长治市煤矿采煤采空区及沉陷区调查报告

长治市煤矿采煤采空区及沉陷区调查报告
第一章前言
一、任务的提出
根据《长治市水污染防治工作方案》（长政发〔2016〕2 号）中“严控地下水超采”的安排，要求“开展全市地面沉降区调查、监测工作、划定地面沉降区范围，2016年底前编制并实施长治市地面沉降区地下水压采方案”。

长治市水利局、长治市国土资源局是此项工作的牵头负责单位。

为配合市水利局完成《长治市地面沉降区地下水压采方案》，作为全市矿山地质环境行政管理部门，决定煤炭资源开采造成的采空范围和塌陷范围进行调查，调查以县（市市区）为单位，以地下开采煤炭矿山为重点，以2015年底持证矿山为调查对象，以期查明采空范围、塌陷范围、矿井排水量等，为编制《长治市地面沉降区地下水压采方案》提供相关资料。

二、报告编制依据
1、《长治市水污染防治工作方案》（长政发〔2016〕2 号）；
2、国土资源部《地质灾害危险性评估技术要求》（2008
年）；
3、国家煤炭工业局《建筑物、水体、伏牛路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》（2006年6月）；
4、国家煤炭工业局MT/T1901-2008《煤矿床水文地质、工程地质及环境地质勘查评价标准》（2007年1月）;
5、《矿区水文地质工程地质勘探规范》GB/T 12719-1991；
6、《地下水监测规范》SL/T183-2005；
7、长治市人民政府《长治市矿产资源总体规划2006年-2020年》
8、相关矿山《矿山地质环境保护与恢复治理方案》
第二章长治市自然地理
长治市位于山西省东南部，全境位于由太行山太岳山环绕而成的上党盆地中。

总面积13896平方公里，地理坐标为东经111°58′03"—112°44′04"，北纬35°49′—37°08′。

辖10个县2个区1个县级市，总人口335.36万人。

全市地区生产总值1195.1亿元（2015年）。

一、地形地貌
长治市为太行山、太岳山所环绕，构成高原地形，通称“沁潞高原”，又称“上党盆地”。

平川、丘陵、山地分别占总面积的15.9%、33.4%和50.7%，平均海拔高度为1000米，东部太行山的黎城县历峪山最高点为2012米，西部太岳山的沁源县石膏山最高点为2541米。

二、气象
长治属典型暖温带半湿润大陆性季风气候，全年冬无严寒，夏无酷暑，雨热同季。

年平均温度9. 7度，年平均降水549.2毫米，年平均湿度61%，年日照时数2311.5-2664.5小时，年平均无霜期在156.8-181.9天，年平均风速为
1.1-
2.3米/秒。

三、水文
长治是华北地区相对富水区，主要河流有海河流域的浊
漳河、清漳河，黄河流域的沁河支流。

全市水资源总量为22.96亿立方米，其中地表水量为19.86亿立方米，地下水量为10.83亿立方米，重复水量为7.73亿立方米。

全市漳泽、后湾、关河3座蓄水一亿立方米以上的大型水库和105座中小型水库，总库容量10亿立方米。

第三章、长治市地质概况
一、地层（含煤地层下伏地层至地表地层）
各地层由老至新分述如下：
（一）奥陶系
中统峰峰组（O2f）：仅见于钻孔中，岩性为深灰色厚层块状石灰岩，质地较纯，顶部具角砾状构造，并含方解石细脉和浸染状黄铁矿，钻孔最大揭露厚度29.42m。

（二）石炭系
1、中统本溪组（C2b）：岩性为灰色铝土质泥岩，具鲕状结构，有滑感。

底部含黄铁矿、菱铁矿细粒和结核，局部富集成山西式铁矿，厚度变化不大，一般西厚东薄，自北向南尖灭，与下伏峰峰组地层呈平行不整合接触，厚0～22.00m，平均9.13m。

