精品煤矿瓦斯地质图和可研报告.docx
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精品煤矿瓦斯地质图和可研报告
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前言
平顶山煤业（集团）一矿是一个设计生产能力4Mt/a的大型现代化矿井，1993年达产。
该矿开采为石炭一二叠纪含煤地层，自下而上含有5层主要可采煤层，分别是庚20、戊8、戊9、戊10、丁6煤层，井田地质储量41426.9万吨。
目前主要开采戊8、丁6煤层，该矿井2002年之前，一直在一、二水平回采，属于低瓦斯涌出矿井。
从2002年，戊8煤层、丁6煤层均进入三水平回采，回采工作面瓦斯涌出量分别为16.88m3/min、11.8m3/t和13.42m3/min、11.81m3/t，均属于高瓦斯矿井涌出量。
按照煤与瓦斯突出“防突细则”进行突出煤层区域预测的综合指标法，该矿戊8煤层、丁6煤层正在开采的二水平下部和三水平以深均属于煤与瓦斯突出危险区，近几年该矿一直在进行着煤与瓦斯突出危险的预测防治工作，到目前为止，还没有发生过煤与瓦斯突出现象。
瓦斯是气体地质体，瓦斯涌出、瓦斯突出、瓦斯爆炸灾害的预测、防治和瓦斯的抽放利用都与地质因素密切相关。
尤其是煤与瓦斯突出受着地质构造的控制，并且是区域构造控制矿区、矿区控制井田、井田控制采区、采面，一级级的控制。
瓦斯地质规律是瓦斯预测的基本规律，这个规律搞清楚了，瓦斯涌出、瓦斯突出、瓦斯赋存规律就可以一目了然，防治瓦斯灾害就可以有的放矢，综合防治。
在集团公司聂光国总经理、姜光杰副总经理、张铁岗总工程师、卫修君副总工程师和一矿各级领导的大力支持下，我们做了如下工作：
1．系统地整理了1985年以来积累的戊8、丁6煤层工作面瓦斯涌出量、瓦斯突出预测参数等资料，数据近20万个，得出了戊8煤层、丁6煤层回采工作面绝对瓦斯涌出量实测、预测等值线和预测数学公式。
2．编制了1：
5000戊8煤层、丁6煤层彩色瓦斯地质图，分别为6个对开幅。
划分了不同级别的瓦斯地质单元，分析了各个瓦斯地质单元的瓦斯涌出特征，对井田深部的瓦斯涌出量和煤与瓦斯突出危险性进行了预测，图面清晰，一目了然。
3．平顶山矿区位于华北地台南缘带，既受华北板块构造演化的控制，又受秦岭造山带构造演化的控制。
在详尽地研究华北板块和秦岭造山带的区域构造历史演化的基础上，研究了平顶山矿区在历次构造运动中所处的大地构造位置、地质构造演化、地质构造发育、构造应力场演化特征。
在此基础上研究了平顶山矿区构造变形及对煤层结构破坏和形成构造煤的控制特征。
将平顶山矿区划分为构造复杂区和简单区。
更加清楚地分析了平顶山矿区各个矿井发生煤与瓦斯突出的地质原因和瓦斯高低分布的地质规律。
4．在研究矿区瓦斯地质规律的基础上，更加具体地研究了平顶山一矿的瓦斯地质规律和控制戊8、丁6煤层瓦斯涌出、煤与瓦斯突出危险性的地质因素。
5．研究了平顶山一矿煤层瓦斯的吸附性能，测定了煤层瓦斯压力、含量和煤与瓦斯突出危险性参数。
6．编制了“平顶山一矿戊8煤层、丁6煤层瓦斯地质规律和瓦斯预测研究”报告10余万字。
编制的瓦斯地质图和研究报告，一定会有许多不足之处，敬请各位领导、专家、教授指导和帮助。
前言
第一章平顶山矿区区域构造演化····································1
第一节结晶基底的特征……………………………………………………1
第二节中、晚元古代构造演化……………………………………………3
第三节早古生代构造演化…………………………………………………5
一、寒武纪构造------沉积发育特征………………………………5
二、奥陶纪、志留纪构造------沉积发育特征……………………7
第四节晚古生代构造演化…………………………………………………7
一、石炭纪…………………………………………………………7
二、二叠纪…………………………………………………………8
第五节华北盆地中生代构造演化………………………………………11
一、盆地类型及沉积建造特征…………………………………11
