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内蒙古自治区煤田(煤矿)火区详细勘察南小窑火区物探总结报告文

归档日期:07-03       文本归类:隔火区      文章编辑:爱尚语录

  内蒙古自治区煤田(煤矿)火区详细勘察南小窑火区物探总结报告文字4.15.doc

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  内蒙古自治区煤田(煤矿)火区详细勘察 (桌子山煤田乌海海南小窑关闭区火区) 物探总结报告 内蒙古自治区煤田地质局117勘探队 二○一○年四月 内蒙古自治区煤田(煤矿)火区详细勘察 (桌子山煤田乌海海南小窑关闭区火区) 物探总结报告 项目编号:0651-Z09020168 报告编制单位:内蒙古自治区煤田地质局117勘探队 法人代表:王利峰 总工程师:范国强 项目负责人:郭玉清 主 编:胡永勤 编 制:胡永勤、王大伟、李连文 编制时间:2010年4月 文 字 目 录 TOC \o 1-2 \h \z \u HYPERLINK \l _Toc258628574 第一章 绪 论 PAGEREF _Toc258628574 \h 1 HYPERLINK \l _Toc258628575 第一节 目的及任务 PAGEREF _Toc258628575 \h 1 HYPERLINK \l _Toc258628576 第二节 位置与交通 PAGEREF _Toc258628576 \h 3 HYPERLINK \l _Toc258628577 第三节 自然地理与经济概况 PAGEREF _Toc258628577 \h 6 HYPERLINK \l _Toc258628578 第四节 矿井建设及生产概况 PAGEREF _Toc258628578 \h 7 HYPERLINK \l _Toc258628579 第五节 以往地质工作简述 PAGEREF _Toc258628579 \h 10 HYPERLINK \l _Toc258628580 第二章 地质概况 PAGEREF _Toc258628580 \h 14 HYPERLINK \l _Toc258628581 第一节 地 层 PAGEREF _Toc258628581 \h 14 HYPERLINK \l _Toc258628582 第二节 构 造 PAGEREF _Toc258628582 \h 15 HYPERLINK \l _Toc258628583 第三节 水文地质 PAGEREF _Toc258628583 \h 15 HYPERLINK \l _Toc258628584 第四节 煤 层 PAGEREF _Toc258628584 \h 15 HYPERLINK \l _Toc258628585 第五节 煤 质 PAGEREF _Toc258628585 \h 15 HYPERLINK \l _Toc258628586 第三章 火区勘查工作概况 PAGEREF _Toc258628586 \h 17 HYPERLINK \l _Toc258628587 第一节 勘查方法 PAGEREF _Toc258628587 \h 17 HYPERLINK \l _Toc258628588 第二节 勘查工作 PAGEREF _Toc258628588 \h 17 HYPERLINK \l _Toc258628589 第三节 物探资料解释 PAGEREF _Toc258628589 \h 23 HYPERLINK \l _Toc258628590 第四章 矿区火区 PAGEREF _Toc258628590 \h 32 HYPERLINK \l _Toc258628591 第一节 火区特征及着火煤层 PAGEREF _Toc258628591 \h 32 HYPERLINK \l _Toc258628592 第二节 火区燃烧面积及深度 PAGEREF _Toc258628592 \h 37 HYPERLINK \l _Toc258628593 第三节 燃烧资源储量 PAGEREF _Toc258628593 \h 38 HYPERLINK \l _Toc258628594 第五章 水土电源综述 PAGEREF _Toc258628594 \h 40 HYPERLINK \l _Toc258628595 第一节 水源、电源 PAGEREF _Toc258628595 \h 40 HYPERLINK \l _Toc258628596 第二节 土 源 PAGEREF _Toc258628596 \h 40 HYPERLINK \l _Toc258628597 第六章 结 论 PAGEREF _Toc258628597 \h 41 附 图 目 录 顺序号 图号 图 名 比例尺 1 1 卓子山煤田乌海海南小窑关闭区地形及火区详细勘察物探工程位置图 1:5000 附 表 1、海南小窑关闭区火区详勘物探(测量)成果表 2、海南小窑关闭区火区调查火点、采坑、裂缝点坐标表 3、海南小窑关闭区火区煤炭燃烧损失资源储量估算表 图 册 1、海南小窑关闭区火区详勘物探温测曲线、海南小窑关闭区火区详勘物探氡测曲线、海南小窑关闭区火区详勘物探磁测曲线、海南小窑关闭区火区详勘物探自然电位曲线、海南小窑关闭区火区详勘物探成果图 内蒙古自治区桌子山煤田白云乌素矿区乌海海南小窑关闭区火区详细勘探报告 PAGE 48 第一章 绪 论 第一节 目的及任务 桌子山煤田位于内蒙古自治区鄂尔多斯市鄂托克旗的西部、乌海市东部,煤田内地质构造简单~复杂,资源蕴藏丰富,可采煤层多,厚度大,层位较稳定,埋藏较浅,浅部地区适合于露天开采,为低灰、中硫、高发热量的炼焦用煤或配焦煤,为经济价值很高国家重点煤炭能源基地,享誉国内外煤炭市场。但是煤田范围内由于煤层赋存较浅,露头多,普遍存在着煤层自燃。煤层自燃不仅损失了大量宝贵的煤炭资源,对煤矿的安全生产构成巨大威胁,造成了巨大的经济损失;同时,煤层自燃释放出大量有害气体和热量,严重污染空气、破坏植被,使生态环境明显恶化,矿区将不得不每年投入大量人力、物力和财力用于防、灭火工程。 为了综合治理煤田煤层的自燃状况,确实有效的保护和充分利用保护宝贵的煤炭资源,减少煤层自燃对环境的污染,根据“内蒙古自治区人民政府关于加强煤田(煤矿)火区专项治理工作的实施意见(内政字[2007]234号)”。2009年12月内蒙古自治区经济委员会对“内蒙古自治区煤田(煤矿)火区治理详细勘察项目”进行了公开招标。内蒙古自治区煤田地质局117勘探队(以下简称我队)决定对该招标项目中的第3包—卓子山煤田乌海市海南区及东胜煤田达拉特旗境内的标段进行投标,招标编号:0651-Z09020168-03。2010年1月17日经评标委员会认真评定推荐并经业主确认,内蒙古招标有限责任公司为我队下达了该标段的中标通知书,月底我队与内蒙古自治区经济委员会签订了该项目详细勘察合同。根据招标文件对煤田火区详细勘察的要求,并参考相关规程、规范,我队在乌海海南小窑关闭区,即原乌海海南区东风前矿8号井、东山2号井、巨财煤矿、东方红前矿等5个关闭煤矿进行火区详细勘察工作,并编制了内蒙古自治区桌子山煤田乌海海南小窑关闭区火区详细勘察物探总结报告。 2010年3月5日, 117勘探队在桌子山 目的:利用地面调查、磁法、热红外测温、同位素测氡法和自然电位法综合物探手段进行煤矿火区详细勘查,为下一步的灭火专项初步设计和火区治理工作提供依据。