2、上统太原组（C3t）
评估区东南部外围局部出露，是本区主要含煤地层之一，厚99.25～139.11m。

根据沉积旋廻、岩性组合特征及含煤性，自下而上可划分为为C3t1、C3t2、C3t3三个岩性段。

（1）第一岩段（C3t1）
K1砂岩底至K2灰岩底，由石英砂岩、泥岩、砂质泥岩及煤层组成，顶部含15号、14号煤层，是一套稳定的海进
等程序沉积，本段厚10.17～34.96m，平均18.68m。

（2）第二岩段（C3t2）
K2灰岩底至K4灰岩顶，由砂质泥岩、薄层砂岩、3～4层石灰岩及数层薄煤层组成，是一套多旋廻结构的海陆交替相含煤地层，本段厚28.31～64.81m，平均33.88m。

（3）第三岩段（C3t3）
K4灰岩顶至K7砂岩底。

由厚层砂岩、泥岩、灰岩及薄煤层组成，本段厚38.50～77.36m，平均61.54m。

（三）二叠系
1、下统山西组（P1s）
本组与太原组形成环境不同，是一套陆相含煤岩系，与下伏地层连续沉积，整合接触。

岩性有砂岩、粉砂岩、泥岩和煤层等，含煤3～4层，其中3号煤为稳定可采煤层，厚41.52～60.70m，平均51.75m。

2、下统下石盒子组（P1x）
下部为灰白—黄绿色中粒长石石英砂岩及砂质泥岩，并夹泥岩或薄煤线；中部为砂质泥岩夹砂岩；上部为砂质泥岩及铝土质泥岩，底部砂岩中常含铁质晕圈，多呈球状风化；顶部“桃花泥岩”含铁质鲕粒，风化后呈小孔洞，色泽鲜艳，分界清楚，是划分上下石盒子组，对比和预测3号煤层见煤深度的良好标志。

厚56.28～85.50m，一般厚69.31m左右。

整个下石盒子组地层岩性由粗到细粒度韵律明显，与下伏山
西组连续沉积，整合接触。

3、上统上石盒子组（P2s）
广泛分布于评估区内各个山梁，出露厚300余m。

上石盒子组地层按岩性组合特征可划分为三个岩性段（P2s1、P2s2、P2s3）。

（1）第一岩段（P2s1）
下部为黄绿色、杏黄色夹紫红色砂质泥岩、泥岩及砂岩；底部常为一层不太稳定的黄绿色中粒砂岩，碎屑成分以长石、石英为主，含岩屑成分高，有时见铁质鲕粒和泥砾，可做辅助标志层；中部为黄绿色砂岩夹砂质泥岩；砂质泥岩中见锰铁矿透镜体或结核；上部为杏黄色砂质泥岩夹紫色泥岩，并见数层不稳定的砂岩，厚117.6～180.0m，平均125.61m。

本段地层以下石盒子组“桃花泥岩”的顶面为标志，与下石盒子组分界，呈整合接触。

（2）第二岩段（P2s2）
岩性为杏黄色、暗紫色砂质泥岩夹砂岩，底部以一层中-粗粒长石石英砂岩与第一岩性段分界。

厚148.45～182.30，平均厚168.80m。

（3）第三岩段（P2s3），岩性为杏黄色泥岩、砂岩夹略暗紫色砂质泥岩、泥岩，底部为一层中粗粒长石英砂岩与第二岩性段分界，该段出露不全，仅出露于北部及中部山包上，残留厚约40m。

（四）第四系
1、中更新统离石组（Q2l）
主要岩性为浅红色亚砂土，常含钙质结核，夹古土壤层，底部有时见砂、砾石，与下伏地层呈不整合接触，厚0～55m，一般厚27.00m。

2、上更新统马兰组（Q3m）
广泛分布于评估区大小山梁及沟谷两侧，主要岩性为浅黄、黄褐色亚砂土及亚粘土，局部夹钙质结核，与下伏中更新统为渐变接触，厚0～20m，一般厚8.00m。