二、印支期地质构造演化特点…………………………………15
三、燕山期地质构造演化特点…………………………………17
第六节华北盆地新生代构造演化………………………………………18
一、早第三纪构造演化…………………………………………19
二、晚第三纪构造演化…………………………………………19
三、第四纪构造演化……………………………………………20
第七节平顶山矿区中、新生代构造演化………………………………20
一、华北板块南缘带或称秦岭造山带后陆逆冲断裂褶皱带…20
二、平顶山矿区中、新生代构造演化…………………………25
第二章平顶山一矿瓦斯地质规律研究·····························28
第一节矿井概况…………………………………………………………28
一、位置、范围、储量与开拓方式……………………………28
二、矿井瓦斯鉴定情况…………………………………………28
三、交通情况……………………………………………………29
第二节井田构造特征……………………………………………………29
一、矿区构造背景……………………………………………………29
二、井田构造特征……………………………………………………33
三、岩浆岩……………………………………………………………35
第三节地层、煤层、煤质与煤岩特征……………………………………35
一、地层………………………………………………………………35
二、煤层、煤质与煤岩特征…………………………………………38
第四节煤体结构特征………………………………………………………42
一、破坏煤体构造煤的宏观地质特征………………………………42
二、原生结构煤体和构造煤体的微观结构特征……………………42
三、煤体结构类型的定量划分………………………………………43
四、平顶山一矿煤体结构破坏特征…………………………………44
第五节平顶山一矿瓦斯赋存特征…………………………………………45
一、煤对瓦斯的吸附特征……………………………………………45
二、瓦斯含量测定及分布特征………………………………………47
第六节平顶山一矿影响瓦斯赋存的地质条件……………………………50
一、瓦斯的生成条件…………………………………………………50
二、瓦斯的保存条件…………………………………………………50
三、构造对瓦斯赋存的控制…………………………………………50
四、构造煤对瓦斯赋存的影响………………………………………52
五、顶板岩性对瓦斯赋存的影响……………………………………53
第三章平顶山一矿戊8煤层瓦斯预测研究··························54
第一节平顶山一矿戊8煤层瓦斯涌出量预测研究………………………54
一、瓦斯涌出量预测技术研究状况…………………………………54
二、戊8煤层不同瓦斯地质单元的瓦斯涌出特征…………………54
三、平顶山一矿戊8煤层矿井瓦斯涌出规律和瓦斯涌出量预测…59
第二节平顶山一矿戊8煤层煤与瓦斯突出危险性预测研究……………61
一、煤与瓦斯突出预测技术研究状况………………………………61
二、平顶山矿区煤与瓦斯突出特征分析……………………………62
三、平顶山一矿戊8煤层煤与瓦斯突出危险性预测………………62
第四章平顶山一矿丁6煤层瓦斯预测研究··························64
第一节平顶山一矿丁6煤层瓦斯涌出量预测研究………………………64
一、丁6煤层不同瓦斯地质单元的瓦斯涌出特征…………………64
二、平顶山一矿丁6煤层瓦斯涌出规律和瓦斯涌出量预测………68
第二节平顶山一矿丁6煤层煤与瓦斯突出危险性预测研究……………69
一、平顶山一矿丁6煤层煤与瓦斯突出危险性预测状况…………69
二、平顶山一矿丁6煤层煤与瓦斯突出危险性参数测试…………69
三、平顶山一矿丁6煤层煤与瓦斯突出危险性预测………………69
第五章1：
5000平顶山一矿戊8、丁6煤层瓦斯地质图的编制方法····71
一、编图资料………………………………………………………71
