矿井工作面水情水害分析报告

1、山西阳煤集团碾沟煤业有限公司2104工作面水情水害分析报告地测防治水中心2016年10月9日1.概况根据煤矿安全规程、煤矿防治水规定的相关要求，结合集团公司和天誉公司防治水工作，碾沟煤业有限公司对2104工作面水情水害进行分析。1.1.交通及位置山西阳煤集团碾沟煤业有限公司位于清徐县清源镇后窑村、碾底村、西沟村一带，行政隶属于清徐县清源镇管辖。其地理坐标为：东经112°1506112°1957，北纬37°384337°4048。井田位于清徐县清源镇正西方向。307国道、大运（太祁段）高速公路、太原至离石高速公路从井田外东部4.5km处经过，矿区有清徐至古

2、交公路通过，矿区距307国道约6.5km，距清徐县城约5km，交通较为便利。见图1-1。图1-1 交通位置图1.2.工作面概况 2104工作面位于碾沟煤矿2#煤层一采区。走向长度475m，倾斜长度150m，面积71250。地面标高11291190m，工作面标高958978m。地表窑儿沟位于该工作面东北部，中部有火药库，地表基岩裸露、沟谷纵横、构造侵蚀，北部为砂土林地，局部可见黄土覆盖，种植有葡萄树。该工作面南部为大巷预留保护煤柱及采空区，东部为2103工作面（未掘），北部为碾底煤矿。2.地质构造2.1.井田区域构造碾沟矿区位于太原西山煤田东部，区域上出露地层有奥陶系中统峰峰组与马家沟组，石炭系

3、中统本溪组、上统太原组，二叠系下统山西组、下石盒子组，二叠系上统上石盒子组、石千峰组，三叠系下统刘家沟组和第四系中上更新统。石炭系上统太原组和二叠系下统山西组为本区含煤岩系。矿区在大致走向北东，倾向北西的单斜上发育着系列平缓褶曲，以及北东和北东东向的正断层。本矿区揭露及地表出露的地层有奥陶系中统峰峰组、石炭系中统本溪组、石炭系上统太原组、二叠系下统山西组、二叠系下统下石盒子组、二叠系上统上石盒子组、新生界第四系中、上更新统。井田构造形态受区域性构造碾底断层、碾底向斜、碾底背斜、黄岭断层的影响，井田构造形态总体为走向NE，倾向NW的单斜，同时伴生有次一级褶曲，地层倾角5°12°

4、;，井田陷落柱较为发育。2.2.工作面地质构造（1）工作面揭露断层3个和3个陷落柱，揭露构造对2104工作面对回采有一定影响，本采区断层断距较大和陷落柱较发育。（2）2104工作面整体呈单斜构造，工作面巷口低切巷高，局部范围存在褶皱构造。3.煤层3.1.可采煤层井田内可采煤层为03号、2号、4号、5号、6号、8号、9号煤层。3.2.主要可采煤层（1）03#煤层位于山西组中上部，为本区的主要可采煤层之一。上距K4砂岩11.0015.20m，平均12.00m。煤厚0.001.76m，平均0.93m，属薄煤层，结构简单，含01层夹石，为大部可采的较稳定煤层。根据清交勘探区详查报告，本煤层已被采空或破

5、坏，无利用价值。（2）2#煤层位于山西组中部，为本区的主要可采煤层之一。俗称“大窑煤”，上距03号煤层7.0010.80m，平均9.00m。煤厚0.853.40m，平均2.38m，属中厚煤层，结构简单，含01层夹石。为全井田可采的稳定煤层，顶板为砂质泥岩，底板为细砂岩。由于长期的开采，古空区范围较大。（3）4#煤层位于山西组中部，俗称“二夹煤”，上距2号煤层11.0023.00m，平均18.20m。煤厚0.692.97m，平均1.63m，属中厚煤层，结构简单，含02层夹石。为大部可采的稳定煤层，顶板为砂质泥岩或细砂岩，底板为泥岩或砂质泥岩。（4）5#煤层位于山西组中下部，上距4号煤层4.971

6、0.23m，平均7.62m。煤厚0.402.50m，平均1.54m，属中厚煤层，结构简单，含01层夹石。为井田内大部可采的稳定煤层，顶板为砂质泥岩或细砂岩，底板为泥岩或砂质泥岩。（5）6#煤层位于太原组上部。上距L5灰岩1.203.20m，平均1.91m。煤厚0.282.28m，平均1.57m，属中厚煤层，结构复杂，含0-3层夹矸，为井田内大部可采的稳定煤层。顶板为泥岩或砂质泥岩。底板为砂质泥岩或粉砂岩。（6）8（8+9）#煤层位于太原组中下部，为本区的主要可采煤层之一。俗称“中带”，上距6号煤层32.2045.90m，平均36.37m。煤厚1.406.20m，平均3.64m，属厚煤层，结构复

7、杂，含04层夹石，为井田内可采的稳定煤层，顶板为炭质泥岩、粉砂岩，底板为泥岩或砂质泥岩。（7）9#煤层9号煤层：位于太原组下部，为井田的又一可采煤层。俗称“四尺”，上距8号煤层010.90m，平均5.87m。煤厚0.976.81m，平均2.99m，属中厚煤层，结构简单，含01层夹石。为井田内可采的稳定煤层，顶板为泥岩，底板为砂质泥岩。3.3工作面煤层1、本工作面煤层总体为一单斜构造，工作面整体比较平稳开阔。煤层倾角最大8°，最小2°，平均倾角5°。本工作面在掘进过程中揭露断层5个，揭露构造对2104工作面对回采有一定影响，本采区小断距断层和小型陷落柱较发育。2、2

