福兴煤矿地质特征与煤层煤质

　　山东韩台煤田福兴煤矿在枣庄市市区东南约 20km,位于华北陆块（ Ⅰ） 鲁西隆起（ Ⅱ） 鲁中隆起区（ Ⅲ） 枣庄断褶带（ Ⅳ） 河头集凸起（ Ⅴ，Ⅱ4a10） 的西北部。煤田为东西向狭长含煤条带，地处秦岭东西复杂构造带北支及新华夏系第二沉降带的复合部位。该区又为徐州弧形构造带北缘，受多期多次构造运动的强烈作用，区域构造比较复杂。因此，探1条件、工程地质条件、环境地质条件，对于其安全生产，非常重要。

　　1 福兴煤矿地质特征分析

　　1. 1 地层

　　井田煤系地层基底为奥陶系石灰岩，属华北型含煤岩系，由本溪组、太原组、山西组、石盒子组构成。上覆地层为古近系、第四系。地层走向 NE,倾向 NW,现由老到新简述如下：

　　（ 1） 奥陶系马家沟组（ OM） : 厚约600m,为煤系地层沉积之基盘，区内上奥陶统缺失，岩性为深灰色厚层致密质纯灰岩及豹皮灰岩，夹白云质灰岩。顶部含珠角石化石，白云质灰岩中可见少许白色燧石，底部有一层角砾状灰岩与下奥陶统分界。根据区域资料，矿井内中奥陶统分为五段，其中二、四段含水丰富。据出露区找水经验，在垂深 180m 内因有数段岩溶发育而含水丰富。

　　（ 2） 石炭系本溪组（ CyB） : 平均厚度约 23m 左右，主要由灰 ~ 深灰色、杂色泥岩，G 层铝土岩及奥陶系石灰岩风化侵蚀面上残余铁质泥岩（ 山西式铁矿） 组成。G 层铝土、山西式铁矿为本组之标志层。与奥陶系呈假整合接触。

　　（ 3） 石炭-二叠系太原组（ C - PyT） : 平均厚度约 209m,为典型的海陆交互相沉积，由灰至灰黑色泥质岩、灰至灰白色细、中粒砂岩、石灰岩和薄煤层组成。含海百合茎、单体珊瑚及蜓类化石。

　　（ 4） 二 叠 系 （ P） 由 山 西 组 及 石 盒 子 组 组 成。① 石 盒 子 组（ PXii = 1,2,3,…，（ ）40） : 井田内推断最大残厚约 900m,钻孔揭露最大残厚为 791. 16m.由于上、下石盒子组中的区域性标志层 A 层铝土、中粗粒厚层状奎山石英砂岩等在本井田内均无明显沉积，依据其岩性特征划分为上下两段，其中：

　　上段： 主要由黄、绿、灰、紫、红、杂色和灰 ~ 深灰色泥岩，绿灰色粉、细粒砂岩、灰白色中粒砂岩及少量粗粒砂岩组成。碎屑岩成分以石英为主、长石次之及少量白云母片、岩屑、黑色矿物，多为泥质胶结及局部硅质胶结，纯硅质胶结者甚少。

　　下段： 杂色泥岩、砂泥岩层数较上段相对减少，颜色深度变浅或呈斑状，深灰及灰褐 ~ 灰黑色层相对增多。所含植物化石渐趋完整，含菱铁矿鲕粒渐增。中下部灰黑色泥岩中夹柴煤 0 ~ 5 层，厚度多在 0. 30m左右，层位不稳定，难以对比，无开采利用价值。底部以一层中 ~ 细粒底部含砾砂岩与山西组整合接触。本段多为内陆湖泊相、内陆河流相沉积，厚度变化较大。

　　②山西组（ PyXii = 1,2,3,…，（ ）40） : 厚度 99. 27 ~127. 25m,平均106. 00m,为二叠系主要含煤组段，由深灰色至灰黑色泥质岩、灰白色中、细粒砂岩、砂泥岩互层及 2、3 煤层两层中厚煤层组成。受燕山期岩浆活动影响较剧，岩浆岩在 2、3 煤层层位呈岩床式侵入煤层，将煤层全部吞蚀取代或将煤层上部变为薄层天然焦。岩浆岩楔入山西组中，造成山西组地层加厚。福兴井田为岩浆侵入扩散区，井下探 2 煤层钻孔仅在 F2 断层以南局部见岩浆岩沿 2 煤层底板侵入，使 2 煤层下部成为天然焦。

