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成庄矿区概述及井田地质特征


1 矿区概述及井田地质特征
1.1 矿区概述
1.1.1 井田位置、范围及交通 成庄煤矿,位于沁水煤田南翼,晋城市西北 20km 处,跨泽州和沁水两县。 工业广场位于泽州县下村镇史村,地理坐标为北纬 35 ° 34 ′ 11″— 35 ° 39 ′ 50″,东经 112°36′06″—112°43′49″。 成庄井田北至大阳井田南界, 南至寺河井田北界, 东以煤层露头及小窑为界, 西与潘庄井田为邻,东西长约 9.5km,南北宽约 3.45km,面积 32.75km2。 太(原)—焦(作)铁路由井田东 10 余 km 处通过,侯(马)—月(山) 铁路从西南约 7km 处通过。矿井有铁路专用线经古书院矿与太焦铁路接轨,距 古书院矿 18km。207 国道(太原—洛阳)在成庄矿东侧约 20 多 km 处通过,晋 (城)—长(治) 、晋(城)—阳(城) 、晋(城)—焦(作) 、长(治)—邯(郸) 、 太(原)—长(治)高速公路已建成通车。交通极为便利(图 1-1) 。 1.1.2 地形地貌 本井田地形为低山—丘陵区,沟谷发育。中部高,东、西部低,最高点标高 为 1146.5m,最低标高为 691.3m,相对高差为 455.2m。东部长河西岸有黄土覆 盖、西部沁河东岸也有黄土覆盖,中部山区森林发育。井田内村庄位于黄土冲沟 两侧或山顶低洼处有黄土覆盖的地方。河谷两侧为侵蚀堆积地形,形成河漫滩及 以上的三级阶地。 1.1.3 水文地质 水系属黄河流域沁河水系。井田内主要河流为长河,为沁河支流,由东北向 西南从井田东缘流过。史村河、河底河等为长河支流,由西北向东南注入长河, 为季节性水流。 另外,井田东侧的长河河谷内建有南庄水库,井田内的史村河,河底河的上 游分别建有刘村、常坡两座水库。 1.1.4 气象、地温及地震 晋城市属暖温带大陆性气候。四季分明,温暖宜人,日照充足,无霜期长。 据晋城市气象站资料,年平均气温 11℃,极端最低气温-22.8℃(1956 年 1 月 21 日) ,极端最高气温 38.6℃(1967 年 6 月 4 日) 。雨季为 7、8、9 三个月,平均 年降水量 622.7mm,最小 295.9mm(1965 年) ,最大 1010.4mm(1956 年) 。平 均年蒸发量 1783mm。 根据《中国地震烈度区划图(1990) 》划分:本井田属地震烈度区Ⅵ度区; 根据《中国地震参数区划图》 ( GB18306-2001) ,本区所属地震动峰值加速度分

区为 0.05g。

图 1-1

成庄矿交通位置图

1.1.5 矿区经济概况 本地区土质比较肥沃,主要农作物有玉米、谷子、小麦和高粱,由于农田水 利基本建设发展较快,亩产水平逐年提高。工业主要有冶炼、化肥、水泥、发电、 农机副产品加工以及手工业。本地区经济发达,工农业基础好,对能源需求大, 很有必要建设大中型矿井来满足本地区的需要。 1.1.6 矿井水、电源情况 水源: 本矿目前生活及生产用水主要来自奥陶系岩溶地下水,地表潜水井基 本上全部报废。已施工奥陶系岩溶水源井 9 口,水平标高在 454.70m 与 516.10m 之间,单井供水量为 2200~2800 m3/d,水质优良,基本能满足矿区内居民生活 及工业用水。 电源:矿井电源来自集团供电公司 110kV 站。