8、104综采工作面上距03号煤层7.0010.80m，平均9.00m。煤厚0.853.40m，平均2.38m，属中厚煤层，结构简单，含01层夹石。为全井田可采的稳定煤层，顶板为砂质泥岩，底板为细砂岩。由于长期的开采，2号煤层古空区范围较大，本煤层西部已被采空。4.矿井水文地质4.1区域水文地质4.1.1.岩溶地下水系统及边界条件水文地质单元系统清交矿区所属水文地质单元为晋祠泉域。晋祠岩溶水系统位于山西省中部，吕梁山东麓，太原市西侧，东南临太原一晋中盆地，跨太原南北郊区、娄烦、清徐、交城和古交等县市，区内包含有西山煤田下属的各个矿区。西山岩溶水系统南北长约80km，东西宽约65km。晋祠泉出露于交

9、城清徐大断裂北端，岩溶水系统地貌形态较为复杂，地表沟壑纵横，山峦起伏，地形切割剧烈。岩溶水系统地貌的类型主要为构造切割地貌和流水堆积地貌。本区分水岭东西部的石炭一二叠系砂岩区及部分二叠系砂岩区都是剥蚀为主的中低山区，地貌特征为大部分山体基岩裸露，切割剧烈，山头及山梁残留少量黄土与红土，清交丘陵区黄土残留较厚，最厚达150m。区内为流水堆积地貌，有洪积扇、山间谷地等。晋祠泉域由难老泉、圣母泉、善利泉组成，上世纪50年代，泉口若悬河出露标高为802.59805m，该泉最大流量为2.06m3/s（1957年），最小流量1.81m3/s(1954年)。自上世纪60年代，特别是80年代以来，泉水流量年减

10、少，至1994年4月30日断流。边界条件系统的四周边界为：北部边界：古交市与静乐县的行政分界线。东部边界：沿柳林河与狮子河的分水岭向南至王封村，折向三给村，沿汾河至汾河二坝。南部边界：从汾河二坝经清徐县西高白沿古交市与交城县的行政分界线至郭家梁村。西部边界：沿娄烦县、古交市、静乐县的交界处往南经牛头山、罗家曲村、白家滩村、康庄村至郭家梁村。综上所述，泉域面积2049.6km2，其中裸露可溶岩面积436km2，包括后山径流补给区、前山径流排泄区及冲积平原区。山丘区面积1791km2，平原区面积259km2。主要为太原市的古交市、清徐县、原南郊区所辖范围，见图4-1。图4-1晋祠泉岩溶地下水系统略

11、图补给、径流和排泄特征补给区西山岩溶水系统的补给主要来自两大部分，一部分来自汾河北部大面积的灰岩裸露区和西部边界条带状灰岩裸露区，另一部分来自河流渗漏，河流渗漏又分为汾河主河道常年渗漏补给和季节性河流的渗漏补给。另外区内存在的“构造天窗”以及风化严重、裂隙发育的岩层区域也能够进行补给，但补给量相对上述两大部分而言占补给总量比重较少。北部灰岩裸露区的补给入渗率比较大，接受大气降水的能力较强，根据赵永贵的资料，主要含水岩组裸露区，其裂隙、断裂密集及岩溶发育，实际入渗率大于0.37；碳酸盐岩裸露，其裂隙较发育，实际入渗率在0.30.37之间；灰岩上覆黄土或其它隔水岩组，入渗率小于0.30。汾河段渗漏

12、区，汾河流经太原西山段在镇城底以上和六家河以下切割含水层，为汾河对西山岩溶水系统补给段。根据资料不同水文年的汾河渗漏总量分别为:丰水年汾河渗漏总量9.58m3/s，偏丰水年6.69m3/s，平水年1.84m3/s偏枯水年0.26m3/s枯水年0.13m3/s。径流区西山岩溶水系统径流区北起镇城底、古交和东曲一带，南到西山山前。区域构造相对简单，西半部为深大的马兰向斜，在向斜轴部地带，奥陶系岩层顶板埋深由北向南可达5001500m，沿向斜轴向南延伸在向斜轴中南部东西两侧较大范围内，根据水温、同位素等方法测定为相对滞流带或滞流带。排泄区西山岩溶水系统排泄区主要是西山山前张扭性断裂带，其次是河床溢出

13、带。西山山前断裂带延伸长，宽度大，裂隙岩溶发育，是西山岩溶水系统的主要排泄带，晋祠泉，平泉等只是岩溶水排泄相对集中的一个排泄点。从三给到覃村60km左右的边山断裂带上，当西侧的奥陶纪灰岩含水层和盆地一侧的新生界接触时提供有利的侧排条件，为一级排泄边界;当断裂西侧的灰岩和新生界接触厚度较小，或者为间接接触，侧排条件较差，为二级边界。不难发现上兰村至西铭段、晋祠段、清徐至交城段奥陶系灰岩能够直接与盆地松散沉积物直接接触，应该属于一级排泄边界，虽然上兰村以南土堂断裂处灰岩与盆地松散沉积物直接接触，但其属于兰村泉域，故将土堂断裂划分为二级边界。为粗略估计西山岩溶水在边山带的潜流侧排量，用达西定律进行计

