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1、1.矿区概述及井田地质特征1.1矿区概述1.1.1 交通位置开滦矿务局吕家坨矿位于河北省唐山市古冶区境内，西距唐山18km，北距古冶9km地理坐标为东经11824，北纬3940。矿区交通便利。古吕钱公路南接唐港公路，北通205国道，津唐、唐港、京沈高速公路正在修建；矿区铁路专线吕古铁路和吕陡铁路与京山线接轨；水路运输东有秦皇岛港，西有天津港，南有新近建成的京唐港；水、陆交通发达，煤炭外销十分方便(见图11)。图11 矿井交通位置图1.1.2 地形、地貌吕家坨矿业分公司位于冀东平原。矿区地表为第四纪冲积平原，地势较平坦，海拔高度介于+22.74+31.13m之间，地形总体趋势为北高南低。矿井付井
2、口标高28.286m，主井口标高27.826m，风井口标高30.198m，新风井口标高29.708m，混合井井口标高28.5m，宏文煤炭有限公司提升井井口标高32.6m，风井井口标高31.0m，矿内变电站标高27.9m。在井田的南部及东部，由采矿活动引起的地表沉陷在矿井周围形成了较多的塌陷积水坑，其中医院、东工房南部的塌陷积水坑已被人为填平，用于建设工厂及村庄搬迁，工业广场附近的塌陷坑96年最高洪水位为25.893m。1.1.3 河流及水体井田东部有一条沙河流过。沙河在井田东部由东北流向西南，属季节性河流，旱季有时断流，雨季流量较大。在沙河两侧建有沙河防洪堤坝，西侧沙河坝顶面标高30m；沙河距
3、吕家坨矿工业广场十几千米，之间还有吕范公路、吕范铁路相隔（标高都在+30m），西侧沙河坝、吕范公路、吕范铁路可有效阻挡洪水进入吕家坨矿工业广场，沙河对吕家坨矿工业广场构不成水害威胁。1.1.4 气象及地震本区夏季炎热多雨，6、7、8月为雨季，地面径流流入沙河和塌陷坑。冬季干燥寒冷，冰冻期自11月下旬至3月上旬，冻土带深度一般为0.8m，属半大陆性气候，经多年观测，地表水体及大气降水与矿井涌水量的变化关系不明显。有地震记载以来，在唐山地区共发生有感地震约百余次，其中震级大于4.8级的有十余次，大于6级的有2次。最大一次地震发生在1976年7月28日，震级7.8级，极震区烈度11度。1.1.5 矿
4、区经济情况区内农业以种植玉米、小麦、花生、水稻为主；工业主要有水泥、煤矿、陶瓷、钢铁、发电等产业；劳动力资源充足。1.1.6 水源及电源矿区由矿内净化水厂提供生产、生活用水，供水能力约为400万吨/年，另矿区内还有一座污水处理厂，提供一级B排放标准的中水，供水能力约为75万吨。矿区与两个电网相连接，一为华北电网，另一为开滦电网。距华北电网的距离为1.3km，距开滦电网的距离为9.5km。1.2 井田地质特征1.2.1 井田地质构造 吕家坨井田主体构造是吕家坨背斜。开平向斜是一赋煤向斜构造，煤系地层为石炭二叠系。向斜轴的总体方向约NE40，北部受青龙山背斜等北西南东向构造的影响，自古冶至唐家庄逐
5、渐变为东西向，形成一弧形构造。向斜的两翼不对称：西北翼岩层倾角陡，甚至局部倒转，并伴随出现了一组与向斜轴大致平行的断层和短轴褶皱构造。东南翼岩层倾角相对平缓，向斜边缘出现两组短轴边幕状褶皱，轴向与开平向斜轴直交或斜交，并沿倾伏方向逐渐消失。其中一组由杜军庄背斜、黑鸭子向斜、吕家坨背斜、范各庄向斜、毕各庄向斜及南阳庄岭上背斜组成；另外一组在宋家营以南，规模不如前一组。东南翼断层的发育程度相对西北翼较低，且断层常分布在轴部附近，方向常斜交地层走向或平行褶曲的轴向，正断层为主，逆断层较少，落差一般小于30m。吕家坨井田以褶皱构造为主。井田内自北而南依次发育有黑鸭子向斜、吕家坨背斜、范各庄向斜、毕各庄
