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福興煤礦地質特征與煤層煤質

時間:2015-08-06 來源:未知 作者:小韓 本文字數:5478字

  山東韓臺煤田福興煤礦在棗莊市市區東南約 20km,位于華北陸塊( Ⅰ) 魯西隆起( Ⅱ) 魯中隆起區( Ⅲ) 棗莊斷褶帶( Ⅳ) 河頭集凸起( Ⅴ,Ⅱ4a10) 的西北部。煤田為東西向狹長含煤條帶,地處秦嶺東西復雜構造帶北支及新華夏系第二沉降帶的復合部位。該區又為徐州弧形構造帶北緣,受多期多次構造運動的強烈作用,區域構造比較復雜。因此,探1條件、工程地質條件、環境地質條件,對于其安全生產,非常重要。

  1 福興煤礦地質特征分析

  1. 1 地層

  井田煤系地層基底為奧陶系石灰巖,屬華北型含煤巖系,由本溪組、太原組、山西組、石盒子組構成。上覆地層為古近系、第四系。地層走向 NE,傾向 NW,現由老到新簡述如下:

 。 1) 奧陶系馬家溝組( OM) : 厚約600m,為煤系地層沉積之基盤,區內上奧陶統缺失,巖性為深灰色厚層致密質純灰巖及豹皮灰巖,夾白云質灰巖。頂部含珠角石化石,白云質灰巖中可見少許白色燧石,底部有一層角礫狀灰巖與下奧陶統分界。根據區域資料,礦井內中奧陶統分為五段,其中二、四段含水豐富。據出露區找水經驗,在垂深 180m 內因有數段巖溶發育而含水豐富。

 。 2) 石炭系本溪組( CyB) : 平均厚度約 23m 左右,主要由灰 ~ 深灰色、雜色泥巖,G 層鋁土巖及奧陶系石灰巖風化侵蝕面上殘余鐵質泥巖( 山西式鐵礦) 組成。G 層鋁土、山西式鐵礦為本組之標志層。與奧陶系呈假整合接觸。

 。 3) 石炭-二疊系太原組( C - PyT) : 平均厚度約 209m,為典型的海陸交互相沉積,由灰至灰黑色泥質巖、灰至灰白色細、中粒砂巖、石灰巖和薄煤層組成。含海百合莖、單體珊瑚及蜓類化石。

 。 4) 二 疊 系 ( P) 由 山 西 組 及 石 盒 子 組 組 成。① 石 盒 子 組( PXii = 1,2,3,…,( )40) : 井田內推斷最大殘厚約 900m,鉆孔揭露最大殘厚為 791. 16m.由于上、下石盒子組中的區域性標志層 A 層鋁土、中粗粒厚層狀奎山石英砂巖等在本井田內均無明顯沉積,依據其巖性特征劃分為上下兩段,其中:

  上段: 主要由黃、綠、灰、紫、紅、雜色和灰 ~ 深灰色泥巖,綠灰色粉、細粒砂巖、灰白色中粒砂巖及少量粗粒砂巖組成。碎屑巖成分以石英為主、長石次之及少量白云母片、巖屑、黑色礦物,多為泥質膠結及局部硅質膠結,純硅質膠結者甚少。

  下段: 雜色泥巖、砂泥巖層數較上段相對減少,顏色深度變淺或呈斑狀,深灰及灰褐 ~ 灰黑色層相對增多。所含植物化石漸趨完整,含菱鐵礦鮞粒漸增。中下部灰黑色泥巖中夾柴煤 0 ~ 5 層,厚度多在 0. 30m左右,層位不穩定,難以對比,無開采利用價值。底部以一層中 ~ 細粒底部含礫砂巖與山西組整合接觸。本段多為內陸湖泊相、內陸河流相沉積,厚度變化較大。

 、谏轿鹘M( PyXii = 1,2,3,…,( )40) : 厚度 99. 27 ~127. 25m,平均106. 00m,為二疊系主要含煤組段,由深灰色至灰黑色泥質巖、灰白色中、細粒砂巖、砂泥巖互層及 2、3 煤層兩層中厚煤層組成。受燕山期巖漿活動影響較劇,巖漿巖在 2、3 煤層層位呈巖床式侵入煤層,將煤層全部吞蝕取代或將煤層上部變為薄層天然焦。巖漿巖楔入山西組中,造成山西組地層加厚。福興井田為巖漿侵入擴散區,井下探 2 煤層鉆孔僅在 F2 斷層以南局部見巖漿巖沿 2 煤層底板侵入,使 2 煤層下部成為天然焦。

