孫村二號礦井初步設(shè)計

孫村二號礦井初步設(shè)計說明書 設(shè) 計 人: 院 系： 二xx年四月 3目 錄1 礦區(qū)概況及井田地質(zhì)特征11.1 礦區(qū)概況11.2 井田地質(zhì)特征31.3 煤層特征242 井田境界和儲量302.1 井田境界302.2 礦井工業(yè)儲量302.3 礦井可采儲量313 礦井工作制度、設(shè)計生產(chǎn)能力及服務(wù)年限333.1 礦井工作制度333.2 礦井設(shè)計生產(chǎn)能力及服務(wù)年限334 井田開拓354.1 井田開拓的的基本問題354.1 巷道開拓方案的確定384.2 礦井基本巷道415 準備方式、采區(qū)巷道布置485.1 煤層的地質(zhì)特征485.2 采區(qū)巷道布置及生產(chǎn)系統(tǒng)495.3 采區(qū)車場選型設(shè)計516 采煤方法536.1 采煤工藝方式536.2 采煤方法546.3 采煤工作面參數(shù)的確定和生產(chǎn)能力的計算57 6.4 安全技術(shù)措施587 井下運輸627.1 概述627.2 采區(qū)運輸設(shè)備選擇628 礦井提升648.1 主井提升設(shè)備648.2 主副井提升設(shè)備選型659 礦井通風及安全技術(shù)679.1 礦井通風系統(tǒng)選擇679.2 礦井所需風量計算679.3 礦井通風阻力計算709.4 通風機選型739.5 礦井特殊災(zāi)害預防安全措施7510 設(shè)計礦井基本技術(shù)經(jīng)濟指標811 礦區(qū)概況及井田地質(zhì)特征1.1 礦區(qū)概況1.1.1 地理位置及交通條件 本區(qū)東北距新泰市區(qū)3km，隸屬新泰市市中辦事處和西周鄉(xiāng)管轄，地理坐標東經(jīng)11742151174630，北緯355300355515。南邊界為孫村二號煤礦各煤層露頭，北邊界為各煤層的-1500m等高線，西邊界為原F8斷層位置與新礦集團良莊煤礦為鄰，東邊界與新礦集團汶南煤礦、華源公司（張莊煤礦）相臨。東西走向長約1.29.0km，南北傾斜寬約6.0km，面積約26.21km2。（詳見表1-1邊界拐點坐標）孫村二號煤礦運煤專用鐵路早已建成，與磁（窯）萊（蕪）鐵路相接，可暢通全國各地。區(qū)內(nèi)有新（泰）泰（安）公路通過，另外附近還有蒙（陰）館（陶）路和京滬高速公路，交通十分方便（見圖11交通位置示意圖）。1.1.2 地形地貌及水系1.1.2.1 地形地貌本區(qū)位于蒙山與蓮花山山脈兩大分水嶺之間的凹地內(nèi)，構(gòu)成東西條帶半緩階地型丘陵，地面標高+170+220m。1.1.2.2 水系區(qū)內(nèi)沖溝比較發(fā)育，西部西周河和東部平陽河分別自北而南流經(jīng)本區(qū)，在南部匯入小汶河，屬季節(jié)性河流。1.1.3 氣候條件本區(qū)屬北溫帶大陸性季風氣候，歷年最高氣溫42.5（55年6月27日），最低氣溫-21.6(57年1月27日)。雨季為7、8、9三個月，降雪期自11月上旬至次年4月上旬，歷年最大降水量1395.4mm(1964年)，最小降水量294.5mm(2002年)，平均799.70mm。歷年平均年蒸發(fā)量為213.00378.84mm，結(jié)冰期11月至次年3月，凍結(jié)深度0.40.80m。大風季節(jié)一般在35月，多為東南風。1.1.4 地震本區(qū)地震動峰值加速度（g）為0.1，地震基本烈度屬7度區(qū)。1.1.5 供電條件兩回路電源來自伊昭煤礦110KV變電站35KV側(cè)兩段不同母線，選用LGJ120架空電源線路，兩路同塔架設(shè)，長度10km。1.1.6 水源條件目前孫村二號煤礦需水量較大，總需水量約4000m3/d，其中工業(yè)用水2000m3/d左右，生活用水2000m3/d左右。由于該礦為正常生產(chǎn)多年的老礦井，水源地早已建成，供水問題早已解決。供水水源主要由為集團公司三級泵站集中供水，日供水量約2500m3/d；此外部分生活用水采用北立井2個松散層水井，日供水量約1500m3/d；部分工業(yè)用水采用井下-400m水平后組煤的外排水（經(jīng)過處理），能夠滿足用水需要。但隨著礦井生產(chǎn)規(guī)模的擴大和第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，需求量逐步增大，當前供水量稍顯不足。為解決用水問題，今后應(yīng)進一步加強礦井水的綜合利用，以充分利用地下水資源，緩解用水緊張的局面。1.1.7 建筑材料及供應(yīng)條件常用建筑材料如水泥、砂、石、磚等，地方建材均有供應(yīng)。其他市場買。1.2 井田地質(zhì)特征1.2.1 地層及地質(zhì)構(gòu)造1.2.1.1 井田地層孫村井田含煤地層屬華北型石炭二疊系海陸交互相含煤沉積，假整合于奧陶系中下統(tǒng)石灰?guī)r之上?，F(xiàn)將本區(qū)地層由老至新分述如下：1.2.1.2 煤系基底奧陶系中下統(tǒng)（O2+1）：為煤系地層基底，總厚度約800m。下統(tǒng)以灰至灰白色白云巖及白云質(zhì)灰?guī)r為主，夾泥巖、泥灰?guī)r、竹葉狀灰?guī)r、豹皮狀灰?guī)r；中統(tǒng)以厚層狀灰?guī)r、豹皮狀灰?guī)r及白云質(zhì)灰?guī)r為主，夾泥灰?guī)r及泥巖，含珠角石、盤角石等化石。