地质专业毕业设计（论文）-刘庄煤矿8煤层瓦斯赋存特征及其影响因素.doc

本科毕业论文本科毕业论文 刘庄煤矿刘庄煤矿 8 8 煤层瓦斯赋存特征及其影响因素煤层瓦斯赋存特征及其影响因素 the methane hosting features and influencing factors of coal-bed no.8 in liuzhuang coal mining i 刘庄煤矿 8 煤层瓦斯赋存特征及其影响因素 摘要 煤层瓦斯是生于煤层、储于煤层的非常规天然气，主要成分为甲烷。煤与瓦斯突 出是煤矿开采过程中严重的灾害之一，瓦斯问题已成为制约矿井生产能力、 影响矿井安全生产和经济效益的重大问题。本文通过对刘庄煤矿井田勘探、生产阶段 地质、瓦斯与现场实验资料的研究分析，从而得出 8 煤层的瓦斯分布规律、瓦斯涌出 量特征、煤储层压力特征等瓦斯赋存特征，以及影响其赋存特征的各影响因素。 本文首先通过分析、整理资料，总结出井田的地质、瓦斯概况，及井田的地层、 煤层、地质构造、煤层顶底板岩性、水文地质条件等地质概况，瓦斯风化带和瓦斯含 量分布等瓦斯概况。 随后在分析资料的基础上得出 8 煤层的瓦斯赋存特征：经统计资料，用回归分析 的方法得出瓦斯含量具有随埋藏深度增加而增大的整体趋势；试井资料表明 8 煤层为 高压煤层；历年的瓦斯涌出量统计表明刘庄煤矿瓦斯等级为突出矿井；用分源预测法 和回归分析得到 8 煤层涌出量分布散点图，由图看出煤层瓦斯涌出量具有随埋深加大 而增加的变化趋势，相对其它主采煤层来说，8 煤瓦斯相对涌出量随深度的变化梯度要 低得多。 最后，通过对 8 煤层的瓦斯分布规律的分析研究表明，8 煤层的瓦斯赋存主要受地 质构造、煤层的顶底板岩性、煤层埋深、水文地质条件、煤层上覆基岩厚度等因素的 综合影响。 关键词：瓦斯赋存特征，瓦斯涌出量特征，影响因素关键词：瓦斯赋存特征，瓦斯涌出量特征，影响因素 ii the methane hosting features and influencing factors of coal-bed no.8 in liuzhuang coal mining abstract the mine methane is an unconventional natural gas that was born in the coal seam and stored in the coal seam. it is composed mainly of methane. coal and gas outburst is a serious disaster in coal mine. the methane is a major problem which has restricted the production capacity of coal mining, effected coal mine safety and economic benefits. by the exploring of the liuzhuang coal mining, studying of the production stage geology and analyzing the data of the methanes field experiments, this paper has grasped the law of the methane subsection，characteristics of the methane emission and pressure characteristics of existing features, and impacted characteristics of the occurrence of various factors. by the analyzing and collating information, this paper summed up the mine field of the geology, the coal seams, the geology structure, the roof and floor rocks, the watering geology, the methane distribution, the methane content of overview and so an. based on collection analysis of the primitive data, this paper has grasped the methane hosting features of the coal-bed no.8: the statistics, obtained by regression analysis the gas