中國礦業(yè)大學本科生畢業(yè)論文姓名：郭姜學號：21136176學院：應用技術(shù)學院專業(yè)：地質(zhì)工程論文題目：李陽煤礦水文地質(zhì)特征及水害防治指導教師：權(quán)彪職稱：副教授2021年6月徐州中國礦業(yè)大學畢業(yè)論文任務書學院應用技術(shù)學院專業(yè)年級地質(zhì)工程學生姓名郭姜任務下達日期：2021年2月24日畢業(yè)論文日期：2021年3月10日至2021年5月30日畢業(yè)論文題目：李陽煤礦水文地質(zhì)條件及水害防治畢業(yè)論文專題題目：畢業(yè)論文主要內(nèi)容和要求：論文內(nèi)容1〕通過查閱沁水盆地娘子關(guān)泉域的文獻了解李陽礦區(qū)所在水文地質(zhì)單元現(xiàn)狀，結(jié)合生產(chǎn)資料分析礦井水文地質(zhì)特征，包括含水層、隔水層以及補、徑、排關(guān)系。2〕分析礦井水文地質(zhì)條件影響因素，包括地表水、構(gòu)造、采空區(qū)積水等，并探討各因素與礦井平安生產(chǎn)關(guān)系。3〕基于礦井水文地質(zhì)條件系統(tǒng)分析，提出本礦區(qū)未來防治水工作的一些措施或者技術(shù)建議。論文要求1〕探明本礦水文地質(zhì)條件特征，揭示主要含水層之間的水力聯(lián)系。查明研究開采煤層的主要充水水源、充水通道，確定開采煤層可能遇到的水害類型。2〕提出一些礦井防治水的措施建議。3〕按照學校要求，及時完成畢業(yè)論文。院長簽字：指導教師簽字：

中國礦業(yè)大學畢業(yè)論文指導教師評閱書指導教師評語〔①根底理論及根本技能的掌握；②獨立解決實際問題的能力；③研究內(nèi)容的理論依據(jù)和技術(shù)方法；④取得的主要成果及創(chuàng)新點；⑤工作態(tài)度及工作量；⑥總體評價及建議成績；⑦存在問題；⑧是否同意辯論等〕：成績：指導教師簽字：年月日

中國礦業(yè)大學畢業(yè)論文評閱教師評閱書評閱教師評語〔①選題的意義；②根底理論及根本技能的掌握；③綜合運用所學知識解決實際問題的能力；④工作量的大小；⑤取得的主要成果及創(chuàng)新點；⑥寫作的標準程度；⑦總體評價及建議成績；⑧存在問題；⑨是否同意辯論等〕：成績：評閱教師簽字：年月日

中國礦業(yè)大學畢業(yè)論文辯論及綜合成績答辯情況提出問題回答問題辯論委員會評語及建議成績：辯論委員會主任簽字：年月日學院領(lǐng)導小組綜合評定成績：學院領(lǐng)導小組負責人：年月日摘要李陽煤礦是潞安集團整合礦之一，隨著煤礦開采時間的增長、開采水平的延伸和開采強度的增大，礦井水害的威脅程度也越來越大。本文通過區(qū)域地質(zhì)背景及礦井水文地質(zhì)特征分析，確定了李陽煤礦礦井水文條件類型屬于中等型，8#與9#煤層主要受上部弱富水性的山西組砂巖裂隙水影響，14#與15#煤層主要受上部弱富水性的太原組K2灰?guī)r巖溶裂隙水影響，15#煤層最低底板標高高于奧灰水，但隨著上部煤層的開采，斷層與富水性較強的陷落柱破碎帶，勢必會威脅到下部煤層的開采。本文同時利用對導水裂隙帶、冒落帶高度的估算，對各開采煤層的頂?shù)装宄渌M行了分析評價。由于受以前開采煤窯的影響，老空積水等問題比較突出，所以對研究區(qū)相關(guān)煤層的老空積水量做出了估算和分析評價，并根據(jù)評價結(jié)果對李陽煤礦未來防治水方向及相關(guān)措施提出了建議。關(guān)鍵詞：李陽煤礦；水文地質(zhì)；導水裂隙帶；垮落帶；防治水ABSTRACTLiYangisoneofLu'anGroupintegratedcoalmine,withthegrowthofcoalminingtimeextensionandexploitationofminingintensitylevelincreases,theextentofthethreatofminewaterdisasterisalsogrowing.Determinethehydrologicalconditionsofthecoalminetypeofmediumtype8#9#coalseamwithwateraffectedmainlybyaweakuppersandstonerichwaterofShanxifissures,14#and15#coalseamismainlyaffectedbyaweakupperrichwaterthroughthepaperanalyzestheTaiyuanFormationK2limestonekarstfissurewaterimpacts,15#coalseamlowestfloorelevationabovetheOrdovicianlimestonewater,butwiththeuppercoalseammining,faultsandstrongrichwatersubsidedcolumnfracturezone,isboundtothreatenthelowercoalseammining.Inthispaper,whiletakingadvantageofthewaterflowingfracturedzone,withthecavingheightestimatesforeachminingseamroofandfloorfilledwithwaterwereanalyzedandevaluated.Asthemineaffectedbypreviousminingcoalmines,oldemptywaterissuesmoreprominent,sotheamountoftheoldemptywater-relatedcoalminehasmadeestimatesandanalysisandevaluation,andtheevaluationresultsandthefuturedirectionoftheminewaterpreventionrelatedmeasuresproposed.Keyword:

LiYang

coalmine;

hydrogeology;

waterflowingfracturedzone

ofcavingzone;

watercontrol;目錄TOC\h\z\t"二級目錄,2,一級目錄,1,三級目錄,3"1緒論 11.1研究背景和意義 11.2水文地質(zhì)研究開展現(xiàn)狀 1國外水文地質(zhì)研究開展現(xiàn)狀 1國內(nèi)水文地質(zhì)開展現(xiàn)狀 21.2.3影響礦井水文因素的研究現(xiàn)狀 31.2.4煤礦區(qū)水文地質(zhì)勘查評價開展趨勢 51.2.5以往礦井水文地質(zhì)勘探工作 61.3研究內(nèi)容和方法 61.3.1研究內(nèi)容 61.3.2研究方案及技術(shù)路線 62研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)背景 82.1自然地理與地形 82.1.1地理位置和交通 82.1.3水文 82.1.4氣象 92.1.5地震 92.2地層特征 9區(qū)域地層 9區(qū)域構(gòu)造 122.3井田地質(zhì)概況 132.4區(qū)域含煤地層 142.5井田地質(zhì)構(gòu)造特征 153礦井水文地質(zhì)條件 203.1地表水系 203.2井田邊界及其水力性質(zhì) 213.3主要含水層組 213.4主要隔水層組 223.5地下水的補給、徑流、排泄條件 234礦井充水因素分析 244.1礦井充水的自然條件 24自然充水水源 24充水自然通道 254.2礦井充水的人為條件 26采空區(qū)積水 27礦井充水的人為通道 274.3采空區(qū)的積水對開采煤層的影響 29采空區(qū)分布情況 29采空區(qū)積水量估算 29周邊煤礦積水情況 294.4礦井涌水量預測 30井田內(nèi)礦井涌水量情況 30礦井涌水量預算 30礦井涌水量構(gòu)成 31礦井涌水量與各種相關(guān)因素動態(tài)情況 324.5礦井水害防治措施 345結(jié)論 35參考文獻 36翻譯局部 38英文原文 38中文翻譯 43致謝 471緒論1.1研究背景和意義礦井水害一直是制約煤礦平安生產(chǎn)的重大礦井災害之一，中國作為世界上第一采煤大國，煤炭資源十分豐富且地域分布遼闊，但煤礦床水文地質(zhì)條件復雜，是世界上礦山水害最嚴重的國家之一。