，突水量先小後大，隨後趨於穩定或者變小。此時，突水點所處的構造位置不同，反映出涌水量的減小率亦不一樣（表3-3）。

表3-3 突水量與時間變化關系統計表

與突水點標高的關系 兩者關系不大，但從補給關系看，高水平的水補給低水平。

與開拓巷道空間的關系 兩者不成正比關系，而與揭露灰岩岩溶裂隙的面積成正比。例如，1-1集中運輸巷（L₈灰岩），標高-123m，巷長近千米，非常乾燥。1-1水倉巷道（L₈灰岩）的東水倉（-145m）無水，而西水倉近1m³/min。

3）突水水源：由於「N₁₂進水口」勘測截流和「西二進水口」勘測資料可知，該礦以底板突水為主。水源主要是L₂、O₂灰岩水；沖積層水次之。

4）突水原因：主要與斷裂構造、底板灰岩的岩溶裂隙發育程度有關。而水壓、礦壓及底板隔水岩層厚薄和力學強度的大小等則是次要原因。在正常塊段，由於在開采過程中，隔水岩體受到礦壓和水壓的共同作用，破壞了岩體原有力的平衡狀態，致使底板岩層產生零位破壞及原位張裂，大大削弱了隔水岩體的力學強度，岩溶裂隙承壓水，沿張裂隙上升，這樣工作面采動，就有突水可能。

5）突水通道：灰岩地下水沿岩溶裂隙，由高向低作近水平運移，在運移過程中，由於斷裂破碎帶和水壓等因素的影響，使O₂、L₂灰岩水與L₈灰岩水發生水力聯系而連通，運移狀態亦隨之轉為近垂向運動。

6）突水部位：勘探與開采資料說明，岩溶裂隙沿灰岩層面及斷裂破碎帶比較發育，它是地下水貯存和運移的通道，所以突水部位多在岩溶裂隙發育和斷層尖滅處，或交匯處，如101工作面上突水點位於F₂₉斷層的尖滅處。

『叄』 礦井日常水文地質工作內容與技術要求

礦井日常水文地質工作是保證煤礦正常安全生產的一項重要技術基礎工作。其基本任務包括：

1）開展礦井水文地質補充調查、補充勘探和水文地質觀測；

2）為礦井採掘、開拓延伸提供水文地質資料或報告；

圖1-8 系統開發工作流程圖

3）在採掘工程中進行水害分析、預測和防探水。

（一）水文地質補充調查和觀測

1.地面水文地質補充調查

包括氣象資料搜集：降水量、蒸發量、氣溫、氣壓、相對濕度、風向、風速及其歷年平均值和兩極值；地貌調查：著重調查由開采引起的塌陷、人工湖等地貌變化；地質調查：第四系覆蓋層、基岩露頭，地質構造的形態、產狀、性質、規模、破碎帶等。其他還應調查的內容包括地表水體等。

2.地面水文地質觀測

包括氣象觀測、地表水觀測、地下水動態觀測等。

3.井下水文地質觀測

在開拓主要采區巷道時，應及時進行井下水文地質觀測和編錄，並繪制實測水文地質剖面圖或展開圖。

1）當巷道穿過含水層時，應詳細描述其產狀、厚度、岩性、構造、裂隙或岩溶的發育與充填情況，揭露點的位置及標高、出水形式、涌水量、水溫等，並採取水樣進行水質分析；

2）對斷層和裂隙，應測定其產狀、長度、寬度、數量、形狀、尖滅情況、充填程度及充填物，觀察地下水活動的痕跡，繪制裂隙玫瑰圖，並選擇有代表性的地段測定岩石的裂隙率；

3）對岩溶應觀測其形態、發育情況、分布狀況、有無充填物及充填物成分、充水狀況等，並繪制岩溶素描圖；

4）對褶曲應觀測其形態、產狀及破碎情況；

5）對突水點應詳細觀測記錄突水的時間、地點、確切位置、出水層位、岩性、厚度、出水形式、圍岩破壞情況等，並測定涌水量、水溫、水質、含砂量等。同時觀測附近的出水點和觀測孔涌水量、水位的變化，並分析突水原因。主要突水點可作為動態觀測點，並要編制卡片，附平面圖和素描圖。

4.礦井涌水量觀測

1）礦井涌水量觀測應分含水層、分采區、分主要出水點觀測，每月觀測不少於3次；

2）井下新的出水點在涌水量尚未穩定前應每天觀測1次；

3）井下疏降孔涌水量和水壓在穩定前每小時觀測1次，穩定後正常觀測。

（二）礦井水文地質基礎資料和圖紙

1.水文地質台賬

礦井水文地質基礎資料必須認真搜集整理、長期保存。為了使礦井水文地質基礎資料系統化，應建立以下各類水文地質台賬：

1）礦井涌水量觀測成果台賬；

2）氣象資料台賬；

3）地表水文觀測成果台賬；

4）鑽孔水位及井泉動態觀測台賬；

5）抽（放）水試驗成果台賬；

6）礦井突水點卡片或台賬；

7）井下水文地質鑽孔台賬；

8）水質分析成果台賬；

9）礦區水源井（孔）台賬；

10）封閉不良鑽孔台賬；

11）其他專門項目台賬。

2.礦井必備的水文地質圖紙

1）礦井充水性圖；

2）礦井涌水量與各種相關因素動態曲線圖；

3）礦井綜合水文地質圖；

4）水文地質柱狀圖；

5）水文地質剖面圖；

6）等水位線圖等。

（三）工作面水害預測與防探水

應開展水害因素分析和水害預測工作，根據採掘接續計劃，結合水文地質資料，全面分析水害因素，提出水害分析預報表及水害預測圖；在採掘工程中對預報表、圖進行檢查、補充和修訂，發現險情，應及時發出水害通知單，並採取預防措施。

1）采前應編制探放水設計，並預計涌水量，涌水量較大可能影響正常生產時，應採取相應措施；

2）防探底板突水：採掘前必須具備勘探或補充勘探資料，水文地質條件基本清楚；對可能發生的水害及其預防措施提出建議；預測有突水可能的危險區；預計最大涌水量；

3）防探斷層水：應核准斷層產狀、位置，分析斷層帶的富（導）水性，並在平面圖和剖面圖上確定斷層與工作面的空間幾何關系；巷道通過導水或可能導水斷層前，必須超前探水，並採取相應的防水措施；對與強含水層連通的導水斷層，必須按規定留設防水煤柱；

4）為防止鑽孔突水，應對採掘范圍內穿越煤層頂、底板強含水層的鑽孔進行核查，分析判定封孔質量；對封閉不良的鑽孔應分別採取相應的預防措施。

（四）其他防治水措施

為了防治礦井開采過程中發生突水淹井事故，除建立上述礦井排水系統外還應當考慮以下防治水措施：

1）采區排水系統。對設計的下一個采區，要首先預計采區涌水量，建立采區水倉、泵房和排水管道。采區水倉、泵房和排水管道的設計應符合「煤礦安全規程」的要求。

2）礦井避水災路線。在採掘作業規程中制定突水時的避水災路線，並在避水災路線上設置路標，定期進行撤退演習。在井下各採掘工作面即主要硐室、大巷等有人員工作的地點安裝電話，井下電機車安裝載波電話，並加強對通訊系統的維護和管理，保證在發生突水災害時，可利用通訊系統實施迅速、有效的調度指揮。礦井應安裝井下人員定位系統，使地面及時了解井下人員的實際情況。

『肆』 中等煤礦水文地質類型如何劃分

中等煤礦水文地質類型劃分4類：
一、水文地質簡單（1、露頭區被粘土類專土層覆蓋；屬2、被斷層切割封閉；3、地表泄水條件良好；
4、屬於深部井田；5、在當地侵蝕基準面以上開采；6、屬高原山地背斜正地形，煤層底部灰岩無出露；7、煤層距頂底板上下富含水層距離很大）
二、水文地質中等（受採掘破壞或影響的孔隙裂隙，溶隙含水層補給條件一般，有一定的補給水源）
三、水文地質復雜（1受採掘破壞或影響的主要是灰岩溶隙-溶洞含水層，厚層砂礫石含水層(煤層直接頂底板為含水砂層)，其補給條件好，補給水源充沛。2未開展水文地質普查，存在老窯積水，資料不齊的整合和技改礦井。）
四、水文地質極復雜（受採掘破壞或影響的為岩溶含水層，其補給條件很好，補給水源極其充沛；1、礦井經常的直接或間接受煤層頂底部灰岩溶洞-溶隙高壓富水含水層突水的威脅；2、灰岩露頭分布范圍廣，河溪發育，山塘水庫多；3、在高原山地向斜正地形礦區灰岩岩溶特別發育常形成暗河系統或匯水封閉窪地）
簡單回答，希望滿意哈。