content increases with the burial depth of the overall trends; well test data show that was high-pressure coal seam; calendar year statistics show that liuzhuang coal mining of the gas emission levels to highlight methane of mine; with a sub-source prediction method and the regression analysis, scatter distribution of the coal-bed no.8 emission by coal gas emission plans has seen with the buried deep increasing trend of increase, relative to other main coal seam, the coal-bed no.8 emission coal gas relative gradient with depth is much lower. finally, by the analyzing the coal-bed no.8 of the distribution have shown that the coal-bed no.8 methane deposit mainly by the geological structure, the iii coal seam roof and floor rock, the coal seam depth, the watering geology conditions, the seam thickness of overlying rock and the other factors combined effects. keywords：the methane hosting features, characteristics of the methane emission, influencing factors i 目录 摘 要(中文) 摘 要(外文) 1 前 言 1 1.1 矿井位置、范围和交通条 件1 1.1.1 矿井位置、范围、交通条 件1 1.1.2 矿井生产概况 2 1.2 研究意义 2 1.3 研究现状2 1.3.1 国外研究现状2 1.3.2 国内研究现状3 1.4 研究目的与内容3 1.4.1 研究目的3 1.4.2 研究内容4 1.5 研究思路与方法4 2 矿井地质概况4 2.1 地层4 2.2 煤层4 2.3 构造7 2.3.1 区域地质构造特征7 2.3.2 井田地质构造特征8 2.3.2.1 基本构造特征8 2.3.2.2 褶曲10 2.3.2.3 断层10 2.4 水文地质特征13 2.4.1 矿井主要含、隔水层13 2.4.2 断层及其富水性14 2.5 煤层顶底板岩性特征15 3 瓦斯地质概况19 3.1 瓦斯风化带的确定19 3.2 煤层瓦斯含量分布特征22 4 8 煤层瓦斯赋存特征24 ii 4.1 8 煤层瓦斯含量特征24 4.1.1 煤层瓦斯含量的概念24 4.1.2 8 煤层瓦斯含量分布特征24 4.2 8 煤层煤储层压力特征25 4.2.1 煤储层压力的概念25 4.2.2 压力状态25 4.3 8 煤层瓦斯涌出量特征25 4.3.1 瓦斯涌出量的概念25 4.3.2 矿井瓦斯等级划分26 4.3.3 刘庄矿井瓦斯涌出情况26 4.3.4 8 煤层瓦斯涌出量预测26 4.3.4.1 瓦斯涌出量预测方法26 4.3.4.2 分源法瓦斯涌出量预测原理28 4.3.4.3 8 煤层瓦斯涌出量预测31 5 8 煤层瓦斯赋存特征的影响因素分析32 5.1 地质构造对瓦斯赋存的控制作用32 5.2 断层、褶皱构造对瓦斯赋存的影响33 5.3 顶底板岩性对瓦斯赋存的影响34 5.4 煤层上覆基岩厚度对瓦斯赋存的影响34 5.5 8 煤层瓦斯赋存特征影响因素36 5.5.1 褶皱对 8 煤层瓦斯赋存的影响36 5.5.2 断层对 8 煤层瓦斯赋存的影响36 5.5.3 顶底板岩性对 8 煤层瓦斯赋存的影响37 5.5.4 煤层埋深对 8 煤层瓦斯赋存的影响38 5.5.5 水文地质条件对 8 煤层瓦斯赋存的影响39 5.5.6 煤层上覆基岩厚度对 8 煤层瓦斯赋存的影响39 6 结论41 参考文献42 致谢44 1 1 前言 1.1 矿井位置、范围和交通条件 1.1.1 矿井位置、范围、交通条件 刘庄煤矿位于淮南煤田西部，地理坐标东径 11607301162040,北纬 324500325115。