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另外28采区深部由于勘探钻孔少,钻探控制精度低,而三维地质勘探还没有达到矿井边界,故28采区深部,尤其是深部北端缺乏地质资料,给设计带来很大困难,因此施工过程中,地质部门应做好地质工作,及时补充地质资料,为下一步的设计工作服务。
2、28采区开采深度较大,水文地质条件复杂,开采时需打一个深部水文长期观测孔。
3、28采区巷道过断层构造及接近重点防水区时需进行探放水设计或底板改造。
4、对28采区边界圈定的底板异常带和重点防水区域还要进行专门的物探工作,以进一步查明异常带的范围、水文地质条件以及带内二2煤层与太灰和奥灰接触关系。
此处是防治水的重点,在设计和施工时应引起高度重视。
5、另外随着埋藏深度的增加,地温将可能升高,地压将增大。
根据精查地质报告和瓦斯地质图预测,本采区均处于瓦斯含量较高的区域,在施工时应加强瓦斯监测和瓦斯治理工作。
由于28采区位于矿井深部,故在从事采掘生产活动的过程中要采取加强支护的措施,同时要防止冲击地压对采掘生产造成危害。
另外28采区深部防治水工作也是生产过程中的重点工作。
6、28采区北翼所布置的采煤工作面基本为仰采,采面结束后采空区将存积水源,对相邻采面的布置和生产将会产生较大的影响,故应考虑在北翼深部施工一条泄水巷,并沿DF082断层向上掘进至28采区北翼上部,对空区的积水进行排放,以确保北翼采煤工作面的生产安全。
7、由于28采区三条下山均布置在煤层底板下14m处,故掘进施工时,应及时准确地探明二2煤层赋存情况,并做好地质素描。
8、本采区地表村庄较多,工作面回采时对地表建筑物可能产生一定的影响,应提前采取相应的措施,协调好工农关系。
第一章矿井28采区概况及地质特征
第一节概况
28采区位于26采区下部二2煤层底板标高在-810~1060m的范围内,在11~15勘探线之间,西部浅部以F5正断层为界,深部以DF024和DF025正断层为界,东部以DF082断层煤柱为界;
上部与26采区为邻,下部至井田边界。
东西走向长2300~2900m,南北斜宽1620m,平面积3.0Km2,二2煤工业储量1215.6万吨,可采储量890万吨。
地面永淮公路从采区上部斜穿而过,其西部为车集村及车集矿工业广场保护煤柱,地面分布有翼庄、张明庄等五个村庄,无水体及河流,采区对应地面标高在+31~+34m之间,地势较平缓。
第二节地质构造情况
由于受区域构造运动的影响,28采区地质构造条件复杂,采区范围内中小型断层极为发育,现将“三维地震”物探已控制的中小型断层的情况进行描述。
1、F5边界断层
位于28采区西部浅部边界,区内延展460米,走向150°
,倾向240°
,倾角70度,落差0~35米。
该断层控制较可靠。
2、DF024正断层
位于28采区西部深部边界,区内延展400米,走向180°
,倾向270°
,倾角50°
~60°
,落差0~12米。
3、DF025正断层
位于28采区西部F024正断层的上部,区内延展215米,走向30°
~65°
,倾向120°
~155°
,倾角70°
~80°
,落差0~10米。
4、DF028逆断层
位于28采区三条下山的西翼中部。
区内延展930米,走向30°
~45°
,倾向300°
~315°
,落差0~6米。
5、DF043正断层
位于28采区中部。
三条下山穿过该断层,区内延展1300米,走向10°
~30°
,倾向280°