14、算，假定条件较好的排泄带垂向上的宽度约300m，沿边山延伸50km，取渗透系数7m/d，水力梯度3，其潜流量为3.6m3/s ，流量分配为西铭段占30%，晋祠段40%，清徐段30%；另外在西山汾河中，下槐一兰村地段汾河切割灰岩，在河床有多处岩溶水溢出，该段溢出量可达0.81.0m3/s。图3-3为晋祠泉域水文地质剖面图，显示了晋祠泉的径流方式，地下水所赋存的地质体以及排泄方式。图3-3晋祠泉域水文地质剖面图4.1.2.含水层含水层组是以地下水、含水介质及其赋存特征和水动力条件来划分。碳酸盐岩类岩溶裂隙含水层组该含水层组广泛出露于区域北部，沿边山断裂带、晋祠一带，以及南部的交城覃村有小面积出露，

15、厚度440550m，划分为下马家沟组（O2x）、上马家沟组（O2s）和峰峰组（O2f）。本含水层组与区域水文地质联系最为密切，主要是上马家沟组和峰峰组。奥陶系中统上马家沟组厚250m左右，以石灰岩为主，次为泥灰岩、角砾状泥灰岩及白云质灰岩，间夹石膏层。峰峰组厚130m左右，上部为厚层石灰岩，中下部夹泥灰岩，角砾状泥灰岩及石膏层。本含水层组含水性好，沿边山断裂带分布有东部的晋祠泉，泉口标高803.7-806.53m。往西南为清徐平泉自流井群，水位标高797.01-801.26m，初始总流量曾达1.037m3/s。再往西南为交城覃村井群，水位标高784m左右，单井日出水量可达3000m3/h ,

16、富水带和岩溶发育带为边山断裂和东北部浅埋藏区。分布于边山断裂带附近的水文钻孔抽水资料均表明，断裂带附近含水层富水性强，水位标高780m-810m，奥灰水流向沿断裂带由东北往西南。距边山6km多的碾底村J5号水文孔，峰峰组与上马家沟组混合水位标高919.24m。远离断裂带的S17、S31、J4、J5、615等水文孔奥灰标高900m-920m，单位涌水量0.00017-0.061L/s.m，可知远离断裂带的奥灰岩溶不发育，区域奥灰水位由北向南。据钻孔抽水试验，单位涌水量0.00014-69.471/s.m，渗透系数3.28-49.04m/d，矿化度0.218-2.292g/l，PH值7.3-8.2

17、。水质类型为HCO3-·SO42-Ca2+·Mg2+型。据1972年太原市地热水普查资料，清徐上固驿东马岭一带峰峰组水温20.525，属温水；覃村17.1919.5，属冷水区域。砂岩类裂隙含水层组石炭系上统太原组砂岩类夹碳酸盐岩类裂隙岩溶含水层组本含水层组由L1、L2、L4、L5四层石灰岩组成，含灰岩层段厚3040m。灰岩中以K2最厚，质纯，是本含水层组的最主要含水层；L1多为泥灰岩，L4为石灰岩，L5多为泥灰岩。同奥陶系一样，本含水层的岩溶发育带和强富水带，也是沿边山断裂带展布，其范围基本同于奥陶系。位于边山断裂带的钻孔，自东向西南如404孔、357孔、627孔，岩溶发育

18、，单位涌水量1.3-11.18L/s.m，渗透系数18.15-86.57m/d。而离边山断裂带500m的541号孔，单位涌水量明显减少，为0.0492L/s.m，渗透系数0.71m/d。再离断裂带远一些的钻孔，单位涌水量为0.00029-0.0248L/s.m，渗透系数0.0023-0.208m/d。在平原至西梁泉岭一带形成自流。本含水层组水流方向在边山强富水带中基本是自东北向西南，标高798.60-789.40m，坡度平缓，平均每平方公里增加25mg/l，总硬度为24.44-46.76德国度，水质类型为SO42-· HCO3-Ca2+·Na+型。二叠系下统山西组砂岩裂隙含

19、水层组本含水层组砂岩岩性一般为含砾中、粗砂岩，据541号钻孔资料，单位涌水量0.0051L/s.m，渗透系数0.04m/d，矿化度0.579g/l，总硬度17.55德国度，水质类型为HCO3-·SO42-Na+·Ca2+型。二叠系下统下石盒子组、上统上石盒子组砂岩裂隙含水层组本含水层有多层砂岩，出露面积较大，绝大部分处于当地侵蚀基准面以上，故只形成透水层，在风化壳裂隙带，钻孔冲洗液经此层大量漏失；埋藏于侵蚀基准面以下的部分在浅部可形成风化带潜水，在深部为承压水。其富水性取决于构造条件，一般本组富水性弱，仅在边山断裂带有所增强。在白石沟边山大断层下盘的下石盒子组地层底部有泉出

20、露，流量30L/s左右。另外西梁泉附近分布有十余条垂直一边山的坎儿井，开采断裂带内的本含水层组的水，每条出水量10-20L/s，远离边山富水性变弱。下石盒子组单位涌水量约0.000245-0.00176L/s.m，渗透系数0.00793m/d。松散岩类孔隙含水层组上第三系上新统孔隙含水层组含水层主要为其底部的半胶结状砾石层，厚度不稳定，沟谷中多见有小泉水出露，泉流量一般为0.001-0.1L/s，富水性弱。第四系中上更新及全新统孔隙含水层组区内零星分布，可作为含水层的为大沟中的窄条带冲积物及边山洪积扇属，岩性为砂、卵、砾石及表层覆盖土层，厚度变化大，一般在靠近边山断裂带附近为10-30m，而山

