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1.矿区概述及井田地质特征1.1矿区概述1.1.1 交通位置开滦矿务局吕家坨矿位于河北省唐山市古冶区境内,西距唐山18km,北距古冶9km地理坐标为东经11824,北纬3940。矿区交通便利。古吕钱公路南接唐港公路,北通205国道,津唐、唐港、京沈高速公路正在修建;矿区铁路专线吕古铁路和吕陡铁路与京山线接轨;水路运输东有秦皇岛港,西有天津港,南有新近建成的京唐港;水、陆交通发达,煤炭外销十分方便(见图11)。图11 矿井交通位置图1.1.2 地形、地貌吕家坨矿业分公司位于冀东平原。矿区地表为第四纪冲积平原,地势较平坦,海拔高度介于+22.74+31.13m之间,地形总体趋势为北高南低。矿井付井口标高28.286m,主井口标高27.826m,风井口标高30.198m,新风井口标高29.708m,混合井井口标高28.5m,宏文煤炭有限公司提升井井口标高32.6m,风井井口标高31.0m,矿内变电站标高27.9m。在井田的南部及东部,由采矿活动引起的地表沉陷在矿井周围形成了较多的塌陷积水坑,其中医院、东工房南部的塌陷积水坑已被人为填平,用于建设工厂及村庄搬迁,工业广场附近的塌陷坑96年最高洪水位为25.893m。1.1.3 河流及水体井田东部有一条沙河流过。沙河在井田东部由东北流向西南,属季节性河流,旱季有时断流,雨季流量较大。在沙河两侧建有沙河防洪堤坝,西侧沙河坝顶面标高30m;沙河距吕家坨矿工业广场十几千米,之间还有吕范公路、吕范铁路相隔(标高都在+30m),西侧沙河坝、吕范公路、吕范铁路可有效阻挡洪水进入吕家坨矿工业广场,沙河对吕家坨矿工业广场构不成水害威胁。1.1.4 气象及地震本区夏季炎热多雨,6、7、8月为雨季,地面径流流入沙河和塌陷坑。冬季干燥寒冷,冰冻期自11月下旬至3月上旬,冻土带深度一般为0.8m,属半大陆性气候,经多年观测,地表水体及大气降水与矿井涌水量的变化关系不明显。有地震记载以来,在唐山地区共发生有感地震约百余次,其中震级大于4.8级的有十余次,大于6级的有2次。最大一次地震发生在1976年7月28日,震级7.8级,极震区烈度11度。1.1.5 矿区经济情况区内农业以种植玉米、小麦、花生、水稻为主;工业主要有水泥、煤矿、陶瓷、钢铁、发电等产业;劳动力资源充足。1.1.6 水源及电源矿区由矿内净化水厂提供生产、生活用水,供水能力约为400万吨/年,另矿区内还有一座污水处理厂,提供一级B排放标准的中水,供水能力约为75万吨。矿区与两个电网相连接,一为华北电网,另一为开滦电网。距华北电网的距离为1.3km,距开滦电网的距离为9.5km。1.2 井田地质特征1.2.1 井田地质构造 吕家坨井田主体构造是吕家坨背斜。开平向斜是一赋煤向斜构造,煤系地层为石炭二叠系。向斜轴的总体方向约NE40,北部受青龙山背斜等北西南东向构造的影响,自古冶至唐家庄逐渐变为东西向,形成一弧形构造。向斜的两翼不对称:西北翼岩层倾角陡,甚至局部倒转,并伴随出现了一组与向斜轴大致平行的断层和短轴褶皱构造。东南翼岩层倾角相对平缓,向斜边缘出现两组短轴边幕状褶皱,轴向与开平向斜轴直交或斜交,并沿倾伏方向逐渐消失。其中一组由杜军庄背斜、黑鸭子向斜、吕家坨背斜、范各庄向斜、毕各庄向斜及南阳庄岭上背斜组成;另外一组在宋家营以南,规模不如前一组。东南翼断层的发育程度相对西北翼较低,且断层常分布在轴部附近,方向常斜交地层走向或平行褶曲的轴向,正断层为主,逆断层较少,落差一般小于30m。吕家坨井田以褶皱构造为主。井田内自北而南依次发育有黑鸭子向斜、吕家坨背斜、范各庄向斜、毕各庄向斜、南阳庄岭上背斜、小张各庄向斜等五个主要褶曲构造。黑鸭子向斜轴作为吕、林井田技术边界。吕家坨背斜为矿井的主体构造,约占井田面积的70%,其中深部还发育有次一级的褶曲构造。