~300°
,落差0~15米。
6、DF066逆断层
位于28采区东翼中上部。
区内延展1400米,走向20°
,倾向290°
,倾角15°
~25°
,落差0~3米。
7、DF042正断层
位于28采区中下部,三条下山沿该断层的上盘煤柱掘进。
区内延展540米,走向0°
~5°
~275°
~70°
8、DF082正断层
位于28采区的东部,属该采区的边界断层。
该断层落差0~90米,区内落差40~90米,区内延展1500米,走向345°
~20°
,倾向75°
~110°
。
第三节煤层发育情况
28采区内共发育有二2、三22、三3、三4煤四层可采煤层。
由于受永城复式背斜的控制,煤层走向基本为NE向,倾向SE,受F5、DF042、DF043、DF082断层的控制,煤层倾角有一定变化,采区深部煤层倾角较大,在8~20°
,平均为12°
左右。
采区上部煤层倾角较小,在7~13°
之间,平均为8°
;
全区平均煤层倾角9°
另外,在采区的东部有一个向斜构造,给工作面布置带来一定影响。
根据钻孔揭露资料显示,该区段内二2煤层厚度在2.21~8.86米,平均2.7米。
三22煤厚在1.29~2.36米,平均1.52米。
三3煤厚度在0.73~1.9米,平均1.52米,三4煤层仅局部达到可采范围,28采区设计时不予考虑开采。
二2煤层结构简单,变异系数为20.7%,属较稳定煤层。
三22煤层结构复杂,发育1~3层夹矸,其中距煤层底板0.3~0.5米左右发育一层0.2~0.6米的夹矸,煤层变异系数为7.8%,属较稳定煤层。
三3煤层结构复杂,发育1~3层夹矸,一般在距顶板0.4米左右,距底板0.7米处各发育有一层夹矸,夹矸层厚层位稳定,三3煤层变异系数为12.3%,属较稳定煤层。
本采区三3煤层以上还发育一层三4煤,三4煤层厚度变化较大,在本采区内局部可采。
第四节水文地质情况
根据相邻采区生产实践及区域水文地质条件分析,28采区水文地质条件相对其它采区更为复杂。
开采二2煤层时,以顶板砂岩裂隙和太原组灰岩岩溶水为主要充水水源,其中,太灰上段灰岩水是影响生产的主要充水水源,由于本采区开采深度较大,灰岩水头值增大,在设计和生产时,必须引起足够重视,以免发生水患。
二2煤层开采时为水文地质条件中等类型,三煤组开采时则以顶板砂岩裂隙水为主要充水水源的水文地质条件简单类型。
一、充水水源
1、新生界含水层组
新生界含水层组地层总厚223.24米,其间发育有四层含水层:
⑴第四系全新统松散孔隙潜水含水层组;
⑵第四系更新统松散孔隙承压含水层组;
⑶上第三系上部松散孔隙承压含水层组;
⑷上第三系下部松散孔隙承压含水层组。
新生界底部发育一层隔水层段,厚度一般在31米左右,其中粘土厚25米,可塑性良好,为一良好的隔水层,使其上部的四个含水层均不能直接对下部进行水源补给。
2、基岩风化带含水层
厚度最大32.75米,最小9.5米,平均18.08米。
该层富水性较微弱,渗透性差,一般不对下伏岩层进行充水。
3、下石盒子组三煤顶板砂岩裂隙承压含水层组
该层段由中-细粒砂岩、泥岩、砂质泥岩组成,总厚一般为46米。
其中中-细粒砂岩的厚度在13.44米左右,裂隙不甚发育,富水性弱且不均一,地下水处于近似封闭环境,迳流滞缓,以静储量为主,易于疏干,属弱含水层。
是三煤回采时的直接充水水源,对三煤回采会造成一定影响。
4、山西组二2煤层顶板砂岩裂隙承压含水层组
该层段由中-细粒砂岩、泥岩、砂质泥岩组成,总厚一般为52米。
