煤层自然发火防治毕业设计.docx

中国矿业大学10级本科生毕业设计

1 矿区概述及井田地质特征
1.1矿区概述
1.1.1井田位置、范围、地形特点和交通位置
涡北煤矿位于淮北平原西部，行政区划属安徽省涡阳县管辖，其中心南距涡阳县城4km。涡北矿矿井范围：南起F9断层，北至刘楼断层；东起太原组第一层灰岩顶界面的隐伏露头线，西止于32煤层-1000m水平等高线的地面投影线。平面上近似为一矩形，南北长5.62～6.53km，东西宽2.33～3.71km，面积17.117km2。矿井东南约3km处有濉阜铁路从通过，涡阳火车站距矿井中心约5km；在矿井的西部（直线距离）约40km处有京九铁路；涡阳至河南省永城，涡阳至阜阳、蚌埠、亳州、淮北及邻县已形成四通八达的公路网。涡河可长年通航小型机动船，上游可达亳州，下游直通淮河，具体位置见图1-1。
图1-1涡北煤矿交通位置图
矿内地势平坦，地面标高29.49～31.8m，地势西北高东南低。矿内河渠纵横，村庄密布，河渠两岸及道路两侧绿树成荫。
1.1.2矿区水文情况
本区属淮河水系。涡河及其支流武家河为长年性河流，由西北向东南流经矿井西南部。夏季洪水期，涡阳城关节制闸上游最高洪水位（1963年8月7日）标高为30.45m，秋冬季枯水期，河水水位一般较低。人工开挖的灌溉沟渠中，较大的有涡新河。
区内河渠纵横，河流较多。主要河流有岱河、闸河、濉河、新汴河、沱河、浍河、澥河、涡河、北淝河等。各河大致自西北流向东南，大部分汇入淮河（新汴河直接汇入洪泽湖），流迳洪泽湖然后入海。各河属中小型季节性河流，河水受大气降水控制。雨季各河水位上涨，流量突增；枯水期间河水位回落，流量减少甚至干涸。各河年平均流量3.52～72.10m3/s，年平均水位标高为14.73～26.56m。
本区地下水较丰富，一般能满足居民生活及工业用水。
1.1.3矿区气候条件
本区气候温和，属季风暖温带，半湿润气候，春秋温和少雨，夏季炎热多雨，冬季寒冷多风。1956～1990年年平均气温14.6℃，最高气温（1964年7月9日）41.2℃，最低气温（1969年2月5日）-24℃。春秋季多东北风，夏季多东～东南风，冬季多北～西北风，平均风速为3.2m/s。年平均降水量为811.8mm，雨量多集中在七、八两个月。全年蒸发量1890.6mm，全年无霜期215天，冻结期最早为11月10日（1968年），最晚可至次年3月16日（1959年）。冻土最深可达19cm（1977年1月6日）。
1.1.4矿区地震情况
本区处于东西向和南北向大断裂的交汇带，曾有小地震发生，但没有灾害性的大震。根据安徽省地震局1996年编制出版的地震烈度区划图查得，本区地震基本烈度值为Ⅶ，地震动峰值加速度为0.10g。
1.2井田地质特征
1.2.1井田地形
本矿井为一走向近南北，南部略转向南东，向西倾的单斜构造，地层倾角沿走向和倾向均有一定的变化，一般为20°～30°；依据钻探、地震资料，区内断层较为密集，同时小构造亦较发育，因此，矿井的构造复杂程度应属中等局部中等偏复杂。
本矿井为全掩盖区，第三、四系厚度变化不大，一般在400～420m左右，古地形东高西低。区内地势平坦，潜水面较浅，在潜水面下3～5m，多为砂质粘土或粘土质砂与粉砂互层，地震勘探施工条件和地震波激发条件较好。本区属华北型晚古生代含煤盆地，二叠纪煤系沉积相对稳定。岩煤层具明显的物性差异，其波阻抗差较大，较易获取煤层反射波。
1.2.2井田勘探程度
矿井勘探工作量：测定勘控测距导线22条，109个点，共60.45km；测定钻孔95个；测定二维地震测线129条，共389.54km。
在查明本区地层的基础上，对含煤地层的岩石组合特征、古生物化石情况进行了详细研究，论述清楚。利用综合勘查方法查明了本区的构造形态，查明了第一水平落差大于20m的断层，基本查明了首采区落差大于10m的断层，主采煤层底板等高线控制严密，井田边界已经控制，岩浆岩对煤层煤质的影响已详细了解。查明了本区煤层的层数、层位、厚度、结构及其变化规律、各可采煤层的物理性质和煤岩特征及本区的水文地质条件。