 。 5) 古近系固城組( E1) : 固城組厚度 297. 10 ~ 554. 80m,平均418. 83m,東南薄、西北厚。其巖芯全為鐵銹紅色,由厚層礫巖、砂礫巖、砂泥巖組成,巖性變化較大。礫巖成分以石英礫為主,石灰巖礫含量較少。多呈次圓狀,長軸有定向排列現象。分選極差,鐵泥質及少量的鈣質孔隙充填式膠結。砂礫巖層及砂泥巖層均為鐵泥質膠結,較砂巖膠結強度差、易風化破碎。

 。 6) 第四系( Q) : 厚度 9. 20 ~ 33. 30m,平均 20. 60m.由黃褐色耕植土、棕黃色至黃褐色砂質粘土、姜結石及底部砂礫或薄層灰色粘土組成。耕植土中多見淡水貝殼,屬湖泊相沉積。

  1. 2 構造

  根據鉆孔揭露、地震勘探以及井下實際揭露資料,總體為一走向北東,傾向北西的單斜構造,但東南部伴有次一級褶曲,地層傾角變為急傾斜甚至直立、局部發生倒轉,使煤層局部出現反傾向現象,給工作面的回采工作增加了難度,F南區采用偽傾斜柔性掩護支架采煤法。礦井內斷裂構造較為發育,斷層走向多以近 EW 或 NE 走向為主。以高角度正斷層為主,并有少量逆斷層,見圖 1.
  
  1. 3 巖漿巖

  福興煤礦 3 煤層 -123m 水平巷道揭露點發現巖漿沿 3 煤層上部侵入,造成 3 煤層上部煤層變質為天然焦 0. 80m,下部為正常煤層1. 20m; 在 3 煤層 - 99m 大巷中施工 7 個井下探 2 煤層鉆孔中,有 3 個孔揭露發現巖漿沿 2 煤層底部侵入,造成 2 煤層下部煤層變質為天然焦。

  1. 4 巖溶陷落柱

  福興煤礦的煤系基底是巨厚的奧陶系石灰巖,裂隙巖溶均較發育,具備形成陷落柱的地質條件。目前尚未揭露陷落柱。但今后應進一步加強對巖溶陷落柱位置及其富水性的探測研究工作,采取必要的防范措施,確保礦井生產安全。

  2 煤層煤質

  2. 1 煤層

  2. 1. 1 含煤性該區含煤地層為二疊系山西組、石炭-二疊系太原組,煤系平均厚度 315m,共含煤 10 層( 2、3、6、9、10、13、14、15、16、17) ,煤層累計平均厚度 11. 01m,含煤系數 3. 50%.其中山西組 2 煤層為大部可采煤層、3煤層為全區可采煤層。太原組 14、16、17 煤層為局部可采煤層。

  南區東翼含太原組可采煤層三層( 14、16、17 煤層) ,煤層平均總厚度 1. 94m,太原組煤層北區無鉆孔揭露,外圍 14、16、17 煤層偶達可采。

  山西組含可采煤層二層( 2、3 煤層) ,煤層平均總厚度 6. 63m,含煤系數為 6. 25%.

  2. 1. 2 可采煤層
  
 。 1) 2 煤層。位于山西組的中部,上距石盒子組底界砂巖 46. 56 ~97. 73m,平均為 83. 98m.煤層厚度 1. 37 ~ 4. 88m,平均 2. 92m.煤層厚度變異系數為 39. 40%.煤層結構較簡單,為大部可采的較穩定煤層,可采區位于南區北翼和北區。

 。 2) 3 煤層。位于山西組的底部。上距 2 煤層 10. 07 ~ 29. 64m,平均為 20. 84m.全部可采,煤層厚度 1. 72 ~5. 10m,平均 3. 71m.煤層結構簡單,為全區可采的穩定煤層。( 3) 14 煤層。位于太原組中部,上距 3 煤層 110. 00 ~ 126. 00m,平均在 113. 00m 左右。厚度 0. 51 ~ 1. 92m,平均 1. 08m.煤層結構較簡單,為大部可采的較穩定煤層。

 。 4) 16 煤層。位于太原組下部,上距 14 煤層 37. 15m ~ 74. 25m,平均 64. 00m.煤層厚度 0. 68 ~ 0. 95m,平均 0. 86m.煤層中部多含一層炭質石英砂巖夾矸,結構較簡單,為大部可采的較穩定煤層。

