通风与安全本科毕业设计--煤层初步设计.doc

前 言
毕业设计是采矿工程专业最后一个教学环节，其目的是使本专业学生运用大学阶段所学的知识联系矿井生产实际进行矿井开采设计，并就本专业范围的某一课题进行较深入的研究。以培养和提高学生分析和解决实际问题的能力，是学生走上工作岗位前进行的一次综合性能力训练，也是对一个采矿工程技术人员的基本训练。
本次设计的内容是×××××煤业有限责任公司2号煤层初步设计。是在×××××煤业有限责任公司井田概况和地质特征的基础上，结合搜集到的其它相关原始资料、运用所学知识、参考《煤矿开采学》、《煤炭工业矿井设计规范》、《煤矿矿井开采设计手册》等参考资料，在辅导老师深入浅出的精心指导下独立完成。在设计的过程中我受益非浅。此次毕业设计是根据国家煤炭建设的有关方针、政策，结合设计矿井的实际情况，遵照采矿专业毕业设计大纲的要求，在收集、整理、查阅大量资料的前提下，运用自己所学的专业知识独立完成设计的。
通过本次设计，我看到了许多以往自己欠缺的地方，提高了综合能力，知识水平有了很大的提高，由于本人的初次设计，错误难免，恳请各位老师指正。
由于本人水平有限，设计中难免存在错误和不足，恳请各位老师不吝指正。

学生：
日期：2012年10月

第一章 井田概况
第一节 井田自然概况
一、交通位置
×××××煤业有限责任公司井田位于霍州市辛置镇西南约2.0km处北益昌村，行政隶属于霍州市辛置镇管辖，井田地理坐标为：
东经111°41′42″—111°43′37″
北纬36°27′39″—36°29′32″
井田北距霍州市6km，距霍州-侯马一级公路1.5km，距108国道0.5km，距离南同蒲铁路辛置站0.5km，与厂用铁路支线相连，交通十分便利，详见交通位置图1-1-1。
二、地形地貌、水文
井田位于地处霍山西麓与汾河谷地之间的低山丘陵区,沟谷纵横,地貌类型以侵蚀黄土梁、峁为主，大小冲沟遍布其间；总体地势东高西低，最高点位于井田东北部的山脊，标高为664.80m，最低点位于井田西南部沟谷中，标高为530.00m，相对高差134.80m。
该区属黄河流域汾河水系。无大的河流和地表积水，井田内沟谷纵横、冲沟发育，各大小沟谷平时无水，只在雨季时才汇集洪水沿沟排泄，所汇集洪水向西汇入汾河。
三、气象及地震
该区属大陆性半干旱气候，具有四季分明，昼夜温差大，冬季长而寒冷，春季干旱多风，夏季短而炎热，秋季凉爽多雨的北方气候特点。年平均气温12.1℃，一般7月份气温最高，1月份气温最低，历年最高气温43.2℃，最低气温-22.4℃。年降水量多集中在7、8、9三个月，平均年降水量591.2mm，年平均蒸发量1804.0mm，年平均蒸发量为降水量的3-4倍，年无霜期一般200天左右，霜冻期为11月至次年3月份，最大冻土深度50cm。全年主导风向为西北风（冬季）和东南风（夏季），平均风速2.1m/s，最大风速18m/s，风力一般为3-4级，最大可达8级。
该区地处新华夏系构造盆地边缘，系地震多发地带，据GB50011-2001《建筑抗震设计规范》，霍州市抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.20g。
第二节 矿井现状
×××××煤业有限责任公司原为山西霍州×××××有限责任公司，现将该矿井生产建设情况、开采方式、主要装备和能力分述如下：
×××××煤业有限责任公司于1991年建井，1992年投产，属村镇联办，2004年8月改制，为股份制企业。
根据晋煤整合办核发[2006]66号文件（关于《霍州市煤炭资源整合和有偿使用工作方案》的核准意见）核准为单独保留矿井，井田面积为5.5014km2，批准开采煤层为2号煤层，矿井生产规模为300kt/a。
矿井现开采2号煤层，采用立井开拓方式，主立井为混合提升井，井筒直径φ4.5m，净断面15.88m2，采用2JK-2.5-11.5提升机双罐笼提升，井筒内安装有罐道，梯子间，主要担负提煤、提矸、下料、上下人员等任务兼作安全出口；副立井筒直径φ3.0m，净断面7.06m2，担负矿井回风任务，敷设有监控信号线、电缆等，兼作另一安全出口。
