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1、章丘矿业有限公司玉山煤矿10-1煤层承压水上带压开采安全性评价及防治水方案山东科技大学地质科学与工程学院2010-7章丘矿业有限公司玉山煤矿10-1煤层承压水上带压开采安全性评价及防治水方案报告提交单位：章丘矿业有限公司玉山煤矿章丘矿业有限公司玉山煤矿矿长：孙希营章丘矿业有限公司玉山煤矿总工：程德鹏报告编制单位：山东科技大学地质科学与工程学院报告编制技术负责人：施龙青 程德鹏 报告编制主要参加人员： 李娜娜 于文杰 肖艳丽 刘美娟 邢丽花 报告编制日期：2010年7月目 录1 绪论11.1 目的任务11.2 位置及范围21.3 自然地理概况31.4 井田地质概况42 井田水文地质特征152.1
2、 区域水文地质概况152.2 矿井充水条件172.3 相邻矿井的开采对本井田的影响242.4 矿井水文地质类型243 研究区徐、奥灰突水危险性评价253.1 威胁10-1煤安全开采的含水层分析253.2 10-1煤与徐、奥灰间距特征253.3 徐、奥灰水压分布特征293.4 10-1煤安全开采标高计算333.5 研究区10-1煤开采徐、奥灰突水评价353.6 底板突水危险性分区384 研究区矿井涌水量预计414.1 矿井涌水量变化情况414.2 矿井正常涌水量预计425 10-1煤层开采防治水方案445.1 巷道掘进超前探查工程设计445.2 工作面底板探查工程设计465.3 断层防水煤柱的留
3、设485.4 10-1煤层条带开采方案495.5 劳动组织及工期安排515.6 投资及效益分析526 结论与建议536.1 结论536.2 建议531 绪论1.1 目的任务1.1.1 立项背景章丘矿业有限公司玉山煤位于章丘市的西南部，井田面积为3.549km2，是由3个小煤矿整合而成。2006年山东省国土资源厅以鲁国土资字2006328号文下发了关于章丘市煤炭资源整合意见的函，划定了整合后的井田范围。整合后的章丘矿业有限公司玉山煤矿，由玉山一号煤矿（原章丘市曹范镇玉山煤矿）、玉山二号煤矿（原章丘市曹范镇宋家埠煤矿）和玉山三号煤矿（原章丘市曹范镇小驼沟煤井）整合而成。玉山煤矿始建于1978年，至
4、今已有30多年开采历史；宋家埠煤矿始建于1990年，已有20多年开采历史；小驼沟煤矿于1995年建井，该矿区采煤已达15年历史。根据2008年章丘矿业有限公司玉山煤矿生产矿井地质报告，该矿核定生产能力18万t/年。目前玉山煤矿主采煤层为太原组的9煤层和10-1煤层。其中9煤层剩余可采储量约为57万t，10-1煤层资源量690.8万t。能否将10-1煤层安全采出，不仅涉及到矿井的生产接续问题，而且涉及到整个矿井的生存与发展。本次研究的主要目的是：在全面收集玉山井田地质资料、水文地质资料、钻探资料等基础上，结合国内外相关研究成果及相关规程，应用矿井水害防治理论，在评价玉山井田内10-1煤开采的安全
5、性基础上，提出矿井水害防治措施，为煤层开采设计提供理论依据。1.1.2 主要研究内容本课题研究的主要内容为：（1）根据现有的地质及水文地质资料，对玉山矿区徐、奥灰富水性分布特征分析；（2）分析评价10-1煤层开采过程中底板突水的危险性；（3）指出10-1煤层开采防治水主要工作及开采方法。1.2 位置及范围1.2.1 交通位置玉山矿区位于山东省章丘市曹范镇境内，北距309国道（济南王村公路）3km，距胶济铁路枣园火车站14km，距章丘市政府驻地16km，距曹范镇1km左右。有简易公路通往枣园莱芜公路（09公路）并与309国道（济南王村）、106国道（济南青岛）及067公路（明水莱芜）相连接，交通
6、方便。详见交通位置图（图1-1）。1.2.2 井田范围玉山煤矿位于章丘市的西南部，曹范镇北部，行政区划隶属曹范镇，东北距章丘市政府所在地明水镇16km，极值地理坐标东经11723381172537，北纬363736363844。2007年1月省国土资源厅下发的采矿许可证号：采矿许可证证号为3700000720014，有效期3年（2007年1月至2010年1月）。鲁国土资字2006328号文批准的井田边界由10个拐点圈定，拐点坐标见表1-1。井田面积约3.549km2。表1-1 整合后的玉山煤矿井田范围拐点坐标表点号XY点号XY1405732020535230640555352053603724