二、编图内容和表示方法…………………………………………71
结语··································································73
参考文献····························································75
第一章平顶山矿区区域构造演化
第一节结晶基底的特征
华北克拉通结晶基底划分为8个地块，分别是阴山地块、阿拉善地块、鄂尔多斯地块、太行地块、冀鲁地块、豫皖地块、胶辽地块，如图1-1。
平顶山矿区属于豫皖地块。
该地块位于华北地区的东南部，该地块的区域构造线为北西西或近东西向，与南边的秦岭一大别山的构造线相近。
本区出露最古老是早元古代的登封群、太华群及中元古化下部的嵩山群，出露地区不多，仅见于小秦岭、篙箕地区、鲁箕地区、鲁山、舞阳及霍丘等地。
基底之上不整合覆盖着中元古界下部的沉积层，其底层分别为西阳河群、兵马沟群、熊耳群和八公山群。
该不整合面代表着著名的中岳运动，最典型的剖面是嵩箕地区，表1-1和表1-2。
图1-1华北克拉通构造纲要图（据张步春等，1980，简化，补充）
1—褶皱带杂岩（年龄20～17亿年）：
滹沱群、黑茶山群、野鸡山群、岚河群、中条群、嵩山群、粉子山群、辽河群（包括宽甸群）、老岭群（包括集安群）等；2—活动带杂岩上部层（年龄27～20亿年）：
五台群、吕梁群、降县群、泰山群、登封群、上赞皇群、胶东群、鞍山群、单塔子群（包括朱杖子群）、二道洼群等；3—活动带杂岩下部层（年龄31～27亿年）：
阜平群（包括龙泉关群）、界河口群、涑水群、下赞皇群、太华群等；4—陆核带杂岩（年龄37～31亿年）迁西群、交干群、乌拉山群、集宁群、龙岗群等；5—华北克拉通边界断裂；6—地块边界断裂；7—重要基底断裂
表1-1华北地区大地构造演化阶段划分简表
地质时代
年龄
构造旋回及代表性地壳运动
演化阶段
演化进程
新
生
代
第四纪
Q
喜马拉雅旋回
活动大陆边缘演化阶段
库拉—太平洋脊消减，太平洋板块俯冲由北北西转为北西西（40Ma），弧后扩张中心东移；印度板块与欧亚板块碰撞（20Ma）中国大陆东部向东扩张，华北裂陷盆地形成
1.5
喜马拉雅运动
第三纪
N
23
E
65
燕山运动Ⅴ幕
中
生
代
白垩纪
K2
燕山旋回
库拉—太平洋板块与亚洲大陆东部强烈作用，亚洲东部为安第斯型活动大陆边缘；
华北克拉通解体；秦岭—大别山造山带和兴蒙造山带持续收敛陆内俯冲，形成与克拉通边缘平行的逆冲推覆构造带
燕山运动Ⅳ幕
K1
137
燕山运动Ⅲ幕
侏罗纪
J3
燕山运动Ⅱ幕
J2
燕山运动Ⅰ幕
J1
195
印支运动Ⅱ幕
三叠纪
T3
印支
旋回
古大陆板块演化阶段
华北古大陆板块与华南古大陆板块完全对接，统一的中国板块形成；华南、华北印支晚期发生逆冲推覆
印支运动Ⅰ幕
T2
T1
230
古
生
代
二叠纪
P2
海西
旋回
兴蒙褶皱带封闭、华北古大陆板块与西伯利亚古板块对接；华北古大陆板块与华南古大陆板块开始碰撞
东吴运动
P1
280
石炭纪
C
350
泥盆纪
D
400
加里东运动
志留纪
S
加里东旋回
华北古大陆板块边缘由大西洋型转化为安第斯型；华北古大陆板块主体于奥陶纪后全面抬升
440
奥陶纪
O
500
寒武纪
ε
600
震旦纪
Z
850
晋宁运动
元
古
代
Pt3
晋宁旋回
古大陆板块形成阶段
华北克拉通大陆板块边缘及内部裂陷
1000
四堡运动
Pt2
1850
吕梁运动
Pt21
吕梁旋回
华北古大陆板块形成
2200
五台运动
Pt11
2500
阜平运动
太
古
代
Ar
阜平旋回
表1-2华北地区太古界和下元古界对比表
时代
小秦岭
豫西
中条山
吕梁山
五台山—恒山
太行山
大青山—集宁
阿拉善
迁西
上覆地层
高山河群
熊耳群
西阳河群
汉高山群
蓟县群
长城群
渣尔秦群
长城群
长城群
早太古代
秋岔群
嵩山群
中条群
担山石亚群
黑茶山群
滹沱群
郭家寨亚群
东焦群
马家店群
阿拉担敖包群
朱杖子群
夏县亚群
野鸡山群
东冶亚群
甘陶河群
小中条亚群
岚河群
豆村亚群
?