『伍』 關於煤礦開采地質條件

構造會很大程度的影響巷道的掘進，比如說褶皺，這個還相對小一點；如果說是斷專層，那可就屬 涉及的東西多了 你 要算出他的導水系數等等，還有陷落柱，也是能導水的，他們都是造成透水事故的主要因素，
在煤礦開采過程中還要注意煤層頂底板的抗壓，抗剪，抗拉強度，等等，底板么 主要還是他的膨脹系數（具體叫什麼，一時叫不上來），
這些都在很大程度上決定了巷道掘進和巷道設計

『陸』 義馬礦區地質與水文地質條件

一、氣象水文

本區屬溫帶大陸型季風氣候，年最大降水量1079.33mm（1964年），年最小降水量1079.33mm（1965年），多年平均降水量為670.88mm，降水多集中在7、8、9 三個月，佔全年降水量的50%～60%。最高氣溫44℃（1966年6月20日），最低氣溫-17.1℃（1969年1月31日）。

流經義馬新安煤礦的主要河流有畛河，其次為寺河與北治河，屬黃河水系。畛河發源於青野地，經上孤燈、渠里、石寺、枝山頭、倉頭至狂口流入黃河，全長56km，中下遊河床寬20～30m。畛河匯水面積348km²，全長56km，歷年最大流量4280m³/s（1958年7月17日），多年平均量2.5m³/s，在特旱年的乾旱季節曾出現斷流現象。

石寺河在石寺村匯入畛河，河床寬20～30m。北治河在馬河一帶匯入畛河，河床平坦，一般旱季乾涸，雨季洪峰量可達368.58m³/s，淹沒寬度達150m左右。

二、地形地貌

義馬礦區新安煤礦位於新安縣石寺鄉，東距洛陽33km，地理坐標為東經112°45′00″～122°14′00″，北緯34°45′00″～34°54′30″。

新安礦區位於低山丘陵地區，地勢西高東低，山脈走向大致由南西向北東延伸。最高處雲夢山海拔+635m，最低處眷茲一帶海拔+200m左右，相對高差435m。西北部為低山區，由震旦系、寒武系、奧陶系組成一級分水嶺，東部由二疊系堅硬的平頂山砂岩及砂質泥岩組成不對稱的單面山地形，為二級分水嶺，北部多由二疊系砂岩、泥岩及砂質泥岩構成丘陵地帶，地層傾角平緩，岩石抗風化能力差，多形成坡緩頂圓的山丘。沖溝較為發育，水土流失嚴重。

畛河河谷地形平緩開闊，基本為U字型河谷。河谷階地具明顯的不對稱性，一般可劃分為二級階地。Ⅰ級階地為河漫灘以上第一個平台，主要由灰黃色砂粘土或砂沙土組成，一般高出河床10m左右，村莊密布，寬度幾十米至上百米，地形平坦；Ⅱ級階地多沿次一級河谷分布，一般高出河床20～40m，主要由黃土狀粒砂土或粘砂土組成，局部見砂卵石直接覆蓋於基岩上，其特點為垂直節理發育。

三、地層構造

1.地層

新安礦區屬華北型石炭系—二疊系含煤建造，出露有新元古界震旦系，古生界寒武系、奧陶系、二疊系，中生界三疊系，新生界第三系、第四系。煤系地層為下二疊統山西組。

該礦區主要可採煤層為下二疊統山西組二₁煤，煤厚0～18.88m，平均厚4.22m，礦區淺部大體以二₁煤層底板+150m等高線為界，深部以二₁煤層底板-200m等高線為界。礦區走向長15.5km，傾向寬3.5km，面積53.583km²，可采儲量26962×10⁴t。

2.構造

新安礦區位於新安傾伏向斜之北翼，為一平緩的單斜構造，向斜軸向近東西向，北翼傾角平緩，一般為7°～11°，南部傾角不明。向斜向西抬起收斂，向東傾沒撒開，核部被新生界覆蓋，礦區內地層大致走向為NE56°—NE30°，地層傾角西部較大為9°～11°，東部較小為7°～8°。

礦區內斷層稀少，多為斜交正斷層，除礦區邊界斷層F₂、F₂₉及礦區邊界斷層F₅₈落差較大（50～300m）外，其他均小於20m。以下將幾條有代表性的斷層加以敘述。

（1）F₅₈斷層（龍潭或新安平等斷層）：為斜交正斷層，系礦區西南部邊界，走向NW，傾向NE，傾角70°，落差由北向南為50～200m。

（2）F₂斷層（許村斷層）：為斜交正斷層，為礦區東北部邊界斷層，走向近EW，傾向N—NE，傾角65°～70°，落差150～200m。

（3）F₂₉斷層：為斜交正斷層，為礦區東部邊界，走問N—NW，傾向SW—W，傾角65°～70°，落差25～50m。

（4）岸上斷層：對礦區構造形態影響較大的斷層為岸上斷層，位於礦區外西南部，性質為正斷層，落差大於500m；本區位於下降盤，該斷層構成義馬水文地質分區和新安水文地質分區的分界線；義馬礦區以岸上斷層為界分義馬煤田和新安礦區；義馬煤田的開採煤層為中生界下侏羅統煤層，不存在高承壓水上採煤，煤層開采與奧灰水無關；本書所研究的是義馬新安礦區。

除上述較大的斷層外，區內小斷層及層間撓曲較多。小斷層性質多為正斷層，斷距0.25～3.6m，最大為9.47m。斷層方向有兩組，一組走向NW；一組走向NE，構成「X」型。這些斷層規模較小，其延伸長度一般在1000m范圍之內，對局部地段的喀斯特發育和喀斯特地下水的富集起著明顯的控製作用。

四、含水層與隔水層

1.含水層

根據岩性及含水性、地下水儲存與埋藏條件，在礦區內劃分7個含水層，與高承壓水上採煤有關、煤層底板以下有兩個主要含水層，由下而上為：

（1）奧陶系灰岩喀斯特裂隙承壓含水層：由冶里組白雲質灰岩與馬家溝組灰岩組成，出露面積32km²。據以往勘探鑽孔揭露，厚度64.84～119m，地表出露廣泛、補給量豐富，以礦區北部灰岩裸露區和淺埋區喀斯特發育，含水性較強，但富水性極不均勻，根據兩次抽水試驗資料K=0.01～9.02m/d。本層上距二₁煤43.77～74.50m，平均53.76m，屬間接充水含水層，層間距在北方煤礦區中比較小。根據井下出水資料，奧陶系灰岩含水層構成煤層底板充水威脅，常造成礦井突水淹井事故。

（2）太原組灰岩喀斯特裂隙承壓含水層：太原組主要岩性為灰岩、硅質泥岩、砂岩、砂質泥岩及煤層組成，總厚34～55m，平均厚40m，K=0.017～113.40m/d，其中灰岩一般為3～4層，單層厚度0.2～7.5m，灰岩總厚7.04～16.35m，一般10m左右，其中L₇和L_1-3最為發育，L₇灰岩厚1.36～6.55m，平均3.76m，頂距二₁煤底板10m左右，屬直接充水含水層；L_1-3灰岩由3層灰岩組成，總厚8m左右，富水性較強，屬間接充水含水層。

2.隔水層

奧陶系灰岩頂面至二₁煤底板共有兩層隔水層。第一隔水層為本溪組鋁土泥岩或鋁土岩，厚3～25m，平均厚9.08m左右，據以往鑽孔揭露礦區內普遍發育，層位穩定，裂隙不發育，岩性緻密，不透水，其隔水性能良好，但其厚度太小，可能阻止不了奧陶系灰岩水與太原組灰岩水之間的水力聯系。

