煤矿水文地质条件怎么

『壹』 煤矿在水文地质条件不清楚时应采取什么措施

水文地质条件主要出现在地质报告里，作为国家最新的硬性要求。水文地质不清回或没有水文地质调查的矿答山，不能进行设计。从这就能看出其重要了吧。实际上产中，矿山的水文地质主要指地表水体或汇水面积、地下最大/正常涌水量，含/隔水层的状况，断裂/构造带的存水状态等对矿体开采的影响。总提上说就是防止在采矿生产中发生透水事故。水文地质条件可以分为简单，中等复杂和复杂型，主要用于采矿设计中，为采矿设计井巷布置，井下防护措施及支护措施提供依据。因为实际的矿山水文地质调查比较难查清，而且代价很昂贵，但对于安全生产很重要。在实际生产中则需及时打探水孔保证航道掘进的安全。

『贰』 生产矿井的水文地质特征

1.突水概况

该矿井由于断裂密度较大，水压较高，各含水层水力联系密切，所以井巷突水较为频繁。自建井以来，全矿井共发生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。最大一次突水为1985年5月17日二₁车场突水，水量320m³/min，矿井Q_max＝360m³/min。突水主要与断裂有关，其中，顶板突水20次，多与开采后的导水裂隙有关，底板突水32次（断层突水17次，底鼓7次，岩巷8次）。从采掘类型区分：巷道突水34次，占总数的65.4%，工作面突水18次，占总数的34.6%。总的情况是：浅部来水较大，矿井外围来水较小；主要水源来自深部的L₂、O₂灰岩水，特别是O₂灰岩水。

2.大型突水点详述

（1）1961年101工作面突水

突水点距二₁煤底板19m，L₈灰岩静水位+96m。突水前已回采8113m²，无渗水痕迹，后发现底板压力突然增大，随即发生底板突水，出水点3个，水量1.5m³/min，以后又增为5个（有1个出水水洞直径20cm）。至1961年10月31日，在29小时内增为15m³/min，又经过12小时开始减少为12.5m³/min，尔后趋于稳定。到枯水期为9m³/min，年变幅3.5m³/min。突水原因是工作面位于F₁₉尖灭处，在矿压和水压的共同作用下，L₈灰岩水沿岩溶裂隙上升突水，其补给源实为冲积层水。

由于该突水水量大，加之排水系统尚未完善，而重新转入基建，又扩建一个临时泵房排水。

（2）12121工作面突水

1964年9月30日，突水前工作面采长31m，倾斜宽85m，回采2635m²后，工作面来压增大，发生底鼓，折梁断柱，煤帮坍塌。共打13个木垛无法顶住。首先在工作面中部底鼓，然后向四周伸展，至回风巷槽尾处，发生特大突水，Q＝89m³/min，突水点1个，标高-54m，水压15.6kg/cm²。突水原因是突水点处隔水岩体受到矿压和底板水压的共同作用，产生零位破坏和原位张裂，造成底板L₈灰岩突水，同时接受冲积层水和L₂灰岩水的补给。此次突水，因一水平4座水闸门及时关闭，保住矿未被淹没，井底增加了排水能力后，打开了水闸门，又迅速恢复了生产。

（3）西大巷突水

1966年12月10日，巷道下帮遇一小断层，已掘巷道窝头，有一小面积鼓起，顶板掉渣。打钻放水效果不好。12月18日挖底砌固时，突然底鼓，峰值1.3～1.4m，L₈灰岩水涌出，Q＝1.2m³/min，最高达52.4m³/min，突水点标高-69.6m。突水原因，开拓底板巷道，隔水层极薄，距L₈灰岩仅2 m。又遇一小断层，发生底鼓突水。由于突水量巨大，造成大巷运输困难而停产，1968年又增设了西二泵房。

（4）1441回风巷突水

开始煤层发潮，巷道掘过，顶板出现淋水、滴水现象。1977年8月19日下午四点多，矿压变大，巷道上帮柱拆断，上帮两米高处有两指宽的裂缝，水从中流出，Q＝0.1m³/min，窝头正前出现底鼓，高达0.3～0.5m，长度达28m，涌水逐渐增大。1977年8月20日，Q_max＝120m³/min，突出处标高-52m。突水点位于F₃断层破碎带附近，L₂灰岩突水，又有O₂灰岩水补给，水压12kg/cm²。此时矿井涌水量接近总排水能力，井底防水圈因开拓二水平被破坏，水闸门不起作用，立即在井底增设临时泵房，又在西三建水闸门一座，水闸墙三座，隔离西三水源，保住了矿井未被淹没，但西三采区已被淹没。

（5）二₁轨道下山车场突水

1979年3月8日，在-200m水平，东大巷二₁轨道下山车场掘进巷道，遇到一个落差8 m的断层后，未立即发生突水，停止掘进，加固巷道，32小时后，即3月9日14点35分，巷壁流黑水，并有水叫声。随做关闭水闸门的准备，水量逐渐增大，流速1.3m/s，Q_max＝240m³/min。1985年5月17日，下山车场再次发生特大突水，Q_max＝320m³/min。突水原因是巷道开在L₈灰岩里，遇小断层，在水压高达28.2kg/cm²的条件下，L₂灰岩水和O₂灰岩水沿断裂破碎带中的岩溶通道，与L₈灰岩水连通，而造成了淹井。此次突水因井下排水能力不足，68分钟后，二水平全部淹没，4小时43分钟后淹井。1985年5月再次淹井，仅历时9小时。

3.底板突水规律

此矿顶板水量较小，底板水量大，因此总结底板突水规律更为重要。

1）突水前具有地压增大、底板鼓起、片帮、冒顶、拆梁断柱、工作面潮湿等现象。出水的裂隙初窄后宽，水色由清变混或夹带煤屑。

2）突水量的变化：

与时间的变化关系 两者关系较为密切，突水量先小后大，随后趋于稳定或者变小。此时，突水点所处的构造位置不同，反映出涌水量的减小率亦不一样（表3-3）。

表3-3 突水量与时间变化关系统计表

与突水点标高的关系 两者关系不大，但从补给关系看，高水平的水补给低水平。

与开拓巷道空间的关系 两者不成正比关系，而与揭露灰岩岩溶裂隙的面积成正比。例如，1-1集中运输巷（L₈灰岩），标高-123m，巷长近千米，非常干燥。1-1水仓巷道（L₈灰岩）的东水仓（-145m）无水，而西水仓近1m³/min。

3）突水水源：由于“N₁₂进水口”勘测截流和“西二进水口”勘测资料可知，该矿以底板突水为主。水源主要是L₂、O₂灰岩水；冲积层水次之。

4）突水原因：主要与断裂构造、底板灰岩的岩溶裂隙发育程度有关。而水压、矿压及底板隔水岩层厚薄和力学强度的大小等则是次要原因。在正常块段，由于在开采过程中，隔水岩体受到矿压和水压的共同作用，破坏了岩体原有力的平衡状态，致使底板岩层产生零位破坏及原位张裂，大大削弱了隔水岩体的力学强度，岩溶裂隙承压水，沿张裂隙上升，这样工作面采动，就有突水可能。

5）突水通道：灰岩地下水沿岩溶裂隙，由高向低作近水平运移，在运移过程中，由于断裂破碎带和水压等因素的影响，使O₂、L₂灰岩水与L₈灰岩水发生水力联系而连通，运移状态亦随之转为近垂向运动。

6）突水部位：勘探与开采资料说明，岩溶裂隙沿灰岩层面及断裂破碎带比较发育，它是地下水贮存和运移的通道，所以突水部位多在岩溶裂隙发育和断层尖灭处，或交汇处，如101工作面上突水点位于F₂₉断层的尖灭处。

『叁』 矿井日常水文地质工作内容与技术要求

矿井日常水文地质工作是保证煤矿正常安全生产的一项重要技术基础工作。其基本任务包括：

1）开展矿井水文地质补充调查、补充勘探和水文地质观测；

2）为矿井采掘、开拓延伸提供水文地质资料或报告；

图1-8 系统开发工作流程图

3）在采掘工程中进行水害分析、预测和防探水。

（一）水文地质补充调查和观测

1.地面水文地质补充调查

包括气象资料搜集：降水量、蒸发量、气温、气压、相对湿度、风向、风速及其历年平均值和两极值；地貌调查：着重调查由开采引起的塌陷、人工湖等地貌变化；地质调查：第四系覆盖层、基岩露头，地质构造的形态、产状、性质、规模、破碎带等。其他还应调查的内容包括地表水体等。

