地质工程毕业设计（论文）-浅谈回坡底煤矿地质构造对瓦斯赋存的影响.doc

本科毕业论文本科毕业论文 浅谈回坡底煤矿地质构造对瓦斯赋存的影响浅谈回坡底煤矿地质构造对瓦斯赋存的影响 discussion on the back bottom of geological structure in coal mine on the effect of gas bearing 学院（部）： 地球与环境学院 专业班级： 地质工程 学生姓名： 指导教师： 2012 年 11 月 28 日 浅谈回坡底煤矿地质构造对瓦斯赋存的影响浅谈回坡底煤矿地质构造对瓦斯赋存的影响 摘 要 随着国民经济对煤炭资源需求的不断增加，煤矿的开采强度和 深度进一步加大，煤与瓦斯突出、瓦斯爆炸和其他瓦斯事故已经成 为影响煤矿生产安全和矿工生命安全的最重大的安全因素。 瓦斯赋存条件和分布情况主要是受区域地质构造控制，同时也 受局部地质条 件的影响。因此研究瓦斯必须与地质条件相结合，探索地质构 造、沉积环境、地质活动与瓦斯生成、运移、赋存及释放的相互作 用关系。因而选择研究回坡底矿区的地质构造对煤层瓦斯的控制作 用，掌握瓦斯分布规律和储存状态，防治矿井瓦斯灾害，确保煤矿 安全生产，有着重大的意义。 关键词：地质构造关键词：地质构造 瓦斯瓦斯 断层断层 discussion on the back bottom of geological structure in coal mine on the effect of gas bearing abstract with the development of national economy of coal resources on demand unceasing increase, coal mining intensity and depth is increased further, coal and gas outburst, gas explosion and other gas accident has become the impact of coal mine production safety and miner life safety is the most important factor of safety. gas occurrence conditions and distribution is mainly affected by the regional geological structure control, but also by the local geologic conditions the effect of. so the study of gas and geological conditions of combining exploration, geological structure, sedimentary environment, geological activity and gas generation, migration, accumulation and release of interaction. therefore to study the bottom slope mining area geological structure to coal seam gas control action, grasp the gas distribution rule and the storage state, prevention and control of mine gas disaster, and ensuring safe production of coal mines, is of great significance key words: gas fault geological structure 目 录 1 绪论 1 1.1 选题背景 1 1.2 国内研究现状 1 1.3 国外研究现状 3 1.4 研究内容 3 2 矿区概述及井田地质特征5 2.1 矿区概况 5 2.1.1 交通位置 5 2.1.2 地形地貌及河流 5 2.1.3 气象 5 2.1.4 地震 5 2.1.5 矿井周边小窑情况 6 2.1.6 农业概况及建材供应等情况 6 2.1.7 水源情况 6 2.1.8 电源情况6 2.1.9 井田界限 6 2.2 井田地质特征7 2.2.1 地层7 2.2.2 煤层.10 2.2.3 煤质.11 2.3 断层与褶皱.12 2.3.1 断层.12 2.3.2 褶皱.13 2.3.3 陷落柱 .13 2.4 水文地质 .14 3 地质构造与煤层瓦斯的关系.14 3.1 瓦斯.14 3.1.1 煤与瓦斯突出 .14 3.1.2 瓦斯风化带 .15 3.2 区域构造与瓦斯赋存的关系 .16 3.2.1 区域构造对瓦斯储存的影响.16 3.3 小断层对瓦斯涌出的影响.18 3.3.1 一般原理.18 3.3.2 断层落差与瓦斯涌出量的关系.19 结论20 参考文献.21 致 谢22 附图表23 安徽理工大学毕业论文 第 1 页 共 25 页 1 绪论 1.1 选题背景 瓦斯是指在煤矿生产过程中，从煤层、岩层和采空区放出的各种有害气体 的 总称，且具有不同的组成成分和性质。