祁东煤矿地质构造对煤与瓦斯突出的影响研究.pdf

安徽理工大学 硕士学位论文 祁东煤矿地质构造对煤与瓦斯突出的影响研究 姓名田强国 申请学位级别硕士 专业地质工程 指导教师姚多喜 20090601 摘要 摘要 地质构造对瓦斯的赋存及涌 突 出有明显控制作用，皖北祁东矿地质构造 复杂，属高瓦斯矿井，给煤矿安全生产带来了严重的威胁。本论文在分析祁东矿 井构造发育特征的基础上，深入研究了地质构造对煤层瓦斯的控制作用，采用多 参数 断层强度、断层密度、断裂分维值、褶曲平面变形系数、瓦斯含量、构造 煤厚度和煤层顶板岩层效应厚度影响系数川等 分析和灰色模糊综合评价方法，对 祁东矿地质构造复杂程度和瓦斯灾害危险性进行了定量评价，同时对已有的矿井 煤层煤体结构现场观测资料和测井曲线解译数据进行了综合分析，取得了以下成 果和认识 1 ．祁东矿地质构造对瓦斯的分布起主导作用，同时也控制着构造煤的发育和 分布。 2 ．确定了祁东矿构造复杂程度定量评价指标，建立了评价数学模型，并对评 价参数进行了统计和分析，对其地质构造复杂程度进行了定量评价，得出3 。、6 ．、 7 。三个煤层的构造都比较复杂，复杂区基本上都分布在两个次级褶曲位置，7 。煤层 构造复杂程度最大。 3 ．确定了祁东矿瓦斯灾害危险性评价指标，采用灰色模糊综合评价方法对矿 井瓦斯灾害危险性进行了定量评价，圈定了不同危险性等级的范围，其中，7 。煤 层为危险煤层，6 。煤层和3 煤层次之，这为祁东矿井瓦斯灾害的有效治理提供了 地质科学依据。 图[ 2 7 ]表[ 1 6 ]参[ 6 4 ] 关键词地质构造；瓦斯；构造煤；平面变形系数；定量评价 分类号 安徽理l 人学硕十论文 A b s t r a c t T h eg e o l o g i c a ls t r u c t u r eh a v ea p p a r e n tc o n t r o lo ng a sh o s t i n ga n dg a sg u s h i n g o u t b u r s O ．T h eg e o l o g i c a ls t r u c t u r eo fQ i D o n gc o a lm i n ei nt h en o r t ho fA n H u ip r o v i n c e i s c o m p l e x ，w h i c h i s h i 曲- g a sm i n e ，w h i c h t h r e a t s s a f e t yp r o d u c t i o n i nc o a l m i n i n g ．B a s e do nt h ea n a l y s i so fd e v e l o p i n gc h a r a c t e r i s t i c so ft e c t o n i c si nQ i D o n gc o a l m i n e ，t h ec o n t r o le f f e c to fg e o l o g i c a ls t r u c t u r eo nc o a ls e a mg a sW a sd e e p l yr e s e a r c h e d 。 B ya n a l y s i s 晰t l lp a r a m e t e r s i n t e n s i t yo ff a u l t s ，d e n s i t yo ff a u l t s ，v a l u e so ff r a e t a l d i m e n s i o no ff r a c t u r e ，p l a n a rd e f o r m a t i o nc o e f f i c i e n t so ff o l d s ，c o n t e n t so fg a s ， t h i c k n e s so ft e c t o n i cc o a l s ，i n f l u e n c ec o e f f i c i e n to fe f f e c i e n c tt h i c k n e s si nr o o fo fc o a l s e a m a n dg r e yf u z z ye v a l u a t i o nm e t h o d s ，g e o l o