 。 5) 17 煤層。上距 16 煤層 6. 58 ~ 17. 41m,平均 12. 60m.下距十二灰平均在 16m 左右?刹蓞^域位于南區范圍內,煤層厚度 0. 53 ~0. 89m,平均 0. 73m.可采區位于南區南翼,煤層不含夾矸,結構簡單,為大部可采的較穩定煤層。

  2. 2 煤質

  2. 2. 1 煤的物理性質各煤層顏色均為黑色,褐黑色、黑褐色條痕。2、3 煤層為玻璃光澤、瀝青光澤,階梯狀、貝殼狀斷口; 14、16 煤層為玻璃光澤、油脂光澤,階梯狀、參差狀斷口。各煤層內、外生裂隙較發育,14、16 煤層裂隙常被黃鐵礦、方解石充填。視密度值采用: 2 煤層 1. 35g/cm3; 3 煤層 1. 38g/cm3; 16 煤層 1. 46g/cm3; 14、17 煤層 1. 33g/cm3.

  2. 2. 2 煤巖特征( 1) 宏觀煤巖特征: 各煤層均以亮煤、暗煤為主,夾少量鏡煤及絲炭。條帶狀結構、層狀構造,半亮煤為主,其次半暗煤。( 2) 顯微煤巖特征: 根據以往資料,各煤層有機顯微組分含量均以鏡質組為主,其次為惰質組,少量殼質組,有機組分總量占 90% 以上; 無機組分主要是粘土類礦物,少量硫化物。顯微煤巖結構以條帶狀結構為主,顯微煤巖類型多為微鏡煤。( 3) 鏡質組最大反射率、變質程度及變質類型: 2 煤層鏡質組最大反射率 0. 85%,3 煤層 0. 82%,變質程度屬Ⅲ階段。14 煤層平均 0. 66 ~0. 70%; 16 煤層平均 0. 69 ~ 0. 82%,變質程度均屬Ⅱ ~ Ⅲ階段。各煤層變質類型以區域變質作用為主,局部疊加了巖漿接觸變質作用。

  2. 2. 3 煤的可選性根據煤芯煤樣浮煤回收率劃分等級標準,2、3 煤層浮煤回收率分別為 70. 15%、88. 14%,均屬優等選煤; 14 煤層為 30. 25%,屬低等選煤。

  2. 2. 4 煤類2 煤層以氣煤、1 /3 焦煤為主、其次為弱粘煤、1 /2 中粘煤、天然焦等; 3 煤層以 1/3 焦煤為主,其次為 1/2 中粘煤、弱粘煤( 2、3 煤層局部受巖漿影響煤類復雜化) ; 14 煤層為氣煤、氣肥煤; 16、17 煤層為氣煤。

  2. 2. 5 煤的風化和氧化本礦區基巖風化帶內的巖石具有一定的膨脹性,泥巖遇水,可崩解為泥狀,具有一定的隔水作用;鶐r風化帶深度一般在 10 ~20m 左右,本區地面標高 +33. 77 ~ + 34. 30m,為此,本區巖層的風化帶深度確定標高為 +20m.煤層氧化帶高度: 福興煤礦在開鑿風井時和北翼開拓 3 煤層 ±0 平巷道時,巷道曾發生過冒落,冒落高度至 + 3m ~ + 5m.在這個高度上下均發現煤的外觀有明顯不同,在 +3m ~ +5m 之上,煤的光澤變弱,結構松散,裂隙發育,硬度變小,易碎或成粉末狀。而在這個高度之下,煤層外觀正常。因此,煤的氧化帶高度確定為 +3 ~ +5m.

  2. 2. 6 煤的工業用途煉焦配煤: 2、3 煤層煤類主要為氣煤、1/3 焦煤,浮煤為低灰、特低硫 ~ 低硫、特高發熱量、特低磷,浮煤回收率達 70% 以上,具有中粘結性、燃燒性能好,因此,2、3 煤層是良好的煉焦配煤。另外 14、16、17 煤層浮煤也可用作煉焦配煤,但硫分均較高,經過洗選后要控制配煤比,或應用“縛硫焦”等工藝,使其硫分符合煉焦配煤的要求。