1.2 井田地质特征
1.2.1 地层 本井田由东向西、岩层从老到新。现分述如下: (一) 、奥陶系中统下马家沟组(O2x) 以中厚层状石灰岩为主, 下部夹泥质灰岩和含石膏的泥质角砾状灰岩,中下 部岩溶发育,呈蜂窝状小溶洞相互连通,一般可见 1~3 层,洞内可见黄褐色沉 淀物。本组岩溶发育,含水丰富,是矿区水源的重要取水层段。本组厚度约为 178.32m。 (二) 、奥陶系中统上马家沟组(O2s) 以浅灰~深灰色致密性脆的厚层状石灰岩为主,次为泥质灰岩,具方解石细 脉。本组厚 177.04m~254.13m,平均 207.96m,富水性弱于下马家沟组。 (三) 、奥陶系中统峰峰组(O2f) 以深灰色坚硬致密的厚层状石灰岩及角砾状灰岩为主,砾石成分较复杂。在 个别钻孔中见到顶部具薄层状黄铁矿,为本溪组沉积物。本组厚 42.79m ~ 86.13m,平均 68.38m。 (四) 、石炭系中统本溪组(C2b) 平行不整合于峰峰组灰岩侵蚀面之上, 因受剥蚀面控制, 厚度由 0m~9.76m。 平均 7.86m。以灰白色铝土质泥岩为主,夹薄层砂质泥岩及细粒砂岩,局部夹薄 层灰岩,为一套以泥岩为主的泻湖海滩相沉积。底部为山西式铁矿。在井田东部 边界外,有零星出露。 (五) 、石炭系上统太原组(C3t) 为井田主要含煤地层之一。K1 石英砂岩(相当于晋祠砂岩)底界或相当层 位至 K7 砂岩底。与下伏本溪组成整合接触。由灰色中、细粒砂岩、灰黑色粉砂 岩、泥岩、砂质泥岩、石灰岩、煤层组成。属海陆交互相沉积。自下而上 K2、 K3、K5 三层石灰岩普遍发育,层位稳定。含煤 10 层,一般 6—8 层,可采 2 层 (9、15 号煤层) 。本组厚 77.52m~112.07m,平均 91.98m。在井田东部边界附 近有零星出露。 (六) 、二叠系下统山西组(P1s) 为井田主要含煤地层之一。K7 砂岩底或相当层位的粉砂岩至 K8 砂岩底, 与下伏太原组呈整合接触。由灰白~灰色中、细粒砂岩、灰黑色粉砂岩、砂质泥 岩、泥岩及煤层组成,为滨岸过渡相沉积,含煤 1~3 层,其中 3 号煤层为主要 可采煤层。本组厚 39.45m~73.08m,平均 49.83m。在成庄、段都、坪头一带有 零星出露。 (七) 、二叠系下统下石盒子组(P1x) K8 砂岩底至 K10 砂岩底, 与下伏山西组呈整合接触。由灰色、灰绿色砂岩、 砂质泥岩、泥岩组成,局部夹 1~2 层煤线及铁锰质结核。属淡水浅湖~滨湖相 沉积。顶部为含铝质泥岩,富含鲕粒,俗称“桃花泥岩”,层位稳定,分布广泛,