3、全新统汾河组（Q4f）
主要分布在鲍寨河河谷，以细砂、砂土、砾石为主，是一套近代河床沉积物，厚0～10m，一般厚3.00m。

二、水文地质条件
（一）含水层
按含水介质的不同，含水地层可综合划分为松散岩类、碎屑岩类、碎屑岩夹碳酸盐岩类及碳酸盐岩类不同类型的含水岩组。

根据本地区以往井田勘探地质报告及其它岩溶水资料，长治区域各含水岩组的水文地质特征简述如下：
1、松散岩类孔隙含水组
该含水岩组指第四系松散沉积物。

其中主要含水层为发育于沟谷底部的全新统砂、砾、卵石层与局部地段的上更新统亚砂土层，其它时代的松散堆积物多为隔水层、透水不含
水层或弱含水层。

上述含水层的厚度对不同等级的水系沉积物而言，差别较大，水位埋深一般较浅，富水性差异也较大，地下水埋藏类型以潜水为主。

该含水岩组地下水直接接受大气降水、河水与碎屑岩裂隙水的补给，往沟谷下游迳流与排泄，在河谷底部尚可下渗补给基岩风化裂隙含水层。

地下水的水位、水量、水温等具有明显的季节性动态变化特征。

据本次工作及附近区域资料，民井与机井的单井出水量一般为0.041～5.00 L/s，单位涌水量为0.01～1.50 L /s.m。

水质类型主要为HCO3-Ca·Mg型、HCO3-Ca型水，少数为HCO3·SO4-Ca·Mg型水等，矿化度一般小于500mg/l。

2、碎屑岩类裂隙含水组
指以二叠系为主的一套砂岩及泥岩含水岩组。

含水层为砂岩，隔水层为泥岩、粉砂质泥岩等。

地下水埋藏类型为潜水及承压水。

地表或埋藏较浅的含水层地下水主要为潜水，主要接受降水补给，在沟谷低洼地带也可接受地表水及第四系孔隙水的补给。

其富水性取决于砂岩裂隙发育程度，一般为弱富水性，局部为中等富水性。

地下水位受地形影响因地而异。

排泄方式多在地势低洼处以下降泉的形式排出地表。

据本次工作及邻区旱季井泉调查资料：泉涌水量一般为0.014～0.5 L /s，水质类型主要为HCO3-Ca型、HCO3-Ca·Mg 型、HCO3-Ca·K+Na型水；较深部含水层地下水为承压水，据钻孔抽水试验资料，钻孔单位涌水量一般为0.0011～
0.10l/s·m之间，富水性一般较差，水质类型主要为HCO3-Ca·Mg型、HCO3-K+Na型水，少数为HCO3·SO4-Ca·Mg 型水。

本含水岩组的浅部含水层地下水水位、水量、水温等季节性动态变化特征显著。

3、碎屑岩夹碳酸盐岩类岩溶裂隙含水组
指石炭系太原组砂岩、泥岩及灰岩构成的含水岩组，一般埋藏较深。

含水层岩性为砂岩及灰岩，隔水层为泥岩与粉砂质泥岩等。

地下水埋藏类型主要为承压水，一般补给条件较差（浅埋时补给条件稍好），砂岩及石灰岩的裂隙与岩溶发育程度不佳。

钻孔单位涌水量一般为0.00004～0.065 L/s·m，含水层渗透系数为0.00031～0.1561m/d，一般富水性很弱，但局部受构造等因素的影响，也有富水性较强的情况。

（4）碳酸盐岩类岩溶含水组
指奥陶系中统石灰岩含水岩组，为区域最主要的含水层。

其特点是含水层厚度大，埋藏深、承压水头较高。

据延河泉域岩溶水位等值线图（2003年），辛安泉岩溶水取水工程及开发利用分布图（2005年）及《长治市水资源评价》（2006年）等最新成果区域水文地质资料，辛安泉域与其以南的岩溶水系统之间区域岩溶分水岭（移动性），目前位于长治县北呈、韩店一带。