东起 f5 断层，与谢桥煤矿毗邻，西迄 f12 断层，与口 孜集勘探区接壤，南以 f1 断层及上部可采煤层 17-1 煤-1000m 至地面投影线为界，北 至 1 煤层露头，东西走向长 16km，南北宽 3.58km，面积约 73km2。行政区划属安徽 省颖上县，南距颖上县城约 20km。东界有颖上至利辛公路通过，新建的潘谢公路与其 相接，区内有简易公路可至阜阳，南界有颖河，该河系淮河支流，常年通航，淮南至 阜阳铁路是矿区内主要运输干线，可达全国各地（图 1-1） 。矿井处于淮河冲积平原， 地形平坦，村庄较密，沟塘较少，标高+24+26m 左右。 图图 1-11-1 交通位置示意图交通位置示意图 1.1.2 矿井生产概况 2 刘庄煤矿矿井采用立井、集中大巷、分区开拓、分区通风、集中出煤的开拓方式， 开采方法是走向长壁和倾向长臂综合机械化采煤法，顶板管理采用垮落法。 矿井东翼以 1 个水平上、下山开采，水平标高确定为-762m；矿井西翼划分为 2 个 水平开采，一水平标高为-747m，二水平标高暂定为-900m，采用上、下山开采。矿井 以 f25 断层为界，东翼划分为东一、东二、东三 3 个块段；西翼划分为西一、西二、 西三及西四 4 个块段。每个块段内按煤层间距的大小可划分为 26 个采区。这样矿井 一水平以上共划分 37 个采区。其中东区 18 个采区，西区 19 个采区。 矿井 2003 年开始建设，2006 年 10 月试生产，2007 年 6 月正式投产，开采利用的 煤层有 11-2 煤、13-1 煤和 8 煤。自开采以来，已开采了东二 13-1 煤采区、11-2 煤采 区、8 煤采区，西三 13-1 煤采区等 4 个采区的八个工作面，其中 13-1 煤首采工作面、 121105 工作面、121101 工作面、121301 工作面、121302 工作面已经回采结束， 120801 工作面、171301 工作面、121103 工作面正在回采，171303 工作面处于准备阶 段。 矿井设计生产能力一期为 300 万吨/年，二期为 800 万吨/年，2009 年 10 月矿井核 定生产能力为 800 万吨/年，2009 年年产量为 488.78 万吨。 1.2 研究意义 煤层瓦斯是生于煤层、储于煤层的非常规天然气，主要成分为甲烷。煤与瓦斯突 出是煤矿开采过程中严重的灾害之一，瓦斯问题已成为制约矿井生产能力、影响矿井 安全生产和经济效益的重大问题。瓦斯是地质作用的产物，研究矿井瓦斯地质规律， 预测未采区的瓦斯分布，对有效地防治煤与瓦斯突出，消除煤与瓦斯突出事故或减轻 煤与瓦斯突出事故造成的危害，在矿井通风设计、采掘部署时采取针对性的瓦斯防治 措施具有重要的指导意义。 淮南煤田基本都是高瓦斯矿井，瓦斯严重威胁着该地区的煤炭生产的安全。国投 新集集团刘庄煤矿是一个年产量 800 万吨的大矿井，但瓦斯含量较高，瓦斯突出使其 生产的主要安全问题。1、5、8、11-2、13-1 等煤层是其主采煤层，目前 8 煤层正在开 采。因此，详细研究 8 煤层的瓦斯赋存特征及其影响因素，对 8 煤层的安全开采具有 及其重要的意义。 1.3 研究现状 在长期煤矿生产实践中，人们逐渐认识到，煤矿瓦斯的赋存和分布与地质因素有 密切关系，于是，开始用地质观点研究瓦斯。瓦斯地质工作正是随着煤气田的发现和 开发，以及长期煤矿生产实践的总结和分析而开展起来。 1.3.1 国外研究现状 在国外，以俄罗斯、法国、英国、澳大利亚等国对瓦斯地质方面研究车交为详细。 3 其中，法国早在 1914 年己设立了“防治煤与瓦斯突出的专门委员会” ，从地质的 角度研究瓦斯的分布规律，防治突出。 俄罗斯自 50 年代就开始了瓦斯地质研究，与 1951 年设立了“防止煤和瓦斯突出 中央委员会” ，通过研究，指出瓦斯的分布受地质因素控制，具有不均匀分布的规律性， 与构造复杂程度、煤层围岩、煤变质程度有关。 英国的 davidp.提出在煤系地层中地质构造对瓦斯的赋存状态和分布情况的影响起 主导因素，建议加强地质构造的演化与瓦斯地质规律的研究。澳大利亚的 jshherd(1981)对地质构造与瓦斯突出的关系也作了广泛的研究。英国建立了考虑有时 间和开采技术条件影响因素的艾黎法，德国提出了采掘工作面时空序列瓦斯动态预测 法，这些方法可以根据开采技术条件和赋存条件的变化超前准确预测采掘工作面瓦斯 涌出变化动态值，并可根据预测结果随时调整工作面的风量并采取合理的瓦斯处理技 术措施，取得了良好的应用效果。 俄罗斯在瓦斯预测时，提出瓦斯预测内容多元化、综合化。不但预测煤层瓦斯含 量、涌出量，而且还预测煤层瓦斯分区分带特性、瓦斯储量丰度，并且对矿井中长期 瓦斯涌出态势及防治对策做出评价。 