煤矿露头火区及塌陷区综合治理勘察报告

铝土岩组成—海浸沉积旋回。上部为灰色页岩，砂质页岩和灰白色石英砂岩，中部夹石灰岩，局部地区偶含煤线，为一海陆交替相铁铝岩建造。厚度21~34m。上统太原组（LINKWord.Document.8"C:\\DocumentsandSettings\\Administrator\\桌面\\汾西正晖煤业五矿火区和塌陷区综合治理项目工程勘查报告(郑改).doc"OLE_LINK8\a\rC3t）:下段灰、深灰、灰黑色页岩、粘土页岩、砂质页岩及灰色砂岩，夹不稳定的石灰岩一层，含煤2~3层。主要煤层位于上部。上段深灰、灰黑色页岩、砂质页岩、灰色砂岩为主，夹石灰岩或海相页岩3~4层，含煤3~5层。顶部煤层为主要可采煤层。中上部常夹菱铁结核。厚度94~112m。该系由深灰、灰黑色页岩，LINKWord.Document.8"C:\\DocumentsandSettings\\Administrator\\桌面\\汾西正晖煤业五矿火区和塌陷区综合治理项目工程勘查报告(郑改).doc"OLE_LINK9\a\r砂质页岩、碳质页岩（夹煤层）和灰白色LINKWord.Document.8"C:\\DocumentsandSettings\\Administrator\\桌面\\汾西正晖煤业五矿火区和塌陷区综合治理项目工程勘查报告(郑改).doc"OLE_LINK10\a\r石英砂岩、LINKWord.Document.8"C:\\DocumentsandSettings\\Administrator\\桌面\\汾西正晖煤业五矿火区和塌陷区综合治理项目工程勘查报告(郑改).doc"OLE_LINK11\a\r石灰岩和海相页岩组成，为一海陆交替相含煤建造。主要出露于宁武静乐盆地周围。4）二叠系（P）：下统XX组（P1s）：深灰、灰黑、黑色页岩、砂质页岩、粘土页岩及灰白色砂岩为主，夹少量菱铁矿结核，含煤1~5层（中下部1~2层较好，局部可采）。厚度31~54m。下统下石盒子组（P1x）：下段黄绿、灰色砂质泥岩、页岩为主，夹灰黑色页岩、灰绿色中细粒石英砂岩及1~3层薄煤层或煤线。上段黄绿、灰绿色中细粒石英砂岩为主，夹灰绿、黄绿色砂质页岩、泥岩、粉砂岩。顶部为紫、黄绿色砂质页岩，部分具鲕状结构。厚度91~128m。上统上石盒子组（P2s）：下段黄绿、灰绿色中粗粒石英砂岩与紫、黄绿色泥岩、砂质泥岩互层，夹灰、灰绿色粉砂岩、细砂岩。厚度132~166m。中段黄绿、黄白色中—粗粒石英砂岩与紫红色泥岩、砂质页岩互层。砂岩中多含小砾。厚度73~112m。上段暗紫、黄绿色泥岩、砂质泥岩为主，夹黄绿色细粒长石石英砂岩。底部砂岩普遍含砾。厚度138~170m。本组厚度343~445m。上统石千峰组（P2sh）：底部黄绿、黄白色含砾长石石英砂岩；下部黄白、紫红色细粒长石砂岩与紫红色页岩互层。中部紫红、黄白色细—粗粒长石石英砂岩；上部紫红色砂质泥岩与紫红、黄白色细—粗粒长石石英砂岩互层；顶部砖红色砂质泥岩夹灰岩结核。本系地层属陆相沉积岩系，广泛分布于宁武静乐盆地周围，连续沉积于石炭系地层之上。（2）中生界：包括三叠系和侏罗系，两者为连续沉积关系，由陆相碎屑岩系至陆相含煤岩系递变，广泛分布于宁武静乐盆地周围和中心部位。1）三叠系（T）由黄绿、紫红和肉红色长石砂岩夹砂质泥岩和少量灰绿色和紫红色含灰岩结核组成，属红色陆相沉积岩系。本系地层环布于宁武静乐盆地周围，出露完善。下统刘家沟组（T1l）：下部紫红、灰白色中细粒长石石英砂岩。中部紫红、灰白色细粒长石石英砂岩，夹少量紫红色页岩。上部砖红、紫红色中细粒长石石英砂岩，常含砂质泥岩团块。厚度133~184m下统和尚沟组（T1h）：下部紫红、暗紫色泥质粉砂岩；中部紫红色厚层细砂岩与紫红色泥岩互层。上部紫红暗紫红色厚层泥质粉砂岩。厚度160~229m中统二马营组（T2er）：下部肉红、灰白、黄绿色长石石英砂岩，夹少量暗紫红色砂质泥岩或页岩薄层。砂岩中长石含量较多，具斑状构造，交错层发育。底部砂岩较厚，上部含数层砾石，最上层紫红色砂质泥岩层位稳定。上部肉红、灰白、黄绿色长石石英砂岩、长石砂岩夹少量暗紫红、灰绿色砂质泥岩。砂岩中长石含量较多，具斑状构造，以厚层中粗粒为主，夹少量细粒砂岩，靠上紫红、灰绿色砂质泥岩层增多。厚413~596m中统铜川组（T2t）下部浅灰绿色、黄绿、浅灰黄、灰白色厚层中、粗粒长石砂岩、长石石英砂岩为主，夹少量紫、灰紫、黄绿色页岩、砂质页岩、砂质泥岩等薄层。局部泥、页岩层缺失。上部灰绿、黄绿、灰黄色及少量肉红色中厚层中细粒长石砂岩、长石石英砂岩夹灰绿、黄绿、紫红色砂质页岩、泥岩。砂页岩有时呈互层状，泥页岩中含有钙质结核。厚291~358m侏罗系（J）中统大同组（J2d）上部灰、蓝灰、黄绿色页岩、砂质页岩、泥岩，夹灰、灰白、黄绿色中厚层中细粒砂岩、长石砂岩、凝灰质硬砂岩、煤层、灰岩凸镜体及菱铁质结核。近顶部煤层可采。厚167~250m下部灰、灰白、浅黄、黄绿色中厚层中、粗粒砂岩，长石石英砂岩夹灰色凝灰质硬砂岩、灰、灰绿、暗紫色页岩、砂质页岩和炭质页岩及煤线。