含水层中细砂岩厚度变化较大,平均16.01米左右,裂隙不发育,富水性微弱,地下迳流条件不良,以静储量为主,易于疏干,属弱含水层,是二2煤回采时的直接充水含水层。
5、太原组上段灰岩岩溶承压含水层组
该含水层组由L7~L12共6层灰岩组成,灰岩累厚32米,其中以L9和L10灰岩最厚,L9灰岩厚度一般在10米左右,全井田稳定发育,岩溶裂隙发育,含水性丰富,是二2煤回采时的直接充水水源。
二2煤层底板距太原组第一层灰岩之间,为细、粉砂岩及泥岩组成,最大厚度71.49米,最小厚度32.79米,平均51.24米左右,为一良好的隔水层。
但若不进行底板注浆改造,因采动及构造影响,会将太原组上段灰岩岩溶承压水导高,严重影响二2煤的回采。
6、太原组下段灰岩岩溶承压含水层组
该含水层由L2~L6共5层灰岩组成,灰岩累厚24米左右,其中以L2灰岩最厚,一般在13米左右,岩溶裂隙发育,含水性丰富,水位恢复快且稳定,属中等含水层,是二2煤层开采的间接充水水源。
太原组上、下段灰岩岩溶承压含水层组之间,主要由粉砂岩、泥岩、砂质泥岩组成,厚度稳定,一般在60米左右,为一良好的隔水层。
正常情况下它们之间无水力联系,若遇构造及采动影响,其将越流补给太原组上段灰岩含水层。
7、奥陶系灰岩岩溶承压含水层组
该含水层总厚不祥,含水层厚度变化较大,岩溶裂隙发育不均,富水性具明显差异,是二2煤开采的间接充水水源。
太原组下段灰岩岩溶承压含水层组与奥陶系灰岩岩溶承压含水层组之间,普遍发育有一层泥岩、砂质泥岩及铝土岩,厚度在11~30米,平均20米,分布稳定,是良好的隔水层。
正常情况两者之间无水力联系,若遇构造及采动影响,其将越流补给上部含水层。
二、突水通道
1、断层破碎带导水
由于受区域构造影响,28采区内发育有多条断层,其中F5、DF042、DF043、DF082正断层及DF028逆断层,落差在6米~90米之间,对采区布置有较大影响。
由于这些断层落差较大,裂隙发育,若遇采矿扰动,有可能形成导水通道,造成突水。
由于埋藏较深,水压大,一旦突水,将造成重大损失。
2、封闭不良钻孔导水
由于井田钻孔施工的周期长、施工单位多,根据详、精查阶段检查,存在封孔质量差的问题普遍存在。
因此要加强过钻孔时的防治水工作,以免因钻孔封闭质量差造成突水事故的发生。
3、其它通道
纵深裂隙导水。
通过对车集煤矿以往工作面突水因素分析,工作面突水的主要通道是纵深裂隙导水。
这种突水形式在国内其它矿区未见有报道,是永夏矿区突水的一大特点,也是以后防治水工作的难点和重点。
另外,在23采区采掘过程中,曾经遇到二个不含水的陷落柱,在对本采区进行三维地震物探时,发现有两处“底板异常带”。
必须对物探结果进行专门的存在陷落柱的可能性进行分析,并提出分析意见与建议。
在“底板异常带”附近进行采掘活动时,必须坚持“有疑必探、先探后掘”的施工原则,以免因误透含水的陷落柱而发生淹井事故。
第五节其它开采技术条件
一、顶、底板条件
1、老顶岩性特征及厚度变化
根据钻探资料,结合其它采区生产揭露的实际情况,28采区二2煤层顶底板的发育情况分析如下:
经统计,二2煤层老顶岩性以粗或中、细粒砂岩居多、亦见有粉砂岩、砂质泥岩等。
老顶厚度大,最薄处为5米左右,最厚可达20余米,一般平均厚度超过8米,岩性相对较稳定、单一。
老顶中的粗、中、细粒砂岩多呈灰白色,成份以石英为主,长石次之,各种粒径的砂粒分选均匀,磨圆度较好。
2、直接顶岩性特征及厚度变化
直接顶多为泥岩或砂质泥岩、粉砂岩,局部可见各种粒径的砂岩。