21、区河谷冲积层一般小于10m，含水潜水。位于磁窑沟口的SK6孔，单位涌水量0.677L/s.m，渗透系数3.62m/d，分布于边山洪积扇群的浅井日出水量一般500-1000m3。4.1.3.地下水的补给、径流、排泄条件碳酸盐岩类岩溶裂隙水区域奥陶系岩溶水属晋祠泉域，奥陶灰岩在出露区接受大气降水和河流水补给后，从西北向东南的边山断裂带汇集、排泄。矿区内有人工开采奥陶系岩溶水，近年来随着用水量的增多开采量加大。碎屑岩类裂隙水主要在裸露区接受大气降水和河流（包括季节性河流）水的补给，其浅层水受地形和地层产状控制，大部分以侵蚀下降泉的形式排出地表，其特点是径流途径短，无统一水位。深部承压水主要受地质构造

22、控制，裸露区接受补给后沿岩层倾向形成径流，达到一定深度后，地下不径流变缓，甚至停滞。各含水层间水力联系较弱，主要排泄途径是生产矿井的矿坑排水。松散岩类孔隙水松散岩类孔隙水主要接受大气降水补给，全新统含水层以接受河流水补给为主，径流途径较短，一般在沟谷中形成小泉水，与地表水关系密切，互为补排关系。另外，人工开采也是其主要排泄途径之一。4.1.4.隔水层奥陶系的隔水层上马家沟组下段及峰峰组下段以角砾状泥灰岩石膏为主的膏盐带，为相对隔水层。其上、下含水层间，尤其峰峰组上段与上马家沟组上段含水层间，隔水性能良好，本地区多数情况下峰峰组水位高于上马家沟组水位。峰峰组与9号煤间隔水层峰峰组与9号煤间隔有6

23、0-90m的粘土岩、泥岩、砂质泥岩及砂岩等，基本不含水，为较为可靠的隔水层。山西组、石盒子组各砂岩之间以及和太原组之间隔水层山西组、石盒子组各砂岩之间以及太原组之间都存在泥质岩类隔水层，正常情况下互不联通，水位不一。其层位越高水位亦高，反之水位亦低。隔水层的隔水条件上述各隔水层，在正常情况下都能起到相对隔水作用，使上、下含水层互不串通。但较大的断层破碎带以及煤层采动裂隙带，可不同程度地破坏隔水层的隔水性能，使上、下含水层串通，还可为地表水补给地下水创造有利条件。4.1.5.井田在岩溶水系统所处的位置所处位置的地质意义清徐处于位于晋祠泉群南部，碾沟井田位于其东部。南部东西向构造:在产生乔家山隆起

24、的同时，南部出现了轻微的交城隆起，限制了马兰向斜的南延。于云梦山以东产生近东西向的方山口市儿口向斜，与马兰向斜轴线成“丁”字形。轴部为石盒子组，两翼倾角5-8度，云梦山西南的沙坡向斜亦呈近东西向展布。区域中南部主要为一套二叠系陆相碎屑沉积，构成广泛的层间孔隙水分布；北部及西北部在面积出露的碳酸盐岩，又为岩溶水的发育奠定了基础；而一系列褶皱带构成的新生代盆地，由于地表堆积了厚度不等的松散沉积物，以为孔隙水的分布创造了条件。所处位置控水构造碾沟煤业处于碾底断层以东，井田构造形态受区域性构造碾底断层、碾底向斜、碾底背斜、黄岭断层的影响，其地层总体走向与区域构造线方向基本一致，即北东向，在此基础上发育

25、有垂直于区域构造方向的次一级褶曲构造，井田内褶曲构造不甚发育，仅发育次级褶曲及更次一级的波状起伏。对地下水的径流起控制作用，形成顺地层流向时径流较强，逆地层流向时基本处于滞留状态。S1背斜，以NW向贯穿井田西南部，两翼倾角基本对称，为9°左右，已被井下采掘工程所控制。S2向斜，位于井田东北部，轴向NW，与S1背斜呈现平行展布，两翼倾角基本对称，为7°左右，已被井下采掘工程所控制。S3向斜：位于井田东部，为涧沟向斜和后窑背斜的西部末端，轴向北东，两翼倾角5°左右，沿NE75°方向向北东井入南峪井田。4.2.矿井充水条件4.2.1.充水水源本井田生产范围目前

26、位于井田的东部，将来将延伸至井田西部煤层深埋区，根据矿井水文地质条件及开采工艺，本井田可采煤层直接充水水源为顶板山西组砂岩裂隙含水层水、太原组岩溶裂隙含水层水、底板奥灰岩溶裂隙含水层水、采空区积水，间接充水水源为二叠系上、下石盒组砂岩裂隙含水层水、第四系砂、砾孔隙含水层、大气降水和地表水。现自上而下分述如下：大气降水及地表水由于井田内各地层出露特点，大气降水是井田内含水层的重要补给来源，可通过受其补给的含水层间接进入矿井，增加矿井涌水量。井田内煤层埋深较浅，顶板以上岩层风化裂隙发育，矿井涌水量与降水量关系密切，且矿井涌水量具有明显的季节性，矿井涌水量随季节发生周期性变化，与大气降雨具有季节性变