厚110~250m底部灰黄色厚层中、粗粒石英砂岩、长石石英砂岩，局部砾岩。本组厚300~568m中统云岗组（J2y）底部灰白、灰黄、黄绿色厚层粗粒砂岩，长石砂岩及砾岩、砂砾岩。厚6~35m下部黄绿、灰绿、灰黄色中-厚层中细粒含砾长石砂岩，石英砂岩、砂岩与暗紫红、紫红、灰绿色页岩、砂质页岩互层或互为夹层。并夹灰黄褐色凝灰质硬砂岩薄层及灰色灰岩凸镜体及钙质结核。厚124~145m上部暗紫红、灰黄、灰绿色页岩、砂质页岩为主，夹有灰绿、灰白、灰黄色中-薄层中细粒长石石英砂岩。砂岩具斜层理，页岩、砂质页岩夹灰、灰黄色灰岩薄层、凸镜体或20～30cm大小的钙质结核。厚106~176m本组厚度216~339m中统天池河组（J2t）暗紫红、紫红、灰红色中—薄层中细粒长石砂岩和长石石英砂岩为主，夹少量浅紫红色砂质页岩、泥岩薄层。砂岩交错层理发育，砂质页岩中含大小不等的钙质结核，底部砂岩中含小砾。厚度＞500m.由灰黄色长石石英砂岩、长石砂岩、灰白色石英砂岩和灰、黄绿、暗紫红色砂质泥岩为主夹煤层组成。本系地层分布于宁武静乐盆地中心部分，为陆相沉积岩系，与下伏地层呈连续沉积。（3）新生界1）上第三系（N）：上新统静乐组（N2j）：岩性主要为深红色粘土、砂砾层夹粗砂，砾石夹细砂及粘土，其次为褐黄色粘土，三趾马红土也广有分布。该统地层分布范围较广，为河湖相堆积物。厚度0~46m。2）第四系（Q）：下更新统泥河湾组（Q1n）：岩性为深黄、黄褐、肉红、红褐色粘土。一般致密、坚硬。另在宁武东庄—马营海一带高山湖泊侵蚀平台上有冰积物分布，岩性为砾石及锈黄、黑灰色细砂夹蓝色淤泥。厚度60~85m。中更新统冲洪积（Q2pal）岩性为浅红棕色、褐黄色亚砂土、亚粘土、砂质粘土夹古土壤及钙质结核层，夹不稳定砂砾石层，底部常有砾石凸镜体。厚度0~45m。上更新统峙峪组（Q3s）：沿河流两侧分布，组成Ⅱ级阶地，由于后期切割侵蚀，多保留零星而不连续，有的以基座阶地形式出现，直接覆盖于基岩或第三系红土上。包括河湖相及坡洪积相两个成因类型，岩性为一套浅黄或灰黑色粉砂、细砂夹砂砾石层以及淡红色或兰灰色薄层粘土，亚粘土、黄土状亚砂土。厚度7~25m。上更新统马兰组（Q3m）：分布于山区、丘陵，黄土状亚砂土、亚粘土。一般结构疏松，颗粒均匀，具大孔隙，垂直节理发育，偶含钙质结核。厚度15~40m全更新统冲洪积（Q4pal）：冲洪积层岩性主要为灰黄色亚砂土及砂砾石层，部分地区有黄土状亚砂土和粉细砂，广泛发育于河谷。Ⅰ级阶地二元结构清楚，各大沟口有近代冲积锥，其岩性为砂砾石夹砂土。厚度7~25m。（5）岩浆岩：本区的侵入岩系前寒武纪酸性岩和超基性岩，以及燕山期酸性岩。该区岩浆岩岩性主要是变质闪长岩、斜长角闪岩、紫苏辉岩、花岗岩脉及伟晶岩和橄榄岩—辉石岩各种岩石。本区岩浆岩主要是由于酸性岩浆混合交代中—基性围岩而成，花岗岩脉在岩群内分布很广，一般宽数米至数十米，少数为数百米的岩墙。3.3地质构造本区地质构造处于吕梁—太行断块的宁武—静乐块坳。宁武—静乐块坳展布于芦芽山与云中山之间，北东起自雁门关，南西至娄烦县，长约160km，宽约30km。块坳显示为自北东向南西掀斜的复向斜，其北西侧以春景洼—西马坊枢纽逆冲断裂与属于吕梁山块隆的芦芽山—赤坚岭掀斜背斜相接，南东侧以芦家庄—娄烦枢纽逆冲断裂与五台山块隆相接。据块坳内构造特征可分为三段。北段（宁武—轩岗以北的地段）：为复向斜的掀起端，发育有大量的北东向正断层，向斜槽部地层为中三叠统二马营组，两翼地层和中段两翼地层基本相同。中段：宁武—轩岗到新堡—杜家村之间，表现为简单的向斜构造。槽部在段家岭—迭台寺—宁化堡一线，由中侏罗统天池河组构成。两翼地层产状较陡，由三叠系、二叠系、石炭系、奥陶系、寒武系等构成，局部地段出露太古界变质岩系。南段（新堡—杜家村以南地段）：由于第四系大面积覆盖次级构造形迹不清楚，仅两翼岩层倾角较陡，甚至直立、倒转。本区处于宁武—静乐块坳的南段的北端。宁武—静乐块坳的构造形式和特征如下：在芦芽山东坡吕梁山群中，北北东向构造普遍发育。多发生了规模不大，延伸不长的中小型倒转背斜和向斜，如乔儿沟向斜、长门背斜等总称为赤坚岭—东马坊褶带。它们多呈同斜倒转的褶皱，轴面向北西倾斜，向南东倒转。每个单体褶皱的走向为50°，呈雁行式排列，总体方向为30°。在下元古界地层中发育有两个方向的断裂，一为平行褶皱走向的压性断裂。如响昂圪塔断层、西马坊断层等，它们的走向为25°~30°，多为逆断层，断面倾向北西，倾角多为55°~70°，另一为与褶皱轴走向垂直或近于垂直的张性或张扭性断裂，如腰上断层等，它们长度较短，多为正断层或正平推断层，断面倾角很陡，一般都在70°~80°。构造线方向基本上呈北东-南西向。主要褶皱有春景洼-马伦背斜（芦芽山背斜）和盘道梁-化北屯向斜（岭底-社安铺向斜）。境内断层发育，特别是在盘道梁-化北屯向斜东北扬起部位及东南翼，分布着与其走向平行的大小不等的许多正断层，而逆断层次之，较大断层有东寨-春景洼逆断层、同家沟正断层、怀道正断层、柳子亚正断层。