福兴煤矿地质特征与煤层煤质,地质工程论文

福兴煤矿地质特征与煤层煤质,地质工程论文山东韩台煤田福兴煤矿在枣庄市市区东南约20km,位于华北陆块〔Ⅰ〕鲁西隆起〔Ⅱ〕鲁中隆起区〔Ⅲ〕枣庄断褶带〔Ⅳ〕河头集凸起〔Ⅴ，Ⅱ4a10〕的西北部。煤田为东西向狭长含煤条带，地处秦岭东西复杂构造带北支及新华夏系第二沉降带的复合部位。该区又为徐州弧形构造带北缘，受多期屡次构造运动的强烈作用，区域构造比拟复杂。因而，探1条件、工程地质条件、环境地质条件，对于其安全生产，非常重要。1福兴煤矿地质特征分析1.1地层井田煤系地层基底为奥陶系石灰岩，属华北型含煤岩系，由本溪组、太原组、山西组、石盒子组构成。上覆地层为古近系、第四系。地层走向NE,倾向NW,现由老到新简述如下：〔1〕奥陶系马家沟组〔OM〕:厚约600m,为煤系地层沉积之基盘，区内上奥陶统缺失，岩性为深灰色厚层致密质纯灰岩及豹皮灰岩，夹白云质灰岩。顶部含珠角石化石，白云质灰岩中可见少许白色燧石，底部有一层角砾状灰岩与下奥陶统分界。根据区域资料，矿井内中奥陶统分为五段，华而不实二、四段含水丰富。据出露区找水经历体验，在垂深180m内因有数段岩溶发育而含水丰富。〔2〕石炭系本溪组〔CyB〕:平均厚度约23m左右，主要由灰~深灰色、杂色泥岩，G层铝土岩及奥陶系石灰岩风化侵蚀面上残存余留铁质泥岩〔山西式铁矿〕组成。G层铝土、山西式铁矿为本组之标志层。与奥陶系呈假整合接触。〔3〕石炭-二叠系太原组〔C-PyT〕:平均厚度约209m,为典型的海陆交相互沉积，由灰至灰黑色泥质岩、灰至灰白色细、中粒砂岩、石灰岩和薄煤层组成。含海百合茎、单体珊瑚及蜓类化石。〔4〕二叠系〔P〕由山西组及石盒子组组成。①石盒子组〔PXii=1,2,3,，〔〕40〕:井田内推断最大残厚约900m,钻孔揭露最大残厚为791.16m.由于上、下石盒子组中的区域性标志层A层铝土、中粗粒厚层状奎山石英砂岩等在本井田内均无明显沉积，根据其岩性特征划分为上下两段，华而不实：上段：主要由黄、绿、灰、紫、红、杂色和灰~深灰色泥岩，绿灰色粉、细粒砂岩、灰白色中粒砂岩及少量粗粒砂岩组成。碎屑岩成分以石英为主、长石次之及少量白云母片、岩屑、黑色矿物，多为泥质胶结及局部硅质胶结，纯硅质胶结者甚少。下段：杂色泥岩、砂泥岩层数较上段相对减少，颜色深度变浅或呈斑状，深灰及灰褐~灰黑色层相对增加。所含植物化石渐趋完好，含菱铁矿鲕粒渐增。中下部灰黑色泥岩中夹柴煤0~5层，厚度多在0.30m左右，层位不稳定，难以比照，无开采利用价值。底部以一层中~细粒底部含砾砂岩与山西组整合接触。本段多为内陆湖泊相、内陆河流相沉积，厚度变化较大。②山西组〔PyXii=1,2,3,，〔〕40〕:厚度99.27~127.25m,平均106.00m,为二叠系主要含煤组段，由深灰色至灰黑色泥质岩、灰白色中、细粒砂岩、砂泥岩互层及2、3煤层两层中厚煤层组成。受燕山期岩浆活动影响较剧，岩浆岩在2、3煤层层位呈岩床式侵入煤层，将煤层全部吞蚀取代或将煤层上部变为薄层天然焦。岩浆岩楔入山西组中，造成山西组地层加厚。福兴井田为岩浆侵入扩散区，井下探2煤层钻孔仅在F2断层以南局部见岩浆岩沿2煤层底板侵入，使2煤层下部成为天然焦。〔5〕古近系固城组〔E1〕:固城组厚度297.10~554.80m,平均418.83m,东南薄、西北厚。其岩芯全为铁锈红色，由厚层砾岩、砂砾岩、砂泥岩组成，岩性变化较大。砾岩成分以石英砾为主，石灰岩砾含量较少。多呈次圆状，长轴有定向排列现象。分选极差，铁泥质及少量的钙质孔隙充填式胶结。砂砾岩层及砂泥岩层均为铁泥质胶结，较砂岩胶结强度差、易风化破碎。〔6〕第四系〔Q〕:厚度9.20~33.30m,平均20.60m.由黄褐色耕植土、棕黄色至黄褐色砂质粘土、姜结石及底部砂砾或薄层灰色粘土组成。耕植土中多见淡水贝壳，属湖泊相沉积。1.2构造根据钻孔揭露、地震勘探以及井下实际揭露资料，总体为一走向北东，倾向北西的单斜构造，但东南部伴有次一级褶曲，地层倾角变为急倾斜甚至直立、局部发生倒转，使煤层局部出现反倾向现象，给工作面的回采工作增加了难度。