2011年中长期防治水规划

中 长 期 防 治 水 规 划

1、矿井概况

方山矿位于河南省禹州市方山镇境内，东距禹州市30km，南距方山镇3km，许（昌）洛（阳）公路从井田北部白沙镇通过，该矿至禹州市有柏油公路相通，区内简易公路四通八达，交通条件便利。井田范围西起浅部生产矿井，深部边界东至于四4煤层－300m等高线，南以彭沟断层为界，北至老龙窝断层。南北长4km，东西宽2km，面积约7.4km2。井田属剥蚀型低山丘陵地貌，平顶山砂岩覆盖矿区大部，西部陡峻，东部平缓，东西向冲沟发育。地形高差较大，最高660.63m，最低点215m，相对高差445.63m，雨季洪流沿冲沟向东排泄。

方山矿始建于1970年，主要开采四4、五2两个煤层，设计生产能力23万吨/年，其开采方式为井下长壁式布臵，斜井开拓，浅部采用分段开采，深部采用分区，区内分段开采，采煤方法为走向长壁式开采。根据煤层开采深度，设计二个水平开采，第一水平大巷+146m水平，现在已回采结束；第二水平大巷在+10m水平，分上下山开采，上山长度540 m，下山长度预计1200m；

以往勘探情况：1956年3月由中南煤田地质局102队在方山矿区进行了1：20万地质测量。1958年8月在该区150km2范围内完成1：2.5万地形地质及水文地质测图，同年12月又由102队施工钻孔41个，工程量4631m，并提交了普查地质报告，后降为找煤。1971年，河南省地矿局11队在方山施工6个钻孔，工程量1396.37m。1980~1982年，河南煤田地质局四队在方山区进行普查勘探，完成22个钻孔，工程量11482.07m。1993年，豫中地

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质勘查公司平顶山第四工程处在方山区进行补充勘探，完成钻孔6个，工程量为2915.14m，并提交了《河南省禹州市方山煤矿延深补钻勘探地质报告》。这次探明四4、五2、六4煤层B+C+D级储量2093万t，已开采61万t，现保有2032万t。综上所述，1971年以前在井田及周围施工的47个钻孔，资料不全，可靠性差。1980年以来施工的11个钻孔，资料齐全，均进行了地球物理测井工作，并按钻孔质量标准验收，质量较高。

勘探程度及存在的问题，本井田内控制程度相当详查阶段，在煤层储量级别划定时，主要参考了浅部生产矿井揭露煤层情况外推500m至本井田内定为B、C级储量，其余为D级储量。在井田开采范围无水文地质钻孔，无抽（放）水试验资料，部分参数采用邻区试验结果。由于钻孔较少，井田内的断层控制程度较差。

2、井田地质与水文地质特征

2.1地层与含煤地层 2.1.1地层

井田内及其外围揭露地层从老至新依次为寒武系、奥陶系、奥陶系、石炭系上统、二叠系、三叠系及第四系，总厚度1447.24m。其中石炭系上统、二叠系下统及上统的上石盒子组为含煤地层，厚度681.24m（见表2-1）。 1）寒武系（3）

与下伏地层呈整合接触，平均厚约270m。下部为浅灰色厚层状细晶白云质灰岩，偶含鲕粒，裂隙、溶隙与溶孔较发育。中部以灰白色厚层状细晶白云岩为主，局部夹灰质白云岩，具小溶洞及溶孔。上部为浅灰色厚层状细晶白云质灰岩，含燧石条带与团块，局部夹角砾状灰岩，风化后呈蜂窝状。

2）奥陶系（O）

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缺失下、上统，仅有中统马家沟组（O2m）。与下伏3呈假整合接触，厚0~48m，平均15m，零星出露于二1煤层露头西侧。底部为砂质泥岩与含砾石英砂岩，下部为灰绿色页岩和泥质白云岩，中部为浅黄色钙质页岩，上部为灰色厚层状角跞状灰岩。

井田地层及煤段划分表 表2-1

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假整合于3或O2m之上，厚度变化大，一般厚3.39~17.19m，平均9m。底部为褐红色鸡窝状褐铁矿，下部为灰~灰绿色鲕状、豆状铝质岩，含较多黄铁矿结核，夹极不稳定薄煤一层，上部为浅灰色中厚层状铝质岩及铝质泥岩。

（2）太原组（C3t）

整合于本溪组之上，厚28.23~71.15m，平均58.43m，含煤4~8层，仅一1、一3煤层偶尔可采，其余均不可采，自下而上分为三个岩性段：

A下部灰岩段 ○

自一1煤层底板根土岩——L4灰岩顶，厚约15m。岩生主要为深灰色中厚层状石灰岩、黑色泥岩及砂质尼岩。发育石灰岩4层（L1~L4），其中L4灰岩含燧石结核及黄铁矿散晶，灰岩具分叉、合并及相变现象，含煤2~4层（一

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~一4煤层）。

B中部砂泥岩段 ○

自L4灰炭顶~一6煤层（或其层位底），厚约25m。主要由深灰色中厚状

泥岩、砂质泥岩与浅灰色细~粗粒石英砂岩组成，偶夹不稳定石灰岩1~2层，含薄煤1~2层，均不可采。

C上部灰岩段 ○

自一6煤层（或其层位底）~二1煤层底板砂岩底，平均厚18.43m。岩性以L7、L8灰岩为主，与深灰色砂泥岩构成互层，并夹一6、一7、一8不可采煤层。其中L7灰岩含燧石结核与条带，层位稳定，基本全区发育，层区域对比标志层。

4）二迭系（P）

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整合于石炭系之上，总厚度952.81m，分下、上统。下统与上统的上石盒子组层含煤地层，厚度613.81m。含煤27层，其中二1煤层为全区可采煤层。