井田附近区域位于上述移动性分水岭之南，介于延河泉域东北部与三姑泉域西北部之间的接合带，根据
上述资料分析，应归属于三姑泉域，岩溶水位标高600～648m，总体流向南东。

一般情况下奥陶系峰峰组及上马家沟组上部灰岩富水性很弱，往深部主要含水层段的岩溶裂隙较发育，富水性一般较好。

该含水组主要靠区域上灰岩裸露区或浅埋区接受大气降水地表水与上部含水层中地下水通过断裂带等途径向深部的垂向渗漏补给。

（二）隔水层
1、上第三系、第四系粘土隔水层
此类隔水层透水性很差，在上下相邻含水层之间可起到隔（或相对隔水）作用。

2、二叠系砂岩含水层层间隔水层
主要由泥岩、粉砂岩等组成，呈层状分布于各砂岩含水层之间，形成平行复合结构，构造裂隙不甚发育。

无构造沟通情况下构成各含水层间的良好隔水层组。

3、石炭系上统太原组上段隔水层
由K7砂岩底至K4灰岩顶之间的泥岩、粉砂岩组成，该段地层厚一般24.58m,若无构造沟通或遭受破坏，可成为2号煤层底板良好的隔水层。

4、本溪组隔水层
主要由该地层中铝质泥岩、泥岩等组成，厚度约40m，不整合于峰峰组裂隙岩溶层之上。

铝质泥岩及细粒砂岩的K1石英砂岩，隔水性能好，若无构造破坏，能阻隔其上、下含
水层之间的水力联系，构成奥灰含水层的直接隔水顶板。

（三）含水层的补给、径流、排泄条件
1、区内第四系砂砾层孔隙含水层分布不广，沉积不厚，地下水主要接受大气降水补给，同时接受矿坑排水的补给，地下水沿河谷向下径流排泄。

2、二叠系砂岩裂隙含水层区内大面积出露，主要接受大气降水、第四系及地表水补给，主要以层间运移为主，在适宜的条件下又以泉的形式排泄于地表或第四系含水层。

3、山西组、太原组含水层在北部沟谷埋藏浅，补给条件好，以层间运移为主，在一定条件下以泉的形式排泄或向深部奥灰排泄。

4、奥灰岩溶裂隙含水层，主要在西部裸露区直接接受大气降水和地表水补给，其次是在覆盖区其上覆含水层通过构造的补给，沿地层走向运移为主，以层状径流方式顺层径流，以泉和人工开采奥灰岩溶水排泄的形式排泄。

第五章长治市煤矿采空区塌陷区调查
一、长治煤炭资源开发基本情况
全市含煤面积8500平方公里，占国土面积的61%，地质储量606亿吨，探明储量274亿吨，年生产规模为14535吨。

截止20115年12月，全市共有煤炭矿山122座，分布在9个县（市区），其中沁源30座、长治县32座、襄垣县19座、潞城市3座、武乡县13座、屯留县5座、长子县8座、壶关县5座、郊区7座。

2015年全市煤炭产量为14301.7万吨（其中地方煤矿煤炭产量为5663.7万吨）。

二、主要开采煤层
（一）1号煤层（沁源矿区）
位于山西组上部，上距K8砂岩 2.50-15.96m，平均8.07m，煤层厚度0.60-1.61m，平均0.88m。

该煤层可采面积占88%，厚度变化系数（变异系数）为36%，因此，属较稳定大部可采煤层。

（二）2号煤层(沁源矿区)
位于山西组中部，上距1号煤层15.72-27.20m，平均间距20.45m，煤层厚度1.30-2.29m，平均1.89m。

变化规律西厚东薄，变化不大。

煤层结构简单，属稳定可采煤层。

（三）3号煤层
赋存于山西组中下部，是目前开采的第一水平主采煤层，层位与厚度稳定，一般距太原组最高一层海相层约15—20米，距山西组的底砂岩（K7）约10 —15米。

