永城矿区地质与水文地质条件 鹤壁矿区地质与水文地质条件
永城矿区地处黄淮平原腹部，位于河南省永城市、夏邑县境内，河南煤矿区东部，是国家“八五”、“九五”期间建设的重点矿区。矿区南北长55km，东西宽25km，面积1150km2。矿区所属永城煤电集团、神火煤电集团，目前有6对生产矿井，一对在建矿井，生产能力1500×104t/a。
一、气象水文
永城矿区主要河流有王引河、沱河、浍河、包河等，自西北向东南流过并注入淮河，属淮河水系，河流为季节性河流。
二、地形地貌
永城矿区位于华北冲积平原的东南边缘，淮河冲积平原的北部，A河故道的南侧，矿区地面标高+32m。矿区内被厚度51.30～545.70m、平均厚312.97m的新生界松散沉积物所覆盖，其厚度的变化受古地形、大地构造运动的强度与沉降幅度的制约，同时也控制着地下水的补给、径流与排泄。
三、地层构造
永城矿区属华北型石炭系—二叠系隐蔽式煤田，矿区各井田分布于永城复式背斜两翼，矿区四周几乎被高角度正断层所围限，第三系底部普遍沉积有厚层粘土，阻断了新生界含水层及地表水的补给。含煤地层为下二叠统山西组和下石盒子组，目前主采煤层为山西组二2煤，煤层赋存稳定，平均厚度2.7m，普遍可采，开采深度从-300m～-700m。矿区各井田内断层较发育，大多为高角度正断层，小断层犹为发育，落差3m以上的断层达20条/km2以上。经钻探和采掘工程揭露证实，大、小断层基本上都不导水。
四、水文地质
永城矿区是一个封闭-半封闭的相对独立的水文地质单元。矿区煤层底板充水的主要水源为太原组灰岩喀斯特裂隙承压水，其次为二2煤层底板砂岩裂隙承压水。
1.主要含水层组与隔水层组
按含水层岩性特征、空隙性质、地下水的埋藏条件分，将含水层划分为三种类型。
（1）孔隙潜水—承压水含水层组：含水层自上而下由新生界第四系全新统和上第三系5个含水砂层组组成，埋藏深度分别位于0～35m、35～100m、100～150m、150～300m及300m以深。浅层为孔隙潜水，水质类型为
（2）裂隙承压水含水层组：由二叠系石盒子组、山西组中细粒砂岩及燕山期岩浆岩组成。上石盒子组中粗砂岩裂隙相对发育，单位涌水量0.12～0.627L/s·m，下石盒子组三煤组及山西组二2煤层顶板砂岩裂隙一般不发育，单位涌水量小于0.1L/s·m，富水性弱，以静储量为主。岩浆岩裂隙水的单位涌水量小于0.003L/s·m，富水性差，均不构成煤层开采时充水的主要水源。
（3）喀斯特裂隙承压水含水层组：含水层为上石炭统太原组灰岩和奥陶系灰岩。太原组灰岩共12层，总厚40～50m，编号自下而上为L1至L12。L11厚1～2m，裂隙不发育，含水很弱。L11上距二2煤底板约50m，其上部有厚约10m的海相泥岩。L9、L10均为3～5m，富水性亦较差。其中L8、L2灰岩沉积稳定，喀斯特发育，富水性强，静水压力传递快，裂隙发育程度和渗透性能沿垂直方向向下逐渐减弱，具非均质各向异性，单位涌水量可达2.87L/s·m，矿化度2～3g/L，水质类型属
2.地下水的补给、径流与排泄
大气降水垂直下渗是潜水主要补给来源。洪水期间地表水补给地下水；平水期、枯水期地下水以补给河水为主要排泄途径。深层水补给主要有两个方面：大面积冲积平原地下水的侧向补给；局部地段隔水层变薄或尖灭，造成含水层越流向下补给。径流方向为NW—SE向。以潜水方式排泄于上部含水层或地表水体之中。
砂岩裂隙水在裸露区直接接受大气降水、潜水、地表水的补给，在新地层掩盖区，底部松散孔隙承压水局部沿风化带或采空塌陷带补给基岩含水层。矿井的长期排水是主要泄水方式。
灰岩喀斯特裂隙水的补给：井田受边界断层切割，使煤系地层形成地垒而构成封闭半封闭相对的独立水文地质单元。区内含水层间水力联系较为密切，局部地段存在越流补给，因而其富水性较好。
3.充水因素分析
地表水：由于覆盖层底部普遍发育有粘土隔水层，地表水及大气降水对煤层开采无影响。
新生界底部松散孔隙承压水：新生界底部的隔水层沿煤层露头一带使上部的含水层垂直下渗受到限制，煤层采后留足防水煤柱时，一般不会充入矿坑。
煤层顶板砂岩裂隙承压水：煤层顶板砂岩层间裂隙水是开采各煤层的主要充水水源，但其水量微弱，补给量有限，易于疏干。
太原组上段灰岩喀斯特裂隙承压水：开采二2煤层时，虽然隔水层较厚达50m，但由于煤层底板裂隙发育，易造成突水。通过近几年的生产，先后发生数次突水事故，使得太原组上段灰岩喀斯特裂隙承压水成为矿井涌水的主要水源。
太原组下段灰岩及奥陶系灰岩喀斯特裂隙水：L2和奥陶系灰岩分别位于二2煤层底板以下150m、200m，一般情况下不会发生直接突水。在断层、裂隙的切割部位具有侧向和垂向补给条件，通过直接充水含水层而间接对矿井充水。
五、突水状况
