采掘基础知识

采掘基础知识

第一部分地质

一、岩石

1、煤矿常见岩石--沉积岩

岩石是天然产出的矿物集合体，岩石按成因分类可分为

三大类，既火成岩、变质岩和沉积岩。

火成岩也叫岩浆岩，岩石中它的数量最多，它是岩浆冷

凝形成的，可以是结晶的，也可以是玻璃质的。一般情况下

煤矿不常见到火成岩，但在有岩浆侵入的矿区仍可见到，肥

城矿区井下见到的岩墙就是火成岩，经鉴定多为辉绿岩。

变质岩是变质作用形成的岩石，所说变质作用是指地壳

中原来的岩石，由于受到构造运动，岩浆活动或地壳内热流

变化等内动力的影响，以致它们的矿物成分或结构构造发生

变化，这就是变质作用。煤矿井下的岩墙附近的沉积岩岩石

在岩浆的作用下就可形成的变质岩，如板岩，就是由粘土岩

或粉沙岩等形成的。

沉积岩是煤矿最常见的岩石，沉积岩是由成层沉积的松

散沉积物固结形成的岩石。煤矿常见沉积岩石我们在此多介

绍一点。

2、沉积岩的分类

沉积岩的分类通常是以成因作为划分基本类型的标准，

再以成分、结构、构造等特征进一步划分，可分为三大类：

碎屑岩类、粘土岩类、化学岩和生物化学岩类。见表1

碎屑岩类粘土化学岩和生物化学岩

火山碎屑正常沉积化学岩和可燃有机

应

石碎屑岩岩类生物化学石

石

集块岩粗碎屑岩高岭石粘铝质岩腐泥煤

土岩铁质岩

火山角砾中碎屑岩蒙脱石粘镒质岩腐植煤

石土岩硅质岩

凝灰岩细碎屑岩水云母粘

土岩

3、沉积岩的基本特征

沉积岩的物质来源极为丰富，分布广含量多的是母岩风

化产物，其次是有机物，在其次是火山喷发物。这就决定沉

积岩的矿物类型是：碎屑矿物、粘土矿物、化学沉淀矿物，

如碎屑矿物石英、长石、云母；粘土矿物高岭石、水云母；

化学沉淀矿物方解石、石膏等。

沉积岩的结构、构造和颜色是沉积岩的重要特征。岩石

的结构是指岩石组成部分形貌特征及相互间的组合关系，

有：碎屑结构、火山碎屑结构、泥质结构、化学结构、生物

结构。构造是指岩石各组成部分的空间分布和排列方式的特

2

征，有：层理构造为主，其次是各种层面构造，结核，缝合

线。以上是在描述沉积岩主要的内容。

4、正常沉积碎屑岩

正常沉积碎屑岩是煤矿常见岩石，按碎屑颗粒粒度分级

命名，见表

碎屑粒径（毫米）粒级名称岩石命名（粒级含

量>50%）

>1000岩块岩块岩

粗｝、'A

1000〜500粗\

500〜250中巨砾中巨砾岩

细,

250~100细）

粗｝

100〜50粗.