長期以來，因為煤礦水害給國家和人民帶來的人身傷亡和經(jīng)濟損失極為沉重據(jù)不完全統(tǒng)計，在過去20多年里全國有250多個礦井被水淹沒，死亡近9300人，經(jīng)濟損失高達350多億元人民幣，而且，隨著開采水平的延伸和開采范圍的擴大，這種威脅越來越嚴重，因此如何將受礦井水影響的煤解放出來，實現(xiàn)其平安、高產(chǎn)、高效生產(chǎn)，一直是中國煤炭行業(yè)的主要攻關(guān)課題之一。煤礦水文地質(zhì)防護工作在生產(chǎn)、建設礦山進程中發(fā)揮了重要作用，科學做好煤礦防水控制是降低煤礦發(fā)生水害事故，減少重大損失的有效前提，是確保職工平安，保護財產(chǎn)及國家資源，促進煤礦生產(chǎn)穩(wěn)定持續(xù)開展的核心根底。地質(zhì)水文資料的準確科學直接關(guān)系到煤礦生產(chǎn)的有序性和職工的平安性。潞安礦區(qū)是第一批煤炭國家規(guī)劃礦區(qū)之一，煤炭資源儲量十分豐富、煤質(zhì)優(yōu)良，已有幾十年的開采歷史。本礦區(qū)地處山西省東南部，位于太行山中段西側(cè)，長治盆地之西部，屬于沁水煤田東部中段。礦區(qū)主要構(gòu)造形態(tài)為總體向西傾斜的北北東向或近似南北向的寬緩單斜構(gòu)造。礦區(qū)的北部區(qū)屬丘陵地帶，南部區(qū)屬高原盆地內(nèi)的河谷平原。全區(qū)地勢北高南低，西高東低。礦區(qū)位于辛安巖溶泉域南部長治盆地水文地質(zhì)單元內(nèi)，地表水系屬海河流域濁漳河水系。區(qū)域東部出露寒武奧陶系巖溶地層。區(qū)域中西部長治盆地由黃土丘陵和低山組成，海拔800—1200m，盆地范圍內(nèi)的奧陶系、寒武系地層埋藏較深。辛安泉群出露在東部濁漳河河谷，成為泉域集中排泄點。李陽煤礦位于和順縣城東北約10km的李陽鎮(zhèn)溫源村—三奇村—北李陽村一帶，行政區(qū)劃隸屬于和順縣李陽鎮(zhèn)管轄，開采深度由+1310m至+850m標高。井田內(nèi)發(fā)育有李陽河、蟒玉河二條河流，均為季節(jié)性河流，在井田內(nèi)有因采煤造成的7處采空區(qū)積水及1處大量的巷道積水。李陽煤礦為2006年兼并重組礦井，隨著礦井開采深度和面積的增加，地表水、地下水、老空積水和構(gòu)造引起的水文條件也會日益的復雜，對將來擴大區(qū)的煤炭開采構(gòu)成了威脅。因此根據(jù)李陽煤礦井田具體的地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，制定一套經(jīng)濟合理、技術(shù)可行的煤礦水害防治技術(shù)與對策，到達實現(xiàn)礦井平安生產(chǎn)和經(jīng)濟效益的和諧統(tǒng)一，已成為李陽煤礦趨需解決的現(xiàn)實問題。1.2水文地質(zhì)研究開展現(xiàn)狀1.2.1國外水文地質(zhì)研究開展現(xiàn)狀國外對煤礦底板突水，特別是底板巖溶水的研究己有100多年的歷史，自上世紀40年代，人們開始用力學的觀點探討突水成因，1944年匈牙利學者韋格。弗倫斯第一次提出了相對隔水層的概念，認識到煤層底板突水不僅與隔水層厚度有關(guān)，而且還與水壓有關(guān)蘇聯(lián)學者B.u.斯列沙遼夫以靜力學理論為根底，研究了煤層底板在承壓水作用下的破壞機制60年代至70年代，仍以靜力學理論為根底，但加強了地質(zhì)因素一主要是隔水層巖性和強度方面的研究[1]。在匈牙利、南斯拉夫等國，廣泛采用了相對隔水層厚度，即以泥巖抗水壓的能力作為標準隔水層厚度，將其他不同巖性的巖層換算成泥巖的厚度，以此作為衡量突水與否的標準。70年代至80年代末，許多國家的巖石力學工作者在研究礦柱的穩(wěn)定性時研究了底板的破壞機理:C.F.Santosz.T.Bieniawsk等人基于改良的Hoek一Brown巖體強度準那么，并引入臨界能量釋放點的概念和取決于巖石性質(zhì)和承受破壞應力前巖石己破裂的程度與巖體指標RMR相關(guān)的無量綱常量M.s，分析了底板的承載能力對研究采動影響下的底板破壞機理有一定參考價值80年代末，前全蘇礦山地質(zhì)力學和測量科學研究院突破傳統(tǒng)線性關(guān)系，指出導水裂隙和采厚成平方根關(guān)系。實質(zhì)上，對煤層底板突水問題的研究與巖體水力學問題的研究密不可分，1974年LoulS根據(jù)鉆孔抽水實驗，得到了裂隙中水的滲透系數(shù)和法向地應力之間服從指數(shù)關(guān)系[2]以后德國的Erichsen又從裂隙巖體的剪切變形分析出發(fā)建立了滲流和應力之間的禍合關(guān)系。1986年oda用裂隙幾何張量統(tǒng)一表達了巖體滲流與變形之間的關(guān)系[3]，1992年DerekElsworth將似雙重介質(zhì)巖石格架的位移轉(zhuǎn)移到裂隙上，再根據(jù)裂隙滲流服從立方定理的關(guān)系，建立滲流場計算的固一液禍合模型，并開發(fā)了有限元計算程序[4-8]。目前，在礦井水害研究方面，澳大利亞有些學者主要從事地下水運移數(shù)學模型的建立。1.2.2國內(nèi)水文地質(zhì)開展現(xiàn)狀我國華東、華北、東北平原地區(qū)的煤系地層普遍被第四紀含水松散層、古近紀、新近紀覆蓋，淮南、潘集、淮北、皖北、棗莊、兗州、淄博、龍口、大屯、蘇南、焦作、鄭州、邯鄲、峰峰、邢臺、開灤、沈北、沈南、梅河、鶴崗、石嘴山等礦區(qū)，都有水體下采煤及頂板突水問題，因此，對頂板水進行有效地防治，在我國煤炭行業(yè)的開展中起著至關(guān)重要的作用[9]。從頂板水的防治角度出發(fā)，主要考慮兩種情況：一是上覆水體〔或強含水層〕水量大、壓力高，開采活動不能涉及，此時頂板水以防為主，防止上覆水體大量涌入井下；二是頂板突水量不太大并且礦井排水能力及相應措施滿足要求，此時頂板水防治先預計突水量，然后根據(jù)突水量大小設計實施排水工程，制定防治水措施，防止頂板水在工作面產(chǎn)生積聚而影響正常生產(chǎn)[10]。礦井頂板水的防治需要做好以下幾點：①對煤層頂板突水因素進行分析和預測；②留設防水煤〔巖〕柱；③對頂板水進行超前疏干；④注漿截流；⑤改變采煤技術(shù)。根據(jù)防治水的“預測預報，有疑必探，先探后掘，先治后采〞的原那么，堅持“防、堵、疏、排、截〞5項綜合治理措施。建立全方位的平安監(jiān)控體系和相應的平安保障系統(tǒng)，做到有效預測，及時救援，盡可能降低頂板突水造成的損失[11-14]。經(jīng)過長期的工作實踐和理論認識，我國在礦井水害防治方面，已有了比較成熟的技術(shù)和措施，如疏干降壓、帷幕截流、帶壓開采、坑內(nèi)防排水、注漿堵水、突水預測和探放水等。眾多的礦井水研究者已經(jīng)提出和使用了各具特色的頂板水防治理論，如豐城礦務局的陳福生等利用高抽巷疏放頂板水，利用瓦斯預抽的高抽巷疏放頂板含水層，以解決水體下被壓煤層的平安開采[15]；淮北礦業(yè)集團的張立標等采用“大井法〞使頂板含水層的水位降至其底板，相鄰區(qū)段煤層頂板含水層水同時被疏放，為工作面采掘生產(chǎn)消除了隱患，到達防治水的目的[16]；河南煤業(yè)化工集團等大馬會華等創(chuàng)新性的用建筑垃圾粉來控制頂板富含水層突水，既使得頂板水得到控制，改善了掘進面工作環(huán)境，提高了掘進進尺，保證采掘接替和礦井平安，同時又極大地降低了注漿本錢[17]。安科技學院的毛明倉采用礦井直流電法探測頂板構(gòu)造水技術(shù)，探測煤礦工作面頂板隔水層厚度、隔水層內(nèi)潛在突水通道的空間位置及含水層富水性分布規(guī)律，該技術(shù)能科學地指導頂板水害防治工作，保障煤礦生產(chǎn)平安[18-21]。