井田地质、水文地质

7.2.2.1 地层

峰峰矿区地层属华北型，基岩主要出露于鼓山、九山山区以及丘陵地带的冲沟内，其余大部分地区则被第四系所覆盖。自鼓山、九山，由西向东出露的地层由老渐新，有震旦系（Z）、寒武系（?）、奥陶系（O）、石炭系（C）、二叠系（P）、三叠系（T）、古近系（E）新近系（N）和第四系（Q）。寒武系—奥陶系以灰岩为主，总厚度1162 m，其中奥陶系灰岩（O1＋O2）厚605 m，O2厚545 m，根据沉积旋回和岩性组合特点将O2划分为三组八段（表7.18）；石炭系—二叠系以砂页岩为主，总厚度950 m，其中石炭系以砂页岩为主，厚度140 m，二叠系以砂岩为主，厚度810m。地层倾向SE，倾角一般在10°～25°。

表7.18 峰峰矿区中奥陶统岩性及水文地质特征简表

7.2.2.2 构造

五矿井田位于峰峰煤田鼓山复背斜构造的东侧中段，北靠牛薛弯窿，南邻二矿倾覆性背斜，东部为羊渠河帚状构造。井田整体构造为一断陷构造，四周抬起，中间下陷。井田范围内断裂构造尤其发育，多为高角度的正断层，其次为褶皱构造，井田主体构造为五矿短轴背斜。井田构造控制面积约7.8 km2。根据构造和水文地质条件把五矿井田分为3个区：(1)东翼区，(2)西北区，(3)中央区（图7.13）。

图7.13 五矿地质构造图

7.2.2.3 主要含水层及其特征

目前，对矿山开采有威胁的含水层主要是大青灰岩含水层和奥陶系灰岩强含水层。

（1）大青灰岩含水层

大青灰岩为大青煤直接顶板，位于山青煤以下45 m，小青煤以下30 m；灰岩厚度4～6 m，分布比较稳定；裂隙发育，富水性强，裂隙率4％。大青灰岩为非均质各向异性含水介质。井下单孔出水量一般2～3 m3/min，最大7.43 m3/min（FD2孔），最小不足0.33 m3/min。从1980年二矿2671工作面突水、1983年五矿大青放水、1993年牛儿庄矿56603工作面突水所形成的降落漏斗的整体形状来看，长轴方向均为SN向，即沿SN向拉伸扩展较远，短轴方向为EW向，反映了沿SN方向导水性强，EW方向导水性弱的各向异性特点。根据56603工作面突水前后的流场以及1996年丰枯水期的流场资料计算，沿SN方向的渗透系数KSN＝110 m/d，沿EW方向的渗透系数KEW＝30 m/d，由此可见，五矿中央区大青灰岩SN方向的渗透系数大约为EW方向的3～4倍。水化学类型为HCO3·SO4－Na·Ca型水，矿化度0.45～1.1g/L，pH值6.4～8.0。大青灰岩主要接受奥灰水的侧向补给，通过F10、F11断层中段的透水段接受下盘中奥陶系灰岩强含水层的补给。受牛儿庄矿56603工作面突水的影响，目前中央区水位标高80～120 m。本层为富水性强的裂隙岩溶承压水。

（2）奥陶系灰岩强含水层

中奥陶统灰岩为煤系地层的基底，厚度545 m，根据岩性组合和沉积旋回划分为三组八段，其中2、4、5、7段为强含水段，其余各段为相对隔水段或弱含水段。井田内8段厚15～20 m，岩溶裂隙多被充填，为相对隔水段。7段厚85 m，裂隙溶洞发育，富水性强，井下钻孔单孔涌水量为1.5～4.0 m3/min。水质好，矿化度低，水化学类型为HCO3·SO4－Ca·Mg型水，矿化度0.5g/L，pH值7.4～9.3。目前井田内水位标高为120 m。本层为富水性极强的岩溶承压含水层。五矿井田位于鼓山东侧岩溶强径流带上，因此，奥陶系灰岩水给矿山安全开采造成严重的威胁。

7.2.2.4 地下水补、径、排条件及动态特征

奥陶系灰岩水的主要补给来源有二：(1)井田西部的鼓山灰岩裸露是奥陶系灰岩水的主要补给来源；(2)同时还有来自井田以北奥陶系灰岩水径流的侧向补给。奥陶系灰岩在鼓山裸露灰岩区接受大气降水补给渗入地下后，受地形、构造的控制，顺岩层倾向由西向东径流，遇石炭纪—二叠纪地层受阻后向南运动，至黑龙洞泉群排泄。地下水在由鼓山向东径流的过程中，由于受石炭纪－二叠纪地层的限制，由裸露区潜水转化为埋藏区承压水。天然状态下泉水排泄为主要排泄方式，目前鼓山东麓各矿的矿坑排水、突水以及工农业生产、居民生活用水为主要排泄方式。