火区详细勘查具体任务如下: 1、详细查明火区平面分布位置、面积、燃烧深度、燃烧状况、发火原因、燃烧历史及燃烧损失煤炭储量; 2、详细了解含煤地层及其地质构造; 3、准确掌握煤层层数、层位、厚度、煤层分布范围及着火煤层层数和层位; 4、详细掌握煤质特征和煤种; 5、详细了解自然地理气候条件、第四系地质、地貌特征及水文地质概况; 6、详细了解生产矿井的分布情况及开采情况; 7、详细查明水源、电源和土源情况。 第二节 位置与交通 一、位置 乌海海南小窑关闭区位于乌海市海南区东南部,鄂旗棋盘井镇北6km,与宁夏回族自治区石嘴山市石嘴山区毗邻,位于桌子山煤田白云乌素矿区。行政区划隶属于乌海市海南区和鄂旗棋盘井镇管辖。其地理坐标为: 东经:106°49′00″~107°00′45″ 北纬:39°24′45″~39°27′15″ 乌海市海南区小窑关闭区主要分布在白云乌素矿区。白云乌素矿区位于桌子山煤田中部,小窑关闭区内具体包括了乌海市海南区东风前矿、乌海市海南区东山2号井、乌海市海南区巨财煤矿、乌海市海南区东方红前矿、乌海市海南区东方红后矿等5个煤矿,上述各矿均为已关闭的无业主矿,采矿活动归乌海市海南区管理。 二、交通 工作区内交通以公路为主,109国道由东北向西南方向在区内通过,经此可与海(勃湾)~拉(僧庙)铁路和包(头)~兰(州)铁路相接,矿区北距乌海市海勃湾区45km,距拉僧庙火车站18km,距石嘴山火车站25km,工作区中部有乌海市到鄂尔多斯市鄂托克旗棋盘井镇的二级公路通过,交通便利。(见图1-2-1)。 第三节 自然地理与经济概况 一、自然地理 (一)地形地貌及水系 本区属半荒漠化丘陵地貌特征,乌海市海南区小窑关闭区的地形基本上呈现东高西低之势,海拔1300-1350米,地形起伏不大。 黄河是我国第二大河流,从本区西侧由南至北通过,区内没有大的地表水系,所有沟谷均大致垂直于黄河走向,由东至西展布,其规模不大,延伸不长,沟谷常年无水,只在暴雨后可形成短暂水流,向西流入黄河。 (二)气候 工作区地处内内蒙古高原西部,属于温带大陆性季风气候。具体特点是:冬季寒冷漫长,夏季干燥炎热,昼夜温差较大。据乌海市气象局资料,最高气温39.4℃,最低气温-32.6℃,年平均气温7.0~8.2℃;年平均降水量274.7mm,主要集中在七、八、九三个月内,常以阵雨和暴雨的形式出现;年蒸发量3525.7mm;区内多风,风向随季节不同,一般冬春两季多为西北风,夏秋季节多为东南风,最大风力8级。平均风速3.2m/s ,最大风速24m (三)地震 据《中国地震动参数区划图》(GB-18306-2001)划分,乌海市地处地震动峰值加速度(g)0.20区域,对照地震烈度8度,属强震预测区,因此矿井建设与改造应该采取防震措施。 二、区域经济概况 乌海市位于内蒙古自治区西南部,是一座一九五八年发展起来的新兴的工业城市。经过近半个世纪的建设,现已建成以煤炭工业为主,兼有化学、建材、冶金、机械、电力、酿酒等重要工业城市。 渡口雀儿沟煤矿位于乌海市海南区巴音陶亥乡,矿区周围人口稀少,居民居住分散,主要从事畜牧业生产,兼种、养殖业,除开采煤炭资源外,很少有其它工业建设,基础经济比较薄弱。 矿区距海南区30km,海南区电力资源比较丰富,可为矿区开发提供充足的电力资源,在矿区范围内有两个大型发电厂,可为矿区供电。矿井目前的供电来源于巴音陶亥乡变电站馈出的10KV电源。 矿区的地下水资源比较贫乏,但西邻黄河,矿井扩建水源地可借用黄河沿岸或黄河水,矿区目前的生产与生活由渡口水塔供给。 矿区内居民稀少,劳动力贫乏,但矿区距巴音陶亥乡和海南区很近,企业下岗人员及待业青年均可成为矿山开发时的劳动力来源。 第四节 矿井建设及生产概况 工作区内的煤炭生产历史较长,其中乌海市海南区小窑关闭区内主要的煤矿有:乌海市海南区东风前矿、乌海市海南区东山2号井、乌海市海南区巨财煤矿、乌海市海南区东方红前矿、乌海市海南区东方红后矿等5个煤矿。现在已经停采或进行技改中,开采9、16号煤层,着火煤层也为这两层煤。 