久源煤矿煤层瓦斯基础参数测定完成Word下载.docx
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(2)煤岩分析:
分析煤样的破坏类型和各种煤体组成
(3)瓦斯吸附性常数a,b值的测定
(4)煤的坚固性系数f
(5)放散初速度△p
3)分析了影响久源煤矿瓦斯赋存的地质因素。
本项目于2010年3月起,历时1个月完成了C5b、C6a煤层瓦斯的现场及实验室基础参数测定、分析研究工作,现提出总结报告。
在开展这一工作的过程中,久源煤矿等单位的有关领导和工程技术人员给予了大力的支持与帮助,在此谨向他们致以诚挚的谢意。
第一章 矿井概况
1.1矿山交通位置、矿界范围
工作区地理坐标(极值):
东经:
104°
56′01″~104°
56′29″;
北纬:
27°
25′05″~27°
26′29″。
久源煤矿位于镇雄县城南东110°
方向,平距4.5km,行政区划隶属镇雄县乌峰镇管辖。
云南省国土资源厅批准的《采矿许可证》批准矿区面积2.7233km2,由4个拐点圈定,其经纬度坐标及直角坐标见表1-1。
开采标高+1900~+1440m。
有效期限:
自2007年12月至2012年12月。
表1-1久源煤矿矿井范围拐点坐标表
拐点
编号
纵坐标(X)
横坐标(Y)
矿区面积
(km2)
开采标高
(m)
矿1
3034040.00
35493462.00
2.7233
+1900~+1440m
矿2
3036718.00
35493958.00
矿3
3036625.00
35494892.00
矿4
3033701.00
35494396.00
图1-1交通位置示意图
矿区交通较为方便,镇雄至贵州毕节的公路从矿区南部通过,矿区距镇雄县城7.5km,距贵州毕节市95km,距内昆铁路彝良大寨站210km、威宁站180km。
详见图1-1。
1.2井田地质
1.2.1区域地层、构造
久源煤矿矿区区域出露地层有:
二叠系上统长兴组(P2c),三叠系下统卡以头组(T1k),飞仙关组(T1f)、永宁镇组(T1y)以及第四系(Q、Qcd)。
断裂构造发育,共发现断层22条,其中,地层断距大于25m的断层有2条,15~25m的断层有12条,小于15m的有8条。
1)矿区地层
久源矿井出露地层由老到新有:
各地层特征由老到新叙述如下:
(1)二叠系上统长兴组(P2c)
仅在矿区西南角王老坡一带有小面积出露,为一套海陆交互相含煤沉积。
由灰—深灰色中厚层状钙质细砂岩、粉砂岩、泥岩和灰岩交互组成,据岩性变化构成3~4个沉积旋逥。
产大量小壳腕足、瓣腮类动物化石及介壳。
由上至下含C1、C2、C3、C4四个薄煤层,除C1煤层个别点可采外,其余均不可采。
中部厚层状泥质灰岩厚2~3米,横向连续分布,是划分长兴组与下伏龙潭组地层的可靠标志(I5标志层)。
本组地层厚40~57m,平均厚47m。
(2)三叠系下统卡以头组(T1k)
条带状小面积分布于矿区的西南部,为浅灰绿色薄—中厚层状含钙质粉砂岩、粉砂质泥岩与泥质粉砂岩不等厚互层,局部含星散状黄铁矿及钙质结核,水平层理发育。
产大量小壳动物化石。
底部浅灰色中厚层状细晶灰岩厚1~2m,分布连续,是划分卡以头组与下伏长兴组地层的可靠标志(I7标志层)。
地层厚40~67m,平均厚60m。
与下伏长兴组整合接触。
(3)三叠系下统飞仙关组(T1f)
分布于矿区大部分地区,主要为细砂岩、粉砂岩、泥岩及灰岩,据岩性组合特征及动物化石群类可划分为六个岩性段。
第一段(T1f1):
由灰绿—灰紫色中厚层状钙质细砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩及厚层状细晶鲕状灰岩组成。
顶部鲕状灰岩具缝合线构造,含大量小个体海相动物化石,厚7~18m,全区分布连续,是划分飞仙关组第一段与第二段的可靠标志(I8标志层)。
底部以灰紫、灰绿色薄层状细砂岩与卡以头组分界。
本段地层厚40~76m,平均厚52m。
与下伏卡以头组整合接触。