运输大巷采用锚喷支护、回风大巷采用砖砌碹支护，采区巷道采用锚网梁支护，井下布置有一个炮采工作面和两个普掘工作面；采煤工艺采用炮采工艺，采用π型钢梁配合单体液压支柱支护，后退式采煤法，刮板输送机运煤，全部垮落法管理顶板。
矿井通风采用中央并列抽出式通风，主扇两台，型号为FBCDZ-6-№15B，一台工作，一台备用。
井下实际矿井涌水量一般50m3/h，最大矿井涌水量117m3/h。主、副水仓容量为1080m3，共安装有3台水泵（工作、备用、检修各一台）。
供电系统采用6kV双回路供电：一回路来自霍州煤电集团北村变电站，一回路来自霍州市北益昌变电站。
山西省国土资源厅2009年10月9日颁发的采矿许可证(证号C1400002009121220047530)，井田面积5.5014km2，批准开采2号煤层。生产能力为300kt/a。矿界由以下9个拐点坐标连线圈定（6°带坐标）见表1-2-1。
表1-2-1 井田境界拐点座标表（西安80坐标系（6度带））
拐点编号
经距
纬距
1
19564101.01
4040451.21
2
19565081.01
4040451.22
3
19563951.02
4036951.21
4
19562231.02
4036951.21
5
19562481.02
4038101.21
6
19562931.01
4038451.21
7
19563101.01
4039337.21
8
19563761.01
4040221.21
9
19564098.01
4040221.21
开采深度由+299.91米至-08米标高。
表1-2-2 矿井现有井筒座标
井 名
纬距（X）
经距（Y）
标高（m）
主立井
4039336
19563124
+556
副立井
4039287
19563136
+554
矿井能利用的井巷断面特征详见表1-2-3。
表1-2-3 能利用的井巷断面特征表
序号
井巷名称
断面
形状
支护形式
净宽
(m)
净断面积
(m2)
备注
1
主立井
圆形
混凝土
4.5
15.90

二、矿井四邻情况
井田北部和东部与×××××矿相邻。西部为南同蒲铁路；北部为霍州煤电集团有限责任公司南下庄坑口发电厂和×××××矿生活区；东部隔断层与×××××矿相邻，与本井田最近处相距约130m。×××××矿批准开采2-11号煤层，现开采2、10、11号煤层，采煤工艺为综合机械化采煤工艺，经调查，该矿井未发生越层越界开采，在本矿井井田边界未形成采空区。据本次调查，井田内及周边未发现废弃老窑及古空区。
第三节 地层及地质构造
一、区域地层
×××××煤业有限责任公司井田位于霍西煤田霍州矿区东南部，区域地层由老至新为：中太古界霍县群；元古界长城系；古生界寒武系下统、中统、上统；奥陶系下统、中统；石炭系中统、上统；二叠系下统、上统；新生界上第三系、第四系。详见表2-1-1。
二、井田地层
井田内黄土广布，根据井田及周边施工的钻孔等资料，地层由老到新发育有奥陶系中统峰峰组（O2f），石炭系中统本溪组（C2b）、上统太原组（C3t）、二叠系下统山西组（P1s）、下统下石盒子组（P1x）、上统上石盒子组（P2s）、上第三系上新统（N2）、第四系中上更新统（Q2+3）。现简述如下：
1.奥陶系中统峰峰组（O2f）
为煤系地层基底，全层厚度大于100m，岩性一般以灰色厚层状致密石灰岩为主，其次有角砾泥灰岩、白云质灰岩、泥岩，中上部局部有一石膏层，地层中裂隙多为方解石脉充填。井田内仅511号钻孔终孔层位到达此层。
2.石炭系中统本溪组（C2b）
平行不整合于峰峰组之上，厚度15.30m，为海陆交互相，底部为山西式铁矿及铝土矿，其上为灰色砂质泥岩、砂岩，其中含不稳定灰岩1-3层，厚度多在1m以下，局部有不稳定薄煤层。
3.石炭系上统太原组（C3t）
与下伏本溪组整合接触，是本区主要含煤地层之一，全层厚91.60m，为海陆交互相沉积，岩性主要由灰黑色泥岩、灰岩、薄层砂岩及煤层组成，沉积稳定，标志层明显，含煤4-6层，可采煤层有5、6、9、10、11号煤。
4.二叠系下统山西组（P1s）
本组为一套陆相碎屑岩含煤建造，为井田主要含煤地层之一，厚度21.76-39.22m，平均30.36m。主要由深灰-灰黑色泥岩、粉砂质泥岩、砂质泥岩、炭质泥岩、粉砂岩间夹灰色中细粒砂岩煤组成。本组含2号煤层，为井田主要可采煤层，泥质岩中富含植物化石。底部K7为灰色中粒砂岩，成分以石英为主，长石次之，分选性、磨圆度较差，斜层理发育，厚度0.50-2.60m，平均1.45m。
