森泰南侧矿界附近采空区探测报告Word文档格式.docx
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纵观井田，沟壑纵横，梁峁绵延，植被稀少，总体地势呈南北高，中间低，西高东低趋势，主要由两沟三梁组成，梁面较平缓，沟谷崎岖，以北西向为主，次为北东向，呈树枝状，以“U”型谷为主。
井田南侧与安太堡露天矿排土场相连接，堆土较原始地形有30~50m高差。
本次勘探任务的勘探区域位于井田南侧边界地面位置，测区面积0.74km2。
详细位置见附图森泰煤业有限公司物探工作设计图。
勘探区域由坐标点
（1）X=4377098,Y=19613781；
（2）X=4376990,Y=19615838；
（3）X=4376625,Y=19615830；
（4）X=4376739,Y=19613762控制。
勘探任务是采用地面瞬变电磁法勘查勘探区内采空区分布范围，为煤矿开采和设计提供地质依据。
形式和要求：
（1）在勘探区探测范围内设计13条瞬变电磁法测线，测线线距30m，点距20m。
为了保障勘察精度，对于地表地形起伏比较大的区域进行加密测量。
测区共设计试验点20个，生产点1339个，检查点61个，共计瞬变电磁物理测点数为1420个。
（2）甲方提供探测地点已有的相关水文、地质资料供物探资料解释参考使用，并协助乙方处理地面工农关系。
图1-1森泰煤业有限公司地面顺电磁探测设计图
1.2依据的规范规程
本次瞬变电磁采空探测工作依据的现行规程规范：
（1）《煤炭资源勘探工程测量规范》（MT/1987）
（2）《全球定位系统（GPS）测量规范》（GB/T18314-2009）
（3）《地面瞬变电磁法技术规程》（DZ/T018-1997）
（4）《煤炭电法勘探规范》（MT/T
898-2000）
2测区地质概况
2.1以往地质工作评述
本区采煤历史悠久，基础地质工作开展也较早，地质研究程度比较高。
下面将与本区有关的地质工作简述如下：
1．山西朔州赛格煤业有限公司于2006年5月委托山西煤炭地质公司编制完成《山西省朔州市平鲁区地方国营木瓜界煤矿资源整合矿井地质报告》，该资源整合矿井地质报告由山西省煤炭工业局晋煤规发[2006]762号文批复通过。
2．山西地宝能源有限公司2010年8月编制的《山西朔州平鲁区森泰煤业有限公司兼并重组整合矿井地质报告》报告，查明了井田的构造形态、含煤地层特征；
基本探明了井田的水文地质条件；
评价了工程地质条件复杂程度。
山西省煤炭工业厅2010年9月16日下发晋煤规发【2010】1037号文“关于山西朔州平鲁区森泰有限公司兼并重组整合矿井地质报告的批复”，对该地质报告进行批复。
2.2地质概况
2.2.1地层
本井田位于宁武煤田北端平朔矿区的北部，平藩城精查区西部。
井田内均被黄土覆盖。
据井田内和周边钻孔揭露情况，井田内地层由老至新依次为奥陶系中统上马家沟组，石炭系中统本溪组、上统太原组，二叠系下统山西组、下石盒子组及上第三系上新统、第四系中上更新统。
井田范围内含煤地层为石炭系上统太原组。
1、石炭系上统太原组（C3t）
本组含4号、6号、8号、9号、10号、11号共6层煤，根据含煤性可分为三段：
下段：
为K2砂岩底至9号煤层顶，为一套砂岩、泥岩、细砂岩、煤层组成的含煤层段，含9、10、11号煤层，11号煤层顶板为砂岩或泥岩，煤层层位稳定，是在潮坪和潮坪砂坝的基础上发育起来的泥炭沼泽，煤以暗煤为主，硫含量较高，9号煤层沉积厚度大，结构复杂，煤岩类型以亮煤为主，在煤层中可见透镜状黄铁矿、菱铁矿结核，9号煤层为半咸水三角州前缘和三角州成煤环境的产物。
中段：