第二段和第三段(T1f2+3):
因矿区内第三段底部的灰绿色薄层状泥质粉砂岩(I9标志层)分布不连续,对于清楚地划分第二段和第三段地层带来一定的困难,因此将二者合为一段进行描述。
该段由灰紫—紫色中厚层状钙质细砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩及数层薄层状生物灰岩组成。
产大量大小不一的海相动物化石。
本段地层厚168~207m,平均厚184m。
第四段(T1f4):
灰紫色薄—中厚层状粉砂岩、粉砂质泥岩夹紫色质粉砂岩条带,含钙质结核,厚5~7m,是划分第四段与第三段的可靠标志(I10标志层)。
本段地厚69~96m,平均厚80m。
④第五段(T1f5):
砖红—紫色中厚层状粉砂岩、粉砂岩、泥岩与灰绿色粉砂质泥岩不等厚互层。
产大量海相动物化石。
底部为灰绿色中厚层状粉砂岩,偶夹钙质细砂岩和生物灰岩带条,厚约1~2m,是划分第五段和第四段的可靠标志(I11标志层)。
本段地层厚35~53m,平均厚45m。
⑤第六段(T1f6):
灰紫—紫色——中厚层状泥岩、粉砂岩与钙质细砂岩互层,局部夹薄层状灰岩条带。
底部为灰绿色薄层状细砂岩与粉砂岩,厚约2m,是划分第六段和第五段的可靠标志(I12标志层)。
本段地层厚42~108m,平均厚80m。
(4)三叠系下统永宁镇组(T1y)
分布于矿区北部,为青灰色薄层状泥灰岩、泥质灰岩夹紫红色钙质泥岩。
厚度大于50m,与下伏飞仙关组整合接触。
(5)第四系(Q、Qcd)
分布于矿区东部及南部地区,南部为残坡积(Q)之粘土、砂质粘土及砂砾石,厚度小于5m;
东部为滑坡崩积层(Qcd),岩性为紫红色粉砂岩、粉砂质泥岩及少量细砂岩夹粘土及碎石,为飞仙关组及卡以头组崩落堆积而成,厚度大于20m。
与下伏各地层均呈不整合接触关系。
2)构造
矿区位于镇雄复式向斜南翼,受区域构造运动控制,北东、北北东向的褶皱及断裂较为发育。
矿山生产及本次工作证实,区内共发现褶皱4组,断层21条。
分述如下:
(1)褶皱
Bl01背斜:
位于矿区南部,矿界范围内延伸长大于360m,轴向北东向,平缓开阔.两翼近于对称。
北西翼地层倾向变化较大,倾角5~11°
,且次一级的断层较发育;
南东翼地层倾向较稳定,倾角5~10°
;
枢纽顷伏角小,呈波状起伏。
S105向斜:
位于矿区西北部,矿界范围之外,延伸长度大于150m,轴向北东向,为一宽缓且对称的向斜。
B106背斜:
位于矿区西北部,矿界范围之外,延伸长大于750m,轴向向北北东向,平缓开阔,两翼近于对称。
东翼地层倾向变化较大,而西翼较为稳定;
背斜枢纽略向西倾斜。
S106向斜:
位于矿区北部,矿界范围之外,延伸长度大于540m,轴向北北东向,褶皱平缓开阔,两翼远于对称,南端被F617断层切割。
(2)断层
矿区内断裂构造发育,共发现断层22条。
其中,地层断距大于25m的断层有2条;
15~25m的断层有12条,小于l5m的有8条。
对矿区可采煤层影响较大的有F525、F547、F546、F647四条;
有一定影响的有F648、F620、F530、F526、F569、F543及F617七条;
其余对煤层影响不明显或无影响,详见表1-2。
表1-2断层特征一览表
断层
编号
断层性质
倾角
断层长
断距
对煤层开采影响程度
F525
逆断层
35~55°
>2000
平均60
影响大
F529
正断层
61~81°
>670
平均30
影响不大
F529‘
58°
180
约15
无影响
F543
64~85°
530
平均15
有一定影响
F546
67~87°
600
平均17
F547
60~84°
2700
F617
>
75°
>1150
平均25
F526
81°
380
约25
F533
55~64°
>750
平均20
F565
67°
175
F620
64~79°
1100
平均18
F622
70°
15
F530
30~55°
350
F570
约20
F569
55°
100
约10