1.2.1.3 含煤地層本區(qū)含煤地層為華北型石炭二疊系海陸交互相含煤沉積，厚度253.08380.95m，平均317.02m。沉積環(huán)境由中石炭統(tǒng)的海陸交互相逐漸過渡為二疊系的陸相。含煤地層由老至新依次為：（a）中石炭統(tǒng)本溪組（C2）：厚度58.1566.95m，平均厚度61.17m；該組在孫村井田淺部厚3493m，一般為54m左右。巖性以雜色粘土巖、石灰?guī)r、深灰色粉砂巖為主，夾灰至灰綠色或雜色砂巖，徐灰（徐家莊灰?guī)r）底部有時發(fā)育一層不穩(wěn)定薄煤。巖相以海相為主，在灰?guī)r中含有珊瑚、海百合莖、腕足類等海相生物化石。本組的徐灰、草灰（草埠溝灰?guī)r）巖性、厚度發(fā)育穩(wěn)定，為良好的區(qū)域性對比標志層。底部以G層鋁土巖或山西式鐵礦（有時僅為鮞狀結(jié)構(gòu)的雜色粘土巖）與中奧陶假整合接觸，上界為煤17老底中細砂巖底部，與太原組整合接觸。（b）上石炭統(tǒng)太原組（C3）：厚度168.65186.55m，平均厚度177.60m；另外汶南井田2-1號鉆孔揭露該層厚度為194.60m；該組在孫村井田淺部厚147238m，一般厚188m。巖性主要為深灰色粘土巖、粉砂巖及淺灰色砂巖，夾石灰?guī)r兩層（一灰和四灰）。本組共含煤12層（第5至17層），其中可采者3層（11、13、15層煤），為本區(qū)主要的含煤地層。本組屬典型的海陸交互相沉積，旋回結(jié)構(gòu)及粒度韻律清晰而明顯，巖相齊全，動植物化石豐富。其中一灰、四灰?guī)r性、厚度穩(wěn)定，含豐富的珊瑚、蜓科、海百合莖等海相生物化石，為地層及煤層對比的良好標志層。在粉砂巖中含鱗木、蘆木、苛達、蕨類、輪葉等植物莖、葉部化石。上界為煤5間接頂板（或煤4間接底板）厚層砂巖底部，與山西組整合接觸。（c）二疊系下統(tǒng)山西組(P11 )：厚45.25167.65m，平均95.00m。巖性以灰白至灰色中細砂巖、深灰至灰黑粉砂巖及淺灰色粘土巖為主，含煤四層（第1至4層），其中可采者3層（第2、3、4層），為本區(qū)主要含煤地層。本組為陸相含煤沉積，在粉砂巖中含大量羊齒類、苛達、輪葉、楔葉、蘆木、蕨類等植物化石，在煤層底板巖石中，常見植物根部化石。本組煤4頂板灰白色厚層狀中細砂巖發(fā)育穩(wěn)定，一般厚10m以上，特征明顯，是煤層對比的重要輔助標志。上界為煤1間接頂板砂巖底部，與石盒子組整合接觸。本組地層在第7勘探線以東煤2遭受剝蝕。（d）二疊系中下統(tǒng)石盒子組（P12 +P21 ）：殘厚6.80116.00m，平均44.88m。巖性以雜色粘土巖，灰灰綠或黃褐色（風化色）砂巖為主，底部夾深灰色粉砂巖或灰色粘土巖，屬干燥環(huán)境下的陸相沉積物，一般不含煤。本組底部的厚層狀中細粒長石石英砂巖發(fā)育較穩(wěn)定，下距煤1一般2040m , 是煤層對比的可靠輔助標志層。與下二疊山西組整合接觸，上部與第三系或侏羅系不整合接觸。1.2.1.4 煤系上覆地層（a）侏羅系上統(tǒng)蒙陰組(J3)：厚7.40298.35m，平均79.36 m，自西向東逐漸變厚。巖性以褐紅色粉砂巖及泥質(zhì)、鈣質(zhì)膠結(jié)的細砂巖為主，夾數(shù)層礫巖，交錯層理發(fā)育。為干燥陸相沉積，不含煤，以角度不整合覆于煤系地層之上。（b）第三系下統(tǒng)官莊組（R）：自西向東變厚，厚度834.801355.00m，平均1055.82m，以角度不整合覆于侏羅系上統(tǒng)蒙陰組之上。巖性以磚紅色粘土質(zhì)粉砂巖為主，中下部呈深灰色。夾數(shù)層礫巖，膠結(jié)較松散，礫石成分簡單，主要為石灰?guī)r，其次為長石石英砂巖及片麻巖。（c）第四系（Q）：厚0.309.32m，平均4.65m ,以角度不整合覆于第三系下統(tǒng)官莊組之上。1.2.2 井田地質(zhì)構(gòu)造1.2.2.1構(gòu)造形態(tài)總體構(gòu)造形態(tài)為一傾向北東的單斜構(gòu)造，地層傾角2434，走向120140，傾向NE。區(qū)內(nèi)發(fā)育斷層以NW、NE向為主，其中NW向F15斷層組、NE向的F8斷層組、以及NWNE向F10-5斷層是區(qū)內(nèi)主要斷層。1.2.2.3 斷層特征及控制情況本區(qū)構(gòu)造復雜程度中等，全區(qū)共有斷層31條，全部為正斷層，其中查明斷層22條（F8，F(xiàn)8-2，F(xiàn)15，F(xiàn)15-1，F(xiàn)15-2，F(xiàn)18，F(xiàn)9，F(xiàn)11，F(xiàn)11-1，F(xiàn)12，DF1，DF3，DF4，DF6，DF7，DF8，DF11，F(xiàn)10-5，F(xiàn)10-7，F(xiàn)10-8、汶F15），占71%；基本查明斷層9條（F8-1，F(xiàn)10-3，DF2，DF5，DF9，DF10，DF12，DF13，DF14），占29%。按走向分：NW向12條、NE向10條，這兩組斷層一般落差較大，延展較長，為區(qū)內(nèi)主要斷層；另有NNW向5條、NEE向4條，一般落差較小，延展較短，受NW、NE向斷層控制，屬次要斷層。按落差分：大于30m的斷層6條（F10、F8、F8-2、F15、F10-5、汶F15、），1130m斷層10條（F15-2，F(xiàn)9，F(xiàn)11，F(xiàn)12，DF1，DF2，DF4、DF6，DF11、F10-7），510m斷層14條（F8-1，F(xiàn)15-1，F(xiàn)15-3，F(xiàn)18，DF3，DF5，DF7，DF8，DF9，DF10，DF12，DF13，DF14、F10-6），小于5m斷層1條（F11-1）。