陈四楼矿区概述及井田地质特征

1矿区概述及井田地质特征1矿区概述1.1.1矿区地理位置永城矿区陈四楼井田位于河南省永城市境内，为城厢、陈集、顺和乡所辖。井田中心南距永城老县城8km,地理坐标；东经116º22´20，30º00´35。矿区北靠陇海铁路，东临京沪铁路，青（龙山)阜（阳）铁路从矿区东南约20km处穿过，西有京九铁路商阜段。永城老县城距商丘车站95km，徐州车站97km，宿州车站74km，其间均有柏油公路相连。区内主要村镇之间亦有简易公路相通，交通运输堪称方便。具体见矿区交通位置图1-1。1.1.2自然地理概况井田位于黄淮冲积平原东部，地势低洼平坦，自西北向东南微微倾斜，地面标高32.49~36.50m，一般为32m至35m之间，相对高差3m左右。地表广为巨厚的新生界松散冲积物所覆盖。区内地表水系不甚发育，最大的河流--沱河在井田南部2km处流过。井田内用于灌溉的沟渠纵横交错。沱河属淮河水系，发源于商丘市东北之响河，向东南流入安徽省的新汴河，全长120m，其流量受大气降水控制，年平均流量1~2m3/s，有记载的最大流量384m3/s（1963年）。本区属半湿润、半干旱的大陆性气候，冬春干早，夏秋多雨，四季分明。据永城县气象站资料：气温：1974~1984年观测，月平均最高气温26.89℃（7月份），最低-0.32℃，年平均卫14.3℃。日最高气温41℃(1959年7月30日)，最低-19℃(1957年2月21日)。降雨量：最大降雨量1022.5mm（1977年），最小为630.4mm，年平均813.6mm；日最大降雨量207mm(1957年7月I4日)，一次最大降雨量为443.4mm(1965年7月5日~18日)。蒸发量：历年最大蒸发量1985.7mm（1978年），最小1603.2mm，(1975年)，平均1745.4mm。相对湿度平均68~73.16％。冬春季多西北风，夏季多东北风偶有东南风，最大风速183m/s(1982年4月21日)。每年12月至翌年3月为降雪和冰冻期，最大冻土深度19cm。据《中国地震烈度表》载，本区属六度地震区.河南省地震局受永城煤炭工业联合公司委托，提出“永城县地震基本烈度鉴定意见书”（（84）豫震烈字第002号文)，该文在分析了地质构造及本区地震史之后，认为.“本区不可交通位置图市江清应宝安淮杭运州扬江江镇京南锡无州常河湖芜城宣陵铜溪裕线长局务矿南淮湖家水淮肥合通南县明崇海上海黄港运连线湖马骆迁宿局务矿北淮寨河夹京北田煤谢潘阜淮线埠蚌苓芦集离符津山龙青善百县宿田煤阜青段城永州徐漯阜线川潢京九线商阜段丘商邑夏集杨苏江东山南河京州邳海州郑置位田井楼四陈城永至南线阳阜上海300KM陇浦图1-1能发生六级左右地震，主要是受邻区强震影响，其地震基本烈度六度是最适宜的。”又提出“鉴于永城煤炭储量丰富，现已投入建井，将来发展远景可观，据此建议，对特别重要的工程和建筑物，可提高1度设防。”煤炭部基建司对陈四楼矿井方案设计审查意见明确：“建筑物地震烈度均按6度设防，但对六大要害系图1-1陈四楼矿井交通位置图统按7度的构造措施设计。”1.1.3矿区开发历史及生产建设规划矿区现有生产矿井葛店煤矿、新庄煤矿、车集煤矿等8处。另外，已经逐步形成了煤矿产业链，除部分大件煤矿机械外，基本可以满足煤矿建设需要。1.1.4矿井建设的外部条件矿井工业场地至矿区集配站的铁路专用线正线里程15.86km。新、老两条永砀公路，分别自工业场地两侧经过，将矿井工业场地与铁路干线和土产材料产地连通，交通条件较好。矿井永久电源由永城220KV变电站供给。地方集资兴建的永城110KV变电站，可作为本矿井建井期的施工电源。为确保施工安全，另一回电源可取自新庄矿井。矿区热电站应尽快建设。经初步勘探证实，上第三系孔隙承压水，无论其水量和水质均可满足本矿井永久水源的要求。矿区北部的芒山，生产白灰、石子、料石等土产材料。水泥、钢材木材等亦可通过公路运至本矿。矿井建设的外部条件比较落实、可靠。