地质资料.doc

中国矿业大学中国矿业大学 20062006 届本科生毕业设计届本科生毕业设计 第第 1 1 页页 1 1 1 1 矿区概况及井田地质特征矿区概况及井田地质特征 1.11.1 位置、范围和交通位置、范围和交通 1.1.1 位置 超化煤矿位于河南省新密煤田西南部、平陌-超化矿区东部，行政区划 主体位于河南省新密市超化镇申沟村。其地理坐标为东经 113 22′47″～11327′35″，北纬 3425′09″～3426′58″。主立井地 理坐标为东经 11325′07″，北纬 3426′08″；副立井地理坐标为 东经 11325′08″，北纬 3426′06″。 1.1.2 范围 该矿平面范围大致为西起 32 勘查线，东到 46 勘查线的超化断层和 崔庄断层交汇处，北起于樊寨断层，向南大致到龟山断层；开采矿种为煤 炭；二1煤层限采标高100～-600m，二1煤层矿区范围现由 2001 年河南省 国土资源厅核发的 32 个拐点圈定（采矿许可证号 4100000140155） ，南北宽 约 0.1～3.3km，东西长约 0.3～7.3km，面积 9.7km2。 1.1.3 交通 超化煤矿行政区划主体位于河南省新密市超化镇申沟村，向北直距矿 务局和新密市约 12km 和 15km，向东北直距郑州市约 40km。区内有公路直 达新密、登封、新郑和郑州等地市，还有本矿专用铁路宋（寨）大（冶） 铁路经新密铁路与京广铁路相连，矿区北邻 3km 处还有窄轨铁路向东通达 开封。矿区北部 15km 处的豫 04 公路以及东部 40～45km 处的 107 国道、京 广铁路、京珠高速公路通达全国各地。总之，本区交通方便。 中国矿业大学中国矿业大学 20062006 届本科生毕业设计届本科生毕业设计 第第 2 2 页页 2 2 图图 1.1.31.1.3 超化煤矿交通位置图超化煤矿交通位置图 1.21.2 自然自然环境环境 区内地形起伏不平，地势西高东低、南高北低，总体西南高、东北低。 地面高程最高在南部归心寨处 300.4m，最低在东边陈家窝处 155.5m，相对 高差 144.9m。 本区地貌成因类型属构造剥蚀地貌，地貌单元为丘陵。区内基岩裸露 平面积约占勘查区总平面面积的 10，其它大部为第四系松散堆（沉）积物 所掩盖，因此本区也可称为松散层半掩盖区或基岩半裸露区。 本区水系属淮河流域。区内无水库和常年性河流，仅有一条的季节性 河流－麻河在雨季从矿区西南向东北穿过矿区中部流入矿区东北部的淮河 二级支流双洎河，在正常年份或干旱季节往往断流而在矿区中部滞留并形 中国矿业大学中国矿业大学 20062006 届本科生毕业设计届本科生毕业设计 第第 3 3 页页 3 3 成龟山寨泉池洼地，水量较小，其水源来自西南上游 3km 外的老姜窝小型 水库。该水库水多来自元古界变质岩裂隙水和大气降水，补给有限。 本区气候属暖温带半干旱大陆性季风气候区。年平均气温 9.1～14.6℃， 最高达 44.6℃，最低为–18.2℃；年降雨量 381.3～1059.6mm，平均 606.2mm，降雨多集中在 7、8、9 三个月，并常伴有雷电；年蒸发量 908～1976.2mm；年平均相对湿度 60-70；风向主要为东南向、西北向和西 南向，风力在冬春季最大，达 40m/s；最大积雪深度 23cm（1964.12.31） ； 最大冻土深 20cm（1966.12.30） ；霜冻期 11、12、1、2 四个月。此地区历 史上没有发生过较大的地震，没有地震威协。 