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3、水源条件
本区第四系潜水的主要富水层埋深40~200m的砂、砾石层,动态受季节变化影响,可作为短期供水水源。
新近系底部和基岩风华带岩含水层,埋深200m以上,水质好,不易受污染,受季节变化影响不大,可作为中长期供水水源。
井下排水处理后也可做矿井水源,矿井水源可靠。
四、迁村及土地征用情况
本井田村庄相对稠密,井田资源受村庄影响较严重,故从经济角度和社会综合效益分析,村庄应全部搬迁,且搬迁村庄是经济合理的。
首采区塌陷范围内有5个村庄,分别为李八庄、柏树郑、玉皇阁、黄庄、石庙李,初期需搬迁村庄约500户,其他村庄应根据开采规划适时安排搬迁。
生产中应积极探索建筑物下采煤技术,进行膏体充填等绿色开采试验,以使资源得以充分利用。
五、矿区经济概况
矿区地处豫中,土地肥沃,人口稠密,主要粮食作物有小麦、玉米、大豆、红薯等,主要经济作物有烟叶、棉花、花生、油菜和瓜果,是国家粮烟棉生产基地,矿产资源有煤炭、铝矾土、水泥灰岩、耐火粘土等,已初步形成烟草加工、能源、化工、机械、纺织、建材六大为骨干的工业体系。
六、主要建筑材料供应和配套设施
矿井建设所需砖瓦、石料、水泥等建筑材料均可就地供应。
钢材、木材等物资可经铁路和公路直接运至工业场地。
本矿井建设的外部条件基本落实、可靠。
第二节井田地质特征
一、地层
区域地层属华北地层区嵩箕小区。
该区位于华北板块南部,属嵩箕构造区嵩箕断隆东南端之许禹背斜南翼。
禹州煤田构造形态受许昌~禹州南关一线的许禹背斜所控制,构造以断层为主,局部伴有小型褶曲,地层走向北西,倾向南西,倾角15~30°
。
整个煤田主体构造形态呈宽缓的北西走向的背、向斜。
本井田位于禹州煤田的东南部位,为全掩盖式井田。
井田发育地层由老到新有寒武系、石炭系上统本溪组、石炭系上统太原组、二叠系下统山西组和下石盒子组、二叠系上统上石盒子组、新近系和第四系,其中太原组、山西组、下石盒子组和上石盒子组为含煤地层。
煤系盖层为第三、四系,覆盖层厚度250~910m,具有随煤层埋深增加而增厚的特点。
现将发育地层自下而上分述如下。
1、煤系下伏地层
(1)寒武系(∈)
1)下统(∈1)
①辛集组(∈1x):
主要为灰色中~厚层豹皮状白云质灰岩,下部为薄层灰岩、燧石团块灰岩,底部为紫红色砂、砾岩。
与下伏震旦系马鞍山组整合接触,厚66m。
②馒头组(∈1m):
以灰黄、黄绿、灰红色薄层泥灰岩为主,中上部夹紫红色页岩。
厚124m。
2)中统(∈2)
①毛庄组(∈2m):
紫红色页岩,夹薄层灰岩、粉砂岩、细砂岩。
厚92m。
②徐庄组(∈2x):
灰色薄~中厚层泥质条带状灰岩、白云质灰岩、豹皮灰岩,中部为灰岩、页岩互层,底部为钙质粉砂岩夹薄层海绿石砂岩。
厚114m。
③张夏组(∈2zh):
灰色中—厚层状泥质条带鲕状灰岩,夹灰白色中~厚层豹皮灰岩。
厚59m。
3)上统(∈3)
①崮山组(∈3g):
灰色厚层鲕状灰岩钙质白云岩、钙质白云岩,底部为深灰~黑色白云岩。
厚189m。
②长山组(∈3ch):
浅灰色厚层白云质灰岩、白云岩、鲕状白云岩,顶部为灰黄色薄层泥质灰岩、砂质页岩和泥质白云质灰岩。
厚64m。
2、含煤地层
(1)石炭系(C)
由石炭系上统本溪组(C3b)和太原组(C3t)组成,与下伏寒武系地层平行不整合接触。
厚55.06~120.40m,平均106.0m。
1)上统本溪组(C3b):