1.2.3井田煤系地层概述
本矿井内古生界岩层均隐伏于新生界松散层之下，经钻孔揭露，自下而上分别为奥陶系考虎山组、石炭系本溪组、太原组，二叠系山西组、下石盒子组、上石盒子组、石千峰组，第三系、第四系。各组岩性特征由老到新简述如下：
(一)奥陶系（O2t）
老虎山组：
揭露厚度10.76（6(1)孔）。为深灰色略带肉红色块状微晶白云质含泥质灰岩，含燧石结核，裂隙尤为发育。
(二)石炭系（C）
矿井内6(1)孔揭露出本溪组和太原组地层剖面。
1、中统本溪组（C2b）：
与下伏老虎山组假整合接触。厚43.73m，为深灰色钙质泥岩、暗紫色～杂色铝质泥岩、铁铝质泥岩为主，上部夹浅灰白色生物碎屑泥晶灰岩两层。
2、上统太原组(C3t)：
与下伏本溪组整合接触，厚127.70m。根据岩性特征分段叙述如下：
下段：为深灰色生物碎屑泥晶灰岩，含蜓类、海百合、有孔虫、瓣鳃类等动物化石。
中段：浅灰色～灰色细中粒石英砂岩、泥岩夹薄煤三层及生物碎屑灰岩一层。
上段：灰～深灰色泥晶生物碎屑灰岩５层夹深灰色泥岩及薄层细砂岩。灰岩中含较多蜓类、腕足类、珊瑚、海百合茎等动物化石。
(三)二叠系（P）
１、下统山西组（P1S）：
与下伏太原组整合接触。底界以太原组Ｌ１灰岩之顶为界，上界至铝质泥岩下骆驼钵砂岩之底，厚66.85～108.11m，平均厚87.76m。由砂岩、粉砂岩、泥岩和煤层组成，含10、11两煤层（组）。
2、下统下石盒子组（P1X）：
与下伏山西组整合接触。下界从骆驼钵砂岩之底，上界至3煤组下K3砂岩之底，地层厚246.73～255.31m，平均厚250.04m，岩性由砂岩、粉砂岩、泥岩和煤层组成。
本组为本矿主要含煤段，含4、5、6、8等四个煤组，其中81、82为本矿主要可采煤层，62、63为局部可采煤层。
3、上统上石盒子组（P2S）：
与下伏下石盒子组整合接触。下界从K3砂岩之底，上界至平顶山砂岩之底，厚约642m。由砂岩、粉砂岩、泥岩和煤层组成。泥岩、粉砂岩颜色变杂，紫色和绿色增多。含1、2、3三个煤层（组），其中32煤层为局部可采煤层。
4、上统石千峰组（P2h）：
与下伏上石盒子组整合接触，揭露厚度>310m。
下段：厚约80m。为灰白色粗粒石英砂岩夹砖红色细砂岩、粉砂岩薄层，石英含量可达85～90%，含长石及重矿物，接触式、基底式胶结，填隙物主要为硅质、少量泥、钙质，局部可见泥岩角砾，厚层状，层理不发育。
上段：砖红色粉砂岩为主，夹细砂岩薄层，镜下鉴定石英含量可达75～85%，长石含量10%左右，含有重矿物，基底式、接触式胶结，填隙物主要为钙质，少量泥质，常见钙质结核，平行层理发育，层面含白云母片。
(四)上第三系
1、中新统
本统与下伏二叠系呈不整合接触。厚度111.20～147.80m，平均为133.50m，一般可分为三段：
下段：为残坡积相沉积，岩性较杂，其厚度变化大，为0～11.35m，一般厚度3～4m，为深黄、灰白、灰绿及棕红色砂砾、砾石、粘土砾石、粘土质砂及钙质粘土组成，多呈半固结状。
中段：为湖相沉积，岩性为灰绿色粘土和半固结及固结状灰白色泥灰岩及钙质粘土。泥灰岩坚硬有溶蚀现象，具溶孔或小溶洞。一般厚度10m左右。
上段：为湖相沉积，岩性由灰绿、灰白、灰黄色厚层粘土及砂质粘土间夹5～8层细砂或粘土质砂组成。粘土单层厚度大，分布稳定，质纯致密，具静压滑面。一般厚度110m左右。
2、上新统
与下伏中新统呈整合接触，为河湖相沉积物，分为上中下三段：
下段：棕黄、灰绿、灰白色中细砂及粉砂、粘土质砂间夹3～6层砂质粘土及粘土组成。一般厚度55m左右。
中段：棕黄及浅黄色中细砂和粉砂间夹3～5层粘土或砂质粘土，砂层单层厚度大，结构松散。局部夹1～3层薄层呈透镜状分布的砂岩（盘），钙泥质胶结，岩性坚硬。本段厚度95m左右。
上段：灰绿、浅黄、棕黄色粘土及砂质粘土夹2～3层细砂及粘土质砂。顶部富含钙质及铁锰质结核组成古土壤层，相当于沉积间断古剥蚀面，是第三系与第四系地层的分界线。厚度32m左右。