钻孔及巷道揭露的总实见点数为222个。
其中直接顶板为泥岩的有83个实见点,占总实见点的37.4%(其中63个点钻孔所见,20个采掘揭露的实见点),厚度在0.5~21米之间,平均厚度为2.9米。
泥岩多呈灰、中灰色,块状,裂隙发育,具滑面,多含植物茎叶化石及其碎片。
直接顶板为砂质泥岩的有64个实见点,占总数的28.8%(58个钻孔实见点),厚度在0.6~19米之间,平均厚度为3.2米。
砂质泥岩多为中灰色或浅灰色,含砂不均,往往呈现过渡变化关系。
具有滑面,呈块状,含植物茎叶化石及其碎片。
直接顶板为粉砂岩的有40个实见点,占总实见点的18%(37个钻孔实见点),厚度在1~14.2米之间,平均厚度为4.4米。
多呈薄层状或与砂质泥岩、泥岩互层,易碎,少见含植物碎片,层面上往往含有部分云母片。
直接顶板为细砂岩的有25个实见点,占总实见点的11.3%(24个钻孔实见点),厚度在1~21米之间,平均厚度为6.6米。
多呈中厚层状,灰白色,钙质胶结,致密坚硬,以石英为主,裂隙较发育,具平行层理或似水平层理。
直接顶板为中粗粒砂岩的有10个钻孔实见点,占总实见点的4.5%。
厚度在2-26米之间,平均厚度为8.3米。
以石英长石为主要成份,厚层状,性脆,钙质或矽质胶结,裂隙发育,裂隙间充填了方解石脉,多具平行层理或似水平层理。
3、复合顶的岩性特征及厚度变化
根据车集煤矿采掘工作面揭露到的二2煤层复合顶板特点,我们将复合顶板定义如下:
是指在二2煤层顶部与直接顶板之间的、沉积粒度为泥或粉砂粒级的一套沉积岩层,其岩性以泥岩为主,也可见有砂质泥岩的复合顶板。
在复合顶板与直接顶板之间,往往发育有一层或多层煤线,与随采随垮的伪顶不同,在采掘活动后的一定时间内,产生“离层现象”而发生垮落。
在直接顶与二2煤层之间,复合顶板两极厚度在0至2.1米之间,大部在0.1~0.6米范围内。
在复合顶与二2煤层之间,普遍发育了一层厚度0.05~0.5米的煤线,局部最多可见三至四层煤线发育,煤线厚度最大时可达1.1米(2107里改造下巷),一般大部分地段煤线厚度为0.1~0.3米。
该层复合顶岩性以泥岩为主,中灰至灰黑色,颜色随碳含量的增高而变深,砂质泥岩少见,泥岩呈块状,赋含植物茎叶化石及其碎片。
1)复合顶板的区域构造赋存特征
复合顶板的明显特征是在二2煤层顶部发育一层泥岩复合顶,厚度一般0.1~0.6米之间,复合顶与直接顶板之间形成一层煤线,煤线厚度一般在0.1~0.3米之间。
其形成过程大体如下:
整个成煤盆地(包括成煤所在的沼泽)随大范围的区域构造运动的影响而快速下沉(相对于泥炭的堆积速度),在原堆积的泥炭顶部覆盖上一定厚度的泥或沙,形成煤层的复合顶。
在此以后一段很短的时间(指形成一定厚度煤线所需要的时间)内,大范围区域构造运动使得成煤盆地下降速度与泥炭堆积速度大体相当,又有薄层泥炭堆积在复合顶板的顶部,以后成煤盆地又快速下沉而形成煤层的直接顶板,从而结束二2煤层最初的成煤掩埋期。
在车集煤矿采掘揭露的大部分工作面都属于此种类型,通常所认为的复合顶板正常发育地段,如2106工作面、2202工作面等,均属于复合顶板正常发育的情况。
此类复合顶板一般易于管理。
2)复合顶板的同沉积断层赋存特征
同沉积断层普遍发育于大型凹陷盆地的边缘,控制聚煤盆地的大小、规模与煤岩层的形成。
其往往在盆地两侧造成同期沉积岩层在厚度、岩性、结构、构造等方面的差异和不可对比性。
同沉积断层在煤矿生产中不常见,但确是存在。