第五节 以往地质工作简述 1987年6月内蒙古自治区煤田地质局117勘探队提交了《内蒙古自治区乌海市桌子山煤田白云乌素Ⅰ勘探区精查地质报告》共获得煤炭资源储量39730.2万吨,其中A级资源储量7320万吨,B级资源储量14775万吨,C级资源储量16177.1万吨,D级资源储量1458.1万吨。内蒙古自治区矿产储量委员会于1988年9月26日以“内蒙储字(1988)52号”文批准该报告。 2010年3月内蒙古自治区煤田地质局117勘探队提交的《内蒙古自治区桌子山煤田白云乌素矿区11~15线煤矿(整合)煤炭资源储量核实报告》。 本次火区勘查工作主要依据内蒙古自治区煤田地质局153勘探队在2009年5月提交的《内蒙古自治区桌子山煤田(矿区)火区和地质灾害调查报告》,该报告对桌子山煤田内各煤矿的煤层火灾情况进行了较为详尽的调查,对燃烧煤层、火区面积、火灾控制情况等进行了较为明确的阐述,是本次火区详细勘查设计的基础。 第二章 地质概况 第一节 地 层 一、工作区地层 工作区范围内被大面积第四系覆盖,基岩仅零星出露于本区小山丘顶部,根据钻孔揭露,区内地层由老至新有:奥陶系下统三道坎组(O11)、桌子山组(O12),石炭系上统太原组(C2t),二叠系下统山西组(P1s)、下石盒子组(P1x),二叠系上统上石盒子组(P2s),以及第四系(Q)等。现将区内地层发育特征由老至新分述如下: (一)奥陶系(O) 1、下统三道坎组(O11) 区内钻孔均未揭露到该组地层,据区域地层资料,全组地层厚度大于100 m,岩性为灰色中厚层状石灰岩夹灰白色钙质石英砂岩。与下伏寒武系呈平行不整合接触。 2、下统桌子山组(O12) 据区域地层资料,全组地层厚度70~100m,岩性为灰色厚层状生物碎屑灰岩,含动物化石,垂直节理发育,局部有小溶洞发育。该组地层为煤系地层基底,与下伏三道坎组呈整合接触。 据区域地层资料,桌子山煤田的三道坎组、桌子山组与华北地层的亮甲山组(O1L)属同期沉积。 (二)石炭系(C) 1、上统太原组下段(C2t1) 据钻孔揭露成果,该段地层厚度3.80~38.47m,平均24.25m。岩性以灰白色中、细粒石英砂岩为主,夹灰黑色砂质泥岩,局部夹薄煤线。砂质泥岩中含丰富植物化石,底部有零星分布的山西式铁矿。与下伏奥陶系呈平行不整合接触。 2、上统太原组上段(C2t2) 该段为区内主要含煤地层之一。据钻孔揭露成果,地层厚度51.48~118.41m,平均85.53m。岩性上部由灰白色中、细粒砂岩,灰黑色砂质泥岩及12号煤层组成;下部以深灰色砂质泥岩、钙质泥岩、泥灰岩为主,夹灰白色细粒砂岩,含15、16号煤层。钙质泥岩、泥质灰岩中含大量腕足类动物化石。本组所含的15、16号煤层为区内主要可采煤层,12号煤层为局部可采的次要煤层。太原组上段依据岩性组合及沉积旋回特征,可划分为2个岩段(C2t2-1 、C2t2-2)。 太原组上段与下伏太原组下段呈整合接触。 需要说明的是:1996年出版的《内蒙古自治区岩石地层》中只有太原组的名称。原本溪组(C2b)划为(C2t1),即石炭系上统太原组下段;原太原组(C2t)划分为(C2t2),即石炭系上统太原组上段。 (三)二叠系(P) 1、下统山西组(P1s) 该组为区内主要含煤地层之一。据钻孔揭露成果,残存地层厚度43.23~160.60m,平均120.80m,区内地层厚度变化不大。岩性上部为深灰色砂质泥岩,灰白色粗、中粒砂岩为主;中部普遍发育一层中、细粒砂岩;下部以细、粉砂岩及砂质泥岩为主,局部夹粘土岩或砂质粘土岩,含丰富植物化石。本组含5、8、9、10号煤层,其中9、10号煤层为主要可采煤层。山西组依据岩性组合及沉积旋回特征,可划分为4个岩段(P1s1、P1s2、P1s3、P1s4)。 山西组与下伏太原组上段(C2t2)呈整合接触。 2、下统下石盒子组(P1x) 据钻孔揭露成果,该组地层残存厚度0~117.30m,平均79.38m。岩性为灰白色、灰绿色粗、中、细粒砂岩夹杂色砂质泥岩,中部夹薄层粘土岩及砂质粘土岩。