①下统（P1）

厚约378m，由山西组与下石盒子组组成。 A山西组（P1sh） ○

自二1煤层底板砂岩（Ser）底~砂锅窑砂岩（Ssh）底，厚58.43~88.42m，平均75m，含煤3~4层（二0~二3煤层）。分四个岩性段：

（a）二1煤层段

自Ser底~大占砂岩（Sd）底，厚约10m。下部主要为Ser，岩性为深灰色砂质泥岩夹砂质条带或细砂岩夹泥质条带，脉状、透镜状层理发育，见虫孔、虫迹与植物根部化石，偶夹砂采二。煤层。上部为二1.73~14.95m，平均4.03m。

（b）大占砂岩段

自Sd底~香炭砂岩（Sx）底，厚约25m。下部的Sd岩性为浅灰色中粒长石石英砂岩，层面富含大片白云母及炭屑，具板状交错层理及波状层理。上部为灰~深灰色泥岩、砂质泥岩，偶夹不可采薄煤层（二2、二3煤层）。

（c）香炭砂岩段

自Sx底~瑶玲砂岩（Sy）底，厚约25m。下部为灰~棕灰色中粒长石石英砂岩（Sx），含菱铁质线理夹条带，具交错层理。上部主要为砂质泥岩、泥岩，含菱铁质鲕粒与结核，具暗斑，夹二4煤层。

(d)小紫泥岩段

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1

煤层，厚

自Sy底~Ssh底，厚约15m。下部的瑶玲砂岩为灰色彩厚层状细粒长石石英砂岩。上部主要为灰~灰绿色泥岩、砂质泥岩组成，富含菱铁质假鲕粒与紫斑，偶夹炭质泥岩（二5煤层位）。

B下石盒子组（P1x） ○

自Ssh底~田家沟砂岩（St）底，厚约303m。由三、四、五、六等四个煤段组成，各煤段岩性组合大同小异，基本为近海三角洲相砂泥岩这层夹煤层。其中三煤段厚67m，偶含不可采薄煤2~3层。四煤段78m，含煤4~7层。五煤段77m，含煤3~5层，其中五3煤层厚0.54~1.55m，平均1.05m，局部含夹矸一层，大部可采。六煤段厚81m，含煤一层，为六2煤层，厚0~1.74m，平均1.2m，含夹矸1~2层，大部可采。

（2）上统（P2）

厚约573.81m，由上石盒子组与石千峰组构成。 A上石盒子组（P2s） ○

自St底~平顶山砂岩（Sp）底，厚235.81m，分七、八、九三个煤段。 （a）七煤段

厚70.40~100.25m，平均81.72m，底部为St，岩性为灰白色厚层状中~粗粒长石石英砂岩，含石英岩砾，泥硅质胶结，具交错层理，是一区域重要标志层。其下中部岩性组合特征为深灰色砂质泥岩夹细砂岩及3~4层薄层硅质海绵岩。含煤四层，其中七2煤层厚0.24~1.25m，平均0.81m，局部可采，其余均不可采。上部为灰色泥岩、砂质泥岩夹细中粒砂岩，含紫斑、暗斑及鲕粒。

（b）八煤段

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厚68.42~82.40m，平均72.43m。底部为浅灰、灰绿色中粒长石石英砂岩，为七、八煤段分界标志层。下部为砂质泥岩与细砂岩互层，夹不可采薄煤层1~3层。中部为深灰色砂质泥岩夹多层硅质泥岩与中细砂岩。上部为砂质泥岩夹细中粒砂岩。

（c）九煤段

厚72.60~90.15m，平均81.66m。底部为长石石英砂岩，泥硅质胶结，分选较差，含白云母与石英岩砾，具交错层理，俗称大风口砂岩，为八、九煤段分界标志层。中部为砂质泥岩夹2~4层中粒长石石英砂岩。上部以紫斑泥岩为主，夹浅灰色砂岩。

B石千峰组（P2sh） ○

假整合于P2s之上，自Sp底~金斗山砂岩底，厚约338m，分平顶山段与土门段。

（a）平顶山段（P2sh1）

厚约78m，岩性为浅灰色厚~巨厚层状中粗粒长石石英砂岩，硅质胶结，园度中等，分选较层，底部含石英岩砾及燧石砾，具交错层理，为区域重要标志层。

（b）土门段（P2sh2）

自平顶山砂岩顶~金斗山砂岩底，厚约260m。下部为中厚~厚层状中细粒长石石英砂岩夹薄层褐红色泥岩。中部为紫红、灰绿色泥岩、砂质泥岩夹薄层细砂岩及泥灰岩。上部为紫红、灰绿色中细粒长石石英砂岩夹紫色泥岩与灰绿色砾屑灰岩。砂岩中含大量砾岩及同心圆状钙质结核。

5）三叠系（T）

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仅下统刘家沟组，整合于二叠系之上，厚约143m。分布出露于矿区东部边缘一带构成次级分水岭。岩性为紫红色厚~巨厚层状石英砂岩夹薄层紫色泥岩，铁硅质胶结，分选中等，具大量褐色铁质斑点，具交错层理及泥裂、波痕等层面构造，俗称金斗山砂岩。

6）第四系（Q）

与下伏地层均呈不整合接触，厚0~50m，广泛出露于矿区东、西两侧。主要由黄土、粘土、砂质粘土等松散堆积物组成，均为半胶结状砾石、卵石层及未胶结的洪积、坡积物。

2.1.2含煤地层

煤矿含煤地层为二叠系的山西组（二煤组）及上石盒子组（三～八煤组），地层总厚度615m，共含煤37层，其中煤矿范围之内的四～八组厚430m，含煤13层。将各煤组特征自下而上叙述如下：

（一）二煤组：

上界于砂岩锅窑砂岩底面，下界为L17石灰岩，平均厚75m。为主要含煤地层，含煤（及层位）7层，其中底部的二1煤为主要可采煤层。据煤岩层和化石组含特征自下而上分为四段：

