某煤矿穿层钻孔瓦斯抽放半径研究报告.doc

淮北矿业（集团）公司芦岭矿8煤层瓦斯抽采半径测定研 究 报 告 北京科技大学淮北矿业集团公司芦岭矿二八年一月目 录目 录11.研究的内容与方法22.矿井概况及开采范围43.煤系地层及煤层赋存情况63.1.地层63.2.含煤地层83.3.煤层赋存情况113.4.煤质特征163.5.地质构造特征203.6.水文地质情况243.7.矿井水文地质类型及水害威胁程度293.8.煤层瓦斯赋存、煤尘及煤的自燃情况304.8煤层瓦斯基本参数314.1.8煤层原始瓦斯压力分析314.2.8煤层原始瓦斯含量分析324.3.8煤层瓦斯流量的测定354.4.8煤层透气性系数的测定374.5.8煤层其他瓦斯地质参数395.8煤层瓦斯抽采半径与相关参数分析425.1.有效抽采半径与时间之间的关系445.2.抽采半径与负压之间的关系455.3.抽采半径与钻孔直径之间的关系465.4.抽采半径与煤层透气性系数之间的关系466.总结481. 研究的内容与方法芦岭矿是淮北矿业集团公司煤与瓦斯突出最为严重的矿井，自建井以来已经发生大小有记录的煤与瓦斯突出或动力现象20余次。特别是2000年以来突出发生的频率和强度不断增大，其中2002年4月7日发生在一采区818采面3#煤眼斜石门的煤与瓦斯突出极其强烈，共突出煤量8924t，喷出瓦斯量多达123万m3；日常生产期间也经常有不同程度的小型突出或动力现象发生。突出隐患的存在不仅极大增加了企业的生产成本，而且随着生产规模的日趋展开或开采水平的不断延深将严重威胁着安全生产，形势非常严峻。随着矿井煤与瓦斯突出危险性的不断提高，相应的安全管理和决策工作也必将面临更加严重的考验。首先是现场工程技术人员从意识上要更加重视对突出煤层瓦斯赋存、运移、涌出特征及煤与瓦斯突出规律的分析与掌握；其次是在此基础上逐步总结出比较适合本矿井实际条件的瓦斯预测技术及其指标体系，并力求加以应用、推广；最后达到跟踪采掘进程及时制定出有效安全措施的目的。鉴于此，在淮北矿业集团公司领导的积极关注和支持下，由集团公司通防处牵头并周密组织，芦岭煤矿与北京科技大学土木与环境工程学院联合开展了“芦岭煤矿8煤层穿层钻孔瓦斯抽采半径测定”工作，该项目主要包括以下几方面的研究内容：1） 收集与整理芦岭矿8煤层瓦斯相关参数测量的数据，包括压力、流量、透气系数及K1、h2、Smax等进行分析。2） 8煤层煤的工业性指标（f、a、b和P等）测试分析。3） 确定8煤层穿层钻孔瓦斯抽采半径。研究方法的主要依据：1）煤层煤样采取方法GB482-95；2）煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法MTT 638-96；3）钻孔瓦斯涌出初速度的测定方法MTT 639-96；4）钻屑瓦斯解吸指标的测定方法MTT 641-96；5）煤矿瓦斯抽放技术规范MTT 692-97；6）煤矿安全规程；7）煤与瓦斯突出矿井鉴定规范MT637-96；8）煤的工业分析方法；数据分析的方法主要运用MATLAB软件对瓦斯渗流方程编程求其数值解；运用ORIGIN软件进行现场实验数据的分析与制图。2. 矿井概况及开采范围芦岭煤矿位于皖北宿州市东南20余公里处，北距淮北市（集团公司所在地）82公里。井田中心位于北纬333559，东经1170630。东以F32断层为界，经淮煤地1998300号文批准，西以补13线和6-7线为界与朱仙庄煤矿相邻，浅部以10层煤露头为界，深部以-800m等高线为界，走向长约8.2km，倾斜宽3.6km，勘探面积29.5 km2，主井坐标：X=3712619.34，Y=39516759.99，Z=25.00；采矿登记面积（包括生活区）为33.877km2。X=37101553717195，Y=3951086539520175。芦岭煤矿西临津浦铁路，距芦岭火车站9km，矿区专用铁路在此与津浦铁路接轨，井田北有宿（县）泗（县）省道、南有宿（县）蚌（蚌埠市）101省道穿过，各有9km矿区公路与之相连，阴雨无阻。井田范围内除采矿形成的塌陷湖外，均为农田，地形平坦，呈西高东低的趋势变化，标高在2225m之间。井田内的水系主要是塌陷湖及沱河。沱河是一条经人工修整的季节性河流，斜切井田南部，另有孟家沟、卜陈沟与沱河相通，地表水系较为简单整齐，且多为人工修整的沟渠。矿井设计由华东煤炭公司设计院承担，设计年生产能力为150万吨，设计服务年限66.1年。1960年12月开始建井，1969年12月简易投产，以后边生产边基建，于1976年达到并超过设计生产能力，后来又经过多次局部技术改造，使矿井年生产能力稳定在180万吨以上，最高年产量突破200万吨。根据原煤炭部87煤生开字第65号文批准，从1988年起进行矿井改扩建工程，改扩建后的年生产能力为240万吨，并于1993年12月完成。但由于矿井向深部及两翼伸展后煤层赋存条件复杂，至今尚未能达到改扩建的生产能力。