第二隔水層為二₁煤底板至L₇灰岩之間的砂質泥岩、泥岩等，裂隙多為閉合型或具有充填物，透水性極差，厚6.6～15.27m，一般厚10m左右，本礦區普遍發育，厚度較為穩定。但該段一般在采動破裂帶內，意義不是太大。

五、地下水運動特徵

寒武系、奧陶系灰岩出露面積較廣，約108km²，地表喀斯特較為發育有利於大氣降水補給，補給量豐富；同時，地表河流在流經灰岩裸露段時，亦對地下水有補給作用。大氣降水是本區地下水的主要補給水源。喀斯特地下水的徑流條件受構造及喀斯特發育方向的控制，其喀斯特發育方向為NW和NE兩組，喀斯特地下水的運移方向為由西南向東北，排泄於黃河一帶。另外有部分喀斯特水以人工方式排出。礦井突水亦是排泄方式之一。

本區為一較完整的水文地質單元——新安水文地質單元，以碳酸鹽地層為主要含水體。西南部岸上斷層為義馬水文地質單元與新安水文地質單元的分界線，屬阻水邊界；西北部碳酸鹽岩裸露區為地下水補給區，屬補給邊界。碳酸鹽岩地層向東南傾伏，深部形成滯流帶，為阻水邊界；地下水向北東方向運移，排泄於黃河。隨著國家水力樞紐工程小浪底水庫蓄水後，奧灰喀斯特地下水的排泄區演變為補給區，礦井水文地質條件發生了較大的變化，水文地質條件由簡單型變為極復雜型。

六、礦區水害特徵

義馬礦區新安煤礦是1988年建成投產的大型礦井，設計年產150×10⁴t，1994年實產56.3×10⁴t，突水前礦井涌水量280～300m³/h。1995年11月5日17時55分，該礦一水平12采區下山12161工作面上巷掘進巷道發生特大突水災害，最大突水量4257m³/h。雖經全力搶救，終因礦井排水能力不足，於1995年11月7日17時30分主泵房和井下變電所進水被迫放棄，致使礦井被淹，從礦井突水發生到淹井，歷時48 h。

突水發生後，共施工注漿孔11個，鑽探總進尺4164.95m，共注入石子2412.60m³，水泥4084.70t，速凝劑60t，於1996年4月18日正式完工。1996年4月23日開始排水，到1996年5月28日排水到井底，恢復井下泵房和變電所，礦井—水平涌水量280～290m³/h，恢復到突水前的正常涌水量，說明注漿堵水工作取得成功。1996年8月，礦井東翼恢復生產。

1995年11月5日發生的特大突水事故，其突水點位於12161 上巷，距皮帶巷口188m，距前方掘進面7m處，標高+32.46m。煤層下伏主要含水層為L₇灰岩含水層，厚0.2～2.2m；L_1-3灰岩含水層厚8.4～9.6m，上距二₁煤29～35m；中奧陶世灰岩巨厚含水層，上距二₁煤45～54m左右。12采區12161工作面上巷在掘進過程中未發現斷層，只在其上部的12141工作面下巷掘進中發現有3條小斷層，其落差均小於3m，其中的F₃斷層在堵水段落差4.4m左右，傾向N，傾角75°～80°，在突水點正前方通過。

該次突水水源為中奧陶世灰岩喀斯特水，其依據是突水發生後，區域中奧陶世灰岩水大面積大幅度下降，其中距突水點2362m的中奧陶世灰岩供水孔，日降幅達2m左右，累積降幅達41.93m；最大突水量達4257m³/h；注漿結束後，區域中奧陶世含水層水位大幅度回升。隨著12161工作面上巷的掘進和鄰近12141工作面的采動，采動影響造成了底板的破壞，使下伏灰岩水直接導通到采空區造成了突水的發生。由此可見，中奧陶世高承壓水和F₃斷層破碎帶是此次突水事故的內因，而採掘活動是誘因。

七、礦井充水條件

1.充水水源通道

對礦井的威脅主要來自於煤層底板含水層，其中太原組灰岩含水層為二₁煤層底板直接充水含水層，根據歷次勘探所做的抽水試驗結果，一般單位涌水量小於0.1L/s·m，表明含水性較弱。距二₁煤底板為6.6～15.27m的砂質泥岩、泥岩隔水層，一般隔水性能良好，但厚度太薄，在擾動破壞帶內。遇斷層切穿隔水層時，該層地下水可通過斷裂直接進入礦井。但從礦井實際生產情況來看，太原組灰岩出水雖然容易，但水量較小，對礦井生產影響不大。

中奧陶世灰岩含水層為二₁煤底板間接充水含水層，該含水層厚度大，水量豐富，水壓高，與上覆含水層之間有一層厚9m左右的鋁土質泥岩隔水層，二₁煤底板至奧灰頂面厚50m左右，中間夾有太原組灰岩含水層和兩層隔水層，一般情況下不會直接進入礦井。中奧陶世灰岩含水層頂面至二₁煤底板層間距，在北方煤礦區中相比是小的，加之若遇斷層造成直接溝通，後果將是非常嚴重的。1995年11月發生的特大突水事故就是該含水層通過斷層導通進入采空區造成淹井。

2.煤層底板突水條件

煤層底板突水的關鍵，在於綜合分析底板奧灰喀斯特水的突水可能性，有的放矢地採取相應的防治措施，做到防患於未然，才能有效地防止突水事故的發生。查明奧灰富水區、主要徑流通道及導水通道的存在，在工作面開采之前，應首先查清下部奧灰喀斯特水的富水條件，劃分富水塊段，並探測、分析煤層底板中存在的原始導水通道，以及采動影響後可能形成的新的導水通道，至關重要。

煤層底板突水作為一種特殊的地質災害，受到多種因素的影響和制約。如煤層下伏含水層水量、水壓值大小；隔水層的厚度及岩性組合；底板構造狀況及采動方式等。歸納起來，發生突水的先決條件主要有兩個，即突水水源和導水通道。只有這兩個條件全部滿足時，才有可能發生突水。

沿垂直方嚮往往是在某一段標高范圍內喀斯特特別發育，水量豐富。沿水平方向在主要徑流帶，從匯水口至出水口水量豐富，且主要為動流量，因此位於該部位間的采區易出大水。這就要求對於采區下部含水層的富水性及富水帶應有請楚的認識和充分的了解。由於喀斯特發育的不均一性，在同一礦區甚至在同一采區內，沿水平和垂直方向上，灰岩含水層的富水性差異很大。

『柒』 發耳煤礦水文地質條件屬於什麼類型

中等煤礦水文地質類型劃分4類：
一、水文地質簡單
（1、露頭區被粘土類土層覆蓋；
2、被斷層切割封閉；
3、地表泄水條件良好；
4、屬於深部井田；5、在當地侵蝕基準面以上開采；6、屬高原山地背斜正地形，煤層底部灰岩無出露；7、煤層距頂底板上下富含水層距離很大）
二、水文地質中等（受採掘破壞或影響的孔隙裂隙，溶隙含水層補給條件一般，有一定的補給水源）
三、水文地質復雜（1受採掘破壞或影響的主要是灰岩溶隙-溶洞含水層，厚層砂礫石含水層(煤層直接頂底板為含水砂層)，其補給條件好，補給水源充沛。2未開展水文地質普查，存在老窯積水，資料不齊的整合和技改礦井。）
四、水文地質極復雜（受採掘破壞或影響的為岩溶含水層，其補給條件很好，補給水源極其充沛；
1、礦井經常的直接或間接受煤層頂底部灰岩溶洞-溶隙高壓富水含水層突水的威脅；
2、灰岩露頭分布范圍廣，河溪發育，山塘水庫多；
3、在高原山地向斜正地形礦區灰岩岩溶特別發育常形成暗河系統或匯水封閉窪地）

『捌』 永城礦區地質與水文地質條件

永城礦區地處黃淮平原腹部，位於河南省永城市、夏邑縣境內，河南煤礦區東部，是國家「八五」、「九五」期間建設的重點礦區。礦區南北長55km，東西寬25km，面積1150km²。礦區所屬永城煤電集團、神火煤電集團，目前有6對生產礦井，一對在建礦井，生產能力1500×10⁴t/a。

