一、预防煤系地层承压含水层水专项安全措施(已采取) (一)、矿井基本情况:
鹤煤(集团)公司五矿,位于鹤壁矿区中部,开采二1煤层,井
田范围浅部边界至二1煤层露头,深部以-600米二1煤层底板等高线为界,北部以F20断层与三矿为界,南部以F40断层以六矿为界。地层走向大致近南北,倾向东北,地层走向在30°~150°之间,倾向在60°~120°之间,总体上呈一近似单斜形态,地面为第三系、第四系所覆盖。
1、构造
整体构造形态为一倾伏向斜构造,地层走向在30°~150°之间,倾向在60°~120°之间,构造形迹以断层构造为主,向斜两翼发育有NE或NNE向的较大正断层形成自然边界。
向斜轴走向为N30°~55°E。南北两翼地层基本对称,煤层倾角在向斜轴部和井田边界平缓,一般在7°左右,介于向斜轴部和边界中部较陡。倾角15°~30°,向斜形态浅中部由巷道证实,深部由钻孔控制。
井田特征以断层为主。据不完全统计,全井田落差在0.8米以上的断层发育有98条,其中落差大于20米的大中型断层8条,全部为NE或NNE向的正断层,为扭性、压扭性断层。五矿断层发育南北翼差异较大,南翼断层相对发育,断层条数多,延伸距离远。如ⅡF01、ⅡF02、ⅡF03及F41、F40、F40-1均发育在南翼,且其间发育有落差小于10m的正断层数十条, 影响了工作面的合理划分和正常生产。
北翼小断层相对较少,多集中在靠近边界断层的工作面(F20、 F20-1),且落差一般小于5米,延伸长度也较短。
本矿小断层规模一般是3~5米的正断层,展布方向与旁侧主体断层方向平行或呈锐角,一般在大断层两侧部位较为发育,且断层密度不均衡,高密度区一般100米距离内有1~2条断层出现,低密度区一般200米距离左右出现一条断层。
根据上述小断层发育特点,预测本矿未采掘区小断层密度区主要分布地带为沿F41、F40-1断层,上盘走向1200m范围内,沿F20断层下盘走向1000m范围内(预测下限开采深度-600m)。五矿-450~-600范围内南翼小断层较为发育,北翼相对不发育。对将来煤层开采会有一定影响,煤矿采区设计和生产中应予以足够重视。
2、地层
本矿位于华北地层区豫北分区太行山小区。区内地层自老到新发育有奥陶系中统马家沟组、石炭系中统本溪组和上统太原组、二叠系下统山西组和下石盒子组及上统上石盒子组、新第三系鹤壁组及第四系。地面为第三系、第四系所覆盖。其中太原组、山西组和上、下石盒子组为含煤地层,太原组和山西组为主要含煤地层。
3、煤层
五矿井田含煤地层包括石炭系上统太原群,二迭系山西组。其中山西组含煤4层,仅二1煤(大煤)可采,太原群含煤10层,底部一11煤(下夹下煤),一21煤(下夹中煤)与一22煤(下夹上煤)间距很近,称一煤组,具有工业价值。其它煤层仅见局部可采点,极
不稳定。本井田可采煤层主要为山西组二1煤层。
二1煤层(俗称大煤)为本区主要可采煤层,位于二叠系下统山西组的下部,层位稳定。其顶板为黑色泥岩或砂质泥岩,老顶为灰色细~中粒砂岩,为本区良好标志层;煤层底板为泥岩或砂质泥岩,老底为灰色细~中粒长石石英砂岩。二1煤层最大厚度11.89m(井下揭露),最小厚度2.76m(罗采孔),平均厚度8.51m,煤厚变异系数为11%,煤层可采性指数为1,属稳定煤层(Ⅰd)。
4、水文地质条件 (一)地表水
