毕业论文-山西焦煤汾西矿业集团双柳矿防治水分析规划

山西焦煤汾西矿业集团双柳矿防治水分析规划中国矿业大学成人教育学院地质20102学号101101807指导老师权彪2011年9月摘要本文主要对双柳矿井的地质构造，地下水等的研究，目的使之能更好服务生产进而取得良好的效益，研究的方法主要是实地观察，测量和参考文献。取得较详细的地质资料，提出了地质工作的重要意义，轻视地质工作必定带来不利局面，提醒煤矿必须重视地质工作。关键词矿井地层构造水文意义目录目录1前言11矿区概况311矿区交通地理概况312矿区地理313矿井生产概况414矿井以往水文地质工作42井田地质、水文地质521地层522构造9221区域构造9222井田构造1023井田内主要含水层1124井田内主要隔水层15231上组煤隔水层16232下组煤底板隔水层17233奥灰顶部相对隔水层183矿井水文地质条件及其水害类型1931水文地质条件分析19311区域水文地质19312井田水文地质2032矿井开采水文地质特征20321矿井涌水特征20322主要充水水源及其特征21323矿井充水途径23324矿井目前存在的水文地质问题2433煤层受水害威胁程度评价25331底板破坏深度分析25332冒落裂隙带发育高度25333矿井涌水量预测274矿井水文地质类型划分285防治水整体规划（20102014）3051防治水规划时间、依据3052防治水规划技术路线306矿井防治水规划与设计3261水文地质物探3262构造导水性探查34621陷落柱导水性探查34622聚财塔断层（导）富水性探测3563太原组灰岩水的探查及疏放36631目的与任务36632太灰水的探查37633太原组灰岩疏放技术方案3864采空积水疏放39641采空积水疏放技术方案39642探放老空水的安全措施4165防水煤柱留设4264掘进工作面与采煤工作面防治水技术措施43641巷道掘进阶段43642工作面回采阶段4765地表水的防治477防治水专项技术研究4971带压开采技术研究4972矿井构造控水研究5273采煤工作面底板突水预测预报56731采煤工作面底板突水前兆监测56732应力原位测试技术60733矿井水文自动监测报警系统628矿井日常水文地质工作内容与技术要求6481水文地质补充调查和观测6482矿井水文地质基础资料和图纸6583工作面水害预测与防探水6684其他防治水措施669矿井防排水系统评价6610防治水工程实施进度与费用概算68结论与建议69参考文献致谢前言煤矿水害是与瓦斯、火灾等并列的矿山建设与生产过程中的主要安全灾害之一，长期以来，因为煤矿水害而给国家和人民带来的人身伤亡和经济损失极为惨重。近年来，煤矿重特大水害事故、突水淹井、淹采区事故多发，并有逐步上升的趋势。为遏制煤矿重特大水害的事故的频繁发生，国家安全生产监督管理局和国家煤矿安全监察局就加强大煤矿防治水工作提出了关于加强煤矿水害防治工作的指导意见（安监总煤矿（2006）98号），明确要求煤矿企业要认真编制并组织实施矿井中长期防治水规划和年度防治水计划。2006年6月15日，国家煤矿安全监察局局长赵铁锤在全国煤矿水害防治工作座谈会上再次要求各煤矿企业和有关单位要针对当前及今后一个时期煤矿水害防治工作的实际情况，认真编制煤矿防治水规划和水害应急预案，建立矿井水害防治工作长效机制。这一方面表明了国家有关部门在对煤矿水害的高度关注，另一方面表明了煤矿中长期防治水规划在防治水工作中的重要性。双柳煤矿是汾西矿业集团主力矿井之一，双柳井田地处河东煤田中部，在水文地质单元中属柳林泉域系统。现年产原煤250万吨，目前开采二叠系山西组3、4煤层（上组煤）。在未来5年内，双柳煤矿计划开采石炭系8、9、10煤（下组煤），由于开采深度增大，面临的水文地质问题更加严重。上组煤和下组煤层都存在带压开采问题。上组煤距离太原组灰岩含水层2030M，承受太灰水压25MPA，下组煤距离奥灰含水层平均60M，煤层底板承受奥灰水压2728MPA。同时由于下组煤层的直接顶板为太原组灰岩，在开采过程中受到顶板灰岩水的影响。已探明和未探明的断层及陷落柱的导水性也是双柳矿现存的较大水文地质问题。鉴于以上存在的诸多水文地质问题，汾西矿业集团委托煤炭科学研究总院西安研究院为双柳煤矿编制防止水5年规划，合理地安排矿井防治水工作，避免矿井防治水工作的盲目性，合理而有计划、有步骤地安排防治水的工程和科研项目，确保煤矿安全和高产高效。本项目在实施过程中收集了矿井已有地质、水文地质资料，分析了矿井水文地质条件，确定了矿区存在的水文地质问题，并针对双柳煤矿的水文地质特点，结合双柳煤矿的采掘计划，提出了双柳煤矿的防治水规划总体思路，确定了双柳煤矿防治水策略，论证了各项探查工程的必要性，合理性和可行性。从矿井地下水观测网建设、矿井水文地质补充勘探、工作面水文地质条件探查、防治水工程安排以及矿井日常水文地质工作要求等方面，全面规划了双柳煤矿今后的防治水工作。规划的制定将对双柳煤矿以后的防治水工作有很大指导作用，其实施将保障矿井的安全高效生产。