矿井开拓方式为竖井石门分水平开拓，共划分三个水平，水平为-210m-400m，水平为-400m-590m，经原淮北矿务局设计处、地测处商定，水平下限定为-800m。采区开拓前进式，工作面回采后退式，实行跨上山无煤柱回采。采煤方法：走向长壁全陷落和厚煤层低位放顶煤开采方法。通风方法为抽出式，通风方式为中央边界、两翼并列式。表2-1 矿井生产系统情况简表设计能力1.50Mt/a瓦斯等级高沼、突出矿井历史最高产 量2002排水方式一般能力450t/h核定生产能 力1.80Mt/a运输地面火车井下8t蓄电机车，3t矿车开拓方式竖井开拓提升能力方式12t轻型箕斗开采方式走向长壁核定能力1.80Mt/a通风方法抽出式付井方式3t矿车双层罐笼方式中央边界、两翼并列能力17000m3/min矿井于1981年开始进行水平延深，1990年8月水平第一个工作面投产，历时9年，现、两个水平生产，共有生产采区四个，即一采区、二采区、八采区、810采区；开拓采区为三采区、八采区，开采煤层为8、9、10三层。矿井生产能力1980年经原煤炭部核定为150万吨/年，1997年核定为180万吨/年，2002年核定为230万吨/年，现矿井生产能力每年稳定在180万吨以上。芦岭煤矿储量丰富，但煤层赋存条件、开采技术条件复杂，存在瓦斯大、透气性低、地压高、顶板差、及水、火等不利的开采因素，对资源回收影响较大。芦岭选煤厂为坑口选煤厂，设计年入选原煤能力为180万吨。后经多次技术改造，现实际年入选原煤能力在180万吨以上。1991年修改地质报告储量核算结果为：矿井总储量为23681.3万吨，工业储量20042.2万吨，高级储量11563.2万吨，可采储量11421.2万吨。截止到2004年末，矿井剩余总储量为21923.8万吨，工业储量为18929.0万吨，高级储量为6875.0万吨，可采储量9059.1万吨。矿井剩余服务年限为28.1年（储量备用系数取1.4）。3. 煤系地层及煤层赋存情况3.1. 地层本区属华北型石炭二叠纪煤系地层。受古生代加里东早期构造运动的影响，华北地区地壳整体隆起，遭受风化剥蚀，沉积间断，致使本区缺失了上奥陶统、志留系、泥盆系和下石炭统地层。石炭纪早期，本区地壳缓慢下沉，接受沉积，并具备有良好的成煤环境，沉积了一套煤系地层，总厚度约1185m。二叠纪后期，受海西、印支构造运动的影响，地壳再次抬升，遭受剥蚀，缺失了石千峰组、三迭系、侏罗系、白垩系地层。经喜山运动之后，本区再次缓慢下沉，沉积了第三系、第四系松散层。各时代岩性组合关系自下而上简述如下：1.古生界（PZ）奥陶系 中奥陶统（O2）中奥陶统由灰、深灰色厚层状隐晶质、细晶质及白云质灰岩组成。79-O水1孔穿过灰岩厚度为133.47m，灰岩裂隙、溶洞发育，其中裂隙多被方解石充填，并见有黄铁矿晶体。石炭系（C2+3）与下伏奥陶系灰岩呈假整和接触。控制厚度175m左右，下部以泥岩为主；中部以砂岩为主。夹薄层石灰岩，含34层薄煤；上部以灰岩为主，夹薄层泥岩或砂岩。生物组合关系为：下部以蜓类化石为主，上部蜓、贝类化石和科达、羊齿类化石为主。二叠系（P）与下伏石炭系地层呈整和接触，为主要含煤地层，含煤岩系总厚度约1010m。含煤1958层。下部山西组厚度102167m，平均厚度120m。以过渡相沉积为特征，中部含主采煤层10煤，岩性以泥岩、砂岩为主，植物化石以羊齿为主，动物化石以贝壳类为主。中部下石盒子组厚度约245325m，平均厚度280m，主要岩性为砂岩和泥岩，含可采煤层5层，其中主采层2层，化石以羊齿类为主。上部上石盒子组已控制厚度大于610m，以杂色陆相沉积为特征，下部含煤812层，局部可采煤层12层，植物化石以羊齿和轮叶类为主。2.新生界（KZ）本区新生界松散沉积物厚度120250m，由东南120m向西北增厚至250m。一般厚度为170240m。按区域剖面对比及区内采集的部分化石资料，依相组韵律等特征自下而上划分为：第三系（R）与下伏二叠系呈不整和接触。下部为棕黄色至棕红色砂质粘土，未胶结的砂砾、砂土层，砾石成分多为石灰岩及砂岩碎块，砂粒多为碳酸盐碎屑，偶见块状泥灰岩。上部为棕红色粘土及砂质粘土，顶部带有灰绿色斑纹及薄层理，见铁锰质和钙质结核，植物化石含量少。相当于保德红土层。总厚015m，属山麓洪积及残坡积物。第四系（Q）下更新统（Q1）底部为灰绿色、褐黄色粘土，夹数层未胶结的中、细砂及砂砾，有时与泥灰岩互层，总厚015m，分布不稳定，下部为灰绿色粘土、砂质粘土和钙质粘土，致密，粘性大，常见滑面，其顶部常见有石膏晶体，呈晶块团聚体及单晶体。上部主要为灰白色泥灰岩，夹灰绿色钙质粘土，硬泥灰岩顶部卡斯特溶洞裂隙极为发育，洞径大者有0.21.0m，小者密如蜂窝，为剥蚀面。泥灰中见淡水螺化石、蜗牛及灰褐色螺类化石碎片，粘土中间夹有少量的棕红色砂块，含石膏晶体及植物化石碎片，总厚65m。本统含化石：直隶扁卷螺中更新统（Q2）底部为灰百色中细砂，夹有灰岩砾石，有时相变为砂质粘土。