5.二叠系下统下石盒子组（P1x）
与山西组地层整合接触，全厚96.95-121.04m，平均108.05m，属陆相沉积。按岩性特征可分为两段：下段主要为灰色、黄绿色泥岩、砂质泥岩、砂岩互层，有时含不稳定的薄煤层：1号煤层，井田内仅ZK4-2号钻孔1号煤层达可采厚度。底部以灰白色中粒K4砂岩与山西组分界，K8砂岩成分以石英、长石为主，风化后明显的氧化铁圈，底部常含小砾，厚2.55m左右。上段多为黄绿色薄层砂岩与砂质泥岩互层，风化后多呈陡崖，其顶部常有不稳定的紫斑泥岩发育，俗称“桃花泥岩”。
6.二叠系上统上石盒子组（P2s）
本井田该组地层赋存不全，其上部地层多被风化，仅残留其下部地层。本组底部以中粗粒石英砂岩K6与下石盒子组整合接触，其下部地层为杏黄色、黄绿色、紫色泥岩、砂质泥岩、薄层砂岩组成互层，上部地层为兰灰色、紫色泥岩夹薄层砂岩，质软易风化，本区最大残留厚度250m。
7.上第三系上新统（N2）
厚度0-176.26m，平均80.00m。与下伏地层呈角度不整合接触。区内广为分布。主要岩性：底部一般由砾石组成，其上为灰色、浅灰色泥质灰岩，“淡水灰岩”，中上部为红色粘土层。
8.第四系中上更新统（Q2+3）
厚0-166.07m，平均约60.00m。主要岩性为浅黄色、褐黄色砂质粘土，上部为次生黄土和耕植土夹砂砾层。
三、区域构造
井田位于霍西煤田南部。属祁吕贺山字形构造前孤东翼的汾渭断陷盆地的内侧。汾西复向斜位于吕梁复背斜和霍山背斜之间，是一个被破坏的复向斜，西以吕梁山复向斜核部为界，东以霍山断裂为界。该向斜是一个开阔不对称的向斜，西翼近向东倾斜，倾角10°左右，东翼向西倾，倾角20－30°，轴向近南北，南北两端止于临汾盆地北缘和太原盆地南缘。
在向斜内部不仅存在着北北东向的次级褶皱和断裂，而且还存在着一系列近东西向的构造，把向斜又进一步分割成隆起和拗陷相间的状态，如灵石隆起、郭庄隆起的一侧或两侧发育压扭性断层,新生代以来又再次活动被改造为高角度正断层,如什林断层、下团柏断层、赤峪断层等。井田位于赤峪断层西侧。
四、井田构造
井田位于霍西煤田霍州矿区东南部，井田总体为一背斜构造即北益昌背斜，受北益昌背斜所控制，地层总体走向北北东向及北西向，倾向南东东及南西，发现9条断层和四个陷落柱。井田内主要构造分述如下：
1.褶曲
北益昌背斜：总体为轴向近南北向的“S”型背斜，背斜轴位于井田中部，两翼地层不对称，西、西南翼宽缓，地层倾角4－7°，一般5°左右，东北翼较陡，地层倾角10°－17°，一般14°左右。
2.断层
井田内共发现9条正断层，走向多为北东向，断层特征见下表：
表2-1-1 井田内断层一览表
编号
位置
断层产状
落差（m）
井田内延伸长度及控制情况
走向
倾向
倾角
F1
井田东南部
北东34°
北西
70°
140
延伸长500m
F2
井田西北部
北东32°
北西
70°
30
延伸长1600m，井下巷道揭露
F3
井田西北部
北东62°
南东
68°
10
延伸长400m，井下巷道揭露
F4
井田西北部
北东61°
南东
21°
16
延伸长530m，井下巷道揭露
F5
井田北中部
北东69°
北西
14°
10
延伸长400m，井下巷道控制
F6
井田中西部
北东24°
北西
70°
8
延伸长400m
F7
井田中西部
南东53°
北东
68°
10
延伸长220m，井下巷道控制
F8
井田中部
北东57°
南东
70°
5
延伸长370m，井下巷道揭露
F9
井田中部
北东57°
南东
70°
10
延伸长220m,X-3钻孔揭露
3.陷落柱
（1）X1陷落柱
位于井田西北部，开拓二部皮带巷时发现该陷落柱，空间形态为反漏斗型，其横断面呈近圆形, 直径约40m。
（2）X2陷落柱
位于井田西北部，在开拓一部皮带巷中部的联络巷时发现该陷落柱，空间形态同X1为反漏斗型，周边倾角80°左右，横断面近圆形，其直径约25m左右。
（3）X3陷落柱
位于井田中西部，2006年回采工作面发现，其横断面呈椭圆形, 短轴约40m，长轴约60m。