　　（ 5） 古近系固城组（ E1） : 固城组厚度 297. 10 ~ 554. 80m,平均418. 83m,东南薄、西北厚。其岩芯全为铁锈红色，由厚层砾岩、砂砾岩、砂泥岩组成，岩性变化较大。砾岩成分以石英砾为主，石灰岩砾含量较少。多呈次圆状，长轴有定向排列现象。分选极差，铁泥质及少量的钙质孔隙充填式胶结。砂砾岩层及砂泥岩层均为铁泥质胶结，较砂岩胶结强度差、易风化破碎。

　　（ 6） 第四系（ Q） : 厚度 9. 20 ~ 33. 30m,平均 20. 60m.由黄褐色耕植土、棕黄色至黄褐色砂质粘土、姜结石及底部砂砾或薄层灰色粘土组成。耕植土中多见淡水贝壳，属湖泊相沉积。

　　1. 2 构造

　　根据钻孔揭露、地震勘探以及井下实际揭露资料，总体为一走向北东，倾向北西的单斜构造，但东南部伴有次一级褶曲，地层倾角变为急倾斜甚至直立、局部发生倒转，使煤层局部出现反倾向现象，给工作面的回采工作增加了难度。现南区采用伪倾斜柔性掩护支架采煤法。矿井内断裂构造较为发育，断层走向多以近 EW 或 NE 走向为主。以高角度正断层为主，并有少量逆断层，见图 1.
　　
　　1. 3 岩浆岩

　　福兴煤矿 3 煤层 -123m 水平巷道揭露点发现岩浆沿 3 煤层上部侵入，造成 3 煤层上部煤层变质为天然焦 0. 80m,下部为正常煤层1. 20m; 在 3 煤层 - 99m 大巷中施工 7 个井下探 2 煤层钻孔中，有 3 个孔揭露发现岩浆沿 2 煤层底部侵入，造成 2 煤层下部煤层变质为天然焦。

　　1. 4 岩溶陷落柱

　　福兴煤矿的煤系基底是巨厚的奥陶系石灰岩，裂隙岩溶均较发育，具备形成陷落柱的地质条件。目前尚未揭露陷落柱。但今后应进一步加强对岩溶陷落柱位置及其富水性的探测研究工作，采取必要的防范措施，确保矿井生产安全。

　　2 煤层煤质

　　2. 1 煤层

　　2. 1. 1 含煤性该区含煤地层为二叠系山西组、石炭-二叠系太原组，煤系平均厚度 315m,共含煤 10 层（ 2、3、6、9、10、13、14、15、16、17） ,煤层累计平均厚度 11. 01m,含煤系数 3. 50%.其中山西组 2 煤层为大部可采煤层、3煤层为全区可采煤层。太原组 14、16、17 煤层为局部可采煤层。

　　南区东翼含太原组可采煤层三层（ 14、16、17 煤层） ,煤层平均总厚度 1. 94m,太原组煤层北区无钻孔揭露，外围 14、16、17 煤层偶达可采。

　　山西组含可采煤层二层（ 2、3 煤层） ,煤层平均总厚度 6. 63m,含煤系数为 6. 25%.

　　2. 1. 2 可采煤层
　　
　　（ 1） 2 煤层。位于山西组的中部，上距石盒子组底界砂岩 46. 56 ~97. 73m,平均为 83. 98m.煤层厚度 1. 37 ~ 4. 88m,平均 2. 92m.煤层厚度变异系数为 39. 40%.煤层结构较简单，为大部可采的较稳定煤层，可采区位于南区北翼和北区。

　　（ 2） 3 煤层。位于山西组的底部。上距 2 煤层 10. 07 ~ 29. 64m,平均为 20. 84m.全部可采，煤层厚度 1. 72 ~5. 10m,平均 3. 71m.煤层结构简单，为全区可采的稳定煤层。（ 3） 14 煤层。位于太原组中部，上距 3 煤层 110. 00 ~ 126. 00m,平均在 113. 00m 左右。厚度 0. 51 ~ 1. 92m,平均 1. 08m.煤层结构较简单，为大部可采的较稳定煤层。

　　（ 4） 16 煤层。位于太原组下部，上距 14 煤层 37. 15m ~ 74. 25m,平均 64. 00m.煤层厚度 0. 68 ~ 0. 95m,平均 0. 86m.煤层中部多含一层炭质石英砂岩夹矸，结构较简单，为大部可采的较稳定煤层。