本规划编制依据1、煤矿安全规程国家安全生产监督管理局，国家煤矿安全监察局，2007年1月；2、矿井水文地质规程（煤炭工业部，1984年5月）；3、矿区水文地质工程地质勘探规范（国家技术监督局，1991年）；4、井下探放水技术规范（煤炭工业部，1996年12月）；5、建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程（国家煤炭工业局，2000年5月）；6、关于加强煤矿水害防治工作的指导意见（国家安全生产监督管理局，国家煤矿安全监察局安监总煤矿（2006）98号）；7、双柳煤矿水文地质补充勘探报告（煤炭科学研究总院西安研究院，2008年）；8、双柳煤矿20102014年生产衔接规划；9、煤矿防治水规定（2009年12月1日，国家煤矿安全监察局）第一章矿井基本概况1矿区概况11矿区交通地理概况汾西矿业集团双柳煤矿位于山西省河东煤田中部。南距柳林县城17KM，行政区划属吕梁地区柳林县。井田面积3103KM2，其范围北至三交三号井田精查区13剖面线，南至聚财塔北断层，东至精查区东界。区内交通较为便利，柳林县有铁路和公路与全国各地相通，县城通往孟门镇的油路从矿区中部穿过，距307国道16KM。图11交通位置图12矿区地理本区属吕梁山系，为典型的黄土高原地貌。地形形态主要为侵蚀地形，表现为强烈切割的梁峁状低中山黄土丘陵，冲沟密集而窄、河床基岩出露。区内植被稀少，水土流失严重。纵观区内地形，东高西低，沟谷基本呈东西向垂直黄河分布。区内地形最高点位于白家坡南，标高10005M，最低点为西南角的黄河滩，标高6440M。本区属黄河水系，区内无大的河流，只有数条东西向的季节性流水的冲沟向西汇入黄河。雨季水流量大，79月份流量占全年的5070。黄河从区西缘流过，流经距离约10KM，河床高程约610650M，年平均流量9244M3/S，最大流量19500M3/S。本区地处晋西北黄土高原，为大陆性季风气候，暖温带半干旱地区。年平均气温88，1月份最低，平均为76，7月份最高，平均226。多年平均降水量5193MM，最大降水量在7月份，为1299MM，最小在12月份，为36MM。蒸发量年平均值为21419MM，最大在6月份，平均为3623MM。13矿井生产概况双柳煤矿前身是柳林的白家焉煤矿，为年产15万吨的地方小煤矿。1999年，汾西矿务局在国家煤炭工业局以煤规字1999第129号关于成立汾西矿务局双柳煤矿的请示和国家计委以计1999第946号关于汾西矿务局双柳煤矿扩界问题的批复的基础上，对原有井田进行扩界后开始技改扩建，从1998年9月18日开始建井，2001年6月29日开始投产，2002年5月28日正式挂牌成立双柳煤矿，隶属汾西矿业集团有限责任公司，原设计生产能力150万吨/年，经过多次技改扩建，目前主采山西组煤层，实际生产能力300万吨/年。矿井采用立、斜井混合开拓方式，采区是大巷中央开拓，双翼布置工作面回采；工作面采用长壁后退式进行回采。2005年产量1467万吨，2006年产量1961万吨，2007年产量达到2418万吨。计划2012年开采下石炭系组煤。14矿井以往水文地质工作1989、1995年148地质队提交的详查、精查报告分别于己1990、1997年被山西省煤管局和中国煤田地质总局审查批准，涉及本区钻孔共9个，其中井田内6个。1999年，汾西矿务局生产勘探队在上述工作的基础上，完成了双柳煤矿地质报告，报告认为初步查清了本区水文地质条件，确定了水文地质条件为简单的裂隙岩溶充水矿床，指出了奥灰水潜在威胁，同时报告还指出钻孔工程偏稀，还需在生产建设中进行补充勘探。2005年3月，煤炭科学研究总院西安分院完成了双柳煤矿开采水文地质可行性论证研究，该报告认为双柳煤矿上组煤开采水文地质条件相对简单，充水水源主要为山西组裂隙含水层，经采掘活动可逐渐疏干，底板太原组灰岩含水层在无垂直导水通道沟通奥灰的情况下，仍以静储量为主。下组煤开采矿井充水水源为顶板太灰含水层和底板奥灰含水层水，具备奥灰突水的不利因素，带压开采方法及其配套措施是防治奥灰突水的基本技术体系。该报告明确提出了双柳煤矿防治水技术路线以及补充勘探的具体要求。2006年11月，山西省煤炭地质148勘查院提交了山西省柳林县汾西矿业集团公司双柳煤矿补勘地质报告，该报告是在井田内各阶段地质勘探资料及三交三号井田精查地质报告的基础上，进行认真的综合分析整理编制而成的，达到了精查报告的研究程度。主要成果一、查明了井田的总体构造形态为一向西倾斜的单斜构造，控制了井田内次级褶曲轴向和产状。二、对含煤地层进行了进一步的研究，查明井田内稳定可采煤层为434、8、989号煤层，查明了煤层的层位、厚度、结构及分布形态和范围。三、查明直接充水含水层和间接充水含水层的岩性、厚度、埋藏条件、水位、水质、富水性及分布情况，地下水的补给、径流、排泄条件，查明了隔水层的岩性、厚度及隔水性能，基本查明了矿井充水水源及途径，并预计了矿井涌水量。确定井田水文地质勘探类型为二类一型和三类一型。即双柳煤矿为以裂隙和岩溶含水层充水为主的水文地质条件简单的矿井。2008年10月，煤炭科学研究总院西安研究院提交了汾西矿业集团双柳煤矿水文地质补充勘探报告，本次水文地质补充勘探共施工水文地质勘探钻孔8个，其中奥灰水文孔3个，太灰水文孔5个，实际完成钻探工程量485449M，抽（注）水试验10层次，水文测井482965M，水质简分析8件，水质全分析39件，同位素测试5组，岩石力学测试74组，完成了11万水文地质386KM2。