（4）X4陷落柱
位于井田西北部，2002年回采工作面发现，其横断面呈近圆形, 直径约40m。
落差5～30m的断层主要集中分布于井田中西部，落差140m的F1断层位于井田东南隅，井下揭露断层、陷落柱未发现出水现象。井田内未发现岩浆岩活动。综述，井田构造复杂程度尚属简单类。
第四节 煤层及地质水文构造
一、煤层
井田内含煤地层为石炭系上统太原组（C3t）和二叠系下统山西组（P1s），分述如下：
太原组为一套海陆交互相含煤地层，含煤5层，编号自上而下为 5、6、9、10、11号煤层，其中6、9、10、11号煤层为全井田稳定可采煤层，5号煤层为不可采煤层。地层平均总厚度91.60m, 煤层平均总厚度7.53m，含煤系数8.21％；可采煤层平均总厚度6.93m，可采含煤系数7.57％。
山西组为一套陆相含煤地层，含煤1层，即2号煤层，为井田内稳定可采煤层，地层平均厚度30.36m，可采煤层平均总厚度3.22m，可采含煤系数10.61％。
井田范围内仅511号钻孔揭露了太原组的6、9、10、11号煤层（11号煤层打丢），现根据井田及参考辛置勘探区精查有关资料对可采煤层叙述如下。
二、可采煤层
井田内可采煤层为2、6、9、10、11号煤层，叙述如下：
1.2号煤层
位于山西组中上部，上距K8砂岩1.26－23.62m，平均9.75m，煤层厚度1.90-3.80m，平均3.22m，结构简单，含0-1层夹矸，为全井田稳定可采煤层，煤层顶板以粉砂岩、砂质泥岩为主，局部为中、细粒砂岩、泥岩，底板以泥岩为主，其次为砂质泥岩，局部为粉砂岩。为该矿批采及现开采煤层。
2.6号煤层
位于太原组上部，上距2号煤层底26.39m左右，煤层厚度1.15-1.91m，平均1.46m，结构简单，一般含0-1层夹矸，为稳定可采煤层，煤层顶板均为钙质泥岩、底板为炭质泥岩。
3.9号煤层
位于太原组下部，K2灰岩之下，上距6号煤层56.34m左右，煤层厚度0.84-1.01m，平均0.91m。结构简单，一般不含夹矸，为全井田稳定可采煤层，煤层顶板为K2石灰岩，底板为粉砂岩。
4.10号煤层
位于太原组下部，上距9号煤层平均1.91m，煤层厚度1.13-2.11m，平均1.70m，结构简单，含1层夹矸，为全井田稳定可采煤层，煤层顶板为粉砂岩，底板为泥岩。
5.11号煤层
位于太原组底部，上距10号煤层底平均11.71m，煤层厚度2.68-3.10m，平均2.86m，煤层结构复杂，含1-3层夹矸，为全井田稳定可采煤层，煤层顶板为泥岩，底板为石英砂岩。各可采煤层特征见表2-1-3。
表2-1-2 可采煤层特征表
地
层
单
位
煤层编号
煤层厚度
煤层间距
夹矸
结构
稳定性
可采性
顶板岩性
底板岩性

最大－最小
平均
最大－最小
平均
山
西
组
2
1.90-3.80
3.22

0-1
简单
稳定
全井田可采
粉砂岩
砂质泥岩
细砂岩
中砂岩
泥岩
泥岩
砂质泥岩
粉砂岩

25.70－30.93
28.08

太
原
组

6
1.15-1.91
1.46
0-1
简单
稳定
全井田可采
泥岩
钙质泥岩
泥岩
炭质泥岩
47.77－59.34
58.30
9
0.84-1.01
0.91
0
简单
稳定
全井田可采
石灰岩
粉砂岩
1.23－2.11
1.91
10
1.13-2.11
1.70
1
简单
稳定
全井田可采
粉砂岩
泥岩
9.15－11.28
9.76
11
2.68-3.10
2.86
1-3
复杂
稳定
全井田可采
泥岩
石英砂岩

三、煤质
1.物理性质和宏观煤岩特征
2号煤层为黑色，条痕为褐黑色，沥青－玻璃光泽。断口呈贝壳状或参差状，有一定的韧性，硬度一般为2－3°，内生裂隙较发育。宏观煤岩组分以亮煤为主，次为镜煤、暗煤，局部见有丝炭。宏观煤岩类型主要为光亮型和半光亮型，少量为半暗型。煤层主要为线理状、条带状结构，层状构造，有时也可见均一状结构，块状构造。
2.显微煤岩特征
2号煤层显微煤岩组分以有机组分为主，无机组分次之。其中有机组分中又以镜质组和惰质组为主，壳质组很少；无机组分中主要为粘土类，同时含有少量硫化物、氧化硅类和碳酸盐类。ZK4-2孔2号煤层煤岩鉴定成果见下表，由山西省三水实验测试中心测试分析。
表2－1-3 煤岩鉴定成果汇总表