勘查区内主要有申沟、黄固寺、圣地庙等几个行政村，总人口约 1 万 人。工业以建材（耐火粘土） 、采矿、运输等为主，农业以小麦、玉米等为 主。水电状况良好，区内经济相对发达。 1.31.3 地层地层 超化煤矿的地层情况如下 下元古界嵩山群主要为紫红色、灰白色绢云母石英片岩和灰白色石英 岩，厚 278～287M，平均厚 283M。 上元古界震旦系主要为紫红色浅变质石英砂岩，平均厚 92M。 下古生界寒武系又分下、中、上三统。下统多为豹皮灰岩和紫红色、 黄绿色泥灰岩，底部为含磷砂砾岩，厚约 160M；中统多为暗紫红色粉砂岩、 页岩和鲕状、竹叶状灰岩等，厚约 340M；上统多为灰色、灰白色鲕状白云 岩，厚约 260M。 下古生界奥陶系多为兰灰色、深灰色石灰岩，厚 25.33～79.95M,平均 中国矿业大学中国矿业大学 20062006 届本科生毕业设计届本科生毕业设计 第第 4 4 页页 4 4 厚 55M。 上古生界的石炭系又分中统本溪组和上统太原组。本溪组多为灰色铝 土质泥岩，厚 2.79～33M,平均 10.47M。 上古生界的二叠系又分下统的山西组和下石盒子组，上统的上石盒子 组和石千峰组。山西组岩性主要为深灰色砂泥岩，含本煤田中主要可采煤 层即二 1 煤层。 中生界三叠系主要保存三叠系。该系又分下、中、上统。下统主要为 紫红色泥岩和中细粒砂岩，厚约 615M；中统主要为黄绿色细砂岩和砂质泥 岩互层，厚约 190～500M，平均 200M；上统主要为土黄色、紫红色、黄绿色、 青灰色砂质泥岩，厚约 330～600M，平均 370M。 1.41.4 构造构造 新密煤田处于新华夏系第二沉降带与第三隆起带之交接部位，又位于华北 古板块板内嵩箕构造区嵩山（东段称荥密）大背斜和箕山（东段称风后岭） 大背斜之间的新密复向斜内，其基本构造形态为向东倾伏的复向斜。 褶皱常为线状褶皱。一般背斜较为紧密，向斜较为宽缓。二者常相间 排列，构成隔挡式褶皱组合，并控制着煤炭赋存的基本特征。 断裂线性特征明显。近东西向断裂一般线性明显，延伸较远，切割较 深，为本区主要断裂，常为走向断裂；北西向断裂线性明显，延伸较远， 常为走滑平移断裂；北东和北北东向断裂发育较少。这些断裂多为正断层， 只有少量逆断层分布于煤田西南部的平超矿区、关口勘查区等。它们往往 成组出现，正断层在剖面上常呈阶梯状、地堑状、地垒状，逆断层在剖面 上常组成迭瓦状。这些断层及其组合不但调整、分割着褶皱构造，也直接 中国矿业大学中国矿业大学 20062006 届本科生毕业设计届本科生毕业设计 第第 5 5 页页 5 5 控制着煤系的赋存状态。 另外还发育有少量滑动构造，如中部的罗湾滑动构造等。 （1）褶皱 超化背斜矿区西北部位于其东部倾伏端，受其影响，矿区西北部地 层和二1煤层走向皆发生东偏北的偏转，倾角变缓成 4～21。它在影响着 矿区开拓方式、特别是 1 采区和 2 采区采煤工作面的布置等生产系统的选 择 （2）断裂 龟山断层区域上位于风后岭背斜北翼和新密复向斜南翼转化带一线， 本区位于井田南部张沟向斜核部，近东西走向。它影响该矿区的划分，同 时因富水、断距大等原因，将对断层两边特别是南部煤层的开采带来十分 不利的影响，同时又成为矿区南部边缘富水、导水的边界和通道，也是矿 区地下水的南部补给边界。 超化断层位于井田北部，地表在葛庄－纪窝一线。它影响矿区划分， 对开采北部煤层不利，但却是矿区北部接受西部岩溶水和超化泉群地下、 地表水的富水断层和导水通道，对矿井水的赋存和疏排起重要作用。 