是良好的标志层。 8K8 砂岩为灰、深灰色细~中粒长石石英杂砂岩。本组厚 62.70m~121.51m 平均 93.00m。 (八) 、二叠系上统上石盒子组(P2s) 以 K10 砂岩底界与下石盒子组分界,属陆相沉积,全组厚 547.60m ~ 600.49m,一般 567.78m,按岩性组合可分为三段: 下段(P2s1) :岩性主要由杏黄、黄绿、灰绿、紫红色细粒砂岩、砂质泥岩、 泥岩组成。底部为中~粗粒长石石英杂砂岩(K10) ,泥质胶结,具交错层理。 与下伏下石盒子组呈整合接触。本段厚 287.60m~310.49m,平 297.78m。 中段(P2s2) :岩性主要由杏黄、黄绿、灰绿色粗、中、细粒砂岩,灰绿色、 紫红色粉砂岩、 泥岩组成, 夹数层中厚层状粗粒长石石英杂砂岩。 中部夹厚 0m~ 0.50m 的锰铁矿层。本段厚 200m~230m,平均 210m。 上段(P 2s3) :岩性主要由黄绿色、灰绿色、细粒砂岩,灰绿色、暗紫色粉 砂岩及泥岩组成。 为本区出露的最新岩层, 全层出露不全, 仅在大尖山、 二尖山、 方山、李街村一带有零星出露,因受剥蚀,所见厚度 60.00m 左右。 (九) 、第四系(Q) 沿长河各沟谷, 两侧山坡及山梁均有大面积分布,角度不整合于不同岩层之 上。 中更新统(Q2) :下部为浅红色至暗红色砂质粘土,夹铁锰质薄层,半胶结 至不胶结,中部为灰黄色砂砾层,上部为红色砂质粘土,含钙质结核。厚 0m~ 23.00m,平均 16.00m。与下伏地层呈角度不整合接触。 上更新统(Q3) :灰黄色亚砂土中夹钙质结核,垂直节理发育,孔隙度大, 底部有灰黄色未经胶结的砂砾层。厚 0m~8.90m,平均厚 5.00m。与下伏地层呈 角度不整合接触。 全新统 (Q4) : 为近代河床相堆积, 以砂质土, 砂砾层为主, 厚 0m~14.00m, 一般为 10m。 本井田含煤地层沉积类型和特征与晋东南其它地区大致相同, 主要煤层及标 志层可以对比。因此,仍沿用晋东南地区标志层对含煤地层进行划分,其对比程 度可靠。 本报告仍沿用传统的岩石地层单位划分和对比地层, 将太原组与本溪组之界 置于晋祠砂岩(K1)及其相当层位之底;山西组与太原组之界置于 K6 灰岩之上 的 K7 砂岩(相当于太原西山的北岔沟砂岩)底或与其相当层位;下石盒子组与 山西组之界置于 K8 砂岩 (相当于太原西山的骆驼脖子砂岩) 底或与其相当层位; 上石盒子组与下石盒子组之界置于“桃花泥岩”及其相当层位之上的 K10 砂岩 之底。由于本井田太原组 3 层石灰岩(K2、K3、K5)普遍发育,层位稳定,因 此说原报告对太原组地层的对比是可靠的。 在二叠系地层中, 自下到上有 7 层发育较好的砂岩和一层桃花泥岩,可作为 划分二叠系地层的标志层。由于这 8 层标志层发育比较明显,易于鉴别,因此, 原报告对二叠系地层的对比也是可靠的。

图 1-2 成庄矿综合柱状图

1.2.2 地质构造 褶曲:受区域构造的影响,区内褶曲多为幅度不大两翼平缓,开阔的背向斜 及较小的短轴背向斜构造 成庄北背斜: 位于井田中部, 由成庄北向西北延展。 一直穿过井田西部边界。 地表大部分被黄土掩盖,据 3 号煤层底板等高线图显示,背斜轴向 280° ,延伸 长度超过 8000m 左右, 波幅 35m 左右。 北翼地层倾角 5° , 南翼地层倾角 7° 左右, 局部 12° ,为—向西倾伏的背斜构造。井下北翼+630 辅助运输大巷和北翼总回风 大巷,均横穿背斜轴部。据北翼+630 辅助运输大巷揭露,在此处该背斜为一倾 伏背斜,轴部伴有许多小型褶曲及小型正断层, 轴部地层起伏不平,轴向 330° , 倾角 3° ~6° 。 据北翼总回风巷大巷揭露, 该背斜在此处为—倾伏背斜, 轴向 280° , 南翼地层倾角 12° ,北翼地层倾角 3° ~6° ,轴部伴有小型断层和陷落柱,轴部地