見表3-1區(qū)內(nèi)斷層特征及控制情況一覽表區(qū)內(nèi)主要斷層性質(zhì)及控制程度分述如下：(a) F8正斷層：位于勘查區(qū)西北部，為孫村礦與良莊礦的分界斷層。斷層走向NE，傾向SE，傾角80，落差083m，隨深度的增加落差變大，由86-2號孔向東北尖滅，區(qū)內(nèi)延展長度890m。孫村二、四層-494.7m回風巷及六采大巷揭露；深部86-3孔和五采四層軌道巷（-557.4）對控，距離260m；86-2與630號孔對控，相距450m。該斷層切割第三系底界、煤2、煤11；地震勘探線26條控制，其中A級斷點21個，B級斷點5個。屬查明斷層。(b) F8-2正斷層：位于勘查區(qū)北部，西南端交于F8斷層。斷層走向NE，傾向SE，傾角75，落差298m，由西南向東北落差增大，區(qū)內(nèi)延展長度680m。該斷層切割第三系底界、煤2和煤11；有21條地震線控制，其中A級16個，B級5個，屬查明斷層。(c) F15正斷層：位于勘查區(qū)中部，斷層走向NW，傾向NE，傾角5580，落差0130m，由中間向兩端逐漸減小，區(qū)內(nèi)延展長度2060m。五采巷道揭露，北西南東向貫穿本區(qū)。該斷層切割第三系底界面、煤2和煤11；共有68條地震線控制，其中A級斷點55個，B級斷點12個，C級斷點1個。屬查明斷層。(d) F10-5正斷層：位于勘查區(qū)中部，區(qū)內(nèi)延展長度5000m，走向、落差變化大，走向由NW轉(zhuǎn)為NE向，落差3090m。擴大區(qū)二采軌道巷、回風巷揭露，809、805鉆孔揭露，孫村二維地震、汶南三維地震控制。屬查明斷層。(e) 汶F15正斷層：位于勘查區(qū)東南邊界，走向NW，傾向NW，落差30130m。汶南3-1孔揭露，汶南2-3控制，汶南礦井下揭露，汶南三維地震控制。屬查明斷層。11序號斷層名稱產(chǎn)狀落差（m）影響煤層區(qū)內(nèi)延展長度（m）控制情況控制程度走向傾向傾角()地震線斷點級別鉆孔及其它ABC1F8NESE80083（2、6）060（6）2、6、11890262150二、四層-494.7m回風巷及六采大巷揭露，深部86-3和五采四軌道巷（-557.4m）對控，86-2與630對控查明2F8-1SNE7007（2）04（6）2、6250761基本查明3F8-2NESE75290（2）292（6）2598（11）2、6、11680211650查明4F9NEESSE70013（6、11）015（2）2、6、112506330-590.3m四層軌道巷及-600孫良六采大巷揭露，-800m西大巷及煤11揭露，509與627對控查明5F11NESE45023（2）023（6）018（11）2、6、1136013661-800m大巷和4420運輸巷揭露，檢5和80-4對控、4418和4419工作面揭露查明6F11-1NESE70042、6902110-800m大巷揭露查明7F12NESE70611（6）811（2）2、637012156四層軌道巷及-600m孫良改造石門揭露，-800m東大巷揭露，4418、4419、4420運輸巷揭露，11層煤掘煤車場揭露，602孔穿過查明8F15NWNE55800120（6）0130（2）0128（11）2、6、1120606855121五采巷道揭露查明9F15-1NWNE6508（2、11）06（6）2、6、112108251五采揭露查明10F15-2NWNE70020（2、11）017（6）2、6、1132012372五采揭露查明11F15-3NWNE65072、63009063四采巷道揭露基本查明12F18NNWSWW6005（6）07（2）2、61404013五采揭露查明13DF1NWNE80515（2）514（6）2、6150431查明 斷層特征及控制情況一覽表（1） 表3-2 斷層特征及控制情況一覽表（2） 表3-2 序號斷層名稱產(chǎn)狀落差（m）影響煤層區(qū)內(nèi)延展長度（m）控制情況控制程度走向傾向傾角（）地震線斷點級別鉆孔及其它ABC14DF2NWSW708222、6140413基本查明15DF3NENW6509（6）010（2、11）2、6、1158016124查明16DF4NENW70030（11）09（2、6）2、6、1158018153查明17DF5NNWNEE6505（6）06（2）2、616055基本查明18DF6SEENNE7009（6）012（2）2、62308431查明19DF7NNWNEE700102、62306321查明20DF8NENW60052、6110321查明21DF9NWNE7008（6）09（2）07（11）2、6、114601239基本查明22DF10NNWNEE70082、629083523DF11NWNE7581311190642查明24DF12EWN7001011280936基本查明25DF13NEESSE700811140321基本查明26DF14NESE700811120321基本查明27F10-5NWNESWSE703090m2、4、1150005131805、809穿過，二采軌道巷，回風巷揭露查明28F10-7NWNE70011m2、4、111500二采區(qū)揭露查明29F10-8NWSW706m2、4、111000二采區(qū)揭露查明30F10NWSW45220470m2、4、1123008224806穿過、802、803對控、801、805控制其擺動查明31汶F15NWSW7030130m2、4、1120005331汶南3-1孔穿過，汶南2-3孔控制查明(f) F10正斷層：位于勘查區(qū)南部，是新汶煤田的區(qū)域性斷層。