砚北矿概述及井田地质特征.doc

1 矿区概述及井田地质特征1.1矿区概述1.1.1地理位置砚北矿区位于甘肃省平凉地区所属华亭县、崇信县两县境内。从华亭县向南沿华（亭）天（水）公路，经庄浪（78 km）、秦安（160 km）可达陇海铁路天水车站（240 km）；向东20 km至安口镇与宝（鸡）平（凉）公路相接，经安口镇向南144.4 km达陇海铁路宝鸡站；向北80 km到平凉与西（安）兰（州）公路相通，另外华亭策底峡中平凉为63 km，井田内简易公路四通八达。矿区铁路专用线设计距宝鸡中卫铁路安口南工业站9.52 km。矿井至各大车站和城市见下图。图1-1 交通位置图1.1.2地貌本矿区地处六盘山山脉关山东麓，陕甘宁盆地之西缘，属黄土高原的一部分。地貌形态主要是梁峁相间、剥蚀堆积的黄土低山丘陵区，以第三系和侏罗系地层构成基地格架，表层普遍覆盖有黄土。海拔高度大致在14301680 m，最高点在矿区北部上院峁，海拔1693.9 m，最低点在矿区南部的北汭水河河床处，海拔1413.5 m，相对高差280.4 m，地形总体上是西高东低、北高南低。河谷下切作用较弱，沟脑一般呈“V”型，中下游则多为“U”型，谷地宽阔堆积有第四系砂砾卵石层。1.1.3水文矿区内水文网属泾河水系。北汭水河发源于关山东麓，自西向东在矿区南端流过，在矿区东南角和南汭水河相汇合，经安口、崇信至泾川县流入泾河。最小径流量0.145 m3/s，最大0.95 m3/s，平均0.37 m3/s。砚峡沟为斜穿矿区的最大沟谷，沟中水量很小，砚峡沟中水在砚峡乡处流出井田，经东峡口流入汭水河。1.1.4气象及地震本矿区为半干旱半湿润的大陆性气候，冬季严寒干燥，夏秋两季湿润多雨，昼夜温差较大，最低气温-23.6C，最高气温35.4 C，年平均气温6.58.5C，。年降水量349.7907.0 mm，平均512.6 mm，一年内降水量多集中在7、8、9三个月，占全年降水总量的57.17%，年蒸发量在1007.41539.6 mm，以4、5、6、7、8月最大。年平均相对湿度65%79%，年平均风速1.42.0 m/s，最大风速18 m/s。11月至来年3月土地冰冻，历史最大冻结深度0.72 m。年积雪最厚24cm，基本风压0.35kN/m2。1.1.5主要自然灾害本区冬季严寒干燥，冻害为冬季自然灾害，夏秋两季为汛期，主要灾害为山洪、雷电。根据中国科学院编制的中国地震活动区域图及相关文件，确定本地区地震基本烈度为七度。1.1.6矿井电源矿井采用双电源双回路供电方式。双回路分别来自华亭陈家沟110 kV变电所35 kV母线段和石堡子35 kV母线段。双回线路进入华砚35 kV变电所，线路导线为LGJ240 mm2，线路全长4.38 km，设置两台SZL720000/35/10/6kV主变。1.1.7经济概况矿区内人口较少，区内国民经济以工农业为主，农作物主要有小麦、玉米、土豆，经济作物主要为胡麻及黄麻。华亭地区工业以煤炭为主，煤田浅部有省、地、县、乡镇煤矿开采，除此而外，尚有陶瓷、水泥、砖瓦农机、玻璃、灯泡等地方工业。区内砂、石等建筑材料也较丰富。1.2井田地质特征1.2.1地理位置砚北井田位于华亭煤田中东部，隶属华亭县策底乡、砚硖乡及东华镇管辖。地理坐标约居东经10636171063959，北纬351316351733之间。井田南北长5.1 km，东西宽4.5 km，面积15.957 km2。主、副井工业广场区位于华亭县城东2.5 km处，与县城之间有柏油公路相通。1.2.2井田的勘探程度（1）勘探工作概述华亭煤田的地质勘探工作始于1958年4月。