7、056850205352807405553520538185340568502053566084056740205374304405523620535437940566572053644854055216205600610405731920536631图1-1 玉山煤矿位置及交通示意图1.3 自然地理概况地形及水系：矿区地处山丘地带，总的地势是西高东低。地面标高在+146+246m之间。在矿区西部有两座小山，北为黄旗山、南为青旗山。前者最高点标高+216.6m，后者+246.01m。两山呈南北向延伸。区内无地表水系，山坡地带冲沟发育，地表径流通畅。位于井田东部约5km的巴漏河，历史最高洪水位+
8、131.54m（1935年7月），最大流量900m3/s。气象：本区为温带半温润季风区，属大陆性气候，气候变化显著、四季分明，夏炎冬寒。年平均气温12.8，6-8月气温最高，平均2527；12月至翌年2月气温最低，平均-0.8-3.2。年最高温度41.1，最低温度-26.8，结冰期为12月至翌年3月，冻土深度1049cm。全年主要风向，春夏季多东风，东南风，秋冬多东北风、西北风、北风，西南风较少。最高风速18m/s。年平均降雨量610.4mm，以7、8月份为最大，平均合计314.6mm，约占全年降雨量的1/2。11月至翌年3月份降雨量最小，月平均不超过13mm。地震：据国家地震局和建设部震发办
9、1992160号文“关于发布中国地震烈度区划图（1990）和中国地震烈度区划图（1990）使用规定”的通知，章丘地区的地震烈度为6度。据中国科学院中国地震资料年表记载，本区历史上无强震记录，现划分为六级地震防区。1.4 井田地质概况1.4.1 地层区域地层发育有奥陶纪马家沟组，石炭二叠纪月门沟群本溪组、太原组、山西组，二叠纪石盒子组，第四系，如图1-2。（1）奥陶纪马家沟组（OM）为含煤岩系基底，出露于煤田南部的低山丘陵区。岩性以厚层微细晶灰岩为主，夹厚层粉晶-微晶白云岩、灰质白云岩、泥灰岩等；属浅海相碳酸盐岩沉积，总厚度大于800m。（2）本溪组(CyB)零星出露于煤田南部边缘。主要由杂色粘
10、土岩、泥岩夹粉沙岩、铝土岩组成；含铝土岩2-3层。产蜓类、腕足类等动物化石，产少量植物化石。厚度40m左右，与下伏马家沟组呈平行不整合接触。本组主要标志层为G层铝土岩，赋存于本组底部，呈灰色、杂色，底部含丰富的铁质结核，局部形成小型贫铁矿体。（3）太原组(C-PyT)隐伏分布于煤田中南部，为主要含煤地层。主要由粉砂岩、细砂岩、中砂岩、石灰岩组成，夹粘土岩、泥岩、含砾粗砂岩及煤层；属海陆交互相沉积，含煤1113层（煤513）。产蜓类、腕足类、海百合茎皮动物化石，产科达、鳞木等植物化石。厚度147m左右，与下伏本溪组整合接触。本组含六层石灰岩，为良好的标志层。（4）山西组(Py)隐伏分布，为主要含
11、煤地层之一。岩性主要为细砂岩、粉砂岩、泥岩、粘土岩夹中砂岩等；含煤四层（煤1煤4）；为陆相沉积，产大量蕨类等植物化石；与下伏太原组呈整合接触。区域厚71.02115.0m，平均厚度105.32m。煤田内本组厚度、岩性变化较大，受岩浆岩侵蚀严重，地层对比困难。（5）二叠纪石盒子组(P)隐伏分布，属陆相沉积。井田发育三个岩性段，自下而上依次为：黑山段、万山段、奎山段。黑山段主要由杂色粘土岩、泥岩及粉砂岩等组成，底部以一层灰绿色鲕状粘土岩与山西组整合分界；产大量蕨类等植物化石。厚度91.53121.49m，平均105.79m。万山段主要由灰绿色粘土岩、泥岩、细砂岩、粉砂岩组成；顶部为A层铝土岩，底部
12、为B层铝土岩；产单齿、蕨类等植物化石。厚度约110m。奎山段主要由灰白色中砂岩、细砂岩组成，夹薄层粉砂岩、粘土岩，呈残留状、残留厚度约35m左右。（6）第四系(Q)主要由砂、沙砾、砂质粘土等组成，属冲（洪）积、残坡积等成因；厚度015.00m；井田范围内由南北变厚。图1-2 地层综合柱状图1.4.2 含煤地层本矿区的含煤地层主要为二叠系下统的山西组（P1sh）和石炭系上统的太原组（C2t），下面分述之：（1）山西组山西组为本矿区内的主要含煤地层，保存较为完整，厚71.02115m，平均105.32m。含煤4层，其中可采煤层2层（3、4煤）。岩石组成：山西组主要由灰白色砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥
13、岩和煤层组成。砂岩类约占50%，主要有石英砂岩、长石砂岩及长石石英杂砂岩等。中、细粒居多，呈大的透镜状产出，构成煤层的直接顶或老顶。粉砂岩和泥岩也是山西组常见的岩石类型，主要为石英粉砂岩和长石石英粉砂岩，其成分成熟度较高，以石英、燧石等稳定组分为主。泥岩中粘土矿物以高岭石、伊利石和蒙脱石为主，少量埃洛石。山西组泥质岩多为高岭石粘土岩。沉积构造：山西组砂岩层中多发育板状和槽状交错层理，而粉砂岩和泥岩中多见水平层理、波状层理和砂泥互层层理，见有生物扰动构造。在粗碎屑岩底界面可见有冲刷构造。古生物群：早二叠世早期的植物群面貌与晚石炭世截然不同，主要表现在鳞木类已不再繁盛、芦木类的瓣轮叶、真蕨和种子蕨
14、类的扁羊齿等的出现，带羊齿属的大量出现等。本区山西组4煤顶板粉砂岩中，含丰富的植物化石，常见者为大羽羊齿。（2）太原组太原组为本矿区的重要含煤地层。厚142179m，平均147m。以浅海相、过渡相沉积为主。含煤9-11层，可采和局部可采2层（9、10-1煤），主要可采煤层集中在太原组下部。岩石组成：太原组主要岩性为深灰灰黑色泥岩，粉砂岩、细至中粒砂岩、石灰岩和煤层组成。砂岩主要为石英砂岩、长石石英砂岩和长石石英杂砂岩，多呈条带状、席状产出，主要形成于高能带潮坪或障壁环境、潮道、潮渠、潮沟等环境。太原组中粉砂岩、泥质岩居多，为潮坪环境沉积。本组含灰岩4层，主要为泥晶灰岩、含生物碎屑泥晶灰岩及生物
15、泥晶灰岩、泥晶生物灰岩等。主要沉积构造：细碎屑岩中发育水平层理、缓波状层理、砂泥互层层理，有时见生物扰动构造（太原组顶部），粗碎屑岩中见有双向交错层理、浪成砂纹交错层理、潮汐层理、板状交错层理等。泥质岩、粉砂岩中常见有菱铁矿、黄铁矿结核，呈透镜状、瘤状、细分散状分布。古生物群：据济东煤田资料，太原组生物化石非常丰富，动物化石的蜓类、腕足类、海百合和珊瑚类化石为主，次为介形虫、苔藓和腕足等，即有广盐度生物，也有窄盐度生物。植物群主要有石松纲、楔叶纲、真蕨纲和苛达纲等。（3）本溪组本溪组厚40m左右，以浅海相、泻湖相沉积为主，次为过渡相、沼泽相。岩性：下部以杂色粘土岩、粉砂岩为主，以灰白色或灰绿色
16、含海绿石砂岩为次。中上部以深灰色粉砂岩、石灰岩、泥岩为主，以浅灰色砂岩、粘土岩为次。含不稳定薄煤层3层。1.4.3 构造（1）区域构造根据槽台构造说，山东地区为华北地台的范围，有两个次级构造单元。郯庐断裂以西为鲁西台背斜，以东为胶辽地盾的一部分。板块构造观点认为，鲁西属华北板块，鲁东属华南板块。济东煤田在大地构造单元上属于鲁西台背斜的一部分。位于郯庐断裂的西侧，泰山穹窿北翼。煤田整体呈北西向的单斜构造，倾向北东，因受断层切割，形成若干地堑地垒式断块构造。断裂主要有六组：近EW向断裂，规模较大的有济南章丘断层、南齐广断层、青阳店（隐伏）断层、月宫断层、上陡道断层、孟张庄西断层、西八井断层、双泉断
17、层等；NNW向断裂，规模较大的主要有：文祖断层、明水断层、秀水断层、石屋南明断层、老鸹岭断层、曹范断层、青旗山断层、鸡山（隐伏）断层、刘台木厂涧断层、亭山断层、东立虎断层、石匣庄断层、黄旗山（隐伏）断层等；近SN向断裂，主要有：青龙山断层、大站（隐伏）断层、会仙山断层等；NNE向断裂，主要有：砚池山断层、东石河断层、池子头（隐伏）断层、下秋林断层、下秋林西断层、西安庄东断层、翟家庄断层等；NW向断裂，主要有：孟张庄围子山断层、南垛庄断层、唐王（隐伏）断层、钓鱼台（隐伏）断层等；NE向断裂，主要有：锦屏山断层、孟家阿（隐伏）断层、大北头断层、大冶（隐伏）断层、苏家滩（隐伏）断层、西圣水泉断层、贺