1、二1煤段：上部为二1煤层，平均煤厚5m左右，为主要可采煤层。下部二1煤层底板以深灰色砂质泥岩夹砂质条带或灰色细粒砂岩夹泥岩条带为主，具波状、透镜状和互层状层理。局部二1煤层顶板为深灰色致泥岩或砂质泥岩，水平发育，富含植物化石。该段平均厚10m。

2、大占砂岩段：主要为浅灰～灰色中粒长石岩石英砂岩，层面富含大量白云和炭，具

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本井田含煤地层为石炭系上统及二迭系的山西组、上、下石盒子组，分九个含煤段，共含煤36层，其中一1、一3煤层偶尔可采，二1煤层全区可采，五2、四4煤层大部分可采，六2煤层局部可采（见表2-2），可采含煤率0.75%。

1）可采煤层对比

主要根据煤层上、下标志层特征及间距，煤层顶、底板及其附近岩性的组合特征，煤质特征，古生物特征和物性特征等进行对比。

（1）二1煤层

二1煤层上有区域性标志层大占砂岩、香炭砂岩和砂锅窑砂岩，下有潮坪相底板砂岩（Ser）、L7燧石灰岩和C3b铝质岩作对比依据，煤段岩性组合规律性极强，煤层自身的厚度、结构、煤质及物性特征十分明显，容易辩认，对比可靠。

（2）五2煤层 A标志层 ○

五2与五7煤层间赋存一层灰白色细~中粒长石石英砂岩，硅质胶结，较纯净，特征明显。

B煤岩层组合规律 ○五

2

煤层位于五煤

段中部，顶底板常有紫色泥岩，且其上有五

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煤层，下有五2煤层，层

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位较固定，而唯五3煤层厚度较大，大部可采。

C层间距 ○

五2煤层上距五7煤层、五、六煤段分界砂岩及六2煤层分别为10、45和87m，下距五2煤层为5~6m、五煤段底界砂岩35~40m。

D煤质及物性特征 ○

五3煤层结构简单，属粉状半亮煤，灰分相对较低。其视电阻碍率曲线多呈指状、剑状，人工伽玛曲线呈现高异常反映，且多为尖峰或燕尾型，易辩认。

（3）六2煤层 A标志层及层间距 ○

田家沟砂岩为区域标志层，下距六2煤层44m。六煤段底界砂岩含菱铁质鲕粒与泥质条带，上距六2煤层40m。

B煤岩层组合规律 ○

六2煤层位于煤段中部或稍偏下，煤层顶底板上下紫斑段厚度较大，含植物化石较少，且本段仅含煤一层。

C煤质物性特征 ○

六4煤层普遍含矸1~2层，结构较复杂，属块状半暗~暗淡型煤。灰分较高。DLW曲线显示六2煤层处在顶底板尖峰所夹之低谷中，HGG曲线上反映为高异常。

（4）七2煤层 A层间距 ○

七2煤层上距八3煤层、平顶山砂岩底界分别为67m、195m，下距田家沟

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砂岩、六2煤层分别为42m、88m。

B煤岩层组合规律 ○

顶板多为细粒砂岩，其上常发育硅质海绵岩3煤层位于煤段中偏上部，数层，底板以下多见紫斑泥岩。

C古生物特征 ○

七2煤层结构较简单，DLW曲线呈剑状高异常，HGG曲线为单峰状高异常。

2）主要可采煤层

仅述主要研究对象五2、四4煤层。五2、四4煤层位于山西组下部，下距二1煤层底板砂岩顶界及L7灰岩顶界分别为0~6m、7~13m，上距大占砂岩底界、香炭砂岩底界分别为3~15m、25~50m。

据钻孔资料及浅部生产矿井揭露情况，浅部生产矿井区28个点，孔煤厚2~14.95m，平均6.23m，深部3孔平均煤厚1.83m。二1煤层揭露厚度1.73~14.95m，平均厚度为4.03m。且不含夹矸，结构简单。煤层直接顶多为泥岩及砂质泥岩，偶为粉砂岩或炭质泥岩，老顶一般为中粒长石石英砂岩（Sd）。直接顶板以泥岩为主，偶为粉砂岩，老底多为粉砂岩，偶为砂质泥岩或细粒砂岩。

二1煤层厚度变化趋势明显，即沿倾向浅部厚（平均6.23m），深部薄（平均1.83m），在走向上有厚薄相间的特征，如2191孔煤厚为3.23m，其北350m处揭露煤厚6.30m。 2.2矿井地质构造

井田位于华北板块南部嵩箕构造区，即位于箕山背斜南翼次级构造白沙

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向斜的南西翼，属于以拉张作用为主的张应为作用区，发育张扭性断裂。区内构造形态呈单斜状，走向NNE，倾向SEE，倾角10°~18°，北部缓于南部，以近EW向正断层为主（见图2-1），另有NE向正断层、滑动构造及层滑现象。

井田边界断层及区内断层简述如下： 1）彭沟断层：

为井田南部边界断层，西起陈碾村北，向东至三壑口东，被好汉坡断层（方F2）所截，长约3km，走向近东西，倾向北，倾角75°，落差约75m，地表在三壑口处错断了P2sh1，另外在好汉波村办煤矿的井下也见之。

2）老龙窝断层（主F7）

为井田北部边界断层，西起滴水潭西，向东至老龙窝北被琉璃沟断层（方F4）切割后，向东延至黑龙沟交于方F11断层，延展长度3.5km，走向85°，倾向355°，倾角65°~70°，落差30~70m，落差向深度增大，在方山镇办二矿主井南平巷190m处迂之。

3）琉璃沟断层（方F4）

为井田西侧断层，西起栗林西，向北东切过老龙窝断层（F7）后尖灭，长约3km，走向50°，倾向320°，倾角70°，落差50~120m，断距向东变小。

4）好汉坡断层（方F2）

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为井田东侧断层，北至老范沟北，向南交于彭沟断层，断层长约3km，走向50°，倾向320°，倾角70°~80°，落差70~200m，断距向东变小。2194号孔见P1x下部与P1sh中部接触。