该报告基本查明了太原组灰岩含水层和奥套系峰峰组、上马家沟组含水层的水文地质条件，探查了太灰与奥灰含水层之间的连通性，运用解析法及数值法预测了矿井涌水量。双柳煤矿属华北型石炭二叠系含煤建造，地层自老至新有下古生界中奥陶统；上古生界石炭系中统本溪组，上统太原组；二叠系下统山西组、下石盒子组，上统上石盒子组及石千峰组，新生界第四系。地层由老至新叙述如下奥陶系中统上马家沟组（O2S）本组与下伏下马家沟组地层呈整合接触。上部岩性为深灰色中厚层状灰岩，泥晶及微晶结构，致密、坚硬、质纯，矿物成分以方解石为主，其次为白云石、石英、燧石及粘土矿物少量，裂隙较发育，以溶蚀裂隙为主，局部裂隙方解石晶体所充填；下部岩性为浅灰色白云质灰岩，微晶结构，中厚层状构造，岩石致密、坚硬，质较纯，局部岩石破碎，裂隙较发育。钻孔揭露厚度50365188M。奥陶系中统峰峰组（O2F）本组连续沉积于上马家沟组地层之上。底部多为角砾状泥灰岩和灰岩。中下部为泥灰岩、灰岩，含脉状及纤维状石膏35层，有时见深灰色硬石膏层；上部为中厚层状石灰岩，质较纯，夹薄层泥灰岩、泥岩。揭露厚度1133511625M，平均厚度11432M。根据岩性由上至下分二段二段（O2F2）灰色、深灰色灰岩，隐晶质泥晶（微晶）结构，中厚层状构造，岩石致密、坚硬，矿物成分以方解石为主，次为白云石，微含泥质。中夹深灰色薄层状泥质灰岩，裂隙不甚发育，且多见方解石所充填。揭露厚度20702752M。一段（O2F1）灰色、深灰色厚层状膏溶角砾岩、石膏岩及硬石膏层，中夹深灰色灰岩及泥质灰岩，泥晶（微晶）结构，厚层状构造，岩石致密、坚硬，裂隙不发育，且多被方解石所充填。揭露厚度85839265M。石炭系石炭系中统本溪组（C2B）本组与下伏奥陶系呈平行不整合接触。根据沉积特征及岩性，由上至下分二段，揭露厚度35254620M，平均厚度4143M。上段（C2B2）岩性为灰黑色砂质泥岩、深灰色铝质泥岩、灰色粉砂岩夹细粒石英砂岩及中粒石英砂岩、灰白色及暗灰色泥质灰岩及灰岩，以及灰黑色薄层泥岩及煤线。揭露厚度22453959M。下段（C2B1）铁铝岩段，岩性为浅灰色、灰绿色铝质泥岩、灰黑色泥岩、砂质泥岩、灰白色细粒砂岩、灰黑色薄层状泥质灰岩，底部为灰绿色透镜状鸡窝状黄铁矿层。揭露厚度6611280M。石炭系上统太原组（C3T）该组以K3砂岩底为顶界，以K1砂岩底为底界，连续沉积于下伏中统本溪组地层之上。根据沉积环境及岩性组合特征，由上至下分为三段，揭露厚度55928745M。上段（C3T3）由K3砂岩底至L5灰岩顶。岩性以深灰色、黑灰色泥岩、砂质泥岩为主，夹薄层炭质泥岩或浅灰色铝质泥岩。揭露厚度5101040M。中段（C3T2）由L5灰岩顶至L1灰岩底。岩性主要由35层深灰色、灰黑色中厚层状生物碎屑灰岩（L5、L4、L3、L2、L1）夹碎屑岩类组成。生物碎屑灰岩为泥晶（微晶）结构，泥质成分较高，裂隙及岩溶不发育，且多被泥质所充填。灰岩中夹灰黑色泥岩、炭质泥岩及浅灰色铝质泥岩，以及灰黑色粉砂岩、细粒砂岩、中粒砂岩（K2）。本段含煤12层，为6和7煤层，为局部可采薄煤层。揭露厚度34994771M。下段（C3T1）由L1灰岩底至K1砂岩底。岩性为灰黑色泥岩、砂质泥岩、炭质泥岩，浅灰色、深灰色中厚层状细粒砂岩，中夹01层极不稳定的生物碎屑微晶灰岩（L0）及浅灰色铝质泥岩。本段含煤3层，自上而下为8、9、10煤层均为可采煤层。底部为灰色、灰白色中厚层状细中粒石英砂岩（K1标志层）。揭露厚度2703941M。二叠系山西组（P1S）该组以K4砂岩底为顶界，以K3砂岩底为底界，与下伏石炭系太原组地层呈整合接触。岩性以深灰、灰黑色砂质泥岩、泥岩、粉砂岩、细粒砂岩、中粒砂岩为主，局部夹灰黑色炭质泥岩及灰色铝质泥岩。自上而下含2、3、4、5煤，为可采煤层，或局部可采煤层。底部为灰色、深灰色厚层状粗粒或中粒长石石英砂岩（K3标志层）。揭露厚度66659635M。A下段以K3砂岩为底连续沉积于太原组之上，厚度变化大，一般为9343143M，平均2030M。由砂岩、砂质泥岩、泥岩及煤层组成。K3砂岩横向分布不稳定，其上发育3、4煤层，为山西组主煤层，厚度稳定全井田可采，局部可采5煤层。B中段从4煤层顶界或S1砂岩底界至2煤上S6砂岩底界，厚度为6042849M，平均167M。主要发育S3、S4两层砂岩及3、2煤层。由砂岩、砂质泥岩、泥岩组成。砂岩横向不稳定，有时合并，厚度达19M。C上段从S6底部至K4底界，厚度为16905366M，平均31M。本段厚度变化大，发育34层砂岩，含24层不稳定煤层。下石盒子组（P1X）该组以K6砂岩底为顶界，以K4砂岩底为底界，连续沉积于山西组地层之上。岩性以灰色、深灰色石英砂岩、长石石英砂岩、粉砂岩、砂质泥岩及泥岩为主。按岩性分上、下两段，本次补勘钻探揭露厚度684510395M。上段（P1X2）由K6砂岩底至K5砂岩底。顶部为灰色、灰绿色夹紫色斑块的铝质泥岩（桃花泥岩），其下为灰色、灰绿色中厚层状粉砂岩、中粒与细粒长石石英砂岩，夹灰色灰绿色泥岩及砂质泥岩，底部为灰绿色厚层状细粒及粗粒长石石英砂岩（K5标志层）。揭露厚度37555155M。下段（P1X1）由K5砂岩底至K4砂岩底。岩性为灰色、灰绿色中厚层状粉砂岩、长石石英细粒砂岩、中粒砂岩、粗粒砂岩，夹灰色、灰绿色、深灰色砂质泥岩与泥岩，底部为灰白色、深灰色中厚层状细粒及中粒长石石英砂岩（K4标志层）。