先后有191队、134队、146队和149队在不同时期和不同阶段进行过勘探，并提交过相应的地质报告，各队在不同时期的勘探程度及结果如下所述：19581961年191队提交煤田地质普查报告1件，I-V号井田精查地质报告5件，经1962年复审后、因钻探质量低劣，精查降为普查。19651966年134队提交了华亭煤田详查地质报告。1970年以后146队先后提交了南井田、陈家沟井田精查和精补地质报告及策底井田精查地质报告。1978年149队提交了砚峡露天建井（精查）勘探报告。1992年3月146队提交了华亭煤田砚北井田勘探（精查）地质报告经全国矿产储量委员会全储决字333号文批准，本报告为设计、建设及生产的主要依据。（2）勘探工程网度 根据1986年全国矿产储量委员会制定的煤炭资源地质勘探规范，本井田勘探类型为“二类二型”，则基本线距500m控制A级储量；5001000 m控制B级储量；10002000m控制C级储量。1.2.3勘探工作及质量评述（1）钻探工程本井田从19581991年，先后有四个勘探队在不同时期共竣工32个钻孔，进尺1598.09 m，其中有191队8个孔，134队7个孔，149队9个孔，146队8个孔。可采煤层质量：井田范围内煤层倾角大部分为近水平煤层，部分地区为缓倾斜煤层，因此全井田最低可采厚度取0.8 m，精查勘探参与验收评级的主要可采和局部可采煤层共有42层次，均按86年部颁钻孔质量验收标准进行了验收。评级结果：优质煤层33层，占78.6，合格煤层5层，占11.9，不合格4层，占9.5。主要可采煤层5#层32个孔均见到，其中优质16层，合格1层，不合格1层，优质层占88.9。（2）地质和水文地质填图报告使用的地质和水文地质图各21.5 km2，此次设计中所采用的是井田的一部分面积，井田南北长5.1 km，东西宽4.5 km，面积15.957 km2。其中包括149队1978年测绘的1：2000地质和水文地质图，经缩制成1：5000图纸和1985年以及146队1991年测绘的1：5000地质和水文地质图，以上图纸已经随精查报告的审批而验收通过，故本井田使用的地质图和水文地质图，质量可以作为煤矿生产和建设使用。（3）水文地质钻孔井田内和边界附近共竣工水文地质钻孔8个，进尺1568.45m（井田内3个，进尺723.32m），对五个含水层分别进行了抽水试验，除第三含水层的两个水文孔的抽水质量仅一个孔不可靠外，另一个孔和其它含水层的抽水质量均可靠。（4）工程地质钻孔149队在原砚峡露天勘探区内做了大量的工程地质工作，在21个钻孔中（其中有9个孔位于本井田内），采了岩石物理力学性质试验样256个，因此本井田完成的工程地质工作量大，质量可以满足设计和况建要求。（5）其它工程量和质量概况井田内共采各种样845个，采样和试验质量均达到了规范标准，试验项目和数量满足了精查阶段的要求。本井田共有9个钻孔采了21个瓦斯样，质量符合部颁标准。井田内采了煤层自燃样16个，煤尘爆炸样2个，采样和试验质量均达到了规范要求。以上样品在1965年以前，由原陕西省煤炭工业局地质公司综合实验室测试，以后由甘肃省煤炭地质勘探公司中心实验室测试。微量元素和稀散元素PPM值均为光谱分析，百分含量值为化学分析。该两室化验成果内外互检，合格率达96%以上，质量均可满足要求。