层平缓。 本井田位于太行山复背斜西翼,沁水盆地东翼南端。为阳城山字形结构体系 脊柱部分南端东侧及马蹄形盾地的北侧与新华夏构造体系的复合部位。 北西向压 扭性开阔背向斜褶曲伴有少数褶曲轴向近似垂直的张性断裂和与褶曲斜交的扭 性断裂。 井田内构造主要为走向北东逐渐转折为北东向,倾向北西的单斜构造。井田 内地层平缓,倾角 3° ~10° ,一般在 8° 以内。本井田从地质勘探阶段到成庄矿建 成投产 9 年来, 没有见到断层及其他地质构造。 总的说来, 本井田构造比较简单。 1.2.3 井田水文地质 成庄井田从水文地质单元上来讲,属延河泉域。延河泉是我省较大的岩溶大 泉之一,它位于阳城县东冶乡延河村北沁河西岸。高出河面约 5m,出露地层为 奥陶系中统上马家沟组灰岩, 泉水沿上马家沟组灰岩底部涌出,其单泉平均流量 3 为 3.1m /s。 延河泉泉口出露标高 463.78m,泉水流量受降水影响大,不稳定系数为 2.3。 由于受地层岩性、地质构造、岩溶、地形和水文网的控制,整个泉域构成一个完 整的从补给、 径流到排泄的地下水流域。中奥陶统厚层石灰岩是组成延河泉域的 主要含水层, 沁水向斜使泉域地层构成南部向北,东西两侧向中间倾斜的储水构 造。泉域的东边界为晋获断裂带;西边界为震旦系变质岩;南边界为山西与河南 间的天然分水岭(老地层出露段) ;北边界为寺头断层。 延河泉域东邻晋城三姑泉域,东北靠长治辛安泉域、北倚洪洞广胜寺泉域, 总面积为 2990km2,其中奥陶系出露面积 1316km2。 成庄井田位于长河上游一带,在区域水文地质上,属长河径流带的中上游。 井田内上、下马家沟组岩溶十分发育,有大的溶洞,据钻孔揭露,溶洞内有大的 涌沙现象。 岩溶地下水的补给来自东部和东北部高平一带的灰岩裸露区和浅埋区 的降雨入渗补给, 以及丹河上游径流灰岩区和断裂的渗漏补给。由于晋获断裂带 (延河泉域东边界)以大阳为界,分为南北两段,南段为阻水断裂,北段为透水 段,在高平一带为导水断裂,岩溶地下水处于分流状态,一部分地下水补给成庄 地区,一部分流向三姑泉。因此,成庄井田内的岩溶地下水资源极其丰富。井田 内岩溶地下水供水井出水量极其可观,单井出水量达 2200—2800m3/d。 井田内的区域地下水, 除奥陶系岩溶水外,还有石炭系薄层—中厚层石灰岩 裂隙水和二叠系砂岩裂隙水, 以及第四系冲积层孔隙水。但这部分地下水分布范 围局限,一般水量不是很大。现简述如下: (一)第四系冲积层孔隙潜水 主要分布于盆地及河、沟谷地带,含水量变化较大,7-9 月份为富水期, 1-4 月份为贫水期,靠大气降水及季节性水流补给,仅供当地人畜饮用水用。在无污 染地区,水质一般良好,多为重碳酸· 硫酸—钙· 镁型水,PH 值 7.12~7.8 左右, 总硬度 181.62~309.42mg/L。受污染区则水质变坏。 (二) 二叠系砂岩裂隙水和石炭系裂隙岩溶水,赋存于二叠系砂岩及石炭系