1.3.2 国内研究现状 我国在煤层围岩瓦斯赋存及涌出的影响因素方向上做了大量的工作，就围岩岩性 特征对瓦斯赋存与涌出的影响方面就有如下工作: 抚顺煤科分院的陈大力通过对阳泉矿区煤系地层围岩体的孔隙体积，孔隙率，岩 石对甲烷的吸附能力瓦斯压力和瓦斯涌出量的测定及对围岩体瓦斯赋存特征的分析得 出了有助于预测矿井瓦斯涌出量及煤成气开发评估时确定围岩的瓦斯含量的计算方法， 对于新井建设和老井延深改造的通风设计和瓦斯综合治理具有现实的指导意义。 中国矿业大学的傅春海等对晋城新区研究后得出了煤层埋深、地质构造、围岩条 件、煤层物性等对瓦斯含量的影响，并对煤层甲烷资源和煤与瓦斯突出进行了评价。 黑龙江科技学院的张国华为预测和防治煤与瓦斯突出，从断裂力学角度，在细观 上分析阐述了原始环境条件下饱和瓦斯围岩体受采掘活动影响，在围岩应力增高情况 下，其内部裂隙发生发展过程与渗透率之间的关系。由此分析说明了围岩体渗透率的 变化对围岩体和瓦斯突出的影响，对研究和防止矿井煤与瓦斯构成的固流祸合系统的 失稳破坏，造成煤与瓦斯突出提供了一个新的思路。 1.4 研究目的与内容 1.4.1 研究目的 通过对刘庄煤矿的勘探资料、生产阶段的地质资料、瓦斯资料以及实验数据的研 4 究分析，掌握刘庄煤矿 8 煤层瓦斯赋存特征，分析影响瓦斯赋存特征的各种因素，为 8 煤层的安全开采提供科学依据。 1.4.2 研究内容 本论文主要研究刘庄煤矿 8 煤层的瓦斯赋存特征及其影响因素。主要内容如下： （1）矿井的地质特征，包括矿井地层、煤层、构造特征、水文地质特征、煤层顶 底板岩性特征； （2）矿井瓦斯含量分布特征； （3）8 煤层的瓦斯赋存特征，包括瓦斯含量特征、压力特征、瓦斯涌出量特征； （4）8 煤层瓦斯赋存特征的影响因素，包括地质构造、顶底板岩性、煤层上覆基 岩厚度、水文地质特征、煤层埋深等对 8 煤层瓦斯赋存特征的影响。 1.5 研究思路与方法 由于本论文研究的目的在于通过对刘庄煤矿的勘探资料、生产阶段的地质资料、 瓦斯与现场实验资料的研究分析，掌握刘庄煤矿 8 煤层瓦斯赋存特征，分析影响瓦斯 赋存特征的各种因素，为 8 煤层的安全开采提供科学依据。首先我们要搜集煤矿的勘 探资料、生产阶段的地质资料、瓦斯资料以及实验数据，进行综合分析并整理出与本 论文有关的资料；其次，我们要查阅与本论文有关的文献，收集相关资料；最后，我 们根据收集的资料分析出煤层瓦斯的赋存特征，以及影响瓦斯赋存特征的各种因素， 得出结论。 2 矿井地质概况 2.1 地层 本矿区地层系全隐藏区，为第四系所覆盖。区内发育的地层由老到新为前震旦系 变质岩系（anz） 、寒武系（） 、中、下奥陶统（01+2） 、石炭系上统太原组（c3） 、二 叠系（p） 、三叠系（t） 、第三系（r） 、第四系（q） （录于表 2-1） 。 2.2 煤层 本矿主要含煤地层为二叠系山西组、下石盒子组和上石盒子组。总厚约 719m，分 为 七个含煤段，下统山西组为第一含煤段；下石盒子组为第二含煤段；上石盒子组包括 三、四、五、六、七等五个含煤段。共含煤 30 余层，总厚 32.82m，其中可采 13 层， 总厚度 为 27.58m，占煤层总厚的 84%，13 层可采煤层中 13-1、11-2、8、5、1 煤为主要可采 煤层，煤厚为 18.51m，占可采煤层总厚的 67.1%，其中 13-1、11-2、8 煤层为稳定煤 层，5、1 煤层为区段稳定煤层。17-1、16-1、11-1、9、7-2、6-1、5-1、4 煤为次要 5 可采煤层，煤层厚 9.07m，占可采煤层总厚 32.9%。其中 16-1、6-1、5-1、4 煤等四层 煤为较稳定煤层，17-1、11-1、9、7-2 煤等四层为不稳定煤层。含煤系数约为 4.5%， 以第二含煤段最大（约 12.3%） 。可采煤层均分布在一至五含煤段中。 本井田范围内共赋存可采煤层 13 层，现简述如下： 表表 2-12-1 矿区地层矿区地层 界系统组代号厚度/m主要岩性描述 全新统q427.1548.20砂质粘土层，黄色，夹粉细砂层 上更新统q324.5845.25中细砂层，夹砂质粘土 中更新统q20419中细砂间夹粘土层 第 四 系 下更新统q10115.70椭圆状、角砾状、紫红色石英砂岩组 成的底砾层，灰红色、致密粘土层 新 生 界 第 三 系 r500粉红、紫红色粉、细砂岩，间夹砾岩 中 生 界 三 叠 系 t1000 为一套红色地层，以棕红、褐红、紫 红色砂岩为主 石千峰 组 p2sh125浅灰、紫红、灰绿等杂色泥岩、砂岩 组成，不含煤层上统 上石盒 子组 p2ss灰绿色砂、泥岩互层，含煤层 下石盒 子组 p1xs灰色、浅灰色砂、泥岩互层，含煤层 二 叠 系 下统 山西组p1s 719 深灰及灰黑色砂、泥岩含煤层 石 炭 系 上统太原组c3120 由 1113 层灰岩与细砂岩、泥岩相 间组成，底部常有含铝泥岩,含薄煤 25 层 中统02奥 陶 系 下统01 250 厚层白云质灰岩为主，局部夹泥质条 带 古 生 界 寒 武 系 1060以鲕状灰岩、结晶灰岩、白云质灰岩 为主，夹有紫色泥岩、粉砂岩 6 太 古 界 前震 旦系 变质 岩系 anz500主要岩性为角闪片岩、花岗片麻岩等 17-1 煤层：位于第五含煤段中部，为不稳定煤层，局部可采，煤厚 02.3m，平 均 1.20m。