18、套庄断层、丁家庄断层等。煤田内褶曲构造也较发育，规模较大的有：窑头褶皱系，位于文祖镇窑头村附近，主体为一隐伏向斜。构造长2km，轴向35，核部为孝妇河段。主体两侧为一系列次级背、向斜构造。危山向斜，位于翟家庄北，为一隐伏宽缓向斜，NE向延伸2.5km，核部为奎山段地层。三田村背斜，位于枣园三田村，夹在唐王断裂与文祖断裂之间，轴向50左右，长约2km，核部为太原组地层。此外，尚有孟张庄北向斜、白泉向斜、石匣庄西向斜、大有村南褶皱系等小型构造，主要褶皱均为宽缓型，轴向基本直立。（2）矿区构造玉山煤矿位于济东煤田东南部，总体构造形态为一由地堑夹持的向北倾伏的一向一背构造，地层走向变化很大，倾角变化亦
19、较大在6-35。矿区内断裂构造较为发育，主要为近南北向。东部的亭山断裂和西部的青旗山断裂相向倾斜，构成一南北向地堑构造。内部的F4断层和宋家埠断裂相向倾斜，构成堑中堑。另有一系列近南北向断裂组合为地堑、地垒构造和台阶状断裂组合，将矿区切割为大小不等的一系列南北向块段，给采掘布置和生产造成很大影响。由于矿区内构造较为复杂，勘探钻孔较少，虽有多年的采掘生产资料，但积累不够，因此对断裂的控制仍然不够。本报告根据生产实际揭露资料，对矿区构造进行了较大的修改（图1-3）。图1-3 构造纲要图褶皱构造矿区内褶皱构造发育，主要发育玉山向斜和小驼沟背斜，褶皱较为宽缓，发育较为完整。玉山向斜，位于矿井中部，轴向
20、总体近SN，中部向西凸出，褶皱轴向北倾伏，延伸长度大于2.5km。向斜两翼岩层倾角平均27左右，浅部开阔，深部靠近向斜轴部的地段较为紧密，由轴部向两侧倾角略有变缓。向斜南北部略宽缓。小驼沟背斜，位于矿井的西部，为浅部紧密，深部宽缓开阔的小型褶皱，背斜轴呈NNWSN，NW向倾伏，倾伏角68。两翼岩层倾向分别为NW向和NE向，倾角510。断裂构造矿井范围内揭露的断层较多，集中分布于玉山向斜以东和井田西部，矿井范围内的断裂构造以近南北向断层为主，另有少量近东西向和北东向的断层。断层大多规模较小，规模稍大的断层断层描述如下。近南北向断层：F1断层（亭山断层）：位于矿井东部，属区域性断裂。在区域上位于小
21、冶邢亭山之间，沿走向弯曲，呈弧形向东凸出，长度大于10km，产状2706080，北段自小冶向北经潘家埠与曹范断层相交。该断层在玉山一号煤矿井下多处揭露，断层落差21m43m，倾向西，倾角70。属正断层。F2断层：位于矿井东部，走向NNE，倾向E，倾角70。落差18m22m，区内延展长度大于1700m。矿井范围内多次揭露。断层性质为正断层。F3断层：位于矿井东部，走向NNW，倾向W，倾角70。落差10m16m，区内延展长度大于1000m。矿井范围内多次揭露。断层性质为正断层。F4断层：位于矿井东部，走向NNE近SN，倾向W，倾角70。落差13m40m，区内延展长度大于1500m。矿井范围内多次揭
22、露，断层向北延伸情况不明。断层性质为正断层。F8断层：位于矿井西部，由910下山巷道控制。控制点断层走向35，倾向305，倾角70；属正断层，断距21m；推断断层走向呈舒缓波状变化，矿井西北部走向变化为北北西。宋家埠断层：位于矿井西部，靠近矿井西边界。走向010，沿走向呈舒缓波状；倾向东，倾角70左右，断距60-80m。断层东侧（上盘）地层下落，为正断层，对煤层开采有影响。有4-1钻孔揭露，属初步控制断层。青旗山断层：位于矿井西边界之西150m处，为区域性断层，该断层区域延长大于10km，断裂带宽度25m左右，带内见有棱角状砾岩（砾径5-19cm），并有闪长岩侵入。走向近南北，倾向东，倾角75
23、左右，推测落差200m左右。该断层地表有出露，属初步控制断层。F13断层：位于矿井西部，靠近西边界。为巷道揭露的地层，走向与宋家埠断层平行，也可能是宋家埠断层的分枝断层。该断层倾向东，倾角70左右，断距30m。近东西向和北东向的断层：兴国寺断层：位于矿井北部，走向80；南倾，倾角70。属正断层，切割煤系地层，推断断距10m17m。兴国寺断层只是在地表发现，巷道没有揭露该断层。F5断层：位于矿井中部，走向NE60，倾向S，倾角75。落差2.5m5.0m，区内延展长度约130m。断层性质为正断层。该断层在2001年发生突水淹井，后经注浆堵水成功。F6断层：位于矿井的东南部，走向NEE，倾向NW，倾