1.2地质特征1.2.1地层永城煤田为华北型沉积，地层分区属华北区、鲁西分区、徐州小区的范畴。本井田无基岩出露，全都被新生界冲积层所覆盖，缺失上奥陶统至下石炭统、三迭系至第三系古新统两段。钻探揭露的基岩地层上至石千峰组（平顶山砂岩)，下至中奥陶统马家沟灰岩，厚度约1100m。自下而上叙述如下:1、中奥陶统马家沟组(O2m)，由白云质灰岩、灰岩组成，井田内揭露厚度30~45.20m。2、石炭系(C2~3)，假整合于中奥陶统之上；中统本溪组（C2b)，由铝质泥岩及山西式铁矿组成，厚度2~22m，平均8.78m；上统太原组（C3t），由9~11层薄至中厚层状灰岩和泥岩、砂质泥岩及粉、砂岩组成，间夹不可采煤层3~5层，厚度93~164m，平均133m；3、二迭系(P)，揭露厚度961.2m，下统齐全，上统K6标志层以上多被剥蚀；山西组（P1S），厚度89.94~131.78m，平均106.43m，由泥岩、砂质泥岩、砂岩及煤层组成。二2煤层赋存于中部，下以K3灰岩标志层顶界与石炭系分界，上以K4鲕状铝质泥岩底界与下石盒子组分界；下石盒子组（P1x），厚度48.63~112.27m，平均74.92m，由泥岩、砂质泥岩、砂岩及三煤组组成，以K5砂岩标志层底界与上石盒子分界；上石盒子组（P2s），钻孔穿见厚度728.98m，共分四段，每段底部都以一层稳定的砂岩标志层相分界（K5~K9），其基岩组成也是以泥岩、砂质泥岩、粉砂岩及砂岩为主，不含具有工业价值的煤层。4、新生界（R2）井田内覆盖层中，仅有上第三系和第四系，缺失下第三系。厚度300~430m，平均348.73m。由粘土、亚粘土、亚砂土及中、细、粉砂交互成层。上第三系为河湖相沉积，直接覆盖于古生界之上。详见井田地层划分表1-1。1.2.2地质构造新华夏体系及东西向构造构成永城煤田的骨架，本煤田有永城背斜及北部的孔庄—芒山背斜组成。陈四楼井田位于永城隐伏背斜之西冀，大致呈单斜构造，总体走向NNW，倾向SWW。受多期构造运动的影响，褶曲、断裂均较发育。地层倾角在露头处局部较大，向深部逐渐变小，一般为4º~8º，局部8º~10º。局部偏大。1、褶曲井田内褶曲比较发育，近东西向的自南向北有八里庙向斜、胡庄背斜、小陈庄向斜及汉陈向斜等。表1-1井田地层划分表地层系统厚度（m）最小-最大界系统组段符号标志层代号平均新生界第四系|第三系R2300-430348.73古生界二叠系上二叠统石千峰组—P2Sh1K9残厚51上石盒子组四P2S4K8172三P2S3K7200二P2S2K6233—P2S1K581.65-150.68124.08下二叠统下石盒子组P1xK448.53-112.2774.92山西组P1s89.94-131.78106.43石炭系上统太原组CatK3K2123.09-201.86151.54中统本溪组CabK12.0-22.08.78奥陶系中统马家沟组Ozm揭穿402、断裂井田内断裂构造均为正断层，据葛店煤矿井下及芒山地表所见，推定断层面倾角均为70º。发现并已被控制的断层4条，以NNE向断裂为主，近东西向断裂也较发育。表1-2断层特征及控制情况断层延展方向倾角（°）长度（m）落差（m）可靠度编号性质F1正东西531900.5033AF2正东西70800.1410AF3a正东西59566.800-27AF3b正东西59950.5327BF4正东西58-682004.4617-107B3、岩浆活动据侧定，井田内岩浆岩活动大致有两个期次：基性岩偏老为华力西运动晚期产物，酸性岩为燕山运动早~晚期产物。基性岩主要为辉绿岩，一般在三煤组中顺煤层侵入三4、三22 、三5煤层中，呈岩脉或岩席产出；酸性岩主要为闪长岩类及花岗岩类，呈岩墙及岩席产出。受岩浆岩侵入影响地段，使煤层结构复杂，或变为天然焦，降低了煤层的经济价值。1.2.3水文地质1、含水层及隔水层特征自上而下分为四个含水组：1）新生界孔隙含水组：区内松散地层沉积为冲积及湖积，其厚度受古地形影响而东薄西厚、南薄北厚。