19 线以东大部分可采，19 线以西仅 1929 线浅、中部可采。19 线以东为单一 煤层，19 线以西有夹矸，结构简单，顶底板以泥岩、砂质泥岩为主，但顶板有较多的 粉砂岩和细砂岩。 16-1 煤层：位于第五含煤段中部，为较稳定煤层，厚 0.392.22m，平均 1.34m。31 线以西孤零小片可采，31 线以东大部分均可采。15 线以东与 16-2 煤合并。 711 线、2331 线一般含夹矸 12 层，岩性多为含炭泥岩，泥岩。煤层顶板以泥岩、 砂质泥岩为主，少数顶板为砂岩。 13-1 煤层：位于第四含煤段中部，全区稳定，为主要可采煤层。煤厚 2.415.73m，平均 4.24m，一般 3.55.50m，除东部 11 线附近煤厚3m 外，23 线以 西，煤厚多平均值，一般含夹矸 12 层，少数 3 层，多分布在煤层的上部和底部， 岩性多为炭质页岩，少数为含炭泥岩和泥岩。顶底板以砂质泥岩、泥岩为主，少数顶 板为砂岩，底板为鲕状泥岩。 11-2 煤层：位于第三含煤段中部，为稳定煤层，全区稳定可采，煤厚 1.375.40m，平均 3.29m。15 线27 线一般 34.5m，27 线以西煤厚变化较大 （1.995.12m） ，15 线以东煤厚为 23m。29 线以东常含夹矸 12 层，29 线以西含 夹矸 24 层，夹矸岩性除东部和西部少数为泥岩外，余以炭质页岩为主。结构简单 较复杂，顶底板以砂质泥岩和泥岩为主。少数为砂岩，东部局部顶板为石英砂岩。 11-1 煤层：位于第三含煤段中部，全层大部不可采，煤厚 02.60m，平均 0.83m。13 线以西绝大部分不可采或尖灭，13 线以东均可采。煤厚 0.751.90m，平均 1.41m。面积可采率只占全区的 20%，为不稳定煤层。常含夹矸一层，岩性多为炭质页 岩。顶部岩性，浅中部为泥岩、砂质泥岩；中深部为粉砂岩、细砂岩；底板以泥岩， 砂质泥岩为主。 9 煤层：位于第二含煤段顶部，为不稳定煤层，局部可采，煤厚 01.69m，平均 0.63m。可采区域集中在 1531 线间，平均煤厚增加为 1.01m，煤层为单一煤层，结构 简单。顶底板以泥岩、砂质泥岩为主，个别顶底板为粉砂岩。 8 煤层：位于第二含煤段顶部，为稳定煤层，煤厚 0.964.45m，平均 2.54m。一 般 23m，中部 1529 线煤层略厚，1727 线含夹矸 12 层，岩性以炭质页岩为主， 7 其余以单一煤层为主，结构简单，顶底板以泥岩、砂质泥岩为主，少数顶板为砂岩。 7-2 煤层：位于第二含煤段上部，为不稳定煤层，局部可采，煤厚 01.92m，平 均 0.75m。17 线以东可采，平均煤厚为 1.12m。17 线以西除 1925 线深部 1721 和 2731 线浅部可采外，大部分不可采。煤层顶底板以砂质泥岩、泥岩为主。 6-1 煤层：位于第二含煤段中部。为较稳定煤层，煤厚 03.86m，平均 1.48m，东 部部与 6-2 煤层合并，煤层增厚，从东西煤层变薄，西部有不可采地段。23 线以东 常 含夹矸一层，有时二层，岩性以炭质页岩为主，少数为泥岩，23 线以西为单一煤层， 全层结构简单，煤层顶、底板以泥岩，砂质泥岩为主，顶板少数为粉砂岩、细砂岩。 5 煤层：位于第二含煤段中下部，17 线以东煤层分叉为二层（5-2、5-1） ，为区段 稳定煤层，煤厚 07.70m，平均 4.24m，11 线以东 5-2 煤被冲刷，局部冲薄。11 线17 线为分叉区，5-1 和 5-2 煤均可采，17 线以西合并，煤层显著增厚，一般 6m 左 右，变化很小。17 线21 线一般含夹矸一层，向西以单一煤层为主，西南部少数几点 夹矸 23 层，夹矸岩性以炭质页岩为主，结构简单，煤层顶板以泥岩、砂质泥岩为主， 局部为细砂岩，底板以粉砂岩，粉细砂岩为主，少量泥岩。 5-1 煤层：位于第二层煤段中下部：17 线以西 5-1 煤与 5-2 煤合并为 5 煤。17 线 以东除 104 孔因冲刷变薄（厚 0.55m）不可采外，全区可采，为较稳定煤层，煤厚 0.553.00m，平均 1.51m，除 105 孔有一夹矸泥岩外，其余为单一煤层，结构简单， 煤层顶板 59 线多为中砂岩、细砂岩、其余以泥岩、砂质泥岩为主。底板以粉砂岩、 粉细砂岩为主，次为泥岩、砂质泥岩。 4 煤层：位于第二含煤段下部，为较稳定煤层，大部分可采，煤厚 03.27m，平 均 1.51m，在 2931 线浅中部，13 线深部不可采外，其余均可采，煤厚一般 12m， 西薄东厚，11 线以东含夹矸 12 层，其余为单一煤层，结构简单，顶底板多为泥岩和 砂质泥岩。 