在井田南部,吕家坨背斜、毕各庄向斜、南阳庄岭上背斜、小张各庄向斜等褶曲构造复合,形成了董各庄盆地构造区和王各庄马鞍形构造区。1.2.2 水文地质吕家坨矿区位于开平向斜东南翼,区内地势较平坦,地面标高介于+22.74+31.13m之间,含煤地层位于第四系冲积层之下。地面径流不发育,降水大部分渗入地下补给潜水层,只有大雨或暴雨才形成地表径流,流入附近塌陷坑、幸福河或塌陷区等低洼地带。第四系冲积层厚度介于10.00103.50m之间,煤层露头带附近一般厚4060m,自西北向东南逐渐增厚。上部有分布广泛的以细砂层为主的潜水层,冲积层第一承压含水层由上下两段组成,含水较丰富,上段以中粗粒混合砂为主,下部以粗砂、卵砾石层为主,分布在勘探区中部。煤系地层覆于奥陶系灰岩之上,奥陶系灰岩为裂隙、岩溶含水层,煤系本身及其上部基岩具有若干个砂岩含水层,其下部有厚度约36m的唐山灰岩及薄层石灰岩34层,其含水性不均一。在背斜轴部附近,因受构造的影响,断层较为发育,但落差均不大,其导水性较两翼为强。1)含水层段(岩组)划分及水文地质特征根据开滦矿区统一的含水层划分标准,将区内含水层划分七个含水层(表5-1),其中、含水层为直接充水含水层,其它为间接充水含水层。现分别对冲积层含水层、基岩含水层叙述如下:冲积层含水层组()本含水层组由砾石、粗砂、中砂、细砂组成,卵石粒径在2050mm,磨圆度中等。此含水层组平均厚度34m,单位涌水量0.1033.68L/s.m,渗透系数0.7510.66m/d,富水性中等。上部水质为重碳酸氯钙镁型,下部为重碳酸钙镁型。其底部与基岩风化带呈不整合接触,第四系冲积层水通过基岩风化带经常性补给基岩含水层,不直接受季节和降水的影响。但是,由于风化作用,强风化带的砂岩变成了散砂状,粘土岩常变成软泥状,使裂隙弥合,相对阻隔了第四系含水层水向基岩含水层的补给。基岩含水层煤系地层中的各含水层组主要由不同粒径的砂岩组成,相邻含水层均由粘土岩和煤层相隔,其中以第、含水层组对矿井涌水量影响较大,为矿井采掘时直接充水含水层。作为煤系地层基底的奥陶系灰岩含水层(),含水性强,在正常情况下,不直接参与矿井涌水,但由于局部构造裂隙带的沟通,该含水层水也有可能涌入矿井。各含水层组含水性特征概述如下: 古冶组砂岩含水层组():本含水层组位于A层之上,厚约115m,岩性以砂岩为主,局部含砾,富水中等。为矿井间接充水含水层。5煤层顶板含水层组():该含水层组厚约220m,位于5煤层以上6m,岩性以中、细砂岩为主,具粗砂岩,泥硅质胶结、坚硬,主要成分为石英、长石、岩屑等,裂隙发育,单位涌水量0.276-1.728L/s.m,渗透系数0.91-1.37m/d,矿化度0.2210.456g/L,水质为重碳酸硫酸钠钙型。据钻孔简易水文及矿井实际涌水等分析,该含水层含水性不仅与岩性有关,同时也受补给条件和构造断裂控制,如吕家坨背斜轴部位、断层发育部位,钻孔钻进过程中泥浆冲洗液均发生大量漏失现象,背斜两翼及构造简单部位,泥浆冲洗液消耗则较小。1994年,4654工作面回采过程中,最大涌水量1.58m3/min,且不易疏干。总体来说,该含水层属含水性中等较强的含水层。7煤层顶板含水层组():该含水层组厚约30m,位于7煤层以上3m,岩性以粉砂岩、细砂岩为主,下部有中砂岩,局部见泥质胶结的粗砂岩,单位涌水量0.010.286L/s.m,渗透系数0.11518.063m/d,矿化度0.5050.297g/L,水质为重碳酸钙镁型。根据钻孔简易水文观测资料及矿井生产涌水量分析,该层含水性较弱,为矿井直接充水含水层。12煤层14煤层间含水层组():该含水层组厚约60m,位于12煤层以下4m,顶、底部由细砂岩及粘土岩组成,中部具厚层中粗砂岩且含砾,泥质及硅质胶结,裂隙较发育,钻进过程中常发生漏水现象。