2.地面水文地质观测

包括气象观测、地表水观测、地下水动态观测等。

3.井下水文地质观测

在开拓主要采区巷道时，应及时进行井下水文地质观测和编录，并绘制实测水文地质剖面图或展开图。

1）当巷道穿过含水层时，应详细描述其产状、厚度、岩性、构造、裂隙或岩溶的发育与充填情况，揭露点的位置及标高、出水形式、涌水量、水温等，并采取水样进行水质分析；

2）对断层和裂隙，应测定其产状、长度、宽度、数量、形状、尖灭情况、充填程度及充填物，观察地下水活动的痕迹，绘制裂隙玫瑰图，并选择有代表性的地段测定岩石的裂隙率；

3）对岩溶应观测其形态、发育情况、分布状况、有无充填物及充填物成分、充水状况等，并绘制岩溶素描图；

4）对褶曲应观测其形态、产状及破碎情况；

5）对突水点应详细观测记录突水的时间、地点、确切位置、出水层位、岩性、厚度、出水形式、围岩破坏情况等，并测定涌水量、水温、水质、含砂量等。同时观测附近的出水点和观测孔涌水量、水位的变化，并分析突水原因。主要突水点可作为动态观测点，并要编制卡片，附平面图和素描图。

4.矿井涌水量观测

1）矿井涌水量观测应分含水层、分采区、分主要出水点观测，每月观测不少于3次；

2）井下新的出水点在涌水量尚未稳定前应每天观测1次；

3）井下疏降孔涌水量和水压在稳定前每小时观测1次，稳定后正常观测。

（二）矿井水文地质基础资料和图纸

1.水文地质台账

矿井水文地质基础资料必须认真搜集整理、长期保存。为了使矿井水文地质基础资料系统化，应建立以下各类水文地质台账：

1）矿井涌水量观测成果台账；

2）气象资料台账；

3）地表水文观测成果台账；

4）钻孔水位及井泉动态观测台账；

5）抽（放）水试验成果台账；

6）矿井突水点卡片或台账；

7）井下水文地质钻孔台账；

8）水质分析成果台账；

9）矿区水源井（孔）台账；

10）封闭不良钻孔台账；

11）其他专门项目台账。

2.矿井必备的水文地质图纸

1）矿井充水性图；

2）矿井涌水量与各种相关因素动态曲线图；

3）矿井综合水文地质图；

4）水文地质柱状图；

5）水文地质剖面图；

6）等水位线图等。

（三）工作面水害预测与防探水

应开展水害因素分析和水害预测工作，根据采掘接续计划，结合水文地质资料，全面分析水害因素，提出水害分析预报表及水害预测图；在采掘工程中对预报表、图进行检查、补充和修订，发现险情，应及时发出水害通知单，并采取预防措施。

1）采前应编制探放水设计，并预计涌水量，涌水量较大可能影响正常生产时，应采取相应措施；

2）防探底板突水：采掘前必须具备勘探或补充勘探资料，水文地质条件基本清楚；对可能发生的水害及其预防措施提出建议；预测有突水可能的危险区；预计最大涌水量；

3）防探断层水：应核准断层产状、位置，分析断层带的富（导）水性，并在平面图和剖面图上确定断层与工作面的空间几何关系；巷道通过导水或可能导水断层前，必须超前探水，并采取相应的防水措施；对与强含水层连通的导水断层，必须按规定留设防水煤柱；

4）为防止钻孔突水，应对采掘范围内穿越煤层顶、底板强含水层的钻孔进行核查，分析判定封孔质量；对封闭不良的钻孔应分别采取相应的预防措施。

（四）其他防治水措施

为了防治矿井开采过程中发生突水淹井事故，除建立上述矿井排水系统外还应当考虑以下防治水措施：

1）采区排水系统。对设计的下一个采区，要首先预计采区涌水量，建立采区水仓、泵房和排水管道。采区水仓、泵房和排水管道的设计应符合“煤矿安全规程”的要求。

2）矿井避水灾路线。在采掘作业规程中制定突水时的避水灾路线，并在避水灾路线上设置路标，定期进行撤退演习。在井下各采掘工作面即主要硐室、大巷等有人员工作的地点安装电话，井下电机车安装载波电话，并加强对通讯系统的维护和管理，保证在发生突水灾害时，可利用通讯系统实施迅速、有效的调度指挥。矿井应安装井下人员定位系统，使地面及时了解井下人员的实际情况。

『肆』 中等煤矿水文地质类型如何划分

中等煤矿水文地质类型划分4类：
一、水文地质简单（1、露头区被粘土类专土层覆盖；属2、被断层切割封闭；3、地表泄水条件良好；
4、属于深部井田；5、在当地侵蚀基准面以上开采；6、属高原山地背斜正地形，煤层底部灰岩无出露；7、煤层距顶底板上下富含水层距离很大）
二、水文地质中等（受采掘破坏或影响的孔隙裂隙，溶隙含水层补给条件一般，有一定的补给水源）
三、水文地质复杂（1受采掘破坏或影响的主要是灰岩溶隙-溶洞含水层，厚层砂砾石含水层(煤层直接顶底板为含水砂层)，其补给条件好，补给水源充沛。2未开展水文地质普查，存在老窑积水，资料不齐的整合和技改矿井。）
四、水文地质极复杂（受采掘破坏或影响的为岩溶含水层，其补给条件很好，补给水源极其充沛；1、矿井经常的直接或间接受煤层顶底部灰岩溶洞-溶隙高压富水含水层突水的威胁；2、灰岩露头分布范围广，河溪发育，山塘水库多；3、在高原山地向斜正地形矿区灰岩岩溶特别发育常形成暗河系统或汇水封闭洼地）
简单回答，希望满意哈。

『伍』 关于煤矿开采地质条件

构造会很大程度的影响巷道的掘进，比如说褶皱，这个还相对小一点；如果说是断专层，那可就属 涉及的东西多了 你 要算出他的导水系数等等，还有陷落柱，也是能导水的，他们都是造成透水事故的主要因素，
在煤矿开采过程中还要注意煤层顶底板的抗压，抗剪，抗拉强度，等等，底板么 主要还是他的膨胀系数（具体叫什么，一时叫不上来），
这些都在很大程度上决定了巷道掘进和巷道设计

『陆』 义马矿区地质与水文地质条件

一、气象水文

本区属温带大陆型季风气候，年最大降水量1079.33mm（1964年），年最小降水量1079.33mm（1965年），多年平均降水量为670.88mm，降水多集中在7、8、9 三个月，占全年降水量的50%～60%。最高气温44℃（1966年6月20日），最低气温-17.1℃（1969年1月31日）。

流经义马新安煤矿的主要河流有畛河，其次为寺河与北治河，属黄河水系。畛河发源于青野地，经上孤灯、渠里、石寺、枝山头、仓头至狂口流入黄河，全长56km，中下游河床宽20～30m。畛河汇水面积348km²，全长56km，历年最大流量4280m³/s（1958年7月17日），多年平均量2.5m³/s，在特旱年的干旱季节曾出现断流现象。

石寺河在石寺村汇入畛河，河床宽20～30m。北治河在马河一带汇入畛河，河床平坦，一般旱季干涸，雨季洪峰量可达368.58m³/s，淹没宽度达150m左右。

二、地形地貌

义马矿区新安煤矿位于新安县石寺乡，东距洛阳33km，地理坐标为东经112°45′00″～122°14′00″，北纬34°45′00″～34°54′30″。

新安矿区位于低山丘陵地区，地势西高东低，山脉走向大致由南西向北东延伸。最高处云梦山海拔+635m，最低处眷兹一带海拔+200m左右，相对高差435m。西北部为低山区，由震旦系、寒武系、奥陶系组成一级分水岭，东部由二叠系坚硬的平顶山砂岩及砂质泥岩组成不对称的单面山地形，为二级分水岭，北部多由二叠系砂岩、泥岩及砂质泥岩构成丘陵地带，地层倾角平缓，岩石抗风化能力差，多形成坡缓顶圆的山丘。冲沟较为发育，水土流失严重。

畛河河谷地形平缓开阔，基本为U字型河谷。河谷阶地具明显的不对称性，一般可划分为二级阶地。Ⅰ级阶地为河漫滩以上第一个平台，主要由灰黄色砂粘土或砂沙土组成，一般高出河床10m左右，村庄密布，宽度几十米至上百米，地形平坦；Ⅱ级阶地多沿次一级河谷分布，一般高出河床20～40m，主要由黄土状粒砂土或粘砂土组成，局部见砂卵石直接覆盖于基岩上，其特点为垂直节理发育。