区域内岩浆岩侵入在前寒武系变质岩基底中，上部被寒武系地层不整合覆盖。主要侵入体有三个，即马伦（紫苏）辉石石英二长岩体、云宁山花岗岩岩体、千木沟花岗岩岩体。前者为太古代，后者为元古代产物。除此之外，尚有辉绿岩脉，亦属元古代产物。北北东褶皱带内的前寒武系地层中普遍发育着两组走向为330°~340°、270°~280°的辉绿岩脉，延伸很长约30~40km，走向变化很小,很直，似如刀切。岩脉是元古代后、寒武纪之前侵入的，它们所填充的裂隙是两组扭裂面。由于前寒武系岩石刚性较强，故成生的两组岩脉主压应力方向，应为两组岩脉夹角的锐角等分线方向，即北西西—南东东方向，其与北北东褶带的主压应力方向一致在寒武纪至侏罗纪的地层中，褶皱和平行褶皱走向的一系列压性构造面，总体上是一个向斜构造盆地，即宁静向斜。盆地向南西方向翘起，向北东方向倾伏。褶皱轴向为30°。向斜核部地层平缓，向两翼地层产状逐渐变陡，至区域南部局部倒转，长约100km，宽约10km，平行向斜轴的有岔上综上所述，3.4地壳运动发展史本区从太古代以来经历了多次构造变动。远在太古代时地壳处于活动状态，发生在这个时代的五台运动是已知最早的地壳运动。在成生宁武—静乐块坳的地应力活动方式中，主要是以北北东—南南西直线式扭力为主。北西西侧相对于块坳的南东东侧向南南西方向移动，形成了太古界界河口群和吕梁群宁武—静乐块坳的雏形。从下元古界到中生界的侏罗系，主要是北西西和南东东向的挤压力为主，这时形成了盖层中的褶皱和断裂构造。五台运动使的太古界岩石褶皱、变质，并半生岩浆活动。元古代吕梁运动继承了五台运动的特点，并又有所发展。自早古生代开始，区内地壳缓缓下降，沉积了一套陆相—浅海相的寒武系、奥陶系地层。自中奥陶世末至志流世地壳普遍上升。下古生界的厚度表现为北厚南薄，说明在下古生代构造运动中，北部比南部受水平挤压导致的沉降幅度要大。因此从地壳升降运动，海水进退，沉积物的特征上看，本区经历了上升（海退，遭受剥蚀）、下降（海浸、接受沉积）、再上升（海退，遭受剥蚀）三个阶段，反映了巨大的地壳升降和海侵旋回。晚古生代泥盆纪和早石炭世时地壳仍为上升，本区仍为古陆剥蚀区，是中晚奥陶世和志留纪历史的继续。直至中石炭世本区地壳又普遍缓慢沉降，海水不时内侵，除基底岩系隆起之外，普遍沉积了一套海陆交互相的含煤地层。二叠系中晚期，地壳进一步上升，逐步形成一些彼此隔绝的内陆盆地。发育了一套干旱气候下大陆红色岩系。中生代本区受燕山运动的影响显著。中侏罗世末，即燕山运动开始，宁武—静乐凹陷全面上升，与此同时，全区发生了较强烈的褶皱和断裂变动，为本区奠定了基本的构造轮廓，形成了宁武—静乐块坳。自燕山运动后，新构造运动表现十分明显，使本区经受了五次较大间歇性运动，形成了区内五级夷平面和相应的六级阶地。本区自侏罗纪褶皱隆起后，长期遭受剥蚀，剥蚀区形成了一个较平坦宽广的剥夷面，到新生代于低洼处沉积了老第三系。老第三纪末期本区发生了第一次上升，上升幅度达400m，第二至第五次上升，每次上升幅度都达100~400m。上升幅度在剥蚀区与堆积区有很大差异。剥蚀区上升幅度大，上升达1400~1700m，而堆积区只上升250m。总量相差1000余米。总之新生代以来本区表现出差异性间歇上升的特点，而目前区域处于缓慢沉积中的相对稳定期。3.5水文地质条件本区处于汾河的发源地，汾河两岸有较大的支流汇入，左岸有洪河、鸣河；右岸有西河、新堡河。汾河以东地表水沿沟谷由东向西排入汾河，汾河以西地表水沿沟谷由西向东排入汾河。区域内主要含水岩组有：（1）奥陶系岩溶裂隙含水岩组奥陶系石灰岩为岩溶裂隙含水层。中奥陶系分上、下马家沟组及峰峰组，据区域资料，峰峰组厚141~177m，灰岩含泥质，裂隙连通性差，属弱含水层。上马家沟组厚180~275m，岩溶较发育，以溶孔为主，连通性好，富水性强，为奥灰主要含水层段。地下水位两岸高，河谷低，地下水总体流向西南。水质HCOa·Cl-Ca·Na型，矿化度小于1g/L。（2）碎屑岩夹碳酸岩类岩溶裂隙含水岩组太原组间夹厚度不等的灰岩，为溶蚀裂隙含水层。灰岩沉积稳定，富水性弱，单涌水量0.00353-0.01189L/s·m，地下水迳流缓慢，水质类型HCOa·Cl-Ca·Na型，矿化度0.400-1.452g/L。（3）碎屑岩类岩溶裂隙含水岩组二叠系XX组、下石盒子组及上石盒子组发育厚度不等的砂岩，为砂岩裂隙含水层，厚度大且稳定，局部裂隙发育，一般富水性较弱，单位涌水量一般为0.004~0.2L/s·m，水质类型HCOa-Na，HCOa·Cl-Na型，矿化度小于1g/L。三叠系刘家沟组、和尚沟组、二马营组，三组地层中均含有较多的砂岩，为砂岩裂隙含水层，厚度大且较稳定，局部裂隙发育，一般富水性较弱。侏罗系大同组、云岗组、天池河组亦主要由砂岩组成，为砂岩裂隙含水层，厚度大且稳定，局部裂隙发育，一般富水性较弱。（4）松散岩类孔隙含水层组第四系砂砾孔隙含水层组，岩性为黄土、亚粘土，砂砾石层，厚0~94m，砂砾石层为主要含水层，埋藏浅，水质好，是当地工农业用水的主要水源。