6、向斜、南阳庄岭上背斜、小张各庄向斜等五个主要褶曲构造。黑鸭子向斜轴作为吕、林井田技术边界。吕家坨背斜为矿井的主体构造，约占井田面积的70%，其中深部还发育有次一级的褶曲构造。在井田南部，吕家坨背斜、毕各庄向斜、南阳庄岭上背斜、小张各庄向斜等褶曲构造复合，形成了董各庄盆地构造区和王各庄马鞍形构造区。1.2.2 水文地质吕家坨矿区位于开平向斜东南翼，区内地势较平坦，地面标高介于+22.74+31.13m之间，含煤地层位于第四系冲积层之下。地面径流不发育，降水大部分渗入地下补给潜水层，只有大雨或暴雨才形成地表径流，流入附近塌陷坑、幸福河或塌陷区等低洼地带。第四系冲积层厚度介于10.00103.50m
7、之间，煤层露头带附近一般厚4060m，自西北向东南逐渐增厚。上部有分布广泛的以细砂层为主的潜水层，冲积层第一承压含水层由上下两段组成，含水较丰富，上段以中粗粒混合砂为主，下部以粗砂、卵砾石层为主，分布在勘探区中部。煤系地层覆于奥陶系灰岩之上，奥陶系灰岩为裂隙、岩溶含水层，煤系本身及其上部基岩具有若干个砂岩含水层，其下部有厚度约36m的唐山灰岩及薄层石灰岩34层，其含水性不均一。在背斜轴部附近，因受构造的影响，断层较为发育，但落差均不大，其导水性较两翼为强。1)含水层段（岩组）划分及水文地质特征根据开滦矿区统一的含水层划分标准，将区内含水层划分七个含水层（表5-1），其中、含水层为直接充水含水层
8、，其它为间接充水含水层。现分别对冲积层含水层、基岩含水层叙述如下：冲积层含水层组（）本含水层组由砾石、粗砂、中砂、细砂组成，卵石粒径在2050mm，磨圆度中等。此含水层组平均厚度34m，单位涌水量0.1033.68L/s.m，渗透系数0.7510.66m/d，富水性中等。上部水质为重碳酸氯钙镁型，下部为重碳酸钙镁型。其底部与基岩风化带呈不整合接触，第四系冲积层水通过基岩风化带经常性补给基岩含水层，不直接受季节和降水的影响。但是，由于风化作用，强风化带的砂岩变成了散砂状，粘土岩常变成软泥状，使裂隙弥合，相对阻隔了第四系含水层水向基岩含水层的补给。基岩含水层煤系地层中的各含水层组主要由不同粒径的砂
9、岩组成，相邻含水层均由粘土岩和煤层相隔，其中以第、含水层组对矿井涌水量影响较大，为矿井采掘时直接充水含水层。作为煤系地层基底的奥陶系灰岩含水层()，含水性强，在正常情况下，不直接参与矿井涌水，但由于局部构造裂隙带的沟通，该含水层水也有可能涌入矿井。各含水层组含水性特征概述如下： 古冶组砂岩含水层组（）：本含水层组位于A层之上，厚约115m，岩性以砂岩为主，局部含砾，富水中等。为矿井间接充水含水层。5煤层顶板含水层组()：该含水层组厚约220m，位于5煤层以上6m，岩性以中、细砂岩为主，具粗砂岩，泥硅质胶结、坚硬，主要成分为石英、长石、岩屑等，裂隙发育，单位涌水量0.276-1.728L/s.m
10、，渗透系数0.91-1.37m/d，矿化度0.2210.456g/L，水质为重碳酸硫酸钠钙型。据钻孔简易水文及矿井实际涌水等分析，该含水层含水性不仅与岩性有关，同时也受补给条件和构造断裂控制，如吕家坨背斜轴部位、断层发育部位，钻孔钻进过程中泥浆冲洗液均发生大量漏失现象，背斜两翼及构造简单部位，泥浆冲洗液消耗则较小。1994年，4654工作面回采过程中，最大涌水量1.58m3/min，且不易疏干。总体来说，该含水层属含水性中等较强的含水层。7煤层顶板含水层组（）：该含水层组厚约30m，位于7煤层以上3m，岩性以粉砂岩、细砂岩为主，下部有中砂岩，局部见泥质胶结的粗砂岩，单位涌水量0.010.286
11、L/s.m，渗透系数0.11518.063m/d，矿化度0.5050.297g/L，水质为重碳酸钙镁型。根据钻孔简易水文观测资料及矿井生产涌水量分析，该层含水性较弱，为矿井直接充水含水层。12煤层14煤层间含水层组（）：该含水层组厚约60m，位于12煤层以下4m，顶、底部由细砂岩及粘土岩组成，中部具厚层中粗砂岩且含砾，泥质及硅质胶结，裂隙较发育，钻进过程中常发生漏水现象。为矿井直接充水含水层，开拓巷道多布设在此层位，每遇裂隙均有滴水和淋水出现，给施工带来困难。在-950m水平延深勘探中，吕补16号孔对该含水层进行了注水试验，试验结果表明在吕家坨背斜北翼该含水层富水性及导水性均很弱，单位涌水量为