煤层厚度在市域内总体上为南厚北薄，襄垣—屯留—长治间为一富煤中心，厚度最小3.10米，最大8.40，米向南向北向本均变薄，煤层结构简单。

武乡矿区厚度在2.20—4.70米之间，平均1.90米，局部地段不可采；沁源矿区南部发育较差，北中部稍好，为不稳定局部可，煤层直接顶主要淡泥岩或炭质泥岩，老顶为砂岩，底板多为泥岩、粉砂岩。

（四）10（9+10）号煤层（沁源矿区）
位于太原组下段顶部，上距3号煤层平均71.06m，厚度为1.02-1.40m，平均1.23m，变化不大,与9号煤层合并,厚度2.04-3.16m，平均2.64m，在分叉区10号煤层无夹矸，合并区9+10号煤层含1-2层夹矸。

煤层顶板合并区为石灰岩，分叉区为泥岩或粉砂岩，底板为泥岩或粉砂岩，西部为细粒砂岩。

属稳定可采煤层。

（五）11号煤层（沁源矿区）
位于太原组下段顶部，上距10号煤层17.83-22.80m，平均19.85m，间距变化不大,煤层厚度 1.03-2.95m，平均2.05m。

厚度变化规律表现为西南部厚、东部和北部较薄。

煤层结构简单至较复杂，含0-2层夹矸，夹矸岩性多为泥岩。

煤层顶板多为泥岩，个别为粉砂岩或细粒砂岩，底板为泥岩、
炭质泥岩或粉砂岩，属稳定可采煤层。

（六）15号煤层
位于太原组下部，上距3号煤层底96.54-114.69m，平均104.75m，埋深127.83-568.9m，煤层厚2.56-5.97m，平均3.94m，属稳定的全区可采煤层，见图2-5。

煤层直接顶板为泥岩或K2石灰岩，老顶为K2灰岩，底板为泥岩、砂质泥岩，局部为炭质泥岩。

煤层结构简单—复杂，含0～4层夹矸，
三、调查工作开展情况及调查成果
（一）调查工作的组织
本次调查以县（市、区）为单位，由各县（市、区）国土资源局组织本辖区内矿山自行上报，主要内容包括：1、矿区范围（坐标、面积）、开采煤层（层位、厚度、开采工艺）、开采标高（深度）、塌陷规律、采空（塌陷）区范围（坐标、面积、治理面积）；2、矿井涌水（层位、最大涌水量、正常涌水量）资料，矿井排水量资料；3各类保安煤柱留设情况等资料。

以上资料由各县（市、区）国土资源局负责收集、梳理、汇总相关资料，并统一报市国土资源局。

（二）调查成果
本次调查对象为122座持有效采矿许可证的煤炭矿山，其中112矿山自行上报了相关资料，10 座停产（建）矿山由所在辖区国土资源局根据换发采矿许可证时的环境评价
报告上报了相关数据。

本次调收集了山西省第四地质工程勘察院编制的《沁源县煤矿采煤深陷区地质灾害调查报告》（30座煤矿）一份，各类图纸35份，各矿山情况说明书村材料及基本情况表112份，其它相关资料84份。

经统计，122座煤矿矿区面积为1824.099平方公里，采空面积113.6661平方公里（塌陷）总面积为157.5688平方公里，治理面积为42.2158平方公里。

122座煤矿最大涌水量为184745.7立方米/天，正常涌水量为116980立方米/天。

第六章、煤矿开采采空塌陷影响分析
一、煤矿开采塌陷分析
根据统计，长治市现有煤矿均采用倾斜（走向）长壁后退式，综采一次采（煤层）全高采煤方法，厚煤层均采用放顶煤工艺，顶板管理采用全部垮落法。