5）滴水潭断层（方F5）

该断层横过井田中部，西起砂石岭北，向东被琉璃沟断层截断后，切过井田深部延至贺桐东尖灭，长约3km，走向115°，倾向25°，倾角60°~70°，落差20~40m。老君庙沟水池东见St与煤段下部接触，2233孔六2煤层被断失，但223线剖面上显示方F5切割深度未达到P1sh，表现二1煤层连续性好，故其断距与切深向东趋减。

6）上庄断层（方F3）

断层由三古桐西延至大石坡北尖灭，长约2km。走向80°，倾向155°~170°，倾角60°~70°，落差约20m。地表见二1煤层露头被错开，并且在方山煤矿、北石煤矿井下均迂见，219剖面有控制。该断层落差与切割深度向深部递减，地表迹线在井田浅部消失，断煤交线未延至井田，井田二1煤层未受其切割。

区外东南方向有一滑动构造。219线剖面显示，滑体向SE滑移，滑面赋存于石盒子组地层中，未铲到二1煤层。

另据矿井资料，二1煤层与其顶、底板间存在短距层滑现象，造成煤层厚度小范围内有所变化，但对煤矿生产影响不大。

综上所述，井田整体属一单斜构造，构造形迹主要为张断裂，但却稀疏。涉及井田的正断层共5条，其中南北两条为边界断层（方F1、方F7）。另外3条（方F3、方F4、方F5）皆由浅部延入，而且方F3与方F4未切至区内五2、

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四4煤层，方F5虽于－150m等高线以浅切断了五2、四4煤层，但断距仅20m。因此，井田复杂程度当属简单类。 2.3矿井水文地质条件

3、水害因素分析及突水威胁程度评价 （一）、主要含水层

根据地质报告分析,主要充水层是煤层的顶板砂岩裂隙水，因此对四4、五2、六4煤层顶板含水层进行较详细的阐述。

1、四4煤层顶板砂岩含水层（组）：

含水段由泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、砂岩组成，厚度20～40m，含水层为其中的细、中粗粒砂岩，以中粗砂岩为主，含水层总厚0～25.36m，一般厚7～12m。含水层裂隙不发育，多为密闭节理；冲洗液消耗量0.02～0.40m3/h,一般为0.04～0.12m3/h。属于弱水富水的裂隙压含水层。

2、五2煤顶板含水层

含水段由泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、砂岩等岩层组成，厚度20～45m，含水层为其中的细、中、粗粒砂岩，以中粗砂岩为主，含水层总厚2.2～28.8m，一般厚13～16m。含水层裂隙不发育，冲洗液消耗量0.02～0.40m3/h，一般为0.04～0.10m3/h。属弱富水的裂隙压含水层。

3、六4煤层顶板砂岩含水层（组）：

含水段由泥岩类和细、中料砂岩组成，含水层厚度20～35m，大部分为20～25m，含水层由其中的细、中料砂岩，含水层总厚2.2～8.m，一般厚3～6m。含水层裂隙不发育，多为方解石砾充填，冲洗液消耗量0～0.30m3/h，一般为0.04～0.10m3/h。属弱富水的裂隙承压含水层。

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上述各含水层均为相应煤层直接充水的主要含水层，相邻各含水层间都有厚度较大（大于20m）的泥岩地层相隔，彼此间均无水力联系。

（二）、地下水的补给与排泄

由于主要煤层顶板含水层的富水性和补给、排泄条件基本相同，因此进行综合评述。

1、地下水的补给：

三个主要含水层均出露于山脊西坡的中、下部，大气降雨大部分流失，仅水部分下渗补给含水层，大气降雨首先渗入含水层露头部位的风化裂隙带中，形成潜水，然后再补给含水层，形成承压水，六4煤顶板含水层浅部风化带的潜水除一部分补给本含水层外，另一部分则沿山坡风化带向下运移给五2煤顶板含水层潜水带，以至四4煤顶板含水层潜水带。因此四4煤顶板含水层的补给条件要较六4煤稍好一些，五2煤居中。对各主要含水层补给量的大小，则取决于本身的径流和排泄条件。总之，大气降水是诸含水层的主要补给来源。

矿区开采历史悠久，浅部煤层大多数被采空，废弃老窑积水是各含水层的另一补给来源。此外区内断层，尤其小断层十分发育，与断层对口部位的其它含水层也会给微量的补给。

2、地下水的径流与排泄

各主要含水层的强径流带是其浅部风化裂隙潜水带，地下水主要沿山坡向下部含水层运移。因各含水层裂隙均水发育，导水微弱，仅有少部分潜水进入含水层后向生产矿井或深部缓慢运移。上述分析表明，目前生产矿井和小煤矿的充水是各含水层的主要排泄通道，此外雨季时表层潜水亦沿风化裂

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隙排泄于下部含水层。

（三）矿井充水的影响因素

据生产矿井的水文地质调查资料，煤层顶板砂岩裂隙来水是矿井充水的主要水源，一般出水较弱，涌水量不大。下面对影响矿井充水的诸因素分别予以评述。

1、大气降水

因为各含水层的主要补给来源是大气降水，所以大气降水则是影响矿井充水的关键因素。降雨量随季节性变化很大，矿井充水量亦受季节影响大幅度变化。对开采四4煤的8对生产矿井调查：雨季涌水量是旱季的1.33～5倍，一般为3倍左右；据开采五2煤的8对生产矿井排水资料，雨季涌水量是旱季的1.6～8倍，一般3～4倍；开采六4煤的6对生产矿井排水资料，雨季涌水量是旱季的1.33～4倍，一般2.5～3倍；总体来讲，开采浅部煤层且采掘时间较短的小煤矿其排水量随季节变化较大。雨季变化幅度是旱季的4～8倍。例如，方山镇办五矿（采四4煤，开采3年）变化幅度5倍；赵家门矿（采五2煤），变化幅度8倍；方山煤矿（采六4煤，现停采）变化幅度4倍等。而开采深部煤层且采掘时间较长的生产矿井其排水量随季节变化幅度较小，为1.33～2倍。例如好汉坡村办矿（采四4煤，开采11年），花石煤矿（采六4煤）的变化幅度均为1.33倍。