该组地层不含煤,与下伏山西组呈整合接触。 3、上统上石盒子组(P2S) 本区的二叠系上统上石盒子组在大部分地段遭受后期剥蚀而变薄。据钻孔揭露成果,地层残存厚度0~407.51m,平均114.95m。岩性上部为黄绿色、灰绿色、灰白色粗粒砂岩,局部含砾,夹薄层杂色砂质泥岩;中部一般为紫红色为主的砂质泥岩,夹薄层砂质粘土岩或砂岩;下部以灰绿色、灰白色中、粗粒砂岩为主,局部含砾;底部为杂色,以灰绿色、紫红色为主的砂质泥岩。与下伏下石盒子组呈整合接触。 (四)第四系(Q) 第四系主要为残坡积砂、砾石层,沙土及冲洪积砂、砾石为主。据钻孔揭露成果,地层厚度2.34~24.25m,平均11.75m。第四系与下伏老地层均呈不整合接触。 二、矿区含煤地层 区内含煤地层为石炭系上统太原组上段(C2t2)和二叠系下统山西组(P1s)。据钻孔揭露成果,含煤地层总厚度98.63~252.63m,平均203.85m,区内含煤地层保存完整,厚度变化不大。 现将区内含煤地层分述如下: (一)石炭系上统太原组上段(C2t2) 太原组上段为本区主要含煤地层之一,依据岩性组合及沉积旋回特征,可划分为2个岩段。 1、第一岩段(C2t2-1) 该岩段位于太原组上段的下部。据钻孔揭露成果,地层厚度17.11~77.85m,平均41.47m。岩性主要由灰色、灰白色中、细粒砂岩,深灰色砂质泥岩、泥岩及煤层组成,含煤3~6层,其中15、16号煤层为区内主要可采的较稳定煤层,其余煤层均为不可采的薄煤线) 该岩段位于太原组上段的上部。据钻孔揭露成果,地层厚度29.29~67.31m,平均44.98m。岩性主要为灰色、灰白色中、细粒砂岩及深灰色、黑灰色砂质泥岩、泥岩。中部含12号煤层,为局部可采的不稳定煤层。 (二)二叠系下统山西组(P1s) 山西组为本区主要含煤地层之一,依据其岩性组合及沉积旋回特征,可划分为4个岩段。 1、第一岩段(P1s1) 该岩段位于山西组底部。据钻孔揭露成果,地层厚度7.43~32.26m,平均12.66m,厚度变化不大。岩性由深灰色砂质泥岩、泥岩及煤层组成,局部夹薄层粘土岩,含8、9、10号煤层,均为区内可采煤层,亦是岩煤层对比的主要标志层之一。 2、第二岩段(P1s2) 该岩段位于山西组中下部。据钻孔揭露成果,地层厚度10.97~55.00m,平均44.28m。岩性以浅灰色、灰白色中、细粒砂岩与深灰色、黑灰色砂质泥岩、泥岩为主,含5号煤层,为大部可采的较稳定煤层。 3、第三岩段(P1s3) 该岩段位于山西组中部。据钻孔揭露成果,地层厚度0.00~26.70m,平均12.94m。岩性为深灰色、灰色砂质泥岩、砂质粘土岩,局部夹薄层细粒砂岩,含薄煤线) 该岩段位于山西组上部。据钻孔揭露成果,地层厚度0~71.19m,平均50.35m,厚度变化不大,一般多在45~60m。岩性为灰白色、浅灰色中、粗粒砂岩,夹深灰色砂质泥岩或绿灰色砂质粘土岩。该岩段不含煤层。 综上所述,本区含煤地层为石炭系上统太原组上段(C2t2)和二叠系下统山西组(P1s),含煤地层总厚度98.63~252.63m,平均203.85m。据钻孔揭露,煤层总厚度7.01~25.30m,平均15.48m,含煤系数为7.6%;可采煤层总厚度3.63~18.59m,平均9.51m,含可采煤层系数为4.7%。 第二节 构 造 白云乌素矿区位于桌子山背斜西翼,黑龙龟逆断层与棋盘井逆断层间之南部,受上述两逆断层影响,区内构造形态基本为一向南西倾斜的单斜,地层产状较平缓,倾角7~10°,局部可达13°。 一、断层 受桌子山煤田大地构造的影响,区内发育两组断层,一组为近南北向的逆断层,一组为近东西向的正断层,一般前者被后者切割。前者规模大,后者规模小。 二、褶曲 本区总体为一向南西倾斜的单斜构造,褶曲不发育。据地震资料,仅在黑龙龟逆断层东侧(下盘)与DF12正断层之间存在受这2条断层牵引形成的小型向斜,向斜两翼较平缓。 