安沟群
绛县群
吕梁群
五台群
高凡亚群
?
?
台怀亚群
台怀亚群
石咀亚群
石咀亚群
晚太古代
太华群
登封群
涑水群
界河口群
龙泉关群
赞皇群
乌拉山群
阿拉善群
单塔子群
阜平群
上集宁群
?
?
?
迁西群
?
迭布斯格群
恒山群
下集宁群
第二节中、晚元古代构造演化
中条（台梁）运动使华北地区不同性质、不同时代、不同走向的基底地块逐渐全连合，固结为较稳定而广泛的统一的克拉通陆壳，但因地壳厚度薄、地温梯度高、刚性强度弱、固结程度低，于中元古代早期开始，以地幔热点为三叉点，普遍发生块段破裂与陷落、相继发育了一系列坳拉槽（图1-2）。
从西至东主要有：
贺兰坳拉槽、晋陕坳拉槽、晋豫坳拉槽、燕辽坳拉槽、白云鄂博—渣尔秦坳拉槽、徐淮坳拉槽。
图1-2华北地区中、晚元古代坳拉槽分布图
平顶山矿区属于晋豫坳拉槽，地层从下向上由熊耳群、汝阳群和洛峪群及震旦系的黄连垛组，董家组和罗圈组组成（表1-3）。
表1-3华北地区中上元古界划分对比表
第三节早古生代构造演化
早古生代华北地区进入了克拉通盆地稳定发育时期，沉积了一套全区稳定可对比追踪的寒武、奥陶纪海相石炭酸盐岩夹碎屑岩沉积，盆地南侧以宝鸡——洛南——信阳——桐城断裂为界与秦祁海槽相接，盆地北部人以内蒙古陆与兴蒙加里东海槽相隔，西以青铜峡——固原断裂为界与祁连海海槽相邻，而西北侧仍为继承性活动的“再生”贺兰坳拉槽。
一、寒武纪构造—沉积发育特征
前寒武纪末期的蓟县（少林）运动结束了坳拉槽的发育演化历史，使华北地区整体抬升为陆，经过长期的风化剥蚀，至早加里东旋回初期，华北克拉通是一个准平原化的地势低缓的陆地。
早寒武世中期，受克拉通盆地南北海槽伸展扩张的影响，以下寒武统府君山组（辛集组）的沉积代表了早古生代海浸的开始。
府君山组（辛集组）为一套含磷的浅海石炭酸盐岩—滨海碎屑建造，盆地东部称为府君山组，西部和南部称为辛集组或猴家山组（徐淮地区）。
早寒武世馒头期海侵继续扩大，豫西豫东地区为馒头组沉积；早寒武世毛庄期海侵进一步扩大，豫西豫东地区为毛庄组沉积；到中寒武世徐庄期，海域范围进一步扩大加深，豫西豫东地区为徐庄组沉积；至中寒武世张夏期海侵进一步扩大，水体加深，达到寒武纪海侵的最高潮，豫西豫东地区沉积了张夏组沉积；到了晚寒武世海水开始退缩，水体总体变浅，主要为一套潮坪环境沉积。
豫西豫东地区自下而上分为固山组、长山组、凤山组沉积。
平顶山矿区寒武纪同华北地区一起为稳定克拉通盆地发育时期，沉积了一套浅海为主、广泛发育的稳定石炭酸盐岩和砂页岩地层（图1-3）（表1-4）。
平顶山矿区归于（表1-4）的豫西豫东地区。
图1-3华北地区寒武纪沉积厚度图
表1-4华北地区古生界划分对比表
二、奥陶纪、志留纪构造一沉积发育特征
华北克拉通盆地，早奥陶世基本继承了晚寒武世以来的稳定构造—沉积环境，以陆表海碳酸盐岩沉积为主；治里期，海水继承性地继续退却变浅，地势总体上南高北低，北部涞水，平泉等地地层厚达150米，而在南部洛阳—淮南等地仅厚20m左右，在盆地南缘靠近秦岭构造带的大陆坡地区，推测也应有治里期沉积，位于豫西豫东地区的平顶山矿区由于后期风化剥蚀目前已完全缺失。
壳甲山期，构造格局与冶里期相似，平顶山矿区目前也完全缺失。