国内未见过这方面的相关报道,在认识车集煤矿二2煤层复合顶板的特殊性时,我们注意到了这一点。
其表现是在顺二2煤层的巷道掘进施工过程中,煤层的复合顶板突然增厚,但复合顶上部的煤线仍然连续,仔细观察,在复合顶突然增厚处存在一处“断层面”,但并未将岩层断开,且岩性呈过渡性质,岩层呈过渡接触关系,但在“断层”的两盘岩性、粒度等有细微的差别。
在车集煤矿的2401上巷及2402下巷等处,曾揭露到这类“断层”,观察其平、剖面形态,具有以下特征:
Ⅰ逐渐增厚的复合顶与煤层、煤线和直接顶板(上覆下伏岩层)呈过渡接触关系,且层理清晰,煤岩层接触处未见到象后生断层那样的断面,这是同沉积断层的最显著特征与标致。
Ⅱ断层上盘(下降盘)岩层(复合顶)明显增厚。
在2402工作面下巷的地质素描图上可以看出,同沉积断层两盘的二2煤层厚度为2.9米,同沉积增厚了的复合顶厚度为1.4米,求得该同沉积断层生长指数为1.48,表明该同沉积断层不甚发育。
Ⅲ复合顶尖灭的面呈上陡下缓形态,在剖面上呈凹面向上的勺状等特征,这是同沉积断层的明显特征,2402工作面下巷地质素描图上可以清楚地看到这一点。
Ⅳ所形成的复合顶在断层两侧呈条带状、沿断层走向方向展布。
即在平面图上复合顶板异常发育的范围。
从2402工作面下巷揭露的资料分析,在走向上的异常范围在15至20米左右。
同沉积断层形成的复合顶,沉积粒度由细到粗递增,依次为煤→泥岩→砂质泥岩。
同沉积断层造成复合顶局部增厚,是受控于局部小范围内构造应力变化或局部基底沉降不均所造成的。
我们认为,此种类型及成因影响的复合顶板异常发育的范围不大,在采掘施工时,难于及时、有效地对此类复合顶板进行支护、控制。
3)复合顶板的局部基底震荡沉积赋存特征
局部基底震荡沉积的成因类型,受制于局部的构造变化。
不同于同沉积断层,主要表现在:
与同沉积断层造成复合顶的局部增厚所不同的是其在形成局部复合顶时,实际上没有形成有“落差”的煤岩层呈过渡接触关系的“断层面”;
在沉积范围上比同沉积断层所造成的复合顶增厚的范围要大;
在沉积环境上往往出现多次反复震荡,比同沉积断层所处的环境更复杂,往往在一段复合顶里面能够发育多条煤线。
如2111工作面回风联巷、2107里段改造下巷所揭露到的情况,局部见有4层煤线发育。
该类复合顶板厚度变化大、异常范围广,工作面回采过程中支护困难。
4)二2煤层顶板的结构特征
二2煤层结构简单,一般不发育夹矸,井田内平均厚度为2.8米。
二2煤层的老顶:
以粗或中、细粒砂岩居多、亦见有粉砂岩、砂质泥岩等。
二2煤层直接顶:
二2煤层直接顶板结构较为复杂,由于沉积环境的变化,岩性多变,以泥岩或砂质泥岩者居多,其次多为粉砂岩或中细粒砂岩。
二2煤层的复合顶板:
复合顶多为泥岩,局部可见砂质或炭质泥岩;
在复合顶与二2煤层间,普遍发育了一层煤线,复合顶板中局部可见三至四层煤线发育。
二、瓦斯:
根据精查地质报告资料,本矿区各煤层从露头到底板标高-600米水平为低瓦斯带,-600米水平以下瓦斯局部比较富集,由于缺少资料,此处仅根据其它采区开采情况和精查资料,对有关情况进行大致分析与描述。
1、根据精查地质报告采样得知二2煤在10~18勘探线之间的深部,瓦斯浓度最高点达95.99%,瓦斯含量13.37cm3/g,可燃物在1819孔(二2煤底板标高-889.35米)取样时,煤芯从取芯管内喷出,并随之逸散出大量气体,说明CH4不仅含量高且具有一定的压力。
根据2301工作面采掘时的情况证明-600米以下瓦斯涌出量较大。