g i c a ls t r u c t u r a lc o m p l e x i t ya n dh a z a r d o fg a sd i s a s t e rW a sq u a n t i t a t i v e l ye v a l u a t e d ，t h ed a t ai n c l u d i n gc o a lb o d ys t r u c t u r e o n - s i t eo b s e r v a t i o na n dl o g g i n gi n t e r p r e t a t i o nW a sc o m p r e h e n s i v e l ya n a l y z e d ，F i n a l l y , t h ef o l l o w i n ga c h i e v e m e n ta n d k n o w l e d g e a r eo b t a i n e d I ．T h eg e o l o g i c a ls l r u c t u r ei sd o m i n a n tf a c t o rt og a sd i s t r i b u t i o n ，a n dt ot e c t o n i cc o a l d i s t r i b u t i o na n di t sd e v e l o p m e n ti nQ i D o n gc o a lm i n e 2 ．Q u a n t i t a t i v ea s s e s s m e n ti n d e x e so fc o m p l e x i t yo fg e o l o g i cs t r u c t u r eQ i D o n gc o a l m i n ea r ed e t e r m i n e d ，a n dm a t h e m a t i c a lm o d e l sf o ra s s e s s m e n ta r ec o n s t r u c t e d , a n d a s s e s s m e n ti n d e x e sa r es t a t i s t i c a l l ya n a l y z e d ．a n dt h eg e o l o g i cs t r u c t u r ec o m p l e x i t yo f Q i d o n gm i l l ei se v a l u a t e dq u a n t i t a t i v e l y , a n ds o m e r e s u l t sa l eo b t a i n e d ．T h et e c t o n i c so f N o ．3 2 ，6 t ，7 1c o a ls e a m sa r em o r ec o m p l e x ．T h ec o m p l e xr e g i o ni sb a s i c a l l yt h ep l a c e w h e r et h et w i c ef o l dh a p p e n e d ．T h eN o ．7 2c o a ls e a n li sm o r ec o m p l e x ． 3 ．T h ed e t e m i n a t i o no fe v a l u a t i o ni n d e xo nh a z a r do fg a sd i s a s t e r ，q u a n t i t a t i v e l y e v a l u a t i o no nh a z a r do fg a sd i s a s t e rb yg r e yf u z z ye v a l u a t i o nm e t h o d s ，d e l i n e a t i o n s c o p eo f d i f f e r e n tl e v e l s ，o f w h i c h 7 1i Sh a z a r dc o a ls e a m ，6 1a n d3 2a r el C S Sh a z a r d ，S Oa s t op r o v i d es c i e n t i f i cb a s