中奥陶世马家沟期，华北克拉通盆地进入一个特殊的发展时期，主要表现为三次较大的海侵和海退，平顶山矿区同豫西豫东地区沉积了下马家沟组、上马家沟组地层，下马家沟组为大段的石灰岩、白云岩为特征；上马家沟组形成了一套含膏盐岩的碳酸盐岩沉积建造。
马家沟组沉积以后，华北克拉通盆地南部受秦祁海槽北部受兴蒙海槽相向挤压，华北盆地整体抬升和隆起，这一区域性隆升并剥蚀作用一直持续了130Ma，导致了华北克拉通盆地内志留系的广泛缺失，和泥盆系地层较广泛地缺失，直到中石炭世晚期，地壳下沉。
这就是著名的加里东运动（太康运动）。
并表现为下古生界与上覆上古生界地层之间明显角度不整合。
平顶山矿区同豫西、豫东地区缺失上奥陶统、志留系、泥盆系、下石炭统地层沉积。
第四节晚古生代构造演化
一、石炭纪
石炭纪早中期，华北地区主体基本继承了泥盆纪以来的大面积隆起状态，中石炭纪晚期开始，华北克拉通盆地逐渐下沉，揭开了石炭纪乃至整个晚古生代的构造演化序幕和沉积建造活动。
1．中石炭世
中石炭世晚期开始，华北克拉通盆地东北部开始整体倾伏下沉接受沉积，形成了除北部内蒙地区、南部豫晋地区及鄂尔多斯庆阳古隆起南北一线以外广泛分布的本溪组地层。
本溪组主要为一套海相—海陆交互相地层，由砂岩、页岩、石灰岩、铝土岩和褐铁矿及煤层组成。
本溪组分为上、中、下两段，下段分布局限，目前只发现于盆地东南部的淮北、徐州、临沂一带及东北部和北部的本溪、复州湾和开平一带。
上段分布较广泛，向北至大同、平泉、南票一线，向南到临沂、永城、郑州、铜川一线，向西达淮格尔旗、靖边、榆林、延安一带，地层总厚度呈北厚南薄的箕状分布。
平顶山矿区本溪组厚2-20m，平均厚度8m，以铝土质泥岩为主。
2．晚石炭世
晚石炭世地壳继续下沉，海侵范围进一步扩大，华北克拉通盆地除北缘内蒙古陆地为长期继承性隆起外，全区都广泛沉积了一套海陆交互相为主的暗色砂泥岩夹石灰岩和煤层的太原组地层。
太原组厚度100—180m，分布比较稳定。
石灰岩主要分布于盆地东部和中部、南部和北部石灰岩层数减少、厚度变薄。
煤层的分布比石灰岩分布广、主要分布于北部地区、而南部地区层薄、数量少。
（图1-4）。
平顶山矿区太原组为一套海陆交互相含煤沉积，本组下部为2-3层灰及深灰色中厚层状细结晶质石灰岩（L5—L7）夹深灰色泥岩、砂质泥岩及薄煤2-4层。
中部以深灰色泥岩、砂质泥岩及细砂岩为主，夹深灰色中厚层状细结晶质石灰岩两层（L3—L4）及薄煤3-5层。
上部以灰、深灰色厚层状细结晶质石灰岩（L2）及薄层泥灰岩（L1）为主，夹泥岩、砂质泥岩和薄层细砂岩。
L1灰岩中含燧石团块。
L1灰岩顶面为太原组顶界，太原组厚38-82m，一般厚72m。
该组所含煤层组称之为庚组煤，其中庚20为大部分可采煤层。
图1-4太原组上段沉积分布图
二、二叠纪
二叠纪时期，华北克拉通盆地，是在石炭纪构造演化的基础上，构造开始抬升，海水逐渐变浅退却，并转化为陆相盆地沉积。
二叠纪继承性地沉积了一套从下至上包括下二叠纪山西组、下石盒子组、上二叠统的上石盒子组和石千峰组地层。
原始沉积厚度，一般从500m至大于1300m，最厚的达2000m。
总的厚度变化趋势是南厚北薄。
（图1-5）
1．山西期