F564
53
120
约12
F566
61°
150
约11
F624
35°
160
F644
25°
110
5
F646
31°
8
F647
30°
320
约7
F648
250
约5
3)岩浆岩
矿区内无岩浆活动,变质作用不明显。
1.2.2煤层赋存情况
1)含煤性
区内长兴组(P2c)及龙潭组(P21)为一套连续的含煤沉积。
长兴组含薄煤4层,自上至下依次编号为C1、C2、C3和C4,除C1煤层个别点可采外,其余均不可采。
单煤厚一般0.3~0.4m,煤层平均累厚1.5m,煤系地层含煤系数约为3%。
龙潭组含煤线及煤层7~23层,由上至下有编号的煤层为C5a、C5b、C5c、C6a、C6b、C6c、C7、C8、C9、C10共l0层,在矿区内均为隐伏煤层。
其中,C5b煤层和C6a煤层为区内较为稳定的可采煤层;
C5a煤层和C6c煤层为局部可采煤层;
其余煤层均为不可采煤层。
可采煤层单煤厚0.8~3.39m,不可采煤层单煤厚一般0.3~0.5m。
龙潭组煤层平均累厚约8.5m,煤系地层含煤系数约为5%。
2)可采煤层特征
C5b煤层:
当地百姓俗称“高煤”。
位于龙瀑组上部,上距C5a煤层0.45~16.88m,一般3~4m,下距C6a煤层一般2~3m,为矿区内主要可采煤层。
煤层结构较为简单;
厚度1.25~2.93m,平均2.37m。
属稳定性较好的中厚煤层。
C6a煤层:
当地百姓俗称“二层炭”。
亦位于龙潭组上部,上距C5b煤层一般2~3m,下距C6b煤层一般1.2~1.4m,距C6c煤层一般5~7m,为矿区内次要可采煤层。
可采厚度0.89~1.88m,平均1.19m。
在平面上有由南到北、由西向东变厚的趋势,属较稳定的薄煤层。
3)可采煤层
可采煤层有C5b煤层、C6a煤层,现分述如下:
(1)C5b煤层
煤层顶板岩性主要为灰—深灰色中厚层状粉砂质泥岩、泥质粉砂岩。
含大量小个体动物化石,且这些动物化石仅见于C5b煤层顶板以上。
该化石层位平面上分布较广,是煤层对比的重要依据。
煤层结构较为简单,距煤层顶板0.3~0.5m产有两层特殊的夹矸。
上层夹矸为棕灰色薄层状高岭石泥岩,岩石为致密块状,贝壳状断口,风化后呈黄褐色,为区内I4标志层;
下层夹矸为灰一灰棕色薄层状水云母泥岩,岩石为致密块状,
参差状断口,有粗糙感,形似细砂岩或粉砂岩,可见白色细斑,含炭化碎屑,风化后呈黄灰色或褐灰色,为区内I3标志层。
I4和I3标志层不仅在煤层中有其固定的层位,而且在横向上分布广泛,是煤层对比的可靠组合标志。
煤岩结构特征,由上至下,常分为三种煤岩类型。
顶部矿化丝炭暗淡型煤,具线理状结构,一般厚0.3~0.4m;
中部光亮型—半光亮型煤,具宽条带状结构,一般厚1.8~2.0m,常见黄铁矿结核及条带;
底都暗淡型煤,具线理及条带状结构,一般厚0.4~0.5m。
④煤质特征,灰分较C6a煤层低,而硫分则较C6a煤层高。
(2)C6a煤层
上部矿化暗淡型煤,具线理状结构,一般厚0.3~0.4m;
中部半光亮型煤,具似均一状结构,一般厚0.3~0.4m;
下部暗淡型煤,具线理状结构,一般厚0.3~0.4m。
煤质特征,灰分较C5b煤层高,但硫分则较C5b煤层低。
与C5b煤层间距较稳定,一般为2~3m。
1.3矿床开采技术条件
1.3.1水文地质条件
1)气候地形及地表水体
矿区地处滇东高原低中山区,海拔标高1570~2060.5m,最大相对高差490.5m;
地形切割中等,总体地势北高南低,中部高四周低;
属构造侵蚀、溶蚀低中山山地地貌类型,冲沟、陡坎较发育。
该区属亚热带高原山地季风气候。
区内年平均气温11.3℃,年平均降雨量为9l3.4mm,每年6~10月为雨季,11月至次年5月为旱季。
冬季冰冻时间较长,每年11月至次年3月为冰冻期。
本区属长江水系支流—乌江流域,矿区内无大的地表水体,仅有树枝状季节性沟溪分布,向西汇入矿区以外的以头河。
2)含水层(组)
根据矿区出露或隐伏的地层岩性、含水介质特征,将区内含水层分为三类,即孔隙含水层(组)、裂隙含水层(组)及岩溶含水层(组)。