主要为浅灰色铝土岩,上部呈致密块状,部分为层状,具波状及混浊层理。
中部大部分为豆状、鲕状结构,部分含较多黄铁矿散晶。
下部大部分为紫红色含黄铁矿,局部夹砂质泥岩。
该组为本区主要标志层(ML),厚1.82~29.70m,平均10.00m。
2)上统太原组(C3t):
该组由下到上分为下部灰岩段、中部砂泥岩段和上部灰岩段。
该组厚83~106m,平均96.0m。
①下部灰岩段:
本组顶至L4灰岩顶。
由L1~L4四层深灰色隐晶质灰岩和砂质泥岩、细砂岩及一3、一4煤组成。
L1~L3灰岩厚度大,层位稳定,L4局部相变为致密泥岩。
上部局部具细粒石英砂岩,一3、一4煤较稳定,均不可采。
本段厚22.00m。
②中部砂泥岩段:
L4灰岩顶至L7灰岩底。
由灰色~深灰色砂质泥岩、细~中粒砂岩、L5、L6两层不稳定灰岩及一5~一7六层不稳定且不可采薄煤层组成。
其中砂岩常含较多白云母,砂质泥岩常具鲕状结构。
胡石砂岩位于上部,以局部含多量大白云母片为特征。
本段厚39.00m。
③上部灰岩段:
L7灰岩底至L9灰岩顶。
由L7~L9三层深灰色隐晶质灰岩、砂质泥岩、中~细粒石英砂岩及不稳定且不可采一8煤层组成。
L7、L8、L9三层灰岩厚度大,较稳定,L8、L9灰岩常合并。
本段灰岩含较多海相动物化石,L7灰岩含团块状和透镜状燧石。
顶部常有一层灰黑色致密状海相泥岩,含灰黑色生物碎屑铁质岩。
本段厚25.00m。
(2)二叠系(P)
1)下统山西组(P1sh):
顶界止于砂锅窑砂岩(Ss)底界面。
与下覆地层太原组整合接触。
厚63.28~97.84m,平均84.00m。
主要以浅灰色~深灰色的砂质泥岩、细~中粒长石岩屑石英砂岩、粉砂岩和煤组成,含煤六层,其中二1煤层为本区主要可采煤层,二3煤局部可采。
顶部泥岩具紫斑和鲕状结构,俗称“小紫”。
二1煤顶板大占砂岩(Sd)的层面含多量大白云母片、炭屑和较多磷灰石,标志明显,层位稳定,是良好的标志层。
二3煤顶板香炭砂岩(Sx)棕灰色,含较多白云母,较稳定,为辅助标志层。
2)下统下石盒子组(P1x):
顶界止于田家沟砂岩(St)底面,分为三、四、五、六煤段,与下伏山西组地层整合接触,大部遭受不同程度剥蚀,厚0~388.04m,平均338.00m。
①三煤段:
顶界止于四煤底砂岩(S4)。
由浅灰色细~粗粒长石岩屑石英砂岩和深灰色砂质泥岩、泥岩组成,含煤7层(三1~三7)。
三7煤层偶可采,余均不可采。
底部砂锅窑砂岩(Ss)为灰白色中、粗粒石英砂岩,底部常含燧石细砾和泥质包体,区内稳定,是良好的标志层。
其上大紫泥岩(Md)紫红色、暗紫色,具豆状、鲕状结构,区内稳定。
本段平均厚78m。
②四煤段:
顶界止于四、五煤分界砂岩(S5)。
由灰白色、浅灰色细~粗粒长石岩屑石英砂岩和灰色砂质泥岩、泥岩组成,含煤7层,其中四6煤局部可采。
底部砂岩(S4)为灰色中粒长石岩屑石英砂岩,含较多的菱铁质团粒,并组成斜层理和交错层理,层位基本稳定。
本段平均厚93.00m。
③五煤段:
顶界止于五、六煤分界砂岩(S6)。
由灰色、深灰色砂质泥岩、粉砂岩和灰白色、浅灰色的中~粗粒石英砂岩、长石岩屑石英砂岩及煤组成。
含煤9层,其中五7煤偶见可采点,煤段顶、底部部分具紫斑,普遍含鲕粒。
本段平均厚82.00m。
④六煤段:
顶界止于田家沟砂岩(St)。
由灰色、深灰色砂质泥岩和浅灰色粗~中粒长石岩屑石英砂岩、岩屑石英砂岩及煤组成。
含煤4层,其中六2煤偶见可采。