为6号煤层顶至9号煤层顶，为一段厚层砂岩间夹薄层泥岩、砂质泥岩及煤层之交互沉积带，中间沉积了6号、8号煤层，中厚砂岩为三角州分流河道沉积，在其两侧洪泛盆地或支流前端，局部地方发育了沼泽，沉积了不稳定的6、8号煤层。
上段：
含4号煤层，4号煤层具厚度大，结构复杂，夹多层高岭石夹矸，具低硫的特点，为发育在三角州平原洪泛盆地上的淡水泥炭沼泽，造成夹矸发育，灰份稍高。
综上所述，井田主要含煤地层为石炭系上统太原组。
其主要特点是含可采煤层多，且厚度大，分布稳定，反映了石炭系太原期在井田一带形成了良好的成煤环境，其广泛分布的泥炭沼泽环境非常适宜植物生长，且延续时间长，从而堆积形成了厚度较大，全区稳定可采的4号、9号和11号煤层。
表2-1煤层特征表
煤
层
号
厚度
间距
结构
（夹矸）
稳定
性
可采
顶板
岩性
底板
最小～最大
平均
（m）
4
5.15～13.60
10.57
37.52～53.65
44.39
简单～复杂
（0～5）
全区
粗砂岩
砂质泥岩
泥岩
炭质泥岩
9
8.70～18.55
12.89
较简单～极复杂
（2～7）
14.82～27.20
18.57
11
2.50～7.15
4.53
较简单
（1～3）
2.2.2构造
本井田位于二铺向斜东部，井田总体构造为褶曲构造，褶曲开阔平缓。
井田内地层总体产状为走向北西，倾向北东和南西，倾角1°
—4°
。
此外，据矿井井下巷道揭露，发现有2条正断层。
（一）褶曲
1、S1背斜
位于井田中部，原山西朔州赛格煤业有限公司中部，轴向北西向，向南倾伏，两翼基本对称，地层倾角1°
，背斜轴在井田内延伸长度为3300m。
2、S2向斜
位于S1背斜东部，原山西朔州赛格煤业有限公司东部，轴向北西向，向南倾伏，两翼基本对称，地层倾角2°
，向斜轴在井田内延伸长度为3400m。
（二）断层
1、F1正断层位于井田南部，走向NE倾向SE，倾角70º
，落差9m。
由井下巷道揭露，井田内延伸长度770m。
2、F2正断层位于井田东南，走向NE，倾向NW，倾角70º
落差5m，由井下巷道揭露，井田内延伸长度350m。
2.3矿井水文地质情况
2.3.1井田地表水体及河流
井田内无大的河流，由于强烈的侵蚀切割，形成多条黄土冲沟，其上游呈“V”字型，下游是“U”字型。
大小沟谷平时干枯无水，唯雨季时才汇集洪水沿沟排泄至七里河。
2.3.2井田含水层
（1）奥陶系石灰岩岩溶裂隙含水层
该含水层组为上马家沟组，据区域地质资料，该层平均厚度约160m左右，岩性以石灰岩为主，其次为白云质灰岩、泥灰岩等，其岩溶不太发育，仅见细小的溶孔及裂隙，主要含水层为上马家沟组中上段含水岩组。
本次收集了邻近矿山西中煤潘家窑煤业有限公司井田内PJY-101号水文孔资料（X=4369613.65，Y=19614689.90，H=1305.17），约距井田南6.5km左右，终孔深度536.65m，抽水试验水位降深0.36m时，单位涌水量3.903L/s·
m，渗透系数36.53742m/d，水位标高1056.67m；
矿化度720.67mg/l，总硬度475.81mg/l，水质类型HCO3—Ca·
Mg，为强富水性含水层。
根据此水位标高按0.2‰水力坡度推测，本井田内水位标高为1057～1058m左右。
（2）太原组砂岩裂隙含水层
位于4～9号煤层之间，岩性为粗、中、细砂岩、粉砂岩及砂砾岩，厚度约44.00m，沉积稳定，为层间裂隙水，据相邻矿茂华万通源煤矿407号钻孔水文地质资料表明，该含水层静止水位113.68～119.71m，水位标高为1262.53～1268.56m，单位涌水量为0.0034～0.0056L/s.m，渗透系数为0.186～0.797m/d，为主要含水层，据相邻矿茂华万通源煤矿232号水文孔资料揭露，该层静止水位32.57～65.97m，水位标高为1245.80～1279.20m。