中卵耳粗碎

50~25中卵石岩J粗碎屑岩

25-10屑细

粗｝

10~5细

粗｝

5~2细砾石岩

2〜1细砾石巨

■>

1~0.5巨粗1

0.5~0.25粗中沙岩=中碎屑岩

0.25~0.1中沙=中碎屑细｝

0.1~0.05细｝粗

0.05〜0.01粗细粉沙岩

3

细粉沙

<0.01粘土

5、碎屑岩的鉴定和描述

鉴定和描述有：颜色、某粒级含量、成份、碎屑的磨园

度、胶结物、构造特征。如：常见的沙岩，一般是灰白色中

粒石英砂岩，石英颗粒磨园好，钙质胶结具斜层理，偶见煤

屑。

6、粘土岩

煤矿井下粘土岩也是常见岩石，一般是煤层的底板，如：

紫色页岩，灰紫色，成分为泥质及粘土矿物，肉眼不能分辨，

岩石具片状页理构造。

7、化学岩，化学岩是母岩风化产物中的溶液物质，成胶体

溶液或真溶液状经搬运，在湖泊或海洋中以化学方式形成的

岩石。如石灰岩，白云岩等。

二、岩层

岩层，成层状产出的岩石。岩层可以是沉积岩、火成岩

和由它们经变质作用形成的付变质岩和矿层。岩层在地壳中

产出状态可以多种多样，但基本可分为三类：水平的、倾斜

的和直立的。

1、水平岩层，岩层于水平面的夹角为0°或接近0°(<5°),

水平岩层出露地区说明该地区构造变动不剧烈。

2、倾斜岩层，倾斜岩层是大致相同一方向倾斜的岩层,

4

岩层于水平面有一个较大的夹角，大多数倾斜岩层是由原来

水平岩层受构造变动而形成的。

3、倾斜岩层的产状要素

(1)走向，岩层层面与任一高程水平面相交的线叫走向

岩层面

走向线

(4)倾向:岩层的福方向,也就是与岩层走向垂直的

方向，他是倾斜线在水平面上的投影。

(3)倾角，倾向线与其水平面上投影线的夹角，它是岩

层面与水平面的最大锐角夹角。

(4)走向的测定，用罗盘长边靠在岩层面上，摆动罗盘

使其处在水平状态，读出罗盘南针或北针的度数，即为岩层

的走向方位角。

(5)岩层层厚婢疑，岩层厚展森藐用南J顶面小底面之间的垂前巨

为岩石的厚度H为岩石的伪厚

5

三、地质构造

(一)褶皱构造，褶皱构造是指在构造运动作用下，岩层说产生的连续弯

曲变形，褶皱的形态可以是多种多郴勺，其基本类型只有两种：背斜和向斜。

1背斜，岩层向上弯曲，弯曲的中间部分岩层桶寸比弯曲的两翼岩层老。

2向斜，岩层向下弯曲，弯曲的中间部分岩层才的比弯曲的两翼岩层新。

39普皱的各部组成：(1)核部，丸普皱的中心部分

(2)翼部，j皆皱的两例圄吩

(3)轴面，大致评分褶皱两侧的对称面。

(4)轴线，轴面与水平面的交线。

(5)枢纽，轴面与组成褶皱的岩层层面的交线。

(6)脊线，祖曾背斜的同一岩层最高点的联线。

(7)顶角，褶皱两翼(同一岩层)层面切线的夹角。

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4褶皱的分类：褶皱按两翼的岩层产状基转折端的形态分：

直立、倾斜、倒转、平卧、等斜、扇形等，按轴线分长、短轴褶皱。

(二)节理和劈理

1节理，使岩石断裂而无显著位移的裂隙，又分：走向、倾向、

斜交、纵节理、横节理等。

2劈理，岩石受构造运动作用产生的沿一定方向、大致平行、密

集的能劈开成薄板或薄片的构造形态。

节理和劈理的研究，分别有如下意义：节理的研究主要用于矿床形成

的分析和建筑物的稳定分析；劈理用于断裂构造的分析。

(三)断层构造，岩层或岩体沿破裂面发生显著位移的断裂构造。

1断层的基本组成；

(1)断层面，把岩层或岩体断开，两侧岩块发生显著位移的破裂面。

(2)断层线，断层与地面的交线。

(3)断层盘，断层面两侧发生显著位移的岩块。

(4)断距，断层两盘相对位移离开的距离。

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2断层按两盘相对位移关系分类：正断层--断层两盘，上盘向

下移动，下盘向上移动。逆断层--断层两盘，上盘向

上移动，下盘向下移动。平推断层--断层两盘，制作

水平相对移动。

3断层按断层面与两盘岩层的产状关系分类：走向断层--断层

面走向与岩层走向基本平行。倾向断层--断层

面走向与岩层走向大致垂直。斜交断层---断层

面走向与岩层走向斜交。

4断层的组合方式，断层在平面上可以是平行的，也可以是斜列

的，还可以呈帚状展布。在剖面上正断层可以在一个方向上阶梯状下

降，阶梯状断层；逆断层可以在一个方向叠瓦状上升，形成叠瓦状断

层.

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（四）煤矿井下断层的观测、判定及处理

1巷道遇断层前的可能征兆，断层在形成时，煤岩层都会受到断

层错动的影响，会出现很多地质变化，为观测断层，判定断层提供料

可能，为采掘提供设计依据。

2断层存在的依据：（1）构造标志，煤、岩产状发生变化,厚度变

化。（2）煤岩层裂隙增多，有时有淋水，有时瓦斯

增高，有时有火成岩出露。

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3有时a,斯金蜃短片有:林木

4有时出庭大成第

上述断层存在的依据，也是判断断层有可能出现的前兆。

3断层的产状测定，断层产状测定与煤、岩层产状的测定一样，

首先确定断层的性质，找出断层面，可以用地质罗盘置于断层面上测

出断层的走向，测出断层的倾角。也可以使用挂罗盘测出断层的走向，

再测倾角。断层的落差，也就是断层的断距，一般在巷道中可以直接

测得时可直接测出，如大于巷道高时可以通过岩层与煤层的间距换算

出，当断距大于巷道高度煤、岩层间距不好确定时，可使用钻机通过

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钻探确定断距，这也是最可靠的方法。

4断层附近找煤方法，断层附近找煤是井下经常存在的问题，一

般常用的方法是：(1)首先判定断层性质，找出煤层断失的方向，

再根据断层对盘的岩性层位与煤层关系，确定对盘煤层的层位，判定

煤层处的位置。如下图中，先通过断层面的擦痕、煤层、岩层牵引方

向，判断层为正断层，煤层断向下方，再根据对盘砂岩是煤层的直接

顶扳岩石，即可确定煤层断下约2〜3米。

(2)断层对盘岩性层位不能准确确定时，可用

钻探法进一步确定。

(3)巷探法也是可宅的找煤办法，但成本高一

般不宜使用，当结合采煤工程时，也是不错的办法。

(4)综合法确定断失煤层，，结合矿区断层出

露的规律，可以事倍功半，肥城矿区大都是正断层，这可以初步确定

对判断是煤的位置，再根据断层附近的构造现象即可判定煤层位置。

5断层的处理，在矿井不同的开采施工阶段断层的处理目的是不

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同的。简单分述是：（1）开拓设计阶段，处理的大都是较大断层，它