  動力用煤: 各煤層原煤揮發分產率、發熱量、灰分、硫分、灰熔融性均符合火力發電固態除碴煤粉鍋爐用煤要求,也可做蒸氣機車用煤。

  局部因巖漿侵入烘烤變質的天然焦可作為燒制水泥和石灰的燃料,也可做民用生活燃料。

  3 福興煤礦開采技術條件分析

  3. 1 水文地質條件

  福興煤礦南區主采 2、3、14 煤層,北區主采 2、3 煤層。2、3 煤層的直接充水含水層為其頂板砂巖裂隙含水層,富水性弱,多以頂板進水方式為主,三灰上距 3 煤層平均 41m 左右,當井巷工程穿過或接近時,是開采 3 煤層底板進水的直接充水含水層; 開采 14 煤層,受采掘破壞或影響的含水層主要有七、八灰。預算南區 -450m 水平開采 2、3 煤層正常涌水量為 72m3/ h,最大涌水量采用 136m3/ h; - 203m 水平開采 14 煤層的正常涌水量為 50m3/ h,最大涌水量采用 75m3/ h; 南區全井合計正常涌水量為 122m3/ h,最大涌水量采用 211m3/ h.預算北區 - 680m 水平的預計正常涌水量為 95m3/ h,最大涌水量為 143m3/ h.

  按照《煤礦防治水規定》,根據福興煤礦受采掘破壞或者影響的含水層及水體、礦井及周邊老空水分布狀況、礦井涌水量或者突水量分布規律、礦井開采受水害影響程度以及防治水工作的難易程度,分析礦井水文地質條件,確定福興煤礦開采 2、3、14 煤層水文地質類型為中等。

  3. 2 工程地質條件

  福興煤礦各可采煤層的頂底板都較為平整,抗壓、抗折強度較高,但斷裂附近巖石較破碎,對煤層頂底板穩定性有一定的影響,根據《礦區水文地質工程地質勘探規范》,礦井工程地質條件類型確定為中等。

  3. 3 環境地質條件

  采礦可 產 生 局 部 地 表 變 形,目 前 福 興 煤 礦 塌 陷 面 積 約 為22. 27hm2,主要分布在南區,其中已復墾 6. 85hm2,最大塌陷深度為1. 502m,塌陷區內沒有常年積水區域,但塌陷區內農業生產受到影響。

  地面變形與沉降會使區內部分良田雨季積水和漬化,對地質環境有一定的影響; 區內無重大污染源,地表水、地下水水質較好。礦坑排水量小,對水環境污染較小。煤矸石主要用于填筑工業場地、公路路基及充填塌陷區。本區為湖積平原地貌,地形較平坦,自然狀態下無滑坡、崩塌、泥石流等不良地質現象,礦山地質環境質量中等。

  3. 4 開采技術條件綜合類型確定

  依據《固體礦產地質勘查規范總則》( GB/T 13908 -2002) 的要求,結合水文地質條件、工程地質條件、環境地質條件,綜合確定福興煤礦開采技術條件中等礦床( Ⅱ類) .

  4 結論

  福興煤礦主要含煤地層為二疊系山西組、石炭系太原組,煤系平均厚度 315m,共 含煤 10 層,煤 層 累 計 平 均 厚 度 11. 01m,含煤系數3. 50% .2 煤層為低灰、低硫、中高發熱量的氣煤、1 /3 焦煤,屬結構較簡單、厚度較穩定、大部可采的中厚煤層; 3 煤層為低灰、低硫、高發熱量的 1/3 焦煤,屬結構簡單、厚度穩定、全區可采的中厚煤層; 14 煤層為中高灰、中硫、中高發熱量的氣煤、氣肥煤,屬結構較簡單、厚度較穩定、大部可采的薄煤層; 16 煤層為中灰、中高硫、中高發熱量的氣煤,屬結構較簡單、厚度較穩定、基本全區可采的薄煤層; 17 煤層為氣煤,屬結構簡單、厚度較穩定、大部可采的薄煤層。

  福興煤礦總體為一走向北東,傾向北西的單斜構造,但東南部伴有次一級的褶曲,地層傾角變為急傾斜甚至直立、局部可發生倒轉,使煤層局部出現反傾向現象。礦井內斷裂構造較為發育,斷層走向多以近EW 或 NE 走向為主。礦井地質構造復雜程度屬中等類型。

  福興煤礦開采 2、3、14 煤層的礦井水文地質類型為中等類型。礦井為瓦斯礦井,2、3 煤層屬煤塵有爆炸危險性煤層,2、3 煤層屬Ⅱ類自燃發火煤層。目前礦井開采煤層較淺,處于地溫正常區,無地壓影響。

  礦井工程地質類型確定為Ⅱ類,礦山地質環境質量中等。綜合確定其開采技術條件中等礦床( Ⅱ類) .

  參考文獻
  
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