该含水层富水性中等。
（3）山西组砂岩裂隙含水层
该含水层主要为山西组底部的K3砂岩含水层和山西组上部两层砂岩的含水层，K3砂岩岩性主要为中粗砂岩，含有砾石，厚约8.00～14.50m，其它上部两层砂岩中、粗、细砂岩，为层间裂隙水，据相邻矿茂华万通源煤矿232水文孔和407钻孔资料，这两层含水层静止水位为18.06～88.27m，水位标高为1293.71～1321.14m，单位涌水量为0.0051～0.10L/s.m。
含水层富水性弱～中等。
（4）下石盒子组砂岩裂隙含水层
主要为下石盒子组底部厚层状中、粗砂岩，零星出露于较大沟谷中，其砂岩裂隙发育，钻孔冲洗液漏失严重，据安太堡精查区资料，水位标高1228.21～1268.40m，地表出露泉水流量0.014～0.33L/s，为弱富水性含水层。
（5）第三、四系砂砾孔隙含水层
井田内广泛分布，砂砾层大部位于第三、四系下部，地下水补给来源主要为大气降水，据安太堡精查区资料，该含水层静止水位10.32～11.06m，单位涌水量为0.021～0.041L/s·
m。
含水层富水性弱。
2.3.3主要隔水层
主要为本溪组，厚度30.00～50.00m，其中泥质岩岩性致密，细腻，具有良好的隔水性能，为阻隔奥灰岩溶水与上部含水层水力联系的重要隔水层。
其次，相间于各砂岩含水层之间厚度不等的泥岩，粘土岩亦可起到一定的层间隔水作用。
2.3.4含水层的补给、径流、排泄条件
第四系孔隙含水层主要接受大气降水的补给，向地表及下伏基岩风化壳含水层排泄。
基岩风化壳含水层，主要接受大气降水及沟谷处地表水的补给，局部可以得到第四系孔隙水的补给，通过裂隙向下伏岩层入渗，由于沟谷的切割，局部又以泉的形式排泄。
煤系地层各含水层接受上伏含水层的补给顺层运移，在无构造沟通或人为破坏区，各含水层相对独立，水力联系差，地下水主要以层间运移为主。
在构造带附近由于裂隙发育，含水层中的水形成垂向补给。
下伏奥灰岩溶含水层在井田内无出露，主要接受含水层侧向补给，岩溶水向东南径流至神头泉排泄。
2.3.5井田内老窑水分布情况
井田内4、9号煤层已有大面积采空区，据本次调查，在采空区低洼处，存在不同程度积水。
由下面公式估算可知：
4号煤层在山西朔州赛格煤业有限公司煤矿西部2003—2004年采空区内积水面积约S1=24500m2，积水量约Q1=24747m3；
西部2002—2003年采空区内积水面积约S2=14150m2，积水量约Q2=15293m3；
西部1984—1986年采空区内积水面积约S3=15350m2，积水量约Q3=16590m3；
中部1994—1997年采空区内积水面积约S4=11600m2，积水量约Q4=11717m3；
中部1979—1983年采空区内积水面积约S5=18750m2，积水量约Q5=20265m3；
东部1987—1995年采空区内积水面积约S7=11775m2，积水量约Q7=11893m3。
在山西朔州万通源万平煤业有限公司煤矿西部1992—1995、2004年采空区内积水面积约S6=19475m2，积水量约Q6=18688m3。
9号煤层在山西朔州赛格煤业有限公司煤矿西部2004年采空区内积水面积约S1=3375m2，积水量约Q1=3763m3；
西部1998—2000年采空区内积水面积约S2=13250m2，积水量约Q2=14775m3；
西部1991—1998年采空区内积水面积约S3=21475m2，积水量约Q3=23861m3；