24、角78。落差15m18m，矿井范围内延展长度不足300m。断层东端与F3断层相交，西端与F4断层相交。断层性质为正断层。1.4.4 构造复杂程度评价玉山煤矿总体为一向、一背构造，玉山向斜和小驼沟背斜贯穿南北。玉山向斜两翼地层倾角较大在27左右，最大达35。东翼地层较为宽缓，但断层较多，已发现的落差在10m以上的断层有6条，即亭山断层（F1）、F2、F3、F4、F5、F6等（见图1-3）。西翼构造相对简单，断层较少，目前尚未发现落差大于10m的断层。小驼沟背斜褶皱较为宽缓，两翼地层倾角一般在5-10。（1）断层（a）区内主要发育近SN向断层，少量NW向和NE向断层。根据勘探和采掘揭露等资料，井田
25、内落差大于10m的断层有7条，分别是宋家埠断层、F8断层、F7断层、F4断层、F3断层、F2断层和亭山断层。综合分析，井田内断裂构造复杂程度应属于矿井地质规程中规定的第类，即a。因此，可以认为井田构造为复杂类型。（2）褶曲（b）本区总体上为一向斜和一背斜构造，即玉山向斜和小驼沟背斜。褶皱较为紧闭,对开拓掘进和开采造成不利影响，使开采地质条件复杂化；井田内受岩浆岩影响较为严重，因而评价为类，即b。因此，玉山煤矿总体构造类型为类。1.4.5 岩浆岩矿井范围内岩浆岩为燕山晚期浅成侵入岩，岩性为闪长岩类，多呈顺煤层产出的岩床，厚度一般0.5m2.0m；产状平缓，与煤层产状基本一致。岩浆岩也沿青旗山断裂
26、呈岩脉分布。矿井范围内岩浆岩发育，煤3、煤9和煤10-1均被岩浆侵蚀，以致形成大片无煤区。部分地段的煤层因受岩浆侵入而变质为天然焦。原玉山三号煤矿范围内，煤3被岩浆岩侵蚀面积达三分之二以上。矿井的西南部和南部，岩浆岩沿煤9和煤10-1大面积分布，严重侵蚀煤层，形成大片无煤区。二区（原玉山三号煤矿）9131运输巷、回风巷发现岩浆侵入。井田未发现岩溶陷落柱的情况。2 井田水文地质特征2.1 区域水文地质概况曹范矿区（玉山井田隶属曹范矿区）位于济东煤田的东南部。整个济东煤田为一走向近东西，向北倾斜的水文地质单斜构造。东界为禹王山断层（走向近SN，西升东降，落差在1000m左右）。禹王山断层以东为侏罗
27、系粉砂岩与砂质泥岩互层，导水性和富水性均较差，与煤田内各含水层基本无水力联系。地层出露由南向北为前震旦系、寒武系、奥陶系灰岩，组成中低山区，最高点标高800余米，构成煤田南部地表分水岭。煤田中部为上二叠统地层组成的低山残丘，多呈孤山分布，区内重要河流为小清河、巴漏河、绣江河等水系，由南向北流入小清河，巴漏河只在雨季起排洪作用，常年多干涸，以上水系由南向北流入黄河。区内主要断裂从东向西有：禹王山断层、宋家庄、明水、文祖、亭山、郭店、卧牛山等断层。这些断层多呈NE及NW向，倾角在75左右，将整个煤田切割为若干地堑、地垒块段。其中明水断层导水性强，并形成白脉泉、眼明塘等上升泉群，泉水汇成绣江河，水质
28、清冽可口，现今由于工农业用水，大量超采地下水，导致泉水几乎干涸。区内主要含水层有：（1）中奥陶统灰岩含水层厚度大于800m左右，共分六段，其中顶部（第六段）厚约100m，含水丰富。其下的第五段多夹泥质灰岩，厚约7080m，含水较小。第四段厚约100m，质纯，含水亦较丰富，第四段及以下灰岩含水层对矿井生产无影响，故不赘述。奥陶系灰岩在煤田南部广泛出露，组成中低山区，直接接受大气降水补给。其中第六段在历城、平陵城西芦及明水一带岩溶裂隙较发育，地下水流向受构造制约，由西南向北东流动，在平陵城白谷堆、明水一带形成上升泉群。奥陶系灰岩含水层补给条件好，动储量极为丰富，矿井开采下部煤层受其严重威胁。（2）
29、月门沟群太原组灰岩含水层煤田内太原组含灰岩六层，分别为徐家庄灰岩、一灰五灰。徐家庄灰岩厚7.2m13m，一般在9.6m左右，下距奥灰含水层11m左右，在构造发育地段两者可直接接触，因此徐灰与奥灰具有密切的水力联系。徐灰上距煤10-1平均33.64m，在构造破坏地段对其开采影响较大。一灰五灰在煤田南部有隐伏露头，浅部岩溶裂隙发育，接受第四系砂砾层水补给，为矿井的直接充水因素。向深部岩溶裂隙迅速减弱，对矿井生产影响较小。（3）月门沟群山西组砂岩含水层山西组煤3、煤4顶板均发育中细粒砂岩，有时为粗砂岩，总厚30m左右，为裂隙承压含水层，为煤3、煤4开采的直接充水含水层。（4）第四系砂砾层含水层第四系