1.2.3影響礦井水文因素的研究現(xiàn)狀1、礦井水文地質(zhì)條件影響因素研究對于礦井水文地質(zhì)條件的研究，追其根源，其實是對本礦充水因素的研究。充水因素分析貫穿礦井開采與開采的全過程。勘探階段，主要根據(jù)礦井所處的自然環(huán)境及礦區(qū)水文地質(zhì)條件，初步預測采后主要充水水源和通道，為礦坑涌水量的預測提供依據(jù)；開采階段，充水因素分析更為具體，可結(jié)合具體開采條件解決礦井充水水源和充水通道問題，為所采取的防治礦井充水措施提供依據(jù)。根據(jù)礦井充水水源主要有大氣降水、地表水、地下水和老孔水。而充水通道有以下幾種：①巖層中的裂隙與斷裂帶。其中的斷裂帶，是對礦床的涌水和突水最具威脅性的進行通道。②巖溶通道。包括可溶性巖層中的溶蝕裂隙、洞穴、地下通道等，導水的巖溶陷落柱和巖溶天窗等。一般導水性很好，當?shù)V山井巷揭露它們時，很容易造成井淹事故。③空隙通道。④人為涌水通道。主要是指礦井開采和勘探過程中，因地下水壓力和礦山壓力造成的底板裂隙而提供的礦井進水通道[22-26]。2、巖溶充水研究現(xiàn)狀世界上許多國家如匈牙利、南斯拉夫、西班牙等，在煤礦開發(fā)中都不同程度地受到底板巖溶水的影響。對煤礦底板巖溶水的研究己有100多年的歷史，在底板巖體結(jié)構(gòu)的研究、探測技術(shù)及防治水措施等方面，積累了豐富的經(jīng)驗。早在20世紀初期，歐洲的一些學者從假設干次底板突水資料中認識到，只要煤層底板有隔水層，突水次數(shù)就少，突水也小，隔水層越厚那么突水次數(shù)及突水量越少。1944年，匈牙利韋格.弗倫斯第一次提出底板相對隔水層的概念，建立了水壓、隔水層厚度與底板突水的關(guān)系，后被許多巖溶水上采煤的國家引用。隨電子工業(yè)的開展，國外巖溶探測技術(shù)有了很大進步，尤其是上世紀80年代以后，出現(xiàn)了多種類型的探測儀器，如美國Gl公司制造的Petro-osnde地電探測儀，GD公司研制的Es—1225、Es—2401型多道信息增強型地震儀，美國軍工生產(chǎn)的地質(zhì)雷達，德國的SEAMEX—85型槽波地震儀，日本VIC公司研制的GR—810型全自動地下勘探儀等等，這些儀器能較準確地探查采前煤層底板巖溶發(fā)育特點及分布規(guī)律，超前探測構(gòu)造的導水性，并且向“無損〞探測技術(shù)開展[27-29]。此外，偶極電阻率法，激發(fā)極化法等也在匈牙利、南斯拉夫等國用于探測地下含水巖層，無線電波透視法用于探測孔距Zoom內(nèi)的巖溶、不連續(xù)面等。探測技術(shù)的開展對承壓水上平安采煤作出了重大奉獻。我國對礦井水害的研究己有30多年的歷史，但主要還是在上世紀70年代后，由于礦井突水事故頻繁，淹井事故嚴重，造成了巨大的經(jīng)濟損失。因此，我國的科學工作者開展了廣泛的科學研究和現(xiàn)場測試工作，對煤礦底板突水有了較深入的認識，取得了大量研究成果，形成了自己的特色理論。3、地表水充水研究現(xiàn)狀地表水是地下水的補給途徑之一，直接影響到本地區(qū)的水文地質(zhì)條件。本區(qū)地處黃河流域和海河流域分水嶺地帶，地表水系屬黃河流域汾河水系瀟河支系。區(qū)內(nèi)沖溝發(fā)育，井田北部沖溝向北匯流入榮家溝后自東向西流出井田；井田南部各沖溝向南匯入溫家莊河后自東向西流出井田，匯入白馬河，平常無水，汛期有洪流通過。如果沒有礦區(qū)的開采，這里的地表水不會直接影響到地下水。但隨著開采的日益進行，煤炭開采會使地表產(chǎn)生裂縫、地面的下陷等問題。地表水會產(chǎn)生沿著裂縫向礦區(qū)流動的可能性。這樣不僅會使水環(huán)境遭到破壞，而且地表水不規(guī)那么的流動會使礦井工作區(qū)有水害事故的危險性。這使得對該地區(qū)洪期地表水的監(jiān)控成為未來必要的工作之一。通過文獻的查找，在姚光華等研究的采煤條件下地表水的滲入特征中得到了啟示：采動影響范圍內(nèi)隔水層地表巖體破碎，滲透速度加快，失去隔水作用，與含水層融為統(tǒng)一的含水體，從而能改變此地的地質(zhì)條件[31]。4、構(gòu)造斷裂段充水研究現(xiàn)狀斷層是導致礦井突水的主要原因之一，有關(guān)統(tǒng)計資料說明，80％的礦井突水和斷層有關(guān)，斷層面附近的巖體較破碎，在采動影響下，易于使構(gòu)造結(jié)構(gòu)面“活化〞，溝通導水裂隙而導水。因此，研究斷層采動活化對導水裂隙帶的影響具有重要意義。長期以來，許多學者對斷層采動活化做了大量研究，彭蘇萍等開展了斷層對頂板穩(wěn)定性影響相似模擬實驗研究，分析了斷層采動活化對斷層及其影響范圍內(nèi)巖體的影響。黃炳香等采用相似模擬實驗對采場小斷層區(qū)域覆巖破斷規(guī)律和斷層構(gòu)造裂隙的演化過程進行了研究，得出了工作面不同推進方向時采場小斷層對導水裂隙高度的影響規(guī)律。胡戈等通過綜放開采過斷層時頂板破壞規(guī)律的數(shù)值模擬，分析了斷層傾向?qū)严稁Ц叨鹊挠绊?，李輝等通過數(shù)值模擬斷層對導水裂隙帶高度影響，結(jié)果證明有斷層時導水裂隙帶高度比無斷層時要高[32-35]。上述研究成果在分析斷層采動影響對圍巖應力的分布和裂隙演化方面有重要的參考價值，但這些都是從斷層傾向、傾角及落差方面考慮。描述斷層的三要素包括斷層產(chǎn)狀、落差和斷至層位，因此斷至層位對導水裂隙帶高度的影響值得研究。5、老空積水充水研究現(xiàn)狀[36]事故致因理論能量意外釋放論認為，事故是一種不正常的或不希望的能量釋放。煤礦井下發(fā)生老空水害事故，是老空水具有的勢能意外釋放和因此而產(chǎn)生的動能，作用于人體。物體、巖體等，造成冒頂、坍塌、物體打擊，以及新的積水區(qū)造成人員淹溺等。根據(jù)能量意外釋放理論，預防事故就是控制、約束能量或危險物質(zhì)，防止其意外釋放。因此，防治老空水的主要技術(shù)措施是防止或查明采空區(qū)積水，平安地排放采空區(qū)積水或采取隔離措施。以下是現(xiàn)行的較常用措施：①查明礦井水文地質(zhì)等根本情況，建立健全礦區(qū)地下水文動態(tài)觀測網(wǎng)，采用物探、鉆探等先進的探測技術(shù)，查明礦井水源、導水通道、水害類型等水文地質(zhì)根本情況，并編制礦井綜合水文地質(zhì)圖、礦井充水性圖等根底圖紙，為布置采區(qū)巷道和采掘工作面提供技術(shù)依據(jù)。②合理布置采區(qū)巷道和采掘工作面根據(jù)礦井水文地質(zhì)根本情況，特別是礦井含水層的數(shù)量、厚度、含水性和老空區(qū)積水及鉆孔封孔等情況，按照煤礦平安規(guī)程要求，合理布置采區(qū)巷道和采掘工作面，使采區(qū)巷道和采掘工作面位置符合平安距離要求，隔斷導水通道。③開展平安技術(shù)論證，通過收集查閱歷史圖紙資料，訪問知情人員，調(diào)查核實礦井及相鄰煤礦的廢棄老窯情況；查明采掘工作面周邊老窯、采空區(qū)、廢棄巷道積水情況，分析確定頂板冒落裂隙，塌陷邊界，查清導水通道；現(xiàn)場勘察井田范圍內(nèi)采空區(qū)地表塌陷情況，查清地表與井下的水力聯(lián)系情況，并制定防治水技術(shù)措施，防止溝通鄰近積水體，確保平安開采。④采用物探技術(shù)，選用礦井直流電法、礦井直流電透視法、礦井無線電波透視法(又稱坑透法)等物探技術(shù)，探測礦井裂隙帶、含水構(gòu)造、采空區(qū)積水等情況，模清礦井水文地質(zhì)情況，特別是采空區(qū)的積水情況，為組織采掘活動提供依據(jù)。⑤探水線確實定，探水線，即開始探水的邊界線。礦井水文地質(zhì)規(guī)程規(guī)定，積水老空區(qū)探水線(警戒線)是采掘工程平面圖上標注的積水區(qū)及其最洼點的具體位置和積水外緣標高，向外推60m所劃定的積水老空區(qū)的警戒線。工作面進入積水警戒線后，必須超前探放水，并在距積水實際邊界20m處停止采掘作業(yè)，進行打鉆放水，在確認積水已被根本放凈后，方可繼續(xù)進行采掘作業(yè)。