杜儿坪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交通位置西山矿区位于西山煤田之东北边缘，地属太原市河西区，东距太原市20公里。杜儿坪井田在西山矿区之北部，西铭矿之南官地矿之北，地理位置为东经112°45′，北纬37°40′。杜儿坪矿区（以下简称井田）内多为沟谷山梁，地形切割剧烈，且大部分地区被森林覆盖。井田内交通除太—宁公路从矿区北部通过，太—古战备公路从矿区南部穿过外，村庄之间皆有羊肠小道相连，与公路仅有简易砂石路相通，交通不甚便利。但矿区对外交通却十分便利，铁路、公路均可经太原市通往全国各地，矿区距太原五一广场19.8km。铁路有太—古直达，公路有市郊线直达，终日班车往返。交通位置见附图1-1。1.1.2地形：井田位于山西高原吕梁山脉中段东翼，总体呈西南高、东北低的中山地区。井田内山高坡陡，沟谷深切多呈“V”字形，缓坡和低山地区有黄土黄土零星分布，山脊及坡陡处岩层裸露，风化剥蚀作用强烈，沟底多砂砾石。全井田大部分为松林植被，北部尤甚。井田内最高点在石千峰山，海拔标高为1775m，最低点在井田东南部的子房沟内，海拔标高为1057.7m，最大相对高差为717m。一般相对高差为300m左右。1.1.3河流水系本区属黄河流域、汾河水系，主石千峰山与官地矿扩区内庙前山（海拔标高1865.8m）组成了西北一东南走向的分水岭。主要沟谷呈放射状向东、南、西各向分布，如井儿沟、南峪沟、虎峪沟、北石沟、峪道川、新华沟等都源自石千峰山，均为季节性河流沟谷，平时干枯无水或仅有溪流，唯在大雨过后短时内水量较大，并在下游汇合后流入汾河。1.1.4气象及地震情况1）气象该区属于暖温带、大陆性季风气候。冬季严寒少雪，春季干燥多风，夏、秋季雨量集中，四季分明，昼夜温差大，日照充足。据山西省气象局近四十年资料统计：（1）气温：年均9.5℃，最低气温在1月份，平均-7℃，极端最低气温-27.5℃；最高气温在7月份，平均23.7℃，极端最高气温39.4℃。（2）降水量：年降水量平均495.9mm，年降水量最大749mm，年降水量最小216.1mm，日降水量最大183.5mm。每年7、8、9三个月降水量占全年降水量60%左右。（3）蒸发量：年平均蒸发量1849.3mm，年最高蒸发量2080.0mm，年低蒸发量1427.5mm。（4）风力与风速：年平均风速2.5m/s，多西北风，极端最大风速18.7m/s。最大4月份，平均风速3.3m/s，7、8、9月份最小平均风速1.8～2m/s。（5）结冰和解冻：每年初霜日期10月上旬，终霜日期翌年4月中旬，历时半年之久。土壤冻结在11月底或12月初，冻结深度为80cm。2）地震根据山西省地震局｛78｝省震字第29号文，地震设防烈度为6°～7°。1.1.5电源和水源1.供水水源矿井由杜儿坪110kV变电站供电，现有35／6kV变电站两座，6kV开闭所两座，两个变电站均采用双回路供电，两回路电源均来自杜儿坪110kV变电站相应电压等级的不同母线段，杜儿坪110kV变电站已与电力系统电网联网，矿井电源供电可靠。2.供电电源本区浅层水和地表水五利用价值，矿井供水水源取自水量丰富、水质优良的奥灰水，利用神井泵抽至地面。另外，矿井涌水排至地面经处理达到复用标准后也可用于矿井生产。两部分水可满足井下生产要求。1.1.6其他情况太原市为一重工业城市，在矿区东部有热点厂、纺织厂、砖瓦厂等工厂，市区北部有太原钢铁厂。矿区内除煤矿外，还有石膏厂、水泥厂、石渣厂、石灰厂、硫磺厂等工厂。沿山边一带开采石灰岩，黄铁矿，石膏矿等矿。矿区内居民绝大多数为煤矿工人，食品及劳动力均需外地供应。建筑木材及坑木非常缺乏，必须外地支援。图1-1杜儿坪矿交通位置图1.2井田地质特征1.2.1含煤地层及地质构造1.含煤地层本井田主要含煤地层为石二叠系下统山西组：从K5砂岩底至K6砂岩底。是本井田主要含煤地层。