据统计，自1985年以来，永城矿区所属矿井共发生灰岩突水14 次［17］（表2-1），其中按采掘地点分类，发生在采煤工作面的突水有8次，掘进巷道中6次。按与断层关系分类，与断层有关的灰岩突水只有两次，其余的12 次突水通道均为二2煤层底板砂岩裂隙。在突水点附近没有小断层，距落差较大的断层（大于30m）大都在100m以上。与断层有关的两次突水，一次是1994年11月永城陈四楼煤矿北翼轨道及皮带大巷突水，由于落差89m的F39断层的影响，造成北轨、北皮穿越断层后与下盘的L8灰岩对接，当巷道掘进至距F39断层4m时，北轨、北皮相继突水，总水量860m3/h。另一次是1985年11月神火葛店煤矿15021采煤工作面突水，该采面紧靠落差40m的F7断层，煤层底板裂隙带已超过L11，工作面推进30m即发生灰岩突水，水量270m3/h。
表2-1 永城矿区煤层底板灰岩突水统计表
续表
六、突水原因
1.原生裂隙突水
煤层底板岩层原生裂隙属于张性裂隙，为较好的导水通道，当掘进巷道或采煤工作面揭露或接近这些裂隙时，容易发生突水。神火葛店煤矿1999年9月12日掘进26采区皮带煤下山时遇一条宽约10cm的裂隙突水，水量110m3/h；1999年10月12日掘进与26皮带下山平行、相距20m的轨道下山遇到该裂隙时，宽20cm，突水量270m3/h。神火葛店煤矿北翼运输大巷位于二2煤底板下部18m，岩性为细砂岩，1993年6月巷道掘进中，遇到6条宽3～10cm的裂隙而发生灰岩突水，水量370m3/h。
2.活化裂隙突水
煤层底板岩层原生裂隙属于闭合或半闭合，受到采动影响，在矿压和灰岩水压作用下，原生闭合裂隙张开，加之产生新的裂隙，导致灰岩突水。这种突水表现为先来压力，巷道发生变形，裂隙逐渐张开而突水。压力通过裂隙的逐渐张开得以逐渐释放，水量的增大呈现一个渐变的过程，有时裂隙一旦连通也可发生突变。永城车集煤矿2401 工作面，2111工作面，2106轨道顺槽等几处的突水都属于这种类型。2401综采工作面2001年9月10日开始采煤，发现底板砂岩中有一组与工作面斜交的裂隙渗水。该工作面采深700m，太原组灰水压力6 MPa。随着工作面的推进，采场压力增大，裂隙逐渐张开，16日采空区内涌水量增至100m3/h，21日工作面推进65m，18时水量增至140m3/h，工作面内有一条宽约10cm的突水裂隙，24小时逐渐增大到550m3/h，突水点附近的液压支架所承受的压力也由28 MPa逐渐增至45 MPa。
3.原始导高突水
灰岩上部岩层中的裂隙未达到煤层底板，形成承压水原始导高带。煤层开采后由于矿山压力作用，底板以下形成采动破裂带。在矿压和水压的联合作用下，原始导高裂隙会向上发展，与底采动破裂带贯通之后，就形成了新的导水通道，造成所谓的原始导高突水。由于各种裂隙的突然连通，这种突水往往来势猛，造成恶性突水事故。永城车集煤矿2107综采工作面、永城陈四楼煤矿2301 工作面的突水就属于这种类型。永城车集煤矿2107综采工作面，于2000年7月28日出现底鼓，巨大的压力使工作面底板鼓起近1m，形成多处垂直于工作面的裂隙，造成40多架液压支架严重损坏，十几根大立柱折断，二十几根大立柱穿透顶部钢板，1h后发生突水，水量达855m3/h，突水点集中在3处。当时该工作面采深570m，水压5MPa。
七、突水实例
陈四楼井田位于永城隐伏背斜的西翼，第三系和第四系冲积层厚度300～400m。区内主要含煤地层为山西组和下石盒子组，主采煤层为山西组二2煤层。煤系下伏地层为石炭系（含薄层石灰岩11层），编号自下而上为L1—L11，奥陶系灰岩喀斯特溶洞裂隙承压含水层发育。据统计，陈四楼煤矿自1991年开工建设，1997年投产至今，发生突水10 余次，其中严重影响生产与施工且突水量大于150m3/h 的煤层底板突水两次，第一次为1994年11月15日北翼皮带大巷，最大突水量860m3/h；第二次为1995年北翼轨道大巷，最大突水量160m3/h。其突水机理如下分析。
1.地质构造特征
图2-1 陈四楼井田走向（A-A′）地质剖面示意图
（据侯士宁，2001）
经过多期构造运动，在燕山期形成现在的构造格局。陈四楼井田内构造以断裂为主，褶皱为辅。主要发育EW向断裂5组，该5组断裂控制了SN向断层的发展，将井田割成6个块段。井田内绝大多数断裂表现为高角度正断层，因此在剖面上多呈地垒与地堑构造（图2-1）。地垒与地堑构造形态形成了承压水在井田内分布的不均一性，因而不同地点受水害威胁的程度不一样，井田北部以-440m标高以下受水害威胁较为严重。高角度正断层深切太灰、奥灰，直接引导灰岩水进入煤层，有的造成灰岩与煤层相接。如此构造特征，使断裂间的连通较好，北翼皮带大巷和北翼轨道大巷就是二2煤层与太原组上段灰岩（L8）强含水层对接而发生的2起突水事故的地点。断裂构造发育，使各含水层具有良好的水力联系，断层及岩石裂隙构造发育，突水机率较大。
2.水文地质边界
陈四楼井田地层总体上是一个向西倾斜的单斜构造，井田北、西、南边界由断层构成，东边界为煤层露头。在永城背斜轴部有奥陶系、石炭系及二叠系掩伏露头。由于冲积层的阻隔，井田内不接受大气降水的补给；在井田北部芒山、荡山有奥灰出露，直接接受大气降水补给，为补给边界。井田北部及东部露头接受地下水沿各种通道的补给，为导水边界，井田西部为阻水边界，使得地下水得以储存，井田属于一个封闭—半封闭的水文地质单元，静储量丰富，富含承压水。