西部2004年采空区内积水面积约S4=15475m2，积水量约Q4=17194m3；
中部2003—2004年采空区内积水面积约S5=27725m2，积水量约Q5=22404m3；
中部2000年采空区内积水面积约S6=3600m2，积水量约Q6=3636m3；
东部2000年采空区内积水面积约S9=2800m2，积水量约Q9=2545m3。
在山西朔州万通源万平煤业有限公司煤矿西部2004—2006年采空区内积水面积约S7=7200m2，积水量约Q7=9454m3；
西部2002—2006年采空区内积水面积约S8=8325m2，积水量约Q8=9250m3。
2.3.6矿井充水条件
根据井田水文地质条件和该矿目前涌水情况综合分析，本矿井充水因素主要有以下几个方面：
（1）充水水源
大气降水
大气降水入渗量具有明显的季节性，多年周期性的变化规律，且随着降水量的改变而改变，降水入渗对地形低洼浅埋矿床的充水影响明显，本井田内4号煤层在井田内埋藏较浅，故采煤时应对雨季大气降水可能产生的充水影响加以防范。
地表水
井田内均为季节性沟谷，平时沟谷干涸无水，暴雨或长时间降水有短暂洪流，对矿井充水影响较小。
采空区积水
其它上山有巷道疏排的采空区无采空积水。
随着时间的推移，生产规模的扩大及采空区面积的增大，采空区内会有更多的积水，因此建议矿方在临近采空区开采时，应进行探测和疏排，坚持“预测预报、有掘必探（钻探）、先探后掘、先治后采”的原则，密切注视井下水文地质条件变化等构造的出现，对井下逐日排水量作好观测、记录，若发现异常，立即采取有效措施，防止水害发生。
周边矿井采空积水
本井田东南部、南部与平朔安太堡露天煤矿相邻，北部与山西朔州平鲁区易顺煤业有限公司煤矿相邻，北西部与中煤能源股份有限公司安太堡井工矿（平朔三号井工矿）相邻，西部与山西朔州万通源井东煤业有限公司煤矿相邻。
平朔安太堡露天煤矿位于本井田下山部位，又是露天开采，无积水，其间亦有井田边界保安煤柱相隔，对本矿生产无影响。
山西朔州平鲁区易顺煤业有限公司煤矿位于本井田上山部位，该矿采空区距本矿矿界约150m，采空区内有积水，积水量为21300m3，且留有井田边界保安煤柱，对本矿安全生产影响不大。
中煤能源股份有限公司安太堡井工矿（平朔三号井工矿），该矿采空区距本矿矿界约210m，采空区内有积水，积水量为18600m3，其间留有井田边界保安煤柱，对本矿安全生产有一定影响。
山西朔州万通源井东煤业有限公司煤矿位于本井田下山部位，该矿采空区距本矿矿界约500m，其间亦有井田边界保安煤柱相隔，对本矿生产无影响。
（2）充水通道
矿井充水通道包括导水断层、岩层裂隙、采空导水裂隙带、封闭不良的钻孔等。
断层
4、9号煤层井下采掘中发现了2条断层，开采揭露断层时，，断层附近地层多有破碎，但现在未发现有渗水现象。
在今后开采邻近断层时应加强探放水工作，并留设保安煤柱，以防其导水。
封闭不良的钻孔
井田内钻孔施工年代已久，封孔情况调查不清，在邻近开采到钻孔附近时应加强探放水工作，并留设保安煤柱，以防其导水。
采空导水裂隙带
按照国家煤矿安监局2009年9月颁发的《煤矿防治水规定释义》，井田内4、9号煤层顶板为中硬岩石，11号煤层顶板为坚硬岩石，其导水裂隙带采用下列公式计算：
a、4、9号煤层
采用公式：
H=
b、11号煤层
式中：
H——导水裂隙带高度m；
M——煤层厚度m。
4号煤层厚度为5.15～13.60m，计算结果为55.39～83.76m。
9号煤层厚度为8.70～18.55m，计算结果为68.99～96.14m。
11号煤层厚度为2.50～7.15m，计算结果为57.43～90.22m。