一、氣象水文

永城礦區主要河流有王引河、沱河、澮河、包河等，自西北向東南流過並注入淮河，屬淮河水系，河流為季節性河流。

二、地形地貌

永城礦區位於華北沖積平原的東南邊緣，淮河沖積平原的北部，A河故道的南側，礦區地面標高+32m。礦區內被厚度51.30～545.70m、平均厚312.97m的新生界鬆散沉積物所覆蓋，其厚度的變化受古地形、大地構造運動的強度與沉降幅度的制約，同時也控制著地下水的補給、徑流與排泄。

三、地層構造

永城礦區屬華北型石炭系—二疊系隱蔽式煤田，礦區各井田分布於永城復式背斜兩翼，礦區四周幾乎被高角度正斷層所圍限，第三系底部普遍沉積有厚層粘土，阻斷了新生界含水層及地表水的補給。含煤地層為下二疊統山西組和下石盒子組，目前主採煤層為山西組二₂煤，煤層賦存穩定，平均厚度2.7m，普遍可采，開采深度從-300m～-700m。礦區各井田內斷層較發育，大多為高角度正斷層，小斷層猶為發育，落差3m以上的斷層達20條/km²以上。經鑽探和採掘工程揭露證實，大、小斷層基本上都不導水。

四、水文地質

永城礦區是一個封閉-半封閉的相對獨立的水文地質單元。礦區煤層底板充水的主要水源為太原組灰岩喀斯特裂隙承壓水，其次為二₂煤層底板砂岩裂隙承壓水。

1.主要含水層組與隔水層組

按含水層岩性特徵、空隙性質、地下水的埋藏條件分，將含水層劃分為三種類型。

（1）孔隙潛水—承壓水含水層組：含水層自上而下由新生界第四系全新統和上第三系5個含水砂層組組成，埋藏深度分別位於0～35m、35～100m、100～150m、150～300m及300m以深。淺層為孔隙潛水，水質類型為

，中深層為承壓水，水質屬

型。其中第四系全新統和上第三系下部第一段砂層最發育，富水性強，單位涌水量0.0041～6.71L/s·m。覆蓋層底部的砂層鬆散孔隙承壓水對開采淺部煤層有一定的影響。

（2）裂隙承壓水含水層組：由二疊系石盒子組、山西組中細粒砂岩及燕山期岩漿岩組成。上石盒子組中粗砂岩裂隙相對發育，單位涌水量0.12～0.627L/s·m，下石盒子組三煤組及山西組二₂煤層頂板砂岩裂隙一般不發育，單位涌水量小於0.1L/s·m，富水性弱，以靜儲量為主。岩漿岩裂隙水的單位涌水量小於0.003L/s·m，富水性差，均不構成煤層開采時充水的主要水源。

（3）喀斯特裂隙承壓水含水層組：含水層為上石炭統太原組灰岩和奧陶系灰岩。太原組灰岩共12層，總厚40～50m，編號自下而上為L₁至L₁₂。L₁₁厚1～2m，裂隙不發育，含水很弱。L₁₁上距二₂煤底板約50m，其上部有厚約10m的海相泥岩。L₉、L₁₀均為3～5m，富水性亦較差。其中L₈、L₂灰岩沉積穩定，喀斯特發育，富水性強，靜水壓力傳遞快，裂隙發育程度和滲透性能沿垂直方向向下逐漸減弱，具非均質各向異性，單位涌水量可達2.87L/s·m，礦化度2～3g/L，水質類型屬

型。L₈上距二₂煤層底板約80m，厚度8～18m，一般13m左右，水頭標高+28m，且受L₂厚層灰岩和奧灰水的間接補給，是礦井突水的主要水源，嚴重威脅著礦井的生產和安全。奧陶系灰岩由石灰岩、白雲質灰岩、白雲質大理岩、大理岩組成，含豐富的喀斯特裂隙水，富水性強，單位涌水量0.704L/s·m，礦化度1～3g/L，水質類型以

型為主。L₁₁至二₂煤層底板50m左右，其間隔水層由海相泥岩、粉砂岩、細砂岩等組成，一般情況下可起到一定的隔水作用，但在其他因素影響下可誘發底板灰岩突水出現。

2.地下水的補給、徑流與排泄

大氣降水垂直下滲是潛水主要補給來源。洪水期間地表水補給地下水；平水期、枯水期地下水以補給河水為主要排泄途徑。深層水補給主要有兩個方面：大面積沖積平原地下水的側向補給；局部地段隔水層變薄或尖滅，造成含水層越流向下補給。徑流方向為NW—SE向。以潛水方式排泄於上部含水層或地表水體之中。

砂岩裂隙水在裸露區直接接受大氣降水、潛水、地表水的補給，在新地層掩蓋區，底部鬆散孔隙承壓水局部沿風化帶或采空塌陷帶補給基岩含水層。礦井的長期排水是主要泄水方式。

灰岩喀斯特裂隙水的補給：井田受邊界斷層切割，使煤系地層形成地壘而構成封閉半封閉相對的獨立水文地質單元。區內含水層間水力聯系較為密切，局部地段存在越流補給，因而其富水性較好。

3.充水因素分析

地表水：由於覆蓋層底部普遍發育有粘土隔水層，地表水及大氣降水對煤層開采無影響。

新生界底部鬆散孔隙承壓水：新生界底部的隔水層沿煤層露頭一帶使上部的含水層垂直下滲受到限制，煤層采後留足防水煤柱時，一般不會充入礦坑。

煤層頂板砂岩裂隙承壓水：煤層頂板砂岩層間裂隙水是開采各煤層的主要充水水源，但其水量微弱，補給量有限，易於疏干。

太原組上段灰岩喀斯特裂隙承壓水：開采二₂煤層時，雖然隔水層較厚達50m，但由於煤層底板裂隙發育，易造成突水。通過近幾年的生產，先後發生數次突水事故，使得太原組上段灰岩喀斯特裂隙承壓水成為礦井涌水的主要水源。

太原組下段灰岩及奧陶系灰岩喀斯特裂隙水：L₂和奧陶系灰岩分別位於二₂煤層底板以下150m、200m，一般情況下不會發生直接突水。在斷層、裂隙的切割部位具有側向和垂向補給條件，通過直接充水含水層而間接對礦井充水。

五、突水狀況

據統計，自1985年以來，永城礦區所屬礦井共發生灰岩突水14 次^［17］（表2-1），其中按採掘地點分類，發生在採煤工作面的突水有8次，掘進巷道中6次。按與斷層關系分類，與斷層有關的灰岩突水只有兩次，其餘的12 次突水通道均為二₂煤層底板砂岩裂隙。在突水點附近沒有小斷層，距落差較大的斷層（大於30m）大都在100m以上。與斷層有關的兩次突水，一次是1994年11月永城陳四樓煤礦北翼軌道及皮帶大巷突水，由於落差89m的F₃₉斷層的影響，造成北軌、北皮穿越斷層後與下盤的L₈灰岩對接，當巷道掘進至距F₃₉斷層4m時，北軌、北皮相繼突水，總水量860m³/h。另一次是1985年11月神火葛店煤礦15021採煤工作面突水，該采面緊靠落差40m的F₇斷層，煤層底板裂隙帶已超過L₁₁，工作面推進30m即發生灰岩突水，水量270m³/h。

表2-1 永城礦區煤層底板灰岩突水統計表

續表

六、突水原因

1.原生裂隙突水

煤層底板岩層原生裂隙屬於張性裂隙，為較好的導水通道，當掘進巷道或採煤工作面揭露或接近這些裂隙時，容易發生突水。神火葛店煤礦1999年9月12日掘進26采區皮帶煤下山時遇一條寬約10cm的裂隙突水，水量110m³/h；1999年10月12日掘進與26皮帶下山平行、相距20m的軌道下山遇到該裂隙時，寬20cm，突水量270m³/h。神火葛店煤礦北翼運輸大巷位於二₂煤底板下部18m，岩性為細砂岩，1993年6月巷道掘進中，遇到6條寬3～10cm的裂隙而發生灰岩突水，水量370m³/h。