灰岩中的裂隙岩溶中。 二叠系含水层主要是厚层砂岩中裂隙含水,隔水层为底部 的泥岩和砂质泥岩。在二叠系分布较广的山区,其沟谷及两岸常有下降泉出露, 泉水出自砂岩层中,水量随季节性变化很大。在无污染地区水质良好,常作为当 地供水水源。水源类型为重碳酸· 硫酸—钾· 钠· 钙· 镁型水,PH 值 7.4~7.8,总硬 度:56.16~237.6mg/L,井下资料 428.04mg/L。 石炭系含水层分布在层位稳定,厚度大,岩溶裂隙发育程度变化较大的厚层 石灰岩中,其富水性变化也很大。一般与石灰岩所处位置及岩溶发育程度有关, 岩溶发育程度又与地形地貌、地质构造、地下水动力条件有关。所以,富水段多 分布于盆地、沟谷及地质构造较为发育地区,区内在上覆地层厚度大于 50m,且 距河谷较远的地段,往往富水性很少。水质多为重碳酸· 硫酸—钙型水,局部受 煤系地层中尤其是煤中的硫分的影响,水质发生变化,多为硫酸· 重碳酸—钙· 镁 型水。PH 值 7.4,总硬度 122.76~309.42mg/L。 (三)奥陶系石灰岩岩溶水 主要赋存于中奥陶统上、 下马家沟组石灰岩中,尤其赋存于下马家沟组石灰 岩中。该组石灰岩厚度巨大,岩溶裂隙发育,溶蚀强烈,层位稳定,补给充分, 富水性极强。 地下水总的径流方向是由东北、 西南、 西部向延河泉水排泄带流动。 富水性也是由东北、西南、西部向延河泉水排泄带渐渐变强。中南部好于其它部 位。 相对隔水层为中奥陶统底部之含石膏脉的泥质灰岩。水质类型属重碳酸—钙 型或重碳酸· 硫酸—钙· 镁型水,PH 值 7-7.5 左右,总硬度 162.6~441.07mg/L。 井田内奥陶系峰峰组基本不含水。 井田位于太行山复背斜西翼, 沁水煤田南端, 总体为一向西倾斜的单斜构造, 奥陶系——二叠系由东向西依次出露。井田内主要含水层(组)有: 1、奥陶系中统石灰岩岩溶裂隙含水层 井田内奥陶系中统主要由中厚层状石灰岩组成,夹薄层泥质灰岩,出露于井 田东侧,峰峰组基本不含水,可视为隔水层,含水层主要为上、下马家沟组,富 水性强,埋深从东北部向西南逐渐加厚,地下水总的流向为北东—南西。据钻孔 资料,单位涌水为 0.7~14.22L/s· m。井田东部施工的供水水源井,单井出水量 3 为 2200~2800m /d,水位标高 454.70m~516.10m,总硬度为 426~1158mg/L, 矿化度为 0.5~1.5g/L,属 HCO3· SO4—Ca· Mg 型水,是矿区的主要供水水源。 相对隔水层为中奥陶统底部的含石膏脉的泥质灰岩。 2、石炭系上统太原组石灰岩岩溶裂隙含水层组 太原组间夹的 K2、K3、K4、K5 等石灰岩为该组主要含水层,从钻孔揭露 的岩层来看,单层厚度一般为 2m~10m。受补给条件的限制,裂隙发育较差, 一般富水性弱。K2 、 K3 石灰岩单位涌水量为 0.011 ~ 0.058L/ s· m ,水位标高 691.40m~709.32m。K5 石炭岩深部和浅部的富水性变化很大,浅部单位涌水量 为 0.52 ~ 3.43L/s· m ,而深部为 0.0009 ~ 0.007 L/s· m ,水位标高为 750.58m ~ 847.25m。矿化度为 0.45~0.65g/L,属 HCO3—CaMg 型水。建井初期,井巷揭 露 K2、K3、K4、K5 等石灰岩时,均有涌水、一次最大涌水量为 152.51m3/h。

隔水层:本溪组广泛发育有铝土泥岩,其层位稳定。厚度一般为 7.86m,是 良好的隔水层, 既可阻隔上部各含水层水下漏,也可阻挡奥灰岩溶承压水向上部 含水层充水 3、二叠系山西组、石盒子组砂岩裂隙含水层 山西组以 K 砂岩为主要含水层,富水性弱。石盒子组地层出露于井田西部, 以 K8、K10、K12、K13 等砂岩为主要含水层,裂隙较发育,富水性较好。2005 年 4 月该矿施工的两个水文孔(东坡、段河)钻孔抽水试验成果见表 5-2-1。
表 1-1 东坡、段河钻孔抽水试验成果表 水 文 钻 孔 地点 抽水层位 石盒子组 段河 山西组 石盒子组 东坡 石盒子组 山西组 43.10~264.07 53.50 ~288.16 288.16~380.23 86.28 70.14 93.98 56.58 98.79 74.32 0.0249 0.0524 0.0458 0.024 0.042 0.042 抽水试验段(m) 43.10~189.08 含 水 层 影 响 半 厚度 (m) 径(m) 71.73 47.35 渗 透 系 单位涌水量 数 (m/d) (L/s· m) 0.0289 0.020