區(qū)內(nèi)延展長度2000m，走向NW，傾向SW，傾角75，落差220470m，中間落差大，兩邊小。物探有8條測線穿過，解釋斷點8個；鉆探有806孔穿過，802與803對控。屬查明斷層。1.2.2.4 對斷裂構(gòu)造規(guī)律的認識(a) 區(qū)內(nèi)主要發(fā)育北東向和北西向兩組斷層。北東向斷層以F8和F8-2斷層為代表，占35%；北西向斷層以F15為代表，占31%。整體看南部簡單，北部和中部復雜，尤其在F8和F15斷層附近，伴生斷層發(fā)育，構(gòu)造較為復雜。(b) 從斷層延展形式統(tǒng)計，上組煤多呈弧形或直線形斷層；下組煤多表現(xiàn)為S形；斷層拐彎或分叉時，落差減小后消失。(c) 區(qū)內(nèi)切割煤2的斷層比切割煤11的斷層多。據(jù)統(tǒng)計切割煤2的斷層有22條，只切割煤11的斷層有4條，即切割煤2又切割煤11的斷層有9條。分析其原因為：F15和F8的伴生斷層與主斷層相距較近，切割煤2的小斷層比煤11的多；區(qū)內(nèi)煤系地層傾角較大，賦存深度大，可能存在層滑構(gòu)造，對上下兩組煤構(gòu)造發(fā)育程度有一定的影響。(d) 從斷層方向看，70105的最發(fā)育占68.1%；3570的占21.8%。(e) 井田內(nèi)斷層多以高角度正斷層為主，逆斷層少見。采區(qū)統(tǒng)計小型斷層傾角在7090的最發(fā)育，占56.3%，5070的次之占31.7%。(f) 北區(qū)斷層發(fā)育，南區(qū)相對較簡單，總的趨勢，隨深度增加，斷層條數(shù)增多，落差增大。1.2.2.5 巖漿巖根據(jù)物探成果和鉆探揭露情況看，本井田范圍內(nèi)未見巖漿侵入活動。1.2.3 井田水文地質(zhì)1.2.3.1水文地質(zhì)新汶煤田位于蓮花山與蒙山山脈兩大分水嶺之間的山間凹地內(nèi)，呈東西向展布，區(qū)內(nèi)地勢東高西低。煤田中間為侏羅系、第三系紅砂巖以及第四系松散層組成的地形較平緩的丘陵地帶，地表標高一般100200m；南面是主要由巖溶裂隙較發(fā)育的奧陶系、寒武系石灰?guī)r組成的地勢較高的丘陵山脈，山頂最大標高為491.1m（玉皇頂）；北面是主要由太古界花崗片麻巖組成的地勢較高、山勢險峻的中低山，山頂最大標高為1027.8m（太平頂）。煤田內(nèi)沖溝比較發(fā)育，地表排水逕流條件較好，小汶河自東而西橫貫煤田南部，連同其支流構(gòu)成了全區(qū)主要地表水系，河床寬約300600m，兩岸為寬約10002000m的含水砂礫層，直接覆蓋于淺部煤系地層露頭之上，為煤系各含水層的主要補給水源。煤田內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復雜程度為中等，發(fā)育的主要含水層有：第四系含水砂礫層、第三系礫巖、侏羅系砂礫巖、山西組砂巖、太原組第一、四層石灰?guī)r（以下簡稱一灰、四灰）、本溪組徐家莊、草埠溝石灰?guī)r（以下簡稱徐灰、草灰）及奧陶系石灰?guī)r（以下簡稱奧灰），構(gòu)成了煤田多層結(jié)構(gòu)地下水類型，屬北方型多含水層巖溶裂隙充水礦床。根據(jù)地形地貌、巖性組合、地質(zhì)構(gòu)造、地下水補給循環(huán)條件及含水層賦存狀態(tài)等特征，將新汶煤田可分為南、北兩個水文地質(zhì)分區(qū)。(a) 南區(qū)（F10斷層以南）煤系地層露頭直接伏于小汶河現(xiàn)代河床或古河床含水砂礫層之下，煤系內(nèi)各主要含水層的補給逕流條件良好。徐灰、草灰及奧灰地面出露廣、巖溶裂隙發(fā)育，接受大氣降水和第四系潛水補給強烈，富水性中等至強，動水量大。加之地質(zhì)構(gòu)造的影響，各含水層之間水力聯(lián)系密切，致使礦井充水條件復雜化，涌水量較大（3001500m3/h），屬補給循環(huán)條件良好、富水性較強、水文地質(zhì)條件中等至復雜的礦床類型。汶南、華源公司（原張莊煤礦）、孫村、良莊、協(xié)莊、華豐等煤礦或煤礦的淺部（F10斷層以南部分）屬于這種類型。這些礦井均具有隨煤層埋藏深度增加而徑流補給循環(huán)條件變差、富水性減弱、水文地質(zhì)條件變簡單的普遍規(guī)律。(b) 北區(qū)（F10斷層以北）煤系地層之上為數(shù)百m甚至千余m厚的第三系粘土質(zhì)粉砂巖和侏羅系砂巖所覆蓋，地形為丘陵地帶，地表逕流排泄條件良好。煤系內(nèi)各主要含水層無地表水補給或補給微弱，下伏之徐灰、草灰無地表出露，奧灰僅有零星斷塊露頭，巖溶裂隙不發(fā)育，接受大氣降水或第四系潛水補給較差，富水性弱至中等，地下水循環(huán)條件較差，以靜儲存量為主，只是由于地質(zhì)構(gòu)造的影響而使各含水層之間有一定的水力聯(lián)系。礦井充水條件較差，涌水量較?。ㄐ∮?00m3/h），屬補給循環(huán)條件不暢、富水性弱至中等、水文地質(zhì)條件比較簡單的礦床類型。F10斷層以北的泉溝、翟鎮(zhèn)等煤礦以及汶南、孫村、良莊等煤礦的深部（F10斷層以北部分）屬于此類型。孫村煤礦位于新汶煤田南翼中段、F10斷層以北，為低緩的丘陵和河流沖積階地地貌，地表逕流排泄條件良好。