（2）老窑积水

本区各煤层露头附近老窑遍布，浅部风化带附近的煤层大部分被采空并有大量积水，成为其下部及深部含水层的稳定补给源。当采煤接近老空区时，要谨防老窑突水，造成淹井事故。

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（3）生产矿井排水

区内正在开采主要煤层的生产矿井和小煤矿大都在废弃老窑之间采空部或下部，生产矿井排水无疑对废弃老窑起了很大疏干作用，对深部煤层开采亦具有一定的截流作用。但若这些生产矿井的废巷和采空区积水时，则可能对深部煤层开采造成威胁。

（4）断层水

区内已查明的断层13条，全部为正断层，且这些断层富水性都较弱，基本上属隔水断层。南部边界为彭沟正断层，倾向北，断距70m，使各主要煤层的顶板含水层与断层下盘砂泥类地层对接，基本构成一条隔水边界。例如好汉坡村办煤矿在井下见该断层，无水。南东部边界为杏山破正断层，断层倾向南东，断距约200m，它将矿区块段抬起，使六4煤顶板含水层与断层上盘的平顶山砂岩相对口，因此开采该断层附近六4煤应注意平顶山砂岩裂隙水突入矿井；而五2煤和四4煤顶板含水层则分别与断层上盘的七煤组上，下部砂岩和泥岩类地层对口，构成微弱补给边界。北部边界有庄沟和阎坡两正断层成倾向为北与北东，断距分别为800m和50m，将矿区块段抬起，使各主要煤层的顶板各含水层分别与断层上盘的石千峰组地层和相应煤组上部的砂、泥岩类地层对口，构成矿区的一条隔水边界。此外，矿区内还有上庄、湾水潭、都家岭、老龙窝、官地咀、竹圆沟等断层，断距15～45m，它使各主要煤层顶板含水层的另一盘对口部位稍微上下错动，亦起到一定阻水作用。

矿井水文地质调查表明，各主要煤层井下采掘遇大小断层（断距15～70m）约50m处，均未发生涌水现象，证明这些断层均不溢水，是弱富水断

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层。、

综上所述，本矿各主要煤层均属以顶板砂岩裂隙充水为主，是水文地质条件简单的矿床。

（四）矿井涌水量预计

根据矿井延深补钻勘探地质报告，本井田四4煤矿井涌水量为： 正常涌水量（旱季）：112m3/h 最大涌水量（雨季）：358 m3/h 五2煤矿井涌水量：

正常涌水量（旱季）148 m3/h 最大涌水量为（雨季）：393 m3/h

根据一般情况，矿井涌水量应为二者之各和。但根据现在矿井实际涌水量推测矿井现在正常涌水量160 m3/h，最大涌水量为360 m3/h。

（四）、矿井水文地质类型

综合上述，本区水文地质类型为：本矿各主要煤层均属以顶板砂岩裂隙充水为主、水文地质条件简单的矿床。 3.1水害因素分析

1）地表水及孔隙水 3.2矿井充水条件

3.2.1、矿井充水因素 1）充水水源 ①大气降水

大气降水是以间接方式对矿井充水，其表现形式主要有两种：一是通过

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补给各含水层使矿井涌水量在雨季增大；二是通过采空区地表的塌陷裂隙及断层等直接向矿井渗透，其结果是矿井雨季涌水量通常比正常时期大一倍以上。

②地下水

影响矿井开采的含水层为二1煤层顶底板直接充水含水层。顶板直接充水含水层富、导水性差，对矿井充水方式往往为顶板淋水，一般不会影响矿井安全。底板直接充水含水层为太原组上段灰岩含水层，富、导水性相对良好，为矿井充水的主要水源，如缺少寒灰水补给水源不会影响矿井安全的，但是一定条件下可与下伏含水层沟通并突入矿井，则需要引起警惕。

③生产矿井及停闭矿井积水

井田以浅分布较多的生产矿井，还有停闭矿井，其采空区中多有积水，在构造作用、开采影响及冒顶等情况下，可能导致积水涌入矿井。因此在靠近浅部采煤时，应采取相应预防措施。

2）充水通道

依据通道性质、充水量及充水速度可归纳为渗入性和溃入性两种通道。 ①渗入性通道

指充水水源沿裂隙、孔隙下渗，以淋水方式进入矿井的通道。如五2、四4煤层顶板含水层水沿渗入性通道进入矿井。渗入矿井的地下水水量小，流速慢，一般不会酿成淹井事故。

②溃入性通道

指水体可以较大流量迅速进入矿井的通道。主要包括延至地表的冒落裂缝，断层破碎带及未封或封闭不合格的钻孔。这些导水通道导水能力强，水

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源通过这些通道进入矿井可造成矿井突水。

3.2.2、涌水量预算

本矿与三古洞矿的水文地质条件基本相似。三古洞矿排水量为140~180m3/h，开采面积1.9km2，开采水平为+150m，水位采用2236孔C3t上段石灰岩的水位标高+427.74m，以此为基础采用比拟法预算本矿井的涌水量。

根据本井田的实际情况，此次矿井涌水量预算分两个水平，即以二1煤层底板等高线－150m以浅和全井田两块段进行，预算面积分别约为2km2和3.74km2。

采用公式：QQ1·FS· F1S1Q、F、S——分别为预算矿井的涌水量（m3/h），开采面积（m2）和水位降深（m）.