甲烷是瓦斯的的主体成分，主要来自于 煤层，它构成威胁煤矿开采的主要危险，所以狭义的矿井瓦斯一般是指甲烷。 存在于煤系地层中的瓦斯，严重威胁矿工的人身安全和安全生产。当瓦斯 浓 度达到 43%时，人会感觉到呼吸短促;当瓦斯浓度达到 57%时，就可以使人窒息 死亡。而且瓦斯气体分子直径只有 0.41nm，扩散速度是空气的 1.34 倍，扩散 性极强，因而能能在巷道中以很短的时间扩散开来。在矿山生产中，最严重的 灾害是瓦斯突出问题。它是一种煤与瓦斯突然运动的动力现象，能摧毁井巷设 施、破坏矿井通风系统，使井巷充满瓦斯和煤岩抛出物，造成人员窒息，煤流 埋人甚至可引起瓦斯爆炸与火灾事故，导致生产中断等。 为预测和防治煤与瓦斯突出，各产煤国都投入了大量的人力、物力和财力， 并建立了专门的研究机构对其进行研究，特别是对高、突瓦斯矿井的研究。近 年来，少数低瓦斯矿井由于瓦斯规律不明，平时对突发的局部瓦斯异常涌出疏 于防范，重视不够，连续发生一系列重大的矿井瓦斯事故，给国家和人民的生 命、财产造成不应有的损失，引起了煤炭行业的广泛关注，低瓦斯矿井的瓦斯 研究工作也日益受到人们的重视。 瓦斯分布与煤的形成密切相关，又与煤层形成之后各种地质变化和构造变 动 密切相关，煤系地层在后期地质构造的改造作用下，煤体结构破坏、比表面积 增大、地应力集中，为瓦斯的运移和赋存提供了条件;同时地质构造破坏了围岩 的结构，影响瓦斯的渗透和扩散，因此地质构造是影响瓦斯的赋存主要因素， 已经成为当今瓦斯研究工作的热点。 1.2 国内研究现状 我国对煤层瓦斯赋存和分布地质条件的研究更为广泛。上个世纪 60 年代， 抚顺煤矿安全研究所就开始了瓦斯赋存地质条件的研究，指出瓦斯的赋存与地 安徽理工大学毕业论文 第 2 页 共 25 页 质构造有关。我国较系统地开展瓦斯地质工作是在 70 年代，焦作矿业学院和四 川矿业学院先后成立瓦斯课题研究组，开展了大量的瓦斯地质调研工作，均取 得了相应的成果。80 年代，焦作矿业学院杨力生(1983)领导的瓦斯地质编图组 是全国瓦斯地质研究的普及;瓦斯区域论的提出标志着地质条件 对瓦斯赋存控制理论的形成，阐述了瓦斯分布和突出分布的不均衡性、分区分 带 性与地质条件有关，并受地质因素制约。张祖银(1992)对我国瓦斯地质规律的 研究指出，煤层中高瓦斯含量是突出的地质基础，构造煤是突出的必要条件， 压 性和压扭性构造的发育是导致突出的重要因素，它有助于构造煤的形成和在地 应 力条件下有助于高压瓦斯的聚积。 20 世纪 90 年代末至今，是我国煤炭行业高速发展的时期。随着国民经济 的 需要，煤炭开采的深度和难度也越来越大，瓦斯的赋存和分布情况越来越复杂， 瓦斯灾害等矿难事故出现的频率越来越高。人们在研究瓦斯突出的机理和防治 措 施时，注意力集中到构造煤上。瓦斯分布与构造煤的形成密切相关，又与煤层 形 成之后各种地质变化和构造变动密切相关。在影响矿井瓦斯的诸多地质因素中， 一致认为地质构造是非常重要的因素。 根据不同矿区以及同一矿井不同地段瓦斯分布的不均匀性这一现象，周克 友 在文献中论述了矿井瓦斯的分布与地质构造的关系，指出了高瓦斯矿井和低瓦 斯矿井都存在预防瓦斯事故的问题。王生全等通过分析地质构造与煤层瓦斯含 量、涌出量及煤与瓦斯突出之间的关系，总结出地质构造控气(煤层瓦斯)的四 种类型对矿井开展瓦斯预测与防治有指导作用。张国辉等用地质动力区划方法， 分析了淮南煤田瓦斯赋存状态与区域地质构造的关系，认为淮南煤田处在两个 相交的凹地区域，它决定了淮南煤田的富含瓦斯性，指出煤田处于长期沉降， 具备了瓦斯突出的地质动力条件。刘红军通过对长平矿井的区域地质条件进行 分析，结合井下采掘过程中发育的地质构造及其采掘工作面的瓦斯涌出情况， 总结显现规律，揭示地质构造特征与瓦斯赋存条件两者之间的关系，为今后采 安徽理工大学毕业论文 第 3 页 共 25 页 掘过程中提高地质和瓦斯预测预报准确度积累经验，可有效地指导井下生产， 杜绝灾害事故发生。 不同的构造形态的性质和成因不同，因而对瓦斯的控制作用不同。康继武 从对褶皱变形与煤层瓦斯聚集的关系，提出了褶皱控制煤层瓦斯的 4 种基本类 型;从理论上解释了褶皱轴部具有聚集和逸散瓦斯双重性的原因，为褶皱发育区 进行 瓦斯灾害预测提供了依据。宋荣俊等在研究断裂构造对刘桥二矿的瓦斯分布起 重要的控制作用，指出大中型张扭性断层及压扭性逆断层分别起一定的释放和 封闭作用，瓦斯在小型的断裂构造附近易午集聚，在矿井生产过程中常造成瓦 斯异常涌出等事故。宋三胜等根据生产实践中揭露的构造资料结合瓦斯监测资 料，详细分析了瓦斯涌出与构造的关系，探讨了中小断层构造控制瓦斯的规律， 论述了中小断层构造与工作面瓦斯涌出的关系，为矿井安全生产及瓦斯治理提 供了基础和依据。另外，影响瓦斯赋存的地质构造的探测技术己经很成熟，主 要是红外线和地质雷达这两种探测方法。 1.3 国外研究现状 在国外，以苏联、法国、英国、澳大利亚等国对瓦斯地质方面研究较为详 细。其中，法国早在 1914 年已设立了“防治煤与瓦斯突出的专门委员会” ，从 地质的角度研究瓦斯的分布规律，防治突出。