矿区外围地区，基岩含水层均有分布，成为地下水补给区，大气降水为主要补给来源，但地形高差大，沟谷发育，植被覆盖稀少，地表排泄条件好，不利于大气降水入渗补给，故补给条件差。第四系地下水及奥灰水迳流条件好，石炭、二叠系地下水迳流条件差。第四系潜水与基岩裂隙水联系较密切外，含水层间均有厚度稳定的隔水层，一般无水力联系。3.6不良地质作用本区地处管涔山脉东麓，黄土高原西北部，地表出露有石炭系、二叠系地层、余者被黄土覆盖。气候条件差，土地贫瘠，植被稀少，生态环境较脆弱。区内地质构造较简单，地质构造以褶曲为主，断层较少、无陷落柱等现象。含水层除深部奥陶系灰岩富水性较强外，其余均属弱含水层。本区新生代以来表现为差异性间歇性上升的特点，剥蚀区上升幅度大，而堆积区上升幅度小，总量相差1000m以上。在区域性构造运动的主导下，区内河流切割强烈，岸坡大部基岩裸露。岩坡岩性主要为砂岩和砂质泥岩及泥岩，二者交替出现。岩层中部发育走向75°和340°，近于垂直的两组节理，其中一组与河谷方向近于平行，砂岩层中的节理受卸荷作用变得宽大、连通。砂质泥岩遭风化而被掏空，在河流侵蚀凹岸的陡峭地段，造成砂岩层局部悬空，在重力作用下导致崩塌发生。河谷两岸崩塌现象较为普遍。如左岸大寺沟内，谷底巨石嶙峋，块石直径达2~3m。由侏罗系砂岩与砂质泥岩组成的河谷岸坡，其中下统大同组以砂质泥岩为主间夹砂岩，中统云岗组以砂岩为主间夹泥岩、砂质泥岩。汾河河谷左岸相当部分的岩层向河谷倾斜，其倾角小于岸坡坡角，在陡岸地段，有冲沟切割，容易造成滑坡，在降水和地震力的作用下，同时具备可能的滑移面和临空面时，即使岩层倾角较小，也有滑坡发生。区内较大的滑坡有宁化滑坡、南庄梁滑坡和好水沟滑坡，还有一些小型滑坡。这些滑坡多为顺层滑坡，其形成机制为：河流冲刷下切使岸坡变陡软弱岩层在坡脚出露。倾向河谷的岩层在本身的重力和附加应力作用下，顺岩层倾向向河谷滑移。此外，还有一些小型切层滑坡，一般是在陡岸处软弱岩层中，由于卸荷作用和长期载荷作用下形成的蠕变及地下水的浸润作用下沿裂隙发育而成。这些现象主要发生在汾河谷地，矿区则少见滑坡现象。综上所述，本区范围地形复杂，地表水不发育，矿区没有构成滑坡和泥石流现象的必要条件。矿区环境地质条件属简单类。重组前煤矿采煤形成的冒裂带改变了部分地下水流径，使浅层潜水向深部渗漏，引起潜水面下降，改变了地下水的径流、排泄条件，并有新的污染源参与到水循环之中，4地震效应4.1场地抗震设防烈度工程区处于吕梁—太行断块，宁武—静乐块坳。据调查，该区历史上曾发生几次大的地震，如公元1101年、1683年岢岚、宁化、宁武、忻州、静乐一带发生地震，城墙、房屋多有塌毁，且有人畜伤亡。近代以来未发生过大的地震，震级一般为2~4级。本区基本地震加速度值为0.15g，地震动反应谱特征周期0.40s，相应抗震设防烈度为7°，设计地震分组为第二组4.2场地土类型与场地类别该场地（主要指各治理区）岩土层多为坚硬较硬的岩石或破碎和较软岩石，剪切波速vs＞800m/s或者800m/s≥vs＞500m/s，局部沟底有碎石土堆积，山梁有黄土覆盖，其厚度一般不大于5m，该场地土类型为较硬岩石和软质岩石，场地类别为Ⅰ类。4.3抗震地段划分5矿区地质条件5.1地形地貌XX昌瑞煤矿位于宁武县西南方向约60km处，地方行政区划属宁武县新堡乡管辖，地理坐标为北纬38°33′44″—38°35′46″，东经111°54′29″—111°55′27矿区矿区地处管涔山脉东麓。井田内整体地势北西高南东低。井田内最高点海拔标高1800m，最低点海拔为1579m，最大相对高差达221m矿区内局部地段被黄土覆盖，黄土受到强烈的侵蚀、切割、多形成土梁、峁地形，一般呈南北向展布，同时发育近东西向冲沟，冲沟两侧分支沟谷发育，沟谷底部大部分比较开阔，多呈“U”字型，部分地段狭窄，呈“V”字型出现。5.2地层岩性区内出露及揭露的地层由老至新依次有：（1）奥陶系中统上马家沟组（O2s）由一套灰黄色泥灰岩、黄色、黄绿色白云质灰岩灰岩、角砾状泥灰岩、豹皮状灰岩，钙质页岩组成，出露于井田西北部。（2）石炭系中统本溪组（C2b）本组平行不整合于奥陶系中统上马家沟组灰岩侵蚀面上，下部为海陆交替相得铁铝岩构造。自下而上一般由XX式铁矿、铁铝岩、铝土岩及铝质粘土岩组成。上部为灰色泥岩、砂质泥岩及灰白色石英砂岩。本组地层厚16.65-32.5m，平均（3）石炭系上统太原组（C3t）出露于井田北西部，与下伏地层呈整合接触。为本井田主要含煤地层之一，呈海陆交替相的含煤构造。由灰或灰黑色泥岩、砂质泥岩、炭质泥岩、灰白色石英砂岩、煤、石灰岩及海相页岩组成。可采煤层由2、3、5号煤层，其中5号煤层厚度较大，主要赋存于中下部。本组中部所夹石灰岩，含有蜿足类化石，横向变化大，层位不稳定。本组底部与本溪组地层之间，以一层较薄的石英砂岩为界，该砂岩分选良好，粘土胶结，层位稳定，相当于太原西山的晋祠砂岩。