Q1、F1、S1——分别为生产矿井的涌水量、开采面积和水位降深。 （一）－150m以浅预算结果

Q1402427.74150207.12m3/h 1.9427.741502427.74150266.82m3/h 1.9427.74150Qmax180（二）全井田预算结果

Q1403.74427.74300317.80m3/h 1.9427.741503.74427.74300408.61m3/h 1.9427.74150Qmax180需要说明的是：由于本井田开采深度较大，井田内断层导水情况难以完

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全查明，此次预算的矿井涌水量不包括断层引层突水的涌水量。

3.2.3、井田水文地质类型

根据二1煤层直接充水含水层的性质及补给条件，二1煤层顶板直接充水含水层为山西组砂岩含水层，底板直接充水含水层为太原组上段灰岩含水层，且底板直接充水含水层的含水性明显强于顶板含水层，其补给条件差，露头区被黄土覆盖，地表泄水条件良好，属于中深部井田，煤层距下伏寒灰富含水层距离很大。单位涌水量小于300m3/h，采掘工程一般不受水害影响。因此，二1煤层是以底板岩溶水为主的矿床，水文地质条件简单。 3.3突水威胁程度评价

二1煤层下伏强含水层为上寒武统灰岩含水层，该含水层厚度大，补给范围广，其静止水位标高为+273.43m，下一步开采二1煤层将沿其底板标高-150m及-300m，这将处在低于寒灰水头值423.43m与573.43m承压水上采煤，这时最关注的是煤层底板是否会发生突水、突水的生质与突水量大小及其发展趋势。突水系数作为评价底板突水可能性的一种方法，方法简便，应用比较普遍。

二1煤层至寒武灰岩间隔水层厚度平均约70m，其底板承受寒灰水头压力为4.93与6.43Mpa，突水系数计算如下：

TS1P4.930.085MPa/m MCp7012P6.430.111MPa/m MCp7012TS2式中：

Ts——突水系数（MPa/m），Ts1、Ts2分别为-150m与-300m突水系数；

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P——隔水层底板承受的水压（MPa）； M——底板隔水层厚度（m）； Cp——采动对底板隔水层扰动破坏深度（12m）。

根据《矿井水文地质规程》以及构造对突水系数的影响，对突水系数作了如下规定，底板受构造破坏块段突水系数不大于0.06MPa/m，而正常块段不大于0.15MPa/m，否则具有突水危险。

对照本井田的构造发育情况，整体属一单斜构造，倾角10~18°，断裂稀疏，构造复杂程度属简单类型，基本属于构造并不发育的正常块段，因此突水系数不论-150m水平或-300m水平均未达到0.15MPa/h，由此说明方山矿根据现有资料，带压（寒灰水）开采尚无突水危险。另外一个因素，太原组灰岩下段含水层下距寒灰含水层较近，这样在断层带附近可获得寒灰水越流补给，这也就是说它包含了太原组下段灰岩水的影响因素，换句话说底板隔水层厚度变薄了约10m，其突水系数分别为0.103MPa/m与0.134MPa/m，仍未达到0.15MPa/m，仍不具有突水危险。以上是应用突水系数从总体上根据底板隔水层厚度与完整性，认为不发生突水，但是随着工作深入，应注意采场各个部位的差异，比如底板隔水层急剧变薄带，还有隐伏断裂、裂隙发育带等部位，因为这些部位相对来说，需要注意有可能发生突水。 4、矿井防治水规划与设计 4.1防治水存在的问题

本矿水文地质勘探程度很低，不仅未有揭露寒灰含水层钻孔，而且穿过二1煤层钻孔也少，因此缺少寒灰水位动态资料，二1煤层底板至寒灰间隔水层厚度变化情况及薄弱地带不清楚，隐伏构造地段不了解，从邻区来看多表

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现富水性较强，但不均一，这样当井下工程揭露时，以及受采动影响和承压水作用造成的破坏，在构造发育地段就有可能导致寒灰水沿其构造破碎带涌入矿井。

4.2近期与中长期防治水规划

1）近期防治水工作

主要为两项内容：（一）利用物探手段探查井田内富水性块段及含导水构造，具体而言在地面采用瞬变电磁法，除了探查滴水潭断层向东延伸位臵与含导水性，还需清查井田范围内二1煤层底板富水性地段；利用三维地震对二1煤层首采区或首采面，探查5m左右的小断层。（二）针对物探异常用钻探加以验证。

2）中长期防治水规划

主要包括两项内容：（一）为从宏观上控制整个矿井水情，需在物探基础上布设一定数量的钻孔进行补充水文地质勘探，包括寒灰观测孔，通过建立地下水动态观测网（必要时进行放水试验）及水化学工作，来查明寒灰富水区与地下水迳流带以及隐伏构造如断层和裂隙密集带的分布地段。因为地下水的水位动态变化能直观地反映含水层的水文地质条件，而掌握井田地下水的时空变化规律，这是查明水文地质条件，正确制订防治水措施的基础工作。方山矿目前尚无水文地质孔，下一步计划布设6~7个水文地质孔。由于该矿水文地质条件简单，暂不打算进行放水试验，这样经过补充水文地质勘探，根据地下水的自然流场的分析研究，以便于掌握底板灰岩水不同地段富水性情况及其主要迳流地带。（二）具体到工作面，虽然能粗略了解寒灰含水层的富水性概况，但其富水地段的位臵和范围不清楚；虽然能了解隔水层

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的大致厚度，但具体到某一地段的确切厚度不清楚，尤其是构造对底板隔水层完整性造成的破坏程度也不清楚，因此这就需要通过综合物探手段来查明寒灰富水地段及隔水层薄弱带的具体位臵。在综合物探基础上，有针对性地布臵寒灰水探查孔，并进行带压系数试验，借以了解不同地段寒灰水的富水性，确切了解寒灰顶部古风化壳的渗透性，尤其是二1煤层底板隔水层薄弱带的阻水性能，在此基础上对寒灰水潜在导水通道和隔水层薄弱带进行注浆封堵与底板加固，以增大底板阻水抗压性能，实现带寒灰水压安全开采，这是采场防治水工作的基础和重点。 4.3防治水技术工作安排

