1、采區概況
東二采區地表位于城家曲和陰家溝一帶，位于井田東北角，東二采區地表溝谷縱橫。地形最高點(diǎn)在搶風(fēng)梁附近，標高在1200米；最低點(diǎn)在采區北部的汾河沿岸附近，標高在1000米。2.3#煤蓋層厚度90-360米，8#煤蓋層厚度160-430米?，F上組煤已采空，采空積水較多。
東二采區總的構造形態(tài)為南傾伏的復式向斜構造，北部較高，南部較低，區內地層走向變化較大，地層傾角在4-18度之間，平均9度，區內斷層、陷落柱發(fā)育，到目前為止，開(kāi)采2.3#煤共揭露大于3.0米斷層30條，陷落柱24個(gè)。采區下組8#煤層厚度為1.70-4.98米，平均為3.30米。東北部煤層較薄，約2.2米左右，西部、南部較厚。全區煤層均可采，屬穩定煤層，含1-2層夾矸。
2、采區水文地質(zhì)條件
2.1區域概況
太原西山東山地區和太原盆地構成一個(gè)完整的水文地質(zhì)單元，三者之間有著(zhù)一定的水力聯(lián)系，東、西山地區地下水向太原盆地匯集，除部分水量由大泉排泄外，其余部分向南運移。但由于彼此之間構造格局的不同，邊界條件的差異，各自又為次級獨立的水文地質(zhì)單元，鎮城底礦井田就處在太原西山地下水系統的補給逕流區。太原西山區域地下水可分為四種類(lèi)型:奧陶巖溶裂隙水；汾河及大溝谷中第四系沖積層的孔隙水；石炭二迭系風(fēng)化裂隙潛水及石炭二迭系薄層灰巖，砂巖裂隙承壓水。其中以?shī)W陶系石灰巖巖溶裂隙水為主。
本井田處于馬蘭向斜東翼，奧陶系地層在井田北部和西北部外圍廣泛出露，向區內埋藏漸深。與掩蓋區比較，露頭區傾角一般顯著(zhù)變陡，巖溶也較發(fā)育，其巖溶形態(tài)以溶蝕裂隙為主，溶洞較少。鎮城底井田及周邊鉆孔揭露奧灰巖溶水顯示，其外圍富水性較好，向井田南及東南部逐漸變弱，特別是奧陶系峰峰組，富水地段巖性以石灰巖為主。制約古交礦區奧陶系灰巖含水組的含水性主要取決于其埋藏深度,即標高愈高,透水性、含水性愈強,反之則弱;其次為構造和巖性條件。據區域資料,奧陶系頂面標高低于550m者含水性較弱,低于470m者不含水。
2.2含水巖組的劃分及其特征
鎮城底礦地處西山煤田西北邊緣，地貌表現為中低山，地表切割強烈。地勢西南高東北低,地層總體上為向東南傾伏的單斜構造，區內最大的河流汾河從井田北部流過(guò)，區內陰家溝、歇馬溝季節性河流由西南向北東匯入汾河。依據本區地層發(fā)育狀況及其水文地質(zhì)特征，可將研究區地下水劃分為奧陶系石灰巖巖溶含水巖組、太原組石灰巖巖溶含水巖組、山西組砂巖裂隙含水巖組、及采空區上部砂礫巖裂隙含水巖組。
2.2.1奧陶系石灰巖巖溶含水巖組
本含水巖組是礦區的間接充水含水層，主要有中奧陶統峰峰組及上馬家溝組。
2.2.1.1奧陶系中統峰峰組巖溶裂隙含水巖組
本組平行不整合于本溪組之下,厚29.75～157.60m，平均95.32m，分為上、下兩段。下段為角礫狀泥灰巖、灰巖及石膏，由于泥質(zhì)含量高，巖溶裂隙不發(fā)育，一般可視為隔水層；上段主要為石灰巖、泥灰巖，厚約60m，該段長(cháng)期處于剝蝕作用下，裂隙充填泥土較多，影響巖溶發(fā)育，由于所處位置不同，受影響的程度也不同，因此使得其富水性差異較大，如井田北部峰峰組含水性表現為強，南部弱，甚至不含水。該組水壓標高830～885m，單位涌水量0.21～11.63L/s.m，滲透系數0.418～38.66m/d，水質(zhì)類(lèi)型為HCO3-Ca·Mg、HCO3·SO4-Ca·Mg和SO4·HCO3-Ca·Mg型，礦化度377-641mg/L，水溫13～14℃。