(五)第四系
该地层假整合于上第三系之上，厚度83～99m，一般为91m左右。
1、更新统
为河流相沉积，岩性变化大，由浅黄色细砂、粉砂和粘土质砂间夹多层粘土和砂质粘土组成。顶部有一层约1～2m厚的深灰色砂质粘土，富含腐殖质，含螺、蚌壳化石碎片。厚度一般70m左右。
2、全新统
假整合于下伏更新统之上，厚度为30m左右，本统属河流～河漫滩相沉积，可分为上下两段。
下段：土黄色、浅黄色粉砂、细砂及粘土质砂间夹薄层砂质粘土，砂层较松散，具有2～3个韵律和微薄水平层理。
上段：褐黄色、灰黄色砂质粘土，垂深5～7m，富含钙质结核（砂礓）。顶部近地表0.5m为褐灰色耕植土。
1.2.4井田地质构造
涡北煤矿属于涡阳矿区，涡阳矿区的控煤构造与淮北煤田东部的徐宿弧形推覆构造和淮南煤田南缘的推覆和滑脱构造是完全不同的，它是一种裂陷控煤构造。其构造作用方式和形成时代都有其自己的特点，这与其所处的构造环境有关。见图2-1。
图1-2 涡阳矿区构造略图
地堑--地垒组合是涡阳矿区的主要构造表现形式。涡阳矿区的地堑--地垒组合具有近东西向和近南北向的两种展布形式，其中东西向者规模相对较大。它们复合后的形态正好是类似基底的网格状。两种方向的地堑--地垒构造间复合具有多种型式，其复合效应在新生界地层沉积，煤系地层因此被深埋；在地堑和地堑的复合部位，下第三系红层比较少见，煤系地层赋存较浅；在地垒和地垒的复合部位，可见基岩露头零星裸露，煤系地层或赋存较浅，或被剥蚀。
涡阳矿区的褶曲构造不甚发育，或不具规模。过去，涡阳矿区曾被归纳为徐宿弧形构造的外围构造，即弧形构造的向西过渡，褶曲构造较为发育，并因此将涡阳矿区定名为亳州穹褶曲。如“芦庙--梅城背斜”、“信湖背斜”、“永城背斜”等及其配套“向斜”构造存在其间，现今，这种构造认识已被大量实证资料所否定，其相应背斜位置皆为地垒或断隆(背形)；向斜部位则皆是地堑或断陷(向形)。
涡阳矿区构造具有复杂多变的组合型式，这是构造多期次活动和构造继承的结果。早期发生的构造在晚期再次活动，使其兼具晚期构造运动的特点；晚期构造的多次运动使其在切割关系上又显现出早期构造的特征。所以，断层切割关系十分复杂。
涡阳矿区构造是在其网格状破碎基底上发育而来的裂陷控煤构造。印支--燕山期，本区地壳一直处于一种挤压应力背景之中。但由于其距板缘构造运动带较远，因此板缘强烈的褶皱作用或逆冲推覆作用都不应是本区所具有的构造活动方式。基底的脆形变形，即基底网状裂面的发生和发展(也应包括一些区域性大断裂向盖层的发展)应该是本区此时期构造运动的主要方式。
晚白垩世晚期(即喜马拉雅早期)及其后，该区地壳运动已实现了由挤压缩短机制向拉张断陷机制的转变。于是夏邑--固始断裂开始发生和发展，西部巨厚的新生界盆地即将堆积；于是宿北断裂和光武--固镇断裂间的光武--涡阳大地堑开始加大其垂向反差，顺应其地堑中心部位，在涡阳矿区出现了下第三系红层的堆积。
1.2.4.1井田地质构造及分布特征
涡北煤矿位于涡阳矿区的东北部，地处宿北断裂、光武～固镇断裂及夏邑～固始断裂和丰涡断裂所围成的菱形地块内。主体构造表现为一遭受断层（块）切割了的西倾单斜。矿井构造明显受到区域构造的制约。
图1-3涡北井田（基岩）地质简图
涡北煤矿总体上为一走向近南北，向西倾斜的单斜构造，地层倾角一般在20～30º。其南、北自然边界分别为F9、F9-1和刘楼断层。区内的F22（纵向）和F26（横向）两条相交的正断层将矿井分割成四个小区。
Ⅰ区：刘楼断层～F26间，F22～矿井浅部边界；
Ⅱ区：F26～F9及F9-1间，F22～矿井浅部边界；
Ⅲ区：刘楼断层～F26间，F22～矿井深部边界；
Ⅳ区：F26～F9间，F22～矿井深部边界；