i sf o r e f f e c t i v eg o v e r n m e n to fm i n eg a sd i s a s t e r ． F i g u r e 【2 7 】t a b l e 【16 ] r e f e r e n c e 【6 4 】 K e y W o r d s G e o l o g i cS t r u c t u r e ，g a s ，T e c t o n i cC o a l s ，f a u l tf r a c t a ld i m e n s i o n ， Q u a n t i t a t i v eA s s e s s m e n t C h i n e s eb o o k sc a t a l o g Ⅱ 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得塞徼垄王太堂或其他教育机构的学位或证书而使用 过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名碑眺尹≤月丛日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解．塞徼堡王太堂有保留、使用学位论文 的规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于 塞邀堡王太堂。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复 印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权安徽理工大学 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采 用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 保密的学位论 文在解密后适用本授权书 2 祁东矿区地质概况 l 绪论 1 ．1 研究意义和目的 煤炭是我国的主要能源，约占一次性能源的7 0 ％，并且在相当长一个时期内不 会有大的改变。制约煤炭工业发展的最大障碍之一是瓦斯灾害。目前，我国百万 吨死亡率是发达国家的数十倍到一百倍以上，其中瓦斯事故死亡人数占4 0 9 6 以上。 随着煤矿开采地质条件越趋复杂性以及开采深度向纵向深度发展的趋势，矿井瓦 斯问题日益严峻，尤其是煤与瓦斯突出现象造成人员伤亡、井巷破坏现象将更加 严峻。因此，煤矿瓦斯灾害已成为矿井最严重的自然灾害之一。国家安全监督部 门对瓦斯的研究与管理给予了极大重视，但瓦斯的无形性、隐蔽性以及突出机理 的不确定性，给瓦斯研究与预测带来很大的技术难度，始终未取得决定性的突破。 因此瓦斯地质的研究工作具有一定的紧迫性。 为此对瓦斯突出的预测就显的非常重要，然而引起瓦斯突出现象的因素却相 当复杂。瓦斯突出是地应力、煤中的瓦斯、煤的结构、围岩和煤的力学性质综合 作用的动力现象。突出过程中，地应力、瓦斯压力是发动和发展突出的动力，煤 体结构，力学性质则是阻碍突出发生的因素，不同的因素在突出中的作用不同。 那么把这些不同的因素综合起来，并及时有效的对不同情况下瓦斯突出进行预测， 对实现安全、高效开采地质条件复杂及深度较大高瓦斯矿煤炭有着重大的现实意 义，同时也具有重要理论价值。 祁东煤矿位于安徽省宿州市蛹桥区祁县镇、西寺坡镇和固镇县湖沟区境内， 东以3 3 勘探线与龙王庙勘探区毗邻，西以F 2 2 断层与皖北煤电矿业 集团 公司 祁南煤矿分界；南起二叠系山西组1 0 煤层露头，北至3 2 煤层．8 0 0 m 水平地面投影 线为界。东西长约9 k m ，南北宽约3 ．5 - - - 5 k m ，矿井面积约4 6 ．5 k m 2 。井田内煤层瓦 斯含量高，属高瓦斯矿井，瓦斯突出严重制约煤矿安全生产。 本文主要围绕祁东煤矿主采3 2 、6 l 和7 l 煤层的瓦斯、煤的结构、围岩和煤岩 的物理力学性质来做深入研究，分析评价各主要地质构造对各主采煤层的影响， 揭示受地质构造影响下煤与瓦斯突出的规律性。基于地质构造对煤与瓦斯突出的 影响，采用分形理论[ 2 1 和多参数灰色模糊综合评价的方法对上述主要开采煤层进行 了煤与瓦斯突出区域性预测，并提出较为有效的防治措施，为地质条件复杂及深 度较大的高瓦斯矿煤炭的安全生产、高效回采提供必要的科学依据，这不仅具有 理论意义，而且也有较大的应用价值。 