由灰、浅灰色砂岩，深杰、灰黑色粉砂岩、砂质泥岩及黑色泥岩为主体，含4、3、3上、2、1、03、02、01号8层煤，其中2号为主要可采煤层。全组厚34.35－88.34m，平均63.59m，由东向西有逐渐增厚的趋势。该组地层沉积时脱离了海侵的影响，转入了过渡相，陆相沉积，地壳活动的不均衡，造成岩相变化很大，旋回结构不甚明显，煤层对比比较困难。2号煤层为本组发育最好的一层煤，层位稳定，全井田可采，上距K6砂岩30m左右，对比较易；1号煤下距2号煤4m左右部分可采，但未算入井田地质储量。02号煤层位于本组上部，上距K6砂岩6m左右，常含1-2层夹石，顶板多为砂质泥岩，富含植物化石，而区别于本组其他煤层基本不可采。01号煤层直接覆于K6砂体之下或间距很小基本不可采。03号煤层位于02号煤层与1号煤层之间，主要依据层间距及层序确定其层位，但02号煤与2号煤之间大南坪马头水上兰镇佰板西固阳曲（黄塞镇）向阳镇阳曲镇侯村北郊区（柴村镇）小返王封化客头西铭杜儿坪矿小井峪太原市太原站郝庄杨家峪孟家井金胜晋源镇南郊区（小店镇）黄陵西温井鸣谨镇只有一层煤时，究竟是03号煤还是1号煤，尚需进一步确定，03号煤也基本不可采。主采煤层柱状图见图1—2。2.地质构造本井田位于西山煤田东北隅，受新华夏系泰山式扭性断裂的影响，其构造形迹西部受马兰向斜，东部受边山大断裂（风声河断层、圪撩沟断层），南部受杜儿坪断裂带，北部受赛庄－王封断裂的制约。总体为，地层走向大致北西－南东，向南西倾斜，倾角3°－12°，一般5°左右。井田内的断层、褶曲、陷落柱对煤矿正常生产都有不同程度的影响。现将井田内主要构造分述如下：（1）断层井田内主要断层为北东及东东向高角度正断层，与主要褶曲轴向大体一致。落差大于20m的大型断层有杜儿坪中部断层。其余多为落差2m左右，延伸短，平行排列的小断层，形成阶梯状或地垒、地堑构造。井下所见小断层甚多，是由许多近似平行，落差一般在2m左右的小断层组成，走向北东，其延伸长度，长者千余米，短者百余米，对生产影响小。（2）褶曲杜儿坪井田在石千峰向斜为主体的控制下，伴生次一级短轴褶曲，形成井田内部的基本构造形态，褶曲两翼地层平缓，其形态地表不易察看。从煤层底板等高线图上看，在石千峰向斜北翼的次一级褶曲，其轴向都表现为北北东或大致南北向，两翼不对称，在向斜南翼的次一级褶曲由于受杜儿坪断裂还的影响，其走向表现为北东、北北东向，与杜儿坪断层、石千峰向斜大致平行。（3）陷落柱杜儿坪矿陷落柱较多，但比较小，对生产影响不不大。（4）节理地面裸露岩层，节理比较发育，从调查测量结果来看，梅洞沟、沟东梁一带，以北15°东和北75°西两组较为发育，在马圪台附近以北55°东和北30°西两组较为发育，其北东一组与杜儿坪断层近似平行，且北东组有切割北西组的现象，这四组节理面都表现为平直、紧闭、倾角大的特点，有些节理面充填钙质薄膜，表现为较规则的棋盘格式构造，从构造形态和力学性质分析，两对X形节理为两组共轭扭裂面所组成。（5）滑坡井田内沟谷切割剧烈，地形复杂，相对高差大，故易于滑坡的形成。在虎峪沟、四达沟、小虎峪沟、南峪沟皆有所见，其形态各异，大小不等，多呈扇形，滑移岩体大者宽350m，长200m。煤系地层多为较松软的岩石组成，长期风化剥蚀作用，裂隙发育，上覆岩层在层间水及重力作用下失去平衡，产生塌落或整体下滑形成滑坡体，它对工程建筑影响很大。值得注意的是，滑坡、乱石堆积和陷落柱有时共生，很难区分，陷落柱常有潜伏于滑坡和乱石堆积之下者。（6）岩浆岩杜儿坪井田无岩浆活动。1.2.2水文地质条件井田内地层出露自东而西由老到新依次为奥陶系中统、石炭系中、上统、二叠系、三叠系下统。主要含水岩组有奥陶系中统马家沟组、峰峰组，石炭系上统太原组，二叠系下统山西组、下石盒子组。其中上马家沟组富水性强，峰峰组局部富水性强，其余富水性弱。1.奥陶系中统奥陶系中统在井田内揭露最厚174.44m，结合井田外围资料可看出奥陶系中统分为峰峰组（厚约120m），上、下马家沟组（厚300－350m），地层全厚500m左右。2.峰峰组峰峰组分下下两段。