崔拐断层位于矿区东南部。该断层降低了断层两边煤炭资源储量控 制程度，影响采区采煤工作面布置。 崔庄断层位于矿区东南部边缘。断层降低了其两边煤炭资源储量控 制程度，成为井田地下水的东南补给边界。 （3）滑动构造 名字叫新庄滑动构造，在 2004～2006 年的超化井田外围煤详查时发现 该滑动构造。滑体地层主要由二叠系上统地层组成，滑面主要沿上、下石 中国矿业大学中国矿业大学 20062006 届本科生毕业设计届本科生毕业设计 第第 6 6 页页 6 6 盒子组、山西组地层软性岩层附近滑动并形成一定厚度的断层破碎带，滑 面倾向北，倾角 5～30不等，上陡下缓。 （4）岩浆岩及岩溶陷落柱 地质填图、钻探、地震和矿井生产中未发现岩浆岩及岩溶陷落柱。 1.51.5 煤层煤层 二1煤层赋存于二叠系下统山西组下部大占砂岩之下，距上部大占砂岩 6.39m、砂锅窑砂岩约 60m，距下部 L7-8石灰岩平均 12.07m。因张沟向斜的 存在，煤层沿走向和倾向均存在一定变化，总体近东西走向，龟山正断层 以北的主体区总体倾向南，倾角 4～45，龟山断层以南倾向北，倾角 14～19。矿区内 93 个钻孔中未到二1煤钻孔 2 个，断失二1煤钻孔 4 个， 见二1煤钻孔 87 个。87 个见煤点中，不可采煤层占 4 点，薄煤层 1 点，中 厚煤层 15 点，厚煤层 9 点，总体应属 kh 中厚煤层。二1煤层平均厚 3.5m，全区可采。该煤层大部分不含夹矸，偶含一层夹矸，局部结构复杂 （2～4 层夹矸） ，总体应为简单结构煤层；含结构的见煤孔点有 17 个，主 要分布于井田东南部；夹矸岩性主要为炭质泥岩，其次为泥岩、砂质泥岩， 42 付补 24 孔和 44 付补 21 孔夹矸岩性主要为细粒砂岩甚至中粒砂岩。顶板 岩性多为砂质泥岩和细粒砂岩等；夹矸分布不稳定，常具有短距离内尖灭 的现象，反映了该区二1煤原始泥炭层堆积时沉积基底的不稳和沉积物补给 之间关系的不平衡。二1煤顶板岩性只有矿区中部的 38-补 5、西风井 1、5、3902、东风 4、18-5、40-补 4、4101 孔等 8 个孔点见有细或中粒砂 岩，砂岩老顶面积只占煤层顶板面积的 8.7％，其它绝大多数为泥岩和砂质 泥岩，它占总面积的 91.3％；底板岩性几乎全为泥岩和砂质泥岩，偶有炭 质泥岩、粉砂岩和石灰岩等。 中国矿业大学中国矿业大学 20062006 届本科生毕业设计届本科生毕业设计 第第 7 7 页页 7 7 二1煤层在矿区内被上覆岩层全部掩盖，无煤层露头，埋藏较深。矿 区范围内二1煤层赋存标高为100～-600m 标高。 总之，该区二1煤层钻孔和巷道揭露见煤点较多，煤层厚度、结构及其 可采范围等查明程度较高，煤层稳定程度可属较稳定煤层。 1.61.6 煤质煤质 1.6.1 煤的物理性质及煤岩特征 二1煤黑色，受构造影响，该煤多呈粉末状，少量鳞片状，金刚光泽， 宏观煤岩类型为半亮型或光亮型煤，煤的视密度 1.45t/m3，视电阻率在 80～315Ω/cm 之间。 （1）灰分（Ad）二1煤原煤灰分（Ad）8.50～27.30％，平均 14.86％（63 点） ，介于 10.01～16.00％、16.01～29.00％两区间，据 GB/T15224.1-2004 标准（动力用煤） ，应属低－中灰煤，总体属低灰煤。 （2）挥发分（Vdaf）二1煤浮煤干燥无灰基挥发分（Vdaf）两极值为 10.47～15.26，平均 12.90（64 点），介于 10.00～20.00％之间。