煤层号
有机组分（%）
无机组分（％）
R°max（%）
变质阶段
镜质组
惰质组
壳质组
小计
粘土类
碳酸 盐类
硫 化类
氧化硅类
合计

2
62.30
31.80
5.90
100
20.40
1.60
1.40
1.60
25.00

3.煤的化学性质
根据地质报告2号煤层化学性质如下：
2号煤层
水 分（Mad） 原煤：0.74％～1.91%，平均1.31%；
浮煤：0.33％～0.94%，平均0.63%。
灰 分（Ad） 原煤： 19.29％～34.50%，平均25.42%；
浮煤：6.44％～9.70%，平均8.41%。
挥发分（Vdaf） 原煤：30.60％～34.49%，平均33.08%；
浮煤：29.30％～33.78%，平均31.79%。
全 硫 （St.d） 原煤：0.35％～1.89％，平均 0.55%；
浮煤： 0.28％～0.71%，平均 0.37%;
磷 （pd） 原煤：0.014％～0.059%，平均0.039%;
浮煤：0.022％～0.044%，平均0.033%;
胶质层最大厚度(Y) 16.00-22.50mm，平均19.09mm；
粘结指数（GR.I） 70.00-92.40，平均80.46mm；
发热量（Qgr,v,d) 原煤：20.10～27.85MJ/kg，平均24.03MJ/kg;
浮煤：29.99～32.36MJ/kg，平均30.97MJ/kg;
碳(Cdaf) 浮煤：82.20～88.01%，平均85.52%
氢(Hdaf) 原煤：5.12～7.23%，平均5.94%
浮煤：5.20～7.56%，平均6.11%
氧(Odaf) 浮煤：5.26～8.92%，平均6.53%
氮(Ndaf) 　 浮煤：1.40～1.57%，平均1.50%
灰熔融性（DT）＞1500℃
表2-1-4 2号煤层煤质分析成果一览表
煤层编号
分析煤类
工业分析（%）
全硫 St.d (%)
磷 Pd (%)
粘结
指数
GR.I
Y
(mm)
发热量(MJ/kg)
Mad
Ad
Vdaf
Qgr,d
2
原煤
0.74-1.91 1.31
19.29-34.50 25.42
30.60-34.49 33.08
0.35-1.89 0.55
0.014-0.059 0.039

20.10-27.85 24.03
浮煤
0.33-0.94 0.63
6.44-9.70 8.41
29.30-33.78 31.79
0.28-0.71 0.37
0.022-0.044 0.033
70.0-92.4 80.46
16.0-22.5 19.09
29.99-32.36 30.97
4.煤类与煤的用途
依据《中国煤炭分类国家标准（GB/T5751-2009）》。分类指标采用浮煤挥发分（Vdaf）、粘结指数（GR.I.）、胶质层最大厚度(Y)确定，煤质特征按中华人民共和国国家标准（GB/T15224.1～3-2004）关于《煤炭质量分级》标准进行划分。
2号煤层为低灰～中灰、特低硫～中低硫、低磷～中磷、低热值—高热值的1/3焦煤（1/3JM）。
2号煤层可作为很好的炼焦用煤。
四、水文地质构造
㈠区域水文地质
1. 泉域概况
井田位于霍山和吕梁山隆起之间，处于郭庄泉域岩溶水系统径流区。郭庄泉出露于霍州城南7km处的东湾村至郭庄村长约1.2km的汾河河谷中，出露面积约0.5km2，大部分出露于河漫滩，少部分出露在一级阶地，出露标高为516－521m，以群泉（60余个散泉）形式出露，多年平均流量为7.59m3/s（1968－1984年），1985－1999年平均流量为5.15m3/s。2001－2003年平均流量为2.12m3/s。水温18℃，总硬度20.59—24.36德国度，水化学类型为SO4·HCO3－Ca·Mg型水。井田位于郭庄泉南约4km处，位于泉域水量重点保护区。
2. 泉域边界
西部边界：中段大体平行于紫荆山断裂带，为地表分水岭边界。边界走向由北向南自八道年山－交口县土湾垴子－棋盘山－石口－隰县五鹿山东－泰山梁。西南段以青山峁背斜、山头东地垒以及其南的短轴背斜与龙子祠泉域为界。边界走向由西北向东南自泰山梁－青山峁－上村山－青龙山－西庄。
