【正文】 向兩 組斷裂，它們各自平行等距排列，彼此交切，將魯西切割成許多大小不等的菱形塊體。向斜南翼地層傾角較緩，一般為 0~18176。另外，井田內(nèi)還發(fā)育少量近 EW 向的斷層。落差大于 1000m。 14 ? F03 斷層：位于井田中東部，走向 NE，傾向 NW，傾角 50~80176。落差 25~70m。 全井田被規(guī) 模較大的斷層分割成三個(gè)大的塊段，在 F7 與 F24 之間形成地壘， F24 與F03 之間形成地塹， F03 與 F21 之間又形成地壘。如 2 煤和 7 煤中揭露的小斷層密度、展布方向等方面差異較大， 7 煤斷裂小構(gòu)造極其發(fā)育，而 8 煤相距僅 25m 左右，卻構(gòu)造又相對(duì)簡單，且 8 煤中發(fā)育一組逆斷層，頂板構(gòu)造二合頂極為發(fā)育，但 7煤中未曾出現(xiàn)過。平均為 19176。煤巖層受構(gòu)造斷層影響，走向變化較大。平均 為 9176。主要含水層是第四系砂及砂礓層、石盒子砂巖、 31煤層頂板砂巖。 砂巖裂隙水量即正常涌水量 30m3/h：據(jù) 250m 水平實(shí)際開采資料， 31煤頂板中砂巖涌水量最大為 20m3/h（ 3500 巷探 、 3302 工作面 )， 3300 采區(qū)軌道、皮帶掘進(jìn)時(shí)頂板砂巖 17 水量為 10m3/h。煤層在采區(qū)中部最厚，向四周變薄。 表 31 煤層 頂?shù)装? 類別 巖石名稱 厚度 /m 主要巖性特征 （ 含水性 ） 老頂 中砂巖 ~，中粗石英砂巖，裂隙富水 直接頂 粉砂巖 0~，泥質(zhì)膠結(jié)，含煤線，不含水 直接底 粘土巖 0~，團(tuán)塊狀結(jié)構(gòu) ，植物化石多 二、瓦斯、煤塵和煤的自燃 （一）瓦斯 白莊 礦井 CH4相對(duì)涌出量為 ～ ， CO2相對(duì)涌出量 為 ～ 晝夜 ， 屬低沼氣礦井。 三、地溫與地壓 （一） 地溫 本井田恒溫帶 為 40m 左右，地溫梯度為 2℃ /100m， 井下工作區(qū)溫度為 18～ 20℃ ， 隨開采深度的增加 ， 地溫也會(huì)上升。 2020 年 6 月 14 日，發(fā)現(xiàn)大壩端至放水洞附近沿壩坡出現(xiàn)多處裂縫，縫寬為 1~3cm，總長為 246m。 澗北水庫庫區(qū)植被較好，水土流失較輕。 肥城地區(qū)抗震設(shè)防烈度為 6 度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為 。進(jìn)水段八字墻已斷裂，裂縫達(dá) 10cm 以上，洞口有雜物淤積現(xiàn)象，洞頂多年老化。從圖 可以看出，大壩內(nèi)已多年無水，即使雨季也處于無水狀態(tài)，已經(jīng)被當(dāng)?shù)卮迕癞?dāng)作耕地用于種植農(nóng)作物。 表 本采區(qū)儲(chǔ)量計(jì)算及“三下”壓煤 儲(chǔ) 量 計(jì) 算 結(jié) 果 塊段號(hào) 斜面積 (m2) 煤厚（不含夾石） 容重 (t/m3) 工業(yè)儲(chǔ)量 (萬 t) 地?fù)p系數(shù) 回采 率 (%) 可采 儲(chǔ)量 (萬 t) B C I 792985 80 II 253260 80 III 75189 80 IV 78855 80 合計(jì) 1202089 工業(yè) 儲(chǔ)量 村莊壓煤 保護(hù)煤柱 白莊煤柱（萬 t) 張店煤柱（萬 t) 澗北大壩煤柱（萬 t) 工業(yè)儲(chǔ)量 147 第二節(jié) 澗北堤壩下壓煤開采的必要性 煤炭資源是不可再生的，進(jìn)行“三下”壓煤開采，是在充分利用煤礦原有生產(chǎn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，既大力開發(fā)了煤炭資源，又延長了礦井壽命；既有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，又有十分顯著的社會(huì)效益 ，特別是在白莊煤礦生產(chǎn)接續(xù)出現(xiàn)困難條件下。 