前苏联自 50 年代就开始了瓦斯地 质研究，与 1951 年设立了“防止煤和瓦斯突出中央委员会” ，通过研究，指出 瓦斯的分布受地质因素控制，具有不均匀分布的规律性，与构造复杂程度、煤 层围岩、煤变质程度有关。英国的 david p 提出在煤系地层中地质构造对瓦斯 的赋存状态和分布情况的影响起主导因素门，建议加强地质构造的演化与瓦斯 地质规律的研究。澳大利亚的 jshherd (1981)对地质构造与瓦斯突出的关系也作 了广泛的研究。 目前，一致认为，煤层瓦斯的赋存状态和影响瓦斯灾害的地质条件是含煤 地层经历历次构造运动演化的结果。bibler 等学者9在研究全球范围的瓦斯涌 出现象时，指出矿区构造运动不仅影响煤层瓦斯的生成条件，而且影响瓦斯的 保存条件。英国的 frodsham k 等人认为地质构造对煤层的影响是在构造挤压、 剪切作用下，煤层结构破坏，形成发育广泛的构造煤，为瓦斯的富集提供了载 体。huoyin li 等人通过模拟试验证实了构造煤是瓦斯的富集体，并指出构造煤 广泛发育煤田中地质构造附近。 1.4 研究内容 瓦斯赋存条件和分布情况主要是受区域地质构造控制，同时也受局部地质 安徽理工大学毕业论文 第 4 页 共 25 页 条 件的影响。它们与地质历史上古构造应力的强弱有密切关系。井田地质构造控 制 煤厚变化，而地质构造、煤厚变化又控制或影响着煤体结构类型的分布，主要 表 现为瓦斯赋存的控制。因此研究瓦斯必须与地质条件相结合，探索地质构造、 沉 积环境、地质活动与瓦斯生成、运移、赋存及释放的相互作用关系。地质构造 及 煤体变形，都是在成煤后期改造作用形成，由于地质构造特征是对矿区或矿井 总 体上起控制作用的构造，往往对煤和瓦斯的分布具有显著的作用和明显的差异。 因而选择研究回坡底矿区的地质构造对煤层瓦斯的控制作用，掌握瓦斯分布规 律和储存状态，防治矿井瓦斯灾害，确保煤矿安全生产，有着重大的意义。 安徽理工大学毕业论文 第 5 页 共 25 页 图 1-1 回坡底矿交通位置图 安徽理工大学毕业论文 第 6 页 共 25 页 2 矿区概述及井田地质特征 2.1 矿区概况 2.1.1 交通位置 回坡底煤矿隶属于霍州煤电集团公司。其矿井工业场地位于山西省洪洞县 城西北刘家垣镇回坡底村东 1.0km 处，距洪洞县城 25km，距赵城发煤站 17km， 紧邻赵（城）克（城）公路，公路交通方便。 2.1.2 地形地貌及河流 矿区位于吕梁山南端东麓，汾河西岸，地形切割强烈，沟谷纵横形成了以 黄土梁、塬、峁为特征的低山基岩丘陵地貌。主要山梁走向近南北向，沟谷纵 横，地形复杂。最高点位于区西北边界沟北村东北山梁，标高 985.2m，最低点 位于东北边界沟谷，标高 624.17m，相对高差 361.03m。 本区地表水属汾河流域黄河水系。本区东部边界申村张泉村一线南北向 山梁，形成了小型分水岭，其西侧冲沟水向南汇集于洪洞午阳河，然后向南东 经洪洞许村注入汾河；其东侧冲沟水向北东汇入团柏河，然后向南东经洪洞县 干河村北注入汾河。区内沟谷旱季干涸，雨季洪水猛涨，雨停则锐减为细流或 干涸，总述区内河流属季节性河流。 2.1.3 气象 本区地处低山黄土丘陵区，四季分明，昼夜温差较大。据洪洞县气象站观 测资料，降水量 316.7542.0mm,年平均降水量 428.03mm,蒸发量 1380.81820.6mm,年平均蒸发量 1587.03mm,蒸发量大于降水量 3.7 倍，冬春 少雨，夏末秋初雨水较大，且多集中在 7、8、9 三个月。年平均气温 15.8, 结冰期在 11 月下旬至次年 3 月上旬,最大冻土深度为 530mm。无霜期 180 天左 右。夏季多东南风，冬季多西北风，最大风速 18m/s，属温暖带季风型大陆气 候。 2.1.4 地震 据中国地震动峰值加速度区划图 ，该区地震动峰值加速度为 0.20，相 当于地震烈度 8 度区。 2.1.5 矿井周边小窑情况 井田内小煤窑全部开采 2 号煤层，并且已经全部彻底关闭，根据对小煤窑 开采情况的调查，各小煤窑均无越界现象。 2.1.6 农业概况及建材供应等情况 本区多为山地，农产品主要有小麦、棉花、玉米、谷子、高粱、薯类、大 安徽理工大学毕业论文 第 7 页 共 25 页 豆等。工业生产以煤炭、电力、建材、化工为主。 2.1.7 水源情况 井田内无经济、可靠的地表水可利用。地下奥陶系石灰岩含水层可做为矿 井永久水源之一，但需做进一步的勘探工作。矿井建成后，井下正常排水量为 500850m3/h，经处理后可作为井下消防洒水及地面生产、防尘洒水、绿化等 用水水源。 2.1.8 电源情况 矿井采用 35kv 双回路电源，分别引自赵城 110kv 变电站和三交河矿 110kv 变电站 35kv 母线，矿井工业场地、二号风井场地分别建有 35kv 变电所。下井 电缆分别经主斜井、二号进风立井敷设至井下。 2.1.9 井田界限 原山西汾河焦煤股份有限公司回坡底煤矿采矿权已经山西省国土资源厅批 准，采矿证号为 c1400002009091220036032，登记面积为 4.8385km2，批准开采 10 号、11 号煤层，本次扩界后井田形态呈北东南西向长条多边形分布，北东 南西长约 9km，北西南东宽约 4km，面积为 40.044km2。