2、三22煤层在12~17勘探线之间的深部,存在瓦斯局部富集带。
总之,随着埋藏深度的增加瓦斯含量呈上升趋势。
三、岩浆岩:
由于构造运动的影响,车集矿的岩浆活动比较频繁,岩浆岩的分布广泛。
根据三维地震资料的结果,本采区内有五处岩浆岩侵蚀区,几乎占采区面积的十分之一。
由于岩浆岩的存在,给采区内工作面的布置造成一定困难。
四、地温:
根据精查地质报告全井田的地温梯度值,具有一定的规律性。
可以预见,地温将是影响28采区采掘作业的又一重大地质灾害。
在浅部一带表现出较高的梯度,一般在3.0~3.5℃/100m,中深部逐渐减小,至深部一带一般在1.4-1.8℃/100m。
其主要煤层地温分布情况如下:
1、二2煤层:
10线以北-800m水平以下为一级高温区,一般在31℃左右。
局部受构造影响温度增高,呈地温异常区。
-1000m以下水平地温可达34--35℃左右。
2、三22煤层:
10线以北-800m水平一般在30℃左右。
局部受构造影响温度增高。
-1000m以下水平地温可达33℃左右。
五、煤尘与自燃发火
(1)、煤尘:
本井田煤为年青无烟煤,无爆炸危险性。
(2)、自燃发火:
本井田各煤层均为不自燃煤层。
六、煤系地层发育情况
28采区煤系地层主要为石炭——二叠系地层。
现分述如下。
1、石炭系
下统缺失,仅存中统及上统。
1)中碳统本溪组(C2):
主要为海相豆状、鲕状铝土岩(G层)及不稳定的赤铁矿层组成,全厚6-20米,平均14米左右。
其假整合于中上奥陶系灰岩之上。
2)上石炭统太原组(C3):
本组层厚130-165米,一般150米左右。
是一套标准的海陆交互相地层,由陆相碎屑岩及海相灰岩组成。
陆相碎屑岩主要为泥岩、砂质泥岩及细、粉砂岩及煤线或薄煤组成。
海相地层多为浅海相石灰岩,分9-12层。
其中以L2、L9灰岩最厚,且赋水性强,厚度均超过12米,以L7底部为界,将其分为太灰上段和太灰下段。
在L2上部及L9上部均有一层燧石结核,致密坚硬,层位稳定,岩性特征明显,分别定为K2、K3标志层。
2、二叠系(P)
是本区主要含煤地层,分为上统和下统,最大厚度900多米。
1)下二叠统(P1)
(1)山西组(P11)厚90-130米。
由砂岩、泥岩、炭质泥岩及煤层组成,这三层从上至下依次为二1、二2、二3煤。
其中二2煤层厚0-8.86米,平均厚2.7米,为主采煤层。
山西组以二煤层为轴线分上下两个沉积旋回。
上旋回一般具有上粗下细的特点。
下旋回的特点是下细上粗底部有一层纯而细腻的泥岩,黑色,厚10米左右。
山西组上界以鲕状铝质泥岩(K4)之底界与下石盒子组分界。
(2)下石盒子组(P12)厚45-95米。
平均厚81米。
本组由深灰-灰黑色泥岩、铝质泥岩、砂岩泥岩、砂岩及4-6层薄煤层组成。
这4-6层煤统称为三煤组,从下至上依次为三1、三21、三22、三3、三4、三5煤,其中三22及三3煤为主采煤层。
2)上二叠统(P2)本区只发育上石盒子组,全组厚730米,从下而上分四个段:
(1)第一段P21-1,厚150米左右,由灰色的泥岩、砂质泥岩、铝质泥岩、砂岩及不稳定的四煤组组成;
底部以K5砂岩标志层下界与下伏的下石盒子组整合接触。
四煤组一般厚0.2米,不可采。
(2)P21-2全段厚195-245米,平均230米。
主要由砂质泥岩、铝质泥岩、砂岩及不稳定的1-6层煤线或炭质泥岩(五煤
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