李家寨村為搬遷村莊，為了取得巖移參數(shù)，設(shè)置了一條與工作面夾角成 52176。煤層結(jié)構(gòu)簡單，一般不含夾石，傾角為 5~10176。15′。 3500采區(qū)已基本回采結(jié)束，目前正在回收 3500 采區(qū)煤柱， 3500 采區(qū) 3 煤層平均厚度為 ，采用高檔分層普采，全冒落頂板管理。 （ 3）澗北水庫為?。?1） 型水庫，其上游還建有小龍?zhí)?、呂仙、響水河三座水庫，? 25 要水源為上游來水。 雖然進(jìn)行過物理勘探和少數(shù)鉆探，但是該區(qū)域地質(zhì)勘探程度相對(duì)較低，澗北堤壩保護(hù)煤柱范圍內(nèi)只有 35 222 兩個(gè)鉆孔，周邊有 41 4 63234 三個(gè)鉆孔，在 3700、 3500和 3900 采區(qū)打了幾個(gè)探巷。美國在進(jìn)行“三下”壓煤開采時(shí)多采用房柱式采煤法。不僅重新選址十分困難，重建需要大量的資金，同時(shí)重建需要進(jìn)行征地，征地十分困難而且征地費(fèi)用高。澗北堤壩距離白莊煤礦矸石山較遠(yuǎn)，周邊都是農(nóng)地 ，無法就地解決充填料問題，同時(shí)白莊煤礦從未進(jìn)行充填開采，技術(shù)力量和系統(tǒng)設(shè)備都不具備。該方法雖然能 夠部分減少動(dòng)、靜態(tài)變形值，緩和地表變形強(qiáng)度，但是打亂和改變了礦井正常開拓布局，管理復(fù)雜，只限于煤層不厚、地表建（構(gòu)）筑物范圍有限的情況。 三、 3700 采區(qū)澗北堤壩下采煤開采方案初步確定 根據(jù) 3700 采區(qū)地質(zhì)采礦條件、澗北水庫和大壩情況、白莊煤礦生產(chǎn)技術(shù)和接續(xù)狀況，結(jié)合地下煤層開采與地表移動(dòng)變形的關(guān)系，在盡可能多的回采煤炭資源前提下，澗北堤壩下壓煤可能的開采方案有： （ 1）方案一：全部冒落法開采。水平變形通過建筑物基礎(chǔ)與土壤的摩擦力引發(fā)附加的水平拉伸和壓縮應(yīng)力。按水體的類型、流態(tài)、規(guī)模、賦存條件及允許采動(dòng)影響長度，將受開采影響的水體分為不同的采動(dòng)等級(jí)，對(duì)于不同采動(dòng)等級(jí)的水體，必須采用留設(shè)相應(yīng)的安全煤巖柱的措施。 移動(dòng)和變形的最大值及其位置分別為： ? 最大下沉值： ?cosqmWcm ? ；位置： ??x ； ? 最大傾斜值： rWi cmcm?；位置： 0?x ； ? 最大曲率值： rWK cmcm ?；位置： rx ?? ； ? 最大水平移動(dòng)值： cmcm bWU ? ；位置： 0?x ； 32 ? 最大水平變形值： rWb cmcm ??；位置： rx ?? 。概率積分法是以正態(tài)分布函數(shù)為影響函數(shù)，用積分式表示地表下沉盆地剖面的方法，應(yīng)用概率積分法數(shù)學(xué)模型進(jìn)行地表移動(dòng)變形計(jì)算時(shí)，以主斷面為基礎(chǔ)進(jìn)行疊加計(jì)算。其它結(jié)構(gòu)類型的建（構(gòu)）筑物參見表 規(guī)定執(zhí)行。但是如果礦區(qū)潛水位較高，礦區(qū)地表下沉可能會(huì)使得建（構(gòu)）筑物基礎(chǔ)甚至部分建（構(gòu)）筑物被淹，影響建（構(gòu)）筑物的正常使用。由于抗變形結(jié)構(gòu)較大，限制了該法的推廣使用。 （四）走向長壁法開采或傾斜長壁法開采 根據(jù) 2020 年修訂出版的《建筑物下、水體下、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》附錄三，對(duì)于有溢水設(shè)施的土壩和堤，如果地表巖層移動(dòng)預(yù)計(jì)最大變形值小于6mm/m，則可以采用全部垮落法管理頂板。