30、广布煤田内，厚度数米数十米，岩性主要为砂土、砂砾石、砾石等透水性好，直接接受大气降水补给，是煤田内各含水层的重要补给水源。区内主要隔水层有：（1）二叠系下统山西组中上部：厚45m左右，多由粘土质页岩、粘土页岩及互层砂页岩组成。（2）上石炭统太原组（C2-P1yT）五灰层位上下：厚25m左右，为砂质页岩、页岩、泥岩等组成。（3）太原组（C2-P1yT）四灰之上，厚17m左右，砂质页岩为主。（4）太原组煤10-1之上，厚9m左右，砂质页岩组成。10-1煤下的数层25泥岩、砂质页岩成。（5）中石炭统本溪组徐家庄灰岩与奥灰之间，均为铝土岩、砂质页岩，以铝土岩为主。煤4其底板距离五灰的顶板25m，其中有
31、泥岩、泥质粉砂岩隔水，对煤层开采影响不大。煤层顶板距离石盒子组砂岩裂隙含水层50m左右，期间夹泥岩隔水层多层。以上煤系地层中的各含水层之间均有不透水层或弱透水层隔开，所以在岩层正常的情况下，上下含水层水力联系较弱。2.2 矿井充水条件2.2.1 地表水系玉山煤矿位于济东煤田西南部，井田属丘陵地貌，地势西高东低；井田内除北部有一处小水库外，地表无大的水系，冲沟较发育，径流条件好。2.2.2 含水层与隔水层本矿区主要可采煤层有4层，即3、4、9、10-1层煤。3、4层煤位于山西组，直接充水含水层为3、4层煤顶底板砂岩。9层煤直接顶板为一灰，二灰和一灰相距1015m，9煤开采亦可影响到二灰，因为一灰
32、和二灰是9、10-1层煤开采的主要顶板充水含水层。对矿井生产有间接影响的含水层尚有：第四系砂砾层、徐家庄灰岩、奥陶系灰岩。对以上直接充水含水层及间接充水含水层特征，各含水层之间隔水层隔水性能叙述如下：（一）直接充水含水层（1）山西组砂岩含水层为3、4层煤开采的直接充水含水层。山西组含砂岩层较多，其中3煤顶板发育一至数层中细粒砂岩，有时为粗砂岩，总厚度在30m左右，裂隙较发育，含水较丰富，单位涌水量0.18340.6136L/s.m，为裂隙承压含水层，与3煤相距05m，间隔粉砂岩或泥岩，矿井生产开采3层煤时，涌水量一般在2030m3/h。涌水较为稳定。该层砂岩在浅部露头接受第四系砂砾层水补给。3
33、、4煤层之间亦发育一至数层中细粒砂岩，裂隙较发育，为裂隙承压含水层，厚度可达10余米，亦是3、4煤开采的直接充水含水层。（2）第一层石灰岩含水层为9煤顶板，在本区厚3.004.50m，一般在3.88m左右。水质类型为SO4HCO3-CaMg型水。据邻区抽水资料，一灰含水层单位涌水量在0.0020.7416L/sm，渗透系数1.5618.31m/d，富水性极不均匀，可由弱含水层变化强含水层。在本矿区于家埠、宋家埠、玉山煤矿均开采10-1层煤，矿井涌水量一般在3060m3/h，由于矿井生产，目前该含水层水位已降至-220m水平。（3）第二层石灰岩含水层位于9层煤之上，下距9煤12m左右，灰岩厚1.
34、303.60m，一般在2.50m左右，岩溶较发育，钻孔揭露该层灰岩均有不同程度的漏水现象。由于矿井生产，目前该含水层水位已降至-220m水平。（二）间接充水含水层（1）第四系砂砾层含水层广布于矿区范围内，厚度015m，为冲积洪积物，中下部为砂砾石层，为孔隙含水层，直接接受大气降水补给，含水性一般。该含水层可通过煤系中各含水层露头及构造带补给煤系各含水层，故对矿井涌水有间接影响。（2）本溪组徐家庄灰岩位于煤10之下，上距煤10-1平均33.64m，下距奥灰11m左右。厚7.213.0m，平均9.6m。岩溶裂隙发育，富水性强，单位涌水量为1.8243L/s.m。开采煤10-1时，由于水压及底板采动
35、影响，在隔水层较薄或构造薄弱带，可能造成底板突水；为煤10-1开采的间接充水含水层。该含水层主要接受奥灰水的补给，根据矿观测资料其水位低于奥灰水位1017m，水质类型为SO4HCO3-CaMg型水。（3）奥陶系灰岩含水层奥陶系灰岩为煤系基底。据区域资料，其厚度在800m左右，在矿区南部出露，接受大气降水的补给，其上部层段岩溶裂隙发育，富水性强，单位涌水量为2.9L/s.m。水质类型为HCO3-Ca型水，据矿区近十年的观测资料，最高水位95.5243.2m。本区奥灰上距徐灰11m左右，在构造破坏地段，两者往往有一定水力联系。对开采太原组下部煤层，尤其是10-1煤危害较大。（三）隔水层以上各含水层