本组含晚石炭世希瓦格筵和太原网格长身贝等标准化石及少量假蛋形脉羊齿和长椭圆楔叶等早期华夏植物化石。本组厚度80.21-143.0m，平均（4）二叠系下统XX组（P1s）出露于井田中东部。为一套陆相沉积为主的含煤岩系，与下伏地层地层整合接触。主要由灰色砂质泥岩、灰黑色泥岩、灰白色石英砂岩组成，中间夹煤及炭质页岩。砂岩主要赋存于下部，横向变化大，稳定性差，分叉、变薄和尖灭现象显著。含煤1-2层，编号01、1号，这两层煤较薄，不可采。泥岩中植物化石较多，其中以多脉带羊齿甚为繁盛。本组厚39.35-76.98m，平均（5）二叠系下统下石盒子组（P1x）井田中部有出露。为黄绿、杏黄色陆相沉积岩系，与下伏地层呈整合接触，可分为两个岩性段，第一段为黄绿和灰绿色厚层状硬砂岩、黄绿色和灰绿色砂质泥岩及少量灰黑色泥岩组成，下部偶含煤线及炭质页岩；第二段以黄绿和杏黄色厚层状石英砂岩、黄绿和紫红色砂质泥岩为主，夹少量灰色和黄绿色泥岩，底部分解砂岩偶含砾石。本组厚88.21-134.52m，平均（6）二叠系上统上石盒子组（P2s）井田北东部有出露。本组地层厚268.7-348.1m，平均280m，为杏黄、黄绿和紫红色泥岩、砂质页泥岩和黄绿、灰白色石英砂岩等，本组地层在区内保存不全。（7）第四系上更新统（Q3）不整合覆盖于下伏基岩之上，由灰黄色亚砂土，亚粘土组成，柱状节理发育，分布于山坡及梁顶。本组厚0-3（8）第四系全新统（Q4）为泥砾、砾石及残坡积物。厚度0-10.0m。5.3地质构造本区域构造位置处于吕梁―太行断块之宁武―静乐块坳之西北缘。区内地层总体呈一单斜构造，在此基础上发育着波幅不大的褶曲构造。地层走向北东，倾向南东，倾角60-85°。区域南部局部地层倒转。构造线方向基本上呈北东～南西向。主要褶皱有春景洼-马伦背斜（芦芽山背斜）和盘道梁-化北屯向斜（岭底-社安铺向斜）。境内断层较发育，尤其是在盘道梁-化北屯向斜东北扬起部位及东南翼，分布着与其走向平行的大小不等的多数正断层，而逆断层次之，较大断层有东寨-春景洼逆断层、同家沟正断层、怀道正断层、柳子亚正断层等。区域内岩浆岩侵入在前寒武系变质岩基底中，上部被寒武系地层不整合覆盖。主要侵入体有三个，即马伦（紫苏）辉石石英二长岩体、云宁山花岗岩岩体、千木沟花岗岩岩体。前者为太古代，后者为远古代产物。除此之外，尚有辉绿岩脉，亦属元古代产物。5.4水文地质矿区位于宁武盆地南部边缘的汾河源头附近，地层总体为向东倾斜的单斜构造，倾角60~85°，局部可达80°。区内发育长年性河流—汾河，属黄河水系。地表水沿沟谷由西向东汇入汾河流域。区域内主要含水岩组有：（1）奥陶系岩溶裂隙含水岩组奥陶系石灰岩为岩溶裂隙含水层。中奥陶统分上、下马家沟组及峰峰组，据区域地质资料，峰峰组厚141~177m，灰岩含泥质，裂隙连通性差，属弱含水层。上马家沟组厚180~275m，岩溶较发育，以溶孔为主，连通性好，富水性强，为奥灰主要含水层段。据有关资料，奥灰水水位1350m，水位西北高，东南低，地下水流向东南。治理1区处理底标高为1525.0m，治理2区处理底标高为1620.0m，塌陷治理区处理底标高为1671.9m，奥灰水水位低于治理区最低标高，对治理区边坡无影响。水质HCOa·Cl-Ca·Na型，矿化度小于1g（2）碎屑岩夹碳酸岩类岩溶裂隙含水岩组太原组间夹的厚度不等的灰岩，为本组溶蚀裂隙含水层。沉积稳定富水性弱，单位涌水量0.00353~0.01189L/s·m，地下水迳流缓慢，水质类型HCOa·Cl-Ca·Na型，矿化度0.400~1.452g/L。（3）碎屑岩类裂隙含水岩组二叠系XX组、下石盒子组及上石盒子组发育厚度不等的砂岩，为砂岩裂隙含水层，厚度大且稳定，局部裂隙发育，一般富水性较弱，单位涌水量一般为0.004~0.2L/s·m，水质类型HCOa-Na，HCOa·Cl-Na型，矿化度小于1g/L。三叠系刘家沟组、和尚沟组、二马营组地层中均含有较多的砂岩，为砂岩裂隙含水层，厚度大且较稳定，局部裂隙发育，一般富水性较弱。（4）松散岩类孔隙含水层组第四系砂砾孔隙含水层组，岩性为黄土、亚粘土，砂砾石层厚0~94m，砂砾石层为主要含水层，埋藏浅，水质好，矿区外围的北部地区，基岩含水层地表均有出露，成为地下水的补给区，大气降水为主要补给来源，但地面高差大，沟谷发育，植被覆盖稀少，地表排泄条件好，不利于大气降水入渗补给，故补给条件差。第四系地下水及奥灰水迳流条件好，石炭、二叠系地下水迳流条件差。第四系潜水与基岩面裂隙水联系较密切外，含水层间均有厚度稳定的隔水层，一般无水力联系。（5）水文地质条件1）地表水井田内地表水系不发育，只发育一些冲沟，由于降水量小，基本上无积水，只有雨季才有水流经过。地表水基本汇于沟谷，向东流出井田，汇入汾河。2）含水层井田内的主要含水层有：奥陶系碳酸盐岩溶裂隙含水层；石炭系二叠系含水岩组；新生界第四系砂砾石含水层。a）奥陶系碳酸盐岩岩溶裂隙含水层井田内奥陶系灰岩分上下马家沟组及峰峰组，马家沟组以中厚层灰岩为主，富水性强，峰峰组以灰岩、白云质灰岩为主，富水性较弱。