下部为褐黄色及肉红色砂砾与黄褐色及灰绿色砂质粘土、钙质粘土、泥灰岩互层，局部砂层成半胶结状，砂砾有时为粘土质，一般厚25m，向北及北东方向变薄，其顶部产哺乳类动物化石，常见肢骨及牙化石。上部为棕红色及肉红色粘土和砂质粘土，夹薄层砂，粘土中带有灰绿色网纹状斑纹，顶部见水平层理及波状层理，厚20m，本统总厚度45m，从下至上由山麓沉积相逐渐转变为湖泊相。上更新统（Q3）下部为黄灰色中、细砂层，北部变为砂土层，砂砾以石英为主，最底部有石英砾石层，砂层中间有粘土球，共厚3045m。上部为褐黄色砂质粘土与粘土互层，含砂礓及铁锰结核，厚20m。本统总厚65m，为平原河流相沉积。本统含化石：扭船形蚌、牛科、细纹丽蚌全新统（Q4）底部分布1至数层灰黑色粘土，富含腐植质及小螺化石。下部为黄灰色细粉砂或砂土与粘土互层。上部为黄色及黄褐色砂质粘土，含钙质结核较多，夹薄层细粉砂及砂土层，近地表为耕植土壤，厚38m，总厚26m，为河流相及牛轭湖相沉积。本统含化石：小旋螺、豆螺3.2. 含煤地层井田内含煤地层由一系列基本连续的沉积物组成，总厚度约1185m；石炭系中上统不含可采煤层，厚度约175m；下二叠统山西组及下石盒子组为主要含煤段，含主采煤层8、9、10，厚度约400m；上二叠统上石盒子组含煤数层，大多不可采，厚度610m以上，自下而上分述如下：1.石炭系C中石炭统本溪组（C2b）与下伏奥陶系呈假整和接触。6-7线8孔穿过厚度8.95m。79-O水3孔穿过地层厚度14.34m，下部为青灰灰白色铝质泥岩，夹绿色薄层泥岩，底部含铁质结核，上部为青灰色深灰色泥岩或粉砂岩，含铝质和黄铁矿。本组含化石简形纺锤蜓、薄氏克小纺锤蜓上石炭统太原组（C3t）与下伏本溪组整和接触。仅6-7线8孔穿过，厚160.69m，一般含煤46层，煤层厚度薄且煤质差，无开采价值。本组含石灰岩1014层，自上而下编号为一灰、二灰，其中三、四、六、十灰较厚，多在6m以上，四灰局部达26.5m，三、四灰裂隙、溶洞发育，含水丰富。本组为海陆交互相沉积。下部：灰绿深灰色粉砂岩、砂岩为主，夹薄层石灰岩，含34层薄而不稳定的煤层，无开采价值。中部：以灰色石灰岩为主，夹灰灰绿色泥岩与粉砂岩，含薄煤12层均不可采。上部：灰深灰色砂岩与粉砂岩为主，夹薄层石灰岩23层，一般不含煤。本组含化石：假希瓦格蜓、麦粒蜓、似纺锤蜓、轮褶贝、蟹形贝、科达、栉羊齿、脐根座太原组顶部第一层灰岩（一灰），土黄灰褐色，泥质含量高，层面具有明显的风化特征，发育有裂隙和小溶洞，呈豆粒状大小，裂隙多被方解石脉充填。该层位稳定，厚23m，富含海百合、珊瑚等动物化石碎片，为二叠系与石炭系的分界标志层（K1）。一灰之下的二灰，呈浅灰色或肉红色，质地较纯，含大量方解石斑晶，富含动物化石碎片，厚度34m。一灰中含动物化石：海百合茎脊板顶柱珊瑚、太原网格长身贝、中华线纹长身贝2.二叠系与下伏太原组呈整合接触，为本区主要含煤地层，含煤岩系总厚度约1010m，含煤1958层，可采及局部可采者有8层，煤层平均总厚度为20.60m。下二叠统山西组（P1sh）自太原组一灰顶界面至铝质泥岩底界面，厚102167m，平均厚度120m，以过渡相沉积为特征。下部：深灰色厚层状砂质泥岩或粉砂岩，俗称海相泥岩。层位稳定，变化不大，厚度1020m，从9-10线向东南略有增厚，偶含海相动物化石。中部：以深灰色互层状砂泥岩、灰白色厚层状中、细砂岩为主，夹薄层状泥岩、粉砂岩，含主采煤层10煤，局部地区含煤两层，以下层较为稳定。10煤顶板有古河流冲蚀现象。10煤下部第一层岩石，由薄层粉砂岩或砂质泥岩与灰灰白色薄层细砂岩组成，呈互层状，剖面上呈竹叶形（俗称叶片状砂岩），具明显的底栖动物通道，水平、微波状及透镜状层理，层面富含云母片。层位稳定，厚度23m，顶面距10煤210m。上部：以浅灰色中、细粒砂岩为主，深灰色泥岩与粉砂岩次之，夹薄层或透镜体菱铁质砂岩，水平、微波状与斜交层理发育，常见鲕状结构，岩性变化较大，砂岩相变明显。井田中部及西北部厚度变化不大，井田东南变化较显著，个别孔出现特厚现象。泥岩、粉砂岩常具铁质染成的花斑（俗称紫斑），斑块形态为云朵状、团块状及蠕虫状。顶部常发育一层灰白色厚层状中、粗粒砂岩或含砾砂岩（砾径550mm，分选差，呈角砾状，不规则排列），局部夹薄层砾岩。砂岩厚度410m，富产鲕状菱铁，分布广泛。本层厚度变化大，有时相变为细砂岩或鲕状泥岩。本组含化石：猫眼鳞木、多脉带羊齿、弯脉栉羊齿、细脉座延羊齿、那林真羊齿、滨口丁氏厥、蕉羊齿、朝鲜丽羊齿、舌形贝、珀力蛤下二叠统下石盒子组（P1x）与下伏山西组连续沉积，为主要含煤段。自铝质泥岩底界面向上至3煤组下第一层中细粒砂岩（K3）底界面为止，厚度为245325m，平均厚度为280m。底部：铝质泥岩，俗称铝土。厚度04.7m，一般厚度为3m左右，该岩石呈灰白色或银灰色、微肉红色。贝壳状断口，有滑腻感，局部地段发育有两层，下层呈青灰色，多含菱铁鲕粒，铝质含量较低；上层发育较稳定，质地较纯，粘土矿物成份主要是高岭石，在显微镜下还见有碳酸钙结核，为湖泊相化学沉积。