安徽理工火学硕士论文 1 ．2 国内外研究现状 1 ．2 ．1 国外研究现状 能否防治煤与瓦斯突出在很大程度上取决于预测的可靠性和准确性，因而世 界各国对突出预测都很重视。主要有俄罗斯、波兰、澳大利亚、德国、日本等， 其中前苏联的预测方法得到了更多的推广。煤与瓦斯突出预测概括起来分为三个 方面①．区域预测预测结果是确定突出矿井和非突出矿井、突出煤层和非突出 煤层或突出的危险区域。②．局部预测局部预测要求有更精确的区域预测资料， 预测结果是确定出突出区和非突出区。③．日常预测利用各种矿井瓦斯监测与管 理手段，根据各种矿井动力现象和突出历史资料进行突出带和突出可能性的制定。 1 ．2 ．2 国内研究现状 1 煤与瓦斯突出机理 我国从2 0 世纪6 0 年代起就对突出煤层的应力状态、瓦斯赋存状态、煤的物 理力学性能等开展了研究，并根据现场资料和实验研究对突出机理进行了探讨， 特别是近几年随着研究的深入及新手段的应用，产生了许多新的认识，目前己经 对突出发生的原因、条件、能量来源做出了定性的解释和近似的定量计算，为防 治措施的选择及效果检验提供了理论依据，主要观点有 河南理工大学瓦斯地质研究所的张子敏、张玉到3 l 从瓦斯地质角度研究瓦斯突 出，在总结我国瓦斯突出煤层结构特征的基础上，给不同类型构造煤卜l l 】结构赋予 了地质涵义。而研究构造煤的意义在于它是煤与瓦斯突出的必要条件，对预测和 防治煤与瓦斯突出事故至关重要，因此成为瓦斯地质学的核心问题【1 2 以6 】。 胡宝林、宋晓梅【17 J 在研究宿东矿区构造特征及煤体结构破坏规律的基础上， 分析了该地区构造对瓦斯的流动、煤体结构破坏的控制作用及它们对瓦斯赋存的 影响，并将宿东矿区分为五个构造区，分析了每个区的赋存规律。． 吴基文，赵志根等【l8 】系统的研究了海孜煤矿主采煤层的煤岩特征、煤体结构 特征、煤层瓦斯参数特征，指出了突出煤层与非突出煤层瓦斯参数的差异性。 周世宁、何学秋【l 明 1 9 9 0 提出了流变假说煤与瓦斯突出是含瓦斯煤受采动 影响后地应力与孔隙瓦斯气体祸合的一种流变过程。在突出准备阶段中，含瓦斯 煤体在采动影响的区域内就开始了蠕变破坏，使煤体进一步被切割，形成发育的 裂隙网。在某区域加速破坏发生时，如果该区域瓦斯能量足够冲跨己遭破坏的煤 2 2 祁东矿区地质概况 体，则突出发生、发展，突出过程中的瓦斯气体部分由前一蠕变区域通过发育的． 裂隙网补给。 周克友1 2 0 】通过对江苏省矿井瓦斯的分布与地质构造的关系深入研究，指出受 区域地质构造的控制，瓦斯的涌出具有明显分区分带性。 A l p e m ，B t 2 1 】与王红岩、张建博1 2 2 】等认为突出的次数和强度随着煤层厚度特别 是软分层的厚度的增加而增多，突出最严重的煤层是主采煤层。 陆国桢1 2 3 】通过对淮南、淮北部分井田测井曲线、煤层甲烷含量和煤结构的研 究，认为测井曲线解释煤层甲烷含量和煤结构是可行的。 蔡成功、张建引2 4 1 依据平煤集团历年煤与瓦斯突出事例的统计数据，应用7 2 心理极限概念，合理选定模糊评判因素集，采用层次分析法确定各因素对突出 强度的贡献度权重；采用定性数据定量化理论建立了各因素隶属于大型突出、中 型突出和小型突出的隶属度；采用二级模糊综合评判方法和“加权平均型”评判 数学模型，在国内外首次建立了煤与瓦斯突出强度预测模糊综合评判方法，按最 大隶属度判别准则实现对突出强度的定量预测。对平煤集团9 1 次突出事例突出强 度预测验证表明，验证正确率为9 4 ．5 ％，说明提出的煤与瓦斯突出强度预测方法 在技术上是可行的，对突出矿井煤与瓦斯突出预测具有重要的指导意义。 2 煤与瓦斯突出发生条件研究 煤与瓦斯突出是地应力，包含在煤中的瓦斯及煤的结构，煤的力学性质综合 作用的动力现象。在突出过程中，地应力、瓦斯压力是发动和发展突出的动力． 乱地应力条件 地应力对围岩或煤体的弹性变形潜能做功，使煤体产生突然破坏和位移，促 进突出的发生。而围岩中应力增加决定了煤层的低透气性，使瓦斯压力梯度增高， 煤体一旦破坏就形成有利突出条件。 b ．瓦斯作用 在形成高瓦斯压力的梯度带，可单独诱发突出。突出过程中，瓦斯压力与地 应力相互配合使煤体突出向深部传播，同时，形成的瓦斯风暴不断把破碎的煤体 运走，并加以粉碎，从而在新暴露的突出煤壁附近保持着较高瓦斯压力梯度，促 进了煤体连续剥离。 