除第Ⅲ小区断层相对稀少外（2条），其它3个小区的断层较发育，其中以第Ⅳ小区最复杂。但“出露”于基岩面的仅有28条，见图2-2。区内构造特点以断层为主，褶皱不太发育。全矿井共查出断层54条。其中正断层51条，逆断层3条。在54条断层中，落差<10m有8条，<20m的21条，≥20m的占33条，另还有孤立断点46个。总的来看小断层还是较为发育，特别是在浅部或一些较大的断层附近。从现有资料统计，矿井内<10m的8条小断层和46个孤立断点主要分布在F25断层附近和以北地段中的一水平范围内（7条小断层及30个孤立断点，占近70%）。
1.2.4.2井田内主要断裂构造
涡北井田内断层数量多，据地震提供的断点和岩煤层对比，结合矿井构造规律等多种因素，进行综合分析组合成断层54条。井田内断层展布方向规律明显，除8条近东西方向的断层外，其它断层均在NE～NW方向之间，其中又以NNE和NNW方向为主的展布方向规律明显，查出的54条断层，除3条边界断层及两条分区断层对煤层影响最大以外，其它断层均不同程度地影响各分区内的煤层或煤组。其中影响8煤组的断层有43条，除F25、F8、F1、F34等四条断层的落差≥100m外，其它断层一般都在50m左右，其中<20m的19条，占44%。井田内主要断层包括以下断层，对应位置见图2-2。
（1）刘楼断层
为矿井北部边界。正断层，走向近EW，倾向N，走向长度>3km，落差>1000m，倾角30～50º。该断层在新的构造期再次发生了继承性活动，切穿了新第三系，使上盘地层进一步下滑。
（2）F9断层
为矿井南部边界。正断层，走向总体为NE方向，在矿井浅部逐渐转向近EW方向。倾向SE，走向长度>2.3km，落差>280m，倾角70º，属查明断层。
（3）F9-1断层
为矿井东南边界。正断层，走向总体为NE方向，倾向SE，走向长度>900m，落差>270m，倾角50º，南部被F9所截，属查明断层。
（4）F22断层
为分区边界。正断层，走向SN，倾向E，走向长度>6km，贯穿整个矿井。落差65～250m不等，北部（构1线～3线）较小，一般<100m，1线附近最小为65m，向南变大，最大在9线、11线为250m。断层倾角变化也较大，在30～75º之间，局部呈舒缓波状，由北向南倾角逐渐增大，造成无煤带水平宽度在30～300m之间，一般为200m左右，属查明断层。
（5）F26断层
为分区断层。正断层，走向NEE，倾向NNW，走向长度>3.7km，切割整个矿井。落差在90～310m之间，倾角为40～70º，属查明断层。
（6）F26-1断层
正断层。走向NEE，倾向NNW，倾角40～70º，落差0～100m，为F26的分支。在平面上与F26组成一长条形断夹块，长2.2km，宽0.10km。在-1000m以深与F26相交，剖面上呈一似“y”字形，对上部煤层有一定影响。由于夹块较窄，致使块内的煤层无开采价值，属查明断层。
（7）F1断层
正断层。走向总体近SN，在平面上呈一较平直的“蛇曲形”，走向长度约2km。南部被F9所截，向北在8-9线附近交于F22断层。落差25～100m，倾角40～70º。在平面上与F22断层构成一个地堑式的夹块，长1.9km，宽0～0.23km。由于夹块较窄，断层落差较大，致使断块内的煤层失去了开采价值，属查明断层。
（8）F25断层
正断层。走向总体近EW，东段由于受F22的切割影响，使其走向变为NEE向。深部被F26断层所截。走向长度约2.2km，贯穿Ⅱ、Ⅳ小区。落差20～150m，浅部小，深部大，断层倾角70º，属查明断层。
（9）F15断层
逆断层。位于Ⅰ区之中，北与F22-1相交，向南被F26-1断层所截。总体走向SN，倾向E，走向长约1.5km，落差0～50m，影响深度在-700m水平以下，对32煤层及一水平的其它煤层没有破坏作用。断层倾角在5～30º之间，为查明断层。
（10）F63断层
正断层。位于Ⅰ区之中，北与刘楼断层相接，南被F26-1所截。总体走向SN，倾向W，在平面上为一向东弯曲的“弓箭”状，走向长度约2.2km，深部被F22所截。主要影响32煤层和6煤组的局部地段，对8煤组和112煤层无影响。断层落差30～150m，北部小，向南逐渐增大，为查明断层。
（11）F8断层