本层为9煤下部的标志层，即K2。下部：以灰浅灰色中、细砂岩为主，靠近煤层过渡为粉砂岩、泥岩或炭质泥岩。含9、8、7三层可采煤层。8层为特厚煤层，是本区主要标志层之一。8、9煤层间距小，为分叉合并关系，9煤深部合并于8煤；7煤多具古河流冲蚀现象，在9煤底板及8煤顶板富含植物化石。此段含化石：烟叶大羽羊齿、弧曲栉羊齿、中国瓣轮叶、福建大羽羊齿、安得氏细羊齿、那林真羊齿、星状轮叶、多脉带羊齿中部：以深灰色厚层状泥岩、粉砂岩为主，夹薄层、中厚层石英砂岩，靠近煤层处泥岩发育，含6煤组及5煤组。此段含化石：烟叶大羽羊齿、剑瓣轮叶、镰刀栉羊齿、舌形瓣轮叶、麻座延羊齿上部：以中细粒砂岩、粉砂岩为主，夹23层鲕状泥岩，多为灰灰绿色，常具紫斑状。下部砂岩为灰灰白色，成分较单一，硬度大，一般为中厚层状石英砂岩。多钙质胶结，微波状斜层理及交错状、透镜状层理。含4煤组。煤组附近多具鲕状结构。此段含化石：东方栉羊齿太原栉羊齿、尖头轮叶、蕉羊齿、密球带养齿、舌形瓣轮叶、翅羊齿、剑形瓣轮叶上二叠统上石盒子组（P2sh）与下石盒子组为连续沉积。上界不清，已控制厚度大于610m，以杂色纯陆相沉积为特征，煤组位于下部，煤层多达812层，大多极不稳定，仅12层局部可采。下部：3煤组下第一层厚层状中、细砂岩（标志层K3）底面至1煤组顶板砂岩以下，厚约280m，除煤层附近颜色较深外，一般为灰、灰绿色及紫斑等杂色，岩石以中、细砂岩和粉砂岩为主，夹泥岩和薄煤层，砂岩含较多的绿色矿物，常为硬砂岩。粉砂岩与泥岩多具紫斑状，偶见鲕状结构，煤层附近常有菱铁质及泥质结核，厚度变化不明显。含3、2、1煤组。此段含化石：中朝楔叶、丁氏蕨、烟叶大羽羊齿、剑形瓣轮叶、舌形瓣轮叶、中国瓣轮叶、垂脉栉羊齿、东方栉羊齿、蝴蝶轮叶、舌形贝上部：1煤组顶板砂岩以上，已控制厚度大于320m，以灰绿色薄层中细砂岩与紫红色薄层粉砂岩为主，泥岩含量小，偶见粗砂岩和煤线，呈带状分布在井田北部。中细砂岩中常见硬砂岩，具不太明显的斜层理，断续波状层理及韵律分选结构。此段含化石：烟叶大羽羊齿、象多形瓣轮叶、蝴蝶轮叶、栉羊齿、羽羊齿。3.3. 煤层赋存情况井田含煤地层以二叠系下统下石子组和山西组为主；上统上石盒子组含煤次之；本溪组不含煤，太原组含46层薄煤或煤线。二叠系为主含煤地层，含煤1958层，可采及局部可采煤层（组）8层，总厚度为1.1458.48m，总平均厚度20.60m，煤系平均厚度1010m，含煤系数为2.04%。山西组：组厚平均120m，含煤13层，位于中上部，厚度04.97m，平均厚度为1.92m，为主采煤层之一，含煤系数为1.60%。下石盒子组：含煤1028层，组厚280m，煤层总厚1.1441.63m，平均14.99m，其中4、5、6、7、9为局部可采层，8煤为主采层。本组含煤系数为5.35%。上石盒子组：组厚610m，含煤组三个，含煤层数827层，总厚为011.88m，平均厚度3.69m，含煤系数为0.6%。本组含煤层数多，厚度变化极大，煤层极不稳定，可采煤层较少，含局部可采层一个，各组含煤情况详见下表：表3-1 各组含煤情况表地层名称地层厚度（m）含煤层数可采层数两极厚度平均厚含煤系数备注本溪组14.34000不含煤太原组160.694600薄煤或煤线山西组1201311.60下石盒子组280102865.35上石盒子组61082710.6二叠系煤系1010195882.04注：太原组煤层薄而不稳定，占煤层总厚比例很小，故计算含煤系数时未予考虑。表3-2 煤层及标志层间距一览表 单位：m煤层或标志层K110K2987654（K3）3两极厚度85-5098-4228-1512-047-242-1244-1877-38105-5420-2.5平均厚度605893.5203030657510表3-3 可采煤层稳定性定量指标一览表煤层345678910km0.660.710.760.450.731.000.890.90V（%）74.0855.3559.3390.0358.4727.9136.4937.30稳定性极不稳定不稳定不稳定极不稳定不稳定稳定较稳定较稳定1. 3煤组位于上石盒子组底部，下距K3标志层10m左右。煤组厚度24m，含煤层数多达11层，一般35层，最大厚度5.15m，各煤层间距大小不一，一般15m，煤层厚度变化较大，稳定性较差，以3-4层发育相对稳定，定为3煤层，局部可采，其它多属难以成片的煤层，由于分层多，对比困难，可靠程度低。井田内穿过3煤层位的工程点70个，见煤点64 个，煤厚03.71m，平均0.81m，可采点43个，可采点平均0.97m，煤层结构复杂，含12层夹矸，局部达3层，岩性多为泥岩或炭质泥岩。可采范围有三块，即东部12-13线附近，中部11-12线至补16线浅部地区；西部8-9线以西深部，以西部发育略好。3煤层顶板为泥岩或粉砂岩，局部为中细粒砂岩，富含植物化石；底板为泥岩，局部为粉砂岩，含植物根茎化石、菱铁鲕粒和少量铝质。 