2.活化裂隙突水

煤層底板岩層原生裂隙屬於閉合或半閉合，受到采動影響，在礦壓和灰岩水壓作用下，原生閉合裂隙張開，加之產生新的裂隙，導致灰岩突水。這種突水表現為先來壓力，巷道發生變形，裂隙逐漸張開而突水。壓力通過裂隙的逐漸張開得以逐漸釋放，水量的增大呈現一個漸變的過程，有時裂隙一旦連通也可發生突變。永城車集煤礦2401 工作面，2111工作面，2106軌道順槽等幾處的突水都屬於這種類型。2401綜采工作面2001年9月10日開始採煤，發現底板砂岩中有一組與工作面斜交的裂隙滲水。該工作面采深700m，太原組灰水壓力6 MPa。隨著工作面的推進，采場壓力增大，裂隙逐漸張開，16日采空區內涌水量增至100m³/h，21日工作面推進65m，18時水量增至140m³/h，工作面內有一條寬約10cm的突水裂隙，24小時逐漸增大到550m³/h，突水點附近的液壓支架所承受的壓力也由28 MPa逐漸增至45 MPa。

3.原始導高突水

灰岩上部岩層中的裂隙未達到煤層底板，形成承壓水原始導高帶。煤層開采後由於礦山壓力作用，底板以下形成采動破裂帶。在礦壓和水壓的聯合作用下，原始導高裂隙會向上發展，與底采動破裂帶貫通之後，就形成了新的導水通道，造成所謂的原始導高突水。由於各種裂隙的突然連通，這種突水往往來勢猛，造成惡性突水事故。永城車集煤礦2107綜采工作面、永城陳四樓煤礦2301 工作面的突水就屬於這種類型。永城車集煤礦2107綜采工作面，於2000年7月28日出現底鼓，巨大的壓力使工作面底板鼓起近1m，形成多處垂直於工作面的裂隙，造成40多架液壓支架嚴重損壞，十幾根大立柱折斷，二十幾根大立柱穿透頂部鋼板，1h後發生突水，水量達855m³/h，突水點集中在3處。當時該工作面采深570m，水壓5MPa。

七、突水實例

陳四樓井田位於永城隱伏背斜的西翼，第三系和第四系沖積層厚度300～400m。區內主要含煤地層為山西組和下石盒子組，主採煤層為山西組二₂煤層。煤系下伏地層為石炭系（含薄層石灰岩11層），編號自下而上為L₁—L₁₁，奧陶系灰岩喀斯特溶洞裂隙承壓含水層發育。據統計，陳四樓煤礦自1991年開工建設，1997年投產至今，發生突水10 余次，其中嚴重影響生產與施工且突水量大於150m³/h 的煤層底板突水兩次，第一次為1994年11月15日北翼皮帶大巷，最大突水量860m³/h；第二次為1995年北翼軌道大巷，最大突水量160m³/h。其突水機理如下分析。

1.地質構造特徵

圖2-1 陳四樓井田走向（A-A′）地質剖面示意圖

（據侯士寧，2001）

經過多期構造運動，在燕山期形成現在的構造格局。陳四樓井田內構造以斷裂為主，褶皺為輔。主要發育EW向斷裂5組，該5組斷裂控制了SN向斷層的發展，將井田割成6個塊段。井田內絕大多數斷裂表現為高角度正斷層，因此在剖面上多呈地壘與地塹構造（圖2-1）。地壘與地塹構造形態形成了承壓水在井田內分布的不均一性，因而不同地點受水害威脅的程度不一樣，井田北部以-440m標高以下受水害威脅較為嚴重。高角度正斷層深切太灰、奧灰，直接引導灰岩水進入煤層，有的造成灰岩與煤層相接。如此構造特徵，使斷裂間的連通較好，北翼皮帶大巷和北翼軌道大巷就是二₂煤層與太原組上段灰岩（L₈）強含水層對接而發生的2起突水事故的地點。斷裂構造發育，使各含水層具有良好的水力聯系，斷層及岩石裂隙構造發育，突水機率較大。

2.水文地質邊界

陳四樓井田地層總體上是一個向西傾斜的單斜構造，井田北、西、南邊界由斷層構成，東邊界為煤層露頭。在永城背斜軸部有奧陶系、石炭系及二疊系掩伏露頭。由於沖積層的阻隔，井田內不接受大氣降水的補給；在井田北部芒山、盪山有奧灰出露，直接接受大氣降水補給，為補給邊界。井田北部及東部露頭接受地下水沿各種通道的補給，為導水邊界，井田西部為阻水邊界，使得地下水得以儲存，井田屬於一個封閉—半封閉的水文地質單元，靜儲量豐富，富含承壓水。

3.原生裂隙

陳四樓井田小斷層較為發育，伴隨煤層及其頂底板岩石裂隙也發育。裂隙是在水平剪切力作用下形成「X」型剪切節理基礎上，彼此之間連通性好。受灰岩高承壓水（5 MPa）作用，太灰水充填裂隙，形成原生導高。據統計，北四采區三維高解析度地震勘探發現，錯斷二₂煤層落差3m以上斷層89條，斷層密度22條/km²；首采區在採掘過程中實見落差1m以上的斷層120餘條，均為正斷層，斷層密度60 條/km²；南五采區三維地震勘探發現，錯斷二₂煤層落差3m以上斷層46條，斷層密度21條/km²。

4.采動裂隙

人為破裂是采動礦壓對底板破壞所產生的底板岩層破裂。其破裂深度與岩石的堅固系數、工作面寬度、開采深度、煤層傾角等因素有關。根據鄰區資料，建立了預計破壞深度的多元非線性回歸方程為：

h=7.9291 ln（L/24）+0.009 H+0.0448α-0.3113f

式中：h——底板破壞深度/m；

L——工作面斜長/m；

H——開采深度/m；

α——煤層傾角/°；

f——底板岩石的堅固性系數^［7］。

根據上式計算出陳四樓煤礦在-440m標高、190m寬的綜采工作面采動底板破壞深度為20m。在斷裂帶附近，如果人為破裂與充水的原生裂隙通道導通將會發生突水事故。例如，永城車集煤礦2107綜采工作面在2000年7月28日突水850m³/h。

5.隔水層特徵

永城陳四樓煤礦開採煤層為二疊系山西組底部二₂煤，煤層底板岩性為砂質泥岩、粉砂岩和中、細粒砂岩，據下伏太原組最上一層灰岩L₁₁平均為50m，據較強含水層L₈灰岩約80m。因而，受各種裂隙影響，降低了隔水層的強度，增加了突水危險程度。正常情況下可以阻抗太原組薄層灰岩突水。

『玖』 礦井水文地質

（一）含水層

1.第四系砂、礫石孔隙含水層

本區第四系發育厚度為0～45.26m。上部為黃土或砂質粘土，厚0～45.26m，平均18.37m，對大氣降水對下部各含水層的淋漓、滲漏補給起阻隔作用。下部為砂礫石（或卵石）厚0～39.8m，平均7.65m，全區發育，其厚度變化主要受古地形地貌及現代流水堆積作用控制，基本規律為礦區北部較南部發育，東部較西部發育。該含水層主要由流砂、砂（卵）石組成，呈未膠結或半固結，導（富）水性較好，富含孔隙潛水。q=0.0074L/（s·m），k=0.0406m/d。水位標高225.15m，其水位水量變化動態不穩。與二₁煤層間無穩定水力聯系，對二₁煤層的開采影響不大，但在隱伏露頭地段，當開採煤層後形成的冒落破碎裂隙帶與該含水層溝通時，則構成直接充水水源。

2.二₁煤層頂板砂岩裂隙含水層

二₁煤層以上60m范圍內，為煤層采動後的冒落破裂影響帶，在該影響帶內發育的中粗粒砂岩含水層的承壓水，將首先充入礦坑，是二₁煤層頂板的直接充水含水層。據統計，該范圍內發育的中—粗粒砂岩3～5層，主要為大占砂岩和香炭砂岩，厚0～32.87m，平均15.75m，該砂層組多為硅質膠結，緻密堅硬，裂隙較發育，但多被方解石脈所充填，多以頂板淋水形式向礦坑充水。