一般影响井田或采区、水平的划分，决定井口位置确定。

（2）回采时工作面断层的处理，综采工作面内有

断层是影响工作面高产和稳产的重要因素，要求包括小断层和隐伏断

层都应作出预测，工作面要避开断层。普采工作面内出现小断层不可

避免，可采取：A硬过，一般是工作面煤层的剩余厚度达于液压支架

的最小支撑高度时，小于支架高度，底版又软应采取挑顶拉底的方法。

B沿断层线开辅助切眼，断层大致平行采面，又未切

断煤层时，可预先沿断层开辅助切眼。

C断层落差大于煤厚或采高，一般采取重开切眼为好。

工作面过断层，有影响产量，有影响安全，要尽量避免，为此要捉好

地质预报，工作面避开断层布置才是重要的。

（3）掘进期间断层的处理：A下山遇反向断层、同向断层（正断

层）可按下图示处理：

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处理时应考虑西山的坡度，确保行■车能下行。

B全煤巷道遇断层的处理，全煤巷的处理

煤

掘进方向

中应使巷道方向与断层走向垂直，以木塔道的维护，减少巷道支护材料，降低成

本。

四地质图件，

1生产矿井常用地质图件有：井田地质地形图、井上下对照图、井田煤系柱

状图、井田煤、岩层对比图、井田地质剖面图、煤层等高线图、煤层储量图。

2生产中要编制的图件主要是石门剖面实测图、平巷素描（剖面）图、回

采工作面地质图、采掘工程平面图等。

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（1）剖面图、平巷素描图是日常必须编制的图件，T妙匕例尺为1:200,

编等接求和编制方法:每隔适当距离实测煤层全厚度,在有构造变动的地方观测

测定，用实测耐绘^巷道一壁剖面图，重要地影辅隈开图，巷道不锄曷露煤

层全厚时,应设法狈懈煤层全厚并标注图上,巷道断面图可附素描图对应的下方。

巷道素描图是生产矿井最基础的实际资料,是矿井其他图件编制的依据,要求编

制及时，准确，描述详尽，想到素描图编制的水代表了矿井地质工作的水平，也

好井舟生产的保证

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（2）井上下对照图，适用于了解地面的地形、地物、井下巷道、

采区、采面的相互关系，是地面建筑和安全煤柱的留设依据，也是井

下防水的依据，是矿井重要的图件，一般比例尺为1:2000,它的要求

主要是及时、准确无遗漏。

（3）工作面图，它是编制回采规程必需的图件，是工作面能否实

现正常回采的保证，一般比例尺为1:500。

（4）采掘工程平面图，它是指挥生产的图件，一般比例尺为1:

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1000,它的编制要求同上。

矿井地质图件虽多以上是最主要的图件，做好这些图件并及时修

改，是矿井技术工作的最基本的要求。

3矿井地质图件的识图，看一下图件。以上图件是典型构造图，尚有

很多变形请自行多看。

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由图可判读，图中煤3最高点为正50,最低为负20,煤层倾向西南，东北

部倾向北东，倾角在正常地段约40度，图中东北部有一鞍形构造，西部正负零

线有台。

4常用主要图件的绘制：

(1)剖面图，剖面图是平面图绘制的基础图纸，T殳情况下地质资料先是从

钻孑庚得的，从钻孔资料可以获得煤层的厚度、结构、顶底扳岩，闺I度、煤层的

埋深；岩石的破碎程度、含水性等。综合各钻孑L的资料，,艮据地区的地质构造规

律,绘制地质剖面图，在此基础上结合其它地质物探手段获得地质资料编绘平面

图。生产矿井，剖面图经常是从平面图上获得的，从剖面图上可获得煤层与另一

煤层的关系，煤层与岩层的关系，煤层与其它地质体的关系如陷落柱、火成岩

体等,还可知断层的位置、充水区、采空区、地面的建筑物与采区的几何关系等。

剖面图是用来指导可呈布置的基础图纸！

(2)断煤交面线图，断煤交面线图是采呈图上最主要的构成部分。煤层

等高线图，它是反映某Tte的空间形态特征的图件，也称煤层构造平面图，一

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般是分煤层绘M通常绘制煤层底版等高线图，也有绘制煤层顶扳等高线图的,