2. 4煤组位于下石盒子组上部。上距K3标志层75m左右，煤组厚度约12m，多为单一煤层，部分钻孔出现有23个分层，个别达4个分层，各煤分层间距一般35m，除4-2外，其它分层厚度变化大，稳定性差，以发育较好的4-2对比为4煤层，对比可靠程度一般。为局部可采煤层。井田内有穿过4煤层位的钻孔85个，见煤钻孔69个，煤厚02.31m，平均0.98m，可采点55个，可采点平均1.16m；煤层结构简单，少部分见4煤有12层夹矸，岩性为泥岩或炭质泥岩。4煤层在井田内表现为东好西差，倾向上一般 中部好，浅部与深部差，可采范围呈条带状分布。4煤层顶板为泥岩或粉砂岩，局部为细砂岩，裂隙发育；底板为泥岩，局部为粉砂岩、细砂岩，含植物化石和少量菱铁质。3. 5煤组位于下石盒子组中上部，煤组厚度10m，一般发育13个分层，以第一层发育较稳定，对比为5煤层，为局部可采煤层，不稳定，其余各层仅有零星可采点，归入不可采煤层。井田内有104个点穿过该层位，见煤点71个，两极厚度为04.48m，平均厚度为0.71m；可采点54个，可采点平均厚度为1.19m，煤层结构简单。5煤层有三个可采块段，分布于拐头地区和二采区深部，浅部及深部水平则大部分无煤或不可采。5煤顶板为泥岩或粉砂岩，局部为砂岩，菱铁鲕子；底板为泥岩或粉砂岩，含植物根茎化石。4. 6煤层局部可采煤层，极不稳定。8-9线以西仅有零星分布，8-9线以东地区共有89个工程点穿过，见煤点70个，煤厚为03.99m，平均厚度1.42m；可采点28个，平均厚度0.56m，煤层结构简单，一般为单一分层，小史家背斜西翼局部出现2个分层，以上分层发育较好。对比为6煤层。6煤层发育在井田东部，西部见煤点和可采点分布稀疏，不能连成片。6煤顶板以泥岩为主，粉砂岩次之，局部为砂岩，含植物根茎化石；底板为泥岩或粉砂岩。5. 7煤层位于8煤层之上20m左右，发育13个分层。大多为单层，以上层发育较好对比为7煤层。井田内共有136个点穿过，见煤点117个，煤厚03.23m，平均厚度1.39m；可采点95个，平均1.06m，煤层结构简单，仅少数钻孔含12层夹矸。从钻孔资料分析，7煤层厚度主要受原生沉积控制，仅7线2孔受古河流冲刷而被中粒砂岩代替，形成局部无煤区。但通过一、二、四三个采区生产揭露，7煤层中古河流冲刷相当发育，井田内普遍发育一层，西部八采区局部出现2个分层，以7-1煤层发育较好，煤层对比中即选择这一层，7-2见煤点少，构不成可采块段。7煤层在井田西部发育较好，可采范围大，稳定性相对较高。拐头区受原生沉积和后期改造双重影响，煤厚变化大，并有特厚点出现。如148孔煤厚为12.46m。7煤层顶板为细砂岩或泥岩，部分为中粒砂岩、粉砂岩，裂隙较为发育。底板多为泥岩和粉砂岩，局部为炭质泥岩。6. 8煤层主采煤层，稳定特厚，全区可采。钻孔及溜煤眼计254个点，平均厚为8.96m，两极厚度为0.3017.75m。东部拐头区相对较厚，平均为10.58m。煤层结构复杂，上部含12层、局部24层夹矸，厚度为0.102.50m，下部有时也含1层夹矸，厚度为0.020.64m，平均0.35m。9线以东局部地区因夹矸增厚而出现两个分层，以下分层发育较好，定为8煤层，8-1虽有可采点，但不能连成片，列入不可采煤层类；在11-12线附近，8煤层上部夹矸层数较多，夹矸及煤分层薄且煤质较差，呈互层状，经835、837、811等工作面证实，走向长度约200m，并向深部延伸。8煤层沿走向上呈东部厚、一采区薄、二、四采区厚，六、八采区相对薄的变化；沿倾向上呈浅部厚、深部薄的变化趋势，尤其是一采区，向深部变薄趋势最为明显，平均厚度减少12个分层，824-1（12-10#）机巷约30m段8煤厚度仅0.3m。8煤顶板主要为泥岩，细砂岩次之，局部为粉砂岩或中砂岩，部分地段有炭质泥岩伪顶，为薄层状砂质泥岩或泥岩，局部为细砂岩；常见植物叶片化石碎片。底板为薄层状砂质泥岩或泥岩，局部为细砂岩，层理和裂隙发育，岩石破碎。7. 9煤层位于下石盒子组下部，距K2标志层11m左右，为主要可采煤层之一，较稳定煤层，据244个见煤工程点（144个钻孔及100个溜煤眼）资料统计，厚度09.82m，平均厚度2.72m，不可采点30个（钻孔22个，溜煤眼8个），可采点平均厚度3.06m。煤层结构简单，仅个别钻孔见夹矸，生产中尚未发现有夹矸出现。9煤层多为单一煤层，极少数钻孔见2层，以上层发育较好，定为9煤，下分层（即9-2）见煤点极少，不能连成片，且范围较小，故不予考虑。9煤层厚度变化主要受原生沉积控制，11-12线以西向深部合并于8煤层，-400m以上部分地区也有合并现象，但范围较小，拐头地区受构造影响，局部出现有特厚点（148孔）达20.5m。9煤层-400m水平以上，沿走向变化不大，-400m水平以下，呈现串珠状变化；在倾向上呈浅部厚、深部薄的变化。