上段：岩性以深灰、灰色厚层状石灰岩为主，夹黄、灰白色泥灰岩，顶部为古风化壳充填物，厚一般小于70m；下段：为泥质灰岩夹石膏层，厚约60m。上段灰岩岩溶裂隙发育，岩溶多呈峰窝状、串珠状、局部可见溶洞。在白家庄矿区其标高邮于你于奥灰水承压水位而含水，含水层在风化壳下20m至下段第一层泥灰岩石膏带之间。由于岩溶发育不均――造成富水性差异，导致不同地段水位、水量相差很大，甚至无统一承压面，单位涌水量在1－5L/s.m之间，水位标高802.8m，煤田西部高者可达1311.0m，但在杜儿坪井田的局部山于其标高高于奥灰承压水位而不含水。3.马家沟组(1)上马家沟组：岩性以厚层质纯石灰岩为主，夹薄层泥质灰岩、白云质灰岩，底部貂皮灰岩为相对隔水层，全组厚200m左右。浅部岩溶裂隙发育，岩溶呈串珠状、峰窝状，有中小溶洞，由于富水而成为西山煤田及本矿最要主要的含水组。单位涌水量0.0004－138.91L/s.m，一般0.4－9L/s.m，渗透系数为70.11m/d，水位标高779－826m。(2)下马家沟组（O2X）：岩性以灰岩、泥灰岩、白云质灰岩为主，厚约110m左右且富水。在煤田东部补给区岩溶裂隙发育，深部不发育，单位涌水量0.26－14.56L/s.m，渗透系数1.43－17.48m/d。4.石炭系上统石炭系上统太原组由砂质泥岩、泥岩、砂岩、煤、石灰岩组成，厚88m左右。自上而下东大窑灰岩（L5）、斜道灰岩（L4）、毛儿沟灰岩（K7）、庙沟灰岩（L1）、晋祠砂岩（K1）等含水层。根据勘探混合抽水试验结果，单位涌水量0.0009－0.03L/s.m，渗透系数0.00132－0.32m/d,钻探进入毛儿沟灰岩时冲洗液消耗量明显增大。井下揭露太原组含水层时，局部揭露点有滴水现象，但水量很小，说明该岩组含水性徽弱。5.二叠系下统(1)山西组：由砂质泥岩、泥岩、煤、砂岩组成，地层厚64m左右。底部北岔沟砂岩为含水层，灰白色，以中粗粒石英、长石为主，含砾，泥质胶结，交错层理，节理发育，一般厚5－22m，钻孔抽水试验结果，单位涌水量0.000077L/s.m，渗透系数0.0004m/d，井下揭露点大都无水。北岔沟砂岩含水性微弱。(2)下石盒子组：由砂质泥岩、泥岩、砂岩组成。底部骆驼脖砂岩与下石盒子组下下段分界砂岩K7为含水层。骆驼脖砂岩：灰白色，以中粒石英、长石为主，泥质胶结，厚0.80－20.70m，钻孔抽水试验结果，单位涌水量0.00047L/s.m，渗透系数0.0036m/d，含水性微弱。K7砂岩：黄绿色，以中粗粒石英、长石为主，钙质胶结，厚约1m，抽水试验无水。井田与煤层有直接水力联系的各含水层所含地下水全是基岩裂隙水，从抽水试验结果看，各含水量单位涌水理均小于0.1L/s.m，含水微弱，表明杜儿坪矿水文地质条件简单。通过勘探，可得出井田内水位标高799-826m，可以肯定杜儿坪矿井田可采煤层全部位于奥灰水位之上。2010年前矿井预计吨煤含水系数0.371-0.70m3，年涌水量预计113.1-210.0万m3，日排水量3050-5750m3。1.3煤层特征1.3.1煤层特征山西组含01－3号煤等7层，煤层总厚7.71m，地层厚度63.59m，含煤系数12.1%。1.1号煤层位于山西组上部，上距03号煤约5m，下距2号煤4m左右。井田东北部尖灭，南部也有3小片尖灭区。见煤点厚度0.20－1.10m，平均0.55m，井田内厚度多小于0.5m，可采区位于井田东部，可采面积5.3Km2。不含夹石，结构简单。顶板多为砂质泥岩、泥岩，少数为中细粒砂岩及粉砂岩。底板为细粒砂岩、砂质泥岩，局部为中粒砂岩、粉砂岩用泥岩。煤层变异系数40%，可采系数19%，现未算入可采煤层。2.2号煤层位于山西组中部，上距骆驼脖砂岩（K6）30md左右，煤厚1.02－4.04m，平均2.88m。总体上看，东部厚，西部薄，厚度变化明显。西部厚度多小于2m，最薄为杜93－2号孔，厚1.02m。东部厚度大于3m，最厚为36号孔，厚达4.04m，东南角局部厚