　　（ 5） 17 煤层。上距 16 煤层 6. 58 ~ 17. 41m,平均 12. 60m.下距十二灰平均在 16m 左右。可采区域位于南区范围内，煤层厚度 0. 53 ~0. 89m,平均 0. 73m.可采区位于南区南翼，煤层不含夹矸，结构简单，为大部可采的较稳定煤层。

　　2. 2 煤质

　　2. 2. 1 煤的物理性质各煤层颜色均为黑色，褐黑色、黑褐色条痕。2、3 煤层为玻璃光泽、沥青光泽，阶梯状、贝壳状断口； 14、16 煤层为玻璃光泽、油脂光泽，阶梯状、参差状断口。各煤层内、外生裂隙较发育，14、16 煤层裂隙常被黄铁矿、方解石充填。视密度值采用： 2 煤层 1. 35g/cm3; 3 煤层 1. 38g/cm3; 16 煤层 1. 46g/cm3; 14、17 煤层 1. 33g/cm3.

　　2. 2. 2 煤岩特征（ 1） 宏观煤岩特征： 各煤层均以亮煤、暗煤为主，夹少量镜煤及丝炭。条带状结构、层状构造，半亮煤为主，其次半暗煤。（ 2） 显微煤岩特征： 根据以往资料，各煤层有机显微组分含量均以镜质组为主，其次为惰质组，少量壳质组，有机组分总量占 90% 以上； 无机组分主要是粘土类矿物，少量硫化物。显微煤岩结构以条带状结构为主，显微煤岩类型多为微镜煤。（ 3） 镜质组最大反射率、变质程度及变质类型： 2 煤层镜质组最大反射率 0. 85%,3 煤层 0. 82%,变质程度属Ⅲ阶段。14 煤层平均 0. 66 ~0. 70%; 16 煤层平均 0. 69 ~ 0. 82%,变质程度均属Ⅱ ~ Ⅲ阶段。各煤层变质类型以区域变质作用为主，局部叠加了岩浆接触变质作用。

　　2. 2. 3 煤的可选性根据煤芯煤样浮煤回收率划分等级标准，2、3 煤层浮煤回收率分别为 70. 15%、88. 14%,均属优等选煤； 14 煤层为 30. 25%,属低等选煤。

　　2. 2. 4 煤类2 煤层以气煤、1 /3 焦煤为主、其次为弱粘煤、1 /2 中粘煤、天然焦等； 3 煤层以 1/3 焦煤为主，其次为 1/2 中粘煤、弱粘煤（ 2、3 煤层局部受岩浆影响煤类复杂化） ; 14 煤层为气煤、气肥煤； 16、17 煤层为气煤。

　　2. 2. 5 煤的风化和氧化本矿区基岩风化带内的岩石具有一定的膨胀性，泥岩遇水，可崩解为泥状，具有一定的隔水作用。基岩风化带深度一般在 10 ~20m 左右，本区地面标高 +33. 77 ~ + 34. 30m,为此，本区岩层的风化带深度确定标高为 +20m.煤层氧化带高度： 福兴煤矿在开凿风井时和北翼开拓 3 煤层 ±0 平巷道时，巷道曾发生过冒落，冒落高度至 + 3m ~ + 5m.在这个高度上下均发现煤的外观有明显不同，在 +3m ~ +5m 之上，煤的光泽变弱，结构松散，裂隙发育，硬度变小，易碎或成粉末状。而在这个高度之下，煤层外观正常。因此，煤的氧化带高度确定为 +3 ~ +5m.

　　2. 2. 6 煤的工业用途炼焦配煤： 2、3 煤层煤类主要为气煤、1/3 焦煤，浮煤为低灰、特低硫 ~ 低硫、特高发热量、特低磷，浮煤回收率达 70% 以上，具有中粘结性、燃烧性能好，因此，2、3 煤层是良好的炼焦配煤。另外 14、16、17 煤层浮煤也可用作炼焦配煤，但硫分均较高，经过洗选后要控制配煤比，或应用“缚硫焦”等工艺，使其硫分符合炼焦配煤的要求。