本組含水性與其埋藏深度關(guān)系極其密切,埋藏愈淺,巖溶裂隙愈發(fā)育，含水也就愈豐富;反之則愈少。如井田北界外的Z-9號孔,O2f埋藏深度182.95m，巖溶發(fā)育，含水性好，單位涌水量（q）值達7.91L/s.m，滲透系數（K）值24.38m/d；而埋藏深的GS-13-2、416孔，巖溶不甚發(fā)育，僅有少量蜂窩狀溶洞，含水性很差，q值最大僅0.118L/s.m，K值最大0.481m/d，并且GS-14號孔O2f不含水?？傊窘M含水性因地而異，相差懸殊，富水性南北差異性較大，東南部地段甚至可視作非含水層。
2.2.1.2奧陶系中統上馬家溝組巖溶裂隙含水巖組
本組平均厚度226.04m，分為上、中、下三段。下段為角礫狀泥灰巖、石灰巖夾薄層石膏，厚40m左右，巖溶裂隙不發(fā)育，富水性弱，為相對隔水層；中段主要為豹皮狀厚層石灰巖夾薄層白云質(zhì)灰巖，平均厚100.20m，巖溶裂隙發(fā)育，鉆進(jìn)中水位、水量有變化，富水性較強；上段主要為石灰巖夾薄層泥灰巖和泥質(zhì)灰巖，平均89.81m，巖溶裂隙發(fā)育，大部分鉆孔揭露該層時(shí)均出現漏水現象，水位急劇下降，消耗量增加，本段是該組主要含水層段，富水性強。本組水壓標高886.551～896.467m，單位涌水量0.67～2.72L/s.m,滲透系數1.042～2.72m/d, 水質(zhì)類(lèi)型為HCO3-Ca·Mg或HCO3·SO4-Ca·Mg型，其中GS-13-2為SO4·HCO3-Ca·Mg型，礦化度311～409mg/L，水溫13～14℃。
2.2.2太原組石灰巖巖溶含水巖組
主要由L1、K2、L4三層石灰巖組成,其中以K2最厚，平均3.02m，質(zhì)純，為主要含水層；L1平均厚1.10m，L4平均厚1.80m，不甚穩定，巖性又常為泥灰巖，因此含水性較差。本組頂部在區內西北出露，裂隙、巖溶不甚發(fā)育，透水性及含水性隨之亦差，絕大部分鉆孔揭露時(shí)，水位及消耗量變化不大，據810號鉆孔抽水試驗結果，q值0.064～0.065L/s.m，K值0.393m/d，水壓標高1021.43m；鄰區416、417孔q值分別為<0.00056L/s.m和0.00022L/s.m。據416、417孔水質(zhì)分析成果，水質(zhì)類(lèi)型為HCO3-Na型水，礦化度343～375mg/L（表3-3）。
2.2.3 山西組砂巖裂隙含水巖組
本組含水層主要是K3砂巖含水層。K3雖巖性及厚度變化大，但在絕大部分面積內仍存在，厚度0.35～16.94m，平均5.72m。巖性為中—粗砂巖或含礫砂巖，膠結較松散。區內抽水試驗資料僅有810號鉆孔，其q值0.0548～0.07 L/s.m，K值0.335m/d，水壓標高1019.36m。水質(zhì)類(lèi)型HCO3-Na型，礦化度383mg/L。
2.2.4 采空區積水
本組為采空區上部厚層砂巖、沖積層組成的含水層，由于上組煤的開(kāi)采巖層垮落形成的采空區積水，本層由于滲透性強，極易接受大氣降水及地表水補給，本層水質(zhì)為采空積水。
2.3 隔水層
各含水層之間有良好的隔水層。10號煤至奧陶系中統頂面隔水層段由泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖、細砂巖及薄層石灰巖、鋁土泥巖組成，厚度25.08~77.10m，平均厚度60.27m。正常情況下，上部地下水與奧陶系中統石灰巖地下水無(wú)水力聯(lián)系。
峰峰組一段隔水層段由泥灰巖、角礫狀泥灰巖、石膏等組成，厚度5.85~70.20m，平均厚度37.73m。從水質(zhì)類(lèi)型來(lái)看，峰峰組二段含水層的水質(zhì)以硫酸型為主，而上馬家溝組以重碳酸型為主，兩段含水層無(wú)水力聯(lián)系，說(shuō)明峰峰組一段起到一定的隔水作用。
2.4構造導水情況
本區斷層多為壓扭性結構面，斷層帶一般不寬，并且其中的斷層角礫互相擠壓緊密，尤其是穿過(guò)石盒子組的斷層帶，以泥巖為主，常形成不透水的隔水墻。