小汶河的支流平陽河、東周河分別位于井田的東、西部，兩河相距約4.5km，自北向南流經(jīng)本區(qū)，在勘查區(qū)以南約3km的孫村、原張莊井田淺部匯入小汶河，為本區(qū)要地表水系。兩河的河床目前均為規(guī)整的人工河床，寬約5070m，兩岸古河床沉積的含水砂礫層寬約5002000m，為本區(qū)第四系含水層的重要補充水源。區(qū)內(nèi)發(fā)育的主要含水層有第四系含水砂礫層、第三系礫巖、侏羅系砂礫巖、山西組砂巖、太原組一灰、四灰、本溪組徐草灰及奧灰，此外11煤層頂板砂巖也有少量淋水（小于6m3/h）。其中山西組砂巖是上組煤（第2、3、4層煤）開采的主要充水含水層；徐草灰和奧灰是下組煤（第11、13、15層煤）開采的主要充水含水層。主要隔水層為第三系、侏羅系和煤系地層中各層粉砂巖、粘土巖、泥質(zhì)巖，都具有良好的阻隔水性能，有效隔斷了各含水層之間以及含水層與煤層間的水力聯(lián)系。除局部受不整合接觸或斷層破碎影響導致各含水層之間、或含水層與煤層對接以及隔水層變薄外，正常情況下各含水層間無直接的水力聯(lián)系。區(qū)內(nèi)影響煤層開采的主要充水含水層埋藏均較深，而且均無露頭出露，基本上處于封閉狀態(tài)，其徑流補給循環(huán)條件及富水性均較弱；但隨著開采深度的加大，含水層的水壓增高，特別由于奧灰厚度大、古巖溶發(fā)育、靜儲存水量大，下組煤開采的底鼓突水威脅增大。故綜合評價本區(qū)屬補給循環(huán)條件不暢、富水性弱中等、水文地質(zhì)條件簡單中等的巖溶裂隙充水礦床類型：上組煤為二類一型、下組煤為三類二型。301.2.4 井田充水因素分析1.2.4.1 地表水系區(qū)內(nèi)主要地表水系為柴汶河，河寬300m左右，在本井田內(nèi)長約2700m，沿煤系地層露頭自東而西蜿蜒而過，枯水期流量02.5m3/s；洪水期洪峰流量高達2810m3/s，流速1.703m/s。最高洪水+171m。近幾十年來，由于上游攔河水庫的修建、灌溉用水，河床采砂等對河水流量控制和影響較大，從而形成了雨季有水，枯季近于干涸的季節(jié)性河流。1.2.4.2 含水層與隔水層本井田主要含水層自上而下為第四系含水砂礫層，第三系礫巖，侏羅系砂巖，山西組砂巖，太原組一灰，四灰，本溪組徐、草灰，以及煤系基底奧灰。主要隔水層為第三系下部泥質(zhì)粉砂巖，侏羅系下部泥質(zhì)粉砂巖，石盒子組雜色泥巖，煤系地層內(nèi)各含水層與各可采煤層之間的粉細砂巖、泥巖等。各主要含、隔水層的水文地質(zhì)特征如下：(a) 第四系含水砂礫層第四系全層厚0.309.32m，平均4.65m。其中砂礫層厚03.00m，為古河床及現(xiàn)代河漫灘相所沉積，分布于平陽河兩側(cè)，砂礫成分主要為石英及片麻巖殘余物，粒徑一般為0.515mm，最大6080mm。據(jù)抽水試驗資料，單位涌水量（q）1.5748.666/s.m，滲透系數(shù)（K）84.41243.91m/d，影響半徑（R）3931043m，屬富水性極強的孔隙潛水含水層，主要靠大氣降水補給，與地表河流水力聯(lián)系密切，徑流補給循環(huán)條件好，水位隨季節(jié)變化明顯。據(jù)水質(zhì)分析化驗資料，總礦化度0.81g/，總硬度20.96mmo/，PH值7.4，水質(zhì)類型為SO4.HCO3Ca.（K+Na）型。第四系下距煤層間距大，其間有1000m厚的第三系粘土質(zhì)粉砂巖等隔水層所隔，對煤層開采無直接影響。(b) 第三系礫巖第三系全層厚834.801355.00m，平均1055.82m，巖性主要為磚紅紅褐色粘土質(zhì)粉砂巖，夾礫巖層740層，主要分布于上半部分。礫巖單層厚度0.516.57m不等，一般25m，總厚40m左右。礫石成分主要為石灰?guī)r，次為石英砂巖、片麻巖等。據(jù)鉆孔簡易水文觀測資料，區(qū)內(nèi)鉆孔均未發(fā)現(xiàn)礫巖內(nèi)漏水或明顯消耗現(xiàn)象。該層主要靠大氣降水補給，富水性極不均一，為弱含水層。據(jù)鉆孔抽水試驗資料，原始水位標高+164.72+208.90m，單位涌水量（q）0.001910.178/s.m，滲透系數(shù)（K）0.00270.073m/d，影響半徑（R）15.7626.47m。據(jù)47#孔水質(zhì)化驗資料：總礦化度0.29g/，總硬度10.762mmo/，水質(zhì)類型為HCO3Ca型。 區(qū)內(nèi)2煤層平均厚度2.33m，參考原張莊礦三帶觀測孔資料，裂高采厚比14.7倍，冒高采厚比3.6倍，采用頂板冒落法開采2煤層時，形成的冒落帶和裂隙帶高度分別為8.39m和34.25m。區(qū)內(nèi)第三系底界下距2煤層83.82224.40m，平均144.07m，開采2煤層時形成的冒落裂隙帶波及不到該層，屬間接充水含水層，加上粘土質(zhì)粉砂巖等隔水層的隔水作用，對煤層開采基本無影響。(c) 侏羅系砂礫巖區(qū)內(nèi)侏羅系地層厚7.40298.35m，平均79.36m。巖性主要為紫紅色粘土質(zhì)或鈣質(zhì)粉砂巖、細砂巖，局部夾中粗砂巖或含礫砂巖。砂礫巖以薄層形式夾于粉砂巖當中，礫石成份以石灰?guī)r為主，其次為砂巖、變質(zhì)巖等。據(jù)鉆孔簡易水文觀測資料，區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)侏羅系砂礫巖漏水或明顯消耗現(xiàn)象。根據(jù)以往抽水或注水試驗資料，單位涌水量（q）0.0060.322/s.m，滲透系數(shù)（K）0.002780.241m/d，影響半徑（R）58.22656.49m，富水性極不均一，為弱含水層。