为矿井直接充水含水层,开拓巷道多布设在此层位,每遇裂隙均有滴水和淋水出现,给施工带来困难。在-950m水平延深勘探中,吕补16号孔对该含水层进行了注水试验,试验结果表明在吕家坨背斜北翼该含水层富水性及导水性均很弱,单位涌水量为0.0025L/s.m,渗透系数0.000014m/d。14煤层奥灰间含水层组():该层厚约130m左右,岩性以粉、细砂岩为主,夹数层灰岩(K4、K3、K2、K1)及底部G层铝土岩。其中唐山灰岩(K3)一般厚度3m左右,沉积较稳定,质不纯;单位涌水量为0.025L/s.m,渗透系数2.59m/d,水质为重碳酸硫酸钙镁型,据钻孔简易水文观测资料,该层含水性较弱,为矿井间接充水含水层。奥陶系灰岩含水层组():该层厚约420m,为煤系地层基底,与上部地层呈不整合接触,质纯。单位涌水量最大72L/s.m,渗透系数最大167.73m/d,富水性极强,矿化度0.1660.347g/L,水质为重碳酸钙镁型。岩溶裂隙发育,含水性强。在-950水平延深勘探中,有两个钻孔(吕补11、吕补13)揭露该层浅部,均揭露60余米,进行了水文地质试验,并留做水文长观孔。该层为矿井威胁最大的间接充水含水层。奥陶系灰岩下伏于煤系地层,距最下一层可采煤层达180m左右。奥陶系灰岩顶部以上3040m内的岩层主要由粘土岩和粉砂岩组成,直接接触处均有厚层粘土岩,起着良好的隔水作用。所以在正常情况下,二者之间的水力联系为极微弱。根据钻探取芯及抽水试验资料分析,奥陶系灰岩浅部岩溶、裂隙较不发育,单位涌水量在0.01870.322L/s.m之间,渗透系数在0.03080.491m/d之间,说明奥陶系灰岩含水层浅部富水性较弱。2)区域岩溶地下水的补给、径流和排泄奥陶系灰岩含水层由于其上部稳定发育的G层铝土岩及多层粘土岩、粉砂岩,正常情况下阻隔了奥灰含水层向煤系含水层的补给。奥灰水由煤系地层下部迂回而过,至范各庄、钱家营矿南部又与冲积层承压水相遇。所以,在自然条件下,井田东北部煤岩层露头处是奥灰水补给区,相邻范各庄矿、钱家营矿为地下水排泄区。3)矿井涌水量矿井涌水量不大,为130m/h。1.2.3 其他有益矿物本井田煤系地层中的伴生有益矿产有铁铝质泥岩、耐火粘土和稀有元素。经以往勘探采样分析,品位一般较低,目前尚无开采价值。1)A层铁铝质泥岩为灰紫紫红色,细腻、性脆,呈棱角状断口或贝壳状断口,含菱铁质鲕粒。全区普遍发育,厚度在3.1114.20m,平均7.46m,一般上部质地较纯,下部含铁量高,铝质含量低,未达到开采要求。2)3煤层底板和14煤层底板耐火粘土3煤层底板耐火粘土浅灰色褐灰色,细腻具滑感,含褐红色菱铁质鲕粒,顶部含植物根化石,厚度23 m,因含铁量高而达不到品位要求。14煤层底板耐火粘土灰色深灰色,富含植物根化石,团块状构造,厚度23m,因含铝量低而达不到开采品位的要求。3)稀有元素在煤质化验中表明,煤层中存在一定量的稀有元素锗、镓、钒等,其中锗含量1.0052.000ppm,镓含量16.16821.000ppm,钒含量0.0200.036ppm之间,都远远达不到开采品位。1.3 煤层特征1.3.1煤层煤层的结构和厚度总体上与勘探阶段一致,主采煤层煤质稳定,煤类单一。计算储量煤层为两层,即7号和8号煤层,总厚度8.8米。 7煤层: 勘探厚度3.85.2m,平均4.8m,除局部煤层变薄、局部受冲刷缺失外,实见煤厚、结构与勘探阶段相符合,为全区可采煤层。8煤层: 勘探厚度3.54.8m,平均4m,为全区可采煤层。全矿及邻区实见163个点,78煤层层间距最大15.14m,最小0.10m,平均4.44m。间距变异系数77.78。井田东、西部间距较小,向中部逐渐增大。在中部间距较大区中间又有一个形状不规则的间距缩小区。表1-1
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