据汾河源头出水标高推测：本区奥灰水水位标高1350mb）石炭、二叠系石灰岩岩溶裂隙含水层和砂岩裂隙含水层太原组主要含水层为泥岩中所夹的厚度不等的灰岩，单层厚度1-3m，裂隙岩溶不发育，据区域水文资料，富水性普遍较弱。XX组平均64.6m，发育较稳定的砂岩4层，以2号煤顶板中粗粒砂岩K3为主要含水层，平均厚4.24mc)第四系砂砾石含水层井田内第四系厚0-303）隔水层井田内隔水层较多，各基岩含水层之间发育都有厚度稳定的泥岩、砂质泥岩，可起到隔水作用。5号煤层至奥灰水位间夹有隔水层，厚度平均50m左右，岩性以泥岩、砂质泥岩及薄层砂岩为主，具有较好的隔水作用，石炭系、二叠系各煤层之间，有稳定的泥岩、砂质泥岩沉积发育，厚度大，为良好的隔水层。5.5环境地质矿区地处管涔山脉东麓，黄土高原西北部，气候条件差，土地贫瘠，植被稀少，生态环境较脆弱。矿区地质构造简单，未发现断层、陷落柱、滑坡及泥石流等现象。矿区范围汇水面积小，地表水不发育，无大的河流。矿区含水层除深部奥陶系灰岩富水性强外，其余均属弱含水层。矿区范围虽地形复杂，地表水不发育，难以构成滑坡和泥石流现象的必要条件。另外，由于煤层埋藏较深，煤层中的有害元素对地表环境的影响甚微。矿区地质条件属简单类。重组前矿区内临近沟谷的煤和煤矸石露天堆放，经雨水淋滤后顺沟谷迳流或沿地表孔隙、裂隙渗入地下，其中的硫、磷等有害元素会对浅层地下水和表层土壤造成一定污染。应合理选择煤矸石的堆放场所，避免对地表水体的直接影响。重组前矿区采煤形成的冒裂带改变了部分地下水流径，使浅层潜水向深部渗漏，引起潜水面下降，改变了地下水的径流、排泄条件，并有新的污染源参与到水循环，从而对地下水及沟谷地表水水质产生一定影响。该矿经过多年开采，分布有大小不等的采空区。重组前由于开采方法落后。矿区内煤矿采煤后出现的地表裂缝和塌陷以及潜水面的下降，恶化了地表植物的生存条件。但本区煤层埋藏较深，总体上对地表植被影响甚微。重组前矿区内煤矿开采过程中，井下排出地下水含有硫份，直接流入沟谷会污染地表水，应进行处理后再排放。煤层开采会导致水位下降，一部分风化裂隙潜水渗漏或被疏干，破坏地下水的均衡系统。开采过程中应采取有效措施，防止风化裂隙潜水漏失，保证当地居民的生活用水不受影响。对地下水、地表水的保护和利用是开采遇到的主要地质环境问题，也是对居民生活有直接影响的地质环境问题。煤矿开采形成的采空区，引起地面塌陷等地质灾害。村庄范围内和公路沿线一定范围内开采时要留有保安煤柱，防止山体开裂，形成地面沉陷和地表裂缝。废矿渣要及时处理或利用，采掘出的岩石碎屑按要求堆放在不易被雨水冲刷、不因长时间堆放而发生塌方。防止阻塞冲沟，雨季洪水而诱发泥石流或因降水入渗将煤矸石中的硫化物带入河流中，导致地表水源被污染。对排放矿井水要经净化处理，变废为宝用于防尘洒水、生产用水等，做到同时采矿、同时治理，保护良好的地质环境。6治理区工程地质6.1岩体结构特征（1）治理1区治理1区处于大向斜构造的北西一翼，总体呈一单斜构造，在此基础上发育着波幅不大的褶曲构造。治理区开挖边坡走向为5°，地层走向9°，倾向SE，倾角65°，地层走向与坡向近于平行。地层为向斜构造的一翼，陡倾，软硬相间的砂岩与泥岩，接触面发育层间错动带，层间错动带物质为碎屑夹泥，性质软弱，成为边坡岩体中的控制性结构面。图6-1昌瑞煤矿治理1区结构面赤平投影图岩体中节理较发育，主要有4组，节理性质多为扭性，部分为压扭性节理。节理产状分别为：J1组节理走向343°，倾向NE，倾角68°，平直，延伸长；J2组节理走向74°，倾向SE，倾角87°，平直，微张，延伸较长；J3组节理走向11°，倾向SW，倾角44°，J4组节理走向35°，倾向NW，倾角26°，泥页岩节理间距10~图6-1昌瑞煤矿治理1区结构面赤平投影图面近于平行，J1节理面与坡面的夹角22°，结构面的组合对边坡稳定不很有利。边坡主要地质结构面组合关系见图6-1。（2）治理2区治理2区处于大向斜构造的北西一翼，总体呈一单斜构造。治理区开挖边坡走向为1°，地层走向13°，倾向SE，倾角72°，地层走向小角度相交。地层为向斜构造的一翼，陡倾，岩层面上可见错动擦痕，砂岩与泥岩层间的界面，在接触面的泥岩层中发育层间错动带，层间错动带物质多为碎屑夹泥，其厚度一般为5~10cm，图6-2昌瑞煤矿治理2区结构面赤平投影图岩体中节理较发育，主要有3组，节理性质多为扭性，部分为压扭性节理。节理产状分别为：J1组节理走向277°，倾向SW，倾角62°；J2组节理走向72°，倾向NW，倾角41°，平直，微张，密集，间距10-20cm；J3组节理走向38°，倾向NW，倾角46°，泥页岩节理间距10~40cm；砂岩中节理间距0.5~2.0m。岩层面与坡面近于平行，图6-2昌瑞煤矿治理2区结构面赤平投影图（3）塌陷治理区塌陷治理区处于大向斜构造的北西一翼，总体呈一单斜构造，治理区开挖边坡走向为21°，地层走向32°，倒转倾向NW，倾角40-82°，地层走向与边坡走向小锐角相交。