三、地层构造

1.地层

新安矿区属华北型石炭系—二叠系含煤建造，出露有新元古界震旦系，古生界寒武系、奥陶系、二叠系，中生界三叠系，新生界第三系、第四系。煤系地层为下二叠统山西组。

该矿区主要可采煤层为下二叠统山西组二₁煤，煤厚0～18.88m，平均厚4.22m，矿区浅部大体以二₁煤层底板+150m等高线为界，深部以二₁煤层底板-200m等高线为界。矿区走向长15.5km，倾向宽3.5km，面积53.583km²，可采储量26962×10⁴t。

2.构造

新安矿区位于新安倾伏向斜之北翼，为一平缓的单斜构造，向斜轴向近东西向，北翼倾角平缓，一般为7°～11°，南部倾角不明。向斜向西抬起收敛，向东倾没撒开，核部被新生界覆盖，矿区内地层大致走向为NE56°—NE30°，地层倾角西部较大为9°～11°，东部较小为7°～8°。

矿区内断层稀少，多为斜交正断层，除矿区边界断层F₂、F₂₉及矿区边界断层F₅₈落差较大（50～300m）外，其他均小于20m。以下将几条有代表性的断层加以叙述。

（1）F₅₈断层（龙潭或新安平等断层）：为斜交正断层，系矿区西南部边界，走向NW，倾向NE，倾角70°，落差由北向南为50～200m。

（2）F₂断层（许村断层）：为斜交正断层，为矿区东北部边界断层，走向近EW，倾向N—NE，倾角65°～70°，落差150～200m。

（3）F₂₉断层：为斜交正断层，为矿区东部边界，走问N—NW，倾向SW—W，倾角65°～70°，落差25～50m。

（4）岸上断层：对矿区构造形态影响较大的断层为岸上断层，位于矿区外西南部，性质为正断层，落差大于500m；本区位于下降盘，该断层构成义马水文地质分区和新安水文地质分区的分界线；义马矿区以岸上断层为界分义马煤田和新安矿区；义马煤田的开采煤层为中生界下侏罗统煤层，不存在高承压水上采煤，煤层开采与奥灰水无关；本书所研究的是义马新安矿区。

除上述较大的断层外，区内小断层及层间挠曲较多。小断层性质多为正断层，断距0.25～3.6m，最大为9.47m。断层方向有两组，一组走向NW；一组走向NE，构成“X”型。这些断层规模较小，其延伸长度一般在1000m范围之内，对局部地段的喀斯特发育和喀斯特地下水的富集起着明显的控制作用。

四、含水层与隔水层

1.含水层

根据岩性及含水性、地下水储存与埋藏条件，在矿区内划分7个含水层，与高承压水上采煤有关、煤层底板以下有两个主要含水层，由下而上为：

（1）奥陶系灰岩喀斯特裂隙承压含水层：由冶里组白云质灰岩与马家沟组灰岩组成，出露面积32km²。据以往勘探钻孔揭露，厚度64.84～119m，地表出露广泛、补给量丰富，以矿区北部灰岩裸露区和浅埋区喀斯特发育，含水性较强，但富水性极不均匀，根据两次抽水试验资料K=0.01～9.02m/d。本层上距二₁煤43.77～74.50m，平均53.76m，属间接充水含水层，层间距在北方煤矿区中比较小。根据井下出水资料，奥陶系灰岩含水层构成煤层底板充水威胁，常造成矿井突水淹井事故。

（2）太原组灰岩喀斯特裂隙承压含水层：太原组主要岩性为灰岩、硅质泥岩、砂岩、砂质泥岩及煤层组成，总厚34～55m，平均厚40m，K=0.017～113.40m/d，其中灰岩一般为3～4层，单层厚度0.2～7.5m，灰岩总厚7.04～16.35m，一般10m左右，其中L₇和L_1-3最为发育，L₇灰岩厚1.36～6.55m，平均3.76m，顶距二₁煤底板10m左右，属直接充水含水层；L_1-3灰岩由3层灰岩组成，总厚8m左右，富水性较强，属间接充水含水层。

2.隔水层

奥陶系灰岩顶面至二₁煤底板共有两层隔水层。第一隔水层为本溪组铝土泥岩或铝土岩，厚3～25m，平均厚9.08m左右，据以往钻孔揭露矿区内普遍发育，层位稳定，裂隙不发育，岩性致密，不透水，其隔水性能良好，但其厚度太小，可能阻止不了奥陶系灰岩水与太原组灰岩水之间的水力联系。

第二隔水层为二₁煤底板至L₇灰岩之间的砂质泥岩、泥岩等，裂隙多为闭合型或具有充填物，透水性极差，厚6.6～15.27m，一般厚10m左右，本矿区普遍发育，厚度较为稳定。但该段一般在采动破裂带内，意义不是太大。

五、地下水运动特征

寒武系、奥陶系灰岩出露面积较广，约108km²，地表喀斯特较为发育有利于大气降水补给，补给量丰富；同时，地表河流在流经灰岩裸露段时，亦对地下水有补给作用。大气降水是本区地下水的主要补给水源。喀斯特地下水的径流条件受构造及喀斯特发育方向的控制，其喀斯特发育方向为NW和NE两组，喀斯特地下水的运移方向为由西南向东北，排泄于黄河一带。另外有部分喀斯特水以人工方式排出。矿井突水亦是排泄方式之一。

本区为一较完整的水文地质单元——新安水文地质单元，以碳酸盐地层为主要含水体。西南部岸上断层为义马水文地质单元与新安水文地质单元的分界线，属阻水边界；西北部碳酸盐岩裸露区为地下水补给区，属补给边界。碳酸盐岩地层向东南倾伏，深部形成滞流带，为阻水边界；地下水向北东方向运移，排泄于黄河。随着国家水力枢纽工程小浪底水库蓄水后，奥灰喀斯特地下水的排泄区演变为补给区，矿井水文地质条件发生了较大的变化，水文地质条件由简单型变为极复杂型。

六、矿区水害特征

义马矿区新安煤矿是1988年建成投产的大型矿井，设计年产150×10⁴t，1994年实产56.3×10⁴t，突水前矿井涌水量280～300m³/h。1995年11月5日17时55分，该矿一水平12采区下山12161工作面上巷掘进巷道发生特大突水灾害，最大突水量4257m³/h。虽经全力抢救，终因矿井排水能力不足，于1995年11月7日17时30分主泵房和井下变电所进水被迫放弃，致使矿井被淹，从矿井突水发生到淹井，历时48 h。

突水发生后，共施工注浆孔11个，钻探总进尺4164.95m，共注入石子2412.60m³，水泥4084.70t，速凝剂60t，于1996年4月18日正式完工。1996年4月23日开始排水，到1996年5月28日排水到井底，恢复井下泵房和变电所，矿井—水平涌水量280～290m³/h，恢复到突水前的正常涌水量，说明注浆堵水工作取得成功。1996年8月，矿井东翼恢复生产。

1995年11月5日发生的特大突水事故，其突水点位于12161 上巷，距皮带巷口188m，距前方掘进面7m处，标高+32.46m。煤层下伏主要含水层为L₇灰岩含水层，厚0.2～2.2m；L_1-3灰岩含水层厚8.4～9.6m，上距二₁煤29～35m；中奥陶世灰岩巨厚含水层，上距二₁煤45～54m左右。12采区12161工作面上巷在掘进过程中未发现断层，只在其上部的12141工作面下巷掘进中发现有3条小断层，其落差均小于3m，其中的F₃断层在堵水段落差4.4m左右，倾向N，倾角75°～80°，在突水点正前方通过。

该次突水水源为中奥陶世灰岩喀斯特水，其依据是突水发生后，区域中奥陶世灰岩水大面积大幅度下降，其中距突水点2362m的中奥陶世灰岩供水孔，日降幅达2m左右，累积降幅达41.93m；最大突水量达4257m³/h；注浆结束后，区域中奥陶世含水层水位大幅度回升。随着12161工作面上巷的掘进和邻近12141工作面的采动，采动影响造成了底板的破坏，使下伏灰岩水直接导通到采空区造成了突水的发生。由此可见，中奥陶世高承压水和F₃断层破碎带是此次突水事故的内因，而采掘活动是诱因。

七、矿井充水条件

1.充水水源通道

对矿井的威胁主要来自于煤层底板含水层，其中太原组灰岩含水层为二₁煤层底板直接充水含水层，根据历次勘探所做的抽水试验结果，一般单位涌水量小于0.1L/s·m，表明含水性较弱。距二₁煤底板为6.6～15.27m的砂质泥岩、泥岩隔水层，一般隔水性能良好，但厚度太薄，在扰动破坏带内。遇断层切穿隔水层时，该层地下水可通过断裂直接进入矿井。但从矿井实际生产情况来看，太原组灰岩出水虽然容易，但水量较小，对矿井生产影响不大。