以上勘探工程量及质量见下表-井田内勘探工程量统计简表1-1：表1-1 井田内各阶段勘探工程量统计简表勘探工程19581962年（191队）19651966年（134队）19701972年（146队）19761978年（149队）19841988年(146、149队)1991年（146队）合计钻探孔数 尺(米)5531.251280.512324.5412235.512388.407085.8830846.09质 量可靠较可靠参考甲乙丙甲乙丙甲乙丙甲乙丙特甲乙特甲乙丙825351112636546302311测井孔 数 数未测井358931555实测(米)864.802244.0011652.002342.006924.0024026.80质 量甲乙丙甲乙丙甲乙丙甲乙丙甲乙丙甲乙丙废351315131531231水文孔数 数213进尺(米)300.05423.27723.32抽水次数22抽水质量甲乙丙优合格不合格优合格不合格废1111211各种采样513012172571845地质填图9.5 km212 km221.5 km21.2.4井田地质（1）区域地层华亭煤田位于华北地层区的西南缘，属陕甘宁盆地盆缘地层分区平凉永寿地层的北部。其总的特征与华北地层区相似，缺失上奥陶统、志留系、泥盆系和石炭系地层。本区地层从老到新有：蓟县系、寒武系、奥陶系中下系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系下统、上第三系和第四系等，其地层厚度、岩性特征见下表1-2。表1-2 华亭煤田区域地层简表地层名称符号厚度(m)岩性概述界系统群组新生界第四系Q298黄土，亚砂土，古黄土，残积，上第三系甘肃群Ngn110中上部黄红、红黄色泥岩、砂质泥岩下部为砾岩下第三系E不详桔红色泥岩、泥质细砂岩、底部为砾岩中生界白垩系志丹群K839中上部为暗紫、灰绿、瓦灰等色砂质泥岩、粉砂岩夹砂岩；下部为灰黄色侏罗系中统安定组J2a151紫红色泥岩、砂质泥岩、砂岩泥岩、泥岩直罗组J2c243紫红、灰绿色砂岩，粉砂岩，砂岩泥岩、泥岩中下统延安组J1-2y235灰白色砂岩、灰黑色砂质泥岩、煤及油页岩下统富县组J1f23紫红、灰绿等杂色砂砾岩、砂岩泥岩、泥岩三叠系延长群T3yn3277黄绿、灰绿色砂岩，泥岩，上部为含煤线纸坊群T2zh402灰紫、灰褐色砾岩，中-粗粒砂岩，细砂岩下 统T1308红色中-粗砂岩夹泥岩，细砂岩，砂砾岩等古生界二叠系上统石千峰组P2sh106灰绿、兰灰、紫红色砂岩，砂质泥岩夹泥岩上石盒子组P2s74灰绿、灰黄色砂岩夹紫灰绿色泥岩，砂质泥岩下统下石盒子组P1x50黄灰色砂质泥岩与泥岩砂岩山西组P1s52灰黑色、灰色砂质泥岩，泥岩，石英砂岩、底部含煤、铝、铁奥陶系中统平凉组P2p180灰色钙质页岩及黄绿色砂质泥岩，薄层灰岩三道沟组O2s435浅微红、浅黄色厚层灰岩与豹皮灰岩互层下统水泉岭组O1s283灰、灰红色白云质灰岩，白云岩夹灰岩、页岩寒武系上统3100灰、灰黄色白云岩中统张夏组2z4灰色鲕状灰岩及紫红色页岩徐庄组2x110暗紫红色页岩，钙质粉砂岩夹薄层灰岩毛庄组2n59紫红色页岩夹石英细砂岩下统155浅红、紫红色白云质细砂岩、粉砂岩、石英岩、砾岩震旦亚界贺兰山群王全口组Zjw1351浅灰色含燧石条带白云质灰岩、白云岩夹页岩黄旗口组Zjh428灰紫、浅紫红色石英砂岩，泥岩及灰岩图1-2 砚北煤矿地层、含水层综合柱状图（2）含煤地层概述含煤地层延安组根据岩性，岩相特征，旋回结构及煤层发育情况，从下至上分为三个岩段，包括四个旋回，五个煤组，另外在延安组以下富县组还发育着一个煤组。 富县组J1C含煤组,含煤1 层。顶底板稳定，岩性为紫杂色砂砾岩，砂岩及泥质岩夹灰色，紫褐色砂质泥岩，具似鲕状结构，层理不清，厚度变化较大。煤厚平均为0.70 m。延安组第一段（第旋回）J1-2Y即主要含煤段，含厚煤层的5#煤层。从延长群顶面或富县组顶界至主要煤层（5#煤层）顶板，厚度变化不大，最大13 m，最小9 m，平均12 m。延安组第二段（第II、III旋回）J1-2Y2。