12、0.0025L/s.m，渗透系数0.000014m/d。14煤层奥灰间含水层组（）：该层厚约130m左右，岩性以粉、细砂岩为主，夹数层灰岩（K4、K3、K2、K1）及底部G层铝土岩。其中唐山灰岩（K3）一般厚度3m左右，沉积较稳定，质不纯；单位涌水量为0.025L/s.m，渗透系数2.59m/d，水质为重碳酸硫酸钙镁型，据钻孔简易水文观测资料，该层含水性较弱，为矿井间接充水含水层。奥陶系灰岩含水层组（）：该层厚约420m，为煤系地层基底，与上部地层呈不整合接触，质纯。单位涌水量最大72L/s.m，渗透系数最大167.73m/d，富水性极强，矿化度0.1660.347g/L，水质为重碳酸钙镁型。
13、岩溶裂隙发育，含水性强。在-950水平延深勘探中，有两个钻孔（吕补11、吕补13）揭露该层浅部，均揭露60余米，进行了水文地质试验，并留做水文长观孔。该层为矿井威胁最大的间接充水含水层。奥陶系灰岩下伏于煤系地层，距最下一层可采煤层达180m左右。奥陶系灰岩顶部以上3040m内的岩层主要由粘土岩和粉砂岩组成，直接接触处均有厚层粘土岩，起着良好的隔水作用。所以在正常情况下，二者之间的水力联系为极微弱。根据钻探取芯及抽水试验资料分析，奥陶系灰岩浅部岩溶、裂隙较不发育，单位涌水量在0.01870.322L/s.m之间，渗透系数在0.03080.491m/d之间，说明奥陶系灰岩含水层浅部富水性较弱。2)
14、区域岩溶地下水的补给、径流和排泄奥陶系灰岩含水层由于其上部稳定发育的G层铝土岩及多层粘土岩、粉砂岩，正常情况下阻隔了奥灰含水层向煤系含水层的补给。奥灰水由煤系地层下部迂回而过，至范各庄、钱家营矿南部又与冲积层承压水相遇。所以，在自然条件下，井田东北部煤岩层露头处是奥灰水补给区，相邻范各庄矿、钱家营矿为地下水排泄区。3)矿井涌水量矿井涌水量不大，为130m/h。1.2.3 其他有益矿物本井田煤系地层中的伴生有益矿产有铁铝质泥岩、耐火粘土和稀有元素。经以往勘探采样分析，品位一般较低，目前尚无开采价值。1)A层铁铝质泥岩为灰紫紫红色，细腻、性脆，呈棱角状断口或贝壳状断口，含菱铁质鲕粒。全区普遍发育，
15、厚度在3.1114.20m，平均7.46m，一般上部质地较纯，下部含铁量高，铝质含量低，未达到开采要求。2)3煤层底板和14煤层底板耐火粘土3煤层底板耐火粘土浅灰色褐灰色，细腻具滑感，含褐红色菱铁质鲕粒，顶部含植物根化石，厚度23 m，因含铁量高而达不到品位要求。14煤层底板耐火粘土灰色深灰色，富含植物根化石，团块状构造，厚度23m，因含铝量低而达不到开采品位的要求。3)稀有元素在煤质化验中表明，煤层中存在一定量的稀有元素锗、镓、钒等，其中锗含量1.0052.000ppm，镓含量16.16821.000ppm，钒含量0.0200.036ppm之间，都远远达不到开采品位。1.3 煤层特征1.3.1煤层煤层的结构和厚度总体上与勘探阶段一致，主采煤层煤质稳定，煤类单一。计算储量煤层为两层，即7号和8号煤层，总厚度8.8米。 7煤层： 勘探厚度3.85.2m，平均4.8m，除局部煤层变薄、局部受冲刷缺失外，实见煤厚、结构与勘探阶段相符合，为全区可采煤层。8煤层： 勘探厚度3.54.8m，平均4m，为全区可采煤层。全矿及邻区实见163个点，78煤层层间距最大15.14m，最小0.10m，平均4.44m。间距变异系数77.78。井田东、西部间距较小，向中部逐渐增大。在中部间距较大区中间又有一个形状不规则的间距缩小区。表1-1