正断层。位于Ⅳ区之中，总体走向NNW，北端逐渐转向N，并消失在8-9线附近，南端被F9所截。走向长度约为2.6km，倾向SWW，落差在0～120m之间，由北向南逐渐增大，倾角60～70º，属查明断层。
（12）F3断层
逆断层。位于Ⅳ区之中，总体走向NE，北端逐渐转向NNE方向，倾向SE，走向长度约1.5km，落差在0～50m之间，倾角50～58º，属查明断层。
1.2.4.3井田内褶曲构造
本矿褶曲不甚发育，仅存在一些宽缓的波状起伏。F22断层以东的Ⅰ、Ⅱ小区，地层倾角变化不大，一般在27º左右；F22断层以西的Ⅲ、Ⅳ小区，地层倾角则相对较为平缓，但沿走向也有一定的变化，北部宽缓，地层倾角在11～21º之间，一般在17º左右。自第8勘查线向南～-700m水平以深及F3以南的地段，地层倾角变陡，由21º逐渐变为27º，致使南部水平宽度减小，地层走向也逐步拐向SE方向。
1.2.4.4井田内岩浆活动
区内岩浆活动不甚强烈，仅在矿井边缘有两个钻孔（6-1、12-7孔）见到。6-1孔：斑状花岗岩，厚度7.80m，侵入层位位于本溪组顶部；12-7孔：闪斜煌斑岩，厚度1m，侵入层位在上石盒子组上部，下距3煤组约270m左右。根据已有资料分析，岩浆岩对矿井内煤层、煤质、瓦斯赋存影响的可能性较小。从区域岩浆岩资料及本矿井的侵入层位可以推断，区内岩浆岩的侵入时代应属于燕山期。
1.2.5井田水文地质情况
本矿范围内的地表水均属淮河水系，主要地表水系为涡河、武家河、涡兴河等。涡河是淮河北岸的一级支流，流经本矿西南边界，由西北流向东南汇入淮河。涡河常年水深1～2m，汛期4～8m，3年、5年、10年一遇流量分别为1100m3/s、1500m3/s、1800m3/s。武家河是涡河的支流之一，由北向东南流经本矿西南部，涡兴河是武家河的支流之一。涡河及武家河为中小型季节性河流，水文动态受气候因素控制，具雨源型特点，表现为洪水期，河水位上涨，流量急增，枯水期河水位大幅度下降，流量减小。涡河在近40年的最高洪水位标高为30.45m，最大洪峰流量2480m3/s， 地表水一般对矿井建设及矿床开采无影响。
1.2.5.1地下水含（隔）水层
矿内煤系地层均被新生界松散层所覆盖。松散层厚度受古地形所控制，总休趋势是自东向西逐渐增厚，两极厚度378.80～445.40m，一般厚度为400m左右。按其岩性组合及区域资料对比，自上而下可划分出四个含水层（组）和三个隔水层（组）。
(一)第一含水层（组）
底板深度在31.30～37.60m之间，一般为35m左右。含水砂层厚度为14.85～26.00m，一般为20m左右。顶部近地表0.5m左右为褐灰色耕植土，埋深在5～7m处富含钙质结核和铁锰质结核。该层（组）主要由浅黄色细砂、粉砂及粘土质砂，夹2～3层薄层状砂质粘土组成。据供水总结抽水试验资料：水位标高27.13～29.22m，q=0.534～1.536l/s.m，K=3.58～8.35m/d，富水性中等。矿化度0.299～0.747g/l，全硬度为13.35～23.38德国度，pH值7.5～8.35，氟含量0.4～1.4mg/l，水温14～16℃，水质类型为HCO3-K+Na.Mg.Ca型水。
(二)第一隔水层（组）
底板深度45.60～53.40m，一般为50m左右。隔水层厚6.40～15.80m，一般厚度10m左右。由浅黄色及浅棕黄色粘土及砂质粘土，夹1～3层粉细砂及粘土质砂，富含钙质结核及铁锰结核。分布稳定，隔水性能较好。
(三)第二含水层（组）
底板深度86.30～104.60m，一般为90m左右。含水层厚度9.40～28.50m，一般为20m左右，由浅黄色细砂、粉砂及粘土质砂，夹5～8层砂质粘土或粘土组成。该含水层（组）砂层单层厚度小，变化大，一般砂层不发育。据供水总结抽水试验资料：水位标高24.46～28.01m，q=0.099～0.564l/s.m，K=0.98～4.28m/d，富水性弱～中等。矿化度0.830～1.51g/l，全硬度为16.17～27.15德国度，pH值7.7～8.30，氟含量0.8～1mg/l，水温15～17℃，水质类型为HCO3-K+Na.Mg型和SO4.HCO3.Cl-K+Na型水。