中奥陶世灰岩含水层为二₁煤底板间接充水含水层，该含水层厚度大，水量丰富，水压高，与上覆含水层之间有一层厚9m左右的铝土质泥岩隔水层，二₁煤底板至奥灰顶面厚50m左右，中间夹有太原组灰岩含水层和两层隔水层，一般情况下不会直接进入矿井。中奥陶世灰岩含水层顶面至二₁煤底板层间距，在北方煤矿区中相比是小的，加之若遇断层造成直接沟通，后果将是非常严重的。1995年11月发生的特大突水事故就是该含水层通过断层导通进入采空区造成淹井。

2.煤层底板突水条件

煤层底板突水的关键，在于综合分析底板奥灰喀斯特水的突水可能性，有的放矢地采取相应的防治措施，做到防患于未然，才能有效地防止突水事故的发生。查明奥灰富水区、主要径流通道及导水通道的存在，在工作面开采之前，应首先查清下部奥灰喀斯特水的富水条件，划分富水块段，并探测、分析煤层底板中存在的原始导水通道，以及采动影响后可能形成的新的导水通道，至关重要。

煤层底板突水作为一种特殊的地质灾害，受到多种因素的影响和制约。如煤层下伏含水层水量、水压值大小；隔水层的厚度及岩性组合；底板构造状况及采动方式等。归纳起来，发生突水的先决条件主要有两个，即突水水源和导水通道。只有这两个条件全部满足时，才有可能发生突水。

沿垂直方向往往是在某一段标高范围内喀斯特特别发育，水量丰富。沿水平方向在主要径流带，从汇水口至出水口水量丰富，且主要为动流量，因此位于该部位间的采区易出大水。这就要求对于采区下部含水层的富水性及富水带应有请楚的认识和充分的了解。由于喀斯特发育的不均一性，在同一矿区甚至在同一采区内，沿水平和垂直方向上，灰岩含水层的富水性差异很大。

『柒』 发耳煤矿水文地质条件属于什么类型

中等煤矿水文地质类型划分4类：
一、水文地质简单
（1、露头区被粘土类土层覆盖；
2、被断层切割封闭；
3、地表泄水条件良好；
4、属于深部井田；5、在当地侵蚀基准面以上开采；6、属高原山地背斜正地形，煤层底部灰岩无出露；7、煤层距顶底板上下富含水层距离很大）
二、水文地质中等（受采掘破坏或影响的孔隙裂隙，溶隙含水层补给条件一般，有一定的补给水源）
三、水文地质复杂（1受采掘破坏或影响的主要是灰岩溶隙-溶洞含水层，厚层砂砾石含水层(煤层直接顶底板为含水砂层)，其补给条件好，补给水源充沛。2未开展水文地质普查，存在老窑积水，资料不齐的整合和技改矿井。）
四、水文地质极复杂（受采掘破坏或影响的为岩溶含水层，其补给条件很好，补给水源极其充沛；
1、矿井经常的直接或间接受煤层顶底部灰岩溶洞-溶隙高压富水含水层突水的威胁；
2、灰岩露头分布范围广，河溪发育，山塘水库多；
3、在高原山地向斜正地形矿区灰岩岩溶特别发育常形成暗河系统或汇水封闭洼地）

『捌』 永城矿区地质与水文地质条件

永城矿区地处黄淮平原腹部，位于河南省永城市、夏邑县境内，河南煤矿区东部，是国家“八五”、“九五”期间建设的重点矿区。矿区南北长55km，东西宽25km，面积1150km²。矿区所属永城煤电集团、神火煤电集团，目前有6对生产矿井，一对在建矿井，生产能力1500×10⁴t/a。

一、气象水文

永城矿区主要河流有王引河、沱河、浍河、包河等，自西北向东南流过并注入淮河，属淮河水系，河流为季节性河流。

二、地形地貌

永城矿区位于华北冲积平原的东南边缘，淮河冲积平原的北部，A河故道的南侧，矿区地面标高+32m。矿区内被厚度51.30～545.70m、平均厚312.97m的新生界松散沉积物所覆盖，其厚度的变化受古地形、大地构造运动的强度与沉降幅度的制约，同时也控制着地下水的补给、径流与排泄。

三、地层构造

永城矿区属华北型石炭系—二叠系隐蔽式煤田，矿区各井田分布于永城复式背斜两翼，矿区四周几乎被高角度正断层所围限，第三系底部普遍沉积有厚层粘土，阻断了新生界含水层及地表水的补给。含煤地层为下二叠统山西组和下石盒子组，目前主采煤层为山西组二₂煤，煤层赋存稳定，平均厚度2.7m，普遍可采，开采深度从-300m～-700m。矿区各井田内断层较发育，大多为高角度正断层，小断层犹为发育，落差3m以上的断层达20条/km²以上。经钻探和采掘工程揭露证实，大、小断层基本上都不导水。

四、水文地质

永城矿区是一个封闭-半封闭的相对独立的水文地质单元。矿区煤层底板充水的主要水源为太原组灰岩喀斯特裂隙承压水，其次为二₂煤层底板砂岩裂隙承压水。

1.主要含水层组与隔水层组

按含水层岩性特征、空隙性质、地下水的埋藏条件分，将含水层划分为三种类型。

（1）孔隙潜水—承压水含水层组：含水层自上而下由新生界第四系全新统和上第三系5个含水砂层组组成，埋藏深度分别位于0～35m、35～100m、100～150m、150～300m及300m以深。浅层为孔隙潜水，水质类型为

，中深层为承压水，水质属

型。其中第四系全新统和上第三系下部第一段砂层最发育，富水性强，单位涌水量0.0041～6.71L/s·m。覆盖层底部的砂层松散孔隙承压水对开采浅部煤层有一定的影响。

（2）裂隙承压水含水层组：由二叠系石盒子组、山西组中细粒砂岩及燕山期岩浆岩组成。上石盒子组中粗砂岩裂隙相对发育，单位涌水量0.12～0.627L/s·m，下石盒子组三煤组及山西组二₂煤层顶板砂岩裂隙一般不发育，单位涌水量小于0.1L/s·m，富水性弱，以静储量为主。岩浆岩裂隙水的单位涌水量小于0.003L/s·m，富水性差，均不构成煤层开采时充水的主要水源。

（3）喀斯特裂隙承压水含水层组：含水层为上石炭统太原组灰岩和奥陶系灰岩。太原组灰岩共12层，总厚40～50m，编号自下而上为L₁至L₁₂。L₁₁厚1～2m，裂隙不发育，含水很弱。L₁₁上距二₂煤底板约50m，其上部有厚约10m的海相泥岩。L₉、L₁₀均为3～5m，富水性亦较差。其中L₈、L₂灰岩沉积稳定，喀斯特发育，富水性强，静水压力传递快，裂隙发育程度和渗透性能沿垂直方向向下逐渐减弱，具非均质各向异性，单位涌水量可达2.87L/s·m，矿化度2～3g/L，水质类型属

型。L₈上距二₂煤层底板约80m，厚度8～18m，一般13m左右，水头标高+28m，且受L₂厚层灰岩和奥灰水的间接补给，是矿井突水的主要水源，严重威胁着矿井的生产和安全。奥陶系灰岩由石灰岩、白云质灰岩、白云质大理岩、大理岩组成，含丰富的喀斯特裂隙水，富水性强，单位涌水量0.704L/s·m，矿化度1～3g/L，水质类型以

型为主。L₁₁至二₂煤层底板50m左右，其间隔水层由海相泥岩、粉砂岩、细砂岩等组成，一般情况下可起到一定的隔水作用，但在其他因素影响下可诱发底板灰岩突水出现。

2.地下水的补给、径流与排泄

大气降水垂直下渗是潜水主要补给来源。洪水期间地表水补给地下水；平水期、枯水期地下水以补给河水为主要排泄途径。深层水补给主要有两个方面：大面积冲积平原地下水的侧向补给；局部地段隔水层变薄或尖灭，造成含水层越流向下补给。径流方向为NW—SE向。以潜水方式排泄于上部含水层或地表水体之中。

砂岩裂隙水在裸露区直接接受大气降水、潜水、地表水的补给，在新地层掩盖区，底部松散孔隙承压水局部沿风化带或采空塌陷带补给基岩含水层。矿井的长期排水是主要泄水方式。

灰岩喀斯特裂隙水的补给：井田受边界断层切割，使煤系地层形成地垒而构成封闭半封闭相对的独立水文地质单元。区内含水层间水力联系较为密切，局部地段存在越流补给，因而其富水性较好。