本区位于太行山东麓,鹤壁煤田中部。海拨标高+216.4 ~+144.2米,相对高差72.2米,属低山丘陵区。 西部山区地势较高(最大标高+763.5米),寒武(∈)、奥陶(O)系地层广泛出露,井田及以东地区地势渐趋低平,被三、四系地层覆盖。区内有汤泉河由井田西部自北而南流过,流量1033.2m3/h(2000年6月28日)。井田东部有罗村河自北向南流过,并形成一小型水库,罗村河最大流量1317.6m3/h(2001年3月9日),罗村水库库流量极小。 井田河床基底为50~80m的第三系粘土,阻水性极佳, 使得地表水与基岩地下水不发生水力联系,对矿床开发无影响。
(二)含水层
根据以往勘探资料 (岩性、结构、富水性、 赋存特征等)及二1煤层开采以来的生产实践, 将矿井范围内含水层划分成五个,分述如下:
⑴奥陶系中统马家沟组碳酸盐岩岩溶裂隙承压含水层(O2) 其总厚约400米,位于二1煤下148.21~163.9m,平均157.71m,矿区西部广泛出露,补给条件好。该层岩性为厚层状、 巨厚层状石灰岩及白云质灰岩,岩溶裂隙发育,含丰富的岩溶裂隙承压水,是本区主要含水层之一。
奥陶系灰岩广泛出露于井田西部,直接受大气降水的补给,形成丰富的地下水,由西向东流入矿区,以岩溶泉的形式集中排泄区外,在区内则通过断层直接或间接补给C3L2、C3L8灰岩含水层和二1煤顶底板砂岩(S9、S10)含水层,构成对矿井的严重威胁。
⑵太原群第二层碳酸盐岩岩溶裂隙承压含水层(C3L2) C3L2灰岩在本区发育良好,分布稳定,厚度4.19~10.74m,平均厚度8.02m,岩溶裂隙发育,含岩溶裂隙承压水。
该含水层距二1煤间距为106.59~117.90m,平均间距110.76m,距O2灰岩平均间距38.66m,距C3L8灰岩平均间距80.75m。
C3L2灰岩出露范围和受水面积很小,仅在井田西部有零星出露,一般水量不大,但由于断层的切割(F40、F41)可与O2 灰岩对接发生水力联系,是二1煤充水的间接充水含水层。
⑶太原群第八层碳酸盐岩溶隙裂隙含水层(C3L8) C3L8灰岩在区内发育良好,分布稳定,厚度3.92~5.23m ,平均4.68m,岩溶裂隙较为发育,含岩溶裂隙承压水。
该含水层距二1煤间距为27.80~39.71m,平均33.35m,并且有西北向东南逐渐缩短的趋势(向斜轴以北接近40m,向南由35m递
减为29.3m)。
C3L8灰岩是开采二1煤的直接充水含水层,因受F40、F41、ⅡF01、ⅡF02、ⅡF03断层影响与C3L2、O 2灰岩含水层发生水力联系而得到较大量补给,呈现水量较大,且不容易疏干的含水特征(如三水平南大巷015突水点,稳定涌水量达70m3/h,且长时间不衰减),从而构成对二1煤开采的主要威胁。
⑷二1煤顶底板(山西组S9、S10及S11)碎屑岩孔隙裂隙承压含水层。
该含水层组由中、粗粒砂岩(S9、S10、S11)所组成, 发育较好,层位稳定,属二1煤直接顶底板含水层, 含孔隙裂隙承压水。 砂岩总计厚度2.85~60.11m, 平均30.41m。 其中二1煤上(S10、S11)厚1.85~46.35m, 平均21.37m, 二1煤下厚(S9)1.00~13.76m,平均9.04m。本含水岩组裂隙发育不均,含水量不大,一般情况下易于疏干。但其局部得到O2、C3L2、C3L8 灰岩含水层的补给( 2105 、2107工作面顶板砂岩淋水,最大水量5m3/h)水量相对较大,持续时间较长。
⑸第三、四系洪积、冲积孔隙裂隙含水组
该含水岩组由砂、砾岩(层)组成,覆盖于煤系地层之上,接受大气降水补给,含孔隙裂隙承压水(顶部为潜水)。本含水岩(层)组距二1煤顶板含水层300余米,因距二1 煤厚度较大,对二1煤开采无直接影响,是主、 付井及两风井水量的主要组成部分。
1、矿井历年突水概况