該方法不僅可以有效減小煤矸石、垃圾等的污染，而且有效保護(hù)地表建（構(gòu)）筑物。 二、堤壩下 壓煤開采的可能方案 （一）搬遷開采 所謂搬遷開采就是將壓煤的澗北水庫進(jìn)行搬遷，選擇一個(gè)開采范圍以外的不受開采活動(dòng)影響的地方建立新的大壩，以此來解決水庫下壓煤問題。英國“三下”采煤的開采措施主要有風(fēng)力充填、條帶開采和協(xié)調(diào)開采。 （ 6）白莊煤礦獲得了實(shí)測地表移動(dòng)變形參數(shù)，確定了采礦地質(zhì)條件與地表移動(dòng)變形的關(guān)系，為合理開采煤炭資源、延長礦井服務(wù)年限等提供了可靠技術(shù)資料，積累了豐富的數(shù)據(jù)，取得了一定的技術(shù)成果。 澗北堤壩下 31 煤層厚約在 ～，為較穩(wěn)定的 中 厚煤層 ，深度為 448m 左右。西北部與 3500 采區(qū)相鄰；東南部與 3900 采區(qū)以 BF031 斷層相隔。 3305 工作面實(shí)測的建筑物最大下沉值為 205mm，地表最大下沉值為 317mm。工作面走向長為 400m，傾斜長為 180~260m。第四系厚度為 。經(jīng)過多年的開采，白莊煤礦可采儲(chǔ)量越來越少，生產(chǎn)接續(xù)逐漸發(fā)生 困難。 圖 澗北水庫及大壩平面位置 2020 年 4 月 10 日，肥城礦業(yè)集團(tuán)公司李彬主任、白 莊煤礦馮總、袁明旺部長和山東科技大學(xué)郭金運(yùn)教授一起現(xiàn)場考察了澗北水庫和大壩，并向周邊居民調(diào)查了澗北水庫情況。放水洞在主壩西側(cè)，型式為無壓砌石拱涵洞，洞長 60m，高 ，寬 。放水洞位于水庫大壩的中間偏右，為壩內(nèi)式無壓砌石拱涵洞，進(jìn)口高程為 ，洞長為 60m，洞高為 ，寬為 。壩址位于砂石山與青石山的交界處，土層厚度為 8~10m，風(fēng)化土層厚度為 1~。壩基底部有一層厚度 1~2m 的膠結(jié)礫石鏈。 （三） 煤的自然發(fā)火傾向 18 經(jīng) 其它 礦井 開采資料證實(shí)， 3 層煤 多次發(fā)生過自燃發(fā)火， 但是白莊煤礦 至今還未發(fā)生過煤層自燃現(xiàn)象。 31煤層 頂?shù)装逄卣饕姳?。 31煤層厚約 為 ～ ，平均為 米，為較穩(wěn)定的厚煤層 。根據(jù) 3302 工作面、 3500采區(qū)掘進(jìn)資料表明，其富水性較弱，一般在頂板破碎處、裂隙發(fā)育處和斷層帶附近淋水較大，但短時(shí)間內(nèi)即可疏干，對(duì)掘進(jìn)有一定的影響，初始水量最大約 為 30m3/h。 落差 /m F24 正 40 130 70 70～ 160 323 鉆孔、 3302 工作面實(shí)見，西段控制程度較高，東段控制一般 F243 正 56 146 70 15 控制程度較低 F03 正 34～ 56 304～ 326 65 20~130 250 東大巷、東皮帶實(shí)見，控制程度較高 F11 正 119 209 70 1000 磁偶源勘探控制 四、水文地質(zhì) 本區(qū)位于 F2 F0 F243 斷層間形成的獨(dú)立水文塊段。；采區(qū)東部煤巖層變化較大，傾向約為 N110176。 圖 地質(zhì)構(gòu)造圖 3700 采區(qū)地質(zhì)構(gòu)造 相對(duì) 較 復(fù)雜。向斜軸部傾角較小，一般 為 4~8176。 15 ? 煤層中小斷層在垂向上具有明顯的分層性。落差 為80~160m。在井田內(nèi)延伸長度為 4950m，有 73 66 73 33 333 等鉆孔穿過，并由地面地震勘探基本查明，表現(xiàn) 為東升西降的 正斷層。