3.充水因素分析

地表水：由于覆盖层底部普遍发育有粘土隔水层，地表水及大气降水对煤层开采无影响。

新生界底部松散孔隙承压水：新生界底部的隔水层沿煤层露头一带使上部的含水层垂直下渗受到限制，煤层采后留足防水煤柱时，一般不会充入矿坑。

煤层顶板砂岩裂隙承压水：煤层顶板砂岩层间裂隙水是开采各煤层的主要充水水源，但其水量微弱，补给量有限，易于疏干。

太原组上段灰岩喀斯特裂隙承压水：开采二₂煤层时，虽然隔水层较厚达50m，但由于煤层底板裂隙发育，易造成突水。通过近几年的生产，先后发生数次突水事故，使得太原组上段灰岩喀斯特裂隙承压水成为矿井涌水的主要水源。

太原组下段灰岩及奥陶系灰岩喀斯特裂隙水：L₂和奥陶系灰岩分别位于二₂煤层底板以下150m、200m，一般情况下不会发生直接突水。在断层、裂隙的切割部位具有侧向和垂向补给条件，通过直接充水含水层而间接对矿井充水。

五、突水状况

据统计，自1985年以来，永城矿区所属矿井共发生灰岩突水14 次^［17］（表2-1），其中按采掘地点分类，发生在采煤工作面的突水有8次，掘进巷道中6次。按与断层关系分类，与断层有关的灰岩突水只有两次，其余的12 次突水通道均为二₂煤层底板砂岩裂隙。在突水点附近没有小断层，距落差较大的断层（大于30m）大都在100m以上。与断层有关的两次突水，一次是1994年11月永城陈四楼煤矿北翼轨道及皮带大巷突水，由于落差89m的F₃₉断层的影响，造成北轨、北皮穿越断层后与下盘的L₈灰岩对接，当巷道掘进至距F₃₉断层4m时，北轨、北皮相继突水，总水量860m³/h。另一次是1985年11月神火葛店煤矿15021采煤工作面突水，该采面紧靠落差40m的F₇断层，煤层底板裂隙带已超过L₁₁，工作面推进30m即发生灰岩突水，水量270m³/h。

表2-1 永城矿区煤层底板灰岩突水统计表

续表

六、突水原因

1.原生裂隙突水

煤层底板岩层原生裂隙属于张性裂隙，为较好的导水通道，当掘进巷道或采煤工作面揭露或接近这些裂隙时，容易发生突水。神火葛店煤矿1999年9月12日掘进26采区皮带煤下山时遇一条宽约10cm的裂隙突水，水量110m³/h；1999年10月12日掘进与26皮带下山平行、相距20m的轨道下山遇到该裂隙时，宽20cm，突水量270m³/h。神火葛店煤矿北翼运输大巷位于二₂煤底板下部18m，岩性为细砂岩，1993年6月巷道掘进中，遇到6条宽3～10cm的裂隙而发生灰岩突水，水量370m³/h。

2.活化裂隙突水

煤层底板岩层原生裂隙属于闭合或半闭合，受到采动影响，在矿压和灰岩水压作用下，原生闭合裂隙张开，加之产生新的裂隙，导致灰岩突水。这种突水表现为先来压力，巷道发生变形，裂隙逐渐张开而突水。压力通过裂隙的逐渐张开得以逐渐释放，水量的增大呈现一个渐变的过程，有时裂隙一旦连通也可发生突变。永城车集煤矿2401 工作面，2111工作面，2106轨道顺槽等几处的突水都属于这种类型。2401综采工作面2001年9月10日开始采煤，发现底板砂岩中有一组与工作面斜交的裂隙渗水。该工作面采深700m，太原组灰水压力6 MPa。随着工作面的推进，采场压力增大，裂隙逐渐张开，16日采空区内涌水量增至100m³/h，21日工作面推进65m，18时水量增至140m³/h，工作面内有一条宽约10cm的突水裂隙，24小时逐渐增大到550m³/h，突水点附近的液压支架所承受的压力也由28 MPa逐渐增至45 MPa。

3.原始导高突水

灰岩上部岩层中的裂隙未达到煤层底板，形成承压水原始导高带。煤层开采后由于矿山压力作用，底板以下形成采动破裂带。在矿压和水压的联合作用下，原始导高裂隙会向上发展，与底采动破裂带贯通之后，就形成了新的导水通道，造成所谓的原始导高突水。由于各种裂隙的突然连通，这种突水往往来势猛，造成恶性突水事故。永城车集煤矿2107综采工作面、永城陈四楼煤矿2301 工作面的突水就属于这种类型。永城车集煤矿2107综采工作面，于2000年7月28日出现底鼓，巨大的压力使工作面底板鼓起近1m，形成多处垂直于工作面的裂隙，造成40多架液压支架严重损坏，十几根大立柱折断，二十几根大立柱穿透顶部钢板，1h后发生突水，水量达855m³/h，突水点集中在3处。当时该工作面采深570m，水压5MPa。

七、突水实例

陈四楼井田位于永城隐伏背斜的西翼，第三系和第四系冲积层厚度300～400m。区内主要含煤地层为山西组和下石盒子组，主采煤层为山西组二₂煤层。煤系下伏地层为石炭系（含薄层石灰岩11层），编号自下而上为L₁—L₁₁，奥陶系灰岩喀斯特溶洞裂隙承压含水层发育。据统计，陈四楼煤矿自1991年开工建设，1997年投产至今，发生突水10 余次，其中严重影响生产与施工且突水量大于150m³/h 的煤层底板突水两次，第一次为1994年11月15日北翼皮带大巷，最大突水量860m³/h；第二次为1995年北翼轨道大巷，最大突水量160m³/h。其突水机理如下分析。

1.地质构造特征

图2-1 陈四楼井田走向（A-A′）地质剖面示意图

（据侯士宁，2001）

经过多期构造运动，在燕山期形成现在的构造格局。陈四楼井田内构造以断裂为主，褶皱为辅。主要发育EW向断裂5组，该5组断裂控制了SN向断层的发展，将井田割成6个块段。井田内绝大多数断裂表现为高角度正断层，因此在剖面上多呈地垒与地堑构造（图2-1）。地垒与地堑构造形态形成了承压水在井田内分布的不均一性，因而不同地点受水害威胁的程度不一样，井田北部以-440m标高以下受水害威胁较为严重。高角度正断层深切太灰、奥灰，直接引导灰岩水进入煤层，有的造成灰岩与煤层相接。如此构造特征，使断裂间的连通较好，北翼皮带大巷和北翼轨道大巷就是二₂煤层与太原组上段灰岩（L₈）强含水层对接而发生的2起突水事故的地点。断裂构造发育，使各含水层具有良好的水力联系，断层及岩石裂隙构造发育，突水机率较大。

2.水文地质边界

陈四楼井田地层总体上是一个向西倾斜的单斜构造，井田北、西、南边界由断层构成，东边界为煤层露头。在永城背斜轴部有奥陶系、石炭系及二叠系掩伏露头。由于冲积层的阻隔，井田内不接受大气降水的补给；在井田北部芒山、荡山有奥灰出露，直接接受大气降水补给，为补给边界。井田北部及东部露头接受地下水沿各种通道的补给，为导水边界，井田西部为阻水边界，使得地下水得以储存，井田属于一个封闭—半封闭的水文地质单元，静储量丰富，富含承压水。

3.原生裂隙

陈四楼井田小断层较为发育，伴随煤层及其顶底板岩石裂隙也发育。裂隙是在水平剪切力作用下形成“X”型剪切节理基础上，彼此之间连通性好。受灰岩高承压水（5 MPa）作用，太灰水充填裂隙，形成原生导高。据统计，北四采区三维高分辨率地震勘探发现，错断二₂煤层落差3m以上断层89条，断层密度22条/km²；首采区在采掘过程中实见落差1m以上的断层120余条，均为正断层，断层密度60 条/km²；南五采区三维地震勘探发现，错断二₂煤层落差3m以上断层46条，断层密度21条/km²。

4.采动裂隙

人为破裂是采动矿压对底板破坏所产生的底板岩层破裂。其破裂深度与岩石的坚固系数、工作面宽度、开采深度、煤层倾角等因素有关。根据邻区资料，建立了预计破坏深度的多元非线性回归方程为：

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

式中：h——底板破坏深度/m；

L——工作面斜长/m；

H——开采深度/m；

α——煤层倾角/°；

f——底板岩石的坚固性系数^［7］。

根据上式计算出陈四楼煤矿在-440m标高、190m宽的综采工作面采动底板破坏深度为20m。在断裂带附近，如果人为破裂与充水的原生裂隙通道导通将会发生突水事故。例如，永城车集煤矿2107综采工作面在2000年7月28日突水850m³/h。