现南区采用伪倾斜柔性掩护支架采煤法。矿井内断裂构造较为发育，断层走向多以近EW或NE走向为主。以高角度正断层为主，并有少量逆断层，见图1.1.3岩浆岩福兴煤矿3煤层-123m水平巷道揭露点发现岩浆沿3煤层上部侵入，造成3煤层上部煤层变质为天然焦0.80m,下部为正常煤层1.20m;在3煤层-99m大巷中施工7个井下探2煤层钻孔中，有3个孔揭露发现岩浆沿2煤层底部侵入，造成2煤层下部煤层变质为天然焦。1.4岩溶陷落柱福兴煤矿的煤系基底是巨厚的奥陶系石灰岩，裂隙岩溶均较发育，具备构成陷落柱的地质条件。当前尚未揭露陷落柱。但今后应进一步加强对岩溶陷落柱位置及其富水性的探测研究工作，采取必要的防备措施，确保矿井生产安全。2煤层煤质2.1煤层2.1.1含煤性该区含煤地层为二叠系山西组、石炭-二叠系太原组，煤系平均厚度315m,共含煤10层〔2、3、6、9、10、13、14、15、16、17〕,煤层累计平均厚度11.01m,含煤系数3.50%.华而不实山西组2煤层为大部可采煤层、3煤层为全区可采煤层。太原组14、16、17煤层为局部可采煤层。南区东翼含太原组可采煤层三层〔14、16、17煤层〕,煤层平均总厚度1.94m,太原组煤层北区无钻孔揭露，外围14、16、17煤层偶达可采。山西组含可采煤层二层〔2、3煤层〕,煤层平均总厚度6.63m,含煤系数为6.25%.2.1.2可采煤层〔1〕2煤层。位于山西组的中部，上距石盒子组底界砂岩46.56~97.73m,平均为83.98m.煤层厚度1.37~4.88m,平均2.92m.煤层厚度变异系数为39.40%.煤层构造较简单，为大部可采的较稳定煤层，可采区位于南区北翼和北区。〔2〕3煤层。位于山西组的底部。上距2煤层10.07~29.64m,平均为20.84m.全部可采，煤层厚度1.72~5.10m,平均3.71m.煤层构造简单，为全区可采的稳定煤层。〔3〕14煤层。位于太原组中部，上距3煤层110.00~126.00m,平均在113.00m左右。厚度0.51~1.92m,平均1.08m.煤层构造较简单，为大部可采的较稳定煤层。〔4〕16煤层。位于太原组下部，上距14煤层37.15m~74.25m,平均64.00m.煤层厚度0.68~0.95m,平均0.86m.煤层中部多含一层炭质石英砂岩夹矸，构造较简单，为大部可采的较稳定煤层。〔5〕17煤层。上距16煤层6.58~17.41m,平均12.60m.下距十二灰平均在16m左右。可采区域位于南区范围内，煤层厚度0.53~0.89m,平均0.73m.可采区位于南区南翼，煤层不含夹矸，构造简单，为大部可采的较稳定煤层。2.2煤质2.2.1煤的物理性质各煤层颜色均为黑色，褐黑色、黑褐色条痕。2、3煤层为玻璃光泽、沥青光泽，阶梯状、贝壳状断口；14、16煤层为玻璃光泽、油脂光泽，阶梯状、参差状断口。各煤层内、外生裂隙较发育，14、16煤层裂隙常被黄铁矿、方解石充填。视密度值采用：2煤层1.35g/cm3;3煤层1.38g/cm3;16煤层1.46g/cm3;14、17煤层1.33g/cm3.2.2.2煤岩特征〔1〕宏观煤岩特征：各煤层均以亮煤、暗煤为主，夹少量镜煤及丝炭。条带状构造、层状构造，半亮煤为主，其次半暗煤。〔2〕显微煤岩特征：根据以往资料，各煤层有机显微组分含量均以镜质组为主，其次为惰质组，少量壳质组，有机组分总量占90%以上；无机组分主要是粘土类矿物，少量硫化物。显微煤岩构造以条带状构造为主，显微煤岩类型多为微镜煤。〔3〕镜质组最大反射率、变质程度及变质类型：2煤层镜质组最大反射率0.85%,3煤层0.82%,变质程度属Ⅲ阶段。14煤层平均0.66~0.70%;16煤层平均0.69~0.82%,变质程度均属Ⅱ~Ⅲ阶段。各煤层变质类型以区域变质作用为主，局部叠加了岩浆接触变质作用。2.2.3煤的可选性根据煤芯煤样浮煤回收率划分等级标准，2、3煤层浮煤回收率分别为70.15%、88.14%,均属优等选煤；14煤层为30.25%,属低等选煤。