从第一段顶至1#煤层顶板，第二旋回从第一段顶至4#煤层顶板，以上为第III旋回，由于二者差异较大，分旋回叙述如下： 第旋回主要为浅灰灰色细砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、次为中粗粒砂岩，中部夹几层不稳定薄煤，上部在井田北部及东北部发育一层劣质油页岩，其上部为4# 煤层及其顶板。反映了河流、湖泊相及泥炭沼泽相依次过渡的沉积特征。是一组覆水较深，较稳定环境下的沉积，厚度最大85.69 m，最小22.43 m，平均65.46 m。其剖面（72.89 m）由上向下分述如下：a 深灰色粉砂岩。 19 mb 4# 煤，以亮煤为主。结构较复杂。 0.81 mc灰绿色粉砂岩。 52 md灰色粉砂岩。 12.34 me沙质泥岩。 8.55 m第III旋回总体表现为以灰、灰黑色粉砂岩、砂质泥岩为主的细碎屑岩沉积，夹少量细到粗砂岩，发育多层薄煤及煤线，各煤层的间距基本稳定，从上到下含1#煤、2-1#煤、2-2#煤、2-3#煤和3#煤。在煤田北部及中部有一至三个薄层劣质油页岩。岩性、岩相横向变化较小，纵向上以下到上，反映了由河湖相、沼泽相及泥炭沼泽相多次交错出现的沉积特征，旋回结构呈多阶段发展。本段含大量黄铁矿结核及晶粒，含植物化石，最大厚度129.80 m，最小厚度42.82 m，平均57.81 m。延安组第三段（第IV旋回）J1-2y3本段不含煤但有煤线。井田浅部因遭受后期剥蚀，保存不全，而深部保留厚度较大。岩性主要为灰绿灰色粉砂岩、砂质泥岩及泥岩，次为细粗粒砂岩，局部夹一至二层煤线及薄层劣质油页岩、层面上具有较多植物化石及化石碎片。本段底部为灰绿灰白色砂岩，顶部与直罗组假整合接触。最大厚度66.36 m，最小厚度7.77 m，平均43.02 m。(3)井田地质构造煤矿的基本构造特征砚北煤矿的基本构造形态，从北到南为单斜、背斜和向斜、单斜等。井田东部边界为FI大断层，中部南北走向存在以落差由南向北不断增大的FII正断层，因这次设计是对井田的一部分进行设计，在设计的矿井中没有断层出现。因区内尚未发现岩浆岩，现对井田内分布的褶皱加以叙述。a井田北部单斜：位于16勘探线以北，5#煤层产状，从北而南由北15度西至南28度东，倾向南西西，倾角59度。b井田西部背斜：起于16勘探线，止于12勘探线以南。背斜轴向由北13度西至南25度东，向南倾伏。c井田中东部向斜：起于16勘探线，止于11勘探线，向斜轴向：北部为北54西、中部为北33西、南部为南21东，向北抬起。向斜西翼倾角1116，东翼倾角15，为一宽缓背斜。d井田南部单斜：实为前一向斜的南延部分的东翼，向斜轴为本井田的深部边界线，西翼属白草峪井田范畴，起于11勘探线，止于1勘探线以南。5#煤层产状，走向北北西至南南东，倾向南西西。整体构造简单，主要为近水平煤层，局部地区的倾角较大，达到了12。以上构造发生在中下侏罗统煤系和上覆中侏罗统以及下伏下侏罗统和上三叠统地层内。构造造对煤层、煤质、水文和其它开采条件的影响a井田构造对煤层的影响沿背斜轴煤层厚度普遍变薄，向斜轴煤层厚度有所增加。本区构造具有继承性，属于基底构造的背斜和向斜在成煤过程中继续发展。背斜属于隆起区，堆积的成煤物质较少，而且这些物质在凝胶化作用下，形成的凝胶和溶胶有一定的流动性，容易向凹陷区运移，故形成的煤层较薄，向斜属凹陷区，堆积的成煤物质较多，加之由背斜区搬运来的凝胶化物质，故形成的煤层较厚。从背斜和向斜构造与煤层的厚度变化来分析，反映出煤盆地的基底构造和同沉积构造对煤层厚度变化有影响。单斜构造与煤层厚度变化不明显，但显示出一些规律性，如井田南部单斜区，5#煤层浅部厚度较大，一般在13 m左右，深部较薄，一般在9 m左右，经地质构造和沉积建造的综合分析研究结果表明，现在的煤层露头带，非原始沉积边缘。