3.原生裂隙
陈四楼井田小断层较为发育，伴随煤层及其顶底板岩石裂隙也发育。裂隙是在水平剪切力作用下形成“X”型剪切节理基础上，彼此之间连通性好。受灰岩高承压水（5 MPa）作用，太灰水充填裂隙，形成原生导高。据统计，北四采区三维高分辨率地震勘探发现，错断二2煤层落差3m以上断层89条，断层密度22条/km2；首采区在采掘过程中实见落差1m以上的断层120余条，均为正断层，断层密度60 条/km2；南五采区三维地震勘探发现，错断二2煤层落差3m以上断层46条，断层密度21条/km2。
4.采动裂隙
人为破裂是采动矿压对底板破坏所产生的底板岩层破裂。其破裂深度与岩石的坚固系数、工作面宽度、开采深度、煤层倾角等因素有关。根据邻区资料，建立了预计破坏深度的多元非线性回归方程为：
h=7.9291 ln（L/24）+0.009 H+0.0448α-0.3113f
式中：h——底板破坏深度/m；
L——工作面斜长/m；
H——开采深度/m；
α——煤层倾角/°；
f——底板岩石的坚固性系数［7］。
根据上式计算出陈四楼煤矿在-440m标高、190m宽的综采工作面采动底板破坏深度为20m。在断裂带附近，如果人为破裂与充水的原生裂隙通道导通将会发生突水事故。例如，永城车集煤矿2107综采工作面在2000年7月28日突水850m3/h。
5.隔水层特征
永城陈四楼煤矿开采煤层为二叠系山西组底部二2煤，煤层底板岩性为砂质泥岩、粉砂岩和中、细粒砂岩，据下伏太原组最上一层灰岩L11平均为50m，据较强含水层L8灰岩约80m。因而，受各种裂隙影响，降低了隔水层的强度，增加了突水危险程度。正常情况下可以阻抗太原组薄层灰岩突水。
永城矿区煤炭资源开发利用的环境价值分析~
摘要：本文对永城矿区煤炭资源开发利用的环境及其价值的构成、特征及分类等进行了分析和研究，探讨了环境价值分类的基本思路和方法，提出了煤炭资源的环境价值对矿区可持续发展的作用。
关键词：煤炭资源；开发利用；环境价值
一、永城矿区自然地理概况及地质特征
永城煤田位于河南省东部，东西长60 千米，南北宽50 千米，面积2056平方千米，分布于永城、夏邑两市县境内。地处黄淮冲积平原，地势平坦，平均海拔标高31～37 米，仅东北部有芒山孤立，海拔156 米。地表主要河流有包河、浍河、沱河、王引河等，水系十分发育，且地下水位较高。区内交通颇为便利，北临陇海铁路，东临京沪铁路，西临京九铁路，矿区内有运煤专用铁路联通主要煤矿。
永城煤田属地台型沉积，煤系地层为石炭—二叠纪含煤沉积岩系，含煤层位与河南平顶山、鹤壁、渑池（新安）、登封、焦作等石炭—二叠系主要煤田基本相同。永城煤系地层总厚度为1205米。计含煤25层以上，其中可采、局部可采煤层7层，主要可采煤层3层，煤种以无烟煤为主，另有少量贫煤和瘦煤，部分煤层受后期岩浆烘烤变为天然焦。永城隐伏复背斜为永城煤田的一级褶皱构造，煤层分布于褶皱两翼，产状变化及埋深受褶皱形态及所处部位控制。永城煤田断裂构造，主要为褶皱期后的断块作用所形成的断层，以高角度正断层为主。煤田内海西期及燕山期小岩体发育，受构造控制明显，多沿永城背斜轴部分布，并向两翼侵入煤系地层或沿煤层贯入。永城井田煤质均以高变质的年轻—中等无烟煤为主，其次为天然焦。煤的物理性质、煤岩特征和煤种基本一致。主要可采煤层顶板均为砂岩或砂质泥岩，一般比较稳固，岩石完整性也较好。常随采煤放顶而塌落，底板多为泥岩、砂质泥岩；未发现底鼓现象，顶、底板均易管理。
矿区内地形平坦，地表水系发育，新生界松散沉积较厚；奥陶系、石炭系灰岩中含丰富的地下水，水文地质条件为简单—中等复杂程度。矿区1～3级瓦斯，属低瓦斯区，局部有富集现象，深部井田为高瓦斯区，煤尘爆炸性不大。矿区恒温带深度为23 米，恒温带温度为16.5℃，地温梯度为1.3～4.3℃/100米，平均为2.6℃/100米。
二、永城矿产资源开发现状
永城是豫东地区一座重要的能源城市，河南省新兴的重点煤矿区，全国六大无烟煤基地之一。境内现已发现各类矿产资源达17 种，主要有煤、铁、石英岩、花岗岩、大理岩、水泥岩、矿泉水等矿产资源。煤是永城重要的矿产资源，目前已探明的煤炭资源储量达32.43 亿吨，分布在全市的18个乡（镇），含煤面积达716 平方千米，占全市总国土面积的35%。全市共有各类矿山企业17家，其中包括神火、永煤两大集团所属的8 家煤矿企业。2006年，全市共生产原煤1180 万吨，工业总产值达552323 万元，实现利税总额324821万元，矿业已成为永城经济的支柱产业。
三、煤炭资源开发利用的环境及其价值概念
煤炭资源开发利用的环境是指与煤炭资源开发利用相关的一切环境要素的总和；煤炭资源开发利用的环境可分为煤炭资源开发利用的社会环境和自然环境。煤炭资源开发利用的社会环境是指与煤炭资源开发利用相关的信息、教育、文化、知识、法律等社会环境要素的总和；煤炭资源开发利用的自然环境是指与煤炭资源开发利用相关的围岩、土地、水、大气、生物等自然环境要素的总和。通常煤炭资源开发利用的环境仅指自然环境。