煤段上部和下部泥岩紫斑发育。
本段平均厚85m。
3)上统上石盒子组(P2s):
区内仅保留其底部地层,由浅灰色、灰白色中、粗粒石英砂岩和灰色砂质泥岩组成。
底部田家沟砂岩(St)以浅灰色、灰白色中、粗粒石英砂岩为主,含棕色石英细砾和钾长石,泥质、硅质胶结,具斜层理,标志明显,区内稳定,是较好的标志层。
与下伏下石盒子组整合接触,区内残存厚度28m左右。
3、煤系上覆地层
(1)新生界(Kz)
本井田新生界地层为新近系和第四系(R+Q)地层,与下伏上石盒子组地层呈角度不整合接触。
平均厚度470m。
1)新近系(R):
下部以紫红色、黄褐色砾岩为主,间夹多层紫红色砂岩、粉砂岩和砂质泥岩;
中部为砖红色砂质泥岩、泥岩,夹砂岩或砾岩;
上部为砖红色细~粗粒砂岩、紫红色泥岩、砂质泥岩,含钙质结核。
平均厚度250m。
2)第四系(Q):
下部为黄褐色、浅红色间夹灰绿色的粘土,粘土夹多层薄层褐黄色的细砂和粉砂,底部具薄层的砾石,夹多层钙质结核;
中部为黄褐色砂质粘土、粘土,间夹粘土质砂,上部和下部分别夹3~4层厚层砾石,含钙质结核;
下部由三层砾石和黄褐色砂质粘土、粘土及粘土质砂组成,含钙质结核;
顶部为黄土,局部为冲积和坡积砾石堆积。
平均厚度220m。
4、地质勘查工作
在本区范围内,共完成钻探17孔,工程量9310.09m;
测井14孔,9128实测米;
地震测线7条,剖面总长24.9km,物理点106个;
钻孔简易水文观测13孔;
采样化验47个样。
经历次勘查,全区进行了二维地震勘查,首采区进行了三维地震勘查,充分发挥了地震勘查的技术作用,地震和钻探相互验证,互为补充,提高了勘查的可靠程度。
全井田共施工钻孔39个,工程量27634.28m,(其中以往22孔,15023.25m;
勘探15孔,1125.48m;
井检孔2个,1355.55m),平均每平方公里2.17个钻孔。
综合评价,本井田勘查程度基本已达到勘探阶段的要求,可以作为矿井设计和生产建设的依据。
附主采煤层地质综合柱状图:
1-2
图1-2主采煤层地质综合柱状图
二、构造
1、构造特征
区域构造属嵩箕构造区嵩箕断隆东南端之许禹背斜南翼。
本井田整体为一走向北西、倾向南西的单斜构造,西部发育一宽缓向、背斜构造,地层走向300~330°
,倾向210~240°
,倾角10~29°
一般24~26°
构造特征以断裂为主,近EW向断层一组,均为高角度正断层。
EW向断层有DF04断层。
井田中部的DF04断层把本区分为东、西两个断块。
区内未发现岩浆活动迹象。
本区构造复杂程度为中等。
2、主要构造
(1)、褶曲
1)时庄向斜:
位于井田西南部,展布于泉店南的沟头刘、易刘、乔王一线,延伸长度3km,轴向NW,向北西仰起,两翼基本对称,北东翼地层走向为北西西,南西翼地层走向为北北东,地层倾角20~30°
,最大幅度为180m。
由石炭二叠系构成,中部被DF04断层切割。
在详查二维地震垂直轴向时间剖面上向斜特征反映明显,由二维地震6、8、9、10及L1测线控制,控制程度可靠。
2)王莲背斜:
王莲背斜位于井田西南隅,轴向NNW,向南东倾伏,轴部展布于王莲、6–5孔、朱庄西一线,控制延展长度1300m,最大幅度25m,南西翼地层走向为NNW,倾角14°
,北东翼地层走向为NE,倾角7°
王莲背斜在垂直轴向时间剖面上特征反映明显,控制可靠。
(2)、断层
各主要断层见断层情况一览表,表1-1
表1-1主要断层情况一览表
断层名称
编号
