矿井瓦斯地质图说明书原始Word下载.docx

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瓦斯绝对涌出量为1.67m3/min,相对涌出量为2.51m3/t；

二氧化碳绝对涌出量为2.00m3/min,相对涌出量为3.01m3/t，为低瓦斯矿井。

根据《元氏矿井初步设计说明书》井田内各煤层中瓦斯含量变化于微量～1.07（5煤）ml/g燃质之间，均属于低瓦斯型；

井田现开采位置在南翼-500水平，煤层为2#煤层，历年实测均为低瓦斯矿井，井田西南部埋藏较浅，煤层中瓦斯含量较小，东北部大部分瓦斯未被逸散，因此瓦斯含量相对偏高。

1.3矿井生产现状

兴元矿业有限公司于1993年12月26日开工建井，1998年12月矿井五大系统基本形成，1999年3月试生产，2002年6月正式投产。

目前开采-500m水平的院家村区南二采区、南三采区的2#煤。

采煤方法为单一走向长壁后退采煤法，回采工艺为爆破落煤，全部垮落法管理顶板。

工作面支护采用金属铰接顶梁配单体液压支柱支护，掘进巷道采用矿用11#工钢棚子梯形支护，部分采用锚梁网矩形支护。

在南翼院家村区范围内有5个村庄，由于近几年村庄不断外扩，使矿井大部分进入村庄下开采，根据建下开采设计，建下采用条带开采，采留比为采四留六。

1.4煤系、煤层及煤质特征

1.4.1煤系地层：

井田开采的煤系地层为石炭--二迭系，由老到新包括：

石炭系的本溪组、太原组，二迭系的山西组、下石盒子组、上石盒子组和石千峰组，总厚度为218m，含有10层煤，可采及局部可采煤层共6层。

太原组地层为本区主要含煤地层之一。

厚度为104—158m，一般为138m。

含5#、7上、8#、9#煤层，为本层可采及局部可采煤层。

太原组含灰岩3—4层，自下而上为：

大青、中青、小青、伏青，仅小青灰岩不甚稳定。

大青灰岩发现有四处沉积相变点。

各层灰岩均为本组良好标志层。

山西组地层为井田内主要含煤地层之一，它与下伏太原组连续沉积，含煤1～8层。

可采煤层为2#煤，局部可采为2下煤。

山西组地层为三角渊过渡相沉积，标志层较少，仅下部2#煤层层位、厚度较稳定，可作为标志层。

1.4.2煤层情况：

井田内含煤地层按沉积时代可分为三组，自下而上为：

本溪组、太原组、山西组。

共含煤8－18层，其中给定编号者14层。

从早二迭世起，华北地台由于阴山山脉的隆起而不断上升，地台内部的海岸线进一步向东南退移。

形成了山西组陆相沉积，成煤1－8层，编号为2#、2下煤层。

2#煤位于山西组下部，层位、厚度非常稳定，结构单一，硫分低，物性反应明显，为煤系中最上一层稳定可采煤层。

容易识别对比，为山西组良好标志层。

2下煤上距2#煤8m左右。

层位稳定，2#煤也为2下煤层的对比标志层。

1.4.3可采煤层2#煤顶底板：

井田内煤系地层中共含可采煤层六层，其中稳定可采煤层两层

（2#、9#煤），较稳定可采煤层一层（8#煤），不稳定局部可采煤层三层

（2下、5#、7上煤）。

2#煤从钻孔资料看，2#煤厚度变化范围为0.73～3.17m，平均厚度1.71m。

从南一采区1121面巷道揭露情况看：

煤层厚度在2.4～3.4m，平均煤厚为2.65m。

煤层结构为小煤厚0.3-0.48m，夹矸0.27～0.45m、最厚0.7m，大煤厚2～2.5m。

倾角18°

～28°

，平均23°

，较大可达45°

以上。

井田内煤层可采面积为7.73km2（水平面积）。

兴元矿业有限公司2煤及2下煤柱状图（1：

500）

图1-2

1.5　煤质特征

1.5.1物理性质：