井田范围：本井田 位于万安详查区的北部，团柏扩区西部，其拐点座标为： 1、x=4042541.21 y=19550650.97 2、x=4038251.20 y=19552830.99 3、x=4037431.19 y=19551490.98 4、x=4038171.19 y=19551090.98 5、x=4037101.18 y=19549130.97 6、x=4036451.18 y=19549490.98 7、x=4034831.17 y=19548480.97 8、x=4034241.17 y=19547930.97 9、x=4033811.17 y=19547630.97 10、x=4033421.16 y=19547350.97 11、x=4037701.18 y=19542850.94 2.2 井田地质特征 2.2.1 地层 本区大部被新生界地层覆盖，仅在沟谷中自南东向北西依次零星出露山西 组、下石盒子组及上石盒子组地层。根据钻孔揭露，地层自下而上简述如下： 1、 奥陶系中统峰峰组(0) 区内北部地面局部出露；钻孔中一般只揭露其顶部 5-20m。仅 99 号钻孔揭 安徽理工大学毕业论文 第 8 页 共 25 页 露厚度较大，揭露奥灰 116.21m，其余探岩溶钻孔揭露厚度 100m 左右。 中统上马家沟组(02s) 区内揭露不完整，岩性为灰色白云质灰岩、泥质灰岩及石灰岩。 2、石炭系(c) 中统本溪组(c2b) 本组地层自 o2f 古风化面至 k1 石英砂岩底，平行不整合覆盖于中奥陶统峰 峰组之上。厚度 6.9524.99m，平均 15.18m。由浅灰色铝质泥岩、深灰色泥岩、 粉砂岩、灰白色细粒石英砂岩及不稳定的石灰岩和薄煤层组成。底部多为铝质 泥岩，具鲕粒，可见星散状、结核状黄铁矿，其层位俗称“山西式铁矿” 。中部 以泥岩为主，夹薄层石灰岩和煤层，微观鉴定石灰岩 90%为泥晶方解石和 9%的 生物碎屑，其碎屑成分有：腕足类碎片及刺、瓣腮类、有孔虫等。顶部多为泥 岩、粉砂岩。该组地层在东部较厚，20m 左右，中西部较薄，15m 左右。从岩性、 岩相及生物化石组合分析，属泻湖海湾沉积，局部不稳定的泥炭、沼泽化环境。 上统太原组(c3t) 本组地层自 k1 砂岩底至 k7 砂岩底。厚度 73.8497.86m,平均厚度 87.59m。为本区主要含煤地层之一。岩性主要以灰黑色泥岩、粉砂岩、煤层及 石灰岩为主，夹厚度变化较大的细中粒砂岩。据岩性组合及岩相特征将本组 地层划分三段： 下段（c3t2）：k1 砂岩底至 k2 石灰岩底。厚度 15.9649.06m,平均 26.19m。主要由石英砂岩、铝质泥岩、粉砂岩及 9、10、11 号稳定可采煤层和 02 层薄煤层组成。底部中细粒石英砂岩呈灰白色、质密、坚硬、质纯，镜 下鉴定碎屑占 95%，填隙物占 510%，碎屑中纯净的石英颗粒占 98%以上，孔 隙式硅质胶结。该砂岩上部的灰黑色泥岩、粉砂岩中含大脉羊齿、栉羊齿等化 石。 中段（c3t2）：k2石灰岩底至 k4 石灰岩顶（或 k5 砂岩底） 。厚度 24.4140.11m,平均 31.88m。岩性主要由三层石灰岩、泥岩、粉砂岩和薄层砂 岩组成，夹 24 层不稳定局部可采的薄煤层；底部为厚层状含生物碎屑石灰岩， 厚度 1.2311.32m，平均 9.11m。上部夹燧石条带。镜下鉴定泥粉晶基质和生 物碎屑分别占 8085%和 1520%，基质中方解石含量达 98%以上。生物碎屑主 要有蜒、有孔虫、腕足碎片、海百合茎和苔藓虫碎片等。k2石灰岩至 k3 石灰岩 间夹泥岩、细粒砂岩及 02 层不稳定的薄煤层，k3石灰岩变化较大，局部地段 相变为砂岩、粉砂岩。k3k5 间以泥岩为主，夹不稳定的粉砂岩、砂岩及 7、7 下号煤层，上部 k4石灰岩发育不好，仅分布在扩区西部，中部地段相变为 安徽理工大学毕业论文 第 9 页 共 25 页 粉砂岩。 上段（c3t3）：k4 石灰岩顶或（k5 砂岩底）至 k7砂岩底。厚度 17.1043.60m,平均 30.44m。以黑色泥岩、粉砂岩为主。夹薄层砂岩及海相泥 岩，含 14 层不稳定的薄煤层（其中 6 号煤层为局部可采煤层） 。底部 k5 砂岩 主要由碎屑和填隙物组成，分别占 80%、20%。填隙物以粘土杂基为主，约占 80%以 上，碳酸盐胶结物少量、孔隙式胶结。局部 k5砂岩相变为粉砂岩、泥岩。 总述，本组地层沉积厚度有一定规律，大致上以 8 勘探线为界，东、西部 较厚，中部较薄。 3、二叠系(p) 下统山西组(p1s) k7 砂岩底至 k8 砂岩底。为本区主要含煤地层之一。与太原组地层整合接 触，厚度 29.2053.39m,平均厚度 42.95m。岩性以深灰色泥岩、粉砂岩和灰色、 灰白色细中粒砂岩为主。含煤 47 层，其中 1、2 号煤层为不稳定的局部可 采煤层或不可采煤层。 本组厚度变化不大，中西部 701 号、89 号孔一带相对较薄，西北部较厚。 k7 砂岩为灰白色细中粒长石石英砂岩，厚 016.50m，平均 3.81m。成 分主要以碎屑和填隙物构成，分别约占 8085%和 1520%。碎屑以石英为主， 石英含量约占 80%以上，长石约占 1015%，多已高龄石化和绢云母化，含少量 云母。胶结物以粘土杂基为主，占其总量的 95%，结晶方解石约占 5%左右。中 细粒结构、磨园度和分选性较好，多呈次棱角状。具大型斜层理，含泥质包 裹体，厚度变化趋势为北部、东北部较厚，中南部较薄。 