c ．地质条件 宋志敏、牛雅莉、彭立世【2 5 】将煤与瓦斯突出的地质条件分为三个方面矿井 地质构造条件，煤层和围岩条件，煤体结构条件。它对突出的发生起着控制作用。 3 安徽理j I 人学硕士论文 一方面，煤体和围岩为突出提供物质保证另一方面井田构造使瓦斯富集，产生 的构造应力为突出补给能量，形成有利的突出条件。 1 ．3 本文研究的内容与方法 1 ．3 ．1 课题的主要内容 1 矿井地质构造复杂程度定量评价通过对矿井地质构造的统计分析，确定 评价指标，即①断层分维统计②褶皱平面变形系数等。在此基础上建立矿井 地质构造定量评价模型，进行地质构造复杂程度的定量评价； 2 主采煤层煤体结构类型、分布特征、形成机理及与瓦斯灾害的关系研究； 构造煤与瓦斯灾害的关系研究 3 瓦斯灾害危险性定量评价①瓦斯赋存与涌、突出特征。②瓦斯灾害危险 性分区。 1 ．3 ．2 采取的技术措施和办法 1 系统收集研究区勘探和生产揭露资料，进行统计、整理、制图； 2 运用分形理论对矿井断层构造进行分维统计研究 3 运用灰色关联分析方法进行指标选取和建立评价模型； 4 采用多参数综合评价与灰色模糊评价方法对矿井地质构造复杂程度进行 定量评价，对瓦斯灾害危险性进行等级分区； 本文的技术路线图见图1 。 4 2 祁尔矿区地质概况 图1 本文技术路线图 F i g ．1T e c h n i c a lr o u t eo f t h et h e s i s 5 安徽理h r 人学硕士论文 1 ．4 论文工作概况 2 0 0 8 ．3 ～2 0 0 8 ．6 搜集、整理和分析矿井地质资料及有关科研成果； 2 0 0 8 ．7 - - 一2 0 0 8 ．8 完成现场调查、资料收集、数据处理等； 2 0 0 8 ．9 ～2 0 0 8 ．1 0 评价指标的选取、评价模型的确定、各指标参数的归一化 处理，不同性质、类型、规模、组合关系的构造对地质灾害的控制机理分析研究； 2 0 0 8 ．1 1 - - 一2 0 0 8 ．1 2 矿井构造复杂程度等级定量评价，矿井瓦斯危险性等级 定量评价，矿井主采煤层构造复杂程度分区及划分可能发生地质灾害的块段，并 制成相关图件；分析研究祁东煤卵勘赫毓翳j l j i 齿蹶出的黟恸瞄4 0 2 0 0 9 ．1 - - - 2 0 0 9 ．4 论文的编写。 在此其间共收集3 煤层、6 。煤层、7 。煤层累计超过3 0 0 个钻孔资料，涉及三个 煤层的总厚度、构造煤厚度、褶皱平面变形系数等。整理出十几种用于定量评价 的相关数据和2 1 张相关图件；并对地质构造复杂程度和瓦斯灾害发育程度定量评 价的参数进行选取，弥补了信息的不完全性和非确定性，使评价结果更为客观、 合理、可靠。 与此同时，为了更好的对祁东矿井地质构造复杂程度进行研究，还对已有的 矿井煤层煤体结构现场观测和测井曲线解译成果进行了深入对比研究和综合分析， 并提取相关数据做为评价指标，使得评价结果更接近客观实际。指标统计工作及主 要工作量见表1 。 表1 指标统计工作及主要工作量 T a b l e ．1I n d e x 髂s t a t i s f i 姻a n dm a i nw O r U o a d 内容3 2 煤层6 l 煤层7 l 煤层 构造煤数据统计 6 59 01 0 6 煤厚度统计 1 1 01 7 01 7 8 分维值统计 1 1 61 4 91 6 2 断层密度统计 1 1 6 1 4 91 6 2 断层强度统计 1 1 6 1 4 91 6 2 平面变形系数统 1 1 61 4 9 1 6 2 项板岩性效应系 7 3 1 0 51 3 0 数统计 合计 7 1 29 6 1 1 0 6 2 6 2 祁东矿区地质概况 2 ．1 区域地质背景 2 ．1 ．1 区域地理概况 2 祁东矿区地质概况 淮北煤田地势平坦，西北高而东南低，坡度仅为1 ／8 0 0 0 。东北部等地有海拔 5 0 - - - 3 0 0 m 的剥蚀丘陵和残丘，其余平原的海拔为2 0 “ - - 4 0 m 。淮河自西向东贯穿于 本区南部，北部主要支流自西向东有涡河、浍河、沱河、濉河等。矿区位于北温 带的南部，为暖温带半湿润季风气候。冬季干冷，夏季湿热，年平均气温为1 4 “ - - 1 5 。C ，年平均降水量在7 5 0 “ - - 9 0 0 m m 之间，年降水量的6 0 ％集中在夏季。 