1）矿井排水系统

根据方山矿地质资料显示：矿井正常涌水量为80m3/h，最大涌水量为120m3/h，井深301m，二水平泵房至地面垂高约351.6m，按设计规范要求：井下主排水泵工作能力必须在20h内排出矿井24h的正常涌水量，且备用水泵不小于工作水泵台数的70%，依据上述要求，对矿区井下排水，采取一级排水，由泵房排至地面。

泵房选择三台水泵，型号为MD280—43×9，流量为280m3/h，扬程为380m，其中一台备用一台检修。二趟排水管，管径直径200mm，一趟工作，一趟备用，沿副井敷设于地面。

选型依据

①水泵及其数量选择

正常涌水时水泵必须排水量：

Qr317.824381.36m3/h 2025

最大涌水时水泵必须排水量：

Qmax408.624490.33m3/h 20水泵扬程估算 Hr=k(Hs+5.5)=1.1×(215+5.5)=243m

②排水管及吸水管管径选择：按经济流速1.75m/s计算

Dg4Q45000.318m318mm V36003.141.753600选用排水管直径320mm。

吸水管直径：接吸水管径比排水管直径大一级选，吸水管径为Dg=345mm。

③计算管路突际所需扬程：估算管路附件扬程损失约haf=6mm，管路扬程损失为24mm，管路实际所需扬程为：

H=Ha+Hs+Haf=215+5.5+(24+6)=251mm

根据计算扬程在选择水泵时，应比计算值大5~8% 即251×1.08%=271mm，取280mm 2）井上下物探方法的选择 ①地面物探方法

方山矿水文地质补勘工作重点在于探查寒灰水的富水性、水位、隐伏导水构造，以及二1煤层底板隔水层的阻水能力。本次在吸收以往经验的基础上，主要根据导水通道的水文地质特征，通过地下水的自然流场、人工流场与水化学场大量观测数据，然后利用物、化、钻探等方法，采用井上下相结合综合探查，其方法途径见防治水设计框架图（图4-1）。

本次地面物探主要采用瞬变电测技术。因为瞬变电磁法观测纯二次场，对含导水构造低阻体反应敏感，分辩率高，虽然本地区地形有一定高差，但

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可进行瞬变电磁施工，而且矿区地层沉积序次清晰，地层相对稳定，因此在横向上与纵向上都存在固定的变化规律等地层电性特点，因而能取得较好的效果。三维地震方法优点，精度高，穿透深度大，对于探查小构造效果不错，虽然本井构造简单，但是考虑到煤矿规程要求，需在首采区或首采面进行地震方法。

②井下物探方法

无线电波透视法（又简单坑透法）与井下直流电法都已经是成熟的物探方法。其前者的方法原理是电磁波在地下岩石中传播时，由于不同岩性在电性上差异，结果造成电磁波能量吸收不同，比如电阻率低的就有较大的吸收作用；还表现在通过构造面时会对电磁波产生反射、折射等作用，结果使电磁波能量造成损耗，这样当电磁波穿透岩层途中，迂到断层，陷落柱或其它构造时，会造成电磁波的能量被吸收或屏蔽，结果在接收巷道只能收到微弱信号或收不到信号，从而形成一个“阴影区”。这样变换发射机和接收机的位臵，即可交汇出要探测区段的地质异常体位臵。井下直流电法是基于岩层的电性差异，用于探测工作面内导水构造及富水性。一方面从平面上反映构造断裂系统与富水性，另一方面从纵向上反映含水构造的上下联通关系。比如底板一定深度范围内存在导水构造或富水地段，则反映明显的低阻，以此达到探测导水构造及富水性的目的。

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防治水工程总体设计框架 图4-1

矿区水文地质补充勘探 地面物探工程 三维地震 瞬变电磁 趋势面分析 构造展布 富水地段 建立地下水动态观测网 放水试验与水化学工作 自然流场 人工流场 圈出主要迳流带与防范地段 采场水情探查 井下物探 直流电法 坑 透 音频电透视 圈定构造异常 重点防范地段 一般防范地段 安全区 超前探水工程 28

4.4防治水钻探工程设计

方山矿主要开采二1煤层其突水威胁主要来自煤层下伏寒灰水。因为寒灰含水层厚度大。补给范围广，动静储量大，其防治水对策只能以防为主。

1）、建立地下水动态观测网 地下水的水位动态变化，能直观系统地反映含水层的水文地质条件，因此长期监测多层含水层的水位动态度化规律，是探查矿井水文地质条件，正确制定防治水措施的基础工作。为了查明寒灰含水层富水地段的位臵及范围，尤其主要迳流地带的展布特点，本次观测的重点应放在寒灰及太原组下段灰岩含水层。

①钻孔布臵原则

本次水文地质外探以井田中深部地带为主，本着一孔多用的原则，既是水文地质探查孔，又是观测孔和试验孔，通过岩芯取样，一方面为岩石力学测试和带压系数测定提供条件，另一方面借以掌握井田中深部二1煤层底板隔水层岩性、厚度及其在平面上变化特点。

本次设计7个孔测孔，其中寒灰5个，太灰下段2个，多为井下孔，主要沿井下大巷布臵，等巷道开拓掘进出来后，再进一步确定。上述观测孔终孔孔径不应小于75mm。所有观测孔布臵，既要考虑到使整个井田形成网，又要结合生产安排与水文地质特点，对不同部位有所侧重。