(四)第二隔水层（组）
底板深度116.40～142.30m，一般为120m左右。隔水层厚度12.80～46.50m，一般为23m左右，由棕黄、灰黄及棕红色砂质粘土及粘土，夹1～3层细砂及粘土质砂组成。分布稳定，隔水性能好。
(五)第三含水层（组）
底板深度为260.20～297.60m，一般为270m左右，含水层厚度69.50～124.10m，一般为100m左右，由深黄、棕黄、棕红、灰白色、中砂、细砂、粉砂及粘土质砂，夹5～8层粘土或砂质粘土组成。顶部一般夹有1～2层细砂岩（盘），在195～225m有1～2层厚粘土可把该含水层组分为上下两段：上段砂层较厚一般大于50m，含水较丰富。据供水总结抽水试验资料：水位标高14.56～22.31m，q=0.491～0.890l/s.m，K=0.89～3.90m/d，富水性中等。矿化度0.791～1.245g/l，全硬度为4.19～10.01德国度，pH值8.30，氟含量1.7～1.8mg/l，水温18～19℃，水质类型为HCO3.Cl-K+Na型和HCO3.Cl.SO4-K+Na型水。经矿泉水指标测试结果，本层水中锶、碘、偏硅酸达到饮用天然矿泉水标准。下段砂层较上段薄，一般厚度为20～40m，砂层泥质含量高，含水性比上部差。据供水总结抽水试验资料：水位标高22.61m，q=0.232l/s.m，K=1.25m/d，矿化度1.245g/l，全硬度为5.41德国度，pH值8.45，氟含量2.62mg/l，水温17℃，水质属为HCO3-K+Na型水。但水的矿化度、氟含量及色度多项指标超过生活饮用水标准，该层水不宜饮用。
(六)第三隔水层（组）
底板深度为374.80～442.20m，一般为400m左右，隔水层厚59.90～128.40m，一般为95m左右，由灰绿、棕红、灰白色粘土、砂质粘土及钙质粘土，夹4～10层粉细砂及粘土质砂组成。底部在6～12线之间有泥灰岩分布，其厚度1.40～32.30m，平均厚10.52m。
(七)第四含水层（组）
本含水层（组）直接覆盖在煤系地层之上，其厚度变化主要受古地形控制，含水层厚度0～11.35m，平均厚3.43m。其岩性较复杂，多为半固结及固结状砾石及粘土质砂组成。分布极不稳定，只是在4线和10线局部地段呈透镜状分布。据10(7)孔抽水试验资料：水位标高33.312m，q=0.0327l/s.m，K=0.3424m/d，富水性弱。矿化度3.16g/l，全硬度18.43德国度，水质类型Cl.SO4-K+Na型水。据2006年4月施工的四含观测孔资料，当时水位标高为+23.50m。
1.2.5.2岩层透水性
(一)二叠纪地层含、隔水层（段）
二叠纪地层岩性主要由泥岩、粉砂岩及砂岩所组成，并以泥岩和粉砂岩为主。砂岩裂隙一般不发育，即使局部地段裂隙较发育，也具有不均一性，且抽水试验水量较小。根据区域水文地质资料和矿区内主采煤层赋存的位置与裂隙发育的程度划分如表1-4中的含、隔水层（段）。
(二)石炭系含、隔水层（段）
1、太原组石灰岩岩溶裂隙含水层（段）
本矿据6(1)孔资料，太原组厚度127.70m，由灰岩、泥岩、粉砂岩、砂岩和煤层组成。含灰岩7层，厚度52.60m，占组厚41.2%。其中L3、L4、L12层灰岩单层厚度大且分布稳定，为主要含水层段。一般可划分为上下两个含水层段，上部灰岩含水层段由4层灰岩组成，灰岩厚度21.93m，其中L3、L4层灰岩，单层厚度大且分布稳定。L1灰上距112煤平均间距为14.49m，是开采112煤层时底板进水直接充水含水层（段）。灰岩岩溶裂隙发育不均一，一般浅部较发育，向深部逐渐减弱。个别孔（4(4)）有漏水现象，漏水孔率占2.4%，据8-92和邻区涡水37孔抽水试验资料：水位标高27.17～34.599m，q=0.0286～0.287l/s.m，k=0.155～1.857m/d，富水性弱～中等，矿化度1.941～3.42g/l，全硬度20.72～33.28德国度，水质类型为Cl.SO4-K+Na型和SO4.HCO3-k+Na.Mg型水。据2004年10月施工的太灰观测孔资料，当时水位标高为+26.60m。