主要用于I煤^或产状不稳定煤层。

(3)断煤交面线图的绘制，断煤交面线是断层面等高线与煤层等高

线的交面线，遇断层走向线有一角度，不是断层走向线！

具体做法是在煤层等高线图上，把断层按实狈啦置展上，画出断层面等高线再

分出上下盘，将同高交曷联接成线。作图中可简化，分段画出各，旻在连接个点绘成

斯煤交面线图。如：在某点见断层产状202245°,煤层产状158N3O,垂直断层走

向落差H=17米，绘制断层交面线如下：第一步按比例画一直角三角形直角边BC

长50米,斜边与直角边夹角为45度，交^一直角边于D,DC长为断层面的等高距,

过B在画TKBA叫直角边于A,AB长为煤层等高距，在平面上按比例、方位画

出煤层断层的-150米和~200米线，同高线交点、即为断层上盘的交面线，画一与上

盘线平行的线即为断层的下盘交面线。

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(4)断煤交面线的工程意义，断煤交面线为证确反映断层在煤层中的位置，断

层延展方向，为正确布置采区、采面，确定巷道沿断层或过断层的掘进方向提供指

导，防治水害中为正确计算保护煤柱尺寸提供依据，正确的绘^断层交面线是施工

设计的基础，也是计算煤炭储量的基础。逆断层的断煤交线绘^原理与正断层的相

同，还有断层变形时的交面线绘制，用的较少不再介绍。

下图中312钻煤3与煤4间距仅12米，我矿煤3到煤的间距与劫42米，这说明

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钻孔中见^断层，落差为42-12530米，请问钻孔下方高线，如等高距为10米

的情况下，这条线是多少米等高线？

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第二部分水文地质

一、前言..............................................

二、井田地质水文地质概况.............................

（一）地质概况

（二）水文地质概况

三、下组煤可采性评价.................................