北部边界：为汾河向斜翘起端，亦以地表分水岭为界，西段与柳林泉域相邻。边界走向由西向东，自土湾垴子－交口县上顶山－井沟梁－中阳县上顶山－荒草山东－离石顶天垴南－文水拐岭底－汾阳桑枣坡－宋家庄－文水神堂。
东部边界：北段汾阳市到灵石马河之间为一北北东向大断裂，东盘新生界地层较西盘下落800－1200m，此断层不仅构成太原盆地与灵石隆起的边界，也成为郭庄泉域的阻水边界。南段马河以南为走向南北的霍山断裂，形成泉域阻水边界。整个东边界走向由北向南，自神堂－汾阳杏花村－见喜－孝义司马－大孝堡－介休义棠东－秦树－灵石西许－霍州冯村－李曹东－闫家庄东。
南部边界：以万安断层为阻水边界。边界走向由西向东自洪洞县西庄－康家坡－堤村南－南沟－闫家庄东。
按上述边界圈定的泉域面积5600km2，其中可溶岩裸露区面积1326km2。
3.区域含水层组的划分及水文地质特征
根据含水介质和地下水性质的不同可分为四组类型：碳酸盐岩类岩溶裂隙含水层组；碎屑岩夹碳酸盐岩类岩溶裂隙含水层组；碎屑岩类裂隙含水层组及松散岩类孔隙含水层组。
（1）碳酸盐岩类岩溶裂隙含水层组
包括寒武系到奥陶系一套石灰岩、白云质灰岩、角砾状灰岩、薄层泥灰岩及少量泥岩，是区域内主要的含水层组。其中对煤矿开采有影响及有供水意义的为中奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层组。岩溶裂隙水水位标高由北向南递降，岩溶地下水流向
总体向南，在郭庄泉排泄，其水质类型多为SO4·HCO3－Ca·Mg型。
岩溶水一般属裂隙和溶蚀裂隙含水类型，只有在排泄区，才为管道状溶洞水。岩溶水按其水力特征可分为岩溶潜水和岩溶承压水，前者分布于碳酸盐岩裸露区，后者则分布于碳酸盐岩覆盖区。因含水层之间夹有多层稳定的厚层状泥灰岩、角砾状泥灰岩，使岩溶水在垂向上具有多层性，各含水层的水位和富水性差异较大。
在岩性、构造与补给、排泄条件的控制下，各类碳酸盐岩岩溶发育程度和富水性极不均一，一般具有补给区弱，排泄区强；裸露型石灰岩，河谷区富水性强于分水岭区及覆盖区；构造断裂带及地下水主径流带裂隙岩溶发育，富水性强；在覆盖较厚的岩溶区，岩溶发育程度和富水性相对较弱。
（2）碎屑岩夹碳酸盐岩类岩溶裂隙含水层组
为太原组的一套海陆交互相沉积，是主要含煤地层之一，主要含水层为石灰岩和砂岩，其富水性的强弱取决于裂隙岩溶发育程度、补给条件及埋藏的深浅等。由于各层砂岩及灰岩间有厚层泥岩隔水，联通性差，各地段水位标高及涌水量相差较大，该层段地下水水质类型一般为HCO3·SO4－Ca·Mg型。
（3）碎屑岩类裂隙含水层组
主要为二叠系的一套陆相沉积为主的碎屑岩类。主要含水层岩性为砂岩，含水层以风化裂隙水为主，富水性受构造、埋藏条件、大气降水及地表水补给的影响而有所差别，风化裂隙发育地带，富水性较好，在地形切割较深处，多以下降泉的形式出露于地表。由于相对呈层状，不同层位的含水层各具补给区，构成若干小的含水系统，其间水力联系较弱。水质类型多为HCO3·SO4－Ca·Mg型和HCO3·SO4－Ca·Na型。
(4)松散岩类孔隙含水层组
主要为第四系松散沉积物，由亚砂土、砂及卵砾石等组成。
中上更新统含水层主要为黄土中的砂砾石层，其连续性差，且分布于梁峁高地，补给条件不好，多为上层滞水，富水性差异较大。
全新统含水层主要分布于各季节性河流的河床、河谷中，含水层为砂、卵石层，该含水层组水位埋深浅，为浅层主要含水层。主要接受大气降水补给，季节性变化较大。水质类型为HCO3－ Ca·Mg型。
3.地下水的补给、径流和排泄条件
（1）碳酸盐岩类岩溶裂隙水
区域奥陶系岩溶裂隙水属郭庄泉岩溶水水文地质单元。地下水的补给以降水直接入渗及河川径流集中渗漏补给为主。降水的入渗主要在向斜两翼（特别是西翼）大面积碳酸盐岩裸露区，地貌上为中低山，裂隙溶洞及干谷发育，利于入渗。入渗量占泉水补给量的80％。
河川渗漏以向斜轴部汾河流经地段为主，长年渗漏补给段位于两渡至什林间。
地下水流向总体向南，在南部郭庄泉排泄。在无局部陷落柱或构造导通的情况下，一般与上层水无水力联系。井田处于径流区。
近年来大量开凿深井开采奥灰岩溶水，也是该含水层组排泄的另一途径。
（2）碎屑岩夹碳酸盐岩岩溶裂隙水和碎屑岩类裂隙水