但在實踐過程中，有的煤礦根據(jù)在老空積水區(qū)邊界位置準確，水壓不超過1MPa的情況下，探水線至積水區(qū)的最小距離，煤層中不小于30m，巖層中不小于20m。確定探水線，且取下限值，這是不可靠的。因為在現(xiàn)有手段下，對冒落帶和導水裂隙帶最大高度的計算，因受地質(zhì)條件變化等響，得出的數(shù)據(jù)不很精確；對采空區(qū)的測量、填圖等，由于受時空變化和計算時比例尺換算等因素影響，其采空區(qū)的邊界位置，尤其是最洼地很難準確描述，必須根據(jù)實際情況合理調(diào)整確定探水線。⑥超前距確實定一般情況下，從探水線開始向前方打鉆探水，一次打透積水區(qū)的情況較少，多數(shù)采用—探水—掘進—探水—循環(huán)方式進行。為了確保平安，探水過程中，探水鉆孔的終孔位置應始終保持超前掘進工作面一段距離，這段距離簡稱超前距。經(jīng)探水后，證明無水害威脅，可以平安采掘的長度，稱為允許采掘距離。煤礦水害事故教訓證明，實踐工作中，有的憑經(jīng)驗超前距取10-2m，薄煤層不少于8m，是不可取的。1.2.4煤礦區(qū)水文地質(zhì)勘查評價開展趨勢[37-41](1)加強調(diào)查與研究相結(jié)合世界各國都非常重視資源環(huán)境地質(zhì)調(diào)查工作。在查明工程—經(jīng)濟活動與地質(zhì)環(huán)境質(zhì)量之間相互作用的根底上，研究其開展趨勢與作用程度，從而能大大增強水工環(huán)地質(zhì)工作在礦區(qū)建設中的作用。(2)水資源管理與水環(huán)境調(diào)查相結(jié)合水文地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)綜合勘查調(diào)查評價是煤炭持續(xù)穩(wěn)定開展的需要，也是技術(shù)開展之趨勢。既要考慮資源的充分利用，也要考慮開發(fā)后可能產(chǎn)生的環(huán)境后果。礦井水資源化及地表地下水聯(lián)合調(diào)度是解決或緩解煤礦區(qū)水資源矛盾的有效途徑，這對于水資源緊張、環(huán)境脆弱的礦區(qū)尤其重要。(3)進一步加強煤礦防治水研究隨著中、東部煤礦上組煤炭資源的減少，開發(fā)利用儲量豐富的下組煤已成為很現(xiàn)實的問題，而下組煤的開采除了其他的礦井工程地質(zhì)問題以外，最主要的障礙就是距離下組煤幾十米的深部高壓巖溶水的突水威脅。做好礦床水文地質(zhì)勘查，特別是充水水源和通道的勘查研究，是保障煤礦持續(xù)平安生產(chǎn)、制定礦井水防治的重要前提。(4)開展以礦區(qū)為范圍的環(huán)境地質(zhì)評價由于我國地域遼闊，50余年的礦業(yè)開發(fā)積累的礦山環(huán)境問題復雜而又嚴重，僅進行小范圍的礦山環(huán)境地質(zhì)調(diào)查評價工作，很難滿足煤礦山環(huán)境規(guī)劃和恢復治理的需要，應進一步開展以礦區(qū)為范圍的大比例尺的煤礦山環(huán)境地質(zhì)調(diào)查評價工作。(5)地質(zhì)災害調(diào)查與災害監(jiān)測相結(jié)合地質(zhì)災害調(diào)查是了解過去發(fā)生過的災情，掌握地質(zhì)災害的環(huán)境信息；災害監(jiān)測是記錄現(xiàn)在地質(zhì)災害的發(fā)生—開展的動態(tài)變化。兩者結(jié)合會大大提高地質(zhì)災害的預測、預報準確度，更有利于災害的防治和地質(zhì)環(huán)境的保護。這在經(jīng)濟開發(fā)區(qū)、城市區(qū)和大型工程建設地區(qū)(如煤礦區(qū))尤為重要，這是國內(nèi)外水工環(huán)工作開展的又一趨勢。1.2.5以往礦井水文地質(zhì)勘探工作本礦的礦井水文地質(zhì)工作由專人負責，對井下各出水點以及上覆煤層的采空區(qū)進行調(diào)查建帳。井下水文地質(zhì)觀測：對于巷道和回采工作面，有出水的地點，進行觀測和登記，并在圖上標注記錄。在正常生產(chǎn)過程中，分析充水因素，在可能涌水地段加強探放水工作。本區(qū)礦井的水害，主要是上覆煤層的采空區(qū)積水和K4、K3、K2灰?guī)r水，但凡屬于低凹地區(qū)，均要考慮防水，對這些地區(qū)均要進行調(diào)查觀測。在采空區(qū)下掘進和回采，必須嚴格按照保安規(guī)程制定平安開采措施，或探放水后再采。礦井涌水量測量工作：由本礦地質(zhì)技術(shù)人員，采用有效水泵功率法，不定期對礦井涌水量進行觀測。涌水量統(tǒng)計資料說明，礦井1-4月份枯水期涌水量16m3/h，6-8月份豐水期涌水量20m3/h，9-12月份平水期涌水量17.5m3/h。2021年8月，山西地科勘察編制了?山西潞安集團和順李陽煤業(yè)采空區(qū)積水、積氣及火區(qū)調(diào)查報告?。該報告對井田內(nèi)及周邊煤礦采空區(qū)積水積氣情況進行了比較詳細的調(diào)查，并用有關(guān)公式對井田及周邊煤礦采空區(qū)的積水量進行了估算，成果較為可靠。水文地質(zhì)工作主要存在的問題，沒有碎屑巖類裂隙含水巖組、碎屑巖夾碳酸鹽巖類裂隙含水巖組、碳酸鹽巖類巖溶裂隙含水巖組地下水三年以上動態(tài)觀測資料；井田內(nèi)外采空區(qū)積水動態(tài)長觀測資料；地表洪水長觀量；大氣降水在各個地層的入滲量〔或入滲系數(shù)〕等。1.3研究內(nèi)容和方法1.3.1研究內(nèi)容本課題通過對李陽煤礦地質(zhì)、水文地質(zhì)條件進行分析，確定了構(gòu)造破碎帶的位置、規(guī)模、性質(zhì)、產(chǎn)狀、充填與膠結(jié)程度、富水性和導水性及其變化、溝通各含水層以及地表水的程度；介紹鄰近生產(chǎn)礦井水文地質(zhì)特征，評價礦井充水因素，預算開采地段內(nèi)涌水量，預測開采過程中發(fā)生突水的可能性及地段，評述開采后水文地質(zhì)、工程地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)條件的可能變化，評價礦井水的利用可能性及途徑；為礦井防治水工作的有效進行提供了根底，提出適合本礦井防治水措施或者技術(shù)建議。具體研究內(nèi)容如下：1〕李陽煤礦井田的水文地質(zhì)條件；2〕李陽煤礦礦井涌水特征及其影響因素分析；3〕李陽煤礦礦井水害特征及其成因分析；4〕李陽煤礦礦井水害防治措施。1.3.2研究方案及技術(shù)路線通過資料收集與整理、相關(guān)理論比照分析等方法，對李陽煤礦水文地質(zhì)預測研究。1〕資料收集與整理在研究前期，通過收集水文地質(zhì)條件，涌水量等資料，特別是與李陽煤礦水文地質(zhì)特征相關(guān)的資料，從而為下一步的研究設計，打下堅實的根底。2〕相關(guān)理論比照分析在對收集到的資料進行細致分析總結(jié)的根底上，對李陽煤礦水文地質(zhì)特征應到達了解水平，結(jié)合李陽煤礦實際地質(zhì)情況應對大體的設計方法與方向有大致的認識。通過對李陽煤礦水文地質(zhì)特征，涌水量等理論學習并應用的根底上，從而從理論上對李陽煤礦水文地質(zhì)特征有一個整體的把握。3〕綜合分析與應用在進行完資料收集、整理和相關(guān)理論分析之后，先由整體的地質(zhì)特征分析，到局部具體的李陽煤礦區(qū)塊進行水文地質(zhì)特征研究分析：即需對李陽煤礦區(qū)域水文地質(zhì)條件和礦井水文地質(zhì)條件，礦井的水害類型等做出明確鑒定，從而較切實的對李陽煤礦水文地質(zhì)進行分析。2研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)背景2.1自然地理與地形2.1.1地理位置和交通山西潞安集團和順李陽煤業(yè)位于沁水煤田陽泉煤炭國家規(guī)劃區(qū)東南部，和順縣城東北約10km的李陽鎮(zhèn)溫源村—三奇村—北李陽村一帶，行政區(qū)劃隸屬于和順縣李陽鎮(zhèn)管轄。