三、岩浆岩 区内未发现岩浆岩侵入。 综上所述,本区基本构造形态为一向南西倾斜的单斜构造,主要断层位于工作区边界附近,对煤层连续性有一定的破坏,但未见岩浆岩侵入,综合评价本区构造属简单类型。 第三节 水文地质 一、概况 (一)矿区地形地貌、水文气象特征简述 白云乌素矿区位于桌子山煤田东南部,总体地形东高西低,海拔标高1300~1256m。区内地形较为平缓,多为缓坡、平地及低矮山丘,地面植被稀少,具侵蚀性高原荒漠—半荒漠丘陵地貌特征。 区内没有水库、湖泊等地表水体,地表水系也不发育,仅有小型冲沟,沟谷平缓,无常年地表径流,沟谷一般向西及西南方向流出区外,只有在雨季暴雨过后可形成短暂的流水,具历时短,水量大的特点。 本区气候干燥,冬天寒冷、夏天炎热,多风少雨,降水量少,蒸发量大。据乌海市海勃湾气象站近30年气象资料:历年最高气温39.4℃,历年最低气温-32.6℃,年平均气温7.8~8.0℃。最大冻土深度0.60m。最大风速24m/s,平均风速3.1m/s。年降水量为54.19~357.6mm,平均158.1mm;年蒸发量3132.1~3913.3mm,平均3485.1mm。由平均降水量与蒸发量计算所得区内的干燥度为22.04,年潮湿系数为0.045。因此,本区属于典型的干旱大陆性高原气候区。 (二)地下水的补给、径流、排泄条件 1、潜水 本区第四系(Q)地层大面积出露,松散层潜水主要接受大气降水的直接垂直渗入补给,其次接受区外潜水的径流补给。由于本区降水量小,且集中,降水多以径流形式流出区外,少量渗入地下,所以潜水的补给量也较小。潜水一般沿沟谷及地形低洼处径流,即向西及西南方向径流。潜水的排泄方式有:沿沟谷方向的径流排泄、人工挖井开采排泄、强烈的蒸发排泄以及向深部承压水的渗入排泄。 2、承压水 区内基岩出露很少,因此基岩承压水主要接受区外地下水的侧向径流补给,其次为上部潜水的渗入补给,在本区东北角基岩出露处直接接受大气降水的渗入补给。承压水一般沿地层走向向西南方向径流。承压水仍以侧向径流排泄为主,次为人工开采排泄。 二、矿区水文地质条件 (一)含隔水层水文地层特征 1、第四系(Q)松散层潜水含水层 岩性为灰黄色残坡积亚砂土、砂及砾石,冲洪积砂砾石层等,在全区分布广泛。含水层厚度一般1.20~3.30m。根据《桌子山煤田白云乌素矿区精查(最终)勘探报告》的钻孔抽水试验成果:单位涌水量q=0.679L/s.m,渗透系数k=16.02m/d,地下水化学类型为HCO3~Ca·Na型水,水质一般较好。含水层的富水性较弱,局部中等(在梁峁地区富水性弱,在较大沟谷中富水性中等)。由于大气降水的补给量小,所以补给条件较差,潜水含水层与下部承压水含水层的水力联系较小,而与地表水及大气降水的水力联系密切。该含水层为矿井的间接充水含水层。 2、二叠系(P2S~P1s4)碎屑岩类承压水含水层 岩性为杂色中粗粒砂岩、砂质泥岩,夹泥岩及薄层粘土岩。全区赋存,地表仅在本区东北角有零星出露。根据BB09号钻孔抽水试验成果,含水层厚度130.06m,地下水位埋深17.77m,水位标高1262.13m,水位降深S=30.26m,涌水量Q=0.225L/s,单位涌水量q=0.00744L/s·m,渗透系数k=0.00522m/d,水温10°C,溶解性总固体571mg/L,PH值为7.5,F含量1.07mg/L,地下水化学类型为HCO3·SO4·Cl~Na·Ca型水,详见钻孔抽水试验综合成果表及水质分析成果表。据《桌子山煤田白云乌素矿区精查(最终)勘探报告》资料:含水层厚度79.08m,钻孔单位涌水量q=0.0659~0.000132L/s·m,渗透系数k=0.0476~0.000525m/d,含水层的富水性弱,其透水性与导水性也较差,地下水的径流条件与补给条件均较差,与相邻含水层的水力联系程度较小。该含水层为矿井的间接充水含水层。 