揭露厚度30905550M。上石盒子组（P2S）该组以K8砂岩底为顶界，以K6砂岩为底界，连续沉积于下石盒子组地层之上。岩性主要由灰绿色、灰色、灰紫色、紫绿色、蓝灰色及紫红色砂岩、砂质泥岩和泥岩组成。该组分上、中、下三段，钻孔揭露厚度1722037270M，平均揭露厚度26710M。其中该组以MS5钻孔揭露的地层较全，揭露厚度37270M。上段（P2S3）由K8砂岩底至K7砂岩底。岩性以灰绿色、蓝灰色、紫红色厚层状砂质泥岩和泥岩为主，泥质岩层厚度大，其中夹有灰色、灰绿色泥质条带；其次为灰色及灰绿色中厚层状粉砂岩、长石石英细粒砂岩、中粒砂岩，夹有燧石条带，底部为灰绿色中厚层状中粒粗粒长石石英砂岩（K7标志层）。揭露厚度020735M。中段（P2S2）由K7砂岩底至中间砂岩底。岩性主要为紫红色砂质泥岩，夹灰色、灰绿色中厚层状粉砂岩及细粒长石石英砂岩，以及薄层状黑灰色泥岩，底部为黄绿色厚层状长石石英中粗粒砂岩（中间砂岩标志层）。揭露厚度777512915M。下段（P2S1）由中间砂岩底至K6砂岩底。岩性主要为灰绿色、灰白色中厚层状粉砂岩、细粒长石石英砂岩、中粒砂岩、粗粒砂岩，以及紫红色、灰紫色、深灰色及杂色砂质泥岩与泥岩互层，底部为灰白色厚层状中粒及粗粒长石石英砂岩（K6标志层）。揭露厚度806015215M。第三系上新统（N2）沟谷中多有出露，角度不整合于下伏基岩地层之上。上部岩性以红色砂质粘土为主，结构致密，发育垂直节理。底部为杂色砂砾岩（厚24M），泥、砂、砾混杂，砾石直径大小不一，磨圆度及分选性差，结构疏松，孔隙发育。钻孔揭露厚度60950M，平均746M。第四系上更新统（Q3）及中更新统（Q2）不整合于下伏地层之上。按岩性分为上更新统及中更新统上更新统（Q3）岩性由浅灰、浅黄色粉土及棕黄色粘质粉土或粉砂质粘土组成，颗粒均匀，无层理，结构疏松，具大孔隙，垂直节理发育。钻孔揭露厚度515M，平均10M。中更新统（Q2）岩性由浅红色砂质粘土、棕红色古土壤组成，中夹钙质结核（或钙质薄层）及零星冲积小砾石，结构较致密，垂直节理较发育。钻孔揭露厚度535M，平均1930M。22构造221区域构造双柳煤矿地处河东煤田中部，在构造单元上属于鄂尔多斯断块、兴县一石楼南北向褶皱带中段，同时也属于山西断块，因整个山西断块构造走向均为NESW或SN向，所以本区的构造也以NESW向为主。河东煤田处于黄河东岸吕梁山西翼的南北向构造带上，煤田总体上是一个基本向西倾斜的单斜构造，属于吕梁复背斜西翼的一部分，在单斜上又发育了次一级的褶曲和经向或新华夏系的断裂构造。新华夏系的断裂构造主要发育于煤田东缘以外，河东煤田北部及南部次级褶曲一般幅度不大，以单斜为主导构造，而在煤田中部的离柳矿区，在单斜上又产生了幅度较大的宽缓褶曲，成为矿区的控制性构造。从水文地质单元上划分，本区属柳林泉域，横跨吕梁复背斜和鄂尔多斯盆地两大构造单元。吕梁复背斜轴部主要由太古界变质岩及部分太古界花岗岩组成，其西翼形成一系列的次一级背斜和向斜，其中对区域地下水埋藏、运移影响较大的构造有走向南北的离石中阳向斜和走向大致南北，呈S形分布的枣林王家会背斜。枣林王家会背斜的西翼倾角为1020，缓缓向西、西北倾斜，构成柳林单斜，直抵黄河岸边，成为鄂尔多斯盆地的东翼。同时，由于作用于离柳矿区的东西向应力不均衡，因而产生了离石鼻状构造，即以离石聚财塔的东西方向轴线，形成一个弧形向西突出的弧状构造。鼻轴以北的三交区、地层走向由SNNNENE，以南的青龙区则由SNSSESE。由于张力作用，在鼻轴部位，产生了一个东西向的张裂带，即聚财塔断层组成的地堑构造。222井田构造井田南边界为聚财塔断层，西边紧邻黄河。区内构造简单，为一自东向西倾斜的单斜构造，地层走向南北，倾角510。在靠近聚财塔断层附近，地层受断层影响，产状多有变化，伴生次级羽状小断层和短轴褶曲。从目前开采上组煤的情况看，工作面510570M水平揭露有大小17个陷落柱。在已经揭露的陷落柱附近均伴生有大小不等的断层，断距一般约23M。在216工作面材料巷的掘进过程中揭露一小型陷落柱，编号为X12陷落柱，该陷落柱长轴约10M，宽约5M，在揭露此陷落柱北侧边缘时，有出水现象，水量小于3M3/H，一周内水量逐渐减小至05M3/H以下，水压0305MPA，据水质分析结果，该陷落柱出水为太灰岩溶裂隙水。近期生产过程中又陆续揭露了几个小型陷落柱，边缘地带均有少量出水。井田内聚财塔地堑由聚财塔北断层（F1）和聚财塔南断层（F2）组成，两者相距450M左右。断层延伸方向近东西向，相向倾斜，均为正断层。F1断层向南倾斜，倾角6075,断距150260M，在其附近伴生多个次级羽状断层，它们与主断层的交角都小于35，延伸不远即消失。F2断层平行于F1延伸，倾向北，倾角7075，断距150180M，本区沟谷中出露明显。水文地质补充勘探钻探未揭露到断层、褶曲等构造，所揭露的地层层序及岩性分析表明，勘探区内无大型构造迹象。