其地理坐標為：東經(jīng)113°34′51″—113°38′24″，北緯37°22′07″—37°25′24″。井田位于和順縣城東北約10km處，井田中部有陽(泉)—涉(縣)鐵路通過，泊里煤運站就設在井田之內(nèi)，向北65km可抵石太線陽泉站，南行百余公里可至涉縣，向東到邯鄲轉(zhuǎn)接京廣線，亦有陽(泉)－黎(城)207國道通過，并穿過井田。井田東側(cè)有界李公路通過，并穿過井田。西距榆次市131km，東離邢臺市147km，向南55km可達左權(quán)縣城，均有公路網(wǎng)相連，交通運輸條件較為便利〔見圖2-1〕。圖2-1交通位置圖2.1.2地形地貌特征本井田地處太行山西麓，屬剝蝕低中山丘陵地形，總觀井田地形態(tài)，由李陽、三奇、蟒玉三條河流將全井田分割為五塊山區(qū)，李陽河以北，溝谷深切，梁峁綿延，地形較為復雜，南中部那么因三條河床長期沖蝕與淤積，地形略顯開闊平坦，位于開闊帶之東西兩側(cè)，那么又成山區(qū)遙對相望。地形最高點位于蟒玉河南側(cè)的主峰上，標高1527.7m，地形最低點那么位于井田西側(cè)的李陽河床中，標高1259.8m，最大相對高差為269.9m。山體總體走向以東西為主，山頂呈渾圓狀，坡角15～25°，地表被大面積為第三、四系松散層所覆蓋。2.1.3水文井田屬海河流域的松溪河水系。井田內(nèi)發(fā)育有三條河流，均為季節(jié)性河流，其中李陽河為井田內(nèi)主要河流，屬海河流域、子牙河水系上游支流，發(fā)源于井田以東神掌洼山，由東向西流入井田，最大流量0.19m3/s，正常流量0.04m3/s，旱季干涸無水。蟒玉河屬李陽河支流，由南向北于三奇村前分別匯入李陽河，轉(zhuǎn)向西北方向，流至石巖坪與石勒河集合后向北流入昔陽縣境內(nèi)。2.1.4氣象和順縣地處高寒山區(qū)，氣溫比同緯度太原盆地區(qū)域偏低較多，屬北暖溫帶大陸性季風氣候。其氣候特點是冬春干旱少雪多風，夏秋溫和多雨，秋季氣候涼爽，冬季寒冷少雪，全年夏短冬長。根據(jù)和順縣氣象站2001-2021年觀測資料，主要氣象要素特征如下：〔1〕降水量：多年平均降水量為537.5mm，2002年最大為697.7mm，2004年最小為429.4mm，降水量年內(nèi)差異懸殊，主要集中在7、8、9三個月，占年總降水量的60%。歷年11月初至次年4月中旬為降雪期。〔2〕蒸發(fā)量：多年平均蒸發(fā)量為1548.0mm，2021年最大為1588.1mm，2003年最小為1348.3mm?！?〕氣溫：多年平均氣溫7.5℃，其中1月分最低，平均-8.4℃，7月分最高為19.9℃。極端最高氣溫35.8℃，極端最低氣溫為-32.1℃?！?〕氣壓：多年平均氣壓874.4hpa，2003年最高為874.8hpa，2021年最低為873.5hpa?！?〕霜期：全年無霜期平均為132天。平均初霜期始于9月，最早9月2日，最遲10月13日。平均終霜期在5月中旬，最早4月14日，最遲6月4日?！?〕風速：年主導風向為西南風，冬季多西風，夏季多西南風，多年平均風速為2.02m/s，2006年風速最大為2.3m/s，2021年風速最小為1.8m/s?！?〕其他：全年平均相對濕度63%。最大凍土深度110cm，10cm深土壤凍結(jié)始于11月27日，解凍日期平均為3月11日。2.1.5地震根據(jù)山西地震局資料，按照?中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖?GB183062001，本井田對應的地震根本烈度為Ⅶ度，地震動峰值加速度為0.1-0.15g，屬多震區(qū)。據(jù)歷史資料及和順地震站記錄，歷年發(fā)生較大地震有：“康熙六十年〔1721年〕地震有聲〞“雍正八年〔1730年〕地震〞“宣統(tǒng)元年二月初二〔1909年2月21日〕地震有聲，房屋不固者多傾頹〞震中為北緯37°24′，東經(jīng)113°36′，震級5.0級。1967年9月26日，震級4.5級，烈度Ⅷ級弱。震中為北緯37°25′，東經(jīng)113°47′。1971年4月23日至1974年12月5日的地震活動頻繁，震次〔包括微震〕1100余次，持續(xù)4年之久，最大震級是1971年6月5日為4.4級，烈度Ⅶ級強，Ⅷ級弱，震中位置北緯37°27′，東經(jīng)113°16′。2.2地層特征2.2.1區(qū)域地層井田位于沁水煤田東北部邊緣，太行山中南段西翼，和順普查勘探區(qū)北段。區(qū)域地層自東而西由老至新為：太古界贊皇群，元古界滹沱群，古生界震旦系、寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系、中生界三疊系、新生界第三系及第四系地層，區(qū)域地層詳見表2-1表2-1區(qū)域地層簡表續(xù)表2-1區(qū)域地層簡表區(qū)域構(gòu)造井田位于太行隆起及高平—長治—澤城—昔陽皋落斷褶帶的西翼，受區(qū)域構(gòu)造的控制，地層走向總體顯示為北北東，傾向北西西。區(qū)內(nèi)地層平緩，傾角一般6°-12°，在勘探區(qū)東北部及西部二、三疊系泥巖與巨厚砂巖接壤帶，由于受澤城—皋落斷褶帶和沁水拗陷包括左權(quán)右匣一團壁斷褶帶影響遷就，傾角在20°左右，最大達35°以上。詳見區(qū)域構(gòu)造見圖2-2。從區(qū)域構(gòu)造形跡的展露看，南部較北部簡單，西部較東部簡單，東部斷褶并存，西部主要為寬緩、稀少的長軸褶曲，斷層和褶曲走向根本平行地層走向，屬典型的新華夏系構(gòu)造，但亦有少數(shù)北西、北東東、近南北或東西向短軸褶曲和小斷層。受區(qū)域斷褶帶和沁水拗陷的影響，背斜一般東緩西陡，向斜一般東陡西緩。斷裂一般為張性和壓扭性正斷層。另外，在淺部地區(qū)陷落比較發(fā)育，現(xiàn)分述如下：1、褶曲區(qū)域內(nèi)褶曲構(gòu)造較發(fā)育，從宏觀上看呈左斜列展布，區(qū)內(nèi)延伸最長可達10km。2、斷層區(qū)域東北部和東部斷層比較發(fā)育，較大斷層集中在東北部，西部那么斷層稀少，除西南角外幾乎沒有斷層。主要斷層的走向為北北東向〔極個別小斷層為北北西、北北東或近東西向〕，且多為平行排列的正斷層。3、落柱區(qū)域內(nèi)陷落柱發(fā)育，多集中在東北部褶曲和斷裂較發(fā)育地帶，出露形態(tài)多為橢圓形及近似圓形，少數(shù)為不規(guī)那么，直徑最小為15m，最大345m，一般為20-70m，陷壁角55-85°，一般80°左右，最新圍巖為劉家溝組。4、節(jié)理區(qū)域內(nèi)節(jié)理較發(fā)育，根本上分為四種兩套的“X〞型節(jié)理，一套為北北東與北北西；另一套為北北西與北北東，兩套節(jié)理互相切割，反映出本區(qū)受過屢次構(gòu)造應力作用。圖2-2區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造崗要圖〔據(jù)李陽煤礦生產(chǎn)地質(zhì)報告，2001〕2.3井田地質(zhì)概況井田位于沁水煤田的東北邊緣，李陽煤礦〔精查〕南部。地層總體呈走向北東—南西，傾向為北西的單斜構(gòu)造，并伴有寬緩的向、背斜構(gòu)造，地層傾角平緩，一般在5°—13°之間變化，局部受斷層影響，可達18°。研究區(qū)周邊礦井分布，如圖2-3所示。圖2-3研究區(qū)周邊礦井分布圖2.4區(qū)域含煤地層井田內(nèi)主要含煤地層為二疊系下統(tǒng)山西組和石炭系上統(tǒng)太原組。其中太原組地層平均厚度125.18m，煤層總厚11.61m，含煤系數(shù)9.27％，主要含煤8層，自上而下編號為8上、8、9、11、12、13、14、15號煤層，其中8號煤層為不穩(wěn)定的局部可采煤層，9號煤層為較穩(wěn)定的大部可采煤層，14號煤層為不穩(wěn)定的局部可采煤層，15號煤層為全區(qū)穩(wěn)定可采煤層，其余煤層均為不可采煤層。