上述资料表明, 山西组砂岩裂隙含水层之间因为有厚的泥岩、 砂质泥岩相隔, 水力联系差, 富水性弱。 水质类型为 HCO3—K+Na 型水, 矿化度为 0.31~0.55g/L。 而石盒子组砂岩裂隙含水层虽然各砂岩层之间夹有多层砂质泥岩, 泥岩作为隔水 层,但由于埋藏极浅,钻孔在施工过程中,消耗量急剧增加,孔内不返水,砂岩 裂隙发育。地下水的补给来源主要为侧向补给。其水质类型为 HCO3—K+Na 型 水,矿化度为 0.31~0.61g/L。 4、第四系冲积层孔隙含水层及风化带裂隙含水层 第四系孔隙水主要分布于长河、史村河河谷中,砂砾层厚约 10m,富水性较 强,据水井简易抽水资料,单位涌水量为 0.228~4.64L/s· m。但受季节影响、变 化较大、富水期为 7~9 月份,贫水期为 1~4 月份。 基岩风化带裂隙含水层受风化裂隙发育程度的影响,据钻孔揭露资料,井田 内浅部较发育,越往深部发育程度越差,风化带下部的厚层泥岩、泥质砂岩裂隙 不发育, 作为隔水层,阻隔了上部风化带裂隙含水层与下部石盒子组含水层之间 的水力联系。厚约 27.70m~38.23m,单位涌水量为 0.056~0.109L/s· m,渗透系 数 0.127~0.25m/d,影响半径为 15.82m~36.48m,属 HCO3—K+Na 型水,矿化 度 0.29 g/L。 需要特别指出的是: 石炭系中统本溪组底部铝土泥岩和各不同时代的砂质泥 岩、泥岩等,在发育良好、厚度稳定,不受构造破坏区域,均为良好的隔水层。 (二)井田内地质构造的水文地质特征 井田内大中型断层 (落差大于 20m) 从勘探阶段到成庄矿建成投产至今尚未 发现。但小型断层较为发育,尤其是落差小于 5m 的小型高角度(60° ~75° )正

断层较为发育。这些断层虽然导水性弱,但在井田西部煤层带压开采区,可能成 为奥灰岩溶水进入巷道和采掘工作面的导水通道。 因此在井田西部各煤层带压开 采区开拓生产时应引起高度重视。 同时也要注意这些小断层在一定条件下也可能 成为各含水层之间的导水通道。 因此在开拓生产时应注意和预防断层导水事故的 发生,必须在断层附近采取有力措施,以防止断层把各含水层之水导入矿井。 井田内陷落柱较发育,从勘探阶段到成庄矿建成投产至 2004 年底共发现陷 落柱 95 个,由此说明本井田陷落柱较为发育。但陷落柱分布无规律,以中、小 型圆形及椭圆形为主,与围岩呈锯齿状接触,长短轴之比一般为 1~3。它属奥 灰岩溶塌陷所致, 对煤层破坏程度较大,在其周围煤岩层中形成许多裂隙及小型 断层。 为构通奥灰岩溶水和各含水层之水创造了良好的通道。在井田西部煤层带 压开采区陷落柱有导通奥灰水的可能,应引起高度的注意。因此在煤层带压开采 区,应采取探水前进、留设防水煤柱等措施,防止透水事故的发生,确保安全生 产。 二、充水因素 长河由东北向西南从井田东缘流过。井田东南部的史村河、河底河等长河支 流由西北向东南注入长河。井田内沟谷纵横,松散层广泛分布,蓄水能力强,第 四系潜水丰富。另外,刘村、常坡二座水库也分别建在史村河、河底河上游。 由于井田东部煤层抬高导致煤层埋藏较浅, 在井田东部 3 号和 9 号煤层出现 露头,在井田东部边缘处不远 15 号煤层也出现露头。3 号煤层距地表隔水层厚 度变薄, 地表水对 3 号煤层的开采具有较大威胁。因此在开采露头附近的煤层时 要防止水害发生,确保安全生产。 井田西部常店河属于季节性河流,在雨季要注意防洪,经常观测地表裂缝塌 陷,及时填堵,防止地表水贯入矿井。 3 号煤层充水因素 1.地表水 回采 3 号煤层时,工作面会受到地表水的威胁,造成工作面涌水量增大,地 表水主要有塌陷裂隙导致地表沟谷第四系砂砾石层形成的潜水、地表河流、地表 水体等。特别是在雨季地表水相对富集。根据成庄矿 2000~2004 年矿井涌水量 统计,其涌水量之峰出现在 9-12 月份,最大涌水量出现在 12 月份为 395m3/h。 雨季为 6、7、8 三个月,涌水量滞后 2-4 个月。雨季是矿井防治水工作的重点。 2.3 号煤层上覆砂岩裂隙水 3 号煤层的顶板二叠系山西组,石盒子组砂岩富水性较好,尤其是三、四盘 区西部,上覆砂岩富水性好。当巷道开拓时,由于压力释放,上覆岩层裂隙水会 沿导水裂隙渗透入工作面,造成顶板淋水较大,但一般过一段时间后均会疏干。 当回采造成大面积塌陷时,会造成采煤工作面涌水量加大。 3.老窑、小窑采空区和本矿采矿区积水 老窑、 小窑采空区和相邻矿井由于开采时间久远, 局部很可能积水比较严重。 但是它们的积水情况和涌水量大小目前尚不清楚。截止 2004 年底成庄矿已回采