1 煤层：位于山西组第一含煤段下部， 27 线以东除去冲刷区后为稳定煤层。煤厚 09.39m，平均 4.20m，西部（27 线以西）除 3337 线浅、中部可采外，均被冲刷， 27 线以东，除 13 线深部有冲刷区外，其余均可采，平均煤厚为 5.39m。从东到西、由 浅深有煤厚变薄的趋势。东部一般煤层厚，含硫低，西部冲刷区边缘煤层薄、含硫 高，反映一种近海环境。1 煤一般为单一煤层或在底部夹一层夹矸，结构简单。顶板以 厚层石英砂岩、含泥质条带及包体的中细砂岩为主，广泛分布于中深部及浅部，底板 为泥岩、砂质泥岩。 2.3 构造 2.3.1 区域地质构造特征 8 淮南煤田位于华北板块东南缘，北邻蚌埠隆起，南靠合肥坳陷，东起郯庐断裂， 西止商丘府城断裂，东西长 180km，南北宽 1525km，面积约 3200km2，东西向构造 和北北东向构造组成了本区的基本构造格局。煤田呈复向斜形态，轴向北西西东西。 复向斜两翼低山残丘出露前震旦系变质岩、震旦、寒武系、奥陶系石灰岩。轴部地面 平坦开阔，石炭、二叠系地层掩盖在新生界松散层之下，地层倾角平缓，一般为 520，由一系列宽缓褶曲组成，谢桥古沟向斜、陈桥背斜、潘集背斜为其主要构造 单元。北北东向区域性断层大致平行于郯庐断裂，总体构成一组向西倾斜的阶梯式构 造（图 2-1） 。 05km 图图 2-12-1 淮南复向斜中段剖面图淮南复向斜中段剖面图 谢桥古沟向斜地处淮南复向斜南部，东起新城口断层，西至江口集断层，长约 80km。 西段 40km 为谢桥向斜，形态清楚，两翼完整，研究程度较高；东段古沟向斜开阔、埋 藏深，情况不详。谢桥向斜两翼均由石炭、二叠系组成，轴部仅西段有三叠系，枢纽 时有起伏。北翼地层平缓，一般为 1020，南翼煤系普遍被外来推覆的古老地层覆 盖。南翼原地系统地层倾斜向北，浅部倾角平缓，中深部为 1020，深部增至 2530，显示出宽缓的小型波状起伏；南翼异地系统（推覆体）由上元古界、寒武 系、奥陶系及部分石炭、二叠系组成，地层走向近东西，总体倾向北，倾角变化大， 局部倒转。推覆体内分支逆冲断层构成叠瓦扇组合，其走向大致相互平行，断面倾角 浅部陡立，深部平缓，并逐渐并入主推覆面上。叠瓦扇的发展显示出由前往后的上叠 形式。推覆构造分支 断层之间形成了若干断夹块，断夹块内或以砾岩为主，或以震旦、寒武系为主，或以 石炭、二叠系为主，孔集和八里塘煤矿即处于断夹块之中。谢桥古沟向斜是重要的含 煤构造，孔集、八里塘、花家湖、新集、罗园、张集、谢桥、刘庄等大型、特大型煤 矿分布在谢桥向斜两翼。区内影响煤系地层赋存的构造运动主要发生在印支、燕山期。 9 2.3.2 井田地质构造特征 2.3.2.1 基本构造特征 井田为一轴向北西西向的不完整的略有起伏的宽缓向斜（谢桥向斜） ，向斜轴部向 西北部抬起，向斜北翼地层倾向南，在 23 线深部逐渐转为南东向，倾角 1020， 向轴部逐渐变缓。向斜轴通过西部何海子，余海孜一线（145 孔136 孔） ，在蔡庄 33 线为向斜鞍部，地层平缓，倾角 35，鞍部两侧地层走向围绕向斜轴发生转折成 弧形，f14 断层以西地层转为向西倾斜。南部有区域性走向逆冲断层，即阜风断层（f1 断层组）迭瓦式构造，把寒武系灰岩、煤系下部地层推覆在煤系地层之上，在 25 线余 海孜以东地段，煤系全部被切，致使南翼形态不完整。本区以 f5、f12 断层为东西部 边界，按构造形态及断层分布情况，可分为东、中、西部三个区及 f1 断层组推覆构造 带，无岩浆岩侵入，构造复杂程度属于中等（图 2-2） 。 图图 2-22-2 井田构造示意图井田构造示意图 （1）东部区 f5f19 断层之间，地层走向近东西，长约 7km，倾向南，倾角一般为 1215， 产状变化不大，有落差20m 的断层 12 条，主要集中在 11 线附近 1km 范围内和 f19 断 层附近，构造比较简单。 （2）中部区 f19f14 断层之间，走向长 7km，为向斜转折段。断层较多，约占全区断层 的二分之一，按构造形态可分为两个段： a.东段：由 f19 与 f25 断层构成“地堑”式构造，斜楔于勘探区中部，地堑走向 f5-1 5 13-1 13-1 13-1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 13-1 13-1 13-1 13-1 13-1 13-1 13-1 13-1 13-1 13-1 13-1 13-1 13-1 13-1 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 三 f30 三 三 三 三 三 三 三 3三 5三 7三 9三 11三 13三 15三 17三 19三 21三23三25三 27三 29三31三 33三35三 37三 42三 f1-1 f1-1 f1-2 f1-2 f12 f22 f8 f1 f1 f25 f25 f5 f31 f19 10 自北向南由北东 40渐变为南北向，长约 5.5km，宽 7001200m，煤层陷落由南至北 0160m。