　　动力用煤： 各煤层原煤挥发分产率、发热量、灰分、硫分、灰熔融性均符合火力发电固态除碴煤粉锅炉用煤要求，也可做蒸气机车用煤。

　　局部因岩浆侵入烘烤变质的天然焦可作为烧制水泥和石灰的燃料，也可做民用生活燃料。

　　3 福兴煤矿开采技术条件分析

　　3. 1 水文地质条件

　　福兴煤矿南区主采 2、3、14 煤层，北区主采 2、3 煤层。2、3 煤层的直接充水含水层为其顶板砂岩裂隙含水层，富水性弱，多以顶板进水方式为主，三灰上距 3 煤层平均 41m 左右，当井巷工程穿过或接近时，是开采 3 煤层底板进水的直接充水含水层； 开采 14 煤层，受采掘破坏或影响的含水层主要有七、八灰。预算南区 -450m 水平开采 2、3 煤层正常涌水量为 72m3/ h,最大涌水量采用 136m3/ h; - 203m 水平开采 14 煤层的正常涌水量为 50m3/ h,最大涌水量采用 75m3/ h; 南区全井合计正常涌水量为 122m3/ h,最大涌水量采用 211m3/ h.预算北区 - 680m 水平的预计正常涌水量为 95m3/ h,最大涌水量为 143m3/ h.

　　按照《煤矿防治水规定》，根据福兴煤矿受采掘破坏或者影响的含水层及水体、矿井及周边老空水分布状况、矿井涌水量或者突水量分布规律、矿井开采受水害影响程度以及防治水工作的难易程度，分析矿井水文地质条件，确定福兴煤矿开采 2、3、14 煤层水文地质类型为中等。

　　3. 2 工程地质条件

　　福兴煤矿各可采煤层的顶底板都较为平整，抗压、抗折强度较高，但断裂附近岩石较破碎，对煤层顶底板稳定性有一定的影响，根据《矿区水文地质工程地质勘探规范》，矿井工程地质条件类型确定为中等。

　　3. 3 环境地质条件

　　采矿可 产 生 局 部 地 表 变 形，目 前 福 兴 煤 矿 塌 陷 面 积 约 为22. 27hm2,主要分布在南区，其中已复垦 6. 85hm2,最大塌陷深度为1. 502m,塌陷区内没有常年积水区域，但塌陷区内农业生产受到影响。

　　地面变形与沉降会使区内部分良田雨季积水和渍化，对地质环境有一定的影响； 区内无重大污染源，地表水、地下水水质较好。矿坑排水量小，对水环境污染较小。煤矸石主要用于填筑工业场地、公路路基及充填塌陷区。本区为湖积平原地貌，地形较平坦，自然状态下无滑坡、崩塌、泥石流等不良地质现象，矿山地质环境质量中等。

　　3. 4 开采技术条件综合类型确定

　　依据《固体矿产地质勘查规范总则》（ GB/T 13908 -2002） 的要求，结合水文地质条件、工程地质条件、环境地质条件，综合确定福兴煤矿开采技术条件中等矿床（ Ⅱ类） .

　　4 结论

　　福兴煤矿主要含煤地层为二叠系山西组、石炭系太原组，煤系平均厚度 315m,共 含煤 10 层，煤 层 累 计 平 均 厚 度 11. 01m,含煤系数3. 50% .2 煤层为低灰、低硫、中高发热量的气煤、1 /3 焦煤，属结构较简单、厚度较稳定、大部可采的中厚煤层； 3 煤层为低灰、低硫、高发热量的 1/3 焦煤，属结构简单、厚度稳定、全区可采的中厚煤层； 14 煤层为中高灰、中硫、中高发热量的气煤、气肥煤，属结构较简单、厚度较稳定、大部可采的薄煤层； 16 煤层为中灰、中高硫、中高发热量的气煤，属结构较简单、厚度较稳定、基本全区可采的薄煤层； 17 煤层为气煤，属结构简单、厚度较稳定、大部可采的薄煤层。

　　福兴煤矿总体为一走向北东，倾向北西的单斜构造，但东南部伴有次一级的褶曲，地层倾角变为急倾斜甚至直立、局部可发生倒转，使煤层局部出现反倾向现象。矿井内断裂构造较为发育，断层走向多以近EW 或 NE 走向为主。矿井地质构造复杂程度属中等类型。

　　福兴煤矿开采 2、3、14 煤层的矿井水文地质类型为中等类型。矿井为瓦斯矿井，2、3 煤层属煤尘有爆炸危险性煤层，2、3 煤层属Ⅱ类自燃发火煤层。目前矿井开采煤层较浅，处于地温正常区，无地压影响。

　　矿井工程地质类型确定为Ⅱ类，矿山地质环境质量中等。综合确定其开采技术条件中等矿床（ Ⅱ类） .

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