2006 年 5 月该矿在 21 和 22 两采区所采煤层煤样测试结果为浮煤挥发分Vdaf 12.10～12.40,平均 12.25。据 MT/T849-2000 标准，应属低挥发分煤。 （3）元素组成二1煤的元素组成主要为碳、氢、氧、氮、硫，其中 碳占绝大多数 91.36％，其次为氢 4.29％。氢碳比为 0.047（表 5-5） 。 （4）发热量（Qgr，v，d）二1煤原煤干基恒容高位发热量（Qgr，v，d） 两极值 33.64～36.08MJ/kg，平均 35.45 MJ/kg（40 点） ，＞29.60 MJ/kg。 因此据 GB/T15224.3-2004 标准，该煤应属特高热值煤。但 2006 年 5 月该 矿在 21 和 22 两采区所采煤层煤样测试结果为原煤高位发热量 中国矿业大学中国矿业大学 20062006 届本科生毕业设计届本科生毕业设计 第第 8 8 页页 8 8 28.30～29.04,平均 28.67。据 GB/T15224.3-2004 该煤为高热值煤。考虑 到钻孔煤质点较多，更具代表性，本报告赞同为特高热值煤。 总之，二1煤属低灰、特低硫、低磷分、低挥发分、特高热值煤。 1.6.2 煤类 依据现行的中国煤炭分类国家标准 （GB5751-86） ，二1煤层干燥无 灰基挥发分（Vdaf）两极值为 10.47～15.26，平均 12.90，胶质层最大厚 度 Y 值为 0mm，焦渣特征为 1～4（未测试粘结指数） ，据此判定本区二1煤 应属贫煤（PM，数码 11） 。 1.6.3 工业用途评价 二1煤属低灰、特低硫、低磷、低挥发分、特高热值煤粉煤，同时具有 中等软化温度灰。据此，本区二1煤层适宜火力发电及沸腾层发生炉用煤和 民用型煤。 1.71.7 水文地质水文地质 1.7.1 主要含水层 （1）寒武、奥陶系长山组和马家沟组（∈3ch O2m）灰岩岩溶裂隙承 压含水层。 该含水层可以通过断裂带补给 C3tL1-4和 C3tL7-8灰岩，是二1煤层间接 底板充水含水层，又是一1煤层底板直接充水含水层。 （2）太原组下段灰岩（C3tL1-4）岩溶裂隙承压含水层。 该含水层为一1煤层顶板直接充水含水层。并通过断裂带和 C3tL7-8灰岩 发生水力联系，成为二1煤层底板间接充水含水层。 （3）二1煤层顶板砂岩孔隙裂隙承压含水层。 中国矿业大学中国矿业大学 20062006 届本科生毕业设计届本科生毕业设计 第第 9 9 页页 9 9 该含水层为二1煤层顶板直接充水含水层，因富水性较弱，补给条件差， 对采煤影响不大。 （4）石千峰组下段平顶山砂岩孔隙裂隙承压含水层。 该含水层平均厚 73.45 m，区内分布有限，富水性较弱，对二1煤矿床 充水意义不大。 （5）圈门组金斗山砂岩孔隙裂隙承压含水层。 该含水层仅在矿区南邻有少量分布，富水性较弱，对二1煤矿床充水意 义不大。 （6）新近系洛阳组泥质灰岩岩溶裂隙承压含水层。 该含水层仅在矿区东南外分布，富水性中等，对本区二1煤矿床充水影 响不大。 1.7.2 主要隔水层特征 （1）本溪组（C2b）铝质泥岩隔水层 位于 O2m灰岩顶面至一1煤层底面之间，矿井及其外围共 27 个钻孔穿 过该层，厚度 2.27～34.789m，平均厚 9.81m。距二1煤层距离平均为 78.17m。岩性为浅灰－深灰色鲕粒状、豆状铝质岩、铝质泥岩，结构致密， 层位稳定，隔水性良好。 （2）太原组（C3t）中段砂泥岩隔水层 该层下起 L4灰岩顶面，上至 L7灰岩底面，矿井及其外围共有 28 个钻 孔穿过该层，厚度 10.65（44-补 20 孔）-41.79m（观 4 孔） ，平均煤厚约 22m。距二1煤层距离平均为 21.93m。岩性以砂质泥岩为主，夹细粒砂岩、 薄煤层和不稳定的 L5、L6灰岩。该层位稳定，隔水性较好，但在断层的强 烈错动下，仍能减弱甚至完全失去隔水性。 中国矿业大学中国矿业大学 20062006 届本科生毕业设计届本科生毕业设计 第第 1010 页页 10 10 1.7.3 断层破碎带水文地质特征 矿井北部和南部边界分别是超化断层和龟山断层，东南部边界为崔庄 断层，西南部为杨台逆断层，它们都具有一定的规模，另外，矿井内的东 南部地区，还发育一系列近东西向为主的小断层，这些断层对矿井内地下 水有明显的控制作用，对未来采煤有很大影响。 1.7.4 邻近生产矿井和老窑对本矿井充水的影响 超化煤矿紧邻外围从西、西北、东北、东到东南分布有 9 个小的生产 矿井和 9 个废弃矿井，它们大多向超化煤矿非法越界开采，造成很多采空 区，由此形成老空水，对超化煤矿安全生产造成很大的潜在威胁。所以超 化煤矿采煤生产在靠近边部小煤矿特别是、西北和东南邻近小煤矿时应留 够留足边界防水煤柱，以防不测。 1.7.5 矿井充水因素分析 据矿井突水台帐资料和区域矿井水文地质条件分析，本矿井充水因素 主要是地下水和老空水，而大气降水和地表水不占主要地位。 （1）大气降水 大气降水是区域地下水的主要补给来源，但在本区对矿床直接充水的 可能性不大，一般是首先补给含水层，而后进入矿井，成为矿井间接充水 水源。 （2）地表水 矿井附近主要地表水体双洎河自西向东流经北部区外，1985 年 3 月 11 日于超化和樊寨附近分别实测了双洎河流量，上游超化附近流入量为 2.0295m3/s，下游樊寨附近流出量为 2.0427m3/s，出入基本平衡，说明了 双洎河没有渗透现象，对矿井充水的可能性不大。区内仅有的一条季节性 中国矿业大学中国矿业大学 20062006 届本科生毕业设计届本科生毕业设计 第第 1111 页页 11 11 河流－麻河在雨季从矿区西南向东北穿过矿区中部流入矿区东北部的淮河 二级支流双洎河，在正常年份或干旱季节往往断流而在矿区中部滞留并形 成龟山寨泉池洼地。它接受上游老姜窝小型水库水，尽管水量较小，但它 易通过地表小司沟断裂带等渗透到二1煤层矿井。 （3）地下水 地下水包括二1煤层顶板砂岩孔隙裂隙承压水、二1煤层底板岩溶裂 隙承压水和断裂断水。 二1煤层顶板砂岩孔隙裂隙承压水是矿床充水水源之一，但其富水性 弱，补给条件差，多以淋水或渗水的形式进入矿井，水量 0.007～30.4m3/min，易于疏排，对矿床不会形成较大的充水，充水意义不 大。 构造裂隙水也是地下水的重要组成部份，因此靠近其开采时，应留足 断层煤柱，以防构造裂隙水进入矿井。 （4）老空水 矿井的西、西北、东北、东和东南部存在较多越界开采的生产小煤矿 和废弃老窑，大多具有一定的老窑水。同时本矿浅部也存在大量采空区， 其间也会存在大量积水，它和周围老窑水共同组成了本矿下一步生产的头 顶“悬水”老空水。老空水突水时它具有来势猛，水量大的特点，所以 要留足边界保护煤柱。 1.81.8 环境地质环境地质 1.8.1 瓦斯 煤矿瓦斯包括煤层瓦斯和其围岩瓦斯。本报告暂不讨论围岩中瓦斯含 中国矿业大学中国矿业大学 20062006 届本科生毕业设计届本科生毕业设计 第第 1212 页页 12 12 量。