27、化的特点一致，涌水量高峰时间略滞后于降雨量高峰时间。目前井田生产范围进入西南部深埋区，大气降水主要以增加浅部采空区积水及补给地下含水层的方式间接增加矿井涌水量。井田内平均降水量为250-500mm，由于地形坡度较陡，植被不发育，地形有利于自然排水，入渗补给地下水条件差，只在基岩露头的沟谷中有少量的入渗。区内地表水属汾河水系，井田内没有常年性河流，较大沟谷均为季节性水流，平时断续有水或干涸，雨季流量增加，地表水对含水层的补给有限。顶板含水层水第四系砂、砾孔隙含水层：井田内第四系分布零散，其中可视作含水层的为较大沟谷中窄条带冲积物，厚度小于10m，含潜水。根据清徐详查勘探时抽水试验结果，单位涌水量

28、0.632L/sm，渗透系数3.58m/d，富水性中等。二叠系上、下石盒子组砂岩裂隙含水层：本组含水层一般由数层中粗粒砂岩组成，其间多隔以泥岩、砂质泥岩等，出露面积广大，但相当大一部分处于当地侵蚀基准面以上，形成透水层。据清徐详查勘探时抽水试验结果，单位涌水量为0.0002170.00134L/sm，渗透系数0.00785m/d，水量较小，富水性弱。二叠系下统山西组砂岩裂隙含水层：本组主要含水层为中粗粒砂岩，据清徐详查勘探抽水试验结果，单位涌水量0.0042L/sm，渗透系数0.032m/d，据N-1号水文孔山西组抽水资料，单位涌水量0.0053 L/sm，渗透系数0.0270m/d，富水性较

29、差。石炭系上统太原组砂岩、灰岩岩溶裂隙含水层：为井田内主要含水层之一。由L1、K2、L4、L5四层石灰岩组成。据N-1号钻孔太原组抽水资料，单位涌水量0.0054L/sm，渗透系数0.0285m/d，富水性弱。总体而言，井田内的各含水层富水性弱-中等，可增加矿井涌水量，但对矿井威胁程度低，但不排除存在局部强富水区域的可能，在强富水块段可对矿井生产安全造成威胁，尤其在岩溶陷落柱发育块段，需预防顶板溃水。底板承压含水层水本井田煤层底板承压含水层水为奥灰岩溶裂隙含水层水，其主要富水层段为峰峰组二段、上马家沟组二段、下马家沟组二段。根据井田内及周边水文孔资料，奥灰富水性不均，差异较大。井田内4号及以下

30、煤层各煤层均存在带压开采区，在断裂构造、岩溶陷落柱发育块段及存在奥灰原始导升块段，具有底板奥灰水涌水可能。该含水层水为矿井潜在的直接充水水源。采空区积水本区煤炭开采历史悠久，开采强度大，古窑和小窑采空区都不同程度的留有一定量的积水，周边小窑技术力量较为薄弱，加上采掘图纸不全，以致于积水面积，积水量无法计算，能够保存下来和能利用的地质及水文地质资料可靠性低，对矿井的安全生产有一定的威胁。因此，本矿井为充水性弱的矿井，其主要水患为采空区积水。随着今后采煤工艺的提高，采空范围的增大，将会出现地层塌陷、地面出现裂缝，从而沟通地面水、各含水层和井下的通道，而使矿井涌水有所增加。开采下部煤层时，上部煤层古

31、空区积水对其开采有较大的影响，应注意水害的防治。阳煤集团碾沟煤业有限公司是由原清徐县平口煤矿,西沟煤矿、碾沟煤矿及洛池渠煤矿进行整合而成，设计生产能力为120万吨/年。2010年3月至4月，按照山西省煤炭工业厅晋煤规发2010177号文件要求，山西阳煤集团碾沟煤业有限公司与山西省煤炭地质148勘查院对该矿井下采（古）空区积水、积气及火区等情况进行了联合调查，调查情况如下：本井田内采（古）空区的确定I2号煤层已大部分采空，采空范围大部分是由阳泉新宇岩土工程有限责任公司地测队井下实测确定，其余是由矿方原井下人员根据回忆或原地质报告内引用的采掘图推断确定。II4、5、6、8、9号煤层在井田中东部存在

32、古空区，古空区范围根据原清交详查报告确定。III平口煤矿开采8（8+9）号煤层，在井田东部存在新采空区，新采空区范围由煤矿实测确定。IV根据对周边生产矿井的调查，在井田边界附近存在2号及8号煤层的采（古）空区。本井田内采（古）空区积水的确定I井田内2、4、5号煤层的直接充水含水层是山西组砂岩裂隙含水层，间接充水含水层为下石盒子组砂岩裂隙含水层，太原组岩溶裂隙含水岩浮层和奥陶系中统灰岩岩溶含水层，6、8（8+9）、9#煤层有直接充水含水层为太原组灰岩裂隙含水层，间接充水层为其顶、底板都会慢慢渗透，形成一定范围的积水，这是该矿采（古）空积水的主要来源。II根据矿方提供的资料，原平口煤矿当时开采时，