②目的层位选择

方山矿开采五2、四4煤层时，主要水害威胁来老空水，特别是寒灰水与太原组下段灰岩水相返沟通时危害最大，因此探查目的层为寒灰

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与太灰下段含水层，通过观测含水层地下水动态变化，一方面在平面上了解井田范围内富水地段的分布位臵，同时在纵向上分析研究不同含水层间的水力联系情况。

③放水试验

根据建立的地下水观测网，所获取的下伏含水层富水性与地下水动态变化情况，再决定是否进行放水试验。因为方山矿水文地质条件比较简单，如果根据水文地地质探查资料显示，富水性较弱，且底板隔水层厚度变化不大，完整性较好，一般无需进行放水试验；而如果显示富水性较强，且存在主要迳流地带，则需进一步通过放水试验，在自然流场的基础上，借以分析人工流场的展布情况，确定富水地段与底板隔水层薄弱带，以及寒灰水对太灰水的导水通道。

（4）防治水设计的施工要求

A放水孔组布臵，计划布臵一个放水孔组，即4~5个孔（包括一个○

备用孔），每个放水孔位臵应在井下物探工程基础上确定孔位，即臵于灰岩岩溶裂隙集中发育地段，孔距10~30m，以便能放出最大水量，形成显著的降落漏斗，使矛盾充分暴露，能够较清楚地揭示井田水文地质条件。

B水文地质观测孔布臵，○既要考虑整个井田范围形成观测网，又要结合生产安排与水文地质特点，在充分利用井下巷道布孔的基础上，对不同部位有疏有密。

C钻探施工中的安全措施，根据方山矿邻区揭露的寒灰水位资料，○

以及-150m水平二1煤层底板将处于4MPa以上承压水头值，因此钻探施

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工中应注意安全措施：要求开孔层位选择在坚硬完整之岩层地段。开孔钻进至8m处应孔口管进行注浆固结，等固结48小时后，扫孔进行试压，72小时后作孔内耐压试验，孔口压力达6MPa，耗水量不大于20L/min，孔口周围不漏水，稳定20~30min即为合格。然后安装质量合格耐压达6MPa以上的控制水闸阀，方可换位钻进。为了不影响施工进度，孔口闸阀安装时间不宜过早，建议在钻进到预计深度前10~15m时安装。等钻入至含水异常体部位并且出水后，可进行水量与水压观测。这将通过孔口装臵安装的压力表和流量计，进行水压与水量测试，水温可采用普通温度计。孔口装臵要同钻孔套管（包括孔口管）的法兰盘连结在一起，并且易于拆卸，在测量过程中要求不漏水。在钻进过程中，一旦发现钻孔中水压，水量突然增大，以及顶钻等异常情况时，必须立即停钻，但不能拔出钻杆，须立即报告调度室，采取处理措施。

D示踪试验，○选择耗水量较大的观测孔灌入示踪剂和清水，然后在放水孔定时取水样，进行示踪离子接收检测，以了解灰岩水流场和水流运移速度。

E水化学试验，○井下各观测孔和放水孔在放水前和放水结束后，各取水样一个作水质简分析和同位素检测。放水期间对放水孔每天取简分析样一个，每5天取同位素检测水样一个（对于孔组放水试验，选取放水量最大的孔）。取水样的同时测定水温。

F根据本矿不同类型含水层的水质实际资料建立水文地质数据库。○

为今后防治水措施提供依据。

前面是立足于整个井田范围，从宏观上探查灰岩水富水地带或主要

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迳流地带，但具体到工作面内富水地段及隔水层薄弱带的位臵和范围不清楚，因此这就需要深入采场，通过井下物探如直流电法以圈定异常区，然后用钻探进行探水验证。因为井下直流电法是基于岩性电性差异，用于探查工作面内导水构造及富水性。一方面从平面上反映构适裂隙系统的富水性，另一方面从纵向上反映含水构造的上下连通关系。比如底板一定深度范围内存在导水构造或富水地段，则反映低阻，以此达到探测导水构造及富水性的目的。

考虑到物探的多解，需针对物探探测的异常区，通过打钻来验证。钻孔可布臵在下巷与上巷，以斜孔打向工作面底板下部。这除了验证物探结果外，必要时还需要通过钻探过程中相关参数测试求出带压系数，再结合其它参数，对采面回采过程中能否发生突水进行判别。最后通过探查验证与带压系数试验揭露的问题，进行不同形式的底板注浆加固：一种是针对寒灰或太灰下段灰岩水与隔水层砂岩裂隙水对应关系及沟通联系，当有潜在导水通道，则实行“卡脖子”粒浆；另一种则是通过底板隔水层的可注层位对构造薄弱带进行注浆加固，通过浆液的固结及其与围岩的胶结起到加固作用，以增大底板隔水层的阻水抗压性能。 4.5采场防治水探查设计

1）、井下探查底板隐伏构造

方山矿井下探查相对于一矿而言，构造要简单得多，因此井下工作可在工作面的上下巷与切眼形成后，先利用坑透仪对工作面内部探测底板构造，根据该矿构造特点，引起矿井突水的导水通道可能主要将是小断裂和裂隙；再利用井下直流电法对工作面底板，探测其下伏含水层与

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隔水层的低阻异常，确定下伏含水层的富水地段及其原始导高。通过上述综合物探，用以圈定可能突水的异常区段。

2）、钻探验证和底板注浆加固

针对综合物探探测的异常区，通过打钻来探查验证。关于井下钻探施工，可在工作面下巷与上巷布设钻窝，以斜孔打向工作面底板下部。关于孔口结构与带压系数试验，已在前面一矿作了专门介绍，这里就不重复了。通过钻探验证与带压系数试验所揭露的问题，针对异常区段的位臵与范围，一般以扇形孔进行底板注浆加固。具体而言，一处是针对底板灰岩水潜在导水通道，实行注浆充填，目的封堵水源；另一种是针对底板隔水层薄弱带可注层位进行注浆加固，以增大底板隔水层的阻水抗压性能。

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