石炭、二叠系地层由于具有含水层、隔水层相间成层的特点，大气降水及地表水对地下水补给不畅，特别是深部裂隙不发育，又有多层泥岩的隔水，因此接受大气降水及地表水补给的碎屑岩裂隙水及间夹岩溶裂隙水大部分受地形控制，在切割较深处以下降泉的形式排泄出地表，其特点是径流途径短，无统一水位。风化带裂隙水由高处向低处径流，往往以泉水的形式排泄或形成地表水。层间裂隙水接受补给后，一般沿岩层倾斜方向向深部径流，侧向排泄，生产矿井的井下排水是其主要排泄途径。在无构造联通的情况下，一般与上下含水层无直接水力联系或联系微弱。
（3）松散岩类孔隙水
主要接受河水、大气降水垂直补给及河谷两侧的基岩地下水侧向补给，接受补给后沿沟谷向下游运移或补给下伏基岩，局部形成泉水排泄地表，与地表水关系密切，互为补排关系，另外人工开采也是其主要排泄途径之一。
4.区域主要隔水层
石炭系中统本溪组隔水层，主要由铝质泥岩、泥岩组成，为煤系地层与奥灰岩溶水的主要隔水层。
相间与各砂岩、灰岩含水层间厚度不等的泥岩、砂质泥岩可起到层间隔水作用。含水层间的水力联系被其间的隔水层所阴隔，形成独立的含水体系，地表沟谷切割处常沿隔水层顶板出露泉水。
（二）井田水文地质特征
1.井田地表水
井田内地形切割强烈，沟谷发育，多呈“V”字型，井田西侧外有汾河由北向南流过，汾河距井田西部边界约0.5 km，在本区河床宽度相差很大（最宽约400m，窄处只有60m，一般在150m左右）。河水流量受季节影响明显，汾河洪水的发生时间多在6月到9月，历史上汾河流域曾经发生过较大洪水。井田地表径流条件好，雨季有短时水流，流量极小，一般不易渗入地下，对含水层补给量极小。大气降水均汇集于井田的沟谷，往西流入汾河，汾河往南西至河津禹门口流入黄河，井田属黄河流域汾河水系。
井田内北部和南部各有一条常年性溪流，南部大狼沟溪流（北益昌河）流量为8.5—13.7m3/h，北部半沟溪流较小，流量为2.1—3.4m3/h，水流都由东向西汇入汾河。河水流量受季节影响很大，尤其是雨季，山洪汇集，水势较大，干旱时流量甚小。
2006年12月，山西省地质调查院在该矿进行补充勘探过程中，在北益昌河取水样进行了水质分析，结果为：总硬度240.2mg/L,PH值7.73，水质类型为HCO3－Ca·Mg型水。
2.井田主要含水层
据本井田及相邻辛置精查勘探资料，本区可划分出以下含水层组：奥陶系中统马家沟组、峰峰组石灰岩、太原组石灰岩、山西组砂岩、石盒子组砂岩，分述如下：
（1）奥陶系中统峰峰组石灰岩岩溶裂隙含水层组
为煤系地层基底，岩性一般以灰色厚层状致密石灰岩为主，其次有角砾泥灰岩、白云质灰岩、泥岩，富水性以石灰岩为最好，同时与含水层埋藏深度有密切关系，埋藏愈浅，裂隙岩溶愈发育，富水性愈强，含水愈丰富，随埋深加深富水性逐渐减弱。
北益昌普查区511号孔，辛置精查区内108、110、118、123、129号孔探到此层位，其中118号孔曾穿过51.07m，所揭露岩性为黄褐色及灰褐色块状灰岩，致密坚硬，裂隙发育，且岩芯破碎,各孔岩芯采取率均很低,局部含方解石脉结晶及黄铁矿,有溶洞现象，在底部含有次生石膏，各孔均有漏水现象。118号钻孔（位于井田东部约1.9km处,坐标X=4037733.11，Y=19566150.14）注水试验水位标高524.79m, 单位涌水量0.554L/s·m，渗透系数0.8957m/d，水质类型为SO4·HCO3－Ca·Mg型，属富水性中等含水层。
据118号水文孔奥灰水位标高及郭庄泉出露标高推算，本井田奥灰岩溶水位标高在522.7-524.1m之间。
井田位于郭庄泉南约4km处，位于泉域水量重点保护区。
（2）石炭系上统太原组碎屑岩夹碳酸盐岩裂隙岩溶含水层组
该含水层组主要由K2、K3、K4三层灰岩组成，其中K4灰岩不稳定，根据东部相邻辛置精查勘探区资料，钻进到K3层段时一般均未发现钻液有漏失现象，消耗量一般为0.1m3/h，富水性弱。K2灰岩厚度7.5m左右，最厚为9.40m，裂隙较发育并有小的溶孔，从简易水文观测结果来看，大部分钻孔在K2灰岩层段发生漏水与水位下降，岩芯采取率低，118号水文孔注水试验，稳定水位标高为524.99m，单位涌水量0.86L/s·m，渗透系数2.8331m/d，属富水性中等的含水层。