下统下石盒子组(p1x) 与下伏山西组地层整合接触。由 k8 砂岩底至 k10 砂岩底，厚度 63.14120.73m，平均 89.37m，本组按岩性组合分为两段。 下段（p1x1）：由深灰色、灰色粉砂岩、泥岩及薄层细中粒砂岩间互成 层组成，夹有 12 层不稳定的薄煤层，厚 32.7255.54m，平均 42.47m，本段 总的变化趋势，西部较薄，东部较厚。底部 k8 为中细粒长石石英砂岩，成分 以石英为主，占碎屑的 85%，长石占 10%，含少量黑云母，分选中等，磨园中等 好，多呈次园状，孔隙式胶结，厚度 011.92m，平均 2.94m，局部相变为粉 砂岩。 上段（p1x2）：k9 砂岩底至 k10 砂岩底，为灰色、灰绿色粉砂岩、泥岩和 灰白色微带绿色的细中粒砂岩互层。厚 25.7572.57m,平均 47.07m。本段顶 部为一层稳定的铝质泥岩，呈灰白色含紫色斑块及铁质鲕粒，俗称“桃花泥岩” ， 为 k10 砂岩的辅助标志层。 安徽理工大学毕业论文 第 10 页 共 25 页 上统上石盒子组(p2s) 与下伏下石盒子组地层成整合接触。按岩性组合分为三段： 下段（p2s1）：k10 砂岩底至 k12 砂岩底，据钻孔揭露，厚度 130.10178.20m，平均 150.60m。k10 砂岩为灰白色厚层中、粗粒砂岩，以石 英为主，长石云母及绿色矿物次之，底部含砾石。钙质胶结，分选中等，呈次 棱角状，直线型斜层理，厚 2.0018.83m，平均 6.88m。其上为灰绿色、紫红 色、灰黄色的粉砂岩、泥岩，夹数层灰绿色砂岩，中部夹灰及深灰色泥岩及粉 砂岩条带。 中段（p2s2）：k12 砂岩底至 k13 砂岩底。仅 501、701、901 号钻孔揭露， 厚 60.7094.25m,平均 73.02m。岩性为灰紫色、紫红色、灰绿色粉砂岩及泥岩 互层，夹 23 层细粒砂岩。k12砂岩主为灰白色、灰绿色厚层状中细粒砂岩 底部含砾石。厚度 1.4526.00m,平均 8.16m。 上段（p2s3）：k13 砂岩底至 k14 砂岩底。本段地层保存不完整，据 901 号 钻孔，揭露最大厚度 109.35m。底部 k13为灰绿色中粗粒砂岩,成分以石英为 主，长石次之，底部含细砾，粘土质胶结，厚度 2.705.00m，平均 3.71m。本 段岩性以紫红色、黄绿色、灰绿色粉砂质泥岩、粉砂岩为主，间夹数层细粒砂 岩。 4、第三、四系(n、q) 第三系(n) 区内沟谷中零星出露。不整合覆盖于不同时代的基岩之上。底部为半胶结 的砂砾石。其上为棕红色砂质粘土和泥质砂土。 第四系(q) 更新统以黄土为主，出露于山坡、山梁之上。全新统以洪积冲积砂砾层为 主，分布于团柏河之中。均不整合覆盖于各时代地层之上。 含煤地层 区内含煤地层为中石炭统本溪组、上石炭统太原组和下二叠统山西组及下 石盒子组，其中太原组和山西组为主要含煤地层。太原组地层含煤层 12 层，其 中全区稳定可采煤层 3 层（9、10、11 号） ，不稳定零星可采煤层 2 层（6、7 下 号） ；山西组地层含煤 5 层，其中含大部较稳定的 1 号煤；本溪组及下石盒子组 分别含薄煤层 2 层和 3 层。现就主要的含煤地层叙述如下： 石炭系上统太原组 太原组由泥岩、粉砂岩、石灰岩及煤层组成，夹不稳定砂岩。厚 73.8497.86m，平均 87.59m。厚度变化在走向上大致为南西部厚、北东部及 中部地带较薄；倾向上厚度变化不大。本组地层的沉积为滨海三角洲平原及前 安徽理工大学毕业论文 第 11 页 共 25 页 缘沉积，期间发生了三次较大的海侵，形成潮下低能带的三层石灰岩沉积，该 组岩性、岩相稳定，旋回结构明显。 下二迭统山西组(p1) 本组地层 k7 砂岩底至 k8 砂岩底。岩性主要由中、细粒砂岩、粉砂岩、泥 岩及煤层组成。厚 29.2053.39m，平均 42.95m，含煤层 7 层，其中较稳定大 部可采煤层 1 层，零星可采或不可采煤层 6 层。 本组地层的沉积继承了太原期的沉积特点，不同的是在海退作用占主导地 位前提下，该组下部为三角洲平原过渡带沉积，上部为上三角洲分流河道的洪 泛平原沉积。 总之，本区主要含煤地层太原组和山西组地层，通过各组地层厚度及各标 志层研究分析，总的认为其岩性岩相横向上变化不大且具有一定的规律性。 2.2.2 煤层 1、含煤性 本区主要含煤地层为上石炭统太原组和下山迭统山西组。 太原组含煤 11 层，煤层总厚平均 9.43m，平均含煤系数 10.8%。可采及局 部可采煤层总厚平均 7.55m，可采煤层平均含煤系数 8.6%。 山西组含煤层 7 层，煤层总厚平均 2.14m，平均含煤系数 5%，可采煤层总 厚平均 0.94m，可采煤层平均含煤系数 2.2%。 2、可采煤层 太原组下部 9 号煤为局部可采煤层，10、11 号煤层为全区主要稳定可采煤 层。太原组上段的 6、7 下号煤层及山西组的 1、2 号煤层属层位不稳定、厚度 变化大的局部可采煤层。 山西组号和 2 号煤层及其间距变化较大。 太原组 9、10、11 号三层煤层厚度变化不大或具规律性，间距稳定，煤层 厚度变化大，间距变化不大。 9 号煤层 位于太原组下段顶部，上距 7 下号煤层平均间距 20.87m。厚度 0.42- 1.63m，平均厚度 0.75m，一般不含夹矸，结构简单。