據(jù)水質(zhì)分析資料，總礦化度為0. 329g/，總硬度11.9mmo/，PH值7.5，水質(zhì)類型為SO4Ca.（K+Na）型。 區(qū)位于孫村井田深部F10斷層以北，本含水層埋藏深度大于900m，上部隔有8001000余m的第三系粘土質(zhì)粉砂巖隔水層，徑流補給循環(huán)條件明顯變差，屬富水性弱的非均質(zhì)裂隙承壓含水層。由于本層底界下距2煤層30.20145.59m，平均74.11m，開采2煤層時形成的冒落裂隙帶局部將波及該層，應(yīng)屬直接充水含水層；此外在煤層剝蝕面附近，侏羅系砂礫巖與山西組砂巖含水層有一定的水力聯(lián)系，可能對煤層開采產(chǎn)生局部影響，生產(chǎn)中應(yīng)該留足煤層露頭煤巖柱。但由于本區(qū)屬煤田深部，該含水層發(fā)育不穩(wěn)定、厚度薄、無徑流補給來源、富水性微弱，對煤層開采影響較小。根據(jù)孫村、原張莊等煤礦在煤層剝蝕面附近的實際采煤經(jīng)驗，工作面一般干燥無水，或僅有少量淋水；新汶礦區(qū)已有大量井巷工程穿過侏羅系砂礫巖，水的威脅很小。(d) 山西組砂巖勘查區(qū)內(nèi)山西組厚度45.25167.65m，平均95.00m；其中夾24層砂巖，單層厚度一般215m，總厚10.8068.95m，平均38.42m，主要包括第2、4煤層頂板砂巖。巖性主要為淺灰至灰白色中粗粒長石石英砂巖，鈣質(zhì)及泥質(zhì)膠結(jié)，分選良好，較堅硬，斜層理發(fā)育，局部裂隙較發(fā)育，是開采2、3、4煤層時的直接充水含水層。據(jù)簡易水文觀測資料，區(qū)內(nèi)鉆孔未見山西組砂巖漏水或明顯消耗現(xiàn)象。據(jù)翟鎮(zhèn)井田內(nèi)59號鉆孔（在F10斷層以北）煤4頂板砂巖抽水試驗資料，原始水位標高（H）+183.07m，單位涌水量（q）0.0281/s.m，滲透系數(shù)（K）0.168m/d，影響半徑（R）148.77m。據(jù)水質(zhì)分析資料，總礦化度2.85g/，總硬度6.57mmo/，PH值8.3，水質(zhì)類型為ClK+Na型水，說明該處地下水的循環(huán)條件相當差、富水性弱。據(jù)孫村礦實際揭露資料，600m水平以上裂隙較發(fā)育，礦井山西組砂巖總涌水量45.6m3/h，單位涌水量（q）0.054/s.m，為一弱含水層，以裂隙淋水方式進入礦井。但隨開采水平加深，特別是進入F10斷層以北后該層含水性更加減弱，對礦井開采影響輕微。-800m水平2、4煤層已大面積開采，山西組砂巖水僅為2.4m3/h。F10斷層以北的翟鎮(zhèn)等煤礦，礦井總涌水量（主要為山西組砂巖水）基本均小于3m3/h，有的尚不能滿足生產(chǎn)防塵用水，說明F10斷層以北的山西組砂巖含水非常微弱。而且勘探和生產(chǎn)資料均表明，本含水層的漏水點或較大淋水點基本均位于斷層附近，具有明顯的構(gòu)造裂隙水特點。井田深部F10斷層以北，本含水層埋藏在-800m水平以下，徑流補給循環(huán)條件差，應(yīng)屬富水性弱的非均質(zhì)裂隙承壓含水層，為上組煤開采最主要的直接充水含水層，但因水量小、易疏干，對煤層開采影響不大。(e) 太原組一灰厚1.005.25m，平均3.58m，層位、厚度穩(wěn)定。一灰上距6煤層5.209.70m，平均7.39m，為6煤層開采的直接充水含水層。本含水層呈灰色、質(zhì)不純，多含泥質(zhì)及燧石，巖芯較完整，巖溶裂隙不發(fā)育。據(jù)鉆孔簡易水文觀測資料，未發(fā)現(xiàn)漏水或明顯消耗現(xiàn)象。據(jù)礦井實際揭露資料，一灰屬非均質(zhì)巖溶裂隙承壓含水層，其巖溶裂隙發(fā)育程度及富水性隨埋藏深度的加大而明顯減弱：在0m水平以上，尤其+35m水平以上，洞穴發(fā)育，富水性強，在生產(chǎn)過程中曾多次發(fā)生突水，屬強含水層；但到210水平以下已基本干燥無水，揭露時僅見有被方解石脈充填的少量裂隙，僅局部有淋水，對煤層開采已無影響。井田深部F10斷層以北，一灰埋藏在-800m水平以下，徑流補給循環(huán)條件非常差，巖溶裂隙發(fā)育程度及富水性明顯減弱，應(yīng)屬富水性微弱的巖溶裂隙承壓含水層。正常情況下基本無水，僅在構(gòu)造破碎帶附近有少量淋水，對礦井充水基本無影響。(f) 太原組四灰厚3.116.25m，平均5.66m，層位、厚度穩(wěn)定，為13煤層的直接頂板。深灰色，上部質(zhì)不純，含泥質(zhì)，中部質(zhì)較純，下部含燧石結(jié)核，堅硬，局部見方解石脈。巖芯完整，巖溶裂隙不發(fā)育。據(jù)鉆孔簡易水文觀測資料，未見漏水或明顯消耗現(xiàn)象。據(jù)羊村翟鎮(zhèn)井田內(nèi)350號孔抽水試驗資料，基本無水，水位標高+117.81m。另據(jù)泉溝二井田抽水資料，單位涌水量（q）0.00130.1286/s.m，水位標高+175.4m，為弱含水層。根據(jù)水質(zhì)分析資料，四灰水的總礦化度0.488g/，總硬度16.22mmo/，PH值7.0，水質(zhì)類型為HCO3.SO4Ca型。據(jù)礦井實際揭露資料，四灰屬非均質(zhì)巖溶裂隙承壓含水層，其巖溶裂隙發(fā)育程度及富水性隨埋藏深度的加大而明顯減弱：在0m水平以上，尤其+80m水平以上，洞穴發(fā)育，富水性強，在生產(chǎn)過程中曾多次發(fā)生突水，屬強含水層；但到400m水平以下已含水微弱，僅局部有淋水，對煤層開采影響很?。