9煤层顶板为薄层状砂质泥岩或泥岩，局部为细砂岩，层面光滑，裂隙发育，多为方解石脉充填，极易破碎，底板主要为泥岩，井田东部局部发育有炭质泥岩顶板。8. 10煤层位于山西组中部，为主要可采煤层，较稳定。井田内498个穿过10煤层位的工程点（不含断缺孔），见煤点187个，可采点179个，煤厚04.97m，平均煤厚为1.92m，可采点平均厚2.12m。煤层结构简单，个别孔（全区共18个）见有一层夹矸，为炭质泥岩，厚0.070.63m，平均0.30m。10煤层多为单一煤层。仅在井田两端（11线以东及补15线以西）少数钻孔出现2层，个别孔（83-11、83-10）出现3层，以第二层发育，定为10煤层，其余因工程点少且不稳定，未予考虑。10煤层-400m水平以上厚度较稳定，变化不大，-400m水平以下，F7断层以西厚度较稳定，一般为2.53.1m，F7断层以东在走向上变化不大，沿倾向上向深部变薄，最薄点仅0.79m，呈东薄西厚变化。10煤层受古河流冲刷较为明显，除古河流冲刷煤厚变化外。基底不平也造成煤厚变化，在1010采区还发现有分叉合并现象。煤层顶板以灰白色中粒砂岩为主，细砂岩、泥岩次之，砂岩主要为钙质、泥质胶结，遇水易膨胀松散；局部有0.61.0m的薄层炭质泥岩与煤线互层的伪顶。顶板为块状泥岩，局部地段为粉砂岩或细砂岩与粉砂岩互层岩石。3.4. 煤质特征1.概述本区煤的变作用类型以区域变质不主，各煤层的工业牌号大都属1/3焦煤，煤质较稳定，仅个别钻孔出现焦煤或肥煤。井田内有两个地方因受岩浆热变质作用影响而变为天然焦。2.煤的物理性质和煤岩特征煤的质理性质6、7、8、10煤层呈薄层状，质较硬；8煤层受构造应力作用，垂向上出现几个较分层，与硬分层相间分布；3、4、5、9煤层呈粉未状或鳞片状，煤质较松软，颜色一般为黑褐色，具油脂光泽，内生裂隙发育中等，具条带状和线理状结构，宏观煤岩类型属半亮和半暗型，少量为光亮型和暗淡型煤。煤岩特征根据精查报告煤岩光、薄片鉴定结果，其显微煤岩特征如下：各可采煤层均以凝胶货物质为主，丝炭化物质及角质化物次之。凝胶化物质以凝胶化基质体为主，多呈条带状、均一状和块状，一般多胶结其它有机组份碎片和矿物杂质而呈各种显微结构。丝炭化物质以半丝质组为主，常以块状及碎片状分布，尤以8煤层中部及9煤层较为破碎。角质化物质以小孢子为主，大孢子、角质层、树脂和树皮等出现。煤系中以8煤层和5煤层的镜质组含量为少，半丝炭含量相对增高；5煤层和3煤层的角质组含量相对较高。显微煤岩结构：常 为均一状，条带状和粒状结构，其中10煤层以条带状和均一块状为主，9煤层和5煤层主要为均一块状；8煤层的最大特征是具粒状结构。矿物杂质：以粘土碎碎屑和侵染于有机质组份的粘土为主，黄铁矿和透明矿物次之。10煤层以后生的粘土碎屑为多；9、8煤则以侵染于基质体的粘土矿物和粘土碎屑为主。3.煤的化学性质根据各煤层的工业分析资料，芦岭矿各主采煤层多为1/3焦煤品牌，现将各主采煤层煤质指标情况分述如下：10煤层灰份：井田西部以低灰为主，一般为1114%，次为中灰，少数为特低灰；井田中部主要中低灰，一般在15%左右，部分富灰；井田东部以特低灰为主，一般在516%，次为中灰，个别为富灰。硫份：特低硫，均小于1.0%，平均0.34%。挥发份产率：一般在36%左右，个别为3334%，沿走向和倾向变化不大。胶质层厚度：一般1521mm，平均15.27mm。沿走向往东的闭合处和向深部略有增高。焦油产率：变化不大，一般为12%左右，向西北方向略减，向深部略增。9煤层灰份：以中部为主，一般为1725%，平均23.30%，次为富灰。硫份：特低硫，均小于0.5%，个别点偏高，可达1.3%。挥发份产率：一般在3234%间，平均33.51%，沿走向变化不大，向深部略减。胶质层厚度：一般1116mm，平均11.06mm。向拐头区略有增高，个别点达24mm。焦油产率：变化不大，一般为8%左右。8煤层灰份：中灰份，平均18%，少数为富灰或低灰，沿走向上呈中部高两侧低的变化，以东部采区为最低，在垂向上呈顶部高下部低的变化。硫份：特低硫，多小于0.5%。挥发份产率：一般在3031%，向深部略增。胶质层厚度：一般1014mm，变化不显著。焦油产率：一般在10%左右，沿倾向略减，沿走向变化不大。7煤层灰份：中富灰份，井田中西部以中灰份为主，富灰次之，一般1824%；拐头地区以富灰为主，次为低灰份，一般在26%左右。硫份：特低硫，均小于0.5%，平均0.32%。挥发份产率：一般36%左右，向西偏高，倾向上变化不大。胶质层厚度：一般1213mm，沿走向往东南及深部都略有增高。焦油产率：一般910%，向西北略偏高，倾向上变化不大。6煤层灰份：以富灰为主，次为中灰份，一般2527%。硫份：特低硫，均小于0.5%。挥发份产率：一般3336%左右，个别达42%。胶质层厚度：资料较少，一般为1015mm，变化不明显。焦油产率：一般910%，变化不大。5煤层灰份：以中、富灰为主，一般1926%。硫份：特低硫，均小于1.0%。挥发份产率：一般34%左右，变化不大。