顶板为 k2石灰岩，底板粉 砂岩为主，局部为泥岩或细粒砂岩。 9 号煤层为局部可采煤层。 10 号煤层 位于太原组下段上部，上距 9 号煤层平均间距 2.42m。厚度 1.84-3.05m， 平均 2.57m。一般不含夹矸或含一层夹矸，局部含 2 层夹矸。结构简单。顶板 粉砂岩为主，泥岩次之，底板细粒砂岩和泥岩为主，局部为粉砂岩。 安徽理工大学毕业论文 第 12 页 共 25 页 10 号煤层属稳定型全区可采煤层。 11 号煤层 位于太原组下段下部，上距 10 号煤层平均间距 7.11m。厚度 2.39-5.32m， 平均厚度 3.32m。一般含 2-3 层夹矸，个别点含 4-5 层夹矸。顶板粉砂岩、泥 岩为主，底板为泥岩或铝质泥岩。 11 号煤层属稳定型全区可采煤层。 2.2.3 煤质 1、物理性质与煤岩特征 （1）9、10 号煤层：黑色、玻璃光泽，条带状结构。阶梯状断口，垂直节 理发育，质脆易碎。主要由镜煤和亮煤组成，层间常夹有暗煤、丝煤，呈透镜 状。以光亮型煤为主。 （2）11 号煤层：黑色、强沥清光泽。锯齿状断口，节理不发育，致密坚 硬。主要由含较多的矿物质暗煤组成，局部稀疏而含有镜煤线理及条带。以半 暗型煤为主。 2、化学性质与工艺性能 （1）9、10 号煤属低-中灰、富硫、特低磷、中-高发热量、强粘结性煤气 肥煤。煤类为气肥煤、肥煤。 （2）11 号煤属中灰、中硫、低磷、中等发热量、中等粘结性煤。煤类主 要为 1/3 焦煤。 3、煤的可选性 （1）地质报告仅对 10、11 号煤的可选性作出评价。由于 9 号煤层薄，选 样量少、样碎，故未对 9 号煤的可选性作出评价。 （2）10 号煤可选性为极易选。精煤回收率为 92%，优等。 （3）11 号煤可选性为难选。精煤回收率为 61%，良等。 4、工业用途评价 （1）9、10 号煤层 属低-中灰、富硫、特低磷、中高发热量、强粘结性煤。煤质变化中等。煤 类为气肥煤和肥煤。由于有机硫含量高，很难洗去，故可作为动力用煤，也可 作为炼焦配煤。 （2）11 号煤层 属中灰、中硫、低磷、中高发热量、中等粘结性煤。煤类主要为 1/3 焦煤， 可用作炼焦配煤。 2.3 断层与褶皱 2.3.1 断层 安徽理工大学毕业论文 第 13 页 共 25 页 回坡底矿区处于万安详查勘探区的北部。下张端正断层下团柏正断层为其 南北自然边界，其构造形迹展布服从于区域构造规律，基本走向为北东向。扩 区内除西部及南西部零星出露上石盒子组地层及第三系地层外，东部大面积为 黄土覆盖，根据钻探成果，结合地表地质调查，历次勘查在区内共发现 15 条断 层。除北部上团柏断层与南东边界下团柏断层规模较大外，其余多为落差 525m 的小型断层，均为走向北东的正断层。回坡底煤矿井下揭露小断层 13 条,落差一般为 1-5m,地层倾角平缓，一般为 515，总体地层走向北东向， 倾向北西。南、北边界附近与大断层相伴生有宽缓的背、向斜，轴向和地层总 体走向一致，亦为北东方向。地表及钻孔中均未见到陷落柱，但在原回坡底矿 界范围内 10、11 号煤层井下揭露 14 个规模较小的陷落柱。纵观全区，构造复 杂程度应属简单类。 （1）上团柏断层 位于扩区北部边界附近，走向 nee，倾向 se，向北东、南西延伸出区外， 区内全长约 7.5km。断层北侧中奥陶统地层出露，东段石洼村附近沟谷中可见 下盘中石炭统本溪组地层与上盘的上二叠统上段地层直接接触，落差 550m。 （2）下团柏断层 位于扩区东南部边界，走向 n60e，倾向 se，为南东盘下降的正断层，落 差 280350m，地表下盘自西向东依次出露 p2s1、p1x2、p1x1、c3t3地层，上盘 为黄土覆盖，并受 91 号和 92 号钻孔，w9 和 96 号钻孔，团-14 和 105 号钻孔的 控制，该断层本区延伸 1.5km,两侧基本被新生界地层覆盖,落差 350m。向区外 北东没入汾河。 （3）f19 断层 为团柏扩区勘探施工的 901 号钻孔揭露的正断 k9 砂岩下部地层(p1x1)与 k7 砂岩上部地层（p1s）接触，落差 45m，倾向 se，因地表黄土覆盖，无出露点， 但据区内整体受力状态及断层总体走向推断该断层超产奖同为 n35e，延伸长 1100m。 （4）f20 断层 为团柏扩区勘探 1201 号钻孔所揭露的断层，据钻孔揭露缺失 9 号煤层底板 至 11 号煤层底板岩层，为正断层，据推断断层走向为 n53e，倾向 se，延伸 长约 500m，地表黄土覆盖，无出露点。 （5）其它断层 其它断层大部分在沟谷中有出露点或有钻孔，揭露均为正断层，倾向南东， 落差多小于 20m。 2.3.2 褶皱 安徽理工大学毕业论文 第 14 页 共 25 页 本区大部被新生界地层覆盖，仅在沟谷中有基岩零星出露，故据零星基岩 露头和地质产状及钻孔控制的煤层底板标高，查明有 4 条宽缓的背、向斜构造， 现分述如下： （1） 1 号向斜 位于 901、501 号钻孔一线北侧与上团柏正断层间。轴向与断层走向大致平 行，为上团柏断层上盘下降的牵引作用所形成的构造。轴部零星出露上石盒子 组上段地层，倾向 7-15，区内延伸长约 10.5m。 （2）2 号背斜 位于团-12、604 号钻孔一线，轴部北北东向，两翼倾角，北东翼约 7左 右，南东翼 5左右，轴部在沟谷中出露 p2s1和 p2s2地层，延伸长 3.00km 左右,该 背斜受地面地质产状和团-12、604 号钻孔对轴部的控制以及 503、603、401、504 号钻孔对两翼的控制，基本向北北东倾伏。 （3）3 号背斜 位于下团柏断层北西侧，为下团柏断层牵引形成的褶曲构造，轴向北东东 南西西向，北翼倾角 5左右，南翼受下团柏断层影响为 10左右。轴部出 露 p1s，p1x 地层。区内延伸长约 4.5km。轴部及两翼受团-14 及 506 号钻孔的 控制,基本向北东东倾伏。 （4）4 号背斜 位于 89、90 号钻孔西侧一线。轴向近南北向，两翼倾角 5左右，延伸长 约 2.5km。轴部及两翼受 89、84（区外） 、90、83 号钻孔及地质产状的控制,基 本向北倾伏。 2.3.3 陷落柱 扩区内大部被新生界地层覆盖，地表及钻孔未发现陷落柱，且从钻孔资料 分析奥灰岩溶不甚发育，反映 o2f 地下水活动性弱，陷落柱不易生成，在回坡 底矿井下揭露有陷落柱 14 个，又据北西界相邻团柏煤矿调查资料陷落柱的发育 密度为 29.6 个/km2，推断本区陷落柱在一些地区较发育，只是远不及团柏煤矿。 总之，本区地层走向西部变化不大，区内断层走向基本为北东向，倾向南 东，落差小，延伸短，地表及钻孔未发现陷落柱. 2.4 水文地质 本区由于受地堑式构造形态的影响，形成了近于平行的上、下团柏边界断 层，西北边界的上团柏断层，为倾向东南之正断层，落差 400m，根据断层性质 及接触关系可知，其属于导水断层；东南边界的下团柏断层，为东南盘下降的 正断层。两断层将地层切割呈条块状，决定了区内构造特点，大致走向北东， 安徽理工大学毕业论文 第 15 页 共 25 页 倾向北西的单斜构造，中部和南部伴有小形宽缓褶曲。 下团柏断层直接影响着扩区的水文地质条件，断层落差 110-320m，走向北 东向，西北部奥灰补给区地下水经过扩区西南部再通过断层，进入万安详查区， 然后向南径流到龙子祠泉排泄。确定断层为北北东向时为导水断层，原因是下 降盘奥灰一般埋藏变浅，一般在 261.15-358.30m，在 10 勘探线上，断层岩性 接触关系是：上升盘奥陶系 o2s 地层的含水层与下降盘 o2f 地层的含水层直接 接触，地下水便可通过断层而导水，岩芯鉴定发现 o2s 地层溶隙发育，具有峰 窝状溶洞，钻孔消耗达 12.05m3/h，而在下降盘一侧的 94 号孔，抽水试验表明 当水位下降 15.03m，单位涌水量为 0.38l/s.m，富水性明显大于 127 号孔的地 带，94 号孔向西南方向，从而可以证明下团柏断层转折北北东向后为导水断层。 3 地质构造与煤层瓦斯的关系 3.1 瓦斯 瓦斯主要以物理吸附和承压游离两种状态赋存于煤体中，两者处于动态平 衡状态，而且当温度和压力等客观条件变化时，便发生状态的转化;当压力增加 或温度降低时，部分自由态瓦斯可以转化为吸附瓦斯:反之压力减少或温度升高 时，部分吸附瓦斯也可转变为自由状态瓦斯，前者叫吸附，后者叫解析。瓦斯 的解析是一种吸热反应，这种现象与煤与瓦斯突出有一定的关系。 3.1.1 煤与瓦斯突出 煤与瓦斯突出(包括岩石与二氧化碳突出)是发生在煤矿井下采掘过程中的 一种极其复杂的瓦斯动力现象,在很短时间（几秒到几分钟）内，大量的煤岩和 瓦斯突然从煤岩体内部涌向采掘空间，产生不同程度的动力效应，可造成设施 破坏和人员伤亡事故的现象，是井下的严重灾害之一。 突出发生的一般规律: 1)危险性随开采深度增加而增大； 2)危险性随煤层（特别是软分层）厚度的增大而增大； 3)大多数发生掘进工作面，掘进面占 80%(其中石门占 6.75%)以上,采面占 15.8%； 4)石门突出平均强度最大； 5)突出前作业方式以放炮为主：放炮占 64.6%, 手、风镐落煤占 21%, 其 它占 12.1%； 安徽理工大学毕业论文 第 16 页 共 25 页 6)多发生在地质构造带和应力集中带； 7)多数突出有突出预兆。 回坡底煤矿由于地质构造的关系，使瓦斯含量相对较低，但是瓦斯依然是 矿井生产的重要安全问题。其多发生在应力集中带。 3.1.2 瓦斯风化带 赋存于煤层中的瓦斯通过各种方式由地下深处向地表流动，而地表的空气 和 生物化学作用所生成的气体沿着煤层和煤层围岩向下运动，使地表浅部的气体 形 成相反方向的交换运动。因此造成了煤层中各种瓦斯成分由浅到深有规律地逐 渐 变化，这就是煤层瓦斯的带状分布。 影响瓦斯风化带的地质因素很多，除埋藏深度外，含煤地层倾角、风化作 用 强度、煤层的围岩性质、煤层的结构破坏程度、地质构造情况、地下水作用、 冲 积层厚度等因素均可能影响瓦斯风化带的发育程度。因而，井田不同部位的瓦 斯 风化带下界深度会有所波动。 确定瓦斯风化带的深度对于预测瓦斯涌出量、掌握瓦斯赋存与运移规律以 及 搞好瓦斯管理工作都有十分重要的实际意义。在瓦斯风化带内的开采区域一般 为 低瓦斯的区域，但当通风不良和停风时，不但有 c02,从引起的窒息危险，而且 也有发生瓦斯爆炸的危险。 理论上讲，确定瓦斯风化带下部界限的指标应是瓦斯成分。但在实际工作 中，采矿界常采用相对瓦斯涌出量或者煤层的甲烷含量作为指标。 据调查收集，回坡底煤矿 2008 年矿井瓦斯测试结果：二氧化碳绝对涌出量 2.1m3/min，相对涌出量 3.2m3/t；甲烷绝对涌出量 3.1 m3/min，相对涌出量 1.6m3/t。