矿井生产过程中揭露近20条断层，多为高角度中小正断层，总体上对生产影响不大，实际观测发现，这些断层不含水亦不导水双柳煤矿井下揭露断层统计如下表双柳煤矿井下揭露断层统计表表21编号倾向走向倾角落差（M）性质F1N180N9075150260正F2N0N9075150180正F3N260N1707005正F4N140N2304008正F5N330N40802835正F6N240N1508005正F7N220N1308306正F8N20N1108217正F9N20N1105232正F10N10N108306正F11N167N2576012正F12N250N1607830正F13N142N527504逆F14N170N808730正F15N210N1207530逆F16N265N1758316正F17N265N17535正F18N312N423006正F19N299N294212正F20N344N746712正统计资料表明，生产揭露断层落差一般小于5米，且以高角度正断层为主，走向以NEE和NNW为主，断裂构造不甚发育。此外，矿井生产过程中还揭露了17个陷落柱，除X12、X15、X16、X17陷落柱出少许水外，其余均未见出水。综上所述，双柳井田构造较为简单。23井田内主要含水层双柳井田含水层可划分为4种类型第四系松散孔隙潜水含水层、煤系地层砂岩裂隙承压含水层、石炭系上统太原组灰岩岩溶裂隙承压含水层和奥陶系中统灰岩岩溶裂隙承压含水层。一、奥陶系中统灰岩岩溶裂隙承压含水层奥陶系中统由下马家沟组、上马家沟组和峰峰组组成。岩性以灰岩为主，次为泥灰岩、角砾状泥灰岩及厚层石膏层。由于双柳井田奥灰终孔均为上马家沟组，所以本报告仅分析峰峰组和上马家沟组。中奥陶统上马家沟组（O2S）根据区域资料，本组厚约250M，岩性以石灰岩、泥灰岩为主，岩溶发育，多为蜂窝状溶孔，连通性好，溶孔直径一般为16CM，含水层具较好的连续性和稳定性。钻孔揭露本组时，大量涌水或漏水，为井田和区域最主要的含水层。井田北外侧311号孔揭露本组4555M，放水试验单位涌水量达082LSM。井田内及外围本组和峰峰组进行了4次混合抽放水试验,地下水主要来自本组。其中114、133、356号孔抽放水试验单位涌水量分别为086、032和0979LSM，102号孔单位涌水量为0031LSM，从平面上来看，井田内本组富水性强，且均一；从垂向上来看，富水性不随深度增加而明显减弱。双柳水文地质补充勘探钻孔揭露该组三段（O2S3），岩性以深灰色厚层状灰岩及浅灰色白云质灰岩为主，隐晶质泥晶及微晶结构，块状构造，岩石致密、坚硬，矿物成分以泥晶方解石为主，含量约占7590，次为白云石，含量约占2010，石英、燧石及粘土矿物少量。据钻探岩芯鉴定及结合测井解释资料分析，该组岩溶裂隙发育程度不均一，反映在富水程度有明显差异。据简易水文地质观测资料冲洗液的消耗量分析，该含水层岩溶或裂隙较为发育。由于井田地处埋藏区，地下水交替缓慢，径流条件差，经长期与围岩发生溶滤作用，溶解含水层中的化学成分，由此造成水质恶化。水质类型为CLSO4NACA型，矿化度分别为141G/L和2305G/L。据MS4孔和MS6孔观测，上马家沟组含水层自然水位标高分别为79929M和79830M。总体分析，奥套系灰岩总体上富水性强，矿化度高。但是在其上段O2S3岩溶及裂隙发育不均一，不同钻孔单位涌水量差异较大。中奥陶统峰峰组（O2F）本组在井田东部外围出露，平均厚度11432M。其中，二段（O2F2）厚度20702752M，平均厚度2498M；一段（O2F1）厚度85839265M，平均厚度8924M。岩性是以深灰色中厚层状灰岩为主，隐晶质泥晶或微晶结构，角砾状构造，岩石致密、坚硬，矿物成分以方解石为主，次为白云石，微含泥质。据观察，灰岩含水层的岩溶形态以溶蚀裂隙即溶隙为主，溶孔稀少，且连通性较差，是该组普遍规律。由于勘探区地处埋藏区（奥灰顶界埋深4903063525M），一般情况下，其岩溶裂隙发育程度会随埋深的增加而逐趋变差，加之该组地层在东部裸露区地表出露面积有限，以及由于裂隙开启程度较差，且多被方解石脉或次生石膏与泥质充填等原因，导致峰峰组岩溶裂隙地下水的补给与赋存条件差，径流条件不畅，地下水交替作用微弱，传导性差，含水性弱，水质差。据抽水试验，自然水位埋深41116963M，自然水位标高78985796629M，抽水水位降深533316413M，涌水量0020530L/S，单位涌水量0000280001163L/SM。水质类型为HCO3CAMG型，矿化度141G/L2374G/L。就水位资料来看，地下水流场难以确定，但总趋势为向西南方向缓慢运移。二石炭系上统太原组灰岩岩溶裂隙承压含水层石炭系上统太原组为下组煤的赋存地层，主要含水层为L1L5薄层石灰岩，灰岩的单层厚度2501275M，累计厚度27833426M，平均厚度2996M，含石灰岩层的厚度（L1L5之间厚度）39504771M，平均厚度4244M，约占整个太原组厚度的3553。灰岩含水层为深灰色，中厚层状，泥晶微晶结构，致密、坚硬，其矿物成分以方解石为主，其含量约占7090，生物碎屑约占1520，含少量泥质。受构造运动的影响，各孔均有一定程度的构造裂隙、层面裂隙及节理裂隙发育的迹象，但发育程度则有所差异。据岩芯鉴定，岩溶形态以溶隙为主，其次为溶孔。裂隙的开启程度及其连通性各孔也有所不同，部分裂隙被方解石脉或泥质所充填，总体呈半充填全充填，以半充填为主。本组石灰岩在井田东部外围沟谷中出露，由东向西埋深逐渐增大。受出露条件的限制，含水层富水性不均一，地下水仅在浅部具较强的富水性，而在深埋区，岩溶裂隙不发育，溶孔连通性差，故地下水富水性弱。