36、间都有粉砂岩、泥岩等隔水层。五灰顶板有一层海相泥岩，局部相变为粉砂岩，厚度达10余米，全区稳定，隔水性良好。因此，山西组裂隙砂岩水与其下的太原组灰岩含水层无水力联系。太原组各薄层灰岩之间，也夹有粉砂岩、泥岩等隔水层，正常情况下其相互之间无水力联系。一灰至10-1煤，平均厚约20m，为主要隔水岩层，因此一灰对10-1煤开采影响并不大。10-1煤至徐灰间为砂质页岩、粉砂岩、泥岩等隔水层，正常地质条件下，隔水性较好，但在构造发育部位，其强度减弱。其中10-1煤下12m左右发育一层厚35m的中细粒砂岩，裂隙较育，一般含水。徐灰至奥灰之间以铝土岩和砂质页岩为主，为良好的隔水层组。但由于两者间距较小，且本
37、区构造发育，其隔水性能大大降低。2.2.3 断层的含、导水性区内控制性断层以近SN向为主，玉山煤矿井下揭露的断层也多呈近SN向，少量NW向和NE向断层。据井下揭露断层资料，近SN向断层一般含水性较差，导水也微弱。但本矿区断层均为张性断层，局部断层的不导水并不能说明断层的导水性。玉山煤矿10-1煤层-90m水平巷道突水充分说明了这一点。断层的导水性是本矿区生产过程中需要慎重研究的一个重要课题。因为本井田地处济东煤田东南部，其东侧的明水断层即为一条区域性导水大断裂。矿区构造复杂，断裂构造发育，褶皱也较紧闭。断层对矿井充水的影响，取决于断层的性质、力学特点、规模、展布方式、断层两侧岩层的岩性特点及水
38、文地质状况等。断层本身是非均质的，在其形成过程中可能经历多期活动，断层的力学性质因此也会变得极为复杂，断裂带或断面特点可能具有多变性，因而断层的导水性、富水性可能具有很大的差异。一般的规律是，在不同方向的断裂构造交汇部位，易形成构造破坏带，岩石破碎带内裂隙较多且大，导水性和富水性较强，但如果断裂带内的空隙已被细粒物质填充或胶结较牢固，则导水性和富水性较弱。在断层两盘为塑性岩层如泥岩、粉砂岩、砂质泥岩、铝质泥岩等，破碎带很窄或不发育，其导水性可能较差。因此，断层的导水性要据具体情况做具体分析，而且，对某一具体断层的不同部位的导水性也应做出不同的判断，以便比较准确地掌握断层的导水情况，从而指导安全
39、生产。本矿区范围内，对断层的导水性尚未进行过系统的水文地质研究。由于矿井开采会破坏地下水的平衡，从而导致断层的导水性发生改变，原来不导水的断层可能成为导水断层，对此问题应引起足够的重视。本矿区及邻区各矿，井下实际揭露断层资料表明，断层带揭露处不靠近含水层时，一般较干燥无水；揭露处遇弱含水层（如砂岩含水层），则断层两侧附近有少量淋水现象，如果水源不足，则很快就会淋干；揭露处与对盘较强含水层对接或相距较近时，则由于采矿影响可能导致井下突水。玉山一号煤矿，2001年开采煤10-1时，F4断层的次生断层（F5）曾发生了断层导水，使矿井被淹停产，后经矿方努力，最终采取注浆堵水成功，并于2002年重新恢复
40、生产。以此看来井田范围内的小断层导水的可能性也是有的，生产开拓时要应密切注意小断层的导水情况，不能忽视。本矿井构造发育，存在小驼沟向斜和玉山向斜，褶皱轴部应力集中，裂隙发育，岩石破碎，存在水害威胁。原玉山煤矿井下揭露情况：玉山向斜轴向总体近SN，其东翼走向NE，西翼走向NW，底部平缓处宽约30m，2004年施工采区水仓泵房（位置距离底部向上25m）采用1m厚的料石墙、22#矿用工字钢支护，根据施工现场情况，该处有淋水现象，顶板裂隙发育、破碎，压力集中。矿井向斜轴部施工两个探水孔，两个钻至垂深8m左右时，涌水量均达到了50m3/h，由于该向斜向北倾伏，向北部变深，水压变大，对开采影响也变大，现在
41、正常掘进时有底板渗水现象，因此该处地下水丰富，受承压水威胁较突出。根据向斜东翼巷道揭露，向斜底部附近构造较集中，压力大，小断层多，顶板破碎，易冒落。矿井西部呈南北走向的宋家埠断层，倾向东，倾角70，为正断层，东盘（上盘）下落6080m。断层切断石炭二叠系及基底奥陶系，断层规模较大，是开采各煤层的主要导水、充水因素。根据上述实际资料分析，本矿区断层含、导水性主要取决于断层本身的自然状态，与强含水层的相互关系以及采矿活动的影响，存在如下规律：（1）断层带在自然状态下本身致密无水，具有一定的隔水性能，当揭露处皆与非含水层地层相接触，远离强含水层（大于安全隔水层厚度）时，则此处断层带多是封闭的，处于隔