33、井下涌水量小，正常涌水量为260m3/d，最大为15 m3/h。矿井均采用水泵排水，井下建有多处水仓及排水渠道，备有80D-30×9水泵多台，单台排水能力为23 m3/h。III2号煤层由于开采时间较早，且各煤矿停产多年，采空区内可能存在较大的积水量；4、5、6、8（8+9）、9号煤层的古空区以及边界外邻矿的采（古）空区都可能存在较大的积水量，在煤层开采时可能会形成水害隐患，一定要严加防范。8（8+9）号煤层由于开采时间短，采空区内存在积水现象，经与矿方技术人员共同调查，现采用经验公式对井田内各煤层采空区积水量预测如下：WK·M·FW预测采空区积水量，万m3K采空

34、区积水系数（取0.1-1）M煤层采厚,mF采空区积水面积，(m2)预测结果见表3-12：表3-12采空区积水量预测表煤层号古空区采空区积水面积（）积水量（万m³）积水面积（）积水量（万m³）合计（万m³）2222300020.22931945002.022822.25214297100034.939034.93905463800068.642468.64246454100059.578059.578084509008.291288.291289267300045.761845.7618合计（万m³）239.46458上述积水量预测结果未考虑邻界煤矿采（古

35、）空区与井田内采（古）空区的连通，实际积水量应大于239.5万m3。由于上部03号煤层开采历史较久，积水范围和积水量没有查明。4.2.2.充水通道煤层及其附近虽然有水存在，但只有通过某种通道，它们才能进入采煤巷道形成矿井涌水，充水通道可以根据形成因素分为自然通道及人工通道。地层裂隙及空隙带、岩溶陷落柱、断层等属于自然通道；煤层采后顶板冒裂带、底板破裂、及封闭不良钻孔等属于人工通道。断层的导水性井田内主要构造为地层总体走向与区域构造线方向基本一致，即北东向。井田东部原平口煤矿，断层较少，仅在北部边沿发育有明窑沟断层。断层倾向SE，倾角80°，落差一般为315m，断层上、下盘地层均为上石

36、盒子组下段，地面断点清晰，对井田煤层破坏不大。碾底断层：为区域性构造，正断层，走向北东向，倾向北西，倾角75°左右，落差5-50m，沿井田北部穿过，将井田划分为南、北两个部分。距离2104工作面北部90m。断层对矿床充水的影响程度取决于断层的性质、规模、密度及其所切割岩层的岩性。由于断层是非均质体，其导水性在不同部位有很大差异，即同一断层在不同地段其导水性也有很大差异。区内较大型断层分布于井田北部。陷落柱据矿井生产资料，井田东部的陷落柱发育，共有大小陷落柱74个，直径大者上百米，小则数米。陷落柱面积率经测算为2.7%，据地表及井下资料，陷落柱内岩石成碎块状，压密度很高，孔隙度较小，富

37、水性均较差，就陷落柱本身不会对开采造成很大的影响，但在开采深部煤层时，可能会成为充水通道。以下为2104掘进工作面过构造情况表表4-1。0表4-1山西阳煤集团碾沟煤业有限公司2104掘进工作面过构造情况表序号巷道名称具体位置构造分类构造参数过构造起始时间走向倾向倾角断距（m）12#煤回风巷E56测点以东 北帮19.5m、南帮22.5m开始X93陷落柱长轴18.0m、短轴10m2016.2.242016.2.29E56测点以东 北帮39.0m、南帮39.0m结束22104回风巷E78测点以北 西帮5.4米开始，X94陷落柱长轴36.0m、短轴20m2016.1.272016.1.28E78测点以

38、北 西帮54.8m、东帮33.8m结束32104进风巷E61测点以北 西帮21m、东帮22.3mF70正断层N66°ESE60°2.02016.3.112015.2.1242104进风巷E65测点以北 西帮45m、东帮44.5mF95正断层N78°ES60°4.82016.3.2152104进风巷E65测点以北 西帮35m。东帮35.5mF94正断层N70°ES70°0.62016.3.212015.3.2262104切巷E73测点以东36m北帮、40.5m南帮开始X96陷落柱长轴33.5m、短轴20m2016.4.42016.5.1

39、0E73测点以东64m北帮、68m南帮结束72104回风E84测点以北31m西帮、32m东帮开始X95陷落柱长轴22.5m、短轴19.5m2016.4.22016.5.10E88测点以北21m西帮、22m东帮结束82104回风E96测点以北51.7m东帮、52.0m西帮F96正断层N87°ENE42°1.22016.5.172015.5.1892104回风E100测点以北38m东帮 垂直巷道F97正断层N81°ES45°0.92016.5.282015.5.29制 表：赵强审 核：闫左峰封闭不良的钻孔封闭不良钻孔是典型的人类活动所留下的点状垂向导水通道，

40、该类导水通道的隐蔽性强，垂向导水畅通，不仅使垂向上不同层位的含水层之间发生水力联系，而且当井下采矿活动揭露或接近钻孔时，产生突发性的突水事故。由于封闭不良钻孔在垂向上串通了多个含水层，所以一旦发生该类导水通道的突水事故，不仅突水初期水量大，而且有比较稳定的补给量。在煤田勘探及矿井生产过程施工了一些钻孔，在施工后钻孔得到了封闭，但部分钻孔由于技术设备、材料质量、施工条件、技术和生产需求及历史背景等原因，未封孔或封孔质量较差，在进行矿井设计和生产时，容易引起突水事故。井田内有15个钻孔，其中7个由阳泉新宇岩土工程有限责任公司于2010年施工，另外8个由原山西煤田地质勘探148队在1978年-198

41、2年清交矿区进行详查勘探时施工，由于当时的施工技术较低及封孔材料较差，存在封闭不良钻孔。本井田内的钻孔情况见下表所示：表4-2井田钻孔一览表序号钻孔号XYZ孔深1N-14171971.1719615067.69963.26706.362N-54171333.0619612911.321116.04328.723N-64170596.4819611799.061034.65282.224N-74170144.9119611261.921191.66459.505N-84172154.1019616435.371123.35278.306N-94171120.0519616941.921111.3

42、5297.807N-104171961.1919617037.641138.72304.628J54172458.6219614646.05984.45451.99944172158.9419615042.99970.59177.8710164170122.7119612159.02975.91228.64111314171531.2919617519.67994.42179.02123564170833.3219615561.40929.26222.41136184171598.9819613337.701240.86413.52146174170963.9219612490.481064.