（-）矿井水害的治理

（二）矿井下组煤开采的经济性分析

四、增加矿井服务年限的措施...........................2

（一）探查煤2的可采性

（二）煤5、煤6的利用

（三）煤3的利用

五、结论

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NJ

一、刖S

隆源煤矿北邻白庄煤矿，东与陶阳煤矿相邻，西南是平阴矿，东南为

肥城煤田的边界，井田长4.2公里，宽1.2公里，面积4平方公里。全

井田受断层包围成一地堑构造，井田西区煤层埋藏较浅，东区是肥城

煤田的中央深部区，煤层埋藏则较深。本井田原属肥城煤田的西七八

九井田的一部分，为独立建井，由山东煤田地质局，地质三队综合西

七八九井田的资料编制了本井田地质报告，隆源煤矿所在矿区位置见

图（1）。受勘探区划分的限制全井田未做系统的地质、水文地质工作,

提交本井田地质报告前未作补充勘探，使全井田无一水文观测孔，边

界断层的导水性也未做专门工作，矿井下组煤水文地质条件不清。矿

井投产以来开采山西组煤3近20余年，上组煤储量仅有100余万吨,

矿井水平接续迫在眉睫，210余万吨下组煤的可采性亟待作出评价。

肥城煤田属大水矿区，投产以来已有多对矿井在开采下组煤时

淹井，损失巨大。为安全开采下组煤，肥城矿区做了大量的水文地质

工作，并把矿区分为几个类型，根据肥城煤田中水文地质划型条件，

隆源矿井田与陶阳矿有较大的可比性，应与陶阳矿同属极复杂型井

田。按照防治水要求本应先查请矿井水文地质条件，但补充勘探，不

仅需要作大量水文实验，还需查明井田构造和断层在井田深部的发育

情况，需要时日长，更需大量资金。为减少投资的盲目性，现依据目

前矿井所掌握地质资料，根据肥城矿务局现行防治水原则，评价隆源

矿井的水文地质特征和215.78万吨下组煤的可采性。

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二、井田地质水文地质概况

(—)地质概况

1、地层

本井田地层与邻矿白庄、陶阳相近，山西组地层总厚90~110

米，平均96米。主要可采煤层为山西组煤3、煤4和局部可采煤2。

下伏为太原群，厚度153〜210米，平均160米。含煤有煤5、煤6、

煤7、煤8、煤9、煤10”。太原群以砂岩、粉砂岩、泥岩沉积为主，

夹几层薄层灰岩为一灰、二灰、四灰等三层，其厚度分别是1.59~

3.46米，平均2.43米；0.27~2.99米，平均1.50米；1.85〜7.12米，

平均4.81米。其中二灰为六层煤直接顶板，四灰为八层煤顶板。九

层煤直接顶一般为泥灰岩，但在隆源煤矿则为粉沙岩沉积。本溪群覆

于中奥陶系之上，厚度15~35米，平均厚20.0米。其顶部为厚度

4.83〜11.3米，平均8.06米的石灰岩五灰，底部为含铁、铝质黏土

岩。下伏中奥陶石灰岩，巨厚，是煤田含煤地层的基底。

2、构造

井田为一断层包围的单斜构造，总的趋势是南高北低，地层向

北倾斜，内部又有小的起伏，井田南段走向近东西向微偏北，在63

水31孔、63-253孔一线转北东，倾向北西，地层倾角8。左右。井

田的中部至北东部边界，地层走向东南北西向，倾向北东。地层在

F21断层的两盘呈一小角度斜交。井田中东部地层倾角略大于南段，一

般在8〜10。之间。

井田的断裂构造发育，边界断层落差较大，有一部分是区域断

层，是井电的自然边界，井田南段有：F?」是兴隆井田与平阴矿的边界

断层，走向近南北，倾向东，正断层，西升东降，，断层落差90~

205米,倾角56°,在63-207至63-2在孔一线走向转东北,的存

在使井田内煤3与奥灰对口接触。R断层是井田的东南边界，也是肥

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城煤田的边界，走向北东，倾向北西，落差大于150米，附生断层

RT落差大于125米，与R走向近平行，在井田内西检8孔附近与F21

相交。F4、F-i都是正断层，由南而北呈阶梯状依次北降南升，使井田

内煤系地层与奥灰、五灰对口接触。井田的东南边界是F22和附生断

层F22-H两断层平行延展，也是呈阶梯状南升北降的正断层组，F22T

断层在井田的内侧，落差125米，F22落差190〜270米。井田东及东

南两组平行断层的存在不仅切割破坏含煤地层，同时还使煤系地层与

奥灰对口接触。井田的东北边界有断层F21,倾向东南，是一北升南

降的正断层，落差在边界处大于200米，在421孔折转进入井田后落

差变小，F21断层使煤3与对盘的奥灰对口接触。F2M、BR断层是井田

的西北边界，在断层BR和F2一南侧，又有落差8〜20米的XF2、3、

6等断层切割破坏了井田西南端各煤层。井田东北部是K。断层，其落

差为75米，使兴隆矿与陶阳矿分界。走向近平行的边界断层使井田

成一东北西南向地堑构造形态，见矿井构造纲要图（2）。

井田内小断层也较发育，主要的有F26T、XF12.%等断层，它们

的落差大多在20米左右。由于受勘探程度的限制，虽在上组煤开采

中已有大量揭露，大部已查清其走向，但其向深部的延伸尚未查清，

总的看，小断层在下组煤中也有不同程度显现，这类断层具体的延伸

展布和下组煤出露位置仍应探查。井田内F26T、Fz两条断层是较为主

要的断层，其落差虽不大，但它们的存在将井田斜分为两大块段，并

使两块段地层产状有较大差异，甚至走向近垂直相交，对其应加大探

查的力度，以利下组煤的开采。井田断层列表如下：

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井田断层汇总表表1

断层落差倾角备注

（米）（度）

F21H=180~Z70西部边界断层，在井田内落差变小至20

200

F24-1H=35〜Z65Fw的分支断层倾向与F24相对

50

F4H=150~Z75

295

BF5H=20~Z70西北边界断层南接F24.2北接F21

60

F4-1H=125Z70R分支断层与K平行，井田的东南边界

F22H=270Z75煤田边界断层

F22-1H=110Z75与F22平行井田东北边界断层

F40H=75Z75是兴隆矿与陶阳矿的边界断层

XF2H=0~15Z70分割了383孔与63-253孔之间的完整地段

XFHH=0~20Z70

F10H=0~25Z45与XF”平行，切割破坏了中央深部的浅部地段

位在中央深部的浅部地段与。、斜交

F12H=10Z45XKXFu

（二）水文地质概况

1、含水层

井田主要含水层有：第四系含水层，山西组砂岩含水层，四灰，

五灰，奥灰含水层。次要含水层是一灰，二灰含水层。开采下组

煤一般情况下，主要涉及一、二、四、五、奥灰几个含水层，简述如

下：

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一灰：厚度1.22〜3.34m,平均厚度2.22米，上距四煤24.50

米。为生物碎硝灰岩，含大量泥质，在F八F22.F21断层与奥灰接触，

单位涌水量q=0.043~0.073L/S-M,原始水位标高+70.55~72.10m,

矿化度0.363~0.481g/L,属重碳酸氯钠水和重碳酸硫酸钙钠水。是

矿井次要含水层。白庄矿T50nl西大巷见断层一灰出水，最大水量

30m7h,稳定水量15m7ho

二灰：厚度0.85~3.95m,平均厚度2.07米，矿井次要含水

层，埋藏深度为70~416m,为煤6直接顶板，上距五层煤11.38

米，距三层煤131.84米。由于受断层切割，它在3、F…、F22.