该矿系统的瓦斯地质勘探和研究为 1965-1966 年 125 队提交的平陌- 超化勘探区最终（精查）地质报告 。通过大量的采样化验和测试分析，该 报告认为超化井田50m 以浅为 CO2～N 气带，50～-100m 之间为 N～CH4带， -100m 以深为 CH4带，总体是-100m 以浅为瓦斯风化带，瓦斯含量较低，以 下瓦斯含量相对较高。总之，本区二1煤层瓦斯含量具有随煤层埋深增加而 增大这一规律。 超化煤矿目前开采水平-200m 标高，2004 年矿井相对瓦斯涌出量 6.48m3/t；2005 年在 22121 采面上下付巷（-200m 以下）掘进时发现有 2 处 共 4 次瓦斯动力现象，所以从 2005 年起该矿被认定为煤与瓦斯突出矿井 （豫煤安［2005］265 号文）。2006 年 6 月在有关单位协助下，超化煤矿选择 有代表性的 15 各测点进行瓦斯等级和二氧化碳涌出量的鉴定工作，得出矿 井绝对瓦斯涌出量 10.57m3/min，二氧化碳绝对涌出量 3.41m3/min，矿井瓦 斯相对瓦斯涌出量 2.76m3/t，二氧化炭相对涌出量 0.89m3/t，未见瓦斯动 力现象及煤与瓦斯突出现象。但该矿仍按煤与瓦斯突出矿井管理。 总之，矿井瓦斯赋存具有不均衡性。建议矿井在采掘生产过程中，在 地压大、煤厚及产状骤变地段、断裂带尖灭处附近等地段，应加强瓦斯监 测、矿井通风等措施，预防瓦斯聚集、涌出、突出的现象和事故发生，防 患于未然。 1.8.2 煤尘爆炸性 据 3804 孔二1煤采样测试结果表明本区二1煤尘具有爆炸危险性， 火焰长 5cm，抑制煤尘爆炸最低岩粉量 45％。2005 年 5 月 8 日煤炭科学研 究总院重庆分院所作爆炸性试验为火焰长 20cm，抑制煤尘爆炸最低岩粉 量 50％，鉴定结果为二1煤尘具有爆炸性。建议本矿在采煤生产中加强洒 中国矿业大学中国矿业大学 20062006 届本科生毕业设计届本科生毕业设计 第第 1313 页页 13 13 水等降尘防爆措施，严防爆炸事故。 1.8.3 煤的自燃倾向 煤硫容易氧化燃烧。该矿二1煤全硫（St，d）钻孔含量 0.14-2.05％， 平均 0.45％（22 点） ，折算后 0.30％，2006 年该矿两个煤层煤样全硫 0.36～0.38,平均 0.37，其含量均不是很高，总体属特低硫煤。2002 年 5 月经重庆煤分院鉴定，二1煤 T氧＝372℃，T原＝378℃，T还＝380℃， ΔT＝8℃，＜25℃，鉴定结果为Ⅳ级不自燃，最短自燃发火期为 72 天。 另外，本矿西部的东风矿井 1957 年、火石门煤矿 1958 年曾先后发生 1～5 次二1煤层自燃现象，原因是煤层吸收空气中氧使其氧化而致。据邻 区超化井田外围详查二1煤 ΔT1-3为 5～7℃，应属Ⅳ级不自燃煤。 尽管如此，煤层自燃与采煤工艺和技术管理所采取的防护措施有关。 建议加强采煤和运销中的煤炭管理，尽量减少原煤暴露时间，防止煤层自 燃现象发生。 1.8.4 地温 本矿现在-200m 水平开采，据矿井实测，二1煤层底板温度一般在 22～25℃左右，未发现热害现象。另据超化井田外围详查资料，外围二1煤 层埋深在 729.78～914.65m 时底板温度为 21.6～28.6℃；恒温带深度在 25～90m 之间，平均约为 55m；恒温带温度 13.8～18.4℃，平均 16.2℃； 地温梯度在 0.9～1.4℃/100m 之间，平均 1.2℃/100m。所以，初步认为该 区为地温正常区，不存在热害。