2、本溪组隔水层（段）
该段以钙质、铝质和铁铝质泥岩为主，夹2～3层薄层状灰岩，隔水层厚度为36.72m，岩性致密完整，钻探揭露时无漏水现象，具有一定的隔水作用。
(三)奥陶系石灰岩岩溶裂隙含水层（段）
主要由深灰色略带肉红色的白云质灰岩组成。仅有6(1)孔揭露10.76m，裂隙较发育，据区域水文地质资料，该层段在浅部裂隙岩溶发育，富水性强。但由于远离煤系地层，对矿床开采一般无影响。
1.2.5.3井田涌水量
一、矿井涌水量构成
矿井水量构成主要是煤系砂岩裂隙水，其次是新生界含水层孔隙水和其它水（包括采掘活动中的施工用水等）。
1、煤系砂岩裂隙水
该水通过砂岩裂隙，采动冒裂带的导水裂隙等进入矿井，水量约26m3/h，约占矿井总涌水量的60%。
2、新生界松散层含水层孔隙水
本矿主要是三含水，同主井、副井、风井井筒沿井壁裂隙淋入井下，水量约12.8m3/h，约占矿井总涌水量的30%。
3、其它水
井下防尘、施工等用水，水量约4.3m3/h，约占矿井总涌水量的10%。
（三）矿井涌水量的相关因素及变化规律
1、大气降水、地表水对矿井涌水量的影响：本矿新生界松散层有三个隔水层，即第一、第二、第三隔水层，尤其是三隔能有效地隔绝大气降水、地表水与煤系砂岩裂隙水的水力联系，因而大气降水、地表水对矿井涌水量没有影响。
2、由于本矿处于建矿初期，未正式投产，主要是施工巷道，从总体上讲，矿井涌水量随着巷道长度的增加及其围圈面积的增大而增加。
二、涌水量估算结果
1、估算新生界松散层第四含水层（组）涌水量为72m3/h。此项涌水量均不计入矿井涌水量内，仅供留设防水煤柱参考。
2、公式估算一水平矿井正常涌水量为266m3/h；水文地质比拟法公式估算一水平矿井正常涌水量为282m3/h，最大涌水量为395m3/h，两种方法估算的矿井涌水量结果相差不大。矿井涌水量估算公式和参数选择合理，基本符合该矿水文地质条件和实际水文地质资料反映的规律，建议采用比拟法估算的正常涌水量282m3/h和最大涌水量395m3/h，作为一水平矿井排水设计的参考依据。
3、参照《地下水资源分类分级标准》（GB/15218-94）估算涌水量结果其精度相当C级，误差大体在40%以内，基本满足矿井排水设计的需要。
4、估算太原组石灰岩岩溶裂隙水的可能突水水量为490m3/h，此类涌水量不作为矿井正常涌水量，亦不作为矿井最大涌水量，此水量应当作为灾变水量。本矿灾变水量为282+490=772m3/h，，此项涌水量较大，在开采112煤时可能产生底鼓引起突水。在施工中应加强安全措施，防止突水事故发生。
1.3 煤层特征
1.3.1煤层埋藏条件及层数
本矿为石炭～二叠纪含煤地层。石炭系煤层薄、不稳定、煤质差，并且顶板多为石灰岩，水文、工程地质条件复杂，暂不作勘查对象。二叠纪含煤地层，总厚约990m，含煤20～30层，煤层总厚20～26m。上石盒子组下部含1、2、3三个煤组，多为薄煤层。下石盒子组含4、5、6、8等四个煤组，为矿井主要含煤段。山西组下部含10、11两个煤组，煤层薄，煤分层少。可采的有32、62、63、81、82、112等六层煤层，可采煤层平均总厚10.10m，其中81、82为主要可采的较稳定煤层，平均总厚7.37m，占可采煤层总厚的73%；其它为不稳定的局部可采煤层。
涡北矿井二叠纪煤系地层含煤系数约2.3%。其中山西组约1.1%，下石盒子组约6.1%，上石盒子组约0.8%。
煤层厚度有一定变化，但规律性较明显，结构简单至较复杂，全区可采或大部分可采，可采区连续性较好，可采范围内厚度变化不大，为较稳定煤层。达不到上述指标的为不稳定煤层。
可采煤层情况：
涡北矿井有可采煤层6层，自上而下编号为32、62、63、81、82、112。各可采煤层情况见表4101。现分述如下：