根据《”三下”采煤规程》用下式计进行计算：
T=2.5H0
式中：T－地表移动延续时间，d；H0－工作面平均采深，m。

长治市煤矿开采后地表移动理论时间随开采深度的不同为1.5-4.5年不等，。

由于采空区完全充填、冒落物的充分压密以及煤柱的变形等因素都影响地表移动，因而地表移动变形可能会延续更长的时间。

由于各矿山均未设置深陷观测点，本次调查未收集到开采后地面变形资料。

根据《“三下”采煤规程》中的经验公式及概率积分法进行开采后地面塌陷的预计，分别计算已有采空区及未来煤层开采后可能对地表的影响程度，预计煤层开采后地表最大下沉值为开采煤层总采高的75%-85%，特殊情况与采高同值。

矿山服务期内矿区范围内全部发生地面沉降，同时矿区范围外推不同距离范围也将出现不同程序的地
面沉降。

二、煤矿开采对含水层影响分析
（一）煤层开采对含水层的影响
开采1号煤层，导水裂缝带最大高度为28.76m，开采2号煤层导水裂缝带最大高度37.49m，而1-2号煤层层间距介于15.27-27.20m，平均20.45m，开采2号煤层导水裂缝带会贯通1号煤层，最终形成的导水裂缝带高度49.21m，采空区导水裂隙带影响到K8砂岩含水层，对该含水层结构造成破坏。

1、2号煤层形成导水裂隙带影响到K8砂岩含水层，对其下伏隔水层造成了破坏，进而破坏了含水层结构。

开采3号煤层煤影响与破坏的主要为山西组下部砂岩和二叠系碎屑岩裂隙含水层，这些含水层补给条件差，补给来源少。

受矿井排水影响及煤层开采后顶板冒落、开裂、下沉、松弛扰动，上部碎屑岩类裂隙含水层和孔隙含水层岩组结构遭到破坏，地下水沿采动裂隙产生垂直下渗，其排泄途径主要为矿井排水，引起了矿区孔隙水的疏干和碎屑岩类裂隙水水位的逐年下降。

开采9+10号煤层形成导水裂隙带，对其影响范围内K7砂岩含水层、K4、K3、K2灰岩含水层形成破坏，破坏了各含水层之间的隔水层，进而破坏了含水层结构，通过煤层顶板淋水、裂缝出水的形式，对上述含水岩组进行疏干，使得此类含水层呈疏干-半疏干状态，对上覆含水层影响程度严重，
开采15号煤层的最大导水裂缝带高度为77.08m，导水裂缝带高度可延伸到K5灰岩含水层，对K5、K4 、K3、K2灰岩含水层的结构造成破坏，疏干该层地下水。

矿井开采地下水疏干对地下含水层的影响远远大于矿区范围，具有区域性特点。

采空影响范围内地下水资源一但受到破坏，在煤矿开采结束后很长时间内难以恢复。

（二）煤层开采对下伏含水岩组的影响
长治市区域内碳酸盐岩裂隙岩溶水含水岩组位于可采煤层以下，该含水层结构未遭到采煤的影响与破坏。

煤层开采对下伏含水层影响轻微，其中15号煤层开采过程中可能会影响到奥灰岩岩溶裂隙含水层。

三、调查结论
煤炭资源开采过程中，顶板垮落直接引发的地面塌陷是造成地面有规律的沉降的最主要因素。

同时煤层开采后，地表出现塌陷与裂缝，采空对煤层上部的砂岩含水层结构造成破坏，形成导水通道，导致采空区周围的砂岩含水层、基岩风化带含水层及松散层地下水水位下降，直至干涸，对含水层的影响程度严重。

含水层被疏干或半疏干可能会引发开采塌陷区域以外的地面沉降。

长治市区域内持证矿山数量最高时达740座，现有122座持证矿山是经过资源整合后确定的，其矿区范围内均有数量不等的被整合关闭矿山，有面积不等的旧采空区，综合考
虑采煤采空塌陷对地面变形的影响和采煤对地下含水层的影响，确定本调查时段采引发的地面沉降区为现有煤矿矿区范围、面积为1824.099平方公里，范围见附表2。

伴随煤炭资源开采的进程，采煤引发的地面沉降区域将超出现有的矿区范围，呈现逐年扩大的趋势，扩大后的范围和面积需在一定时间点重新调查确定。