位置
最大
落差(m)
倾角
走向
倾向
长度(km)
控制依据
控制程度
DF04断层
DF04
中部
150
63°
近EW
N
3.5
1201孔、副检孔、1301孔、1302孔和9、10、11、12、12-1、13、13-1、14、L1、L2、L3、L4二维地震勘探线
可靠
3、井田水文地质边界条件
本井田位于许禹背斜南翼岩溶裂隙水浅埋区内、区域地下水弱迳流带上。
南部边界南关正断层落差300~1000m,致使南缘相对富水的寒武系地层与区内煤系地层对接,为井田的南部供水边界;
西部边界落差大于400m的前石固正断层,将富水性相对较强的寒武系地层深埋地下,而使区内煤系地层与富水性相对较弱的新生界地层对接,形成西部相对隔水边界;
东部DF07断层落差较小,可视为无限边界;
北部露头区无构造影响,亦为一无限边界。
4、地表水文特征
井田地表水属淮河水系,区内水体较少,兴源铺~邵李~乔王~纸张一带属区内地表分水岭,水文条件简单。
颖河自西向东于井田西缘流过,区内西北部的灵泉水库(库容32.5万m3)是本区的最大地表水体,位于煤层露头附近,下距可采煤层垂直距离不足300m,其库水极易沿顶板裂隙带进入矿井而加大矿井涌水量;
西部的无名河是区内唯一的一条长年性河流,由灵泉水库向南经沟头刘、胡楼注入颖河;
白沙东干渠宽10~15m,深1~2m,由西向东在区北部通过,渠内极少有水,其它均为宽1~3m,深1m左右的季节性排水沟。
其它地表水体水量均较小,且距煤层垂直距离较大,并有巨厚新生界地层阻隔,一般对煤层开采无影响。
5、主要含水层和隔水层
(1)含水层
根据岩性、水力性质、孔隙特征和富水程度,区内含水层自上而下分为:
第四系砂及砾石孔隙含水层(组);
新近系半固结及基岩风化带孔隙裂隙含水层;
二叠系下石盒子组砂岩裂隙含水层;
山西组二1煤层顶板砂岩裂隙含水层;
石炭系太原群上段灰岩岩溶裂隙含水层;
石炭系太原群下段灰岩岩溶裂隙含水层;
寒武系白云质灰岩岩溶裂隙含水层。
现描述如下:
1)第四系砂及砾石孔隙含水层(组)
勘探中绝大多数钻孔第四系与新近系未取心,仅根据测井曲线特征对其进行了划分对比,以钻孔半固结成岩的平均深度作为松散岩类含水层底界。
区内该含水层最高水位标高为+121.2m,最低水位标高为+96.0m,受季节影响动态变化明显。
水化学类型以HCO3–Ca型为主,其次是HCO3–Ca•Mg型;
矿化度0.347~0.499g/L;
永久硬度一般为70~99,最大207.01;
PH值7.69~8.00,略偏碱性。
另据原普查水文地质测绘民井(本区北部BX107号民井)调查资料,该含水层厚度7.2m,顶板埋深9.8m,水位标高+116.88m,水柱高度11.55m,单位涌水量为1.52L/m•s,渗透系数为4.8m/d。
该含水层是当地居民生产生活和农业灌溉用水的主要水源。
2)新近系半固结砂砾石及基岩风化带孔隙裂隙含水层
该含水层主要由新近系下部的砾岩和风化带组成,该含水层富水性受岩性和深度控制,当砾岩结构疏松,利于浅部地下水下渗时,则富水性强;
风化砂岩的富水性明显强于其它风化岩类。
据1101孔新近系底部和基岩风化带抽水试验结果,其单位涌水量0.18L/s•m,渗透系数0.252m/d,水位标高113.71m;
水化学类型为HCO3–Ca•Mg型,矿化度0.472g/L;
永久硬度69.82mg/L,PH值8.05,说明该含水层具有一定富水性,对矿井浅部(特别是煤层露头风化带附近)煤层开采有一定影响。