可采煤层特征一览表
煤
层
编
号
穿
过
点
数
可
采
点
数
不
可
采
点
数
尖
灭
点
数
断
缺
点
数

冲刷点
厚度
(m)
夹 矸 数
结构
变
异
系
数
%
可
采
指
数
面
积
可
采
率
稳
定
程
度
两极值
平均值
一层
二层
三层
32
50
29
11

10

0.22-1.75
0.89
12
2

简单
43
0.80
76
不稳定
62
77
22
29
8
18

0-1.66
0.59
7

简单
58
0.37
35
不稳定
63
79
18
37
7
17

0-1.21
0.51
9

简单
63
0.41
21
不稳定
81
86
61
合
并
4

19
2
0-7.19
3.78
18
5

简单
36
0.97
99
较稳定
82
86
69

17

1.67-8.20
3.36
22
9
3
较简单
39
1.00
100
较稳定
112
44
17
13
5
9

0-1.58
0.71
9
1

简单
62
0.49
31
不稳定
1.3.2煤层围岩性质
32煤层：
位于上石盒子组下部，为本组唯一可采煤层。煤层厚0.22～1.75m，平均0.89m。变异系数为43%，可采指数0.80，厚度频率分布，0.7～1.4m的见煤点占67%，小于0.7m的占30%，结构简单，部分见煤点具一层夹矸，夹矸为炭质泥岩或泥岩。煤层顶、底板以泥岩为主，并有少量粉砂岩和细砂岩。
62煤层：
位于下石盒子组下部，上距32煤层平均间距为211.25m，煤层厚0～1.66m，平均0.60m。变异系数为58%，可采指数0.37，厚度频率分布，≥0.7m的占40%，小于0.7m的占60%，结构简单，少数见煤点具一层夹矸，夹矸为炭质泥岩。煤层顶、底板以泥岩为主，并有少量粉砂岩。
63煤层：
位于下石盒子组下部，上距62煤层0.92～8.96m，平均3.58m，煤层厚0～1.21m，平均0.51m。变异系数为63%，可采指数0.41，厚度频率分布，≥0.7m的占33%，小于0.7的占67%，结构简单，少量见煤点具一层夹矸，夹矸为炭质泥岩。煤层顶板以泥岩为主，底板一般为泥岩，少量粉砂岩或细砂岩。
81煤层：
位于下石盒子组下部，上距63煤层平均间距29.01m，煤层厚0～7.19m，平均3.78m。变异系数为36%，可采指数0.97，厚度频率分布，≥2.1m的占92%，其中2.1～4.2m的占75%，结构简单，1/3见煤点具一层夹矸，夹矸为炭质泥岩或泥岩。煤层顶板以泥岩为主，粉砂岩、细砂岩次之，粉砂岩、细砂岩下常发育泥岩伪顶，底板一般为泥岩。
82煤层：
位于下石盒子组下部，上距81煤层0～6.77m，平均4.45m，煤层厚度1.67～8.20m，平均3.36m。变异系数为39%，可采指数1，厚度频率分布，≥2.1m的占81%，其中2.1～4.2m的占73%，结构较简单，1/2见煤点具1～2层夹矸，夹矸为炭质泥岩或泥岩。煤层顶板以泥岩为主，并有少量粉砂岩，底板一般为泥岩。
112煤层：
位于山西组下部，上距82煤层平均间距为103.03m，煤厚0～1.58m，平均为0.71m。变异系数为62%，可采指数0.49，厚度频率分布，≥0.70m的占48%，小于0.7m的占52%，结构简单，少量见煤点具一层夹矸，夹矸为泥岩或炭质泥岩。煤层顶板以泥岩为主，粉砂岩次之，底板一般为粉砂岩。
1.3.3煤的特征
一、煤的物理性质和煤岩特征
(一)煤的物理性质及宏观煤岩特征
1、32煤层
黑色，条痕黑褐色，煤芯块状～粉末状。弱玻璃光泽～玻璃光泽，条带状结构，参差状断口。内生裂隙较为发育，且有少量的黄铁矿充填。宏观煤岩成分以亮煤为主，夹镜煤或丝炭条带，煤层底部暗煤含量较高。属半暗～半亮型煤。
2、62、63、81、82煤层
黑色，条痕多为黑色，煤芯块状、碎块状～粉末状。玻璃光泽，阶梯状断口，内生裂隙发育。宏观煤岩成分主要为亮煤和镜煤，少量暗煤，62煤暗煤成分稍高。宏观煤岩类型为半亮型～光亮型煤。
3、112煤层
黑色，条痕褐黑色，煤芯呈块状，玻璃光泽，内生裂隙较为发育，断口平坦。宏观煤岩成份以亮煤为主，少量镜煤和暗煤。属半亮～光亮型煤。
(二)显微煤岩特征
组分

煤层
有 机 组 分（%）
有机
总量
（%）
无机组分（%）
镜质组
反射率
（%）
镜质组
半质
镜组
惰性组
壳质组
粘土类
硫化物
碳酸盐
32
72.31
5.61
21.77
0.31
87.78
10.80
0.16
1.26
1.21
62
76.45
3.09
20.46

90.24
9.41

0.35
1.40
81
72.85
7.75
19.19
0.21
94.28
4.41
0.17
1.14
1.42
82
72.11
4.26
23.35
0.28
92.39
6.42
0.04
1.15
1.43
112
76.19
10.78
13.03

93.12
5.26
1.62

1.49
各煤层有机质含量均大于85%，其中以镜质组为主，含量一般大于72%，其次为惰性组，一般在13～24%之间，壳质组含量较少，基本上<0.5%。无机组分主要为粘土矿物，约占4～11%，其它矿物一般在1%左右；112煤层硫化物稍高。
二、化学性质、工艺性能及煤类
(一）煤的化学性质
1、有害组分
⑴煤的灰分
各煤层原煤灰分：平均值在19.18～27.18%，属动力用煤中灰煤；
各煤层浮煤灰分：平均值在7.75～10.81%，属冶炼用炼焦精煤低灰煤的有81、112煤层，其余为中灰煤。
⑵煤灰成分及灰熔融性
各煤层煤灰组成基本相同，主要为酸性氧化物，平均含量在70.58～89.33%之间，112煤层偏低。碱性氧化物除112煤层>25%外，其它煤层均在20%以下。CaO含量上、下盒子组煤层高于山西组112煤层；MgO一般<2%。由于112煤层的Fe2O3含量较高，结渣指数相应较高；其它煤层的结渣、结污指数较低，可使燃烧炉正常出渣。各煤层煤灰熔融性较高，软化温度一般大于1250℃，高者可达1500℃以上，属较高～高软化温度灰。
2、粘结指数（GR。I）
各煤层GR。I平均值在79.6～90.8之间，其中81、82煤为强粘结煤（G<85），其余为特强粘结煤（G>85）。
3、坩埚膨胀序数和奥亚膨胀度
坩埚膨胀系数（CSN）一般在4～8之间；奥亚膨胀度b值以FM最高，平均值>180，JM的b值变化较大，最小为-15，最大为140。
综上所述，本矿井煤层属强～特强粘结性