井田内6层可采煤层均为深黑色，其物理性质见表（1-1）

项目

煤层

光泽

条痕

断口

内生

裂隙

容重（吨/m3）

比重

2

强沥青光泽

弱玻璃光泽

棕黑色

粗糙呈不规

则或粒

不发育

1.37

1.41

2下

同上

呈棱角状或或

较发育

1.45

5

同上

1.39

7上

发育

1.40

1.65

8

及玻璃光泽

1.38

9

若玻睫光泽

不规则或阶梯状

1.35

1.42

1.5.2宏观煤岩特征：

本区六层煤层的宏观煤岩组分形态，以条带状结构为主，呈层状构造。

除2号煤以暗煤为主外，其它五层煤多以亮煤为主，并夹有镜煤和暗煤，个煤层的宏观特征见表。

（1-2）

宏观煤岩组分

结构、构造

煤岩类型

以暗煤为主、丝次炭

之，夹有亮煤及镜煤

细条带状结构，层理

不明显或具水平层理

半暗一暗淡型煤

以亮煤为主

条带状结构、水平层理

半亮型煤

亮煤及暗煤组成，夹

有镜煤

7

以亮煤为主，夹有6号

镜煤和暗煤

同上

由亮煤、暗煤组成夹

有镜煤及丝煤

条带状或不规则

结构，水平层理

半暗一半亮型煤

1.5.3显微成份及其性质：

可采煤层有机组分各有特色，2#煤的特点是凝胶化组分含量低，一般在50%以下，丝炭化组分含量在40-60之间；

稳定组分含量亦在10%以上。

各煤层中的无机组分以粘土矿为主，占总量的84%。

2#煤除粘土外，几乎未见黄铁矿。

1.5.4煤的工业分析指标及变化规律：

1.5.4.1灰分：

井田内可采煤层的原煤灰分Ag，平均为22.07%，其中2、8、9号煤三层灰分大于15%小于20%，为中灰煤；

主采煤层2煤灰分变化为7.02-35.59%，标准差为6.50。

1.5.4.2挥发份：

六层可采煤层900℃精煤可燃基挥发份V均大于35%，平均为41.03%；

变化在37.28%（2号煤）及43.99%（2下煤）之间，在垂向和水平和水平向上的变化均无规律。

1.5.4.3硫份：

六层煤的原煤硫份（Sg）,2号、5号两个煤层平均分别为0.46%、0.96%为特低硫，9号煤平均为1.9属中硫煤。

1.5.4.4发热量：

六层可采煤层原煤可燃基弹筒热量QrDT变化范围在17.24兆焦/千克（2下）至20.10兆焦（8号煤）之间，发热量与煤的灰分有着密切的关系，呈负相关，即灰分小，发热量大，反之灰分大热量小。

1.5.4.5煤的粘结性：

六层可采煤层的胶质层最大厚度平均不小于20mm。

8煤平均位23mm,为强粘结性。

其它五层煤胶质层平均厚度变化范围在11mm（2煤）至18mm（7上煤）之间，属中等粘结性煤。

1.5.4.6煤的低温干馏：

六层可采煤层的焦油产率T平均为12.07%。

变化在7.6%（2煤）至16.5%（7上煤）之间，为富油至高油煤。

1.5.4.7煤的分类：

井田内六层可采煤层除8煤、9煤各有两个煤类外，其余四层均为气煤。

1.5.4.8煤的风化及氧化：

各煤层在院家村和马村区的南部都有部分隐伏露头，它覆于第四系或第三系之下。

在煤层精查阶段，沿煤层露头附近取煤样进行风氧化指标的测定。

对主要煤层利用起原煤水份、灰份、挥发份、硫份、发热量、腐植酸等项目的变化及其余量，确定了井田内煤层风氧化带的深度。

即风化带垂深15米，氧化带垂深25米。

1.6　岩浆岩

井田内及周边无岩浆岩，因此煤层开采不受岩浆岩影响。

二、井田水文地质

2.1区域水文地质：

兴元矿业有限公司井田水文地质属于临城水文地质单元，临城水文地质按水文地质条件从南至北可分为十股泉区，南焦泉区，元北区三个亚区，兴元矿业有限公司井田处于元北亚区最北端。