3)二叠系下石盒子组砂岩裂隙含水层(组)
由3~10层中粒、粗粒砂岩组成,厚8.82~63.31m,平均24.68m,占该组平均厚度的16%,但砂岩裂隙不发育,区内施工钻孔该组段未见涌漏水现象。
据区域资料,该含水层单位涌水量0.000517~0.0745L/s•m,渗透系数0.00182~3.445m/d,属富水性弱的裂隙承压水。
但在四6煤层露头附近或其浅部开采时,应特别注意上部水的补给。
4)山西组二1煤层顶板砂岩裂隙含水层(组)
为二1和二3煤层顶板直接充水含水层。
由2~6层细—粗中粒砂岩组成,厚6.67~31.69m,一般13~24m,平均18.15m,砂岩裂隙不发育。
据9001、1302和副井检孔等三孔抽水试验成果,该含水层单位涌水量为0.0110~0.0119L/s•m,渗透系数0.038~0.0828m/d,水位标高+112.63~+115.56m;
水化学类型为HCO3•SO4–Ca•Mg和HCO3•SO4–K+Na型,矿化度0.618~0.663g/L;
永久硬度0~177.58mg/L,PH值7.72~8.27,属富水性弱的裂隙承压水。
5)石炭系太原群上段灰岩岩溶裂隙水含水层
为二1煤层底板直接充水含水层。
主要由厚度5.24~24.43m(平均14.28m)、多为三层,局部合并为一层(6–1孔)或分成5层(1301孔)的L7~L9灰岩组成,全区较稳定。
据7001、9001和1601三孔抽水试验结果,该含水层单位涌水量0.0187~0.28L/s•m,渗透系数0.09214~0.7988m/d,水位标高+113.80~+122.12m;
水化学类型为HCO3•SO4–Ca和HCO3–Ca•Mg型,矿化度0.530~0.640g/L;
永久硬度110.45~180.08mg/L,PH值7.44~8.15,属富水性中等的岩溶裂隙承压水。
上段灰岩距二1煤层底板24.02m。
6)石炭系太原组下段灰岩岩溶裂隙水含水层
由厚度3.79~26.88m、多为三层局部合并为一层(1301孔)的L1~L4灰岩组成。
全区穿见下部灰岩段的钻孔4个,其中先漏后涌钻孔1个(1601孔)。
最大涌水量40.35m3/h,水位标高121.54m。
据邻近梁北一号井田钻孔抽水试验成果,该含水层水位标高+143.24m,单位涌水量0.0362L/s•m,渗透系数0.857m/d;
水化学类型为HCO3–Ca•Mg型,矿化度0.232~0.389g/L,PH值7.0~7.3。
属富水性弱、且不均匀的岩溶-裂隙承压水。
下段灰岩距二1煤层底板约90m。
7)寒武系白云质灰岩岩溶孔隙水含水层
本区有两孔揭露寒武系含水层,揭露最大厚度46.66m(1301孔),其顶面标高–537.66~-581.11m,上距二2煤层底板约120m。
岩性为白云质灰岩。
据该段与DF04断层带混合抽水试验,单位涌水量为0.048L/s•m,渗透系数0.1025m/d;
水化学类型为HCO3•SO4–Ca型,矿化度0.641g/L,PH值8.19。
属富水性弱的岩溶-孔隙承压水。
因该含水层的水具有较高的水头压力,考虑其区域富水特征,在断层带附近或煤层底板隔水层薄弱处进行煤层开采时,应注意防范突水事故。
4、含水层(组)间的水力联系
各含水层之间,因隔水层的存在,一般无水力联系。
但在以下部位含水层可能会串通而发生水力联系。
(1)煤层露头附近。