煤炭资源开发利用的环境价值是指：煤炭资源开发利用的周围自然环境所表现的（提供的）使用价值和存在价值，会随着煤炭资源开发利用的变化而变化。伴随着煤炭资源的开发利用，已有自然环境被破坏，自然环境不断恶化，反映出煤炭资源开发利用产生了不良的环境效应，即煤炭资源开发利用的环境价值的损失，表现为负环境价值；伴随着煤炭资源开发利用，原有自然环境得到不断的改善和提升，反映出煤炭资源开发利用产生了好的环境效应，即煤炭资源开发利用的环境价值的提升，表现为正环境价值。
煤炭资源开发利用环境价值的损失有两种基本的表现形式。一种是煤炭资源开发利用使原有“自然环境要素”的环境价值直接损失，如采煤造成自然环境要素土地的塌陷，土地塌陷使原有土地的使用价值部分或全部丧失。另一种是煤炭资源开发利用新增加了负环境价值的“环境要素”，造成整个煤炭资源开发利用系统中其他“环境要素”的环境价值损失，如采煤新增加煤矸石，占用农业用地和污染环境，使农地失去了种植收益价值和平整美观的生态环境价值。通常所称的“废物”是负环境价值的“自然环境要素”。
四、永城煤矿区环境价值特征
由于永城矿区特殊的地质条件，永城煤炭开采引起的地质环境破坏比较显著。据测算：永城矿区万吨塌陷率高达6.85亩，远高于全国3.6亩/万吨的平均水平，同时塌陷深度系数也高达0.8。预计到矿区开采结束时，地表积水面积达184.2平方千米，蓄水量为4 亿立方米，形成12 个面积不等的积水盆地。由于受河流、铁路、公路的分割，实际上将会形成更多的次级积水盆地。由于开采塌陷，本区水域面积增大，使本区空气湿度增加，气温变化幅度下降，生态系统由陆生农业生态系统变为水生生态系统与陆生农业生态系统的复合生态系统。部分农民失去耕地，由农业生产变为水产养殖。随着矿区的建成投产，开采塌陷将造成地表大面积下沉，潜水位相对上升；同时，由于矿区地势平坦，塌陷区内河沟又同步下沉，区内积水难以排除造成常年积水。当潜水位上升到地表后，随着蒸发量的增加，使土壤中的盐碱成分增多，既影响了耕地的物理化学性质，又影响了土壤养分的有效性，妨碍了作物的生长，造成农作物大幅度减产。由于开采塌陷改变了地表耕地原有平坦的形态在塌陷区范围内形成大于0.8%的坡地，从而加剧了水土流失，造成土壤薄层化，土壤养分循环失衡，同时地裂缝形成水肥下渗的通道，造成土壤上层侵蚀下移，破坏原有土壤层次分布的条件，改变了土壤自身的营养条件和外界环境条件。永城矿区矿井全部投产后，建井排矸量约142.58万立方米（约计290万吨），生产期固体废物排放问题171.44万吨/年。目前已投产的5个矿井，污废水排放量46105立方米/天，其中矿井排水41625立方米/天。
综上所述，永城矿区环境价值具有以下基本特征：①煤炭资源开发利用量大面广，对环境的作用和影响显著，环境价值突出；②环境价值大小一方面取决于环境价值要素的价值（环境价值要素的价值越大，环境价值也就越高），另一方面取决于煤炭资源开发利用强度（开发利用强度越大，对环境价值要素的作用和影响就越大，环境价值也就越高）；③破坏或损害已有环境价值（土地等）与新生环境价值（矸石、瓦斯等）问题互相结合；④环境价值要素以土地、水、矸石和矿井底气为主；⑤绝大多数情况下，环境价值主要表现为负价值；⑥由于环境的不可逆性以及环境价值评估的局限性，使重置环境价值往往大于损失环境价值；⑦环境价值具复杂性、长期性和动态性等。
矿区环境价值通过矿区环境成本加以体现，矿区环境价值的大小主要取决于矿区自然环境要素的价值（如土地的价值、水的价值等）和构成，煤炭资源开发利用的强度和技术以及社会对环境的认知和态度。
随着煤炭资源开发，矿区环境成本总体呈递增趋势，主要表现在：①社会经济发展对土地及水资源等需求更大，更大的需求使土地及水资源等的价值会越来越大。②采矿活动对土地及水资源等破坏程度不断增大（水位不断下降、水污染不断加重、塌陷面积增大、塌陷深度增加等），降低了土地及水资源等原使用价值，可供利用的土地及水资源越来越少，供给不足加剧了土地及水资源等的稀缺性，使土地及水资源等的价值越来越大。③水污染和土地塌陷等所表现和引起的地质灾害问题更为突出，防治地质灾害的成本（费用）会更高。④随着土地及水资源等破坏程度加大，恢复和治理成本（费用）会更高。破坏到一定程度（量变到质变）就无法恢复，理论上其恢复费用就无限大。⑤村庄搬迁的难度更大和费用更高，问题更为突出。⑥资源枯竭，矿井衰老，产量下降等，使吨煤分摊的矿区环境价值更高。⑦人们的环境意识不断加强，矿区环境价值中的存在价值更为突出等。
五、永城矿区煤炭开发环境价值要素选择及综合评价
根据《煤炭资源价值与矿区可持续发展》（刘金平、樊华民著，中国矿业大学出版社）的研究成果。以永城矿区为单元，从全国角度选择能反应环境价值水平高低的主导要素以及各要素的影响因素，采用特尔菲法确定各要素及其影响因素的权重，计算要素影响因素的综合权值。分别建立各个要素中的各个因素的效用函数，将各个要素中的各个因素的实际值通过效用函数转换为效用值。对各矿区环境价值分类的综合作用分值进行100—0标准化处理获得永城矿区环境价值分类的标准化综合作用分值，并确定永城矿区为环境价值突出矿区。计算矿区环境价值分类综合作用分值的具体公式为：