元北亚区是一个边界清楚，四周基本封闭的岩溶地下水完整流域，岩溶水在西部接受第四系孔隙水下渗补给，向东南径流，至东南边界断层受阻后于院家村区东南部顶托给第三系灰质砾岩含水层，并经其流出去外，地表无天然排泄点。

南界以落差100—200m的邢郭西断层与南焦泉相接，南界以落差100—200m的邢郭西断层与南焦泉相接，成为本区唯一的局部进水边界。

区域内煤系地层的砂岩及薄层灰岩含水层是煤层开采的直接充水含水层，单层厚度不大，裂隙不发育，均为弱含水层，已为开采所证实。

第四系地层遍布全区，西薄东厚，分选性差，富水性很弱，东部第四系顶部砂砾石层为强富水性含水层，但远离煤层与矿井开采无关。

2.2井田水文地质条件：

2.2.1井田水文地质条件概述：

兴元矿业有限公司井田内因受F23断层的切割，分为马村地垒区，院家村地堑区两个自然采区，院家村区为单斜块段，南北两侧受F23、F27断层切割，区段内煤系地层与断层对盘奥灰强含水层对接，接受外围奥灰水侧向补给较强，F29断层以西灰岩埋深浅，岩溶相对发育，并与9#煤底板相接触，预计在开采8#，9#煤层时，水文地质相对复杂。

2.2.2各含水层分布规律和特征：

井田内主要含水层可划分为5个，按地层顺序简介如下:

（1）、中奥陶灰岩含水层，此含水层为煤系地层之基盘，为一强富水含水层。

（2）、大青、中青含水层，此含水层为8#煤直接顶板，为一富水性极弱的裂隙承压含水层，层位稳定，分布面积较大，本层可疏干，对矿井不会造成严重威胁。

（3）、2#煤顶至下盒子组砂岩含水层;

此含水层为2#煤开采时直接充水的含水层，厚度50—60m之间，单位涌水量0.00501—0.0012公升/秒米，静水位标高+61.80m，水温大于220C，水质类型：

HC03-KNa，矿化度为421—449毫克/升，此含水层为一富水性极弱的裂隙承压含水层，它分布面积大，是采煤工作面充水的直接因素，但由于其本身含水性较弱，开采时，初期可能多以滴水，淋水方式出现，而随时间的推移会逐渐被疏干。

（4）、第三系砾岩含水层：

此含水层主要分布在井田东半部，此含水层为一强富水性承压含水层，是矿井开采时煤层顶板进水的主要含水层，存在突水的威胁，在有煤层露头的浅部地带，要留足冲积层保安煤柱。

（5）、第四系底部粘土烁岩石层含水层：

本层主要发育于马村区一带，南部院家村无此层。

上述五个含水层在实际的井巷开拓中，只揭露了2#煤顶到下盒子组砂岩含水层及第三系砾岩含水层。

各项数据见附表1、2。

三、地质构造及控制特征研究

3.1区域地质构造：

元北勘探区位于太行山断块中段赞皇隆起东北端边缘。

东隔太行山东缘环山断层与冀鲁断块毗邻。

因位于两断块交界处，故断裂构造比较复杂。

不仅如此，兴元矿业有限公司还处于岩相变化转折点，地层厚度变化亦大。

3.2井田地质构造：

兴元矿业有限公司井田为全隐蔽井田，据钻探揭露有第四系、第三系、三迭系、二迭系、石炭系、奥陶系、寒武系地层。

3.2.1井田地质构造：

兴元矿业有限公司井田位于元北勘探区中部。

包括马村地垒和院家村地堑两部分。

F18～F23断层之间为马村地垒；

F23～F29之间为院家村地堑。

井田总体为一向NE倾斜的单斜构造。

内部断层较发育，局部地层形成波状起伏。

3.3地质断裂构造：

井田内地质断裂构造发育主要有两组：

一组为NW走向，为燕山运动形成的构造形迹，另一组为NE方向，喜山期运动所形成。

后者切错前者。

3.4井田内对地质构造控制程度：

目前元氏矿南一、南二采区断裂构造极其发育，全区共解释断层86条。

按落差大小分类，落差大于50m的2条，落差30～50m的3条，落差20～30m的3条，10～20m的16条，落差5～10m的25条，落差小于5m的37条。

据不完全统计，开采范围内断层密度平均8.5条/万m2，对采掘工作面布置影响很大，严重制约了矿井的生产。

3.5陷落柱：

原精查报告及二维、三维地震勘探均未提供井田内有陷落柱的信息，但在南二采区12221首采面掘进中发现一长短轴比55:

28m的陷落柱，2#煤揭露标高为-450m，其长轴方向为N54°

E，与井田内北东向断层一致，出水量2.7m3/h，为灰白色，水温22°

，稳定水量1.8m3/h。

3.6矿井现生产区域对地质构造控制程度：

3.6.1南一采区范围内的主要地质构造

本采区位于矿井南翼的院家村区，南以F38断层保护煤柱为界，北西以F23断层防水保护煤柱为界，北以F37断层防水保护煤柱为界，东部以F27断层防水保护煤柱为界。

采区范围内的断层将区内的煤层切割成条块状，采煤工作面只能在各个条块内进行布置。

本区位于一个宽缓的向斜褶曲之内，向斜轴走向与NE向断层走向近于平行。

它向NE方向倾伏。

3.6.2南二采区范围内的主要地质构造：

南二采区位于院家村区西北部，东北侧隔F38断层与南一采区毗邻；

东南边界为落差5～100m的F25断层。

3.7地质构造对开采的影响：

3.7.1井田内中小型构造特征及规律：

1、断裂构造：

本井田主要发育有两期地质断裂构造。

一组为NNW-－NW方向，另一组为NE方向，前者生成较早，后者生成较晚，后者切前者。

2、层间滑动：

南一采区东部集中运输巷和1126面运输巷、运料巷均揭露2#煤顶底板未断，底板凹凸不平，顶底板有相对位移，煤层时薄时厚，形成层间滑动。

3、逆断层：

南一采区东部集中运输巷实际接露H=0-3m,该断层走向为N50°

E，倾向NW，倾角为35°

，延展长度为60m，南端交于SF56断层，属于可靠断层。

3.7.2井田内地质构造对煤层开采的影响：

区内构造有以下几个特点：

1、矿井中大中型断层较多，断层互相切割，且密度大，影响采区的合理划分，很难划分出正规采区。

2、断层走向变化大、落差变化较大。

有的断层产生层间滑动，断层变化无规律性，地层产状变化大。

3、大断层附近次生小断层多，个别断层产生旁枝断层。

4、大都为正断层，全区只揭露一条逆断层。

由于断层密集，对煤层的破坏较为严重，主要表现为：

1、煤层倾角增大，不利于工作面布置和顶板管理。

2、由于断层处需留设一定的保护煤柱，减少了矿井可采储量。

3、F23、F27断层落差较大，又属导水断层，奥灰承压水头值

较高；

须为其留设足够的防水煤柱，不仅减少可采储量，也为开采

带来一定威胁。

4、由于断层产生层间滑动，使煤层变薄，造成局部不可采。

5、由于断层密集将煤田切割成条快状，工作面布置受到限制，很难形成规模开采。

工作面不能连续开采，搬家倒面次数多，不仅增加了万吨掘进率，而且影响了工作面的单产，工作面机械化程度低，开采成本大，造成企业经济效益差。

实见断层情况见附表3、4。

四、矿井瓦斯地质规律研究

地质构造是影响瓦斯存储最重要的条件之一，封闭型地质构造有利于封闭瓦斯，开放性地质构造有利于排放瓦斯。

瓦斯涌出大多发生在地质构造破坏带、溶洞裂缝区、背斜和向斜轴部储瓦斯区以及其它储瓦斯构造与原始洞缝相通的区域，是发生瓦斯涌出的良好通道，对矿井的安全生产起着关键性的作用。