山西組地層平均厚度74.78m，含煤4層，自上而下編號為1、2、3、6號煤層，均為不可采煤層，不具工業(yè)價值。表2-2可采煤層特征一覽表煤層編號見煤點厚度最小—最大平均(m)煤層結(jié)〔夾矸層數(shù)〕煤層間距最小—最大平均(m)頂板巖性底板巖性穩(wěn)定性可采性82.01較簡單〔0-2〕9.5050.2413.76泥巖砂質(zhì)泥巖砂巖砂質(zhì)泥巖泥巖砂巖不穩(wěn)定局部可采91.54簡單〔0-1〕泥巖砂質(zhì)泥巖砂質(zhì)泥巖泥巖較穩(wěn)定大部可采140-1.100.79簡單〔0〕石灰?guī)r泥巖砂質(zhì)泥巖不穩(wěn)定局部可采155.76較簡單〔0-3〕泥巖砂質(zhì)泥巖砂質(zhì)泥巖泥巖穩(wěn)定全區(qū)可采2.5井田地質(zhì)構(gòu)造特征井田內(nèi)地層總體呈走向北東—南西，傾向為北西的單斜構(gòu)造，并伴有寬緩的向、背斜構(gòu)造，地層傾角平緩，一般在5°—13°之間變化，局部受斷層影響，可達18°。現(xiàn)將井田內(nèi)和井田外圍附近的主要構(gòu)造〔有影響的構(gòu)造，小型的、影響不大的構(gòu)造就不一一表達〕分述如下〔詳見圖2-4構(gòu)造綱要圖〕： 圖2-4李陽井田構(gòu)造綱要圖

1、褶曲Ⅰ號向斜：位于井田中西部邊界附近，軸向NNE—NE，井田內(nèi)延伸1200m左右，寬緩向斜，兩翼地層產(chǎn)狀根本一致。傾角7°左右。Ⅱ號背斜：位于井田東南部邊界附近，軸向NW—NE，井田內(nèi)延伸1070m左右，兩翼地層產(chǎn)狀根本一致。西翼傾角為16°左右，東翼傾角為12°左右，為煤層埋深較淺及構(gòu)造復雜地段。Ⅲ號背斜：位于井田中部偏西邊界附近，軸向NW，井田內(nèi)延伸540m左右，南端至工業(yè)廣場附近消失，北端至DX2陷落柱附近消失，兩翼根本對稱。傾角5°左右。Ⅳ號向斜：位于井田中北部DF18斷層附近，軸向NW，井田內(nèi)延伸700m左右，西端至DF18斷層附近消失，東端至DX7陷落柱南100m附近消失，兩翼根本對稱。傾角6°左右。Ⅴ號背斜：位于井田中北部偏東邊界附近，軸向NW—W，井田內(nèi)延伸900m左右，東南端至DF16斷層附近消失，西端至DX8陷落柱附近消失，兩翼根本對稱。傾角6.5°左右。2、斷層井田內(nèi)斷裂構(gòu)造較發(fā)育，斷層以落差較大、延伸較長的高角度正斷層為主，主要斷裂呈NE向。井田斷層共30條，其中，可靠斷層21條，較可靠斷層1條。現(xiàn)將其主干斷層特征分述如下表2-4。表2-4李陽井田主干斷層統(tǒng)計表斷層名性質(zhì)走向傾向傾角與落差延伸長度可靠程度DF1正NENW75°>80m1200m較可靠DF2正NENW73°0~45m1500m可靠DF3正NENW75°0~7m230m可靠DF4正NESE70°0~47m920m可靠DF5正NESE71°0~32m750m可靠DF6正NENW73°0~60m950m可靠DF7正NESE72°0~7m300m可靠DF8正NE~NNWSE~NWW74°0~8m300m可靠DF9正NENW75°0~70m1100m可靠DF10正NESE73°0~9m130m可靠DF11正NENW74°0~10m780m可靠DF12正NENW75°0~40m1000m可靠DF13正NENW70°0~10m520m可靠DF14正NENW71°0~4m180mDF15正NENW72°0~11m220m可靠DF16正NENW73°0~32m1100m可靠DF17正NENW71°0~4m85mDF18正NNWSWW71°0~5m280m可靠DF19正NWWSSW70°0~3m78mDF20正NENW75°0~3m50mDF21正NNWNEE76°0~4m140mDF22正NNENWW73°0~4m94mDF23正NWSW72°0~5m130m可靠DF24正NESE71°0~4m85mDF25正NESE71°0~4m95mDF26正NENW74°0~5m115m可靠DF27正NENW75°0~11m120m可靠DF28正NENW73°0~22m490m可靠DF29正NENW72°23m480m可靠DF30正NESE71°0~4m116m可靠3、陷落柱井田內(nèi)陷落柱為高角度陷壁角、規(guī)模相對較小、平面上表現(xiàn)為近似橢圓形，主要分布在井田中北部。井田內(nèi)陷落柱共11個，其中，可靠陷落柱9個，較可靠陷落柱2個。具體如下表2-5所示。表2-5李陽井田主要陷落柱統(tǒng)計表名稱長軸方向短軸方向長軸長度短軸寬度可靠程度DX1NWNE70m61m可靠DX2NENW116m63m可靠DX3NNENWW42m40m可靠DX4NENW47m27m可靠DX5NWWNNE57m32m可靠DX6SNEW49m28m可靠DX7NNWSWW123m72m可靠DX8NWWNNE66m61m可靠DX9NENW122m34m較可靠DX10NNENWW136m75m可靠DX11NWNE138m108m較可靠3礦井水文地質(zhì)條件3.1地表水系井田位于沁水盆地東部邊緣，太行復背斜中段西翼。區(qū)域內(nèi)以中低山—丘陵地貌形態(tài)為主，和順縣境內(nèi)6條河流，分屬黃河、海河兩大流域。其中，海河流域的清漳東源、儀嶺河、松溪河三條季節(jié)性河流流經(jīng)本區(qū)。1、清漳東源〔和順縣城以西又稱張翼河〕：源于昔陽縣少山大龜谷，由北而南流入?yún)^(qū)內(nèi)。梁余河源于馬坊鄉(xiāng)東的石猴嶺，由西而東流到和順縣城東與清漳東源集合，向東而至松煙村南與清河集合。該兩河全長179km，控制面積1109km2，河床寬30～100m不等，最大流量649m3/s，平均流量1.55m3/s。2、儀嶺河：清漳西源支河，源于后儀嶺西溝，由北西向南東流，至左權(quán)縣東匯入清漳西源。谷底寬150～400m。年徑流量471×104m3，其中洪水期為369m3。屬漳河水系。3、松溪河：上源之一李陽河源于李陽鄉(xiāng)神掌洼山；之二石勒河，源于豬龍廟山，二河于石巖坪村集合，向北流入昔陽縣境，屬滹沱河水系。本區(qū)域?qū)倌镒雨P(guān)泉域，娘子關(guān)泉域位于山西省陽泉平定縣娘子關(guān)附近，出露于桃河與溫河匯流地段，屬海河流域滹沱河水系。該泉為一泉群，由十一個主要泉組成，分布在自程家到葦澤關(guān)約7km長的河漫灘及階地上，出露標高360-392m，泉群多年平均流量12.13m3/s，近期流量9.07m3/s〔1990年〕，泉域總面積4667km2，其中半裸露與全裸露可溶巖面積2100km2，全裸露可溶巖面積1882km2。詳見圖3-1，娘子關(guān)泉域巖溶水文地質(zhì)圖 圖3-1娘子關(guān)泉域巖溶水文地質(zhì)圖3.2井田邊界及其水力性質(zhì)本井田四周均為人為邊界，井田內(nèi)與井田外各含水層之間的水力聯(lián)系密切。東部邊界：在井田東部石炭系以上地層均有出露區(qū)，井田東部外圍有奧陶系地層出露，成為井田所處區(qū)域水文地質(zhì)補給區(qū)域，為奧灰、太灰及砂巖裂隙孔隙含水層地下水流入邊界。西部邊界：本井田總體上為一走向北東—南西，傾向為北西單斜構(gòu)造，并伴有寬緩的向、背斜構(gòu)造，井田內(nèi)地下水流向總體呈自東向西徑流，而井田西部為人為邊界，未發(fā)現(xiàn)較大構(gòu)造，所以井田西部為主要含水層的地下水流出邊界。南部邊界及北部邊界：通過井田內(nèi)縱向剖面線可知，井田地層呈近南北走向，且有連續(xù)起伏變化，總體來講南部略高于北部。奧灰含水層水位東南部邊界處為+714m，西北部邊界處為+687m，地下水由東南向東北徑流，而南部為人為邊界，未發(fā)現(xiàn)斷層都構(gòu)造發(fā)育，可視為地下水流入邊界，北部為地下水流出邊界。由于井田東部煤層埋深淺，界外相鄰煤礦、小煤礦、古井老窯越界開采及采空區(qū)積水情況、采空區(qū)采掘范圍及積水邊界等難以查清，如果在采掘過程中一旦揭露，那么會成為人為的強徑流邊界。