3.太原組上段灰岩岩溶裂隙含水層

主要由太原組上段灰岩組成，其中L₇和L₈灰岩較發育，層位較穩定，厚2～13.9m，平均6.32m。灰岩緻密堅硬，岩溶不發育，裂隙較發育，但多被方解石脈所充填。q=0.0024～0.038L/（s·m），k=0.015～3.72m/d，水質類型為HCO₃-K·Na型。該含水層厚度小，出露及補給條件差，岩石空隙不發育，導、富水性差，且及不均一，但在斷層構造作用下，使其與下部強含水層產生水力聯系時，富水性則會相應增強，為二₁煤層底板直接充水含水層。

4.太原組下段灰岩含水層

即指太原組下段L_1-4灰岩，一般L_1-3灰岩較發育，層位較穩定，厚4.75～23.79m，平均厚度10.08m。L_2-4灰岩局部可相變為砂岩或與L₁合並為一層，緻密堅硬，岩溶裂隙也不甚發育，且多被方解石脈或黃鐵礦細脈所充填，導、富水性較差。L_1-4灰岩為一₁煤層頂板直接充水含水層。

5.中奧陶統石灰岩岩溶裂隙含水層

該層厚度為2.05～73.5m，單位涌水量q=0.0141～18.79L/（s·m），滲透系數k=0.0285～119.27m/d。該含水層水水質類型為HCO₃-Na·Ga或HCO₃-Ga·Mg型，pH值為7.4～7.7，礦化度為0.574g/L。目前水位標高為171m左右（觀₁孔資料），岩溶裂隙發育，補給條件好，富水性強，但極不均一，為本區重要含水層，是一₁煤層底板直接充水含水層。

主採煤層和含水層關系詳見圖4-2。

（二）隔水層

1.石盒子組砂泥岩隔水層

自基岩風化面下至二₁煤層頂板60m之間，厚100～300m，由泥岩、砂質泥岩、砂岩等碎屑岩組成，以泥岩、砂質泥岩為主，間夾數層中厚層狀粗粒砂岩含水層，富存有一定的水量。但各含水層挾持於厚層泥質岩之間，且距開採煤層較遠，又因含水層砂岩膠結緻密堅硬，在該段中起到骨架作用，相對增強了泥質岩層的抗壓強度，故該岩層段裂隙不發育，透水性差，再加上其在地表呈零星出露，補給條件不佳，岩段厚度大，抗壓強度較高，故能對上部第四系砂礫石潛水含水層和下部二₁煤層頂板砂岩承壓含水層之間的水力聯系起到一定的阻隔作用。但在煤層露頭區或煤層開采引起導水裂隙高度較大時，可能會失去阻水能力，使得地表水和第四系砂礫石潛水充入礦井。

圖4-2 主採煤層與主要含水層示意圖

2.二₁煤層底板砂泥岩隔水層

系指二₁煤層底板至L₈灰岩頂界之間的砂泥質岩段。據統計，厚度5.25～48.93m，平均為12.41m。岩層以泥岩、砂質泥岩、粉細粒砂岩為主，底部夾一灰岩薄層（或灰岩透鏡體），分布連續、穩定，其裂隙不發育，透水性差，隔水性能良好。由於該隔水層的存在，有效地防範了二₁煤層在回採過程中太原組L_7-8灰岩水直接湧入礦井。在局部地區由於斷裂構造和采動影響，其隔水性能相對降低。

3.太原組中段砂泥岩隔水層

太原組中段即自L₇灰岩底至L₄灰岩頂之岩段，平均厚46.95m，岩性以泥岩、砂質泥岩、細中粒砂岩為主。間夾灰岩層（L₅），岩石裂隙不發育，透水性差，隔水性能良好，有效地切斷了太原組下部薄層灰岩與上部L_7-8灰岩之間的水力聯系，使二₁煤層底板的多個薄層灰岩復合式含水層之間的整體性和連續性大大減弱。同時，該隔水層的存在也有效地阻隔了奧陶系灰岩含水層與太原組薄層灰岩含水層之間的水力聯系。

4.本溪組鋁土岩、泥岩隔水層

由本溪組鋁土岩、鋁土質泥岩組成，厚度為0.58～16.65m，平均9.36m，其岩性緻密，強度中等，透水性差，具有良好的隔水性能，該隔水層的存在有效地阻隔了奧陶系灰岩水與太原組薄層灰岩含水層之間的水力聯系。但在斷裂破碎帶和沉積薄弱地段或受到采動破壞影響，該隔水層將失去或降低其隔水性能。

（三）地下水動態特徵

1.礦井涌水量逐年增加

大平煤礦1986年投產初期，年平均涌水量為134.44m³/h。1987年至1988年4月份，水量急劇增大至561.7m³/h，除因開采面積相應增加外，推斷有第四系潛水和老窯水成分。之後，涌水量恢復至150m³/h，並隨著回採面積的擴展，涌水量逐漸增加至2004年的424.6m³/h。大平礦歷年礦井涌水量曲線見圖4-3。

圖4-3 大平煤礦歷年礦井涌水量曲線圖

2.涌水量與大氣降水的關系

大平礦礦井涌水量與大氣降水密切相關，據多年統計資料，每年最大降水月份為7～8月，而礦井涌水量最大月份為每年的10月份，與最大降水月相比，相應延遲約2～3個月，最小涌水量為來年的7月份，表現出集中補給逐漸消耗的補給排泄特徵，大平礦月平均涌水量與降雨量關系曲線見圖4-4。

3.奧陶系灰岩水位變化趨勢

通過對1987～1992年13-補27孔奧陶系灰岩水位和1997年5月～2005年5月對觀₁孔中奧陶統灰岩水位觀測，大平礦奧陶系灰岩水位呈逐年下降趨勢，降幅每年近1.5m（圖4-5，圖4-6）。中奧陶統灰岩水位由建井初期至今已經由199.88m下降至171.29m，表明該礦區地下水降落漏斗在逐漸擴展和形成過程中。

（四）地下水補給徑流排泄

區域地下水運移規律是由西北向東南流動，滎密背斜南翼及礦區西部山區是寒武系—奧陶系及石炭系含水層出露地區，為地下水之補給區，大氣降水滲入形成地下水後向東南方向運移，一部分由超化泉群及灰徐溝泉群泄出，其餘均運移到新鄭礦區的八千背斜軸部地帶由寒武系—奧陶系含水層隱伏露頭區排出泄入第三、四系沖積層中。

圖4-4 大平礦月平均涌水量與降水量關系曲線圖

圖4-5 13-補27孔奧陶系灰岩水位變化曲線圖

圖4-6 觀1孔奧陶系灰岩水位變化曲線圖

大平井田位於新密煤田西南，井田南、北、西三面環山，組成一個向東開闊的箕形匯水盆地，周邊為寒武系—奧陶系灰岩或二疊系碎屑岩組成的低山丘陵區。煤礦床隱伏於第四系沖、洪積扇堆積物之下，礦區地勢西高東低。大平井田構造特徵為一軸向近東西的向斜構造。礦區大致以大冶向斜為對稱軸由南北中馬家溝組、本溪組、太原組逐次出露，成為地下水的主要補給區，大氣降水是其主要補給來源。但由於礦區內溝谷發育，地表高差大，植被稀少，排泄條件好，故不利於地下水入滲補給。二₁煤層頂板含水層與上部沖、洪積層之間有水力聯系，富水性較強。

井田內奧陶系灰岩水流向基本以地層傾向相同，由井田南、北、西三面向中心匯集，並由井田西南部流出井田。二₁煤層頂板砂岩水及太原組灰岩岩溶裂隙地下水，主要以井下排水的形式進行人工排泄。

『拾』 鶴壁礦區地質與水文地質條件

一、氣象水文

鶴壁礦區屬北溫帶大陸性半乾旱型氣候，春秋多風。20世紀50年代至今，平均氣溫13.5°C，年平均降水量659.5mm，年蒸發量2195.9mm。

礦區內長年性河流有南部的淇河和北部的善應河，流量分別為2.4～3.7m³/s和6～7m³/s，最大流量分別為2572m³/s和1055m³/s。

與礦區地下水有直接水力聯系的地下水域有南部的許家溝泉域和北部的小南海泉域。許家溝泉位於礦區南部淇河北岸，出露於奧陶系灰岩中，由8個泉組成，流量0.9～1.4m³/s。小南海泉出露於善應河兩岸的奧陶系灰岩中，出露標高130～135m，由50餘個泉組成，總流量5.5～7.09m³/s。