根據井田發(fā)育和井下揭露陷落柱統計，其陷落柱膠結情況大部分為松散狀，含水性較差，以致無(wú)水，只有少量的滲水和淋水，說(shuō)明陷落柱充填物的重力可抵御奧灰水的上升，且水質(zhì)分析資料也顯示，其類(lèi)型為HCO3·Cl—Na型，說(shuō)明水源來(lái)自煤系地層，與奧灰巖溶水無(wú)關(guān)，因此，井田開(kāi)采上組煤基本不會(huì )受到奧灰水的影響；下組煤由于承受的水壓力增大和隔水層厚度的減少，以及受大面積采動(dòng)，地應力重新分布等因素的影響，構造帶垂向上的導水性將有所改善，因而地下水具有通過(guò)構造的薄弱部位上升的可能性，對礦井形成威脅。
綜上所述，礦井開(kāi)采下組8號煤時(shí)，受水壓力、隔水層厚度以及采動(dòng)、地應力等因素的影響，奧灰水具有沿構造薄弱部位上升的可能性，應在一定的防治水措施下進(jìn)行帶壓開(kāi)采。
3、充水因素
根據本采區的水文地質(zhì)條件，8#煤層84%的面積在奧灰水位線(xiàn)以下，對礦井充水的主要水源有以下幾個(gè)：
3.1、采空區上部砂礫巖裂隙含水巖組
上組煤采空積水本區上組共采空約765000平方米，預計積水量約80000-150000米3。
3.2、山西組砂巖裂隙含水巖組
山西組K3砂巖含水組：厚度4米左右，單位涌水量0.004-0.0548升/秒，水位標高為1039.36米，是8#煤開(kāi)采的間接充水因素。
3.3、太原組石灰巖巖溶含水巖組
太原組石灰巖L1、K2、L4石灰巖埋藏較淺，距汾河較近，含水性好，是工作面開(kāi)采的直接充水因素。在掘進(jìn)中觀(guān)測L1石灰巖的正常涌水量約為1米3/小時(shí)，K2石灰巖的正常涌水量約為2米3/小時(shí)。
3.4、奧陶系石灰巖巖溶含水巖組
奧陶系石灰巖含水組：該含水組為本區主要含水組，是礦井潛在的充水因素，以裂隙巖溶水為主，本區2.3煤開(kāi)采中巖溶發(fā)育，又距汾河近，加之斷層發(fā)育，含水性好。據井田834鉆孔資料，奧灰水水位標高為892-898米，單位涌水量4.43-10.56升/秒，滲透系數11.843米/日，水位降0.12-4米。
4、預計涌水量
東二采區工作面L1、K2、L4石灰巖的正常涌水量在10-20m3/h左右，工作面隨著(zhù)開(kāi)采面積的增大，涌水量也會(huì )隨著(zhù)增大，根據相鄰采區的經(jīng)驗，預計正常涌水量在20-40m3/h左右，工作面配備足夠的排水設施，能排出工作面的正常涌水量。但在構造導水的情況下，奧灰水最大涌水量可達300-500m3/h。采區排水設施滿(mǎn)足不了排水的要求。
5、采區的具體防治措施
5.1、采空積水的防治
5.1.1上組煤采空積水的防治
為防治上組煤采空積水隨著(zhù)下組煤回采的推進(jìn)沿頂板裂隙涌入下組煤工作面，必須采取探放措施，在工作面回采前進(jìn)行提前探放，無(wú)水后方可回采施工。
5.1.2同層采空積水的防治
我礦煤層傾角較小，屬近水平煤層。由于地質(zhì)構造復雜銜接相對緊張，針對這一現狀，工作面掘進(jìn)時(shí)，對同層8#煤采空積水嚴格按照規程堅持 “預測預報、有疑必探、先探后掘、先治后采”的原則，自警戒線(xiàn)開(kāi)始探放在確保工作面水頭壓力不大于0.15MPa的前提下，每20-30米探放一次，（視煤層傾角而定），工作面形成時(shí)，相鄰采空積水的探放工作也隨之而完成。從而避免了集中探放因水壓過(guò)大造成安全隱患或水量大而影響工作面銜接。
5.2、太原組頂板灰巖含水層的防治
根據我礦其它采區8#煤頂板灰巖含水層的出水情況結合18304掘進(jìn)工作面L1、K2、L4石灰巖的出水情況，預計頂板灰巖含水層出水量L1灰巖正常涌水量預計不超過(guò)1m3/h，K2灰巖正常涌水量預計不超過(guò)2m3/h，在回采中頂板冒落導通頂板灰巖含水層預計出水量會(huì )增大，針對出水情況工作面配備足夠的排水設施，可確保安全。