b井田构造对煤质的影响在背斜和向斜区内、5#煤层的原煤灰份和全硫无明显变化，均属特低硫和特低灰。5# 煤层的精煤挥发份产率却变化较明显：以13和15勘探线为例，背斜轴为40.8439.58%，向斜轴为38.9938.33%，后者5#煤层的挥发份产率比前者低1.251.85%。c井田构造对水文及其它开采技术条件的影响井田构造对水文地质的影响不明显，形成井田的水文地质条件简单。井田构造对其它开采技术条件的影响：设计中的井田内尚未发现断层和岩浆岩，加之宽缓的背斜、向斜和北部的单斜构造以及5#煤层层较稳定等，都给综合机械化开采提供了有利条件。5#煤层倾角212、有的接近水平，平均角度为6.5，属于近水平煤层，适合机械化采煤，此矿井采用综采放顶煤开采。(4)水文地质矿区水文地质条件矿区内岩层按其含水性、含水类型及水力特征分为五个主要含水层和三个相对隔水层，由老到新分别为：a第一含水层上三叠统延长群，为第一裂隙承压含水层，单位涌水量0.1108L/sm，渗透系数0.0018 m/d。b第二含水层下侏罗统富县组至中下侏罗统延安组第一段，5#煤层的直接底板。钻孔单位涌水量0.0020.00307L/sm。c第三含水层中下侏罗统延安组第二至第三段，为5#煤层顶板含水层。单孔涌水量1.2271.900 m3/d，单位涌水量0.000170.000531 l/sm。d第四含水层上第三系甘肃群，主要为第三系甘肃群第一段砂砾岩层，个别孔在第二段也有砂砾岩含水层。钻孔单位涌水量0.15660.4791 l/sm。e第五含水层第四系全新统，该含水层主要为第四系砂砾卵石层。分布在井田南部水河床处及砚峡沟中。单位涌水量为0.779 l/sm。单孔涌水量为300m3/d。三个隔水层位于第二、第三含水层间，三、四含水层间和四、五含水层间。第三系砂砾岩裂隙孔隙承压水含水层，其主要补给来源在裸露部分接受大气降水补给，其次是接受地表水及第四系潜水的补给，补给条件差。该含水层的排水一部分是生产矿井，一部分是华亭供水井开采。井田内构造简单，没有断裂构造，裂隙不发育，直接充分含水层埋深大，水量很小，单位涌水量最大为218 m3/h，平均为198 m3/h，涌水量较低。本井田划分为水文地质条件简单的类型。充水因素及涌水量预测a地表水对矿井开采的影响因华亭矿区内唯一的控制西部边界断层为一压扭性断层，且隐伏于第三系之下，不能沟通地面河水和第四系潜水，而砚北井田内无断裂构造且煤层冒裂带高度远小于其上覆地层厚度，所以地表水对矿井开采无影响。b地下水对矿井开采的影响砚北井田内第一含水层（T3yn）、第二含水层（J1f+J1-2y）及第三含水层对矿井开采影响不大。第四含水层（Ngn）为承压复合含水层，该含水层渗透性及富水性较好，为矿井间接充水含水层，是矿井充水的主要来源。供水水源砚北矿井的供水来自西华洪积扇水源地，其供给能力为13000 m3/d，水化学类型为重碳酸钙型，矿化度为0.180.30 g/l，属淡水。1.3煤层特征1.3.1含煤性本井田含煤地层为中下侏罗统延安组和富县组，根据华亭煤田煤岩层对比报告自上而下命名为1#煤、2-1#煤、2-2#煤、2-3#煤、3#煤、4#煤、5#煤和6#煤，煤层总平均厚度为19.42 m，含煤系数为7.78%。5#煤层为全区主要可采煤层，其中5#煤层平均厚度占总平均厚度的61.79%，全井田广泛发育，6#煤层平均厚度为1.8 m赋存不稳定，且全井田零星分布 。零星、局部可采煤层为2-2#煤、2-3#煤、3#煤和4#煤，2-2#但煤、2-3#煤和4#煤，可采范围很小，主要为鸡窝煤，1#层仅个别点可采，2-1#煤层全区不可采。