F21断层与奥灰接触。其上部多含泥质，钻孔穿过没见溶洞，

裂隙较少。单位涌水量q=0~0.111L/S-M,原始水位标高

+60.03~+66.80m,矿化度0.3〜0.6g/L。白庄矿井下钻孔放

二灰水，水量38m7ho经钻孔疏干后，石门再过二灰基本没

水。平阴矿-99.6m遇断层二灰出水，水量271m3/h。

四灰：厚度2.15〜7.95m。埋藏深度为120〜455m。为煤

8的直接顶板。由于断层切割，在F-、F22、L断层与五、奥

灰对口。四灰上部含大量泥质，中部多有0~0.35m的粉砂

岩夹层，下部致密坚硬多含隧石，裂隙发育，洞穴罕见，常

为方解石填充。单位涌水量q=0.00087~0.808L/S矿化

度0.3〜0.7g/L,为强含水层。63水35孔抽水实验单位涌水量

0.055L/s.m,渗透系数0.94m/d,原始水位与奥灰水位相同也是水.25

米。四灰是矿井主要含水层，是开采下组煤时矿井的直接充水含水层，

从矿区看，一般情况下，四灰补给条件差，是可以疏干的，在开采七、

八层煤时，一般情况下采取疏干降压的方式，四灰是可以治理的。但

在下组煤的开采中，矿井延深的水平一般落在四灰的上部七层煤中，

26

主要考虑是在建立水平排水基地前不揭露该含水层，以免因延深水平

排水能力不足、不完善，在四灰水突然大量涌出时造成淹井事故。

五灰：厚度4.82-11.31m,平均厚8.06米，上距煤10匹

13.52~31.08m,平均18mo间以致密砂岩及粉砂岩相隔。

五灰质纯致密，坚硬，裂隙及洞穴发育。63水35号孔发现

洞穴直径5cm。最大单位涌水量q=13.625L/S•M。原始水位

标高+60.80〜+63.74m,63水35号孔抽水实验显示，五灰水位标

高62.25米单位涌水量1.040L/s.m,渗透系数13.18m/d,矿化度为

0.264~0.378g/L,属淡水型岩溶裂隙水。

奥灰：厚层灰岩裂隙一喀斯特型承压水，厚度800余米，单位涌

水量q=0.0114〜9.901L/S•M,原始水位标高+62.07〜63.24m,矿化

度为0.247~0.381g/L,水质为淡水型的重碳酸钙镁水。据邻矿突放

水资料，单孔水量为30~230m7h,属强含水层，也是矿井主要含水层。

矿4号孔钻进中发现：在距五灰上层面10米时,钻孔涌水量达9立方

米，按肥城煤田水文规律，可视五灰的导高即10米。五灰上距10”