河南矿业循环经济灵宝行动
式中：Zk为k矿区环境价值分类的综合作用；Xkij为k矿区第i要素中第j个影响因素的效用值；wij为i要素是第j影响因素的综合权值。
按照永城矿区实际共选择出反映环境价值水平高低的5个主导因素以及各要素的影响因素：
（1）土地要素：土地破坏程度（万吨塌陷率、万吨积水率、塌陷深度、塌陷面积），土地复垦难易程度，人均占有土地数量，人均占有耕地数量，土地质量等级，农地保护等级（一般农地和基本农田），土地建设密度，土地建设容积率，人均收入，工农业总产值；
（2）水要素：矿井涌水量，矿井水污染程度，矿井水处理难易程度，矿井水可利用程度，水供给保证程度，万元工农业产值用水量，人均占有水量，工农业总产值，水质，水价，临近地区水供给保证程度；
（3）矸石要素：排矸率，排矸量，矸石有害组分含量，矸石有用组分含量，矸石含热量，矸石可利用程度；
（4）瓦斯要素：环境承载力，物种多样性，森林覆盖率，有害物质最大允许排放量，自然景观状况。
六、永城矿区环境价值评价的作用
永城矿区是我国新兴的能源矿区，对矿区开发过程中出现的地质环境问题，早预测、早规划、早安排，能够使矿区综合治理变被动为主动，可以避免老矿区在环境治理上走弯路，从根本上确保矿区社会、经济的可持续发展。
根据永城矿区环境价值评估得出的结论，永城市政府为解决矿山开发中的环境问题，委托中国矿业大学编制了《永城矿区国土资源综合规划》，并提出下列结论和建议：
（1）永城矿区煤炭资源开发对矿区乃至全市土地资源已产生实际、明显和初步的影响。这种影响是综合的、动态的、复杂的、长期的、深远的，且随着煤炭资源不断的开采与日俱增和更加突出。
（2）永城矿区煤炭资源开发对土地资源的影响具有正负两面性。只要加强矿区土地复垦和生态重建，不仅不会损害本地区的社会生态价值，而且还会产生更好的社会生态效果，使永城矿区煤炭资源的开发为本矿区和永城市提供社会生态经济综合价值增值的机会。如不仅使本地工业经济得到了发展，而且在诸如：①农业结构调整和优化，养殖业比重提高；②中心村（小城镇）建设的加快发展；③土地整理向更深和更高层次发展；④物种更趋多样性；⑤随矿区社会经济的发展，现代意识不断加强，农民社会文化素质不断提高等方面，将产生举足轻重和不可忽视的影响。
（3）将矿区各种资源（矿产、土地、水和植被等）和矿、工、农、林、养殖等作为一个有机的整体，用系统的思想，遵循矿区社会经济、政策法规和现代组织管理的手段和方法将土地利用总体规划、土地整理规划和土地复垦规划有机结合，因地制宜，统筹规划，综合整治，是矿区土地复垦与生态重建的关键技术路线和思路。
一、气象水文
鹤壁矿区属北温带大陆性半干旱型气候，春秋多风。20世纪50年代至今，平均气温13.5°C，年平均降水量659.5mm，年蒸发量2195.9mm。
矿区内长年性河流有南部的淇河和北部的善应河，流量分别为2.4～3.7m3/s和6～7m3/s，最大流量分别为2572m3/s和1055m3/s。
与矿区地下水有直接水力联系的地下水域有南部的许家沟泉域和北部的小南海泉域。许家沟泉位于矿区南部淇河北岸，出露于奥陶系灰岩中，由8个泉组成，流量0.9～1.4m3/s。小南海泉出露于善应河两岸的奥陶系灰岩中，出露标高130～135m，由50余个泉组成，总流量5.5～7.09m3/s。
二、地形地貌
鹤壁矿区位于河南省北部的鹤壁市境内，属太行山东麓煤田的一部分。矿区西依太行山区，东邻京广铁路，东西宽5km，南北长30km，面积约150km2。
矿区地貌属侵蚀剥蚀低山向剥蚀堆积丘陵岗阜区的过渡带，以丘陵岗阜地貌为主。山脉总体延伸方向受新华夏系构造控制呈NNE向绵延分布。由于组成山体岩性的差异和地层平缓的影响，阶梯状山坡极为明显。抗风化力强的白云质灰岩、微晶灰岩、泥晶灰岩形成3°～50°的陡坡或70°～80°的陡崖。寒武系—奥陶系抗风化力弱的页岩和角砾状灰岩形成10°～30°的缓坡。低山区位于矿区西部，最高标高+763.5m，一般标高+503～+576m，相对高度509m。
矿区岗阜地貌东与华北平原相接，西起西山断层。在第三系砂砾岩和泥岩分布区，形成高差50～70m的丘陵地貌。靠近西山狭长地带呈零星分布的石炭系含煤地层和局部的奥陶系灰岩形成海拔+250～+350m、相对高度50～150m的浑圆状丘陵地貌。
三、地层构造
1.地层
矿区出露的地层有下奥陶统的冶里组—亮甲山组白云岩，中奥陶统的峰峰组—马家沟组的泥晶灰岩、白云质灰岩、角砾状灰岩；中石炭统的本溪组泥岩—砂岩隔水层，上石炭统太原组含煤（下夹煤）地层下二叠统山西组的含煤地层（二1煤）；上第三系的砾岩、砂岩和泥灰岩，第四系的黄土、砂砾层。
下夹煤包括下夹上煤（六煤），下夹中煤（七煤）和下夹下煤（八煤），赋存于太原组含煤地层的底部。六煤与八煤相距9～10m，它的间接底板是本溪组隔水层，它的直接顶板是太原组的L2灰岩。