通过计算，4号煤层将来开采后导水裂隙带不会延伸到地表。
地表水一般不会通过导水裂隙带进入井下，影响生产。
9号煤层开采后其导水裂隙带延伸到4号煤层，使4号煤层采空区积水由导水裂隙带涌入到9号煤层，因此开采9号煤层时，应加强探放水防止4号煤层积水对开采9号煤层的影响。
11号煤层开采后其导水裂隙带延伸到9号煤层，使9号煤层采空区积水由导水裂隙带涌入到11号煤层，因此开采11号煤层时，应加强探放水防止9号煤层积水对开采11号煤层的影响。
2.3.7矿井水文地质类型
井田内批准开采4#-11#煤层，此煤层均位于太原组，直接充水含水层为太原组砂岩裂隙含水层，含水层属弱含水层。
井田内奥灰水位标高为1057-1058ｍ，低于井田内4、9煤层最低底板标高，故奥灰岩溶水对煤层开采无影响。
综上所述，依据国家煤矿安全监察局、国家安全生产监督管理总局颁发的《煤矿防治水规定》矿井水文地质类型划分依据（见表2-2），本矿井4、9号煤层水文地质条件为中等，防治水工作易于进行。
表2-2矿井水文地质类型
分类依据
类别
简单
中等
复杂
极复杂
受采掘破坏或影响的含水层
含水层性质及补给条件
受采掘破坏或影响的孔隙、裂隙、岩溶含水层，补给条件差，补给来源少或极少。
受采掘破坏或影响的孔隙、裂隙、岩溶含水层，补给条件一般，有一定的补给水源。
受采掘破坏或影响的主要是岩溶含水层、厚层砂砾石含水层、老空水、地表水，其补给条件好，补给水源充沛。
受采掘破坏或影响的为岩溶含水层、老空水、地表水，其补给条件很好，补给来源极其充沛，地表泄水条件差。
单位涌水量q（L
/s.m）
q≤0.1
0.1＜q≤1.0
1.0＜q≤5.0
q＞5.0
矿井及周边老空水
分布状况
无老空积水。
存在少量老空积水，位置、范围、积水量清楚。
存在少量老空积水，位置、范围、积水量不清楚。
存在大量老空积水，位置、范围、积水量不清楚。
矿井涌水量
（m3/h）
年平均Q1
年最大Q2
Q1≤180
（西北地区Q1≤90）
Q2≤300
（西北地区Q2≤210）
180＜Q1≤600
（西北地区90＜Q1≤180）
300＜Q2≤1200
（西北地区210＜Q2≤600）
600＜Q1≤2100
（西北地区180＜Q1≤1200）
1200＜Q2≤3000
（西北地区600＜Q2≤2100）
Q1＞2100
（西北地区Q1＞1200）
Q2＞3000
（西北地区Q2＞2100）
突水量Q3（m3/h）
无
Q3≤600
600＜Q3≤1800
Q3＞1800
开采受水害
影响程度
采掘工程不受水害影响
矿井偶有突水，采掘工程受水害影响，但不威胁矿井安全
矿井时有突水，采掘工程、矿井安全受水害威胁
矿井突水频繁，采掘工程、矿井安全受水害严重威胁
防治水工作
难易程度
防治水工作简单
防治水工作简单或易于进行
防治水工程量较大，难度较高
防治水工程量大，难度高
2.3.8防治水工作建议
依据国家煤矿安全监察局、国家安全生产监督管理总局颁发的《煤矿防治水规定》，山西省政府明令要求资源整合型煤矿开工生产前必须进行水文地质补充勘探工作，对于保障整合煤矿安全，防止与遏止煤矿重特大突（涌）水事故具有极为重要的意义。
详细勘察整合煤矿生产矿区及其周边地区老窑采空水的范围及其充水性，是资源整合型煤矿水文补充勘探工作的主要工作
3施工方法与技术
3.1测区地质、地球物理特征
井田位于管涔山东麓，地表大部为黄土覆盖，基岩出露较少，呈现为中低山丘陵地貌。
纵观矿区，沟壑纵横，梁峁绵延，植被稀少，总体地势呈南北高，中间低，西高东低趋势，主要由两沟三梁组成，梁面较平缓，沟谷崎曲以北西向为主，次为北东向，呈树枝状，以“U”型谷为主。