5.隔水层特征

永城陈四楼煤矿开采煤层为二叠系山西组底部二₂煤，煤层底板岩性为砂质泥岩、粉砂岩和中、细粒砂岩，据下伏太原组最上一层灰岩L₁₁平均为50m，据较强含水层L₈灰岩约80m。因而，受各种裂隙影响，降低了隔水层的强度，增加了突水危险程度。正常情况下可以阻抗太原组薄层灰岩突水。

『玖』 矿井水文地质

（一）含水层

1.第四系砂、砾石孔隙含水层

本区第四系发育厚度为0～45.26m。上部为黄土或砂质粘土，厚0～45.26m，平均18.37m，对大气降水对下部各含水层的淋漓、渗漏补给起阻隔作用。下部为砂砾石（或卵石）厚0～39.8m，平均7.65m，全区发育，其厚度变化主要受古地形地貌及现代流水堆积作用控制，基本规律为矿区北部较南部发育，东部较西部发育。该含水层主要由流砂、砂（卵）石组成，呈未胶结或半固结，导（富）水性较好，富含孔隙潜水。q=0.0074L/（s·m），k=0.0406m/d。水位标高225.15m，其水位水量变化动态不稳。与二₁煤层间无稳定水力联系，对二₁煤层的开采影响不大，但在隐伏露头地段，当开采煤层后形成的冒落破碎裂隙带与该含水层沟通时，则构成直接充水水源。

2.二₁煤层顶板砂岩裂隙含水层

二₁煤层以上60m范围内，为煤层采动后的冒落破裂影响带，在该影响带内发育的中粗粒砂岩含水层的承压水，将首先充入矿坑，是二₁煤层顶板的直接充水含水层。据统计，该范围内发育的中—粗粒砂岩3～5层，主要为大占砂岩和香炭砂岩，厚0～32.87m，平均15.75m，该砂层组多为硅质胶结，致密坚硬，裂隙较发育，但多被方解石脉所充填，多以顶板淋水形式向矿坑充水。

3.太原组上段灰岩岩溶裂隙含水层

主要由太原组上段灰岩组成，其中L₇和L₈灰岩较发育，层位较稳定，厚2～13.9m，平均6.32m。灰岩致密坚硬，岩溶不发育，裂隙较发育，但多被方解石脉所充填。q=0.0024～0.038L/（s·m），k=0.015～3.72m/d，水质类型为HCO₃-K·Na型。该含水层厚度小，出露及补给条件差，岩石空隙不发育，导、富水性差，且及不均一，但在断层构造作用下，使其与下部强含水层产生水力联系时，富水性则会相应增强，为二₁煤层底板直接充水含水层。

4.太原组下段灰岩含水层

即指太原组下段L_1-4灰岩，一般L_1-3灰岩较发育，层位较稳定，厚4.75～23.79m，平均厚度10.08m。L_2-4灰岩局部可相变为砂岩或与L₁合并为一层，致密坚硬，岩溶裂隙也不甚发育，且多被方解石脉或黄铁矿细脉所充填，导、富水性较差。L_1-4灰岩为一₁煤层顶板直接充水含水层。

5.中奥陶统石灰岩岩溶裂隙含水层

该层厚度为2.05～73.5m，单位涌水量q=0.0141～18.79L/（s·m），渗透系数k=0.0285～119.27m/d。该含水层水水质类型为HCO₃-Na·Ga或HCO₃-Ga·Mg型，pH值为7.4～7.7，矿化度为0.574g/L。目前水位标高为171m左右（观₁孔资料），岩溶裂隙发育，补给条件好，富水性强，但极不均一，为本区重要含水层，是一₁煤层底板直接充水含水层。

主采煤层和含水层关系详见图4-2。

（二）隔水层

1.石盒子组砂泥岩隔水层

自基岩风化面下至二₁煤层顶板60m之间，厚100～300m，由泥岩、砂质泥岩、砂岩等碎屑岩组成，以泥岩、砂质泥岩为主，间夹数层中厚层状粗粒砂岩含水层，富存有一定的水量。但各含水层挟持于厚层泥质岩之间，且距开采煤层较远，又因含水层砂岩胶结致密坚硬，在该段中起到骨架作用，相对增强了泥质岩层的抗压强度，故该岩层段裂隙不发育，透水性差，再加上其在地表呈零星出露，补给条件不佳，岩段厚度大，抗压强度较高，故能对上部第四系砂砾石潜水含水层和下部二₁煤层顶板砂岩承压含水层之间的水力联系起到一定的阻隔作用。但在煤层露头区或煤层开采引起导水裂隙高度较大时，可能会失去阻水能力，使得地表水和第四系砂砾石潜水充入矿井。

图4-2 主采煤层与主要含水层示意图

2.二₁煤层底板砂泥岩隔水层

系指二₁煤层底板至L₈灰岩顶界之间的砂泥质岩段。据统计，厚度5.25～48.93m，平均为12.41m。岩层以泥岩、砂质泥岩、粉细粒砂岩为主，底部夹一灰岩薄层（或灰岩透镜体），分布连续、稳定，其裂隙不发育，透水性差，隔水性能良好。由于该隔水层的存在，有效地防范了二₁煤层在回采过程中太原组L_7-8灰岩水直接涌入矿井。在局部地区由于断裂构造和采动影响，其隔水性能相对降低。

3.太原组中段砂泥岩隔水层

太原组中段即自L₇灰岩底至L₄灰岩顶之岩段，平均厚46.95m，岩性以泥岩、砂质泥岩、细中粒砂岩为主。间夹灰岩层（L₅），岩石裂隙不发育，透水性差，隔水性能良好，有效地切断了太原组下部薄层灰岩与上部L_7-8灰岩之间的水力联系，使二₁煤层底板的多个薄层灰岩复合式含水层之间的整体性和连续性大大减弱。同时，该隔水层的存在也有效地阻隔了奥陶系灰岩含水层与太原组薄层灰岩含水层之间的水力联系。

4.本溪组铝土岩、泥岩隔水层

由本溪组铝土岩、铝土质泥岩组成，厚度为0.58～16.65m，平均9.36m，其岩性致密，强度中等，透水性差，具有良好的隔水性能，该隔水层的存在有效地阻隔了奥陶系灰岩水与太原组薄层灰岩含水层之间的水力联系。但在断裂破碎带和沉积薄弱地段或受到采动破坏影响，该隔水层将失去或降低其隔水性能。

（三）地下水动态特征

1.矿井涌水量逐年增加

大平煤矿1986年投产初期，年平均涌水量为134.44m³/h。1987年至1988年4月份，水量急剧增大至561.7m³/h，除因开采面积相应增加外，推断有第四系潜水和老窑水成分。之后，涌水量恢复至150m³/h，并随着回采面积的扩展，涌水量逐渐增加至2004年的424.6m³/h。大平矿历年矿井涌水量曲线见图4-3。

图4-3 大平煤矿历年矿井涌水量曲线图

2.涌水量与大气降水的关系

大平矿矿井涌水量与大气降水密切相关，据多年统计资料，每年最大降水月份为7～8月，而矿井涌水量最大月份为每年的10月份，与最大降水月相比，相应延迟约2～3个月，最小涌水量为来年的7月份，表现出集中补给逐渐消耗的补给排泄特征，大平矿月平均涌水量与降雨量关系曲线见图4-4。

3.奥陶系灰岩水位变化趋势

通过对1987～1992年13-补27孔奥陶系灰岩水位和1997年5月～2005年5月对观₁孔中奥陶统灰岩水位观测，大平矿奥陶系灰岩水位呈逐年下降趋势，降幅每年近1.5m（图4-5，图4-6）。中奥陶统灰岩水位由建井初期至今已经由199.88m下降至171.29m，表明该矿区地下水降落漏斗在逐渐扩展和形成过程中。

（四）地下水补给径流排泄

区域地下水运移规律是由西北向东南流动，荥密背斜南翼及矿区西部山区是寒武系—奥陶系及石炭系含水层出露地区，为地下水之补给区，大气降水渗入形成地下水后向东南方向运移，一部分由超化泉群及灰徐沟泉群泄出，其余均运移到新郑矿区的八千背斜轴部地带由寒武系—奥陶系含水层隐伏露头区排出泄入第三、四系冲积层中。