双柳煤矿郭家山风井揭露L4灰岩时井筒涌水量由8M3/H增至25M3/H。井田东部边界外柳林县吉家塔镇煤矿，井筒施工揭露L5和L4石灰岩，涌水量约72108M3/H，本组在浅部富水性较强。浅埋区钻孔钻进揭露本组后，钻孔均发生明显的涌漏水现象，也可说明这点。在井田外深埋区的325孔,单位涌水量仅为000078LSM，说明含水层富水性弱。据MS3、MS5、MS7及MS8孔注水试验资料，井田内太灰含水层渗透系数001220003796M/D，导水系数0408812322M2/D，水质类型多为HCO3CLNA型，矿化度119321G/L。早期的勘探资料提出太灰水的水位为7878M，据最新水文地质补充勘探资料，井田内太灰含水层由于受到郭家山风井太灰涌水的影响，各孔观测的太灰含水层水位差异较大，但基本上呈现以风井为中心的漏斗状，水位从55708769654M。三煤系地层砂岩裂隙承压含水层二叠系下统山西组砂岩裂隙承压含水层组本组在井田东界外围出露，含水层主要由K3及S4S8等砂岩组成，岩性为细粗粒砂岩，厚度变化大，裂隙不发育，钻孔钻进本层，回次水位及冲洗液消耗量均无明显变化，井田外北部325、343、359号孔抽水试验单位涌水量分别为干孔、0000285、00035LSM，据133号孔资料，单位涌水量0082L/SM，水位标高7766M，表明本组富水性弱。地下水向西径流，水力坡度5，水质类型为HCO3CLNAMG型，矿化度10071433GL，为软的微咸水。该含水层为开采上组煤层的直接充水含水层。二叠系石盒子组砂岩裂隙承压含水层组下石盒子组本组在井田东缘一带出露，由长石石英砂岩、石英砂岩组成，其中K4砂岩较稳定，平均厚539M，砂岩裂隙较发育，但由于开启性差，且多被方解石脉充填，受补给条件限制,井田内富水性弱，井田外北部343号孔本组抽水试验，单位涌水量000010LSM，渗透系数00026MD，矿化度1024GL，为较软的微咸水，水质类型为HCO3CLNA型。上石盒子组本组在井田内沟谷中广泛出露，含水层有数层砂岩，岩性以中、粗粒砂岩为主，砂岩厚度大，分布稳定，浅部构造裂隙、风化裂隙发育，并以构造裂隙为主，向深部裂隙发育程度逐渐减弱，钻孔钻进至本组普遍涌水或漏水，说明本组富水性稍强。本组在浅部接受大气降水补给，形成无压潜水或上层滞水，形成众多小流量泉水，由于基岩补给性能差，贮水系数小，虽然泉数量多，但一般流量小于05LS，133号孔上、下石盒子组放水试验，单位涌水量为0054L/SM，渗透系数为013M/D，水位标高75420M。井田外北部356号孔本组抽水试验，单位涌水量为0034LSM,渗透系数029MD。矿化度1144GL，水质类型为CLHCO3NA型。四第四系松散孔隙潜水含水层第四系松散孔隙含水层主要受大气降水、河流补给，分布于沟谷河流两侧及山麓地段。富水性好，第四系全新统成条带状分布于黄河河谷。井田外黄河河谷宽约200M，为近代河流冲积层，砂砾石层的厚度一般小于10M，易于接受大气降水和河流入渗补给，形成强富水潜水含水层，水质类型为HCO3SO4NACA型，矿化度1024GL，水质良好。但易受污染，对煤矿生产不构成威胁。24井田内主要隔水层隔水层带主要是依靠其本身的厚度和强度在地应力的帮助下有效地阻抗承压水的突出。只有在隔水层带具有一定的厚度时，才有可能使裂缝不贯通。这样在地应力的帮助下能阻止承压水的上升。隔水层强度主要起到防止由于强大的矿压和水压联合发生作用时对对底板剪切破坏。由于岩石的抗张强度较小，所以只有在地应力的作用下，才能有效地阻止承压水对裂缝的扩展和延伸。地应力越大对阻止底板突水越有利。隔水层的阻抗水能力取决于它的厚度、强度及岩性组合情况。隔水层的厚度，可延长承压水对裂隙侵蚀扩展的时间。多数突水是发生在开采的控顶区，除了直接揭露含水体（充水断层、充水陷落柱等）发生爆发式突水外，多数缓冲式突水都有一发展过程。若能延长裂隙扩展时间，在导水裂隙还未到达控顶区时，工作面已向前推进，原控顶区已垮落压实，从而有可能降低突水发生的机率。当然，厚度大还将不断消耗承压水用以不断克服岩体的抗张强度和途径阻力以及扩展裂隙的水头。即使在导水破坏带，虽然失去部分阻水能力，但其厚度还可起到抗变形破坏的作用。隔水层的强度，可阻抗承压水压裂岩层和沿裂隙扩展延伸若水压小于岩体抗拉强度。则承压水不具备压裂岩体的条件，即使水压大于岩体抗拉强度，但又小于最小主应力与岩体抗拉强度之和，那么岩体在其本身的抗拉强度和地应力的作用下仍能阻抗压裂的产生。隔水层的组合不同，则其整体的阻水能力也不同。组合层数越多，则各种界面越多，由于界面两侧岩体的性质不同，承压水不可能顺利地沿初次张裂裂隙一直向前延展，必然造成扩展方向和途径复杂多变，并可能到处受阻，甚至中断，从而不能直接到达采场。一般说来，若底板隔水层强度高，厚度大裂隙少或较完整，突水机率就小，反之突水机率就大。底板隔水强度不够而突水时，采面底膨、突水点分散。若底板隔水层为一完整岩层即使厚度不大，也有很高的阻抗强度。目前隔水层的阻抗强度多以其厚度表示（或换算成等值厚度）。但是底板隔水层内往往不是完整的岩层，而分布有大大小小的断层或裂隙，由于它们的存在不仅大大降低隔水层的强度，还为承压水提供了存储的空间和过水通道，使得承压水在煤层开采前就早己上升到底板隔水层的不同高度，而减少了隔水层的厚度，从而降低了岩层对承压水的阻抗和抑制作用。