二叠纪初山西期继承了石炭纪的构造运动特征，华北克拉通盆地北缘受兴蒙海槽于海西中晚期关闭的影响，由此向南挤压，而南缘的秦祁海槽松驰下沉，华北克拉通盆地整体上北高南低地势进一步明显。
自南向北出现了从浅海石灰岩—海陆过渡的滨岸砂滩和近岸煤沼—砾岩、含砾粗砂岩等以粗碎屑岩为特征的冲积扇、辩状河流组成的大型克拉通内陆盆地沉积体系。
山西期华北克拉通盆地的沉积中心位于徐洲、淮南、阜阳一带，以含厚层状石灰岩为特征，由此向北向南石灰岩的层数和厚度都明显减少。
山西组的岩性展布也有规律性的变化，在盆地北部的北京—宁武以北地区，以砾岩、含砾粗砂岩为主，夹少量泥岩、粉砂岩和不稳定的薄煤层。
向南至唐山、石家庄、太原、乌审旗一线沉积物粒度明显变细，下部煤层稳定变厚。
继续向南金乡，峰峰、沁水、延安一线，山西组变成了以泥质岩为主，夹细砂岩的地层，并出现了2-4层厚度不等的海相石灰岩，顶部并发育了稳定且厚度较大的煤层。
再向南至淮北、淮南、阜阳、三门峡、铜川一带，岩性进一步变细，且东西方向上有较大的差异，东部的两淮地区，山西组以海相石灰岩占绝对优势，含厚层一巨厚层石灰岩4-6层，顶部主要为泥质岩，含煤层性差。
向西厚度减薄。
岩性为砂岩、泥岩、石灰岩和煤的交互层。
再向西到三门峡以西的鄂尔多斯南部地区，则变成了粉砂岩和泥岩为主。
含煤层变差（图1-6）。
图1-6山西组沉积分布图
平顶山矿区山西组与下伏太原组呈整合，顶界面止于砂锅窑砂岩底面，为一套过渡相的含煤沉积。
岩性下部为深灰色泥岩、砂质泥岩、夹煤2-4层，中上部多为砂质泥岩、或细至粗砂岩、砂质泥岩和砂岩互层，砂岩层面上含有大量碳屑和白云母，俗称“油毛毡”砂岩是对比层良好标志，本组厚37-54m，一般厚40m，含煤层，所含煤层称之为己组煤，该煤组为本区主要可采煤组，己15、己16、己17为主要可采煤层。
2．下石盒子期
下石盒子期，华北克拉通盆地北缘，由于兴蒙海槽西段褶皱关闭，受其挤压应力影响，北部的阿拉善、阴山古隆起进一步抬升，来自北部剥蚀区的大量粗粹屑物质由河流携入本区，造成冲积平原相迅速向南扩大，迫使海水不断向东南方向撤退，但区域沉积总体继承了山西期的沉积相带的展布规律。
但气候由潮湿向干旱炎热型转化，不利于大量植物繁盛，因而发育了一套总体上以河流相为主的灰绿、黑灰和灰紫色的砂泥岩为主的沉积。
在华北盆地的北部和中部，下石盒子组以杂色的粗碎屑为主，仅下部含有薄煤层或煤线，在盆地的南部，下石盒子组地层厚度增大，岩性显著变细，煤层加厚，层数增加。
大多数地区地层厚度100m左右，沉积最厚的地区位于盆地东南部的淮南、淮北等地，最厚可达190m。
在豫西地区，下部岩性以中细砂岩为主，夹粉砂岩、泥岩含2-4层煤层，分布比较稳定。
在豫东地区，下部岩性由细砂岩、粉砂岩和泥岩组成、两个正韵律；上部中细砂岩和泥岩互层组成，含2-5层煤层。
在两淮地区下部虽然粗碎屑岩含量略高于豫东地区，但煤层发育增多增厚；上部以粉砂岩和泥岩为主夹细中砂岩，含煤层数较多。
下石盒子组未发现特征显著的海相沉积，仅在盆地东南部的宿县、淮南、淮北一带出现含舌形贝的过渡相沉积，表明下石盒子期海水已基本退出
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