了 24 个工作面,部分工作面内含有大量积水见 3 号煤层充水性图,积水主要集 中在一盘区、二盘区和三盘区东部,采空区范围见 3 号煤层采掘工程平面图,采 空区范围面积共计 8.43km2,积水面积约 80738m2,积水量约 14200m3。当工作 面布置到这些采空区附近时,由于受到采动影响,积水会沿煤层顶板、煤帮、裂 隙、裂缝和小型断层渗入或导入工作面。因此当工作面掘进到这些地段时,必须 制定严格的探放水措施。确保不发生透水事故。 4.奥灰承压水 当 3 号煤层开拓生产到井田西部带压开采区之后,由于小型高角度正断层、 陷落柱同井田东部一样比较发育,它们都有可能把奥灰水导入矿井,所以,需采 取井上下勘探、三维地震勘探、井下坑透、巷道探查等措施,查清井田西部小型 高角度正断层的具体位置、大小和性质,以及采取留足隔离防水煤柱,构筑挡水 墙、挡水阀门等措施,防止突水事故的发生。

1.3 煤层及煤质
1.3.1 煤层赋存条件 井田内主要含煤地层为二叠系下统山西组和石炭系上统太原组,总厚度 116.97m~185.15m,平均厚度 141.81m。含煤 11 层,煤层总厚度 14.23m,含煤 系数 10%,其中本次计算资源储量和蕴藏量的煤层有 3 层,总厚度 11.33m。 山西组厚 49.83m,含煤 1~3 层,煤层总厚 6.98m,含煤系数 14.01%,其中 有 2 层薄煤层不可采, 唯 3 号煤层为可采煤层, 厚 5.00m, 可采含煤系数 12.92%。 太原组厚 91.98m,含煤 10 层,自上而下编号为 5、6、7、8、9、11、13、 14、15、16 号,煤层总厚 7.79m,含煤系数 8.47%。 1.3.2 煤质 根据煤岩和煤化学特征, 井田内各煤层均属中等变质的无烟煤,按“中国煤 炭分类国家标准”(GB5751-86)划分煤类,并经统计 3 号煤以光亮型煤为主, 半亮型煤次之,颜色呈黑色,条痕为黑色,似金属光泽,致密坚硬,具贝壳状或 阶梯状断口,不染手,节理裂隙较发育,且常被方解石或黄铁矿脉充填。煤的视 (相对)密度介于 1.43~1.46g/cm3 之间。由于煤本身致密坚硬,加之煤层结构 简单,宏观煤岩类型为均一状结构,块状构造,再加上井田内构造简单,煤层受 挤压、剪切力小,所以,3 号煤层成块率高。
表 1-2 煤层特征表 地 层 单 位 地层 单位 岩石名称 厚 度 层间距 (m) 岩 性 特 征