胶质层厚度：一般1116mm，变化不明显。焦油产率：一般8%左右，个别达6%。4煤层灰份：以中灰份为主，次为富灰，个别高灰份，一般2026%，平均24.18%。硫份：特低硫，个别为低硫，平均0.69%。挥发份产率：佼质层厚度和焦油产率变化均很小，焦油产率一般在9%左右。3煤层灰份：中富灰份，少数为高灰份，一般为1834%，平均30.64%。硫份：特低硫，个别为富硫。挥发份产率：佼质层厚度和焦油产率等变化均很小，焦油产率一般在10%左右。以上各煤层的元素组成、发热量和磷份等变化均很小，灰成份中磷铝酸盐含量均大于50%，属酸性，灰熔点均为高熔点(T2大于1250)。综上所述，二叠纪煤系 煤质变化规律有如下特征：下部主要煤层的灰份和硫份比上部薄煤层低，从下向上逐渐增高。挥发份产率和胶质层厚度的变化，下石盒子组较上石盒子组和山西组偏低。4.煤的工艺性质炼焦性能根据煤的化学分析，主采煤层属低-中灰份煤层，胶质层厚度一般在1016mm，坩埚粘结性46，煤岩组份中以具粘结性的凝胶胶化组份为主。从10、9、8、7煤层的铁箱试验结果看，焦炭的工业分析指标均符合工业要求，唯7煤含磷量起过炼焦配煤的要求，但全区13个点采样点中磷的含量最大值也只是0.019%，故可考虑进行正常评价。从焦炭的机械性能强度分析，其抗碎性及而耐磨性嘛差，只有9煤层较好。综上所述10、9、8、7等煤层不宜单独炼焦。煤层中的有害成份煤化测试结果表明，10、9、8、7等煤层均属低硫、低磷煤层。煤的低温干馏性能根据含油(铝甑试验tg)、粘结性及块度试验结果的综合分析，9、8、7等煤层经适当和理，可作为低温干馏用煤。煤的可选性本区主采煤层中，10煤层属易选煤，分离比重液以1.4为宜；9煤层和8煤层属难选和中等可选煤，若采用的分离液为1.5，可以提高其可选程度。9、8煤层中因矿物杂质以侵染状的形式分布于有机物质中，故难以洗除。3.5. 地质构造特征1.区域构造概况在区域构造格局中，宿东向斜为徐宿弧形构造的组成部分。徐宿弧形构造位于丰沛和太（和）蚌（埠）隆起之间，以肖县复式背斜（闸河矿区）和宿东向斜（宿东矿区）为其外缘，北段为N2070E，中段为近南北，南段为N2070W，向西弧形突出，顶端位于徐楼。宿东向斜北受宿北断裂控制，南有光武固镇断裂，西南有西寺坡逆冲断裂，东有固镇长丰断裂，宿北断裂为区内规模最大的一条东西向断裂带，由龙山孟集和宿县蒿沟段陷带组成，长度大于200km，断面南倾，倾角70，断距大于1000m，早期具右行走滑性质，生成于中生代，横贯于徐宿弧形构造中段与南段之间，南北两侧构造与地貌截然不同，是地貌单元的分界线；光武固镇断裂横贯于淮北煤田南缘边界，也是徐宿构造的南界断层，控制长度大于200km，这两条断层生成于中生代，第三纪仍有活动，其间的古生代地层应为徐宿推覆体的下盘。西寺坡逆冲断裂由四条走向的NW冲断层组成，走向N603510W，延展长度36.5km，倾向北东，倾角浅部陡，深部缓。t89-1孔和区域频率测深资料证实滑脱面下为二叠系煤盆地。这三条断裂是控制宿东向斜内各级、各序次构造的 边界。宿东向斜总体呈不对称的向斜构造，向斜轴向N255030W，轴长18km，宽1.55.8km，轴部为二叠系地层，向斜的东北翼，因受北东方向主压应力的影响（即F4逆断层的推压牵引作用），两端地层倾角大，一般70左右，中段地区煤系地层被剥蚀，呈单斜构造，西南翼倾角较缓，一般在1025。向斜在朱仙庄矿一、二采区处变窄，在芦岭矿八、十采区位置变宽，呈弧形向西南凸出，成为宿东向斜的最宽缓处。向斜的两端及最宽缓部位发育有短轴褶曲。芦岭井田处于宿东向斜西南翼的东南段。2.井田构造特征井田内主要以斜切断层为主。根据井田构造发育的复杂程度，将井田划分为三部分。井田西部（6-7线F7）：包括六、八、十采区，其中十采区（10煤层）是宿东向斜最宽缓的部分。倾角520，中小型断层发育，浅部沿倾斜发育有松林王背斜、王格庄向斜二个次级褶曲，呈短轴状；沿走向上有舒缓的波状起伏。在水平上部，发育一条走向方向的正断层，与斜切断层组合成“卅”字形。本块段内以六采区构造最为复杂，把六采区切割成五个孤立块段。井田中部（F711-12线）：包括一、三、二、四采区，相对构造比较简单，发育几条斜切断层，其中四采区-600m水平以上倾角宽缓，煤岩层沿走向有平缓的波状起伏，薄及中厚煤层中落差10m以下断层较发育。东部拐头区（11-12线以东）：包括五、七采区，为宿东向斜的仰起端，呈弧形向南突出，地层走向为N50WEWN10E，地层倾角变化大，一般在4075，局部出现地层倒转，发育有小史家背斜和宿东向斜；并有层间断层三条，断层密集，切割关系复杂。3.断层特征及控制程度井田内发育有走向北西、北东及近南北向的三组断层，断层面多以东倾为主，倾角较大，一般为6070。逆断层多以近南北向为主，倾角6075，落差多为1050m，倾向东倾、西倾各半。正断层多以东倾为主，走向分为两组:即北东和北西，落差大小不一，大者达百m以上，一般为2050m。