5.3、奧灰水的防治
5.3.1、帶壓開(kāi)采可行性分析：
東二采區8#煤層84%的面積在奧灰水位線(xiàn)以下，能否帶壓開(kāi)采是必經(jīng)認真分析研究的問(wèn)題?，F從突水系數和隔水層厚度兩方面進(jìn)行計算分析：
5.3.1.1、突水系數分析：
本區奧灰水位取900米，8#煤層隔水層厚度取70米， 8#煤層最低標高730米。根據突水系數公式：Ts=P/M
Ts=2.4/70=0.034 MPa/m
從突水系數看小于0.06MPa/m，符合《礦井水文地質(zhì)規程》的要求，但該區構造發(fā)育，構造的導水不容忽視。
5.3.1.2、隔水層厚度分析：
本區8#煤層標高點(diǎn)取730米，根據計算公式：
t————安全隔水層厚度（m）
l————采掘工作面的最大寬度（m=20）
r————底板隔水層的平均重度（0.023 MN/ m2）
Kp————隔水層的平均抗張強度MPa取0.20
H————隔水層底板承受的最大水頭MPa取2.40
代入公式計算得：t安=38.82米，而實(shí)際隔水層厚度為70米，大于安全隔水層厚度，因此在沒(méi)有構造導水的情況下，是可以帶壓開(kāi)采的。
5.3.2、奧灰水的具體防治措施
5.3.2.1、目前在帶壓開(kāi)采區域僅能對已知構造進(jìn)行探測，對隱伏構造措手無(wú)策，這樣隱伏構造成為重大隱患，無(wú)法排除。因此我礦下一步計劃引進(jìn)直流電法儀，直流電法儀的優(yōu)勢在于探明60-80米范圍內有無(wú)含水體，在帶壓開(kāi)采區的所有掘進(jìn)巷道全部進(jìn)行超前物探。嚴格按照規程堅持 “預測預報、有疑必探、先探后掘、先治后采”的原則，對帶壓開(kāi)采區域必須進(jìn)行超前物探，超前距為20米，前方無(wú)導水構造后方可掘進(jìn)。
鎮城底礦東二下組煤采區突水系數最大為0.034MPa/m，隔水層厚度為70米，而且陷落柱多且大，奧灰巖溶水最大極限涌水量為1088.34m3/h，是目前鎮城底礦受奧灰水威脅最為嚴重的區域。采區巷道最高標高為882.6m如果東二采區奧灰水突水后會(huì )給礦井造成威脅；可以通過(guò)強排延緩自救時(shí)間快速構筑除防水閘門(mén)以外的防水密閉，達到把水災事故控制在計劃范圍內，有效避免對礦井其它區域的威脅，進(jìn)而解決皮帶巷防水閘門(mén)無(wú)法試驗及奧灰水滯后突水無(wú)法防治的問(wèn)題，但需資金與技術(shù)支持。
5.3.2.2、工作面形成后進(jìn)行物探，進(jìn)行驗證隱伏構造的范圍及導水性后方可開(kāi)采，并要留有觀(guān)測孔監測水文動(dòng)態(tài)。
5.3.2.3、掘進(jìn)和回采不能通過(guò)導水的斷層和陷落柱，防止其導水或滯后導水。若發(fā)現有導水的構造，必須進(jìn)行注漿加固。
5.3.2.4、工作面回采結束后其密閉要按規程規定的防水密閉的要求進(jìn)行設計和施工。
5.3.2.5、工作面的排水設施、設備必須按規程規定滿(mǎn)足要求，并有備用的排水設施、設備。即掘進(jìn)工作面必須有兩路4寸的排水管，排水能力不小于60 m3/h；回采工作面兩巷必須有四路4寸的排水管，排水能力不小于80 m3/h。
5.3.2.6、820軌道巷斜坡上部車(chē)場(chǎng)標高882.6米，為了確保礦井安全生產(chǎn)，預備2000個(gè)沙袋，以備急用。
6、存在的問(wèn)題及建議
6.1、東二采區無(wú)采區水倉，我礦初步研究用移動(dòng)泵站加以解決，但需增加2-3臺排水能力在500m3/h的水泵及配套管路?？蓾M(mǎn)足奧灰水突水要求。
6.2、購置一臺直流電法水害探測儀。
6.3、購置一臺注漿堵水鉆機。
鎮城底礦
2008.1.10