(1)孔隙含水层(组)
①第四系残坡积层(Q)
岩性为粘土、砂质粘土及砂砾石,厚度小于5m,分布于南部坡地及冲沟地段,含少量孔隙潜水,属上层滞水,季节性强,冲沟局部地段有渗水,渗水量小于0.1l/s,富水性弱,对矿床无充水影响。
②滑坡崩积层(Qcd)
分布于矿区东部,岩性为紫红色粉砂岩、粉砂质泥岩及少量细砂岩夹粘土及碎石,为飞仙关组及卡以头组崩落堆积而成,厚度大于20m。
合少量孔隙—裂隙潜水,冲沟及低洼地段有渗水,渗流量多小0.1l/s,富水性弱,对矿床无充水影响。
(2)裂隙含水层(组)
①三叠系下统飞仙关组(T1f2-6)
主要岩性为紫红色、灰绿色泥岩、粉砂质泥岩、粉砂岩、细砂岩夹薄层灰岩,总厚度295m~473m,其中泥岩及粉砂岩占总厚的近80%,灰岩仅占l.3%,其余为细砂岩。
浅部风化带含少量季节性裂隙潜水,节理裂隙一般发宵,总体呈细小、闭合状,区内无泉出露。
该含水层组抽水试验结果,其单位涌水量(q)仅0.00197l/s·
m,富水性极弱,可视为相对隔水层,对矿床无充水影响。
②三叠系下统卡以头组(Tlk)
为浅灰绿色薄—中厚层状含钙质粉砂岩、粉砂质泥岩与泥质粉砂岩不等厚互层,局部含星散状黄铁矿及钙质结核,含水层厚40~67m,平均厚60m。
水平层理发育,节理裂隙一般发育,多呈闭合状,区内无泉出露。
该含水层组浅部抽水试验结果,其单位涌水量(q)仅0.0019~0.016671/s·
m:
深部注水试验结果,单位涌水量(q)仅0.0000014~0.000421/s·
③二叠系上统龙潭组(P21)
为灰—浅灰色中—厚层状细砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、泥岩及粘土质泥岩,顶部含可采煤层2层(C5b和C6a),是本区主要的含煤地层,总厚124~176m。
含水层节理裂隙一般发育,多呈闭合状,区内无泉水出露。
该含水层组抽水试验结果,其单位涌水量(q)仅0.000032l/s·
m,富水性极弱,可视为相对隔水层,对矿床无充水影响,可采煤层分布于顶部,下部构成矿层隔水底板。
(3)岩溶含水层(组)
①三叠系下统永宁镇组(Tly)
分布于矿区北部,由青灰色薄层状泥灰岩、泥质灰岩夹紫红色钙质泥岩组成,厚度大于50m,地表岩溶较发育,岩溶形态多样,呈裸露分布,富水性强,与煤层间存在总厚大于500m的T1f2-6、Tlk相对隔水层阻隔,对矿床无充水影响。
②三叠系下统飞仙关组(Tlfl)
岩性南灰绿—灰紫色中厚层状钙质细砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩及厚层状细晶鲕状灰岩相间组成,厚40~76m。
鲕状灰岩一般有3层,岩溶发育,岩溶形态多样,最厚一层厚度7m~18m,平均占总厚的40%。
该含水层组大泉流量达225l/s,泉流量季节动态变化大,属剧变型,泉流量变化与降雨量存在极强的相关性,寓水性强,属层间岩溶含水层组。
与可采煤层间存在厚度大于40m的T1k相对隔水层阻隔,对矿床开采无充水影响。
③二叠系上统长兴组(P2c)
由灰—深灰色中厚层状钙质细砂岩、粉砂岩、泥岩和灰岩交互组成,厚40~57m;
灰岩总厚l5.4~20.9m,最大单层厚5~l0m,灰岩占本层总厚的近40%。
砂岩及泥岩节理裂隙细小闭合,富水性极弱,构成相对隔水层:
灰岩浅部溶蚀裂隙较发育,深部多呈细小闭合型,形成层间岩溶含水层。
岩溶含水层平均单位涌水量(q)0.0l391/s·
m,浅部平均单位涌水量(q)0.02834l/s·
m,深部平均单位涌水量(q)仅0.00432l/s·
m,浅部大于深度6.6倍,其水位高程1474.12~1703.01m,说明该岩溶含水层组赋水性极不均匀,地下水埋藏受顶板相对隔水层及地形等因素控制,埋藏较深地段或地形高程较低的位置地段多为承压水,埋藏较浅地段或地形高程较低的位置地段多为潜水,含水层总体富水性弱,受补给条件限制,地下水主要以静储量为主,由于距下伏可采煤层较近,其地下水可通过冒落带或导水裂隙带涌入矿坑,是矿坑充水的主要来源。