2.构造
本矿区在构造上位于新华夏系第二沉降带与第三降起带的过渡带上，东邻汤阴拗陷，西依太行山隆起。总体上是以中寒武统为核心的倾伏背斜的一翼所构成的单斜构造，地层走向大致呈南北，倾向东，一般倾角8°～30°，局部可达到50°～60°。东部被第三系和第四系覆盖，西部山区寒武-奥陶系则广泛出露。
据统计，NW向断层少且落差小，延走向方向延伸不远；与断裂构造相伴生的还有一组走向NE、背向斜相间发育的倾伏褶曲，沿倾伏背斜发育的纵张断层成为各井田的自然边界；落差大于20m的断层有百余条，大于100m的断层有30余条。矿区以断裂构造为主，多为走向NE或NNE的高角度正断层。
本矿区有两期火成岩体，在矿区南东的庞村一带有喜马拉雅期的橄榄玄武岩沿NNE向断层带呈现零星分布，与第三系砾岩的接触面上有明显的烘烤现象。西北部白石山背斜有燕山期的闪长岩、二长岩和斜长岩侵入，大致沿NW40°方向伸延。
四、含水层组和隔水层组
本矿区含水系统可分为寒武系—奥陶系含水层组，石炭系—二叠系含水层组，上第三系含水层组和第四系含水层组。寒武系—奥陶系含水层组是本矿区最主要的含水层组，按其富水性可分为中奥陶统含水岩组和中寒武—下奥陶统含水岩组。石炭系—二叠系含水层组由4对含水岩、隔水岩组组成，即下石盒子组页岩夹砂岩弱含水层、山西组砂岩含夹页岩隔水层、太原组薄层灰岩含水层与页岩隔水层组、本溪组泥岩夹灰岩及砂岩隔水层。第四系含水层组按岩性和含水性、透水性分为全新统泥岩隔水层夹砾石、砂岩、泥灰岩含水岩组和中新统粘土夹粉砂岩弱含水岩组。由于第四系含水层组和上第三系含水层组与高承压水上采煤水害影响不大，下面分别将中奥陶统灰岩含水岩组、本溪组隔水层和石炭系—二叠系含水层组中的太原组薄层灰岩含水层概述如下。
1.中奥陶统灰岩含水岩组
中奥陶统灰岩含水岩组按其岩性、化学成分、结构和富水性强弱划分为贾汪页岩隔水层，角砾状灰岩和白云质灰岩弱含水段（ ， ， ），泥晶-砂屑灰岩中等含水段（ ）和微（细）泥晶灰岩强含水段（ ， ），现分述如下。
（1） 贾汪页岩隔水层厚7m，区域分布稳定，厚度薄，隔水性弱。
（2） 弱含水段厚14～30m，主要为角砾状灰岩，喀斯特不发育，含微弱溶孔裂隙水。
（3） 中等含水段厚89m，主要由泥晶灰岩，砂屑灰岩和灰质泥晶白云岩组成，喀斯特中等发育，在有利的水动力条件下也可以发育成大溶洞，例如矿区西部山区的雪花洞。据调查，机井涌水量可达700～1500m3/d。
（4） 弱含水段厚36～43m，主要由角砾状灰岩组成，角砾成分为泥晶灰岩，胶结物为方解石，喀斯特不发育，以不规则溶孔为主，泉的流量甚小，民用机井流量小于100m3/d。
（5） 强含水段厚108m，岩性以巨厚、厚层状泥晶灰岩为主，喀斯特发育，在有利的水动力条件下能发育成大的溶洞，例如四矿西部的黄龙洞，该洞宽1～2.5m，高0.5～3m，长53m。小南海泉和许家沟泉中流量最大的均出露于本段。本段地下水循环条件比 段好，硬度比 段低，水质为 型水。鹤壁市工矿企事业单位供水多以此段为目的层，单井流量1200～1900m3/d，个别可达4500m3/d。
（6） 弱含水段区域性厚度60～70m，岩性为白云质、泥质角砾状灰岩，白云质灰岩，喀斯特不发育，以蜂窝状溶孔为主，含裂隙喀斯特水，为一弱含水段。
（7） 强含水段区域厚度52～80m，为青灰色巨厚、厚层状灰岩，溶洞和溶隙发育，富水性强。在掩盖地区的一些地段，因其上部溶洞裂隙被粘土岩充填，含水性大大减弱，形成弱含水带。在小南海泉群中该段下部沿断裂带出露的泉的流量可达200 L/s。
2.本溪组隔水层组
本溪组隔水组为矿区防止奥灰水突入矿井的可以值得利用的隔水层。由泥岩隔水层夹砂岩、灰岩弱含水层组成，厚11.3～50.6m。
3.太原组含水层组
太原组总厚101～167m，含水层组由C3L1—C3L9九层灰岩含水层，S1—S8八层砂岩弱含水层和页岩组成。薄层灰岩含水层总厚20～25m，其中C3L2和C3L8分布稳定，厚度分别为7～11m和5～6m，含较丰富的喀斯特裂隙水，其中C3L2灰岩的单位涌水量可达5.88～7.39m3/h·m。因受补给条件限制，在矿井疏干条件下，它们接受奥灰水补给，矿化度稍有减少。该两层灰岩含水层径流条件差、水交替不强，水质类型为 -Ca2+型水和 型水。
五、奥陶系灰岩地下水特征
从鹤壁矿区奥陶系灰岩地下水动态的多年观测资料可知，因受曹家倾伏背斜的影响，在四矿附近，奥陶系灰岩喀斯特水形成一个高水位带，自此以南则由北向南径流，集中排泄于许家沟泉群；另一方面，使矿区北部的九矿和四矿的一部分奥陶系灰岩喀斯特水自南向北径流，排泄于小南海泉群。将矿区分划为中部和南部属许家沟泉域，北部属小南海泉域。
鹤壁一矿和相邻的二矿同属于许家沟泉域，由于二矿南部自然矿界F3断层落差达390～600m，造成断层两侧奥陶系灰岩含水层不连续，在断层的北侧中奥陶统灰岩地下水位标高为+135m，在断层南侧水位标高为+127m，地下水自北向南流经F3断层时受到很大阻力，产生明显的水位跌降。因此，F3断层可能是一条阻水断层，它将鹤壁矿区分为两个相对独立的水文地质分区，即一、二矿为一个水文地质分区，三、五、六、八和十矿为另一水文地质分区。