該斷層在 303 鉆孔附近落差最大，向東逐漸減小，在 F24 斷層附近消失；向西分叉為兩條斷層。 ? F12 斷層：為 F1 斷層的分支，井田東北部邊界。 井田內(nèi)中新生代斷層十分發(fā) 育，除極少數(shù)小型斷層之外，絕對(duì)多數(shù)為正斷層。煤田鄰 F1 邊界斷層局部發(fā)育南緩北陡的走向向斜，另有少量褶皺，具有短軸、寬緩、傾伏的特點(diǎn)，多屬斷塊活動(dòng)派生 的牽引褶皺，煤田內(nèi)部構(gòu)造在平面上的發(fā)育程度，展布方向等具有明顯的差異性，可將煤田劃分成東、中、西三個(gè)構(gòu)造區(qū)，白莊井田即位于肥城煤田的西部構(gòu)造區(qū)。沂沭斷裂帶以西，齊河廣饒斷裂以南的廣大魯西地區(qū)，其基底為太古界泰山群變質(zhì)巖系，蓋 層為下古生界寒武、奧陶系。富含植物化石。該采區(qū)上限標(biāo)高 309m，下限標(biāo)高為 425m，地面標(biāo)高為 +~+，走向長2500~2612m，傾向長 152~536m，傾向平均 344m，面積 792985m2。 1 煤與 31煤間距 為 ~，平均為 ； 31煤與 32煤間距 為 0~，平均 為 ，該兩層煤 在井田的東 北部合并； 32煤與 4 煤間距 為 ~，平均 為 。 ? 寒武系：厚約 600 多米。在煤層及頂?shù)装鍘r層中主要產(chǎn)苛達(dá)木 、楔葉木、輪木、細(xì)羊齒和蘆木 等化石。下石盒子組（ P）厚約 55m。 為了保護(hù)澗北大壩，白莊煤礦留設(shè)了保護(hù)煤柱，如圖 所示。 2020 年白莊煤礦委托山東科技大學(xué)編制了《肥城白莊煤礦有限公司 3900 采區(qū) 31煤層張店村下 壓煤開采方案設(shè)計(jì)》，山東省煤炭工業(yè)局魯煤規(guī)發(fā)字 [2020]68 號(hào)文予以批復(fù)，批準(zhǔn)張店村下壓煤條帶開采 390 3910工作面，采出率為 33%。 副井和風(fēng)井裝備有梯子間，作為礦井的安全出口。主井井口直徑 為 ，井底到達(dá) 250m水平，服務(wù)于全礦煤炭提升 。目前已完成三條暗斜井及井底車場水倉泵房工程， 2020 年底形成通風(fēng)、供電、排水、提升等主系統(tǒng)， 2020 年一季度首采面 7 層煤 7105 工作面投產(chǎn)。 1986 年 6 月，山東省煤炭局 （ 86） 魯煤字第 22 號(hào)文《對(duì)白莊礦井改擴(kuò)建工程方案設(shè)計(jì)的批復(fù)》中，確定礦井?dāng)U建規(guī)模為 90 萬 t/a，濟(jì)南 煤礦設(shè)計(jì)院于 1987 年 4 月提交《白莊礦井改擴(kuò)建初步設(shè)計(jì)》，煤炭部以 （ 88） 煤生字第 418 號(hào)文批準(zhǔn)。 年平均降雨量 為 ，最高年降水量 為 （ 1964 年），最低 年 降水量 為（ 1989 年）。 3 表 白莊煤礦拐點(diǎn)坐標(biāo)一覽表 拐點(diǎn)編號(hào) 北京 54 坐標(biāo)系 西安 80 坐標(biāo)系 X 坐標(biāo) /m Y 坐標(biāo) /m X 坐標(biāo) /m Y 坐標(biāo) /m B4 B5 B6 B7 B8 B9 B10 B11 B12 B13 B14 B15 B16 B17 B18 B18A B19 J7 J6 J5 J4 J3 J2 J1 面積 開采深度 +71m~700m 4 第二節(jié) 自然地理 一、地形、地貌 肥城煤田的地形為四面環(huán)山，北高南低， 東高西低， 是一個(gè) 向西南開闊的盆地，盆地內(nèi)地形較平坦。 在 公路 交通 方面 ，白莊煤礦 工廣 南門口即為泰（安） — 平（陰）公路，向南 5km為泰（安） — 聊（城）公路，東有濟(jì)（南） — 兗（州）公路通過， 可直達(dá)泰安、平陰、聊城、濟(jì)南、兗州等地，交通十分便利。36，北緯36