图4-4 大平矿月平均涌水量与降水量关系曲线图

图4-5 13-补27孔奥陶系灰岩水位变化曲线图

图4-6 观1孔奥陶系灰岩水位变化曲线图

大平井田位于新密煤田西南，井田南、北、西三面环山，组成一个向东开阔的箕形汇水盆地，周边为寒武系—奥陶系灰岩或二叠系碎屑岩组成的低山丘陵区。煤矿床隐伏于第四系冲、洪积扇堆积物之下，矿区地势西高东低。大平井田构造特征为一轴向近东西的向斜构造。矿区大致以大冶向斜为对称轴由南北中马家沟组、本溪组、太原组逐次出露，成为地下水的主要补给区，大气降水是其主要补给来源。但由于矿区内沟谷发育，地表高差大，植被稀少，排泄条件好，故不利于地下水入渗补给。二₁煤层顶板含水层与上部冲、洪积层之间有水力联系，富水性较强。

井田内奥陶系灰岩水流向基本以地层倾向相同，由井田南、北、西三面向中心汇集，并由井田西南部流出井田。二₁煤层顶板砂岩水及太原组灰岩岩溶裂隙地下水，主要以井下排水的形式进行人工排泄。

『拾』 鹤壁矿区地质与水文地质条件

一、气象水文

鹤壁矿区属北温带大陆性半干旱型气候，春秋多风。20世纪50年代至今，平均气温13.5°C，年平均降水量659.5mm，年蒸发量2195.9mm。

矿区内长年性河流有南部的淇河和北部的善应河，流量分别为2.4～3.7m³/s和6～7m³/s，最大流量分别为2572m³/s和1055m³/s。

与矿区地下水有直接水力联系的地下水域有南部的许家沟泉域和北部的小南海泉域。许家沟泉位于矿区南部淇河北岸，出露于奥陶系灰岩中，由8个泉组成，流量0.9～1.4m³/s。小南海泉出露于善应河两岸的奥陶系灰岩中，出露标高130～135m，由50余个泉组成，总流量5.5～7.09m³/s。

二、地形地貌

鹤壁矿区位于河南省北部的鹤壁市境内，属太行山东麓煤田的一部分。矿区西依太行山区，东邻京广铁路，东西宽5km，南北长30km，面积约150km²。

矿区地貌属侵蚀剥蚀低山向剥蚀堆积丘陵岗阜区的过渡带，以丘陵岗阜地貌为主。山脉总体延伸方向受新华夏系构造控制呈NNE向绵延分布。由于组成山体岩性的差异和地层平缓的影响，阶梯状山坡极为明显。抗风化力强的白云质灰岩、微晶灰岩、泥晶灰岩形成3°～50°的陡坡或70°～80°的陡崖。寒武系—奥陶系抗风化力弱的页岩和角砾状灰岩形成10°～30°的缓坡。低山区位于矿区西部，最高标高+763.5m，一般标高+503～+576m，相对高度509m。

矿区岗阜地貌东与华北平原相接，西起西山断层。在第三系砂砾岩和泥岩分布区，形成高差50～70m的丘陵地貌。靠近西山狭长地带呈零星分布的石炭系含煤地层和局部的奥陶系灰岩形成海拔+250～+350m、相对高度50～150m的浑圆状丘陵地貌。

三、地层构造

1.地层

矿区出露的地层有下奥陶统的冶里组—亮甲山组白云岩，中奥陶统的峰峰组—马家沟组的泥晶灰岩、白云质灰岩、角砾状灰岩；中石炭统的本溪组泥岩—砂岩隔水层，上石炭统太原组含煤（下夹煤）地层下二叠统山西组的含煤地层（二₁煤）；上第三系的砾岩、砂岩和泥灰岩，第四系的黄土、砂砾层。

下夹煤包括下夹上煤（六煤），下夹中煤（七煤）和下夹下煤（八煤），赋存于太原组含煤地层的底部。六煤与八煤相距9～10m，它的间接底板是本溪组隔水层，它的直接顶板是太原组的L₂灰岩。

2.构造

本矿区在构造上位于新华夏系第二沉降带与第三降起带的过渡带上，东邻汤阴拗陷，西依太行山隆起。总体上是以中寒武统为核心的倾伏背斜的一翼所构成的单斜构造，地层走向大致呈南北，倾向东，一般倾角8°～30°，局部可达到50°～60°。东部被第三系和第四系覆盖，西部山区寒武-奥陶系则广泛出露。

据统计，NW向断层少且落差小，延走向方向延伸不远；与断裂构造相伴生的还有一组走向NE、背向斜相间发育的倾伏褶曲，沿倾伏背斜发育的纵张断层成为各井田的自然边界；落差大于20m的断层有百余条，大于100m的断层有30余条。矿区以断裂构造为主，多为走向NE或NNE的高角度正断层。

本矿区有两期火成岩体，在矿区南东的庞村一带有喜马拉雅期的橄榄玄武岩沿NNE向断层带呈现零星分布，与第三系砾岩的接触面上有明显的烘烤现象。西北部白石山背斜有燕山期的闪长岩、二长岩和斜长岩侵入，大致沿NW40°方向伸延。

四、含水层组和隔水层组

本矿区含水系统可分为寒武系—奥陶系含水层组，石炭系—二叠系含水层组，上第三系含水层组和第四系含水层组。寒武系—奥陶系含水层组是本矿区最主要的含水层组，按其富水性可分为中奥陶统含水岩组和中寒武—下奥陶统含水岩组。石炭系—二叠系含水层组由4对含水岩、隔水岩组组成，即下石盒子组页岩夹砂岩弱含水层、山西组砂岩含夹页岩隔水层、太原组薄层灰岩含水层与页岩隔水层组、本溪组泥岩夹灰岩及砂岩隔水层。第四系含水层组按岩性和含水性、透水性分为全新统泥岩隔水层夹砾石、砂岩、泥灰岩含水岩组和中新统粘土夹粉砂岩弱含水岩组。由于第四系含水层组和上第三系含水层组与高承压水上采煤水害影响不大，下面分别将中奥陶统灰岩含水岩组、本溪组隔水层和石炭系—二叠系含水层组中的太原组薄层灰岩含水层概述如下。

1.中奥陶统灰岩含水岩组

中奥陶统灰岩含水岩组按其岩性、化学成分、结构和富水性强弱划分为贾汪页岩隔水层，角砾状灰岩和白云质灰岩弱含水段（

，

，

），泥晶-砂屑灰岩中等含水段（

）和微（细）泥晶灰岩强含水段（

，

），现分述如下。

（1）

贾汪页岩隔水层厚7m，区域分布稳定，厚度薄，隔水性弱。

（2）

弱含水段厚14～30m，主要为角砾状灰岩，喀斯特不发育，含微弱溶孔裂隙水。

（3）

中等含水段厚89m，主要由泥晶灰岩，砂屑灰岩和灰质泥晶白云岩组成，喀斯特中等发育，在有利的水动力条件下也可以发育成大溶洞，例如矿区西部山区的雪花洞。据调查，机井涌水量可达700～1500m³/d。

（4）

弱含水段厚36～43m，主要由角砾状灰岩组成，角砾成分为泥晶灰岩，胶结物为方解石，喀斯特不发育，以不规则溶孔为主，泉的流量甚小，民用机井流量小于100m³/d。

（5）

强含水段厚108m，岩性以巨厚、厚层状泥晶灰岩为主，喀斯特发育，在有利的水动力条件下能发育成大的溶洞，例如四矿西部的黄龙洞，该洞宽1～2.5m，高0.5～3m，长53m。小南海泉和许家沟泉中流量最大的均出露于本段。本段地下水循环条件比

段好，硬度比

段低，水质为

型水。鹤壁市工矿企事业单位供水多以此段为目的层，单井流量1200～1900m³/d，个别可达4500m³/d。

（6）

弱含水段区域性厚度60～70m，岩性为白云质、泥质角砾状灰岩，白云质灰岩，喀斯特不发育，以蜂窝状溶孔为主，含裂隙喀斯特水，为一弱含水段。

（7）

强含水段区域厚度52～80m，为青灰色巨厚、厚层状灰岩，溶洞和溶隙发育，富水性强。在掩盖地区的一些地段，因其上部溶洞裂隙被粘土岩充填，含水性大大减弱，形成弱含水带。在小南海泉群中该段下部沿断裂带出露的泉的流量可达200 L/s。

2.本溪组隔水层组

本溪组隔水组为矿区防止奥灰水突入矿井的可以值得利用的隔水层。由泥岩隔水层夹砂岩、灰岩弱含水层组成，厚11.3～50.6m。

3.太原组含水层组

太原组总厚101～167m，含水层组由C₃L₁—C₃L₉九层灰岩含水层，S₁—S₈八层砂岩弱含水层和页岩组成。薄层灰岩含水层总厚20～25m，其中C₃L₂和C₃L₈分布稳定，厚度分别为7～11m和5～6m，含较丰富的喀斯特裂隙水，其中C₃L₂灰岩的单位涌水量可达5.88～7.39m³/h·m。因受补给条件限制，在矿井疏干条件下，它们接受奥灰水补给，矿化度稍有减少。该两层灰岩含水层径流条件差、水交替不强，水质类型为