43、37272.53153414169652.1419610873.59989.49260.69采动裂隙带采动裂隙导水主要指顶板冒落裂隙和底板破坏裂隙，根据碾沟煤矿开采情况及地层分布情况，2号煤层在回采后，由于开采时形成的导水裂隙，顶板冒落裂隙可能沟通上覆其它含水层，使其成为煤层开采的间接充水含水层。煤层顶底板岩石的抗压强度在2040MPa，覆岩岩性为砂岩、砂质泥岩等，属中硬岩性。根据井田开拓方案，当开采4、5、6、8（8+9）、9号煤层，采用全部冒落管理顶板时，根据三下采煤规程冒裂带最大高度计算公式可求得顶板冒落带（H1）、导水裂隙带（H2）的高度。计算公式如下：H1=A1±2.2H2

44、=A2±5.6式中，A1=100m/（4.7m+19.0），A2=100m/（1.6m+3.6），m为开采煤层累积厚度。计算结果见下表所示。表3-22冒落带、导水裂隙带计算成果表煤层号煤层厚度(m)煤层间距(m)冒落带高度H1 (m)导水裂隙带高度H2(m)20.85-3.402.3811.00-23.0018.205.7-10.126.5-37.740.69-2.971.633.9-8.320.7-31.94.97-10.237.6250.40-2.501.543.7-8.119.8-31.07.90-16.8012.4660.28-2.281.573.8-8.220.1-31.3

45、32.20-45.9036.378（8+9）1.40-6.203.647.9-12.333.0-44.20-10.805.8790.97-6.812.996.8-11.230.1-41.3通过上表可以看出，当开采4、9号煤层时，其采空形成的冒落带高度大于2号与4号、8（8+9）号与9号的煤层间距，因此对上方2、8（8+9）号煤层采空区积水如不及时探放，会随顶板垮落而下泄，形成灾害。当开采5、6、8（8+9）号煤层时，其采空形成的导水裂隙带高度大于4号与5号、5号与6号、6号与8（8+9）号煤层间距，因此对4、5、6号煤层采空区积水如不及时探放，会随导水裂隙带进入下部煤层巷道，形成灾害。综上所述

46、，井田中在可采煤层下部有较丰富的奥陶系石灰岩岩溶裂隙水，由于有碾底断层、黄岭断层的存在，要密切注意各含水层之间水力联系。4.2.3.充水强度本次工作收集了2013年至2016年9月的涌水量情况，涌水量主要来自顶板含水层水以及2#煤层采空区积水，统计结果见下表所示。表3-23涌水量统计表 单位：m3/h月份年度123456789101112201333.836.677.420.917.614.211.29.821.6164.629.419.1201425.432.027.219.45.83.74.05.617.611.212.84.820157.46.610.68.33.22.82.87.319

47、.810.211.53.020162.32.74.865.77.48.848.839.628.7碾沟煤业矿井充水强度较低，但是随着井田范围扩大，特别是进入深部带压开采区后，矿井涌水量将逐渐增大，需注意做好带压开采区的防排水工作，及时提高矿井抗灾强排水能力，并重视掘进头及工作面临时排水系统建设。4.3.井田含水层第四系砂、砾孔隙含水层井田内第四系分布零散，其中可视作含水层的为较大沟谷中窄条带冲积物，厚度小于10m，含潜水。根据清徐详查勘探时抽水试验结果，单位涌水量0.632L/s.m，渗透系数3.58m/d，水质类型为HCO3SO4CaMg型，矿化度244mg/l。二叠系上、下石盒子组砂岩裂隙含

48、水层本组含水层一般由数层中粗粒砂岩组成，其间多隔以泥岩、砂质泥岩等，出露面积广大，但相当大一部分处于当地侵蚀基准面以上，形成透水层。据清徐详查勘探时抽水试验结果，单位涌水量为0.0002170.00134L/s.m，渗透系数0.00785m/d，水量较小，富水性弱，水质类型为HCO3SO4CaMg型，矿化度534mg/L，为软的淡水。二叠系下统山西组砂岩裂隙含水层本组主要含水层为中粗粒砂岩，据清徐详查勘探抽水试验结果，单位涌水量0.0042L/s.m，渗透系数0.032m/d，据N-1号水文孔山西组抽水资料，单位涌水量0.0053 L/s.m，渗透系数0.0270 m/d，富水性较差，水质类型