P1x

K8

细、 中粒砂 岩 煤

1.30~33.00 7.30 4.30~6.68 5.44 0.35~14.09 3.98 0~1.11 0.4 1.00~4.48 2.35 0~0.90 0.49 0.15~0.34 0.25 0.20~6.19 2.80 7.10~14.13 9.85 0.12~0.53 0.3 0~5.43 3.30 9.76 6.12 34.8

深灰色,细~中粒长石石英杂砂岩

3 P1s K7

厚度大且稳定 深灰色,薄层状,细粒砂岩,具波状层 理 厚度小且不稳定 8.33 深灰色,致密坚硬,含星散状黄铁矿及 腕足类化石,沉积稳定 深灰色,含泥质较多,沉积不稳定 0.00 厚度小且较稳定 19.48 灰—深灰色, 厚层状, 致密坚硬、 性脆, 偶夹燧石条带,产动物化石,沉积稳定 深灰色,厚层状,致密坚硬,块状,性 脆,含丰富的动物化石,厚度大且稳定 0.00 厚度大且稳定

细粒砂岩

1.64

5



K5

石灰岩

21.58

K4

石灰岩

9 C3t K3



石灰岩

6.65

K2

石灰岩

15



K1

细粒砂岩

灰—灰白色,细粒砂岩,硅质胶结

据 2008 年瓦斯鉴定情况,成庄矿全矿井瓦斯相对涌出量为 14.60m3/t,瓦斯 绝对涌出量为 189.7m3/min,属高瓦斯矿井。 1.3.2 煤层瓦斯含量 由于瓦斯的比重小于空气和向压强小的空间运移的特性, 导致煤层中的瓦斯 会在漫长的地质年代里, 透过煤层和顶板及上覆岩层的空隙、 裂隙向上运移扩散。 煤层埋深愈深,瓦斯向空气扩散的行程(煤及上覆岩、土层)愈长,所受阻力愈 强,瓦斯愈难扩散而易保存。由此可知,煤层埋藏越深以及向斜轴部的瓦斯含量 相对较高;反之,煤层埋藏越浅以及背斜轴部的瓦斯含量较低。在同一层煤中, 随着埋深的增加,瓦斯含量亦会逐渐增加。由此可知,井田西部 3 号煤层埋深比 东部大,因而井田西部 3 号煤层的瓦斯含量比东部高。日后,成庄矿矿井的瓦斯 含量将会随着开采深度的增加而“与时俱增”。 瓦斯的运移、扩散除与埋深、盖层厚度有关外,与其上覆岩层的透气性、孔 隙大小,孔隙率,裂隙大小、断层等关系更大。陷落柱、断层附近、背斜轴部受

张力影响, 煤岩层会形成不同的程度的裂隙,增加其透气性使瓦斯含量不同程度 地降低。煤层顶板为粗、中、细粒砂岩的地方透气性较好,瓦斯含量相对来说也 会降低一些。 封闭型的向斜构造轴部有利于封存瓦斯。闭合而完整的背斜加上覆 盖着不透气的地层是良好的储集瓦斯构造,在其轴部煤层内往往积存高浓度瓦 斯,形成“气顶”。在倾伏背斜的轴部,通常也比相同埋深的翼部瓦斯储量高。但 是当背斜的顶部岩层为透气岩层或因张力形成连通地面的裂隙时, 瓦斯会大量流 失,轴部瓦斯含量反而比翼部小。在陷落柱、断层的周围和软煤区瓦斯涌出也会 发生异常。当局部地应力增大时,会发生煤与瓦斯突出现象,即瓦斯动力现象。 由于本区小型断层发育,小型断层破坏性差,不能形成良好的通道,因而不能使 瓦斯扩散释放出来,这是造成本矿瓦斯含量高的主要原因。


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