各煤层厚度、层间距及分布范围等情况见下表1-3：表1-3 各煤层发育情况煤层名称煤层厚度（m）平均间距（m）稳定性结构分布情况最小最大平均1#煤02.010.60不稳定较简单2线以北较广泛分布，个别点可采。2-1#煤01.590.7014极不稳定较简单616线较局部分；6线以南零星分布，全区不可采。2-2#煤01.940.9015极不稳定较简单12线以南局部分布；12线以北较广泛分布，零星可采。2-3#煤02.600.907不稳定较简单12线以北较广泛分布，局部可采。12线以南零星分布。3#煤03.111.718不稳定较简单4线以北广泛分布。6线以北局部可采。4#煤02.300.8119不稳定较复杂4线以北广泛分布。零星可采。5#煤9131252较稳定较复杂复杂全区广泛分布。为主要可采煤层。6#煤02.341.810不稳定较简单全区零星分布，主要为鸡窝煤1.3.2可采煤层本井田可采煤层5#煤层特征表述如下：5#煤层（全井田主要可采煤层）。位于延安组第一段中上部，为厚煤层，全井田广泛分布，较稳定。厚度在913 m，煤层采用厚度变化于1113 m之间，平均12 m。煤层沿倾向变化：11线以北，煤层厚度明显向向斜轴部增厚，向背斜轴部变薄。煤层结构较简单，夹矸薄，绝大部分为单一分层。11线以南，煤层厚度起伏变化不大，几乎为单一厚度的煤层。1.3.3煤质（1）煤的物理性质各可采煤层均为黑色，条痕为深棕色，具沥青光泽，断口多为贝壳状参差状，个别层可见阶梯状，棱角状、均一状。节理面有黄铁矿薄膜，裂隙局部发育，为方解石脉充填。易燃，烟浓焰长，燃烧时基本不膨不融。（2）煤的化学性质可采煤层的主要煤质指标5#煤层：原煤Mad5.3313.00%，平均9.82%，Ad3.8517.71%，平均7.49%，精煤Vdaf35.5941.93%，平均38.89%，Std0.141.34%，平均0.49%，Qarvd27.1930.21MJ/kg，平均28.76MJ/kg，粘结指数GRI为零。可采煤层的煤质变化5#煤层灰份、挥发份、全硫在垂向上变化据所有化验成果表明，顶部和底部三者含量均略高，灰份沿走向从南向北逐渐略有增高（4.1810.69），倾向上据（13，14）勘探线资料，灰份从东向西由大变小（8.115.47）的趋势。全硫变化与灰份基本相同。灰份标准差S为2.36，全硫标准差S为0.22，煤质变化程度属变化小类型，挥发份随着深度增加而减小。（3）可采煤层煤类的确定依据主要根据中国煤炭分类国家标准（GB5751-86）,精煤挥发份Vdaf37%,透光率PM50，粘结指数GRI均为零，因此确定3#煤层和5#煤层为长焰煤。（4）煤的可选性通过对井田北部的静宁煤矿和东南部的华亭煤矿采5#煤层筛分浮沉大样和简选样进行可选性试验表明，当分选比重在1.5时，V+1.8ST0.1浮物产率在9.4714.44之间，精煤回收率平均为72，属优等，可选性属易选煤类。（5）煤的风氧化本井田煤层埋藏深度均在300m以下，属于隐伏煤层，并且构造简单，煤层未遭受剥蚀和风化等因素的影响。据已有的钻孔的测试成果，各煤质化学指标与深部钻孔煤质指标均无明显差异，这主要是本区基岩渗透性差，覆盖层厚度大，岩性致密，裂隙不发育，地表水位（均在煤系地层以上）较浅，又无地表水渗入煤层的通道，并且煤岩组分中的丝炭组分较高，不易氧化。故本井田煤层未遭受风化和氧化。（6）煤的综合利用评价砚北井田煤质分析项目比较齐全，研究程度较高，除局部可采煤层灰份、全硫含量较高外，其余煤质指标均与5#煤层近似。现就主要可采的5#煤层利用方向简述如下：煤的化学活性高，在温度为950 时，二氧化碳还原率