二、地形地貌

鶴壁礦區位於河南省北部的鶴壁市境內，屬太行山東麓煤田的一部分。礦區西依太行山區，東鄰京廣鐵路，東西寬5km，南北長30km，面積約150km²。

礦區地貌屬侵蝕剝蝕低山向剝蝕堆積丘陵崗阜區的過渡帶，以丘陵崗阜地貌為主。山脈總體延伸方向受新華夏系構造控制呈NNE向綿延分布。由於組成山體岩性的差異和地層平緩的影響，階梯狀山坡極為明顯。抗風化力強的白雲質灰岩、微晶灰岩、泥晶灰岩形成3°～50°的陡坡或70°～80°的陡崖。寒武系—奧陶系抗風化力弱的頁岩和角礫狀灰岩形成10°～30°的緩坡。低山區位於礦區西部，最高標高+763.5m，一般標高+503～+576m，相對高度509m。

礦區崗阜地貌東與華北平原相接，西起西山斷層。在第三系砂礫岩和泥岩分布區，形成高差50～70m的丘陵地貌。靠近西山狹長地帶呈零星分布的石炭系含煤地層和局部的奧陶系灰岩形成海拔+250～+350m、相對高度50～150m的渾圓狀丘陵地貌。

三、地層構造

1.地層

礦區出露的地層有下奧陶統的冶里組—亮甲山組白雲岩，中奧陶統的峰峰組—馬家溝組的泥晶灰岩、白雲質灰岩、角礫狀灰岩；中石炭統的本溪組泥岩—砂岩隔水層，上石炭統太原組含煤（下夾煤）地層下二疊統山西組的含煤地層（二₁煤）；上第三系的礫岩、砂岩和泥灰岩，第四系的黃土、砂礫層。

下夾煤包括下夾上煤（六煤），下夾中煤（七煤）和下夾下煤（八煤），賦存於太原組含煤地層的底部。六煤與八煤相距9～10m，它的間接底板是本溪組隔水層，它的直接頂板是太原組的L₂灰岩。

2.構造

本礦區在構造上位於新華夏系第二沉降帶與第三降起帶的過渡帶上，東鄰湯陰拗陷，西依太行山隆起。總體上是以中寒武統為核心的傾伏背斜的一翼所構成的單斜構造，地層走向大致呈南北，傾向東，一般傾角8°～30°，局部可達到50°～60°。東部被第三系和第四系覆蓋，西部山區寒武-奧陶系則廣泛出露。

據統計，NW向斷層少且落差小，延走向方向延伸不遠；與斷裂構造相伴生的還有一組走向NE、背向斜相間發育的傾伏褶曲，沿傾伏背斜發育的縱張斷層成為各井田的自然邊界；落差大於20m的斷層有百餘條，大於100m的斷層有30餘條。礦區以斷裂構造為主，多為走向NE或NNE的高角度正斷層。

本礦區有兩期火成岩體，在礦區南東的龐村一帶有喜馬拉雅期的橄欖玄武岩沿NNE向斷層帶呈現零星分布，與第三系礫岩的接觸面上有明顯的烘烤現象。西北部白石山背斜有燕山期的閃長岩、二長岩和斜長岩侵入，大致沿NW40°方向伸延。

四、含水層組和隔水層組

本礦區含水系統可分為寒武系—奧陶系含水層組，石炭系—二疊系含水層組，上第三系含水層組和第四系含水層組。寒武系—奧陶系含水層組是本礦區最主要的含水層組，按其富水性可分為中奧陶統含水岩組和中寒武—下奧陶統含水岩組。石炭系—二疊系含水層組由4對含水岩、隔水岩組組成，即下石盒子組頁岩夾砂岩弱含水層、山西組砂岩含夾頁岩隔水層、太原組薄層灰岩含水層與頁岩隔水層組、本溪組泥岩夾灰岩及砂岩隔水層。第四系含水層組按岩性和含水性、透水性分為全新統泥岩隔水層夾礫石、砂岩、泥灰岩含水岩組和中新統粘土夾粉砂岩弱含水岩組。由於第四系含水層組和上第三系含水層組與高承壓水上採煤水害影響不大，下面分別將中奧陶統灰岩含水岩組、本溪組隔水層和石炭系—二疊系含水層組中的太原組薄層灰岩含水層概述如下。

1.中奧陶統灰岩含水岩組

中奧陶統灰岩含水岩組按其岩性、化學成分、結構和富水性強弱劃分為賈汪頁岩隔水層，角礫狀灰岩和白雲質灰岩弱含水段（

，

，

），泥晶-砂屑灰岩中等含水段（

）和微（細）泥晶灰岩強含水段（

，

），現分述如下。

（1）

賈汪頁岩隔水層厚7m，區域分布穩定，厚度薄，隔水性弱。

（2）

弱含水段厚14～30m，主要為角礫狀灰岩，喀斯特不發育，含微弱溶孔裂隙水。

（3）

中等含水段厚89m，主要由泥晶灰岩，砂屑灰岩和灰質泥晶白雲岩組成，喀斯特中等發育，在有利的水動力條件下也可以發育成大溶洞，例如礦區西部山區的雪花洞。據調查，機井涌水量可達700～1500m³/d。

（4）

弱含水段厚36～43m，主要由角礫狀灰岩組成，角礫成分為泥晶灰岩，膠結物為方解石，喀斯特不發育，以不規則溶孔為主，泉的流量甚小，民用機井流量小於100m³/d。

（5）

強含水段厚108m，岩性以巨厚、厚層狀泥晶灰岩為主，喀斯特發育，在有利的水動力條件下能發育成大的溶洞，例如四礦西部的黃龍洞，該洞寬1～2.5m，高0.5～3m，長53m。小南海泉和許家溝泉中流量最大的均出露於本段。本段地下水循環條件比

段好，硬度比

段低，水質為

型水。鶴壁市工礦企事業單位供水多以此段為目的層，單井流量1200～1900m³/d，個別可達4500m³/d。

（6）

弱含水段區域性厚度60～70m，岩性為白雲質、泥質角礫狀灰岩，白雲質灰岩，喀斯特不發育，以蜂窩狀溶孔為主，含裂隙喀斯特水，為一弱含水段。

（7）

強含水段區域厚度52～80m，為青灰色巨厚、厚層狀灰岩，溶洞和溶隙發育，富水性強。在掩蓋地區的一些地段，因其上部溶洞裂隙被粘土岩充填，含水性大大減弱，形成弱含水帶。在小南海泉群中該段下部沿斷裂帶出露的泉的流量可達200 L/s。

2.本溪組隔水層組

本溪組隔水組為礦區防止奧灰水突入礦井的可以值得利用的隔水層。由泥岩隔水層夾砂岩、灰岩弱含水層組成，厚11.3～50.6m。

3.太原組含水層組

太原組總厚101～167m，含水層組由C₃L₁—C₃L₉九層灰岩含水層，S₁—S₈八層砂岩弱含水層和頁岩組成。薄層灰岩含水層總厚20～25m，其中C₃L₂和C₃L₈分布穩定，厚度分別為7～11m和5～6m，含較豐富的喀斯特裂隙水，其中C₃L₂灰岩的單位涌水量可達5.88～7.39m³/h·m。因受補給條件限制，在礦井疏干條件下，它們接受奧灰水補給，礦化度稍有減少。該兩層灰岩含水層徑流條件差、水交替不強，水質類型為

-Ca²⁺型水和

型水。

五、奧陶系灰岩地下水特徵

從鶴壁礦區奧陶系灰岩地下水動態的多年觀測資料可知，因受曹家傾伏背斜的影響，在四礦附近，奧陶系灰岩喀斯特水形成一個高水位帶，自此以南則由北向南徑流，集中排泄於許家溝泉群；另一方面，使礦區北部的九礦和四礦的一部分奧陶系灰岩喀斯特水自南向北徑流，排泄於小南海泉群。將礦區分劃為中部和南部屬許家溝泉域，北部屬小南海泉域。