井田南部为安太堡露天煤矿排土场，为人工堆填形成，较原始地形有30~50米高差。
现根据井田范围内生产实际揭露情况并结合钻孔揭露及邻区资料，对井田内地层由老至新分述如下：
奥陶系中统上马家沟组（O2s）、石炭系中统本溪组（C2b）、石炭系上统太原组（C3t）、二叠系下统山西组（P1s）、二叠系下统下石盒子组（P1x）、上第三系上新统（N2）、第四系中上更新统（Q2+3）、第四系全新统（Q4）。
井田范围内含煤地层为石炭系上统太原组和二叠系下统山西组。
太原组含有可采煤层6层，即4号、6号、8号、9号、10号、11号，其中4号、9号、11号稳定可采。
测区位于井田南侧边界，大部分为安太堡露天矿排土所覆盖，该区4#煤层标高在1280~1300m之间变化，9#煤层标高1200~1250m；
地面标高约为1425~1510m。
依据已有资料，1号测区离森泰煤业4#采空410工作面垂向距离约300m，矿方在4#层内通过钻探探测在边界方向存在不明采空，采空范围和积水性不明，对森泰煤业在该区域的生产布置是个很大的威胁。
当煤层未被采动时，地层一般具有成层性和完整性，在小区域内，同一地层的电性差异不会太大。
当煤层被采动后，会产生自然的顶板冒落现象，顶板一定范围内岩石垮落松散，在采煤边界，由于采空影响，岩层被剪切破坏，采空上方的岩层会产生沉降，采煤边界会产生裂隙带。
煤层被整体开采情况下，顶板上方地层会产生整体相对均匀沉降；
当煤层被凌乱开采，保留煤柱较多时会产生不均匀沉降。
采动后，地下大致会出现两种状况：
其一，就是采动区顶板垮落，采空区为坍塌物和空气充填，无水或水很少，这种情况下一般采空空间的电阻率较围岩高；
其二，就是采动区顶板垮落，采空区为坍塌物和水充填，由于水的充填，将导致采空空间的电阻率较围岩低。
本区矿井开采活动暂停时间较久，采空区推断含水，电阻率较正常围岩低。
3.2方法选择
地球物理勘探方法的选择要综合考虑勘探任务、测区的地形条件、测区的物性差异、干扰条件、交通便利条件、勘探成本等因素，选择合适的勘探方法。
并结合野外试验，验证方法的可行性，选择合理的采集参数。
对于本次勘探，方法选择时主要考虑以下几个因素。
（1）地貌上属于低山丘陵地貌，地表为黄土覆盖，地形起伏较大，沟壑纵横；
（2）本次勘探的任务是分析测区采空范围及采空的富水性；
（3）探测目标体深度在150~250m范围内，属于中等深度；
（4）测区范围存在高压输电线路、通讯电缆等人文干扰。
本次勘探的任务是探测采空积水性，探测采空的地球物理方法可以采用地震、直流电法、瞬变电磁、重力、可控源音频大地电磁法等方法，但对于富水性以及风氧化带的探测，有效的方法还是电法类，也就是直流电法、瞬变电磁、可控源音频大地电磁法。
瞬变电磁法对含水体非常敏感、受地形影响小、探测深度中等、施工效率高，为本次勘探的最优选择，本次探测采用大定源回线装置。
3.3瞬变电磁法
3.3.1瞬变电磁法原理
瞬变电磁法（简称TEM法）是利用发射回线或接地电极向地下发送脉冲式一次电磁场，而用接收线圈或接地电极观测由该脉冲电磁场感应产生的二次涡旋电磁场的空间和时间分布规律，来解决有关地质问题的时间域电磁勘探方法。
瞬变电磁法的激励场源主要有两种，一种是载流线圈或回线，另一种是接地电极。
目前，使用较多的是回线场源。
发射电流的脉冲波形可为矩形波、三角波、和半正弦波等，不同波形有不同的频谱，激发的二次场频谱也不相同。
多数仪器采用阶跃脉冲作为激发场源（相当
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