在枯水季节，南部水文地质分区水位标高为+118.9～124.4m，一、二矿水文地质分区内的中奥陶流灰岩水位标高为+135.4m，在雨季前者水位标高为+129.67～135.9m，后者为+144.7m。矿区奥陶系灰岩含水层主要接受西部山区露头部分大气降水入渗补给，掩伏露头部分的第四系潜水补给和河流、沟渠、库区等渗漏补给，因此，地下水位动态表现为受降水影响明显的特征。
六、奥陶系灰岩顶部特征
众所周知，自奥陶纪沉积了马家沟灰岩和峰峰组之后至中石炭世沉积本溪组之前的漫长地质年代里，华北地区广大奥陶系灰岩裸露于地表经受了风化剥蚀和溶蚀作用，在奥陶系灰岩中形成了古喀斯特，在其表面形成了古剥蚀-溶蚀面，古剥蚀-溶蚀面存在相对低洼的沟谷或封存洼地，宽度数十米或百米。当中石炭世华北地台开始沉降，古剥蚀面接受本溪组沉积的最初阶段，一些粗碎屑、分选不良的砾石或砂首先在低洼沟谷中沉积，把这些低洼沟谷“填平补齐”。当华北地台断续下降、海水进一步漫延的时候，细碎屑的铝质粘土沉积于那些早先已被粗碎屑填平了的低洼沟谷之上和那些相对隆起的古剥蚀-溶蚀面之上。对于那些被粗碎屑“填平补齐”了的低洼沟谷地段，当中石炭世开始沉积铝质粘土时，因为有粗碎屑砂或砾石的阻隔，奥陶系灰岩顶部的古喀斯特或风化裂隙没有被铝质粘土充填或充填不佳或者古喀斯特裂隙已被早期的粗碎屑砂充填，例如九矿的3-6孔的奥陶系灰岩顶有5m之裂隙被粉砂岩充填（如图2-2）［19］。
图2-2 奥陶系灰岩顶部溶隙-裂隙充填示意图
1—被铝质粘土充填的溶隙；2—未被充填或被砂岩充填的溶隙；3—铝质泥岩；4—页岩；
因此，使奥陶系灰岩顶部只有很薄或者缺失被粘土充填的弱含水带。相比之下，原古剥蚀-溶蚀面相对隆起地段，铝质粘土直接沉积其上并充填到奥陶系灰岩的溶洞裂隙之中，形成富水性弱、连通性差的具有一定厚度的弱含水带。但其水文地质意义巨大，一般认为，奥陶系灰岩顶面以下30～50m喀斯特发育，这个规律可以作为供水和注浆堵水中重要的参考依据。
七、安阳矿区地质与水文地质条件
1.矿区概况
安阳矿区位于河南省安阳市区西约25km处，矿区南北长35km，东西宽5km，总面积155km2。区内下二叠统山西组二1煤层为主要开采煤层，厚度稳定，一般4～6m，普遍可采。矿区开采范围内地质储量4.5×108t，可采储量3×108t。
2.地形地貌
安阳矿区为一典型丘陵地带，冲沟发育，有利于大气降水的径流、排泄，具有明显的季节特征，相对高差150m左右，对矿井充水无大影响。
3.地层构造
矿区范围内基本构造形态为向东倾斜的单斜构造并伴有宽缓的小型褶曲，地层倾角一般15°～25°。井田内构造主要以NNE走向的断裂为主，断层走向一般为NE10°～35°，且多为正断层。本区主要含煤地层为下二叠统山西组和上石炭统太原组，含煤系数为7.51%。
矿区处于新华夏系第三隆起带——太行山复背斜的东翼，因此NNE向构造对地下水起着控制作用。与煤系地层走向一致的NNE向正断层，沿倾向由东向西逐级抬起，形成一些交替出现的近南北向的狭长地垒地堑，破坏了基岩含水层的连续性，形成多块独立的水文地质单元。
区内发育有NEE及NWW向断层，一般认为，这两组近东西向的断层为张性断层，为导水断层；NNE向高角度正断层属压扭性质，反而导水性差，大量井巷工程穿过断层水量不大证实该点。
4.含水层和隔水层
这里主要研究煤层底板主要含水层和隔水层。自上而下可划分3个含水层和3个隔水层：奥陶系灰岩喀斯特承压含水层，本溪组铝质岩隔水层，太原组下段灰岩喀斯特裂隙承压含水层，太原组中段砂、泥岩隔水层，太原组上段喀斯特裂隙承压含水层，二1煤至L8灰岩隔水层，现详述如下。
（1）奥陶系灰岩喀斯特承压含水层：厚度400m以上，顶面以下200m范围内为深灰色、浅灰色厚层状和巨厚层状微晶质灰岩和花斑状灰岩，下部为白云质灰岩，喀斯特发育，有统一的地下水面，静水位标高+135m左右，可与其他含水层通过断裂构造发生水力联系，是二1煤开采时间接充水含水层。
（2）本溪组铝质岩隔水层：由铝土层、铝土质泥岩、泥岩、砂质泥岩和薄层灰岩组成，其中以下部铝土质泥岩最稳定，厚8.3～22.75m；该层假整合于奥陶系灰岩之上，正常情况下能阻止奥灰水进入煤层。
（3）太原组下段灰岩喀斯特裂隙承压含水层：厚30～35m，内含2～4 层灰岩（L1、L2、L3、L4），灰岩厚4.25～9.70m，一般6.00m左右，其中L2灰岩稳定，厚度一般在5m左右，单位涌水量0.043～1.34L/s·m，渗透系数0.95～30.27m/d，水位标高135.28～135.38m。
（4）太原组中段砂、泥岩隔水层：该段指L4—L8灰岩之间的碎屑岩，其中偶夹中粗粒砂岩、薄层煤和薄层灰岩，厚55m 左右；岩性变化较大，硅质成分较高，厚度稳定，透水性差，隔水性能良好，能阻止太原组上、下段灰岩之间的水力联系。