倾角一般为6080。断层平面组合形态以平行排列和“Y”型为主，剖面上呈地垒、地堑或阶梯型。从实见情况看，断层力学性质以扭性为特征，即无论其先期力学性质是张性还是压性，后期都受到不同程度扭动改造。统计井田内现有落差10m以上断层计69条，正断层35条，占50.7%，逆断层34条，占49.3%。其中8煤层内出现54条，正断层32条占59.3%，逆断层22条，占40.7%；10煤层中出现69条断层。断层落差大于100m的有F4、F6、F7、F7-1、F16、F30、F32、F33、F34计9条，落差在50100m有8条，2050m有22条；落差大于20m的多作为采区边界。根据物探程度将区内断层划分为查明、基本查明、基本控制和控制程度差四中类型。凡钻探工程点多及井下采掘巷道实见的断层定为查明断层；有一定钻探工程点或今巷实见，但断层尚可摆动者及物探划为可靠断层的定为基本查明；仅一点控制或物探划为较可靠的断层，定为基本控制断层；结合周围资料推断的断层定为控制程度差的断层。经过69条落差10m以上的断层统计分析，属已查明的断层计34条；基本查明的断层25条；基本控制的有8条；控制程度差的有2条。现对井田内主要断层特征叙述如下：F4：逆断层，走向N6WN46WN30W，倾向NE，倾角75，落差3001000m，控制长度大于15000m。位于井田东北边界，有11个钻孔及两条物探线控制。属查明断层。F32：正断层，走向N15W近SN，倾向NE，倾角7080，落差150380m，控制长度大于1300m，位于七采区东界，为矿井东界断层，有2个钻孔及2个物探A级点控制，属基本查明断层。F16：正断层，走向NNE，倾向SEE，倾角7384，落差35145m，控制长度大于1000m，位于七采区东部，14线1孔与79-17孔、补20线芦7孔与13线1孔、79-17孔，主采煤层连线困难，为勘探时期提供断层，基本控制。F30：正断层，N1025E，倾向E，倾角7075，落差4575m，控制长度大于850m，位于五采区东界，有三个钻孔控制，为基本控制断层。F8：逆断层，走向N452535W，倾向NE，倾角4555,落差1035m，位于二、四采区边界，控制长度大于2500m，有4个钻孔及10个物探点和8411工作面实见控制，为基本查明断层。F7：正断层，走向近SN，倾向E，倾角75，落差20370m，控制长度2600m以上，位于六采区东界，有8个钻孔及大巷实见和物探控制，属查明断层。F7-1：正断层，走向近SN，倾向E，倾角75，落差20350m，控制长度3500m以上，位于四采区西界，有10个钻孔、物探点和大巷实见，属查明断层。F7、F7-1断层为一组正断层，中部水平大巷穿过，深部水平大巷揭露时为一系列落差3-60m的小断层组，计约9条，总落差约85m，岩石较为破碎，多为铝土至10煤顶板上约20m段岩石。F6：正断层，走向N20W，倾向NE，倾角7080，落差50120m，控制长度大于1800m，为六、八采区分界断层，有5个钻孔、3个物探点及水平大巷实见控制，属查明断层。F14：正断层，走向N40E，倾向NW，倾角6075，落差2040m，控制长度大于1600m，位于八采区中部，有四条巷道及881工作面实见，四个B级物探点控制，在881轨道巷及881-1工作面揭露时，断层面平直光滑，无破碎带，倾角85，落差大于20m。下部岩巷揭露时为宽2至十余m不等的破碎带。属查明断层。FD13：正断层，走向NW，倾向NE，倾角55，落差2050m，控制长度3000m以上，位于水平六、八采区上部，有3个钻孔和10个B级2个C级物探点控制，属基本查明断层。4.褶曲特征及控制程度宿东向斜轴向及范围前已叙述，以主采煤层8煤来讲，轴部最深处约1200m，向两端逐渐变浅，但大部分在-700m以下，有132、254、11-12线3孔、芦水14、157、134及两条物探测线控制，基本查明。小史家背斜位于F29断层及11-12线之间，轴向NNW，向北倾伏，两翼倾角变化大，经五采区生产证实背斜呈歪斜褶曲，东翼走向较为平直，煤岩层倾角变化不大，一般2035，西翼走向急转，煤岩层倾角大多在35以上，变化较大，局部出现地层倒转现象。此背斜是宿东向斜西南翼的次级褶曲，基本查明。松林王背斜位于井田边界，八采区浅部，1010采区中部，第6线及8线之间，轴向NW，两翼倾角较缓，起伏幅度1530m，为宿东向斜内的低序次褶曲，经10煤层10采区北部生产证实，属查明褶曲。王格庄向斜位于松林王背斜西侧，1010采区西南部，轴向近SN向，两翼产状较平缓，8、9煤层呈封闭型向斜盆地，10煤层与宿东向斜相连，呈弧形向南突出，为宿东向内的低序次褶曲，经1010采区南翼生产证实，该褶曲浅部倾角较大，一般多在2030，-300m水平以下，煤岩层倾角较缓，呈边缘陡，盆底缓平的形态，属查明褶曲。5.岩浆岩本井田目前为止发现的岩浆岩有以下几处。一处是位于三采区中部-400m水平附近的76-