3)构造水文地质
矿区位于镇雄复式向斜南翼,受区域构造运动控制,地质构造较复杂,北东、北北东向褶皱及断裂较为发育,含水层总体倾向北偏西,受地质构造控制,局部变化大,倾角较缓,一般小于l5°
。
区内共发现褶皱4组,断层22条;
褶皱构造多为宽缓的小型背斜和向斜,对区内各类含水层组无较大影响,未形成较好的储水构造;
断层破碎带为胶结致密的泥质物充填,具隔水性,对矿床充水影响不大。
4)地下水补给、径流、排泄条件
矿区所处位置较高,冲沟发育,大气降雨地表径流排泄迅速。
孔隙含水层残坡积层受厚度制约,无地下水储存与运移条件;
滑坡崩积层受岩性控制,无有利的储水空间。
裂隙含水层接受大气降水,受岩性及地形控制,补给条件差,迳流主要受构造及地形控制,以渗水形式于地形切割较大的低洼地段排泄或沿地层倾向深部缓慢径流。
裸露型岩溶含水层受含水层岩溶裂隙及地形控制,降雨可直接补给含水层,但受地形制约,迳流途径短、排泄迅速,无较有利的蓄水空间或构造;
层间岩溶含水层组受顶、底板相对隔层控制,补给条件差,但此含水层浅部或出露地表地段,亦可直接接受降雨的补给,受地质构造及地形控制,迳流途径短、排泄迅速,但埋藏较深的同一岩溶含水层受岩溶裂隙及埋藏条件限制,迳流缓慢。
对矿床开采有影响的充水含水层为P2c岩溶含水层组,该含水层受埋藏条件及地形的限制,赋水性极不均匀,其补给条件差,含水层内未形成相对统一的地下水位,富水性弱。
5)矿床充水因素
根据本区各类含水层富水性及埋藏特征,对矿井有充水影响的主要是P2c岩溶含水层组地下水,其充水方式通过矿床开采形成的冒落带或导水裂隙带渗入矿坑,该含水层受补给条件及埋藏特征限制,富水性弱。
据实地调查访问,井巷仅揭露断层部位有少最滴水现象,井巷内围岩较干燥,无涌水现象,开采至今尚未向坑外作抽排水,但为防尘需要,向坑内注水约15m3/d。
说明日前矿床开采尚未沟通间接顶板岩溶含水层地下水。
但随开采深度加大,冒落带及导水裂隙带形成,矿坑涌水将会有所增大,开采时应予以重视,一旦沟通顶板岩溶含水层组,可能会形成突水。
综上,煤层及顶、底板富水性弱,一般对井巷开采不会构成突水影响,正常情况下,井巷涌水量不大。
随采空区的逐步扩大,将增大矿坑涌水量。
因此,该矿床的水文地质条件属以裂隙、岩溶含水层充水为主的中等类型。
1.3.2工程地质条件
1)工程地质岩组
按矿区出露及井巷揭露的地层岩性组合及物理、力学特征,可将区内的地层划分为三个工程地质岩组,即松散岩类软弱岩组,碎屑岩层状软弱—半坚硬岩组及可溶盐岩类半坚硬岩组。
(1)松散卷类软弱岩组
为粘土、砂质粘土及砂砾石,厚度小于5m,分布于南部山坡及冲沟地段,结构疏松,易受流水侵蚀冲刷,分布范围局限,对矿床开采无影响。
岩性为紫红色粉砂岩、粉砂质泥岩及少量细砂岩夹粘土及碎石,为飞仙关组及卡以头组崩落堆积面成,厚度大于20m,其结构松散、破碎,稳定性较差,分布于矿区东部。
井巷开拓未经该岩组,对井巷稳定性无影响。
(2)碎屑岩层状软弱一半坚硬岩组
泥岩及粉砂岩属软岩,具软化性,力学强度低,岩体较破碎;
灰岩和细砂岩属半坚硬岩,力学强度较高,岩体较破碎,不构成井巷围岩。
②三叠系下统卡以头组(T1k)
为浅灰绿色薄—中厚层状含钙质粉砂岩、粉砂质泥岩与泥质粉砂岩互层,厚40~67m。
岩体水平层理发育,节理裂隙一般发育,多呈闭合状,岩石属半坚硬岩,浸水不软化,岩体较破碎,岩体基本质量等级Ⅳ级。
主斜井部分经该岩组经过,经支护,无坍塌现象。
③二叠系上统龙潭组(P2l)
为灰—浅灰色中—厚层状细砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、泥岩及粘土质泥岩,顶部含可采煤层2层(C5b、C6a),是本区主要的含煤地层,总厚124~l76m。
该岩组节理裂隙一般发育
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