大青灰岩主要通过断裂接受奥陶系灰岩水的补给。边界上断距较大的断层使得断层两侧的奥陶系灰岩与大青灰岩对接，奥陶系灰岩水通过断层直接补给大青灰岩，井田内的主要补给边界为F10、F11断层中段，通过断层，上盘大青灰岩接受下盘奥陶系灰岩强含水层的补给。另外，井田内封孔质量不佳的钻孔使得奥陶系灰岩水与大青灰岩水沟通，两者发生水力联系，造成奥陶系灰岩水对大青灰岩水的补给。大青灰岩水的排泄，目前主要通过矿坑排水、突水等方式进行排泄。

大青灰岩厚度较小，为4～6 m，储蓄水量有限，在矿山常年排水、突水等因素的影响下，如果没有奥陶系灰岩水的补给早已疏干，因此说，奥陶系灰岩水是大青灰岩水的主要补给来源。

奥陶系灰岩水动态相对稳定，一般每年7月水位最低，10月水位最高，水位变幅3～4 m，10月之后水位开始缓慢下降，至翌年7月水位达最低点，进入降水集中的7、8、9月份，水位开始回升，至10月达最高，之后又开始下降，周而复始，如此往复。当降水量较小时，水位变幅也较小，为2～4m；当降水量较大时，水位变幅也较大（＞10 m），同时高水位的出现时间也提前，1996年降水量达794.3 mm，其中7、8月降雨量分别为236.6 mm、354.1 mm，结果高水位提前出现在8月，同时水位升幅大于15m。奥陶系灰岩水动态变化规律明显地受气象因素的制约，随降雨的季节性变化规律，水位也出现明显的周期性升降的变化规律。并且每隔10a左右，随着一次大降水量年份的出现，奥陶系灰岩水位也出现一次高峰。

大青灰岩水动态不像奥陶系灰岩水动态那样稳定，其动态除受气象因素的影响外，还主要受矿坑排水、突水等因素的影响，1993年6月由于牛儿庄矿56603工作面突水的影响，五矿中央区大青灰岩水位大幅度下降，其中569号大青孔水位从115.26 m下降至75.26 m，降深达40 m。虽经1996年大降水量的补给，水位有较大的回升，但仍未能达到突水前的水位。矿井涌水水源构成见表7.19。

表7.19 五矿矿井涌水水源构成一览表（2009年） （单位：m3/min）

7.2.2.5 矿井涌水量

五矿矿井涌水量较大，1999～2009年平均涌水量为28.46 m3/min，随着开采面积、开采深度的增加，矿井涌水量也随之增加，1999年全年平均涌水量为26.50 m3/min，2009年全年平均涌水量为30.86 m3/min，随时间的延续，涌水量有增加的趋势，其趋势见图7.14。

图7.14 五矿年均涌水量曲线图

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（一）地层

井田出露地层由老到新有：寒武系上统崮山组、长山组；奥陶系中统马家沟组、石千峰组；三叠系下统刘家沟组、和尚沟组；古近系及第四系。总厚度约2110m。其中石炭系上统太原组和二叠系上统石盒子组为含煤地层。由老到新分别叙述如下：

1.上寒武统

出露于井田南部及东部，为一套海相碳酸盐岩沉积。

1）崮山组：厚度为86～109m，平均91m。上部以灰—深灰色、厚—巨厚层状白云质灰岩为主；下部浅灰色中厚—厚层状白云质灰岩夹鲕状白云岩。局部具溶蚀现象。与张夏组整合接触。

2）长山组：厚度为109～213m，平均128m。由浅灰、灰色，薄—中厚层状白云质灰岩、泥灰岩组成，局部夹泥质条带，含燧石结核，表面具溶蚀现象。与下伏崮山组整合接触。区内凤山组保存厚度薄，岩性与长山组无明显差异，未予单独分出。

2.奥陶系中统马家沟组

仅在113勘探线以东有零星出露。井田内揭露厚度为0～38.22m，平均19m。以浅灰、深灰色厚层状角砾状石灰岩为主，隐晶质，局部夹泥质灰岩，底部为泥岩，与下伏寒武系假整合接触。