地堑边界主断层有较多分支，以致在 13-1 煤层-700m 水平附近断层达 11 条 之多。 b.西段转折区：位于 f25f14 断层之间，走向长约 6km，浅部地层走向近东西， 中深部则围绕向斜轴转折成弧形，倾向南东到东，倾角 510，向斜鞍部地层近于水 平。断层较为发育，有落差20m 断层 28 条。 （3）西部区 f14f12 断层间，长约 2km，地层产状逐渐转为北北西南南西向西倾伏的向斜 构造，倾角 1020，断层较多，有落差20m 的断层 9 条，将地层切割成条块状。 （4）f1 断层组推覆构造带 f1 断层组由 f1、f1-1，f1-2 组成推覆构造带，为典型的后缘迭瓦扇，走向北60 西，带宽 11.5km，由南向北推覆，推覆距离约 35km。主断层 f1 上盘为寒武系鲕 状灰岩、紫色泥岩、分枝断层 f1-1、f1-2 的上盘均为二叠纪煤系。上覆系统和断夹块 中地层倾角陡立，夹块中煤系褶曲发育，构成比较紧闭的两向两背形式，下伏系统是 13 煤以下主要含煤段，地层平缓完整，受推覆挤压影响甚微。在 25 线以西 48 煤组 被切 割在-1000-700m 水平，逆冲断层组是其自然边界。 2.3.2.2 褶曲 本区主体构造属谢桥向斜的两翼，次一级褶曲不甚发育，仅在 f1 推覆体的断夹块 内褶曲发育，为不对称紧密褶曲 2.3.2.3 断层 井田内共有断层 236 条，其中落差100m 的断层 12 条，507.4km，本断层明显特点是具有 较多的分支断层，尤以下降盘一侧，分支断层十分发育。断层倾角北部较大，向南逐 渐变缓，仅 40左右。 f25 断层：位于勘探区中部 1525 线，走向 ne，倾向 se，倾角 4983，为正 断层，落差 0160m，北部落差大，向南逐渐变小，延展长度6.4km，与 f19 构成本区 中部“地堑”构造。 f22 断层：位于 2527 线，地层走向转折段，走向 ne，倾向 se，倾角 40-89， 为正断层，落差 080m，延展长度 4.15km，主要切割深部煤层，南部陷伏在 f1 推覆 13 体下与 f25 构成阶梯状断层。 f4 断层：位于 3032 线，向斜转折段与向斜鞍部间走向 ne，倾向 se，倾角 2780，为正断层，落差 060m，延展长度 3.6km，南部陷伏在 f1 推覆体下。 f14 断层：位于勘探区西部 3435 线，地层走向转折段，为本区中、西部分界断 层。走向 nne，倾向 w，倾角 6771，为正断层，落差 3080m，延展长度6.5km， 南部隐伏在 f1 推覆体下。 f12 断层：为本区西部边界断层，走向 ne，倾向 nw，倾角 6367，为正断层， 落差 100200m，延展长度6.7km。 f1 断层组：位于本区南部，为区域性逆冲断层。走向 nww,倾向 sw,倾角 1530， 延展长度16km，落差变化大，最小400m，寒武系鲕状灰岩、紫色泥岩直接推覆在煤 系之上，并伴生 f1-1、f1-2 之分支断层，构成较典型的后缘叠瓦扇，f1-1、f1-2 之间 为煤系断夹块，褶曲发育，地层产状变化大，落差变化大，显示了断夹块内塑性地层 的特征。 2.4 水文地质特征 本井田位于淮南煤田西部，界于西淝河和颖河之间，地势平坦，地面标高一般 2426m 左右，微向东南倾斜，河流流向与地形基本一致，由西北流向东南。 井田南、东、西边界为封闭型边界，南部边界由 f1 断层组组成，该断层组为区域 性逆冲断层；东部和西部分别为 f5 断层和 f12 断层，均为张剪性正断层，落差均大于 500m。井田北部边界为煤层露头区，无封闭构造，为疏展型构造边界，也是该矿地下 水的补给边界。 2.4.1 矿井主要含、隔水层 区内新生界第四系流砂层、二叠系煤系砂岩、太原群灰岩等均为含水岩系，它们 之间不同程度地存在着水力联系。 （1）第四系含、隔水组 区内第四系沉积厚度 119.60550.70m，平均厚度为 388.31m。古地形起伏变化较 大，总体是南部薄，北部厚，古地形呈缓坡向东西两侧倾斜，本系分为全新统弱含水 组（q4） 、上更新统含水组（q3） 、中更新统隔水组（q2-2） 、中更新统含水组（q2-1） 、下 更新统隔水组（q1-2）和底部碎石层组（q1-1） 。 （2）二叠系砂岩裂隙含水组 本组含水层分布于主要可采煤层及泥岩之间，除 1 煤顶板砂岩较稳定外，其余均 属不稳定。砂岩以中细粒为主，硅质胶结，少量为铁钙质胶结，裂隙分布不均，在构 造复杂地段裂隙发育。该含水层以储存量为主，补给水源贫乏。 （3）太原组灰岩岩溶裂隙含水组 据钻孔资料，地层总厚度约 120m，含灰岩 1113 层。灰岩累厚 55m 左右，约占总 14 厚的 46%，除 3、4、12 三层灰岩较厚外，余为薄层灰岩。