3.3主要含水層組1、碳酸鹽巖類巖溶裂隙含水巖組奧陶系中統(tǒng)在井田東部外圍大面積出露，為一套淺海相碳酸鹽巖沉積，巖性以石灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r及角礫狀泥灰?guī)r為主，其次為泥灰?guī)r、白云巖及石膏等，區(qū)域總厚約585m，至上而下劃分峰峰組、上、下馬家溝組。峰峰組、上、下馬家溝組厚度分別為195m、268m。據(jù)和順縣普查區(qū)資料，本區(qū)奧陶系中統(tǒng)巖溶地下水水位南東高北西低，推定其流向北西，水力坡度4‰。水質(zhì)化學類型為SO4·HCO3-Ca·Mg型，PH值7.46，礦化度0.6832g/l，總硬度555.4mg/l，水質(zhì)一般。2、碎屑巖夾碳酸鹽巖類裂隙含水巖組本含水層組自下而上由K2、K3、K4三層灰?guī)r組成，三層灰?guī)r位于14+15號煤層以上15至50m以內(nèi)。K2灰?guī)r層位穩(wěn)定，厚2.50-9.59m，平均7.13m，灰?guī)r質(zhì)不純，夾有燧石，常被泥質(zhì)巖分隔成2-3層；K3灰?guī)r層位也穩(wěn)定，厚0.30-0.75m，平均0.54m，質(zhì)較純，含泥質(zhì)及大量海百合莖及腕足類動物化石；K4灰?guī)r層位較穩(wěn)定，厚0.40-3.44m，平均2.17m，質(zhì)不純，泥質(zhì)含量高。本組巖溶淺部較深部明顯發(fā)育，主要是溶孔、溶隙。據(jù)和順普查勘探時鉆孔簡易水文資料，40%的鉆孔見K2沖洗液消耗量明顯增大，水位下降，其中位于井田西南部的701號孔見K2漏水，水位突降。26％的鉆孔見K3沖洗液消耗量明顯增大，但水位變化不明顯。30%的鉆孔見K4沖洗液消耗量明顯增大，水位下降，其中位于井田南部直距約4km處的64號孔見K4漏水。綜上所述，該含水層組富水性K2最強，K4次之，K3相對較弱。根據(jù)李陽煤礦精查勘探時施工的110孔分層抽水試驗資料：當水位降深110.71m時，涌水量0.072m3/h，單位涌水量為0.00018L/s.m，可視為該含水層富水性弱。水質(zhì)化學類型為HCO3·SO4—K·Ga型，PH值為8.59。3、碎屑巖類裂隙含水巖組〔二疊系〕本組含數(shù)層砂巖，其中K7砂巖為基底，亦為6號煤層間接底板，厚，平均9.98m，中-細粒，中粒占70%。該組砂巖內(nèi)巖性致密，裂隙不發(fā)育。據(jù)和順普查勘探區(qū)資料，鉆進時的水文地質(zhì)動態(tài)根本無異常顯示。根據(jù)李陽煤礦精查勘探時施工的110孔分層抽水試驗資料：當水位降深100.64m時，涌水量0.036m3/h，單位涌水量為0.0000993L/s.m，可視為該含水層富水性弱。水質(zhì)化學類型為SO4—K·Na型。4、碎屑巖類裂隙含水巖組〔三疊系〕該組在井田內(nèi)賦存不多，僅西部出露，由于出露層位較高，其淺部風化裂隙發(fā)育，滲透性較強，為透水層，以下補給條件好的地段富水性較強，沿溝底常有該組下降泉出露。據(jù)和順普查勘探區(qū)資料，水量不大，一般0.20L/s左右，與深部含水層無水力聯(lián)系，少數(shù)鉆孔耗水量較大。5、松散層孔隙含水巖組含孔隙潛水，由亞粘土、砂礫層等組成，主要分布于較大的溝谷底部，主要由大氣降水直接補給，含水較豐富，地下水位高，埋藏淺，為當?shù)刂饕裼盟?，大多水井鑿于該含水層中。根?jù)和順普查地質(zhì)報告，該含水層單位涌水量0.23L/s·m，呈帶狀分布。水質(zhì)化學類型為SO4·HCO3-Ga·Mg型。6、各含水層組的補給、徑流、排泄條件各不相同：在本井田向北東徑流，排泄于娘子關(guān)泉，在本井田為徑流區(qū)。另一種排泄方式是娘子關(guān)泉群附近通過第四系松散層滲透出地表補給河流，但在局部地段排泄不暢，造成地表積水，形成濕地或沼澤地。近年來人工鑿井汲取奧陶系中統(tǒng)石灰?guī)r地下水，形成另一種排泄途徑—人工排泄。太原組灰?guī)r在區(qū)內(nèi)零星出露，可接受大氣降水補給，其主要補給區(qū)是下伏于近代河谷的淺埋地段，接受河谷潛水的補給，因而局部富水性較強，井田周圍的生產(chǎn)礦井和采水孔成為人工排泄點。石炭系灰?guī)r裂隙水和二疊系砂巖裂隙水，在裸露區(qū)接受大氣降水和季節(jié)性河流補給后，順巖層傾斜方向運移。上部含水層在溝谷中以侵蝕下降泉的形式排泄；下部含水層順層向西北排出井田外，現(xiàn)采煤礦的礦坑排水和民井開采是其主要的排泄方式。第四系孔隙水的補給除大氣降水的垂直入滲補給外，有地表水的入滲補給和較高基巖裂隙水的側(cè)向補給。地下水的流向大致與地表水一致，排泄方式除蒸發(fā)和以泉的形式排泄外主要是人工開采。3.4主要隔水層組本溪組地層一般厚23.00m，巖性為粉、細砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖、鋁土泥巖及1-2層薄層灰?guī)r，巖性致密，裂隙不發(fā)育，鉆進時水文動態(tài)無變化，可視為上、下含水層之隔水層。位于太原組底部14+15號煤層之下的泥巖和砂質(zhì)泥巖等也為井田主要隔水層，厚度約20m左右，質(zhì)地致密，發(fā)育普遍，隔水性較好，與下部的本溪組泥質(zhì)巖類一起組成了阻擋奧灰水的天然屏障。此外，相間于各灰?guī)r、砂巖含水層之間厚度不等的泥巖、砂質(zhì)泥巖、也可起到層間隔水作用。3.5地下水的補給、徑流、排泄條件娘子關(guān)泉域水系統(tǒng)是由多種類型的水體組合而成的。地表水和地下水之間均有不同形式的補排關(guān)系，因而形成統(tǒng)一的水系統(tǒng)，其特點如下：系統(tǒng)水資源總輸入是區(qū)內(nèi)大氣降水。在西部，大氣降水除蒸發(fā)外，很大局部轉(zhuǎn)化成地表水，一局部轉(zhuǎn)化成淺層地下水，包括河床沖洪積層潛水、石炭系層間巖溶裂隙水、基巖裂隙水等。在東部，除蒸發(fā)和形成少量地表徑流外，根本上都滲入地下轉(zhuǎn)化成深層巖溶水。地表水與各種類型地下水之間存在著不同形式的水量轉(zhuǎn)換。以桃河為例，地表河水在西部接受大氣降水、碎屑巖裂隙地下水補給后向東徑流，沿途分別穿過河谷松散層孔隙含水層分布區(qū)和碳酸鹽巖分布區(qū)產(chǎn)生滲漏補給這兩種地下水，向下游到達娘子關(guān)排泄區(qū)，巖溶地下水排出地表轉(zhuǎn)化成為地表水，與地表洪水一起流出系統(tǒng)。各地表河流在泉域內(nèi)的徑流過程中分別同雨水、碎屑巖裂隙地下水、層間巖溶裂隙地下水、河谷松散層孔隙地下水、深層巖溶地下水發(fā)生水量轉(zhuǎn)化，起到了聯(lián)系各種水資源要素的紐帶作用。各含水層組的補給、徑流、排泄條件各不相同：奧陶系灰?guī)r在本井田東外圍大面積出露，為裸露型巖溶區(qū)，巖溶發(fā)育，直接受降水補給，也受河水和沖積層潛水的補給，富水性強，在本井田向北東徑流，排泄于娘子關(guān)泉，在本井田為徑流區(qū)。另一種排泄方式是娘子關(guān)泉群附近通過第四系松散層滲透出地表補給河流，但在局部地段排泄不暢，造成地表積水，形成濕地或沼澤地。近年來人工鑿井汲取奧陶系中統(tǒng)石灰?guī)r地下水，形成另一種排泄途徑—人工排泄。太原組灰?guī)r在區(qū)內(nèi)零星出露，可接受大氣降水補給，其主要補給區(qū)是下伏于近代河谷的淺埋地段，接受河谷潛水的補給，因而局部富水性較強，井田周圍的生產(chǎn)礦井和采水孔成為人工排泄點。石炭系灰?guī)r裂隙水和二疊系砂巖裂隙水，在裸露區(qū)接受大氣降水和季節(jié)性河流補給后，順巖層傾斜方向運移。上部含水層在溝谷中以侵蝕下降泉的形式排泄；下部含水層順層向西北排出井田外，現(xiàn)采煤礦的礦坑排水和民井開采是其主要的排泄方式。第四系孔隙水的補給除大氣降水的垂直入滲補給外，有地表水的入滲補給和較高基巖裂隙水的側(cè)向補給。地下水的流向大致與地表水一致，排泄方式除蒸發(fā)和以泉的形式排泄外主要是人工開采。