地层为向斜构造的一翼，自南东向北西地层由陡倾变为直立，再由直立变为倒转82°，再向北西变为倒转40°。软硬相间的砂岩与泥岩，接触面发育层间错动带，层间错动带物质为碎屑夹泥，性质软弱，成为边坡岩体中的控制性结构面。岩体中节理较发育，主要有2组，节理性质多为扭性，部分为压扭性节理。节理产状分别为：J1组节理走向316°，倾向NE，倾角71°，粗糙，平直，张开1-2mm，间距0.5m左右；J2组节理走向78°，倾向SE，倾角69°，泥页岩节理间距10~40cm，多而短；砂岩中节理间距0.5~2.0m，少而长，裂隙宽度1-2mm。岩层面与坡面小锐角相交，其余节理与坡面斜交。边坡主要地质结构面组合关系图6-3。图图6-3昌瑞煤矿塌陷治理区结构面赤平投影图6.2岩石物理力学性质昌瑞煤矿与昌元煤矿毗邻，并处于同一构造部位，具有相同的地质条件，地层岩性相似。本次勘查将两座煤矿统一进行取样试验。岩石物理力学试验成果列于表6-1。砂岩的颗粒密度2.58，块体密度2.68g/cm3，吸水率1.87%，饱水率1.89%，干抗压强度104.9MPa，湿抗压强度62.4MPa，软化系数0.62，抗拉强度1.72MPa，抗剪断强度（干）凝聚力为13.2MPa，内摩擦角42.5°，抗剪断强度（湿）凝聚力为7.1MPa，内摩擦角41.1°。砂质泥岩的颗粒密度2.67，块体密度2.50g/cm3，吸水率0.87%，饱水率0.89%，干抗压强度130.0MPa，湿抗压强度89.3MPa，软化系数0.68，抗拉强度1.19MPa，抗剪断强度（干）凝聚力为4.82MPa，内摩擦角44.2°，抗剪断强度（湿）凝聚力为1.25MPa，内摩擦角46.8°。泥岩的颗粒密度2.68，块体密度2.52g/cm3，吸水率2.09%，饱水率2.12%，干抗压强度9.7MPa，湿抗压强度3.79MPa，软化系数0.76，干抗拉强度2.05MPa，湿抗拉强度1.44MPa，抗剪断强度（干）凝聚力为5.04MPa，内摩擦角47.1°，抗剪断强度（湿）凝聚力为1对于岩石物理性质指标，取其平均值作为标准值。岩体的强度指标按下述原则取值。岩体结构面（本工程主要指层间错动面）的抗剪强度按《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2002中有关技术规定4.5.1取值，结构面抗剪强度指标标准值结合结构面的类型、结构面结合程度综合确定。根据现场调查观测，本工程区的层间错动面一般平直，无胶结，充填物为碎屑夹泥，属于结合差的，建议结构面内摩擦角为20-22°，粘聚力0.06-0.08MPa。边坡岩体内摩擦角由岩石试验的内摩擦角按岩体裂隙发育程度按规范提供的折减系数确定，本工程岩体裂隙发育程度为裂隙发育-较发育，建议内摩擦角折减系数0.80-0.85。建议锚固体与泥岩粘结强度建议值为180kPa，锚固体与砂岩粘结强度为600kPa，锚固体与砂质泥岩粘结强度为380kPa。岩石物理力学试验表表6-1试样编号岩样深度物理性质试验力学性质试验岩石名称块体密度颗粒密度吸水率饱水率极限抗压强度软化系数抗拉强度抗拉强度抗剪断强度（∥）MPa（干）抗剪断强度（∥）MPa（湿）-mg/cm3G%%MPa-MPaMPa干┴湿┴干（┴）湿（┴）粘聚力MPa内摩擦角（。）粘聚力MPa内摩擦角（。）-Y1-12.552.671.681.69115.060.70.534.9211.742.7中砂岩125.061.00.493.05118.062.70.531.93R1-1-138.8-40.42.612.682.062.0988.257.90.663.051.9313.242.59.5540.8中砂岩78.569.70.895.191.733.711.50平均值2.582.681.871.89104.962.40.623.641.7212.542.69.640.8Y1-22.502.670.870.89125.064.50.521.194.8244.2砂质泥岩135.0114.00.84平均值2.502.670.870.89130.089.30.681.194.8244.2R1-1-242.3-44.02.522.682.092.127.14.450.762.351.925.0447.11.0347.4泥岩12.33.121.801.562.000.83平均值2.522.682.092.129.713.790.762.051.445.0447.101.0347.407边坡稳定性分析评价治理区地层为向斜构造的一翼，岩层陡倾南东，砂岩与泥岩层间的界面，接触面发育层间错动，层间错动带物质为碎屑夹泥，厚度一般为2~10cm该区地层中由于砂岩、泥页岩频繁出现的沉积韵律，软硬相间的岩层组合十分发育。北东-南西向展布的宁武—静乐块坳是受到来自北西-南东向的强大的构造应力而形成的巨型构造，在构造力的作用下，弱胶结的泥岩夹层的层间剪切带常形成泥化夹层。