2.2.4煤类2煤层以气煤、1/3焦煤为主、其次为弱粘煤、1/2中粘煤、天然焦等；3煤层以1/3焦煤为主，其次为1/2中粘煤、弱粘煤〔2、3煤层局部受岩浆影响煤类复杂化〕;14煤层为气煤、气肥煤；16、17煤层为气煤。2.2.5煤的风化和氧化本矿区基岩风化带内的岩石具有一定的膨胀性，泥岩遇水，可崩解为泥状，具有一定的隔水作用。基岩风化带深度一般在10~20m左右，本区地面标高+33.77~+34.30m,为此，本区岩层的风化带深度确定标高为+20m.煤层氧化带高度：福兴煤矿在开凿风井时和北翼开拓3煤层0平巷道时，巷道曾发生过冒落，冒落高度至+3m~+5m.在这个高度上下均发现煤的外观有明显不同，在+3m~+5m之上，煤的光泽变弱，构造松懈，裂隙发育，硬度变小，易碎或成粉末状。而在这个高度之下，煤层外观正常。因而，煤的氧化带高度确定为+3~+5m.2.2.6煤的工业用处炼焦配煤：2、3煤层煤类主要为气煤、1/3焦煤，浮煤为低灰、特低硫~低硫、特高发热量、特低磷，浮煤回收率达70%以上，具有中粘结性、燃烧性能好，因而，2、3煤层是良好的炼焦配煤。另外14、16、17煤层浮煤可以用作炼焦配煤，但硫分均较高，经过洗选后要控制配煤比，或应用缚硫焦等工艺，使其硫分符合炼焦配煤的要求。动力用煤：各煤层原煤挥发分产率、发热量、灰分、硫分、灰熔融性均符合火力发电固态除碴煤粉锅炉用煤要求，可以做蒸气机车用煤。局部因岩浆侵入烘烤变质的天然焦可作为烧制水泥和石灰的燃料，可以做民用生活燃料。3福兴煤矿开采技术条件分析3.1水文地质条件福兴煤矿南区主采2、3、14煤层，北区主采2、3煤层。2、3煤层的直接充水含水层为其顶板砂岩裂隙含水层，富水性弱，多以顶板进水方式为主，三灰上距3煤层平均41m左右，当井巷工程穿过或接近时，是开采3煤层底板进水的直接充水含水层；开采14煤层，受采掘毁坏或影响的含水层主要有七、八灰。预算南区-450m水平开采2、3煤层正常涌水量为72m3/h,最大涌水量采用136m3/h;-203m水平开采14煤层的正常涌水量为50m3/h,最大涌水量采用75m3/h;南区全井合计正常涌水量为122m3/h,最大涌水量采用211m3/h.预算北区-680m水平的估计正常涌水量为95m3/h,最大涌水量为143m3/h.根据(煤矿防治水规定〕，根据福兴煤矿受采掘毁坏或者影响的含水层及水体、矿井及周边老空水分布状况、矿井涌水量或者突水量分布规律、矿井开采受水害影响程度以及防治水工作的难易程度，分析矿井水文地质条件，确定福兴煤矿开采2、3、14煤层水文地质类型为中等。3.2工程地质条件福兴煤矿各可采煤层的顶底板都较为平整，抗压、抗折强度较高，但断裂附近岩石较破碎，对煤层顶底板稳定性有一定的影响，根据(矿区水文地质工程地质勘探规范〕，矿井工程地质条件类型确定为中等。3.3环境地质条件采矿可产生局部地表变形，目前福兴煤矿塌陷面积约为22.27hm2,主要分布在南区，华而不实已复垦6.85hm2,最大塌陷深度为1.502m,塌陷区内没有常年积水区域，但塌陷区内农业生产遭到影响。地面变形与沉降会使区内部分良田雨季积水和渍化，对地质环境有一定的影响；区内无重大污染源，地表水、地下水水质较好。矿坑排水量小，对水环境污染较小。煤矸石主要用于填筑工业场地、公路路基及充填塌陷区。本区为湖积平原地貌，地形较平坦，自然状态下无滑坡、崩塌、泥石流等不良地质现象，矿山地质环境质量中等。3.4开采技术条件综合类型确定根据(固体矿产地质勘查规范总则〕〔GB/T13908-2002〕的要求，结合水文地质条件、工程地质条件、环境地质条件，综合确定福兴煤矿开采技术条件中等矿床〔Ⅱ类〕.4结论福兴煤矿主要含煤地层为二叠系山西组、石炭系太原组，煤系平均厚度315m,共含煤10层，煤层累计平均厚度11.01m,含煤系数3.50%.2煤层为低灰、低硫、中高发热量的气煤、1/3焦煤，属构造较简单、厚度较稳定、大部可采的中厚煤层；3煤层为低灰、低硫、高发热量的1/3焦煤，属构造简单、厚度稳定、全区可采的中厚煤层；14煤层为中高灰、中硫、中高发热量的气煤、气肥煤，属构造较简单、厚度较稳定、大部可采的薄煤层；16煤层为中