含水砂层一般为1~12层，平均总厚86.34m。浅部以大气降水垂直渗入为主，中部及深部以水平侧向渗透为主。属孔隙承压水，q=0.004~7.0/s·m，K=0.6~23m/d。含水砂层之间及其与基岩之间有厚度比较稳定的粘土层，形成天然的隔水屏障，局部地段与基岩处有透镜状砂层，即所谓“天窗”，对浅部开采会具有一定影响。2）二迭系砂岩裂隙，孔隙含水组：主要由上、下石盒子组及山西组砂岩裂隙孔隙承压水组成。其补给方式以水平侧向渗透补给为主，渗透能力差，富水性弱，迳流滞缓，以静储量为主，易于疏干。q=0.1213/s·m，K=0.568~3.91m/d，水质类型为SO4-Na。3）石炭系灰岩岩溶裂隙含水组：主要含水岩层为石灰岩(11层)。灰岩以L2、L3、L4、L7、L8、L9、L10七层比较稳定，岩溶裂隙比较发育，但多被泥质或钙质充填。补给方式为远方侧向渗透补给。q=0.000685~2.068/s·m，K=0.00492~7.473m/d。水质类型SO4~CaNa，矿化度2q/l。4）奥陶系岩溶裂隙含水组：区域范围内，在安徽省闸河煤田东西两侧出露，本煤田仅在芒山有局部出露。岩溶发育，富水性强。补给方式以远方水平渗透为主。q=0.000685~15.7/s·m，K0.002~7.473m/d。水质类型SO4~CaNa，矿化度2.206~4.43g/l。2、井田水文地质条件本井田水文地质类型为中等—简单，其主要依据是：1）直接充水含水层，三煤层和二煤层顶板砂岩含水性弱，单位涌水量一般小于0.01/s·m，为简单类型；2）上复新生界含水层与基岩界面之间有厚度大于30m的粘土层阻隔，正常地段对煤系地层无充水作用；3）下伏太原组灰岩含水层与二2煤层之间有砂岩和泥岩组成的隔水层，厚度在50m以上，正常地段二2煤层的开采不存在底板突水的威胁；4）井田内断层富水性及导水性弱，q0.001/s·m；5）主采煤层顶底板岩层稳定；6）矿床远离地表水体。3、矿井预计涌水量井田南部和西部均以断层构成阻水边界，东部煤层露头与粘土隔水层相接，只有北界F1断层使二2煤与对盘太原组灰岩相接，可视为弱补给边界。采用“集水廊道”法计算，矿井预计正常涌水量894m3/h（其中：K5砂岩328m3/h，三煤组291m3/h，二煤组275m3/h）；最大涌水量1200m3/h。1.3煤层特征1.3.1煤层井田内含煤地层自下而上为石炭系上统太原组、二迭系下统山西组，下石盒子组及二迭系上统上石盒子组。共含煤17~20层。煤层总厚15.85m。其中有经济价值的为下二迭统的山西组及下石盒子组。该两含煤地层总厚度平均186m，煤层总厚12.42m，含煤系数58%。其中山西组的二2煤层为主要可采煤层，下石盒子组中局部可采的煤层有三1、三22、三4三层。二2煤层为一稳定~较稳定、结构简单(偶含泥岩夹矸一层)的厚煤层。全区稳定可采。三1煤层，层位稳定，平均厚度1.30m，其可采范围集中在08线以南。04线以南以单层结构为主，以北渐变为双层结构，未受岩浆岩破坏。各煤层特征见表1-3。1.3.2煤质各煤层均为高变质阶段的年青无烟煤。二2煤层低灰分，特低硫，高发热量；理论分选比重1.7时，可选性为易至极易选；化学活性好；抗碎强度及热稳定性中等，可作动力及民用煤，亦可用于气化。三煤组各煤层煤质的共同点是：中至富灰分(三1煤为富灰)，特低硫，高熔点。中至高发热量；理论分选比重1.7时，可选性中等；化学活性一般不佳；热稳定性差~中等；强结碴，不易磨。可作动力、发电及民用煤。各煤层煤质主要特征见表1-4。1.3.3开采技术条件1、煤层顶底板二2煤层顶板以砂岩为主，完整性和稳定性较好，顶板较易管理，底板一般不会发生“底鼓”；三煤组各可采煤层由于层间距小，砂岩厚度薄且稳定性较差。表1-3各煤层特征表表1-4主采煤层煤质特征表2、瓦斯井田内瓦斯含量普遍较低，一般小于1cm3/g；瓦斯风化带分布很广很深，除个别富集点之外，都属瓦斯风化带，直至-800m以深