煤18米，10“煤开采时极易造成底板突水。围山区有广泛出露，直接

受大气降水补给，补给量丰富，最大2.8万m7h,共发育有三个强含

水带和两个次含水带，是煤系各含水层的补给水源。

五灰、奥灰两岩层间距近，仅15米左右，层间岩层以黏土岩、

铁铝质黏土岩为主，岩石强度小，实为一个含水体。

2、各煤层与主要含水层间距

各煤层与主要含水层间距见下表。

3、井田水文地质块段的划分

勘探期间矿井水文工作较少，近年来，矿井生产期间在井下施工四

27

灰、五灰放水、观测孔共计5个，受条件的限制，目前尚未进行水文

实验，矿井各小区水文地质参数极少，现仅以矿井构造的性质和各区

块的相对关系，划分井田水文地质为三个块段，见井田水文地质块段

分区图（3）,具体是：

I块段，本块段是F24T、F-、XF,三断层圈定的区段。本块段位在

井田的西南部区，其西部和东部五灰、奥灰水可直接水平补给含煤地

层，XR使北段10“煤与五灰对口接触，本块段内XF2将其分为东西两

块。相对井田其他地段构造不甚发育，煤层埋藏也较浅，但63水35

孔的抽水资料显示，四灰单位涌水量0.0551/s.m,五灰单位涌水量

1.0401/s.m,渗透系数13.18m/d,本块段五灰是含水丰富的地段。

II块段，II块段是由F21、葭、F22T三断层围成的三角形区域，

本块段是肥城煤田中央深部的南端，地层走向南东，倾向北东，煤层

埋藏最高点与最底点高差180米，块段的西北和东南都是井田内煤系

地层与奥灰对口接触。北端煤7与奥灰对口接触，接受奥灰水的水平

补给。块段内有XF”和K。沿地层倾斜方向展布，与其垂交的小断层

交汇于379和359孔之间，三断层使本块段的南端地层支离破碎，使

其水文地质条件复杂化。

III块段，本块段是由F21、BR、K-和R断层围成，块段内断裂构

造发育，计有落差大于10米的10余条，使小区内地层遭断层切割而支

离破碎，留设防水煤柱后已无可采区，是本井田最为复杂的区域，在

断层交汇的地段极具有垂直导水的可能，使本块段既有水平导水又有

垂直补给，是本井田最富水的地段，下组煤受水威胁最严重的地段，

下组煤可采的可能性基本不存在。

4、井田水文地质特征

28

综上分析，隆源井田水文地质条件有如下几点特征；

(1)井田断裂构造发育，边界断层落差大，破碎带宽，尤其成

组展布的断层使井田外围地层依次抬高约300米，五、奥灰灰岩强含

水层与井田内煤系地层对口接触，形成四面水平补给的水文地质条

件。

(2)五、奥灰层间距小，仅15米，小于肥城煤田内其他井田

20米的间距。五灰、奥灰的水力联系教肥城矿区其他各井田更为密

切，可以视做一个含水体。

(3)10“层煤下距五灰18米，矿4号孔揭露，五灰的导高在10

米以上，加大了开采10口煤层时的五灰治理难度。

(4)井田从构造发育和地层关系分析，可以粗略的划为三个块

段，但由于F-和在井田的中部走向折转，分别延伸交汇相对的断

层上，在其间分支断层的存在破坏了岩层的完整性，使井田的水文地

质条件更加复杂化，形成井田周边和中段复杂的特点。

(5)五灰的富水性，因水文地质工作太少不易评价，但63水

35的抽水实验说明在其附近地段是富水的。

三、下组煤的可采性评价

矿井下组煤的可采性主要受两方面因素制约，一是矿井

水害的可治理性，再就是下组煤开采的经济性。以下从两方

面分析评价：

(一)矿井水的治理

下组煤开采中矿井灾害主要来自四、五、奥灰水水害，

其次是瓦斯和地压。为此，开采中首要的问题是如何防治四、

29

五、奥灰水水害。肥城矿区和其他大水矿区一样，承压水上

采煤防治水害的方法，也是目前最有效的防治方法，就是针

对断裂导水和底板突水的治理。在治理的基础上开采受水威

胁的煤层，以达到安全有效开采承压水上覆煤层的目的。具

体是：

1、断层导水的防治

断层导水的防治主要采取封堵到水断层、帷幕注浆隔离、留设断层防

水煤柱远离断层等措施实现治理目的。针对不同的断层所采取的措施

也不相同，一般再不能实现封堵、帷幕隔离时则应采取留设煤柱珠的

措施实现全采煤。隆源矿井下组煤开采时，断层导水的防治一同肥城

矿区各矿，具体如下：

（1）周边断层的导水性及防治原则

隆源井田周边的断层落差大都在100米以上，井田内下组煤中

的五层煤下距五灰和奥灰77米左右，边界断层F*F4TF21等落差均

大于75米见图（4）〜（9）,致使下组煤与五奥灰对口接触，具备

了井田周边五奥灰水水平直接补给的条件，全井过水地段长达9000

米以上，为堵水而采取帷幕注浆的办法，经济上不合理，技术上也是

不可行的，在这样长的地段，即使堵水效果达到70%,水量的补给仍

是巨大的，由此可见封堵断层水是不现实的，可采取的方法惟有留设

断层防水煤柱。在留足防水煤柱的前提下才可确保下组煤的安全开

采，防止五奥灰水通过断层导水，沿水平或垂直方向大量涌入井下，

给矿井带来灾害，具体的做法是：

①断层位置的确定

断层防水煤柱留设的前提是精确控制断层位置。为此，精确控

制周边断层和井田内断层是首要问题。可以采取在目前已掌握资料的

30

基础上，利用局部二维物探方法确定井田边界断层位置，这些断层有

F'。、F22T、KT等。由于边界断层落差、规模都较大，附生断层发

育，分支断层大量存在，其力学性质虽各有不同，但破坏了地层的完

整性，从而形成承压水的通道是客观现实的。为此，在其相应位置必

须留设防水煤柱。

②断层防水煤柱留设计算

经肥城煤田多年开采实践证实，防水煤柱的计算，采用公式

L=0.5KMM3P/kp是符合肥城煤田水文地质条件的。

式中：K——安全系数K=2〜5

M——煤层厚M=0.7~1.87(m)

2

KP——煤的抗张强度KP=0.5(Kgf/cm)

P-----水压(Kgf/cm2)