49、为HCO3SO4CaMg型，矿化度556 mg /L。石炭系上统太原组砂岩、灰岩岩溶裂隙含水层为井田内主要含水层之一。由L1、K2、L4、L5四层石灰岩组成。据N-1号钻孔太原组抽水资料，单位涌水量0.0054 L/s.m，渗透系数0.0285 m/d，富水性弱，水质类型为HCO3SO4CaMg型，矿化度为376538mg/l，硬度1.720.36德国度，为极软一硬的淡水。奥陶系中统石灰岩岩溶裂隙含水层为多含水层组成的含水体。岩溶发育程度很不均一，裸露区岩溶发育程度优于埋藏区；上覆非可溶岩系盖层厚度小的优于厚度大的；断裂构造带优于正常地带。以清交断裂最为发育，晋祠泉一带地下溶洞最高可达4.30

50、m，随着岩溶发育程度的不同，富水性也有较大的差异。主要含水层段为上、下马家沟组的上、中段。峰峰组顶部岩溶虽然较发育，但由于处于奥陶纪古风化面，在长期的风化剥蚀作用下，岩溶裂隙多为粘土充填，减弱了赋水条件，一般来说富水性较差。在平面上由于距断裂构造的位置不同富水性也有差异。由于本井田距清交断裂带较远，井田内奥灰岩溶裂隙不甚发育，井田内有两个水文孔J5和N-1，J5号水文孔奥陶系峰峰组抽水试验单位涌水量为0.0022 L/s.m，水位标高为910.72m； N-1号水文孔奥陶系上马家沟组和下马家沟组混合抽水试验，水位标高为901.76m，单位涌水量为0.0001 L/s.m，渗透系数为0.0002

51、m/d。收集附近4个水文孔的资料（见表3-24），因距清交断裂带远近不一，单位涌水量分别由0.00029L/s.m增至7.279L/s.m，水位标高797.07919.24m。孔号试验层位水位标高（m）Kq施工时间及位置404O2811.1010.205.901963年，井田东部外3500mS26O2801.2618.005.50井田东南部外2800mJ30O2797.077.967.279井田南部3200m615O2919.240.00280.00029井田西南边界外600m表3-24附近水文孔情况表由上可知，井田内奥灰水流向为由北往南，且井田内岩溶裂隙不发育，奥灰水位标高为901-910m

52、。水质类型为HCO3·SO4-Ca·Mg型和SO4·HCO3-Ca·Mg型，矿化度为280-852mg/l，硬度为12.41-37.53德国度，为微硬一极硬的淡水。总之，井田主要含水层富水性弱中等。4.3.1.2号煤隔水层2号顶板隔水层山西组上部为下石盒子组，黄绿色、灰绿色砂质泥岩、粉砂岩与浅灰色细砂岩互层，段厚20.1030.10m，平均24.60m。上石盒子组连续沉积于下石盒子组地层之上，井田内大面积出露，该组地层在井田内厚约290m，上部隔水地层按其岩性主要为暗紫、兰灰、黄绿色泥岩、砂质泥岩与灰绿色细砂岩互层，本段最大残留厚度100m。下部隔水地层

53、主要为灰绿色、黄绿色砂质泥岩与细砂岩互层，间夹粉砂岩，成份以长石、石英为主，分选差，泥质胶结。段厚160.0210.00m,平均厚度190.00m。第四系中上更新统隔水地层为浅灰黄色含砂粘土、砂质粘土及棕红色粘土，粘土含钙质结核。2号煤层顶板以泥质岩类为主，底板以砂质岩为主。4号煤层顶板一般为砂质泥岩为主。底板一般为砂质泥岩和泥岩。6号煤层顶板多为泥岩和炭质泥岩，底板为细砂岩和泥岩。8号煤层顶板多为炭质泥岩和砂质泥岩，底板多为细砂岩和泥岩。9号煤层顶板为泥岩和砂质泥岩，底板以泥岩为主。煤层顶底板岩石物理力学实验成果见表3-25。表3-25煤层顶底板岩石物理力学实验成果表煤层编号顶底板单向抗压强

54、度（Kg/cm2）单向抗拉强度（Kg/cm2）抗剪强度（Kg/cm2）机械强度岩石名称2号顶板656311240砂质泥岩底板17762222100260韧10细砂岩4号顶板671底板4763025103156韧10细砂岩5号顶板1003砂质泥岩底板109812682330100351脆5泥岩8号顶板273炭质泥岩底板2788232143136泥岩9号顶板310683砂质泥岩底板2481126112459285韧10粉砂岩4.3.2.2号煤层涌水量构成现阶段井下涌水主要为井筒和上山采区煤层中渗水。初步分析，其原因一是由于井田东部分布采（古）空区多，都有不同程度积水，可沿煤层底板向巷道渗透；二是井

55、田内部煤层埋深较浅，顶板以上岩层风化裂隙发育，富水性较强，亦可沿风化裂隙间接向煤层渗漏。当开采煤层深部时，矿井充水因素将主要来自顶板以上砂岩含水层的渗漏，特别是随着煤层采空，顶板跨落形成塌陷裂隙，会导致上部各含水层，以至顶部基岩风化裂隙含水层的水沿裂隙下渗。根据以往的涌水量统计，涌水量主要来自顶板含水层水以及2号煤采空区积水，矿井平均涌水量为29m3/h，最大涌水量为164.6m3/h。4.4.矿井排水能力及现状4.4.1.中央水仓碾沟煤矿中央水仓容积为1368 m3，其中主水仓容积为842m3，副水仓容积为526 m3。安装有MD155-30×9水泵三台，单台排水能力为155m3/h。矿井涌水量大约29 m3/h，能满足矿井排水所需设备，抗灾能力较强。井底主、副水仓设在主斜井下部，考虑