42、水状态，即不含水也不导水。当揭露处遇弱含水层（如砂岩含水层）时，则此处断层含、导水性弱，只有少量淋水。但当揭露处距强含水性（如徐、草灰及奥灰）较近（小于安全隔水层厚度）时，由于采矿活动影响，使断层带自然状态遭到破坏而处于导水状态，而可能造成突水；这种突水的可能性主要取决于对盘含水层富水性强弱，水头压力大小及断层附近隔水岩层的力学强度。（2）断层带揭露处与对盘中强含水层直接接触时，断层带往往导水而导致井下突水。突水量大小取决于对盘含水层的富水性强弱及水头压力大小，大断层附近的派生小断层往往是充水断层，生产中应充分重视。2.2.4 各含水层的补给条件及水力联系（1）矿井范围内第四系砂砾岩含水层分布
43、较广，厚015m，中、下部砂砾石层为孔隙含水层，直接接受大气降水补给，含水一般。第四系含水层与下伏各含水层露头均有接触，为煤系各含水层的补给水源之一。（2）煤系地层中由于各含水层及各煤层之间均有粉砂岩、泥质岩和粘土岩间隔，正常情况下各含水层无明显的水力联系。（3）矿井边缘及矿井范围内规模较大的断层将各含水层切割得支离破碎，造成了太原组灰岩含水层与奥灰之间多处对口接触：落差大于20m的断层足以造成徐灰与奥灰的对口接触，落差大于50m的断层可以使徐灰、奥灰和下组煤直接接触；徐灰、奥灰是矿井开采下组煤（煤9、煤10-1）主要充水来源。宋家埠断层落差大于50m，以致徐灰和奥灰直接接触，两含水层发生直接
44、联系，使两含水层水位近于一致。对断层的导水性应该引起足够重视。2.2.5 矿井充水特征开采上组煤（3、4层煤），矿井充水条件较为简单。正常情况下所揭露的直接充水含水层为山西组砂岩，该含水层富水性弱，动水补给、循环条件均较差，以裂隙承压静水为特点。上组煤与下组煤相距160m之远，其间主要为粉砂岩、泥岩等隔水层。虽有多层含水层，但均为厚度不大的薄层灰岩和透镜状砂岩，含水微弱。煤系下部的含水层对上组煤生产没有什么影响。因此，上组煤开采时矿井主要充水形式为山西组砂岩顶板淋水及构造破碎带附近的脉状裂隙水。总起来看，上组煤开采水文地质条件简单，为充水条件简单的裂隙充水矿床类型。下组煤开采时，矿井充水将不同
45、程度地受到太原组薄层灰岩、徐灰及奥灰水的威胁。开采10-1煤，矿井将受到底板徐家庄灰岩含水层的影响。根据计算，10-1煤开采在-200m以下就会受到徐灰水严重威胁，在构造破坏地段，-100m以下即可受到徐灰水的威胁。徐灰在本矿区下距奥灰11m左右，矿区内的落差11m左右及以上的断层足以造成两者的对口接触，致使两者水力联系密切，甚至水位、动态乃至水质都极为相似。由于奥灰岩溶裂隙十分发育，在地面有大面积的广泛出露，直接接受大气降水的补给，富水性强，水量大，对上覆徐灰是强补给水源。因此，10-1煤深部开采受到徐灰和奥灰水的严重威胁。因此，下组煤开采水文地质条件较为复杂，为充水条件复杂的岩溶裂隙充水矿
46、床类型。目前，对本矿区的徐灰及奥灰的水文地质特征已基本摸清，这些含水层之间水力联系密切，因此在开采10-1煤时，应对其进行必要的水文地质试验，进一步查明其富水性。2.3 相邻矿井的开采对本井田的影响相邻矿井有原于家埠煤矿、翟家庄煤矿、原高家埠煤矿和埠村煤矿，与本矿井属同一水文地质单元，水文地质条件相似。相邻矿井同时开采，同时长期疏水，使各含水层水位明显下降，能够起到了疏水降压的作用。但是现在三个矿井全部闭坑，因此应该注意预防关井后的古空区积水但对本矿井煤层开采的潜在威胁。翟家庄煤井为设计3万吨的小型矿井，主采3、4、9、10-1煤层，目前3、4层煤已开采完毕，9、10-1煤部分开采，该矿200
47、6年闭坑。翟家庄煤矿开采下组煤矿井正常涌水量在180m3/h左右。其长期对各含水层疏水，已使各含水层水位明显下降，对本矿开采下组煤起到了疏水降压的作用。埠村煤矿为本矿区的东邻煤矿，设计能力90万吨/年，以亭山断层相隔，目前开采3、4、9、10-1煤层，水文地质条件与玉山煤矿十分相似。埠村矿开采正常矿井涌水量在1300m3/h，最大涌水量为2250m3/h。其上下煤层的开采对本矿区各煤层的充水含水层同样起到疏水降压的作用。2.4 矿井水文地质类型按照山东省济东煤田玉山煤矿矿井水文地质类型划分报告得知矿井水文地质类型划分为复杂。3 研究区徐、奥灰突水危险性评价3.1 威胁10-1煤安全开采的含水层分析生产实践证明，影响玉山井田10-1煤安全开采的两个主要含水层是徐灰和奥灰。根