231上组煤隔水层上组煤顶板隔水层上组煤顶板多为砂质泥岩或粉砂岩，致密，较完整，局部裂隙发育。砂岩以石英、长石为主，孔隙式胶结，抗压强度为402MPA，属半坚硬类岩石。4煤层顶至K4砂岩底之间层距的隔水层统计如下上组煤顶板隔水层岩性分类统计表表22孔号砂质泥岩泥岩粉砂岩累计厚度MS121952602752763MS221209053025MS314815141662MS41830222518255880MS5113553113973063MS6214513063451MS7116558916053359MS833353705654270生产过程已揭露的4煤顶板水充水因素已经明确。从矿井防治水实际需要出发，双柳煤矿4煤顶板砂岩层系（山西组、下石盒子组）冒裂带范围的隔水层组的赋存条件较为清楚。上组煤底板隔水层4煤底板至L5或L4灰岩之间岩层称作结构性隔水层组，为泥岩砂岩互层。隔水层组厚度2530M，泥岩类比例超过50，泥岩为不透水岩层但强度较低，遇水碎裂膨胀，据测试资料，砂质泥岩单向抗压强度为33MPA，抗拉强度为07MPA，抗剪强度为614MPA。其间砂岩为弱透水岩层，但强度较高。据上组煤底板隔水层岩性及其组合结构分析，泥质岩层为不透水的隔水层，粉砂岩为基本不透水的隔水岩层，岩性较致密，岩体较完整，其地层结构为泥质岩与砂岩呈相互叠置的地层组合结构，由于泥质岩类所占比重较大，这种结构不利于砂岩垂直裂隙的发育。因此，在无地质构造影响情况下，其隔水性能对阻止太灰含水层水进入矿井是非常有利的。上组煤底板至太灰顶板隔水层统计结果见表23。上组煤底板隔水层岩性分类统计表表23孔号砂质泥岩泥岩砂岩累计厚度MS113307698452944MS2325064193324MS339037516492324MS479054512302565MS573422192953MS6119510259553175MS797533514352745MS89306519252506232下组煤底板隔水层下组煤底板至奥灰顶界面的地层间距为58747715M，平均间6556M。各隔水层厚度依次为砂质泥岩厚度763212M，平均厚度1612M；泥岩厚度3321240M，平均厚度786M；铝（炭）质泥岩厚度17742704M，平均厚度2179M；砂岩厚度694221M，平均厚度133M。下组煤底板至奥灰顶板隔水层岩性分类统计结果见表24。下组煤底板至奥灰顶板隔水层岩性统计一览表表24岩石名称与厚度（M）孔号砂质泥岩泥岩铝（炭）质泥岩砂岩累计厚度MS11968116220059306065MS42120491218914056205MS620311827225669468081331178221985874777631191177411166003368226121151978722336727042217715据下组煤底板至奥灰顶界面隔水层岩性及岩性组合分析，砂质泥岩、泥岩、铝质泥岩隔水性能很强，但强度低，砂岩为弱透水层，但强度高，此段地层结构为以泥岩为主的软、硬地层呈相互叠置的组合结构，因此不利于砂岩垂直裂隙的发育延伸，破坏后导水性很弱，对下组煤的开采是相当有利的。233奥灰顶部相对隔水层奥灰峰峰组根据岩性由上至下可分两段，上段（O2F2）称为峰峰组二段，下段（O2F2）为峰峰组一段。钻探岩芯显示，峰峰组二段岩性为灰色、深灰色灰岩，隐晶质泥晶（微晶）结构，中厚层状构造，岩石致密、坚硬，矿物成分以方解石为主，次为白云石，微含泥质。中夹深灰色薄层状泥质灰岩，裂隙不甚发育，且多见方解石所充填。水文地质补充勘探MS1、MS4、MS6孔揭露厚度分别为2752、2070、2671M。钻探岩芯显示，该组岩溶裂隙不发育，且多被方解石所充填，溶孔稀少，反映了岩石裂隙连通性不好，地下水补给条件及径流条件差、水质也明显变差的特征。据简易水文地质观测，峰峰组钻井液未出现明显消耗。据抽水试验，MS4孔和MS6孔，自然水位标高分别为78985M和79663M，抽水水位降深分别为5333M和7129M，单位涌水量分别为000133L/SM和000028L/SM。水质类型分别为HCO3NA型和CLSO4NACA型，矿化度分别为141G/L和215G/L。据148队双柳补充地质报告，“奥陶系上部古风化壳的发育使得顶部含水层石灰岩中多充填有黄铁矿、铝质泥岩和泥岩，从而大大影响了其富水性。总体来看，本组富水性弱”。按照矿区水文地质工程地质勘探规范规定，“一般将钻孔单位涌水量小于0001L/SM的岩层视为隔水层”，将峰峰组二段即奥灰顶部30米范围划为相对隔水层。2矿井水文地质条件及其水害类型31水文地质条件分析311区域水文地质双柳井田位于黄河东岸，属吕梁山系，为典型的黄土高原地貌，地势东、北高，西、南低，地表水系不发育，沟谷两岸切割地层，形成黄土、基岩侵蚀中等山地地形。井田内无较大河流，只有数条季节性小河从东向西流入黄河，每年79月河水流量占全年5070，枯水期流量很小，甚至干枯。黄河从井田西缘自北向南流过，河床标高610650M。据吴堡水文站19521977年资料，黄河年平均流量9244M3/S，最大流量19500M3/S。本区水文地质单元隶属于柳林泉域。柳林泉位于柳林县城东3KM处，出露层位为奥陶系峰峰组。