惶貏e是到600m水平，13煤層已大面積開采，四灰基本全部干燥無水，僅在構(gòu)造破碎帶附近局部有少量淋水、滴水，對煤層開采已基本無影響。井田深部F10斷層以北，四灰埋藏在-800m水平以下，徑流補給循環(huán)條件非常差，巖溶裂隙發(fā)育程度及富水性明顯減弱，應(yīng)屬富水性微弱的巖溶裂隙承壓含水層。正常情況下基本無水，僅在構(gòu)造破碎帶附近有少量淋水，對礦井充水基本無影響。(g) 本溪組徐草灰徐灰厚2.8518.15m，平均7.03m；草灰厚4.5010.75m，平均8.81m；徐草灰間距厚1.817.25m，平均4.10m。由于層間距小，較小的斷層錯動即可使之發(fā)生水力聯(lián)系，故應(yīng)作為一個綜合不均質(zhì)巖溶裂隙承壓含水層對待。徐灰呈灰深灰色，局部具分層現(xiàn)象；草灰一般呈淺灰灰白色，常夾淺灰綠色粘土巖。據(jù)鉆孔簡易水文觀測資料，區(qū)內(nèi)鉆孔未發(fā)現(xiàn)徐草灰漏水或明顯消耗現(xiàn)象。據(jù)孫村礦井下實際揭露資料，徐草灰的巖溶裂隙發(fā)育程度和富水性隨深度增加呈明顯的減弱趨勢：在30m水平以上，巖溶裂隙、洞穴發(fā)育，富水性強，在生產(chǎn)過程中曾多次發(fā)生突水，屬強含水層；但到100m水平以下已含水較弱，井下探水孔單孔涌水量為612m3/h，對礦井生產(chǎn)影響較小；到600m水平以下已含水微弱，井下探水孔單孔涌水量一般小于1.8m3/h，對礦井生產(chǎn)影響很小，但仍具有一定水量（平均19.2m3/h）。礦井深部徐草灰雖然不接受大氣降水或第四系潛水補給、現(xiàn)代巖溶不發(fā)育，但由于徐草灰綜合厚度較大、下距奧灰僅19.2629.61m、平均25.00m，水力聯(lián)系較密切，接受奧灰水的一定補給，從而產(chǎn)生一定的巖溶裂隙，存在局部的富水區(qū)。探水孔資料表明，礦井深部的徐草灰一般均存在一定的富水性和高水壓（孫村礦-800m水平探水孔水量為1.11.2m3/h，水壓8MPa）。徐灰上距15煤層僅24.1027.74m，平均25.67m，較小的斷層錯動，都會使徐草灰與后組煤產(chǎn)生水力聯(lián)系甚至對口接觸，從而使徐草灰水瀉入礦井。此外由于深部徐草灰存在一定的富水區(qū)，在采動破壞、礦壓和高水壓等因素的聯(lián)合影響下，會導致斷層活化或煤層底板巖石破裂，在破碎裂隙帶延伸到徐草灰時，產(chǎn)生底鼓突水。按新汶礦區(qū)底板突水系數(shù)經(jīng)驗值0.060.08MPa/m（取0.06MPa/m）推算，本區(qū)開采15煤層時的徐草灰安全水壓為1.54Mpa，-154m水平以下開采下組煤即具有徐草灰的底鼓突水威脅，必須進行疏水降壓。但由于徐草灰水量小，單純徐草灰的突水對礦井生產(chǎn)威脅不大。但由于徐草灰距奧灰太近，在奧灰的富水區(qū)或強徑流帶，徐草灰突水后隨著地下水的逐步循環(huán)、導水裂隙不斷發(fā)展，往往導通奧灰水，造成奧灰的后續(xù)突水，形成災(zāi)害性事故。良莊煤礦51101W工作面的底鼓突水就是首先徐灰突水、然后礦壓顯現(xiàn)和水力循環(huán)造成裂隙擴展而引發(fā)奧灰突水，因此涌水量開始較小并基本穩(wěn)定在120m3/h以下，隨后奧灰水逐漸進入、水量逐步增大到772m3/h。水質(zhì)化驗和水溫變化等資料也證明先為徐灰水、后為奧灰水。因此，徐草灰埋藏較深、徑流補給循環(huán)條件較差、巖溶裂隙發(fā)育程度及富水性較弱，屬于富水性弱中等的巖溶裂隙承壓含水層，但仍然是下組煤開采最主要的直接充水含水層，對煤層開采有一定影響。而且徐草灰作為奧灰的突水通道，易引發(fā)奧灰突水。所以在開采下組煤時對徐草灰必須進行探查和疏水降壓工作。(h) 奧灰奧灰為煤系地層基底，總厚度800m左右，上部以灰深灰色純灰?guī)r及灰白、黃褐、粉紅色白云質(zhì)灰?guī)r為主為，中部以豹皮灰?guī)r、泥灰?guī)r、白云巖為主，下部以灰黑灰色中厚層純灰?guī)r為主，底部為竹葉狀灰?guī)r、白云巖、泥灰?guī)r、泥巖，含燧石和同生礫石。勘查區(qū)內(nèi)有2002#、809#鉆孔揭露奧灰 51.31107.10m，據(jù)鉆孔簡易水文觀測資料，未發(fā)現(xiàn)漏水或明顯消耗現(xiàn)象。根據(jù)礦井奧灰觀測孔動態(tài)觀測資料，奧灰水位標高120+150m。據(jù)淺部鉆孔抽水試驗資料，單位涌水量（ q）0.554.85/s.m，滲透系數(shù)（k）0.147.12m/d，影響半徑（R）2001062m。據(jù)翟鎮(zhèn)井田內(nèi)9#、350#鉆孔抽水試驗資料，單位涌水量（q）僅0.02020.444/sm。這說明奧灰淺部巖溶裂隙發(fā)育、富水性強，隨埋藏深度增加交替循環(huán)條件變差，富水性逐漸減弱。據(jù)深部水質(zhì)化驗資料，總礦化度1.771.82g/1，總硬度35.9338.71mmo/1，PH值7.77.8，水質(zhì)類型為SO4（K+Na）.Ca型。綜上所述，奧灰由于其補給循環(huán)條件的差異，巖溶裂隙發(fā)育程度及富水性顯示出明顯的垂直分帶性。在淺部露頭處，巖溶裂隙較發(fā)育，直接接受大氣降水補給，徑流補給循環(huán)條件較好，富水性較強，但隨深度增加，巖溶裂隙發(fā)育程度及富水性逐漸變差。