2 ．1 ．2 区域地层 祁东煤矿位于淮北煤田宿县矿区宿南向斜内，宿县矿区位于淮北煤田的东南 缘，在地层区划上属于华北地层区鲁西地层分区徐宿小区。本区地层出露甚少， 多为第四系冲、洪积平原覆盖。区内所发育地层由老到新层序为青白口系 Z 。 、 震旦系 Z 。 、寒武系 ∈ 、奥陶系 O 。 、石炭系 C 粥 、二叠系 P 、侏罗系 J 、白垩系 K 、上第三系 N 和第四系 Q 。 1 ．古生界地层 下古生界寒武系和奥陶系主要由碳酸盐岩组成，区内广泛分布。寒武系层序 完整，奥陶系不完整，缺失晚奥陶世沉积，中奥陶统分布也不稳定。上古生界石 炭系和二叠系主要由海陆交互相和陆相碎屑岩组成，本区缺失下石炭统。， 2 ．中生界地层 中生界侏罗系和白垩系主要为陆相碎屑岩沉积，局部有火山碎屑岩堆积。 3 ．新生界地层 新生界地层中第三系为一套陆相碎屑岩。主要分布在宿县西北部广大地区 大都隐伏在第四系之下，厚度不稳定；第四系主要为冲洪积相、湖积相的粘土、 砂质粘土、砂、砾石等组成，以粘土和砂相间分布的混合堆积为特征。 2 ．1 ．3 区域构造 l 、淮北煤田 7 安徽理j r 人学硕 论文 淮北煤f f l 位于华北聚煤区的东南部，按板块构造学的观点，淮北煤田位于华 北板块的东南缘，豫淮坳陷的东部，东以郯庐断裂为界与杨子板块相接。煤田构 造的形成、发展与板内构造和板缘构造的演化有密切的联系。区域基底构造格架 受南、东两侧板缘活动带的控制，总体表现为受郯庐断裂控制的近南北向 略偏 北北东 的褶皱、断裂，叠加并切割早期形成的东西向构造，形成菱形断块式的 隆坳构造系统 见图2 。徐宿弧形推覆构造是在此基底构造格架的基础上发展而 成的，为断块内的低序次构造。宿南向斜处在徐宿弧形推覆构造南段的西侧。 1 淮北煤田褶皱构造 淮北煤E f l 褶皱构造轴向总体上呈北北东～南北向 见图3 ，局部呈北西向甚 至北西西向。这种褶皱轴向上的规律性表明了印支～燕山造山期几个阶段不同应 力场引起的结果。淮北煤田的褶皱构造，自西向东有观堂一花沟背斜，夏邑一涡 阳向斜，永城～龙山复背斜，岳集～百善～五沟向斜，萧县～童亭背斜，闸河～ 南坪复向斜，蛮顶山～双堆复背斜，支河～芦岭～西寺坡向斜等。 。 2 淮北煤田断裂构造 淮北煤田的断裂构造从区域性看，可分为东西向、北东向、北西向及北北东～ 近南北向四个展布方向 见图2 。东西向断裂有宿北断裂、孟集断裂和板桥断裂。 在观堂～共沟背斜，闸河向斜，宿南向斜上也有发育。这些断裂属于基底断裂的 后期活化，一般延伸长度大，断层落差亦大。 3 区域岩浆岩侵入 淮北煤田的岩浆岩，从总体上看分布不广，多以岩床产出，且多为中基性闪 长岩，闪长玢岩，辉绿玢岩为主。濉萧矿区的丁里、张大屯及津浦路东侧有酸性 花岗斑岩分布。这些岩浆岩均生成于燕山期，同位素绝对年龄测定值为1 ～1 ．4 5 亿 年。岩浆岩多产于煤田隆起褶皱断裂的后期，而且与东西向及北北东向大断裂密 切有关。 总之，据淮北煤田地质图，本区构造形迹主要特征如下 1 褶曲构造特征①褶曲轴线总体走向为北北东向或近南北向，个别为北 西向，多数背、向斜平行相间协调分布。②褶曲枢纽连续波状起伏，使褶曲在走 向上呈“串珠状“ 分布。③在开阔的向斜内存在次一级褶曲，并多为短轴小褶曲， 轴向零乱。④所有褶曲几乎都显示出背斜西翼陡，东翼缓。一般缓翼地层倾角为 1 0 - - - , 2 0 。，陡翼倾角为3 0 - - - , 6 0 。，或更大。⑤向斜保存较好，有利于煤系的保存， 是煤田勘查的主要对象。 8 2 祁东矿区地质概况 2 断层构造特征①多数走向为北北东及北东，少数为近南北、东西或北 西向。②北北东及近东西向的断层规模比较大，其它方向的断层一般规模较小。 ③正断层一般在6 5 “ - 7 0 。；逆冲断层倾角相对较小，但在徐宿推覆构造体系中， 逆冲断层倾角在6 5 。以上的也常见。 3 淮北煤田各矿区都不同程度受到了岩浆岩侵入的影响；宿县矿区各井田 的煤层影响较轻，临涣矿区次之，岩浆岩对濉萧矿区的影响最甚。 图2 徐州～淮北地区构造纲要图 F i g ．2T e c t o n i cs k e l e t o nm a p b e t w e e nX u z h o nt oH u a i b e i ①一丰沛断层②一宿北断裂⑨一光武一固镇断裂④一太和一五河断裂 ⑤一刘府断裂⑥一夏邑断裂⑦一丰县一口孜集断裂⑧一固镇一长丰断裂 ⑨一灵壁一武店断裂⑩一郯庐断裂 2 、宿县矿区 宿县矿区大地构造环境处在华北古大陆板块东南缘，豫淮坳褶带东部、徐宿 弧形推覆构造南端。