鶴壁一礦和相鄰的二礦同屬於許家溝泉域，由於二礦南部自然礦界F₃斷層落差達390～600m，造成斷層兩側奧陶系灰岩含水層不連續，在斷層的北側中奧陶統灰岩地下水位標高為+135m，在斷層南側水位標高為+127m，地下水自北向南流經F₃斷層時受到很大阻力，產生明顯的水位跌降。因此，F₃斷層可能是一條阻水斷層，它將鶴壁礦區分為兩個相對獨立的水文地質分區，即一、二礦為一個水文地質分區，三、五、六、八和十礦為另一水文地質分區。

在枯水季節，南部水文地質分區水位標高為+118.9～124.4m，一、二礦水文地質分區內的中奧陶流灰岩水位標高為+135.4m，在雨季前者水位標高為+129.67～135.9m，後者為+144.7m。礦區奧陶系灰岩含水層主要接受西部山區露頭部分大氣降水入滲補給，掩伏露頭部分的第四系潛水補給和河流、溝渠、庫區等滲漏補給，因此，地下水位動態表現為受降水影響明顯的特徵。

六、奧陶系灰岩頂部特徵

眾所周知，自奧陶紀沉積了馬家溝灰岩和峰峰組之後至中石炭世沉積本溪組之前的漫長地質年代裡，華北地區廣大奧陶系灰岩裸露於地表經受了風化剝蝕和溶蝕作用，在奧陶系灰岩中形成了古喀斯特，在其表面形成了古剝蝕-溶蝕面，古剝蝕-溶蝕面存在相對低窪的溝谷或封存窪地，寬度數十米或百米。當中石炭世華北地台開始沉降，古剝蝕面接受本溪組沉積的最初階段，一些粗碎屑、分選不良的礫石或砂首先在低窪溝谷中沉積，把這些低窪溝谷「填平補齊」。當華北地台斷續下降、海水進一步漫延的時候，細碎屑的鋁質粘土沉積於那些早先已被粗碎屑填平了的低窪溝谷之上和那些相對隆起的古剝蝕-溶蝕面之上。對於那些被粗碎屑「填平補齊」了的低窪溝谷地段，當中石炭世開始沉積鋁質粘土時，因為有粗碎屑砂或礫石的阻隔，奧陶系灰岩頂部的古喀斯特或風化裂隙沒有被鋁質粘土充填或充填不佳或者古喀斯特裂隙已被早期的粗碎屑砂充填，例如九礦的3-6孔的奧陶系灰岩頂有5m之裂隙被粉砂岩充填（如圖2-2）^［19］。

圖2-2 奧陶系灰岩頂部溶隙-裂隙充填示意圖

1—被鋁質粘土充填的溶隙；2—未被充填或被砂岩充填的溶隙；3—鋁質泥岩；4—頁岩；

因此，使奧陶系灰岩頂部只有很薄或者缺失被粘土充填的弱含水帶。相比之下，原古剝蝕-溶蝕面相對隆起地段，鋁質粘土直接沉積其上並充填到奧陶系灰岩的溶洞裂隙之中，形成富水性弱、連通性差的具有一定厚度的弱含水帶。但其水文地質意義巨大，一般認為，奧陶系灰岩頂面以下30～50m喀斯特發育，這個規律可以作為供水和注漿堵水中重要的參考依據。

七、安陽礦區地質與水文地質條件

1.礦區概況

安陽礦區位於河南省安陽市區西約25km處，礦區南北長35km，東西寬5km，總面積155km²。區內下二疊統山西組二₁煤層為主要開採煤層，厚度穩定，一般4～6m，普遍可采。礦區開采范圍內地質儲量4.5×10⁸t，可采儲量3×10⁸t。

2.地形地貌

安陽礦區為一典型丘陵地帶，沖溝發育，有利於大氣降水的徑流、排泄，具有明顯的季節特徵，相對高差150m左右，對礦井充水無大影響。

3.地層構造

礦區范圍內基本構造形態為向東傾斜的單斜構造並伴有寬緩的小型褶曲，地層傾角一般15°～25°。井田內構造主要以NNE走向的斷裂為主，斷層走向一般為NE10°～35°，且多為正斷層。本區主要含煤地層為下二疊統山西組和上石炭統太原組，含煤系數為7.51%。

礦區處於新華夏系第三隆起帶——太行山復背斜的東翼，因此NNE向構造對地下水起著控製作用。與煤系地層走向一致的NNE向正斷層，沿傾向由東向西逐級抬起，形成一些交替出現的近南北向的狹長地壘地塹，破壞了基岩含水層的連續性，形成多塊獨立的水文地質單元。

區內發育有NEE及NWW向斷層，一般認為，這兩組近東西向的斷層為張性斷層，為導水斷層；NNE向高角度正斷層屬壓扭性質，反而導水性差，大量井巷工程穿過斷層水量不大證實該點。

4.含水層和隔水層

這里主要研究煤層底板主要含水層和隔水層。自上而下可劃分3個含水層和3個隔水層：奧陶系灰岩喀斯特承壓含水層，本溪組鋁質岩隔水層，太原組下段灰岩喀斯特裂隙承壓含水層，太原組中段砂、泥岩隔水層，太原組上段喀斯特裂隙承壓含水層，二₁煤至L₈灰岩隔水層，現詳述如下。

（1）奧陶系灰岩喀斯特承壓含水層：厚度400m以上，頂面以下200m范圍內為深灰色、淺灰色厚層狀和巨厚層狀微晶質灰岩和花斑狀灰岩，下部為白雲質灰岩，喀斯特發育，有統一的地下水面，靜水位標高+135m左右，可與其他含水層通過斷裂構造發生水力聯系，是二₁煤開采時間接充水含水層。

（2）本溪組鋁質岩隔水層：由鋁土層、鋁土質泥岩、泥岩、砂質泥岩和薄層灰岩組成，其中以下部鋁土質泥岩最穩定，厚8.3～22.75m；該層假整合於奧陶系灰岩之上，正常情況下能阻止奧灰水進入煤層。

（3）太原組下段灰岩喀斯特裂隙承壓含水層：厚30～35m，內含2～4 層灰岩（L₁、L₂、L₃、L₄），灰岩厚4.25～9.70m，一般6.00m左右，其中L₂灰岩穩定，厚度一般在5m左右，單位涌水量0.043～1.34L/s·m，滲透系數0.95～30.27m/d，水位標高135.28～135.38m。

（4）太原組中段砂、泥岩隔水層：該段指L₄—L₈灰岩之間的碎屑岩，其中偶夾中粗粒砂岩、薄層煤和薄層灰岩，厚55m 左右；岩性變化較大，硅質成分較高，厚度穩定，透水性差，隔水性能良好，能阻止太原組上、下段灰岩之間的水力聯系。

（5）太原組上段灰岩喀斯特裂隙承壓含水層：該段由L₈灰岩及中粗粒砂岩組成，以L₈灰岩為主，普遍發育，層厚0.33～6.85m，一般3m左右；L₈灰岩單位涌水量0.07L/s·m，滲透系數3.787m/d，水位標高136.77m，喀斯特裂隙發育較弱，為弱含水層。

（6）二₁煤至 L₈灰岩隔水層：該層由泥岩、砂質泥岩、砂岩和薄層灰岩組成，厚26.71～50.40m，一般為35m左右，能有效阻止L₈灰岩水進入二₁煤層。

5.水害事例及防治對策

（1）銅冶煤礦淹井事故：1965年8月25日，銅冶煤礦103工作面下順槽打鑽時，超前孔鑽進43m時，孔內涌水，涌水量開始為32.4m³/h，後增至1400m³/h淹井，突水原因為超前孔鑽遇與奧陶系強含水層相通的喀斯特陷落柱，經注漿堵水後，1968年6月恢復生產。

（2）龍山煤礦淹井事故：1976年1月，龍山煤礦在掘進15采區首采面時，遇斷層與奧陶系灰岩喀斯特承壓含水層溝通，涌水量最大達2520m³/h，淹井；突水原因為掘進鑽頭遇到F₁₆₅斷層的支斷層，而F₁₆₅斷層為邊界導水斷層，該斷層位置不清楚；1977年6月，龍山煤礦在堵水過程中再次發生斷層突水，涌水量達4000m³/h。