计算防水煤柱宽度如下表：

断层防水煤柱计算表表2

煤层煤厚开采水平计算煤柱宽采用煤柱宽

5-25023.530

0.7

-50031.840

-30050.755

71.4

-65071.875

-30065.270

81.87

-65092.2100

-30067.775

10,,1.8

-65095.9100

31

③断层防水煤柱的管理

边界断层防水煤柱附近煤层的开采，要求严格按煤柱线设计工

作面、巷道，巷道和碉室不得布置在煤柱内，回采时也不得擅自扩大

开采范围，施工的钻孔也必须全孔封闭。根据新的资料探明断层确切

位置后，应按新的位置重新计算煤柱，及时修改防水煤柱，以免浪费

资源或因煤柱偏小造成水害事故的发生。在煤柱计算时，如取得煤的

实际抗张强度，因断层附近煤体受构造力影响而降低的强度，对煤的

抗张强度应折减一定系数，以确保留设煤柱的安全性。

(2)井田内部断层导水的治理

井田内断层防水的治理同边界断层的治理一样，也必须确定断

层位置，计算防水煤柱，回采时保留煤柱。所不同的是井田内某些断

层是巷道必须通过的，在肥城煤田的开采中也有具体的规定，也是应

当遵循的。断层位置确定可以利用上组煤开采中揭露的井田内断层资

料，严格按其产状下延到下组煤的各层推算位置。断层防水煤柱的计

算同上，但其K值可适当取较小的数值。在有巷道通过时应先进行探

放水，在确保无水害威胁的前提下方可通过，一般情况下巷道最好由

断层的上升盘进入下降盘。对有水害威胁可能而又必须通过的断层，

应采取预注浆措施，在探明确无威胁时方可施工穿过。

综上，在开采下组煤时，对断层水的防治主要是采取留设煤柱

方法。具体是：断层KT、、F21从其展布方向看应为斜交张扭性断层，

这两条断层又与多条小断层交接，应将其划归边界断层一个级别，煤

柱留设时采取的K值都应取5。对断层XF、葭、XF3,XF2的煤柱留设

K值可适当缩小，K值取3〜4为宜。对无名小断层一般按上盘取20

米，下盘取15米防水煤柱。

2、煤层底板突水的防治

在留足防水煤柱的区域内开采九、十层煤和七层煤时，因其下伏

32

五灰和四灰高压水的存在，全井田都存在底板突水的可能，底板

突水是开采下组煤时也必须防治的。对有底板突水可能煤层

水害的防治，可采取疏水降压，降低承压水水位至安全开采水平来实

现安全开采，当疏水量大，甚而至不能将至安全开采水平的，在承压

水上开采时，则可采取对含水层注浆的方式实现安全开采。隆源矿井

煤7、9、10层底板突水的防治具体是：

(1)七、九、十层煤底板突水可能性验算

七层煤下距四灰21米，十层煤下距五灰18米，按公式

Ts=P/MYp-Dg验算其突水系数，以便确定是否需采取疏水降压开采或

注浆改造底板后在行开采。

①七层煤底板突水验算，矿井近期将进行四灰水小规模放水实

验，实验后可粗略确定五灰与四灰在该区的水力联系和其可疏干性。

肥城煤田一般四灰水是可疏干的，但也有国家庄矿在七层大巷施工中

突水淹井的事例，为此，验算七层煤底板突水可能性也是必须的。

采用公式：

Ts=P/M-CP-Dg

式中

Ts-—突水系数

P-—水压(MPJ

M隔水底板厚度(m)

CP-—矿压破坏底板深度(七层煤取11米，实测)

Dg--导高(实测，取5米)

计算，由上式可算出安全水压

P=TS•(M-Cp-Dg)=0.06x(21-11-5)=0.06x5=0.3(MPa)

33

以上计算结果说明：开采煤7当水压大于3Kg/Cm时将引至四灰

水压以裂底板而突水。目前矿井四灰水位为+40米，井田I块段煤7

最低埋深-300米，，开采时水压34Kg/Cm2,远大于安全水压，只有疏

水水位降至-260米，即水压在BKg/Cn?方可安全开采七层煤,。

在II块段开采七层煤，可分做两块段计算，379号孔、

355孔联线以西，四灰水压应降至-460米以下，在联线以东

则应降至-620米以下方可安全开采。

疏水降压水量的计算，可采用大井法公式计算。

2

公式：Q=l.366Kx[(2H-M)M-h0]/

(IgR-lgro)

式中各水文地质参数取自现有资料，矿井近期四灰放水

如获得相关参数也应参与计算。其中：

Q一涌水量；

K—渗透系数；

H—含水层最高水位；

M—含水层厚度；

R—补给半径；

r„__矿井引用半径；

h0—降压后四灰水位。

试用63水35孔资料K=0.94计算Q=309.8m3/h,亦即

疏水量在上述水量之上方可实现七层煤的安全开采。

②九、十层煤开采时底板突水可能性计算

肥城矿区开采九、十层煤的过程中多次淹井、淹面、淹采区，

给矿井带来巨大损失，自1965年至1990年的25年间，底板突水事

故发生52次，最大突水量达17940n?/h。隆源井田十层煤下距五灰

34

18米，从矿井近期施工的五灰孔已知，五灰的导高为10米，十层煤

开采时对底板破坏深度为8米，由此看，井田内各块段在开采10层

煤均有突水可能。五灰的单点突水量，根据63水35孔资料计算，当

突水点半径0.5米时，突水量为1314m7h,由此可见五灰一旦突水将

是灾难性的。九层下距五灰23米，开采九层时对底板的破坏深12米