层状岩体在水平构造力的作用下，在岩层褶皱的过程中，在力学性质不同的岩层界面上产生应力集中，在上下硬岩层的相对剪切作用下产生硬岩层（砂岩）相对于软岩层（泥岩及砂质泥岩）的板状剪切作用，软岩层产生了强烈地剪切变形，这种变形发生在力学性质最薄弱的部位。褶皱程度越高，层间剪切作用越强烈，层间剪切带亦越发育。在层间剪切带中由于岩性和受力条件的差异，形成破碎夹层、破碎夹泥层和泥化夹层，其中软弱夹层中强度最低的是泥化夹层。由于这些层间剪切带性质软弱而又连续分布，故成为边坡岩体中的控制性结构面。治理区拟剥挖场开挖形成的四个坡面，分别为北东坡面、北西坡面、南西坡面和南东坡面，其中北西坡面、南东坡面与岩层走向基本一致，北东坡面与南西坡面与岩层走向垂直，从坡面与岩层的关系可分为三种类型。①与岩层走向近垂直的北东坡和南西坡其地质条件相似，可划为一种类型进行分析，边坡均由石炭二叠系以砂岩和泥页岩为主软硬相间的岩层组成，其边坡类型为层状斜向结构岩质边坡。②北西坡为主要处理煤层—5号煤层的底板及其下的石炭系本溪组和奥陶系上马家沟组地层组成。坡面倾向与岩层倾向相同，岩层倾角大于该面的峰值摩擦角，其边坡类型为层状同向陡倾结构岩质边坡。③南东坡主要由二叠系的砂页岩组成，边坡倾向与岩层倾向相反，其边坡类型为层状反向结构岩质边坡。本工程没有出现边坡岩体结构最不稳定的类型-层状同向缓倾结构岩质边坡的类型。对于①类斜向层状结构岩质边坡，岩层走向与坡面近垂直，边坡整体是基本稳定的。对于③类层状反倾结构岩质边坡，在重力作用下，在重力方向沿层面没有自由变形空间，因此，一般情况下也是稳定的，不会发生边坡整体滑动。以下主要针对②类层状同向陡倾结构岩质边坡稳定性进行分析和评价。主要考虑了坡体自重使边坡底部处于塑性状态导致边坡破坏和陡倾结构形成长板柱体结构的弯曲变形破坏两种可能破坏模式。对于②类层状同向陡倾结构岩质边坡，由于坡面未将层面切断，岩体沿层面方向向下没有变形空间，不可能沿层面产生滑动。上覆岩体具备沿滑移面下滑的条件，但由于滑移面未临空，使下滑受阻，造成坡脚附近顺层板梁受纵向压应力，在一定条件下使之发生弯曲变形。本工程为人工边坡，受风化、蠕动变形等影响较之自然边坡要小的多，边坡岩层以泥岩、页岩、砂质泥岩等软弱岩层为主，在开挖形成高边坡的重力作用下的变形模式主要是产生塑性压碎。由于陡倾的结构面比较发育，边坡在重力、震动、风化、地下水及其他地质营力作用下，可能出现弯曲、倾倒及崩塌等变形破坏模式。岩层与坡面近于平行，认为可能破坏坡体在自重作用下底部处于处于塑性状态，使边坡保持稳定的最大高度Hmax可用式（7-1）求得。边坡稳定最大高度计算见表7-1。岩层与坡面平行，认为可能破坏坡体在自重作用下底部处于处于塑性状态，使边坡保持稳定的最大高度Hmax可用下式求得。（7-1）式中β—边坡坡角(°)；α—滑面倾角（°）；γ—滑体容重（kN/m3）；φ—滑面摩擦角(°)；c—滑面粘聚力(kPa)；a—可能失稳岩体水平宽度(m)。边坡稳定最大高度计算见表7-1。边坡稳定最大高度计算表表7-1治理区坡面Hmaxc(kPa)φ(°)β(°)γ(kN/m3)α(°)a(m)昌瑞1区23.1160.019.065.025.045.09.0昌瑞2区21.5160.019.072.025.045.09.0岩质边坡的失稳几乎都是沿着各种结构面产生。层状同向陡倾结构岩质边坡-顺层陡倾边坡，岩层的倾角与坡角大致相似，当组成斜坡岩层的厚度不大，岩体沿坡面呈板状结构分布，这种板状岩体在沿坡向的自重分量作用下，可使岩层产生弯曲破坏（也称溃曲破坏）。边坡岩层产生弯曲破坏的力学原理，可借助欧拉原理来分析，当忽略了长板柱体侧向压力的作用后，进而可用式（7-2）求得边坡岩层的极限长度l。边坡板状结构体极限长度计算见表7-2。（7-2）式中l—边坡岩层极限长度（m）；E—岩体弹性模量（MPa）；t—岩层厚度（m）；γ—岩体容重（g/cm3）；α—岩层倾角（°）；φ—层面内摩擦角（°）；边坡板状结构体极限长度计算见表7-2。边坡板状结构体极限长度计算表表7-2治理区坡面l(m)E（MPa）t(m)γ(g/cm3)α(°)φ(°)昌瑞1区7.6350.01.202.5065.019.0昌瑞2区7.3350.01.202.5072.019.0边坡基本为软弱的泥岩为主的软质岩石组成，边坡滑动模式主要是切割软弱层而产生圆弧滑动，将其视为均质体后，可利用Bishop法进行稳定性分析。边坡稳定计算采用北京理正软件开发公司编制的《稳定计算分析软件》〔5.11版〕，计算方法为简化Bishop法。计算采用公式为式7-3，计算结果见表7-3。（7-3）式中：必须满足条件:(1)(2)式中：F—稳定系数Ci—粘结力γ—岩石容重hi—条块高度rw—水容重hwi—水位高φi—内摩擦角△Xi—条块宽度αi—条块底面倾角Q—张裂隙水的水平作用力δ′—有效正压力按均质体结构边坡稳定计算表表7-3治理区边坡角(°)顺层坡高（m）γ(kN/m3)c(kPa)φ(°)稳定系数K昌瑞1区6551.025.0160.019.0