上部 14 层灰岩为 1 煤层底 板直接充水含水层，顶界距 1 煤层只有 11.9521.02m，平均 15.43m，灰岩纯厚度 14.9433.15m，平均 24.15m。岩溶裂隙分布不均，据简易水文观测资料，揭露 1 灰钻 孔 56 个，漏水点 2 个，占 3.6%；2 灰钻孔 10 个，漏水点 1 个，占 10%；3 灰和 4 灰钻 孔各 11 个，漏水点各 2 个，各占 18%。该含水层具有补给水源贫乏的储存量消耗型的 特征。 （4）各含水层之间的水力联系 1）第四系松散层含水组之间 第四系全新统弱含水组（q4）以大气降水和地表水补给为主，季节性变化明显。 为上更新统含水组（q）的越流补给水源。 上更新统含水组（q）与中更新统（q2-1）之间，为一粘土层（q2-2）间隔，二者 之间除局部地段可产生越流因素外，一般无直接水力联系。 2）第四系松散层含水组与基岩含水层之间 中更新统含水层组（q2-1）与主要可采煤层间砂岩裂隙含水层及灰岩岩溶裂隙含水 层之间，在下更新统隔水组尖灭区内直接接触，从定性分析来看，存在互补关系，但 据抽水资料判别，二者之间关系并不密切。当基岩含水层（水 4、水 5、115、水 1、114、137 孔）抽水时，q2-1下部观测孔水位（水 2、水 3）均无影响。再者，就基 岩含水层本身而言，流量、水位均呈单一方向衰减，为补给水源不充分所致，也可说 明基岩古风化壳在漫长的沉降过程中，经过水的溶蚀和后期沉积物的充填胶结作用之 后，形成相对的阻水层，一般厚度 13m，在自然状态下，二者之间的水力不能贯通。 建矿后，由于矿井排水，使二者之间的水位差增大，将产生渗入补给，但补给量受基 岩含水层的渗透性所控制。目前水 2 孔水位标高是 12.31m（2008 年 2 月 29 日测） ，亦 说明该含水层地下水受矿井排水所致。但在下更新统隔水组分布区内，其隔水性可靠， 二者之间无水力联系。 太原组 14 层灰岩岩溶裂隙含水层和第四系中更新统孔隙含水组下段，经长期地 下水位动态观测，有同步下降的趋势，但下降幅度有所区别，自 1985 年 8 月至 1986 年 8 月共一年的时间，q2-1下段含水层水位下降 0.310.32m，c3l14灰岩含水层水位 下降 0.267m，但两者的 q=f（s）曲线有明显差异，从区域资料分析，不同层位的水位 也有下降的趋势，故本区二者之间的水位同步下降原因不明，可能受邻区矿井排水影 响。2008 年 4 月 3 日水 15（11-2）1 孔，对太原组 14 层灰岩进行抽水试验的水位标 高为 13.86m，也说明其含水层受矿井排水影响，水位下降 10m 多。 3）太原组灰岩含水层与二叠系砂岩含水层之间 太原组灰岩含水层与二叠系砂岩含水层之间，为 15m 左右泥岩及砂泥岩互层间隔。 根据二叠系 67 煤间和 13 煤顶板砂岩含水层水 4、水 5、115 三孔抽水试验，太原组 15 17 层灰岩含水层，水 1 孔水位观测均无影响，说明二者之间无明显水力联系。但据 淮南生产矿井的实践，随着 1 煤开采水平延深和矿坑水的疏干，灰岩水头作用于 1 煤 底板岩层的压力随之增大，按经验数字，每 1m 厚岩层可抗 1kg/cm2的压力，因此，二 者之间在自然状态下无直接水力联系，一旦 1 煤层开采时，破坏了地下水的动力平衡， 必然产生底板突水的危害，尤其是煤层与灰岩对口断层部位更要注意。 2.4.2 断层及其富水性 断层作为矿坑充水通道，是导水通道中变化最大的因素。由于断层的性质、规模、 两盘岩性、后期改造等因素不同，其导水性能不同。就水文地质特征而言，断层可分 为富水断层，导水断层，储水断层和阻水断层等。断层对矿坑的充水作用主要表现在： （1）断层本身导水，造成充水岩层与其他含水层间垂向水力联系； （2）造成充水含水层与其他含水层对接，形成横向水力联系，增加了矿坑充水间 接水源； （3）断层附近岩层破碎，空隙性增强，含水、导水性增强。 根据勘探资料，全区大于 15m 落差的断层 68 个，据各断层破碎带取芯所见，煤系 地层一般均以泥质岩屑为主，含砂岩碎块，无含水象征，也未发现泥浆漏失现象。据 水 4 孔对 f19 断层和 13 煤顶板砂岩混合抽水试验，单位涌水量 q=0.000264 l/s.m（矿区水文地质工程地质勘探规范中规定，钻孔单位涌水量 q0.0001 l/s.m 的含水层可视为相对隔水层） 。表明 f19 断层富水性很小。据 137 孔抽水试验时 f25 和 f19 两断层另一侧的 114 孔水位情况，表明 f25 和 f19 两断层为阻水断层。 另外在井筒及巷道开拓掘进的过程中未发现断层有较强的富水性，由此说明井田 范围内落差较大的断层的富水性较差或基本不富水。虽然在勘探阶段和开拓阶段未发 现含、导水性较强的断层，但是随着煤层开采的进行，某些断层可能会发生活化，发 生导水现象。2010 年 5