批复等级属低瓦斯矿井。没有煤和瓦斯突出现象，但如果通风不良， 瓦斯聚集，也会发生瓦斯爆炸。 本扩区煤层瓦斯含量很低。ch4含量不到 1ml/g 可燃煤。瓦斯成分主要以 n2为主，占到 80%左右，而甲烷仅占到 1%左右，co2占到 20%左右。 3.2 区域构造与瓦斯赋存的关系 安徽理工大学毕业论文 第 17 页 共 25 页 地质时代含煤建造形成以后经历了漫长的地质历史时期，后期的构造活动 对 它们普遍进行了不同程度的改造，由于成煤时期先后有别，构造运动因地而异， 因而瓦斯在煤田分布状况，形态特征、赋存条件等方面均表现出很大的差别。 3.2.1 区域构造对瓦斯储存的影响 区域构造从规模上看主要是指煤田的主体构造和控制井田划分的主要构 造。不同形态类型的地质构造，地质构造的不同部位，不同的力学性质和封闭 情况，形成了有利于瓦斯赋存或排放的不同条件。封闭性地质构造有利于赋存 瓦斯，开放性地质构造有利于排放瓦斯。 1)褶皱构造与瓦斯赋存的关系 闭合而完整的背斜或弯窿构造并且覆盖不透气的地层是良好的储存瓦斯构 造。在其轴部煤层内往往积存高压瓦斯，形成“气顶” 。 （图 3-1a、b） 在倾伏背斜的轴部，通常比相同埋深的翼部瓦斯含量高，但是当背斜轴的 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，轴部含 量 反而比翼部少。向斜构造一般轴部的瓦斯含量比两翼高，这是因为轴部岩层受 到 强力挤压，围岩的透气性会变得更低，一因此有利于在向斜的轴部地区封存较 多的瓦斯。 （图 3-1e）但在开采高透气性煤层时，在向斜轴部相对瓦斯涌出量 反而比翼部低，这是因为开采越接近向斜轴部，瓦斯补给区域越来越窄小补给 瓦斯量越接近轴部越枯竭，以及向斜轴部裂隙较发育，煤岩透气性好，有利于 轴部瓦斯的流失的缘故。 受构造影响形成煤层局部变厚的大煤包(图 3-1c,d) 也会出现瓦斯含量增 高的现象。这是因为煤包周围在构造挤压应力的作用下，煤层被压薄，形成对 大煤包封闭的条件，有利于瓦斯的封存。同理，由两条封闭性断层与致密岩层 封闭的地垒或地堑构造也能为瓦斯含量增高区 ，特别是地垒构造由于往往有深 部供气来源，瓦斯含量会明显增大(图 3-1f、g)。 回坡底煤矿查明有 4 条宽缓的背、向斜构造，位于矿区四周，没有直接的 联系.1 号向斜延伸最长。除 2 号背斜没有发现断层外，1 号向斜、3 号背斜和 4 号背斜都与断层相连接，但是断层之间并没有相联系，因此轴部裂隙较发育， 有利于轴部瓦斯的流失。 安徽理工大学毕业论文 第 18 页 共 25 页 图 3-1 几种常见的瓦斯储存结构 1-不透气岩层 2-瓦斯含量增高部位 3-煤层 2)断裂构造与瓦斯赋存分布的关系 断层对瓦斯含量的影响比较复杂，一方面要看断层(带)，另一方面还要看 与 煤层接触的对盘岩层的透气性。 开放性断层(一般是张性、张扭性或导水断层)不论其与地表是否直接相通， 都会引起断层附近的煤层瓦斯含量降低，当与煤层接触的对盘岩层透气性大时， 瓦斯含量降低的幅度更大. 封闭性断层(一般是压性、压扭性、不导水，现在仍受挤压处于封闭状态的 断层)并且与煤层接触的对盘岩层透气性低时，可以阻止煤层瓦斯的排放，在这 种条件下，煤层具有较高的瓦斯含量。如果断层的规模很大，断距很长时，一 般与煤层接触的对盘岩层属致密不透气的概率会减少，所以大断层往往会出现 一定 宽度的瓦斯排放带。在这个带内瓦斯含量会降低（图 3-2c,d）由于断层集中应 力带的影响，距断层一定距离的岩层与煤层的透气性因受挤压而降低，故出现 瓦 斯含量增高区(图 3-2).图 3-2 表示煤层被两条封闭性逆断层分割成三个段块时 瓦斯含量分部的情况，段块 i 煤层有露头直通地面，下方无深部瓦斯补给，煤 安徽理工大学毕业论文 第 19 页 共 25 页 层 的瓦斯含量低;段块 ii 上下被封闭性断层圈闭，其上方流失瓦斯不多，下部无 深 部瓦斯补给，所以煤层的瓦斯含量较 z 高;段块 m 上部被断层封闭，下部有深部 瓦斯补给，和其它段块同一标高处的瓦斯含量相比最大。 回坡底煤矿区这种结构格局是井田所处的结构位置和特定的地应力作用的 结果。在这种局部主应力作用下，产生了井田一系列断层，其断层都为正断层。 通过观察附图 2 可以了解到，回坡底煤矿的断层之间没有直接的联系，结果造 成了矿井处于开放状态，瓦斯赋存条件较差，含量相对校低。 图 3-2 断层对煤层瓦斯含量的影响 1-瓦斯失散区：2-瓦斯含量降低区 3-瓦斯含量异常增高区 4-瓦斯含量正常增高区 3.3 小断层对瓦斯涌出的影响 断层两盘附近煤岩层中，发育有一系列开放性的伴生微小断裂或裂隙，物 充填，裂隙内很少见到有象断层面上所见到的构造泥膜，这种伴生的微小构造， 既有利于瓦斯赋存，更有利于瓦斯运移。 3.3.1 一般原理 不论断层大小，其瓦斯分布和变化的模式是基本相同的，只是变化幅度不 同而己。在断裂过程中，形成两个应力分布带，即地应力释放带和地应力集中 带，而瓦斯的分布也出现相应的分带现象。在断层处，应力释放，压力降低， 瓦斯部分逸出，出现谷值:由此向外，应力集中，压力升高，瓦斯聚积，开采时 涌出量增大，出现峰值;再向