在泉水排泄区，大小泉点上百个，以泉群散流形式出露在三川河谷的南北两岸，从东到西泉水排泄带约24KM，南北08KM，出露标高为794803M。柳林泉域边界的地质及水文地质较为简单，北部、东部及南部均为碳酸盐岩地层或变质岩的分水岭做为泉域边界；西部为碳酸盐岩地层与石炭、二叠系地层接触带。北部边界以岚县普明河、临县湫水河与三川河分水岭为界，即由西向东起自临县白文镇铁炉沟杏花村，经方山县开府乡下代坡村两沟村神堂沟村。东部边界为三川河流域与汾河流域地表分水岭。南部边界以三川河的南川河分水岭上顶山主峰为界，西起中阳县暖泉乡刘家庄村，经刘家坪乡凤尾至王山底村。西部边界考虑到柳林单斜岩层向西倾斜，因此将奥陶系顶板埋深300M（或者顶板标高在480570M）做为柳林泉域的西边界。区域地下水主要以承压水含水层为主，含水层在山间沟谷地带接受大气降雨的补给，其中二迭系上统砂岩含水层在区域内广泛出露，寒武奥陶系可溶岩裸露区分布于泉域的东部和北部，在山区成片出露，黄土丘陵区只在沟谷零星分布，太原组灰岩在区域北部沟谷中零星出露。在出露区直接接受大气降雨的直接补给。区域内石炭、二叠、三叠系含水层富水性较弱，奥陶系岩溶含水层富水性较强，其地下水在岩层露头接受补给后，分别由北、东、南等方向排向柳林泉，构成一个完整的水文地质单元柳林泉域。另外，小范围分布的老地层和沟谷中的第四系冲积层，构成各自的裂隙和孔隙潜水系统。受区域地势和构造影响，区域煤系地层地下水由浅部顺层自东向西径流，由于含水层充水条件的限制，地下水径流强度越来越小，在地层薄弱带诸如断层、裂隙带等排泄，或补给其它含水层，或以泉的形式排泄于沟谷。312井田水文地质双柳井田内的主要控水构造为东西走向的聚财塔断层（F1,F2）。井田内地下水的运移主要地层倾向和构造的控制，从北东向西南流。在双柳井田内，奥灰与太灰岩溶水的流向受三个因素的控制，其一，区域奥灰水流向由北向南，受到聚财塔断层的阻隔在局部改变流向。其二，双柳井田内地层走向南北，向西倾斜，地下水流向受到岩层倾向的影响。其三，双柳井田处在柳林泉域西边界，为岩溶水的滞流区域。受这三个因素的综合影响，双柳井田内的岩溶水流向基本为NESW向。由于井田内基本上没有灰岩出露，所以灰岩含水层得到的补给量非常有限。二叠系、三叠系砂岩含水层，井田内沟谷中出露，接受大气降水的直接补给，地下水流向基本上沿岩层顺层运移。井田内地下水排泄主要是矿坑排水。第三、四系砂砾石含水层主要接受大气降水及河流的入渗补给，径流途径较短，排泄主要是人工开采。32矿井开采水文地质特征321矿井涌水特征双柳煤矿从1998年成立以来，没有发生大的突水事故。从2000年至2008年，矿井一直开采山西组3、4号煤层，生产能力由150万吨增至300万吨。矿井涌水主要以顶板淋水为主，根据2007年元月2008年7月的矿井涌水量台帐，工作面水量较小，基本在20M3/H以下，出水点集中在运输巷、回风巷、工作面及采空区，涌水量范围在3070M3/H之间。图31双柳煤矿2007120086月矿井涌水量变化从上图31中22个月的矿井涌水量变化中可以看出双柳煤矿矿井涌水量有几个特点首先最小涌水量25M3/H，最大58M3/H，整个矿井涌水量小，变化幅度不大，平均40M3/H。其次，涌水量最大在6、7、8三个月，正好处于雨季，其它月份逐渐减小。反映出上组煤充水含水层受大气降水补给影响教明显，有较好的补给条件。矿井涌水量比较平稳，反映出除受季节性降水影响外，没有其它水源参与。2008年紧邻二采水仓施工一平巷时，穿过一条直径约50M的陷落柱，柱体内无水，进入柱体边缘裂隙带后，迎头水量起初达到30M3/H，随后衰减，持续稳定在10M3/H左右。322主要充水水源及其特征一奥套系灰岩岩溶含水层组双柳井田奥灰含水层组主要指峰峰组和上马家沟组，峰峰组灰岩溶隙发育较差且不均匀，因此富水性差，上马家沟组富水性强，水量、水压均很大，上、下组煤层底板都承受15MPA水压。所以，奥灰岩溶水是矿井最主要的充水含水层组之一。二太原组灰岩岩溶含水层组石炭系太原组灰岩为本区主要含水层之一，普遍发育L5L1五层灰岩，中间沉积了砂岩及砂质泥岩夹层。在井田东北部露头区接受大气降水的补给，部分区域存在其它含水层的垂向补给。整个含水层溶隙发育不均匀，从钻孔资料看，某些钻孔揭露该层段溶隙发育较好，而有些钻孔则溶隙发育差甚至不发育。由于太灰的露头区面积较小，补给较差，所以整个含水层的富水性弱。含水层平均厚度4244M；其灰岩段平均厚度为2996M，L1灰岩为8号煤的直接顶板，距离奥陶系灰岩水7080M。太灰含水层是上组煤底板直接充水水源，同时又是下组煤煤顶板充水水源。因此对其水文地质特征和突水的可能必须引起足够的重视。三顶板砂岩裂隙水上组煤开采顶板淋（充）水水源为山西组、石盒子组砂岩裂隙水。砂岩裂隙含水层属于巨厚型，其岩性是泥岩和砂岩交替沉积，含水性弱，但由于裂隙发育的影响，在局部地段存在富水区，同时受煤层开采的影响，冒落裂隙带发育，所以在一定条件下，上覆砂岩裂隙水可成为影响生产的顶板水害突水水源，由于顶板砂岩裂隙含水层补给条件差，一般在沟谷中接受大气降水补给为主，含水层富水性受季节影响较明显。但是由于补给量小，含水层以消耗静储量为主，充水在初采、初期老顶初次跨落，以淋水方式进入采面，所以涌水量一般较小，大约在510M3/H左右。四地