由于新生界地层上覆于其它基岩含水层(包括基岩风化带)之上,在隔水层薄弱处,上部含水层水极易补给基岩含水层。
(2)较大的DF04等断层断裂带附近。
因断层的错动而改变了含水层间的接触关系,形成顶板含水层与底板含水层、上部含水层与下部含水层、强含水层与弱含水层的接触,导致水文地质条件复杂化。
(3)矿山压力影响范围内。
由于矿山压力影响而形成的围岩裂隙带,削弱了隔水层的隔水能力,易导致其它含水层的水沿裂隙带进入矿井。
5、断层水文地质特征
本区主要发育近SN和近EW向的高角度张性正断层。
井田内构造简单,断层较少,区内落差大于20m的断层7条(包括首采区三维地震勘探解释发现的断层),均为高角度正断层。
断层破碎带厚度一般在10m以下,其组成物主要为泥岩、砂质泥岩、砂岩及煤屑,断层影响带内石灰岩含水层岩溶裂隙较发育。
钻孔简易水文地质观测,仅有一孔(1301孔)遇断层带漏失量为1.0m3/h。
另据邻近梁北一号井田资料,在距断层100m左右的范围内,钻孔揭露的99个断层点,有33孔漏水(其中5个为断层破碎带),占总漏水点的40%。
由此推断该区断层及其影响带内,具有一定的富水性。
6、地下水的补给、径流及排泄条件
本井田在区域上位于岩溶-裂隙浅埋区内,就本井田而言,深层地下水于井田北部隐覆露头区处接受浅部地下水的补给,而后由北向南、由浅而深在井田内迳流。
当遇南部边界南关断层时,部分地下水沿断层带上升而排泄到浅部含水层中,部分沿断层带继续向东南深部运移。
9、矿井涌水量
勘探报告采用比拟法和大井法对矿井涌水量进行预计,推荐采用大井法的计算结果,见表1-2。
参照梁北一号井最大涌水量与正常涌水量之比为1.14,本矿井采用比例参数为1.2,估算矿井最大涌水量。
预测涌水量为:
矿井–500m正常涌水量为1188.13m3/h,最大涌水量为1425.76m3/h;
–700m正常涌水量为1634.39m3/h,最大涌水量为1961.27m3/h。
表1-2泉店井田全区大井法正常矿井涌水量计算表
计算
水平
参数
及成果
含水层
K(m/)
M(m)
H(m)
F(m2)
R0(m)
r0(m)
Q(m3/h)
–500m
二1煤顶板
0.0542
17.95
614.19
4771508
2602.05
1246.65
209.74
1188.13
二1煤底板
0.2489
31.69
622.12
4641.62
978.39
–700m
814.19
8948348
3558.05
1761.29
292.01
1634.39
二1煤底板
822.12
6247.69
1342.38
第三节煤层特征
一、煤层埋藏条件
井田地面地势平坦,新生界地层厚度250m~910m,本井田整体为一走向北西、倾向南西的单斜构造,西部发育一宽缓向、背斜构造,地层走向300~330°
,一般24~26°
井田中部的DF04断层把本区分为东、西两个断块,区内未发现岩浆活动迹象。
井田内二1煤层全区可采,主要可采煤层二1煤层厚度1.18~10.38m,平均5.88m,属较稳定厚煤层,原煤灰分7.14~33.21%,平均14.3%,发热量22~31.55MJ/kg,平均30.28MJ/kg,为低中灰、特低~低硫、特高热值、易选~较难选的瘦煤~焦煤。
各可采煤层均属不易自燃煤层,均具有煤尘爆炸性,本矿井预测为低瓦斯矿井;
井田内二1煤层底板埋深370~1200m,底板
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