（5）太原组上段灰岩喀斯特裂隙承压含水层：该段由L8灰岩及中粗粒砂岩组成，以L8灰岩为主，普遍发育，层厚0.33～6.85m，一般3m左右；L8灰岩单位涌水量0.07L/s·m，渗透系数3.787m/d，水位标高136.77m，喀斯特裂隙发育较弱，为弱含水层。
（6）二1煤至 L8灰岩隔水层：该层由泥岩、砂质泥岩、砂岩和薄层灰岩组成，厚26.71～50.40m，一般为35m左右，能有效阻止L8灰岩水进入二1煤层。
5.水害事例及防治对策
（1）铜冶煤矿淹井事故：1965年8月25日，铜冶煤矿103工作面下顺槽打钻时，超前孔钻进43m时，孔内涌水，涌水量开始为32.4m3/h，后增至1400m3/h淹井，突水原因为超前孔钻遇与奥陶系强含水层相通的喀斯特陷落柱，经注浆堵水后，1968年6月恢复生产。
（2）龙山煤矿淹井事故：1976年1月，龙山煤矿在掘进15采区首采面时，遇断层与奥陶系灰岩喀斯特承压含水层沟通，涌水量最大达2520m3/h，淹井；突水原因为掘进钻头遇到F165断层的支断层，而F165断层为边界导水断层，该断层位置不清楚；1977年6月，龙山煤矿在堵水过程中再次发生断层突水，涌水量达4000m3/h。
矿井水文地质条件
答：一、矿区水文地质特征 焦作矿区突水频繁,涌水量大,淹井次数多,从客观上讲,主要受矿区水文地质条件制约。具体表现是区域地下水补给量大;含水层层数多,厚度大,隔水层薄;断裂构造发育,使各含水层之间水力联系密切(图4-4)。 1.区城地下水补给充沛 焦作矿区北为太行山区,海拔标高+200～+1700m,为构造剥蚀的中低山...
晋城矿区的地质特征
答：煤层倾角一般小于10°；井田内断层较少，岩层裂隙不发育；矿井水文地质条件简单；矿井瓦斯含量有东部低、西部高、上部煤层低、下部煤层高之规律，其中沁河两岸为高瓦斯区；矿区内煤尘无爆炸性；煤层不易自燃。
成矿地质条件
答：一、地质特征及成矿条件 按照俄罗斯地质矿产机构及地质学家主流派做法,将俄罗斯的构造单元划分为地台和褶皱带两类。地台包括前寒武纪的东欧地台和西伯利亚地台,褶皱带包括古生代的乌拉尔-蒙古-鄂霍次克褶皱带、中生代上扬斯克-楚科奇褶皱带和锡霍特山脉褶皱带,以及中生代-新生代地中海褶皱带外带(一小部分)和环太平洋火山...
水文地质条件
答：T矿床地下水为弱碱性微咸水，pH值为8.8，水温23.9℃，无色透明，总矿化度为2.27g/L，总硬度为78.4mg/L，属软水。按地下水离子成分含量，其水质类型为Cl-HCO3-Na型，即氯重碳酸钠型水；按成因类型分类，其地下水类型为NaHCO3型，为苏打化区地下水，表明为陆相成因。（2）G矿床水文地质 G...
矿区水文地质特征
答：（1）含水层特征：不同岩类的含水层因其岩性不同，发育程度不同，则地下水赋存与运移条件，储水和导水能力的大小，富水性及其不均匀性都有很大差别，而同一岩类的含水层因其厚度、埋藏条件和岩层组合形式不同，含水空间形态，地下水赋存条件和富水性也有区别。一般来讲，碳酸盐岩类含水层储水与导...
矿井水文地质
答：该含水层水水质类型为HCO3-Na·Ga或HCO3-Ga·Mg型,pH值为7.4～7.7,矿化度为0.574g/L。目前水位标高为171m左右(观1孔资料),岩溶裂隙发育,补给条件好,富水性强,但极不均一,为本区重要含水层,是一1煤层底板直接充水含水层。 主采煤层和含水层关系详见图4-2。 (二)隔水层 1.石盒子组砂泥岩隔水层 ...
水文地质条件是什么
答：通常把与地下水有关的问题称为水文地质问题，把与地下水有关的地质条件称为水文地质条件。水文地质指自然界中地下水的各种变化和运动的现象。水文地质学是研究地下水的科学。它主要是研究地下水的分布和形成规律，地下水的物理性质和化学成分，地下水资源及其合理利用，地下水对工程建设和矿山开采的不利...
矿床充水条件及矿床水文地质类型
答：如水文地质条件简单的矿床其正常排水量小于5 000 m3/d,复杂程度中等的矿床,正常排水量为(0.5～2)×104 m3/d,水文地质条件复杂的矿区,其正常排水量大于2×104 m3/d。 考虑到在各种矿床水文地质类型中,岩溶充水矿床的水文地质条件最为复杂,开采时的难度也最大,同时岩溶矿床又在我国广泛分布,为此,1983年地质矿产...
工程地质条件和水文地质条件怎么分析?
答：1、对工程场地稳定性与适宜性分析、评价。2、对工程场地环境工程地质条件评价。在评价场地自然条件的同时，还应预测工程与场地的相互影响及可能引发的工程地质问题。3、为设计提供地质参数。4、根据场地地质条件，为设计提供工程措施意见。水文地质条件分析：水文地质指自然界中地下水的各种变化和运动的现象。
水文地质条件
答：通过对南阳地区地质资料以及水文地质资料的收集、整理与分析,对比浅层以及中深层地下水等水位线图,大致可以勾画出南阳盆地内部地下水运动的趋势以及浅层与中深层地下水之间的补排关系等信息。综合地质岩性条件、构造条件以及气象条件,不难得出浅层以及深层地下水的补给来源、径流途径以及排泄方式等运动特征。 南阳断陷盆地...