井田深部F10斷層以北，奧灰無露頭出露，埋藏深度較大，徑流補給循環(huán)條件不良，富水性較弱，應(yīng)屬富水性弱中等的巖溶裂隙承壓含水層，是下組煤開采的間接充水含水層，一般作為徐草灰的補充水源。但資料證明，奧灰厚度大、區(qū)域富水性較強，縱向和橫向含水性極不均一。而且由于在地質(zhì)歷史中奧灰遭受了長達1億年的風化剝蝕（在地層上表現(xiàn)為O3C1的缺失），造成古巖溶發(fā)育（大量礦井深部物鉆探資料已證實，奧灰界面以下3580m一般古巖溶發(fā)育、富水性強）、靜儲存水量大，即使是井田深部，局部仍能存在富水區(qū)和較強的徑流帶，并通過古巖溶或構(gòu)造裂隙與淺部產(chǎn)生一定的水力聯(lián)系。而且隨著開采深度的加大，奧灰水壓不斷增高，在下組煤開采時受礦壓和高水壓的聯(lián)合影響，會導致底板隔水層的破壞，具有奧灰的底鼓突水威脅。本區(qū)奧灰上距15煤層69.1783.24m，平均74.42m，奧灰水位標高120150m。按新汶礦區(qū)底板突水系數(shù)經(jīng)驗值0.06MPa/m推算，本區(qū)開采15 煤層時的奧灰安全水壓為4.47MPa，在-327m以下開采下組煤時即有奧灰底鼓突水的可能，應(yīng)進行疏水降壓。近年來，孫村礦41118、41119工作面突水、良莊煤礦51101W、51302工作面（水平標高-580m）突水表明即使按理論估算安全煤巖柱厚度足夠（11煤層至奧灰間距110130m）或無明顯透水通道，在礦壓和水壓等的多重作用下仍能發(fā)生奧灰的災(zāi)害性突水。如2000年6月27日良莊煤礦51101W工作面（F10斷層以北，標高-403459m）開采11煤層時揭露了落差2.4 m的小斷層，受采動影響和周期來壓等多方面的因素，導致徐草灰、奧灰水突破底板隔水層突入工作面，最大涌水量達772m3/h（最后穩(wěn)定在600m3/h左右，動水位-147m，），造成工作面停產(chǎn)，不得不進行注漿治理，給礦井帶來了數(shù)千萬元的巨大經(jīng)濟損失，治理后目前涌水量仍為37.2m3/h左右。2004年8月5日良莊煤礦51302工作面（F10斷層以北，標高-429488m）開采13煤層時在沒有斷層的情況下，工作面下方采空區(qū)突然出現(xiàn)底板突水，涌水量在7小時內(nèi)即達到最大1920m3/h（最后穩(wěn)定在600m3/h左右，動水位-80m），相距1000余m的孫村41118工作面奧灰突水點水量、水位均發(fā)生變化。經(jīng)過對水質(zhì)、水溫的測定比較和物、鉆探探測以及水文觀測網(wǎng)的動態(tài)觀測，證明上述突水點水源均為奧灰。因此，本區(qū)開采下組煤時必須對奧灰富水性應(yīng)進行探查，特別在隔水層薄弱地帶或構(gòu)造破碎帶附近必須進行超前探放水或疏水降壓，并留設(shè)合理防水煤巖柱，不能盲目開采，以保證礦井安全生產(chǎn)。(i) 隔水層除上述各含水層以外，第三系粘土質(zhì)粉砂巖、侏羅系粉砂巖、石盒子組雜色泥巖、15煤層與奧灰之間的粉砂巖、泥巖及煤系地層內(nèi)各含水層之間所夾的粉砂巖、泥巖等，都具有良好的阻隔水性能，隔斷了各含水層之間和含水層與煤層之間的水力聯(lián)系。井田內(nèi)山西組地層50以上、太原組地層60以上、本溪組地層50以上由粉砂巖、粘土巖、泥質(zhì)巖組成，廣泛發(fā)育在各含水層之間和含水層與煤層之間，厚度比較穩(wěn)定。它們主要由粘土礦物組成，結(jié)構(gòu)致密、裂隙不發(fā)育，具有較好的吸水膨脹性，為良好的隔水層，正常情況下切斷了各含水層之間的水力聯(lián)系；煤層開采時形成的導水裂隙進入這些巖層時，會因吸水膨脹而導致裂隙閉合、阻止裂隙繼續(xù)發(fā)展而起到隔水作用。1.2.4.3 斷層含、導水性井田內(nèi)構(gòu)造復雜程度中等，斷層較發(fā)育，區(qū)內(nèi)落差大于或等于100m的斷層2條、30100m的斷層4 條、1030m的斷層9 條，均為高角度正斷層。區(qū)內(nèi)所有鉆孔穿過斷層帶時均未發(fā)現(xiàn)泥漿有明顯消耗或漏水現(xiàn)象，斷層帶一般由兩盤地層破碎物和斷層泥組成，松軟、易碎、采取率低。F10斷層為新汶煤田的一條區(qū)域性大斷層，落差較大。由于斷層的切割作用，使得F10以南的第三系巨厚的粘土質(zhì)粉砂巖與F10以北的煤系地層相接，客觀上起了隔水作用。目前孫村、良莊、汶南等煤礦井下均有多處揭露F10斷層，均既不含水也不導水。F15斷層為勘查區(qū)內(nèi)的另一條主要斷層，與煤層走向斜交分布。孫村礦在采掘過程中，于前五石門和5219探巷2處揭露該斷層，傾角較陡，近乎直立。斷層帶較窄，既不含水也不導水。此外孫村煤礦井下累計揭露落差大于5m的斷層200余次，除少數(shù)斷層揭露部位距強含水層較近或?qū)油猓揪稍餆o水或僅有少量淋水、滴水及破碎物質(zhì)冒落。因此新汶礦區(qū)勘探和生產(chǎn)資料表明，本區(qū)斷層的含、導水性及對礦床的充水影響主要取決于斷層帶的自然狀態(tài)、兩盤的巖性、含水層的空間位置及富水性強弱，與強含水層的相互關(guān)系及采礦生產(chǎn)影響等。其規(guī)律如下：(a) 斷層帶在自然狀態(tài)下本身結(jié)構(gòu)致密，具有一定的隔水性能。當揭露部位皆為非含水層、遠離較強含水層（大于安全隔水層厚度）時，則該部位斷層帶多是封閉式的，既不含水也不導水，處于隔水狀態(tài)。揭露處遇弱含水層時，則此處斷層帶含、導水性弱，只有少量淋水及斷層帶松軟物質(zhì)冒落現(xiàn)象。(b) 當揭露部位距強