东有宿东向斜，南有光武一固镇断裂，西接童亭背斜，北有 宿北断裂。区域基底格架受南、东两侧板缘活动带控制，总体表现为受郯庐断裂 控制的近南北向 略偏北北东 褶皱断裂，叠加并切割早期东西向构造，形成了 9 安徽理i 人学硕十论文 图3 淮北煤田区域地质圈 2 祁东矿区地质概况 许多近似网块断块式的隆坳构造系统。而低序次的北西向和北东向构造分布于断 块内，且以北东向构造为主。随着徐宿弧形推覆构造的形成和发展，形成了一系 列由南东东向北西西推掩的断片及伴生的一套平卧、斜歪、紧闭的线形褶皱，并 为后期断陷作用、重力滑动作用及挤压作用所叠加而更加复杂化。具体见宿县矿 区构造纲要图 图4 。 图4 宿县矿区构造纲要图 F i g ．4S k e l e t o nm a p o fr e g i o n a lg e o t e c t o n i c si ns n x i a n 2 ．1 ．4 区域岩浆岩侵入情况及影响 1 岩浆活动在本矿较为强烈，呈似层状侵入煤层中，主要侵入1 0 煤层， 其次为9 、8 、7 、6 等煤层，岩浆侵入活动有逐渐减弱趋势，岩性较单一，大都为 基性、超基性的云煌岩，侵入中部含煤段中有少数为正长斑岩和辉石正长岩，属 印支期的脉岩。 就岩浆岩侵入范围而言，本矿岩浆岩为隐伏侵入岩体，据钻孔揭露，岩浆岩 对不同煤层侵入范围不同，如1 0 煤层被岩浆岩侵入范围几乎遍布全矿，占储量估 算面积的8 0 ％以上，岩浆岩的厚度一般在1 ．5 m 左右；侵入9 煤层的岩浆岩主要分 安徽理’I j 大学硕十论文 布在2 6 ．2 7 线“ 3 3 线南部，侵入面积约占矿井储量估算面积l ／3 ，岩浆岩厚度0 ．2 9 - - 一 6 ．2 6 m ，变化较大；侵入8 2 煤层的岩浆岩主要分布在补3 0 线“ 2 7 线间，侵入面积 约占矿井储量估算面积的7 ％，岩浆岩厚度O ．2 5 ～3 ．1 5 m ；侵入8 l 煤层的岩浆岩主 要侵入在2 4 ．2 5 线“ - - * b3 0 线间魏庙断层以北深部地区，侵入面积约占矿井储量估 算面积的1 0 ％左右，厚度为0 ．3 0 “ 3 ．9 8 m ；其他侵入7 l 和6 l 煤层的侵入点是零星 个别点，到3 2 煤层岩浆岩的侵入点就更为少，且岩浆厚度也更薄。 2 岩浆岩对煤层与煤质的影响岩浆岩的侵入，破坏了煤层的原生状态， 对煤层与煤质的影响较大，主要表现为以下几个方面 a ．由于岩浆岩的侵入，破坏了煤层的结构和稳定性，煤层甚至完全被吞蚀。 b ．煤层被岩浆岩穿插，出现分叉、合并，使煤层夹矸增多，结构变复杂，使 煤层可采性大大降低。 c ．由于岩浆接触变质作用，侵入煤层时，煤变质为天然焦或无烟煤，造成煤 类分布混杂，降低了煤的工业利用价值。 2 ．2矿井地质概况 2 ．2 ．1 自然地理概况 祁东煤矿位于安徽省宿州市埔桥区祁县镇、西寺坡镇和固镇县湖沟区境内， 东至龙王庙勘探区，西以F 2 2 断层与淮北矿业 集团 公司祁南煤矿分界；南起 二叠系山西组1 0 煤层露头，北至3 2 煤层．8 0 0 米水平地面投影线为界。京沪铁路 从本区东北通过，北距宿州站约2 0 公里，东距芦岭站1 ．5 公里；2 0 6 国道宿 州 蚌 埠 段从本区西侧通过，公路可直通徐州、阜阳、淮北、蚌埠等地。 2 ．2 2 地层特征 本区含煤地层为石炭二叠系，石炭系暂未作勘探对象。二叠系含煤地层为山 西组，下石盒子组、上石盒子组，其总厚大于7 8 8 m ，共含煤1 0 - 3 0 余层，其中可 采煤层有1 4 层，可采煤层平均总厚1 5 ．1 5 m 。 祈东矿地层出露较多，区内所发育地层由老到新层序为青白口系、震旦系、 寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系、侏罗系、白垩系、上第三系和第四系，各期 地层厚度及岩性见表2 。 1 2 2 祁东矿区地质概况 表2 祁东矿井地层表 界系统群代厚度 m 岩性 新 生 第四系Q 2 0 m 击O O 粘土、亚粘七、砾打、 界 镜_ 粟 ’R 3 0 0 细砂岩、泥岩、粉砂 中 生 白垩系 上统_ 千氏组K 6 1 1 砂砾岩、泥岩 下统青山纽K 1 1 0 0 安山质泥岩、安山岩 ‘界 上统泗县组J3 0 9 ～1 1 0 碎屑岩系夹透镜状灰 侏罗系 中- 卜．