4礦井充水因素分析4.1礦井充水的自然條件4.1.1自然充水水源本井田自然充水水源主要有大氣降水、地表水、圍巖地下水等水源。1、大氣降水本區(qū)氣候枯燥，降水量分配極不均勻，歷年降水集中在7-9月份，占全年總降水量的63%，且多降暴雨。全年平均降水量513.9mm，全年平均蒸發(fā)量1714.7mm。暴雨強度大，來勢猛，易形成集中補給。2、地表水體對礦井開采的影響井田內(nèi)發(fā)育有李陽河、蟒玉河二條河流，雖均為季節(jié)性河流，平時干旱無水，井田內(nèi)所有溝谷僅在雨季有洪水短暫流過，井田附近地形坡度大，洪水排泄暢通，所以一般情況下，井口不會被洪水淹沒。實際情況參照表4-1，表4-1李陽煤業(yè)歷史最高洪水位及井口坐標統(tǒng)計表序號井口名稱X坐標〔m〕Y坐標〔m〕井口標高〔m〕1主井〔斜井〕4144422.56319731915.428+1305.8652副井〔斜井〕4144446.31119731946.063+1308.1283副立井4144773.00019731866.000+1325.3044回風立井4144985.00019731732.000+1318.723礦區(qū)歷史最高洪水位〔50年一遇注明年份〕+1290.42m〔1963年〕根據(jù)多年觀測，礦井涌水量與大氣降水二者之間的動態(tài)關(guān)系密切，當洪水期及洪水過后的1-2個月，地下水的補給量增加，礦井頂板淋水明顯增加，說明大氣降水、地表水對礦井涌水量有一定影響。3、圍巖地下水水源〔1〕強風化裂隙含水層隨著煤礦的開采，頂部巖層將遭到破壞，尤其是井田東南部及溝谷中，煤層埋藏較淺，會使地表巖層裂隙加大、增多，冒落導水裂隙將與強風化裂隙含水層溝通，甚至形成地面塌陷?！?〕各可采煤層上覆巖層含水層太原組8、9號煤層屬本井田內(nèi)大部可采煤層，其直接充水含水層以山西組砂巖為主，屬裂隙充水礦床；下、上石盒子組地層砂巖含水層為其間接充水層，但該含水層裂隙不發(fā)育，補給條件差，地下水以靜儲量為主，礦井開采初期涌水量稍大中期隨著開采時間的延續(xù)，礦井涌水量有逐漸減小的趨勢。到開采后期，隨著開采面積增大，坍塌裂隙發(fā)育到地面，這時大氣降水可能通過塌陷裂隙滲入礦井，致使礦井涌水量有所增加，而伴隨季節(jié)的變化而變化。太原組15號煤層為本區(qū)最主要煤層，其直接充水含水層以石灰?guī)r為主，屬巖溶充水礦床，據(jù)周邊生產(chǎn)礦井的生產(chǎn)實踐證明，本地區(qū)主要涌水層位為K2灰?guī)r含水層，井下涌水量一般為3/h，其次為K3、K4灰?guī)r，K2石灰?guī)r巖溶裂隙發(fā)育和富水性在平面上分布具有不均勻性，但補給條件較差，因此一般對煤礦開采不會造成很大威脅。4、奧灰水對煤層開采的影響井田內(nèi)15號煤層最低底板標高為840m，而奧灰水水位標高在687－714m之間，高于奧灰水水位標高，奧灰水對開采煤層不會造成影響。如圖4-1所示：圖4-1主含水層與主采煤層位置關(guān)系圖4.1.2充水自然通道1、巖溶陷落柱本礦井發(fā)現(xiàn)有多個陷落柱，陷落柱出露處巖層產(chǎn)狀雜亂，無層次可尋，充填著上覆不同地層的破碎巖塊，堆積在陷落柱內(nèi)的巖石碎塊呈棱角狀，形狀不規(guī)那么，排列紊亂，分選性差，根據(jù)井下揭露柱體富水性弱，導水性不強，但陷落柱四周或局部由于受塌陷作用影響形成較為密集的次生帶，從而有可能溝通多層含水層組之間地下水的水力聯(lián)系。2、斷裂(裂隙)帶本礦井在生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)有多條正斷層，斷層或斷層帶被粘土質(zhì)充填，據(jù)井下揭露斷層富水性弱，透水性不強，僅出現(xiàn)淋水情況，個別有少量水流出。但在斷層附近的裂隙發(fā)育帶，當補給條件好時，富水性有可能增強。另一方面那么要注意隱伏構(gòu)造對礦井充水的隱患，防止構(gòu)造通道溝通深層巖溶水和淺層的風化裂隙含水層。溝通充水含水層組密切水力聯(lián)系的線狀斷裂(裂隙)帶多發(fā)生在斷層密集帶、斷層交叉點、斷層收斂處或斷層尖滅端等部位。如果4-2所示，在掘進巷道時，會遇到DF11正斷層，破碎的斷層面會使得巷道與地表構(gòu)成導水通道，極易受到地表水與四含水的威脅。圖4-2李陽煤礦圖切A-A’地形地質(zhì)剖面圖當采掘工作面在15#煤層揭露DF5斷層時，由于DF5是正斷層，根據(jù)正斷層上下兩盤的特性，整體上升的下盤會縮短該盤與對盤K3與K2灰?guī)r含水層的距離，使礦井采掘工作面受到突水的威脅。如圖4-3所示。圖4-315#煤層工作面遇斷層示意圖4.2礦井充水的人為條件4.2.1采空區(qū)積水井田內(nèi)原山西星光煤業(yè)有限責任公司，開采8號、15號煤層，在30萬t/a機械化升級改造生產(chǎn)能力提升前的開采方式，均采用倉房式采煤方法采煤，采空區(qū)頂板已局部跨落。8號煤層開拓1處巷道，位于井田東北部；15號煤層有8處采(古)空區(qū)，采空區(qū)面積152797m2，分布在井田東北部。舊礦井在開采過程中，均采用倉房式采煤方法采煤，經(jīng)調(diào)查，井田內(nèi)8號煤層有1處巷道積水，積水量1.08×104m3；15號煤層采空區(qū)內(nèi)有2處積水，積水面積25311m2，積水量4.43×104m3，1處巷道積水，積水量0.96×104m3，14+15號煤層總積水面積26311m2，總積水量5.39×104m3。井田內(nèi)總積水面積25311m2，總積水量6.47×104m3〔包括巷道積水〕。4.2.2礦井充水的人為通道1、頂板垮落帶、導水裂隙帶圖4-4覆巖破壞分帶示意圖采空區(qū)冒落后，形成的冒落帶和裂隙帶是礦坑充水的人為通道〔見圖4-4覆巖破壞分帶示意圖〕，其特點如下：①當冒落裂隙帶發(fā)育高度到達頂板充水巖層時，礦坑涌水量將有顯著增加，當未能到達頂板充水巖層時，礦坑涌水無明顯變化；②當頂板冒落裂隙帶發(fā)育高度到達地表水體時，礦井涌水量將迅猛增加，同時常伴有井下涌砂現(xiàn)象。由于8+9號〔8號、9號煤層距離較近，在此合并計算〕、14+15號煤層開采后，頂板垮落，造成垂直方向巖體的破壞，影響上部含水層，影響較大的是垮落帶和導水裂縫帶，這兩個帶產(chǎn)生的裂縫，會增大礦井涌水量。井田內(nèi)8+9號、15號煤上覆巖層主要為灰?guī)r、砂質(zhì)泥巖、泥巖、砂巖等，8+9號煤層厚度取大值6.55m〔見表2-2〕，14+15號煤層厚度取最大值8.60m。依據(jù)?煤礦防治水規(guī)定?釋義提供的公式，采用中硬巖石垮落帶、導水裂隙帶最大高度經(jīng)驗公式，進行了估算?？迓鋷Ц叨龋篐m=±2.2(4-1)導水裂隙帶高度：Hli=±5.6(4-2)Hli=20+10(4-3)式中：Hm—垮落帶高度，m；Hli—導水裂隙帶高度，m；∑M—累計采厚，m。將參數(shù)代入上式計算8+9號煤層：垮落帶高度：Hm=+2.2=15.36m導水裂隙帶高度：Hli=+5.6=52.12mHli=20+10=61.19m經(jīng)以上計算，8+9號煤層垮落帶最大高度15.36m，導水裂隙帶最大高度61.19m，8號、9號煤層在井田東北角南李陽村李陽河附近有風化煤露頭，因此，煤礦在井田東北角李陽河附近開采8號、9號煤層時，李陽河將會沿著導水裂隙帶灌入井下，形成水害事故，為確保平安生產(chǎn)，一定要引起注意。14+15號煤層：垮落帶高度：Hm=+2.2=16.67m導水裂隙帶高度：Hli=+5.6=55.14mHli=20+10=68.65m經(jīng)以上計算，14+15號煤層垮落帶最大高度16.67m，導水裂隙帶最大高度68.65m。14+15號煤層距9號煤層的距離為，14+15號煤層導水裂隙帶能夠到達8+9號煤層。8號、9號煤層的采空區(qū)積水對14+15號煤層開采有影響，地表水〔如李陽河〕也會通過8號、9號煤層的采空區(qū)影響14+15號煤層的開采。隨著礦井的大面積開采，會形成不同程度的地表裂縫、地面塌陷等地表變形現(xiàn)象，這些將成為大氣降水及地表水與礦坑之