-Ca²⁺型水和

型水。

五、奥陶系灰岩地下水特征

从鹤壁矿区奥陶系灰岩地下水动态的多年观测资料可知，因受曹家倾伏背斜的影响，在四矿附近，奥陶系灰岩喀斯特水形成一个高水位带，自此以南则由北向南径流，集中排泄于许家沟泉群；另一方面，使矿区北部的九矿和四矿的一部分奥陶系灰岩喀斯特水自南向北径流，排泄于小南海泉群。将矿区分划为中部和南部属许家沟泉域，北部属小南海泉域。

鹤壁一矿和相邻的二矿同属于许家沟泉域，由于二矿南部自然矿界F₃断层落差达390～600m，造成断层两侧奥陶系灰岩含水层不连续，在断层的北侧中奥陶统灰岩地下水位标高为+135m，在断层南侧水位标高为+127m，地下水自北向南流经F₃断层时受到很大阻力，产生明显的水位跌降。因此，F₃断层可能是一条阻水断层，它将鹤壁矿区分为两个相对独立的水文地质分区，即一、二矿为一个水文地质分区，三、五、六、八和十矿为另一水文地质分区。

在枯水季节，南部水文地质分区水位标高为+118.9～124.4m，一、二矿水文地质分区内的中奥陶流灰岩水位标高为+135.4m，在雨季前者水位标高为+129.67～135.9m，后者为+144.7m。矿区奥陶系灰岩含水层主要接受西部山区露头部分大气降水入渗补给，掩伏露头部分的第四系潜水补给和河流、沟渠、库区等渗漏补给，因此，地下水位动态表现为受降水影响明显的特征。

六、奥陶系灰岩顶部特征

众所周知，自奥陶纪沉积了马家沟灰岩和峰峰组之后至中石炭世沉积本溪组之前的漫长地质年代里，华北地区广大奥陶系灰岩裸露于地表经受了风化剥蚀和溶蚀作用，在奥陶系灰岩中形成了古喀斯特，在其表面形成了古剥蚀-溶蚀面，古剥蚀-溶蚀面存在相对低洼的沟谷或封存洼地，宽度数十米或百米。当中石炭世华北地台开始沉降，古剥蚀面接受本溪组沉积的最初阶段，一些粗碎屑、分选不良的砾石或砂首先在低洼沟谷中沉积，把这些低洼沟谷“填平补齐”。当华北地台断续下降、海水进一步漫延的时候，细碎屑的铝质粘土沉积于那些早先已被粗碎屑填平了的低洼沟谷之上和那些相对隆起的古剥蚀-溶蚀面之上。对于那些被粗碎屑“填平补齐”了的低洼沟谷地段，当中石炭世开始沉积铝质粘土时，因为有粗碎屑砂或砾石的阻隔，奥陶系灰岩顶部的古喀斯特或风化裂隙没有被铝质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，例如九矿的3-6孔的奥陶系灰岩顶有5m之裂隙被粉砂岩充填（如图2-2）^［19］。

图2-2 奥陶系灰岩顶部溶隙-裂隙充填示意图

1—被铝质粘土充填的溶隙；2—未被充填或被砂岩充填的溶隙；3—铝质泥岩；4—页岩；

因此，使奥陶系灰岩顶部只有很薄或者缺失被粘土充填的弱含水带。相比之下，原古剥蚀-溶蚀面相对隆起地段，铝质粘土直接沉积其上并充填到奥陶系灰岩的溶洞裂隙之中，形成富水性弱、连通性差的具有一定厚度的弱含水带。但其水文地质意义巨大，一般认为，奥陶系灰岩顶面以下30～50m喀斯特发育，这个规律可以作为供水和注浆堵水中重要的参考依据。

七、安阳矿区地质与水文地质条件

1.矿区概况

安阳矿区位于河南省安阳市区西约25km处，矿区南北长35km，东西宽5km，总面积155km²。区内下二叠统山西组二₁煤层为主要开采煤层，厚度稳定，一般4～6m，普遍可采。矿区开采范围内地质储量4.5×10⁸t，可采储量3×10⁸t。

2.地形地貌

安阳矿区为一典型丘陵地带，冲沟发育，有利于大气降水的径流、排泄，具有明显的季节特征，相对高差150m左右，对矿井充水无大影响。

3.地层构造

矿区范围内基本构造形态为向东倾斜的单斜构造并伴有宽缓的小型褶曲，地层倾角一般15°～25°。井田内构造主要以NNE走向的断裂为主，断层走向一般为NE10°～35°，且多为正断层。本区主要含煤地层为下二叠统山西组和上石炭统太原组，含煤系数为7.51%。

矿区处于新华夏系第三隆起带——太行山复背斜的东翼，因此NNE向构造对地下水起着控制作用。与煤系地层走向一致的NNE向正断层，沿倾向由东向西逐级抬起，形成一些交替出现的近南北向的狭长地垒地堑，破坏了基岩含水层的连续性，形成多块独立的水文地质单元。

区内发育有NEE及NWW向断层，一般认为，这两组近东西向的断层为张性断层，为导水断层；NNE向高角度正断层属压扭性质，反而导水性差，大量井巷工程穿过断层水量不大证实该点。

4.含水层和隔水层

这里主要研究煤层底板主要含水层和隔水层。自上而下可划分3个含水层和3个隔水层：奥陶系灰岩喀斯特承压含水层，本溪组铝质岩隔水层，太原组下段灰岩喀斯特裂隙承压含水层，太原组中段砂、泥岩隔水层，太原组上段喀斯特裂隙承压含水层，二₁煤至L₈灰岩隔水层，现详述如下。

（1）奥陶系灰岩喀斯特承压含水层：厚度400m以上，顶面以下200m范围内为深灰色、浅灰色厚层状和巨厚层状微晶质灰岩和花斑状灰岩，下部为白云质灰岩，喀斯特发育，有统一的地下水面，静水位标高+135m左右，可与其他含水层通过断裂构造发生水力联系，是二₁煤开采时间接充水含水层。

（2）本溪组铝质岩隔水层：由铝土层、铝土质泥岩、泥岩、砂质泥岩和薄层灰岩组成，其中以下部铝土质泥岩最稳定，厚8.3～22.75m；该层假整合于奥陶系灰岩之上，正常情况下能阻止奥灰水进入煤层。

（3）太原组下段灰岩喀斯特裂隙承压含水层：厚30～35m，内含2～4 层灰岩（L₁、L₂、L₃、L₄），灰岩厚4.25～9.70m，一般6.00m左右，其中L₂灰岩稳定，厚度一般在5m左右，单位涌水量0.043～1.34L/s·m，渗透系数0.95～30.27m/d，水位标高135.28～135.38m。

（4）太原组中段砂、泥岩隔水层：该段指L₄—L₈灰岩之间的碎屑岩，其中偶夹中粗粒砂岩、薄层煤和薄层灰岩，厚55m 左右；岩性变化较大，硅质成分较高，厚度稳定，透水性差，隔水性能良好，能阻止太原组上、下段灰岩之间的水力联系。

（5）太原组上段灰岩喀斯特裂隙承压含水层：该段由L₈灰岩及中粗粒砂岩组成，以L₈灰岩为主，普遍发育，层厚0.33～6.85m，一般3m左右；L₈灰岩单位涌水量0.07L/s·m，渗透系数3.787m/d，水位标高136.77m，喀斯特裂隙发育较弱，为弱含水层。

（6）二₁煤至 L₈灰岩隔水层：该层由泥岩、砂质泥岩、砂岩和薄层灰岩组成，厚26.71～50.40m，一般为35m左右，能有效阻止L₈灰岩水进入二₁煤层。

5.水害事例及防治对策

（1）铜冶煤矿淹井事故：1965年8月25日，铜冶煤矿103工作面下顺槽打钻时，超前孔钻进43m时，孔内涌水，涌水量开始为32.4m³/h，后增至1400m³/h淹井，突水原因为超前孔钻遇与奥陶系强含水层相通的喀斯特陷落柱，经注浆堵水后，1968年6月恢复生产。

（2）龙山煤矿淹井事故：1976年1月，龙山煤矿在掘进15采区首采面时，遇断层与奥陶系灰岩喀斯特承压含水层沟通，涌水量最大达2520m³/h，淹井；突水原因为掘进钻头遇到F₁₆₅断层的支断层，而F₁₆₅断层为边界导水断层，该断层位置不清楚；1977年6月，龙山煤矿在堵水过程中再次发生断层突水，涌水量达4000m³/h。