3.上石炭统

出露于井田南缘。

1）本溪组：厚度为2.93～25.89m，平均10m。由浅灰、灰、深灰色铝质岩、铝质泥岩组成，具鲕状、豆状结构，含黄铁矿结核及团块，局部含植物化石。具水平层理、缓波状及小型交错层理。本组属潟湖—海湾相沉积，层位稳定，对比可靠，为井田标志之一。与下伏寒武系（或奥陶系）呈不整合接触。

2）太原组：厚度为37.72～88.14m，平均57m。由深灰色石灰岩、泥岩、细—中粒砂岩及煤组成。与下伏本溪组整合接触。

4.二叠系

出露于井田中部及南部。

（1）下二叠统

1）山西组：为本区主要含煤地层，厚度为59.79～103.94m，平均76m。由灰、深灰色泥岩、粉砂岩、中粒砂岩及煤组成，其中下部的二1为主要可采煤层。与下伏太原组整合接触。

2）下石盒子组：下起于砂锅窑砂岩底界面，上止于田家沟砂岩底界面，厚度为293～356.22m，平均308m。由浅灰色中、粗粒砂岩、粉砂岩、含紫斑泥岩、深灰色泥岩及煤组成。划分为三—六4个煤段，其中五煤段中部的五3煤层局部可采。与下伏山西组整合接触。

（2）上二叠统

1）上石盒子组：上止于平顶山砂岩底界面。厚度为212.30～242.78m，平均224m。由灰白、浅灰色中、粗粒砂岩、粉砂岩、泥岩及煤组成。划分为七、八、九3个煤段。与下石盒子组整合接触。

2）石千峰组：厚度为285.64～343.40m，平均309m。按岩性组合特征自下而上划分为4段。与下伏上石盒子组平行不整合接触。

5.下三叠统

出露于井田北部。

1）刘家沟组：按岩石类别分为两段。一段为金斗山砂岩：10404孔揭露厚度为129.62m。红—紫红色中厚层状细—中粒岩屑质石英砂岩，夹红色薄层状砂质泥岩。具大型板状交错层理和铁质斑点。二段厚度为169.27～176.20m，平均173m。以紫红色厚层状泥岩、砂质泥岩为主，夹薄层细粒砂岩及透镜状粒屑灰岩。产植物茎干碎片化石。

2）和尚沟组：一段厚度为149.83～230.17m，平均190m。灰绿—紫红色厚层状中粒砂岩，夹紫红、灰绿色泥岩、砂质泥岩、透镜状粒屑灰岩薄层。产新芦木化石。二段厚度为119.85～127.54m，平均124m。以紫红，暗红色泥岩、砂质泥岩为主，夹紫红色细粒砂岩、粉砂岩薄层，局部夹钙质泥岩及砾状泥灰岩。

6.古近统

在井田北东隅有零星出露。11504孔穿见厚度为265.20m。岩性为红色粉砂岩和泥岩，泥岩中含少量绿斑。

7.第四系

井田内分布于冲沟两侧、小河、平地、山麓及平缓的山坡等地带。厚度为0～28.20m，平均7m。由粘土、砂质粘土、含砾砂质粘土及砾石组成。

（二）地质构造

井田的基本构造形态：井田整体为向北倾斜的单斜构造，构造形迹以正断层为主，西部为单斜，地层倾角较陡，为25°～30°，断层稀少；东部地层走向逐渐向北东偏转，倾向北西，倾角10°～15°，正断层较多，并发育宽缓褶曲；中部发育有白坪滑动构造；二1煤层附近普遍发育层间滑动构造。井田内未见岩浆岩。

褶曲跨度大、波幅小、轴向60°左右，被北东向断层错开。断层按其展布方向可分为近东西向、北东向和北西向3组，其中前两组较多，主要分布在东部。近东西向断层平行排列，少数规模较大，延伸较长，走向变化大（50°～90°），西段多呈近东西向，东段向向北偏转，断层面呈舒缓波状，倾角变化较大（50°～70°），具多期活动性；北东向断层雁行或平行排列，带有左行平移性质，规模大小不等，旁侧常伴有羽状小断层，线性特征明显，走向变化不大，断层面平直，倾角较大；北西向断层仅在井田西部揭露出一条切割二1煤层，但未出露地表，为正断层。