据辛置精查勘探钻孔抽（注）水试验，该含水层组水位标高与奥灰岩溶水位标高接近，水质类型一致，不排除局部通过断层等导水通道发生水力联系的可能。
(3) 二叠系下统山西组砂岩裂隙含水层组
该含水层主要为K7砂岩和2号煤层顶板中砂岩裂隙含水为主。2号煤层之上中砂岩不稳定，多数相变为砂质泥岩或泥岩，裂隙不发育，底部K7为细砂岩或粉砂岩裂隙不发育，结合区域资料，含水层富水性弱。
(4)二叠系下统下石盒子组砂岩裂隙含水层组
该含水层组主要由K8、K9等厚层状中、粗砂岩组成。辛置勘探区沟谷中有从下石盒子组顶部流出的泉水，泉流量0.0031～0.98L/s。辛置勘探区118号水文孔抽水试验，位标高589.19m,单位涌水量0.0388L/s·m，渗透系数0.2556m/d，该含水层富水性弱。
本次工作收集了《×××××矿风井检查孔水文地质资料总结》，×××××矿为矿井生产在井田的东南部开掘风井，以确保矿井的安全生产，为了满足井筒工程施工需要，委托晋煤地质基础勘察工程公司第三工程处施工了风井检查孔（位于本井田南东约2400m处，坐标X=4035339.438，Y=19565695.445）并进行了抽水试验，K8－K9砂岩段抽水试验结果单位涌水量0.001L/s·m，渗透系数0.2883m/d，K8、K9砂岩含水层富水性弱。
(5)二叠系上统上石盒子组砂岩裂隙含水层组
该含水层组主要由K10及之上的厚层状中、粗砂岩组成，裂隙不发育及稍发育，钻液消耗量0.1m3/h以下。辛置勘探区118号水文孔K10之上层段抽水试验，水位标高659.63m，单位涌水量0.0335L/s·m，渗透系数0.1594m/d，含水层组富水性弱。
(6)上第三系上新统含水层组
a.下部淡水灰岩：成厚层块状或结核状，风化后疏松，平均厚度为9.78m，最厚15.97m，最薄为2m。有小溶洞，大多数为裂隙溶洞水，岩石为白色及暗绿色，含钙质及铝土质，全区泉水的出露绝大数均采自该层，其涌水量一般为1L/s左右，最小0.001L/s，最大8.45L/s，为本区主要供水灌溉之含水岩层。
b.红砂土夹砾石层及钙质土：厚度20－70m，常为红色泥砂与砾石组成，砾石发育成层分布，但横相变化极大，为良好的透水层（或含水层）砾石成份以片麻岩为主，火成岩及石英岩次之，灰岩较少。据地面观察其直径有大达0.5×2m的至砂砾及下部常夹钙质土，是富钙的粘土，中亦含铁质及小砾石，但常为良好的隔水层，构成本区此层中出露泉水为承压泉，其涌水量最小为0.01L/s，最大为0.11L/s，偶夹钙质半胶结的砂岩透镜及半胶结砂岩透镜体，横相变化均大。
c. 红土及钙质结核：顶部局部发育，红土层为枣红色粘土，含钙质结核厚度0-1.5m，是良好的隔水层，但由于钙质结核常成层富结集于底部，结构疏散孔隙很大，因而成为很好的水的赋存条件，富含孔隙水，所以红土上部为隔水层，而下部常含水，其涌水量最大为0.84L/s，最小为0.25L/s。
辛置勘探区137号水文孔对第三、四系砂砾石层及淡水灰岩进行了抽水试验，水位标高661.16m，单位涌水量0.0493 L/s·m，渗透系数0.3494m/d，富水性弱。
位于主井北及东北的7#、8#水井，为该矿生活用水水井，出水层位即取自本层段淡水灰岩及砾石层含水层，井深80m左右，涌水量20m3/d，但未做过水质化验。
（7） 第四系松散岩类孔隙含水层
岩性主要为亚粘土、亚砂土，垂直节理发育，底部局部有砂砾层，含水层连续性差，以接受大气降水补给为主，季节性变化大，易受地形切割排泄，地下水位随地形而变化，一般雨季富水，旱季富水微弱，甚至不含水。
3.地下水的补给、排泄、径流条件
第三、四系含水层主要接受大气降水及地表水的补给，向下伏基岩及汾河排泄。
石盒子组砂岩裂隙含水层，主要接受上覆第三、四系含水层的补给，顺层运移后向东及西排出井田之外，矿井排水也是排泄方式之一
煤系地层各含水层接受上伏含水层的补给顺层运移，无构造沟通或人为破坏处，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。局部地段由于构造的沟通，破坏了各含水层之间的独立性，增加了各含水层之间的水力联系。
下伏奥灰岩溶含水层在区外主要接受大气降水的补给，岩溶水向北西径流，至郭庄泉域排泄。
4.井田隔水层