4.1　断层、褶皱构造对瓦斯赋存的影响

兴元矿业有限公司煤矿井田位于太行山断块中断段赞皇隆起东北端边缘断裂构造比较复杂，井田总体为一向NE倾斜的单斜构造。

内部断层较发育，仅局部断层形成波状起伏。

在单斜构造背景上发育有小的波状起伏或次级褶皱。

按瓦斯积聚规律可知:

在轴曲的轴部，尤其是背斜轴部地区瓦斯含量较高。

本矿背斜出现很少，只在南三采区集中巷有揭露。

因而褶皱构造在本矿对瓦斯赋存影响不大。

断层对煤层瓦斯含量的影响比较复杂，一方面要看断层的封闭性，另一方面还要看与煤层接触的对盘岩层的透气性。

开放性断层不论其与地表是否直接相通都会引起断层附近的煤层瓦斯含量降低，当与煤层接触的对盘岩层透气性大时，瓦斯含量降低的幅度大，封闭性断层而且与煤层接触的对盘岩层透气性低时，可以阻止瓦斯的排放，在这种条件下，煤层具有较高的瓦斯含量。

据地质填图，矿井的断层多属开放性断层因而形不成良好的瓦斯储存环境，使矿井局部瓦斯含量相对小。

综上所述，褶皱、断层构造是矿井内局部瓦斯偏小的重要因素。

4.2顶底板岩性对瓦斯赋存的影响

2#煤位于山西组下部，为井田内主要可采煤层。

其顶板马村

区以粉砂岩、粉细砂岩互层为主，仅在马村区北部Y16、Y18孔附近

有泥岩顶板，由南向北粒度逐渐变细，依次为粉细砂岩互层、粉砂

岩、泥岩，规律性十分明显（见图V-1）。

院家村区以粉砂岩顶板为主，

仅在北部院1、院15、院4、院29号孔见泥岩顶板，大片粉砂岩顶板范

围内，细粒砂岩呈岛状分布。

其基本规律亦为由南向北粒度逐渐变细

（见图V-2），2#煤有一层炭质粉砂岩伪顶，厚0.2～0.4m，不稳定，时

有时无。

底板一般为粉砂岩或粉细砂岩互层，均含丰富的植物根化石。

一般认为:

围岩岩性及其透气性对煤层瓦斯含量有很大的影响，围岩的透气性越大，瓦斯越容易流失，煤层瓦斯含量就越小。

反之，瓦斯易于保存，煤层瓦斯含量就越大。

砂岩的透气性能相对大，有利于瓦斯的消失，这也是造成本矿井瓦斯含量相对较小的原因之一。

4.3岩浆岩分布对瓦斯赋存的影响

图4-1

井田内及周边无岩浆岩，因此煤层开采不受岩浆岩影响。

4.4　岩溶陷落柱对瓦斯赋存的影响

陷落柱是指埋藏在地下的可溶性岩层、矿层（如石灰岩、白云岩、泥灰岩及石膏等）在地下水的物理、化学作用下，形成大量的岩溶洞穴，并在上覆岩层的作用下产生塌陷现象，破坏岩层和矿层的完整性。

由于塌陷体的形状面是一柱状，故称其为陷落柱。

我矿精查报告及二维、三维地震勘探均未提供井田内有陷落柱的信息，但在南二采区12221首采面掘进中发现一长短轴比55:

未见有瓦斯异常现象。

五、瓦斯含量分布及预测研究

5.1瓦斯含量分布及预测研究

根据《元氏矿井初步设计说明书》中煤层的多个地勘瓦斯含量测点及我矿历年来瓦斯实测数据可以得出矿井的瓦斯含量具有以下分布规律：

从整个矿井看，在瓦斯风化带以下，瓦斯含量沿倾斜方面基本上是随着埋深的增加而增大，根据我矿多年检测，各地区煤层瓦斯含量非常小见图5-1及附表5，6。

5.2　矿井瓦斯涌出资料统计及分析

针对本矿井现状，把矿井瓦斯涌出划分为掘进工作面、采煤工作面、已采空区。

5.2.1矿井瓦斯涌出构成关系

矿井瓦斯涌出构成关系如图5-2所示。

图5-2矿井瓦斯涌出构成关系图

5.2.2掘进工作面瓦斯涌出规律

掘进工作面瓦斯涌出主要来源于巷道壁、迎头壁、落煤瓦斯涌出。

由于掘进速度与落煤工艺的不同以及地质条件变化等因素，瓦斯涌出在时间与空间上的波动幅度是很大的。

在同一测定时刻，距工作面迎头越远，瓦斯浓度越高，这是因为在压人式局部通风机的回风流中，越处于下游越是汇聚了更多的从巷道壁涌出的瓦斯。

（1）巷道壁、迎头壁的瓦斯涌出规律。

根据工作面现场多年观察得出，在正常通风情况下，掘进巷道中的风流基本稳定，空气在巷道中的流动基本处于紊流。

当巷道壁不断涌出瓦斯时，特别是风筒出风口的煤壁及有空顶、冒高的地区的瓦斯来不及与巷道主风流发生混合，瓦斯容易在该区域环节形成涡流现象，使得该区域瓦斯浓度相对偏高，致使巷道壁空顶、冒高处瓦斯涌出在主风流中进行扩散运。

（2）落煤的瓦斯涌出规律。

爆破落煤后，瓦斯浓度在5-6min达到最大值。

煤体内大量吸附瓦斯迅速转变为游离瓦斯释放，采落煤的瓦斯释放速度取决于煤体内的瓦斯含量、结构和粒度。

粒度越小，瓦斯释放速度越快；

反之，瓦斯释放速度越慢。

（3）埋藏深度与瓦斯涌出的规律

随着工作面埋藏深度的增加而逐渐增大，历年数据见附表7。

5.2.3采煤工作面瓦斯涌出规律

采煤工作面瓦斯涌出主要来源于煤壁、落煤和采空区。

前2项在最初暴露时刻涌出强度最大，以后随暴露时间增长而衰减，所以落煤工艺是瓦斯涌出的重要诱发因素。

煤壁由被采煤层所含瓦斯源源不断补给，同时受原生裂隙和采场矿山压力造成的裂隙以及采煤工艺所控制，因而瓦斯涌出强度波动是很大的。

采空区瓦斯主要来源于围岩以及遗留在采空区内浮煤所释放的瓦斯。

沿走向靠近采空区内部瓦斯浓度较高，沿倾向靠近回风侧采空区瓦斯浓度较高。

走向长壁“U”型通风采煤工作面在正常通风条件下，在工作面进风巷和回风巷风流压差作用下，上隅角作为工作面的漏风汇集处，是采空区瓦斯涌出的必经之道，必然造成上隅角瓦斯容易积聚。

另外，相对于空气来说，采空区内含瓦斯空气的密度较小，从而产生“瓦斯风压”的自然上升力，当工作面采用上行风供风时，必然使采空区内含高浓度瓦斯的空气向上隅角运移，使上隅角成为采空区高浓度瓦斯集中涌出和局部积聚超限的重要原因之一。

另外，上隅角的风流运动状况也是瓦斯积聚的一个重要原因。

根据测定，在上隅角靠近煤壁和采空区侧，风流速度很低，局部处于涡流状态。

涡流运动使采空区涌出的大量高浓度瓦斯难以进入到主风流中，从而引起高浓度瓦斯流在上隅角附近循环运动，形成上隅角局部瓦斯积聚，历年数据见附表8。

5.2.4已采空区瓦斯运移规律

由于已采空区煤柱与遗留浮煤释放大量的瓦斯与二氧化碳，使已采空区内的气体组分发生很大的变化，瓦斯与二氧化碳所占的体积比增大，气体分子在不断地作无秩序热运动，因而具有散布到整个采空区的趋势。

当采空区两端存在压差时，势力量对采空区内的气体运移不占主导地位，漏风源与漏风汇间的压差对气体运移起主导地位，漏风源与漏风汇间的压差对气体运移起主导作用。

另外，采空区煤柱在矿山压力的作用下，引起煤柱变形、煤壁劈裂，形成裂隙，从而影响到密闭墙前瓦斯与二氧化碳的浓度较高。

综上所述，矿井瓦斯涌出以掘进工作面、采煤工作面、已采空区为主。

从整个矿井看，在瓦斯风化带以下