（三）边界条件

1.外边界

井田主要发育近东西向和北东向正断层，以及重力滑动构造。断裂构造带的发育特征是断层导水性和富水条件的重要因素之一，其发育程度见表2-1。

表2-1 断裂构造带发育程度统计表

断层带铅垂厚度变化大，影响带比内带厚，上盘影响带一般，较厚；断层内带以胶结疏松状角砾岩为主，局部见糜棱岩、碎裂岩，多数断层内带不明显；影响带中砂岩和石灰岩地层一般裂隙发育，岩心较破碎，常见方解石脉和黄铁矿晶体充填，泥岩类地层有擦痕、滑面，局部见揉皱现象；北东向正断层带具左型走滑压扭性质。

（1）北东向正断层

分布于井田中部和东北部，箕F31是初期采区的主要断层，箕F32为井田北部边界断层。经岩溶地下水动态观测和太原组上段灰岩含水层多孔抽水试验等，查明箕F31断层具有阻水性质，其依据如下：

1）沿含水层同一走向，断层两侧各含水层天然水位标高有较大的差值，见表2-2。

2）以箕F31断层为界，太原组上段灰岩含水层地下水天然流场东西部具有截然不同的特征，水位标高西部比东部高60m左右。地下水人工流场的特征，东部以副10211主孔为中心呈椭圆形的降落漏斗，而西部基本保持了地下水天然流场的特征。

表2-2 岩溶含水层天然水位标高差统计表

（2）东西向正断层

分布于102勘探线以东，二1煤层±0水平以浅范围。箕F7为初期采区主要断层，箕F4为井田南部边界断层。箕F7断层位于新峰背斜轴附近，具有一定的导水性，如副10309孔恢复曲线后期斜率变小。断层南盘上寒武统岩溶发育，在断层对口部位与太原组上段灰岩含水层接触，构成第一水平浅部的补给边界。箕F4断层内带导水性差（9号孔揭露均不漏水），南盘二叠系泥、砂岩与井田太原组上段灰岩接触，形成南部的阻水边界。箕F7与箕F4断层之间的影响带（箕F59断层也分布于该地段）岩溶裂隙较发育（如副10309孔长山组孔深214.22～248.49m，见岩溶发育带，单位涌水量达1.863L/s·m），并与西部的岩溶发育地段（据电法资料东白坪至南地之间垂深100～250m，推断为上寒武统岩溶发育带）构成近东西向较强的地下水径流带，其上的太原组灰岩含水层有脱水现象。

（3）重力滑动构造

位于98～109勘探线之间，箕F27为主滑面，滑体中发育新F13、新F11、新F10等多条滑面，箕F27有40孔控制，断层内带不发育，均不漏水，10106孔抽水被抽干，说明断层导水性差。在断层影响带有3孔漏水，占揭露钻孔的7.7%，漏失量1.20～2.40m3/h。新F13和新F11断层交会处有2孔涌（漏）水，漏失量1.63～3m3/h（其中：副9902孔由于平顶山砂岩出露，地形高，地下水补给新F13，断层带导致涌水，水量0.45L/s）。重力滑动构造影响带较发育，局部具有导水性。箕F27主滑面下距二1煤层顶界铅垂距离20（10210）～60m范围的面积约1km2，在第一水平近0.50km2。受其影响二1煤顶板砂岩一般裂隙较发育，富水性相对较好，工程地质条件变差。

井田主要发育的构造及分布见图2-1。

图2-1 郑煤集团白坪矿井田构造控制图

2.内边界

断层内带不发育，穿越断层的钻孔均不漏水。断层带是复杂的，断层带的导水性受多种地质因素所制约，在一定的条件下也存在局部导水的地段。如主孔抽水时副10205观测孔水位基本上同一时刻开始下降（副10205孔降低值27.23m），10205孔则滞后15min水位开始下降，最大降低4.65m。说明断层在副10205孔地段导水性好，天然水位标高与断层东部含水层基本一致；当主孔降深达25.97m时，在断层对口部位与上寒武统岩溶水发生了水力联系。所以，在自然条件下断层带的阻水性具有不均一的特点，阻水是相对的。当矿井疏干时直接含水层与间接含水层之间产生高水头差值（上寒武统岩溶水在第一水平静水头压力约3.0MPa左右），由于静水压力和矿压的作用，断层带导水性不断加强，使含水层之间发生水力联系，阻水断层可变为导水的通道。

箕F31断层带具有一定的补给条件，构成岩溶地下水径流带，而上盘影响带岩溶发育，富水性较强。

其余断层在影响带有少数钻孔漏水，漏失量1.20～1.63m3/h，为影响带局部有导水性的断层。分析认为，箕F32、箕F19与箕F31断层之间（断层影响带）是岩溶地下水径流地段，并和箕F31断层带构成南西-北东向的地下水径流带。但是，该地段岩溶裂隙发育较差，富水性弱。

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