统义井组 J 4 6 0 砂岩、泥岩互层 上 古 上统 石千峰 P1 1 0 7 0 0 灰紫泥质砂岩，中粗 二叠系 上石盒P3 8 0 7 0 0 砂岩、砂质页岩 生 下统 下石盒 P1 8 m 乏4 0 粉砂岩、细砂岩与泥 界 山西组 Pl O f f - - 1 3 0 砂岩、砂质页岩、泥 上统太原组C1 2 0 ～1 9 0灰岩、砂质灰岩、泥 石炭系 中统本溪组C1 3 4 0 铝质粘十岩、泥岩、 中统老虎山O4 2 中厚层灰质白云岩夹 奥陶系 马家沟 01 5 m 乞0 0 灰岩、白云质灰岩、 下 下统 肖县纽 O1 5 7 ～2 5 0 灰岩、白云质灰岩 贾汪组O4 1 9白云岩、页岩、白云 风山纽 ∈ 1 0 3 ～1 9 6 泥岩、白云质灰岩、 古 上统 长山组 ∈ 2 2 6 6 白云质灰岩、含海绿 崮山组 ∈ 2 9 ～8 8 含白云质灰岩、薄层 张夏组 ∈1 4 ＆0 6 0 中厚层白云质灰岩 生 寒武系中统 徐庄组 ∈ 8 5 ～1 8 9 含白云质灰岩、长石 毛庄组 ∈ 1 4 - 3 7 灰岩、粉砂岩、砂岩 界 下统 馒头组 ∈2 5 m 0 2 6 页岩夹层、薄层状灰 猴家山 ∈ 3 6 5 0白云质灰岩、泥岩、 沟后组 Z 1 1 9 灰质白云岩、黄绿色 上 震旦系 未分统 兀 金山寨 Z2 1 灰岩、藻灰岩、页岩、 青望山组 Z3 8 0 薄层泥质条带状灰， 古 史家组 Z4 0 0 页岩、含海绿石砂岩、 界 未 魏集组 Z 3 2 0 含藻灰岩、白云岩 白 厂、 张渠组 Z3 7 8 薄层灰岩，项部为厚 震 九顶山Z3 7 0含燧石条带厚层灰 旦 分 倪同组Z3 7 0 砂质灰岩、含粉砂质 口 赵圩组 Z6 3 l 泥质条带灰岩 亚贾吲组 Z 3 0 4石英岩、石英细砂岩、 界 寿县组Z 2 4 钙质页岩夹灰岩扁豆 系 刘老碑 Z 4 2 石英岩 、_ ， 统 五山组 Z 4 3 5 1 3 安徽理j r 大学硕 论文 2 ．2 ．3 煤岩及煤质特征 1 煤岩特征 宏观煤岩特征1 “ - 3 2 煤层主要为亮煤和暗煤，夹有镜煤透镜体，属半亮．半暗 型。6 0 “ - - 9 煤层以暗煤和亮煤为主，夹镜煤条带，属半暗．半亮型。1 0 煤以亮煤为 主，暗煤次之，属半亮．半暗型。 ’ 显微煤岩特征各煤层有机组分总量为7 9 ．9 0 “ - - 9 5 ．3 3 ％，无机组分总量为4 ．6 7 “ - “ 2 0 ．1 0 ％。有机组分中以凝胶组为主，达4 0 ．3 8 “ “ - 6 8 ．2 4 ％；半凝胶组分为6 ．9 4 “ - 1 7 ．8 7 ％；丝质组为1 6 ．5 6 “ - ． 3 4 ．8 4 ％，稳定组为6 ．0 3 ～1 1 ．1 5 ％。无机组分中以粘土类 为主，占3 ．4 7 “ - 1 6 ．8 0 ％，次为碳酸盐、硫化物和氧化物。显微煤岩类型基本属亮 暗煤或暗亮煤。各煤层镜质组最大反射率 R o m a x 为0 ．7 2 “ - - - 0 ．8 7 ，从上部煤层到 下部煤层有递增趋势，煤的变质阶段属I I 阶段 气煤、肥煤阶段 。岩浆岩侵入煤 层后，R o m a x 可由1 ．1 0 增高至2 ．0 0 以上，变质阶段可达Ⅶ以上。 2 煤质特征 l 煤层为高灰、高硫、高挥发分，低中热值、强粘结性的气煤；2 2 、2 3 、3 2 煤 层为中灰、低硫、 3 2 煤为低中硫 特低磷、高挥发分、中热值、强粘结性的气煤， 其中3 2 煤有少量1 ／3 焦煤；6 0 煤层为中高灰、特低硫、特低磷、中高挥发分、中 热值，强粘结性的1 ／3 焦煤；6 l 煤层为中灰、特低硫、特低磷、中高挥发分、中热 值，强一特强粘结性的肥煤和1 ／3 焦煤；6 2 煤层为中灰、低硫、特低磷、中高挥发 分、中热值、特强粘结性的肥煤；6 3 、7 l 、7 2 煤层为中灰、特低硫，特低磷、中高 挥发份、中热值、强．特强粘结性的l ／3 焦煤和肥煤 其中7 2 煤层仅为1 ／3 焦煤 ； 8 l 、8 2 煤层为低中灰、低硫、特低磷、中高挥发分、中热值、强．特强粘结性的l ／3 焦煤和肥煤其中8 2 煤层有少量无烟煤9 煤层为中灰、低硫、特低磷、中高挥发 分、中热值、强～特强粘结性的肥煤和1 ／3 焦煤，并有少量无烟煤；1 0 煤层以天然 焦为主，当煤层未