3、二叠系(P1S3)相对隔水层 岩性由灰色、灰绿色泥岩、砂质泥岩及煤线m。在区内厚度较稳定,分布较为连续、广泛,因此隔水层的隔水性能较好。 4、石炭系(C2t2)~二叠系(P1 S2)碎屑岩类承压水含水层 岩性为灰白色、灰色粗中粒砂岩,灰黑色、深灰色砂质泥岩,夹泥岩、粉砂岩及煤层。全区赋存,地表无出露,含水层厚度49.22~54.94m,平均52.08m。根据BB09号钻孔及B01号钻孔抽水试验成果,地下水位埋深13.50~37.62m,水位标高1252.96~1242.28m,水位降深S=48.68~20.73m,涌水量Q=0.276~0.187L/s,单位涌水量q=0.00567~0.00902L/s·m,渗透系数k=0.00942~0.0176m/d,水温12~11℃,溶解性总固体1617~588mg/L,PH值为7.5,F含量1.59~1.04mg/L,地下水化学类型为Cl·SO4~Na及HCO3·Cl·SO4~Na·Ca型水,详见钻孔抽水试验综合成果表及水质分析成果表。由此可知,该含水层的富水性弱,其透水性与导水性能较差,水质也较差,溶解性总固体与F含量均较高,均超标。因此地下水的补给条件与径流条件也较差。因受二叠系(P1S3)隔水层的阻隔,该含水层与上覆含水层的水力联系较小。该含水层为矿井的直接充水含水层和主要充水含水层。 5、石炭系(C2t1)相对隔水层 岩性以灰白色中、细粒石英砂岩为主,夹灰黑色砂质泥岩,局部夹薄煤线m。砂岩为硅质胶结,致密隔水。该地层在区内厚度稳定,分布连续,隔水性能良好。 6、奥陶系(O1)石灰岩承压水含水层 岩性为灰色厚层状生物碎屑灰岩、石灰岩,夹灰白色石英砂岩,钻孔揭露厚度3.12~17.37m。据区域地层资料,地层厚度大于200m。据《桌子山煤田白云乌素矿区精查(最终)勘探报告》的钻孔抽水试验成果:单位涌水量q=0.317~0.349L/s·m,渗透系数k=0.330~1.060m/d;据邻区棋盘井水源地水井抽水试验资料,地下水位标高1116.05~1117.75m,单井出水量Q=1908~3037m3/d,渗透系数k=178.99m/d,溶解性总固体540~590mg/L,PH值7.6~7.7,地下水化学类型为HCO3·SO4·Cl~Na·Ca型水,水质良好,含水层的富水性中等~强,与上部含水层的水力联系较小。该含水层为矿井的间接充水含水层。含水层的富水性取决于石灰岩岩溶发育程度,岩溶较发育的地区,含水层的富水性则较强。 以上资料来自距矿区约5km的棋盘井水源地供水井抽水试验成果,水井由山西第二水文地质勘探院2004年施工,为奥陶系石灰岩承压水。水井为棋盘井水源地供水水源井,因为石灰岩中裂隙和溶洞发育,含水层的富水性强,水井揭穿溶洞后,导致了水井的涌水量较大。 (二)断层的导水性及其对矿床充水的影响 本区断层较为发育,主要断层有黑龙龟逆断层、DF1逆断层、F14正断层、DF7正断层、DF12正断层,这些断层均分布在本区西北部,以及西界、北界。根据勘查区北界外原153号钻孔对F14正断层所进行的抽水试验成果:断层的水位标高1188.94m,水位埋深44.09m,单位涌水量q=0.000976L/s·m,渗透系数k=0.00249m/d。据黑龙龟逆断层抽水试验成果:单位涌水量q=0.000139L/s·m,渗透系数k=0.00426m/d。因此,断层的富水性与导水性均较弱,对矿床充水的影响较小。原因是断距小,且没有勾通灰岩水;当断距大勾通灰岩水时,断层导水性较强,如区外的西来峰逆断层,单位涌水量q=0.286L/s·m,渗透系数k=1.06m/d。因此必须注意断层勾通灰岩水、地表洪水、老窑水等水体,发生突水事故。考虑到奥陶系岩溶含水层富水性中等~强,地下水位标高(1117.75m)高于煤层底板标高,因此应引起高度警惕,在开采至断层附近时一定要留足保护煤柱,以防断层勾通下部岩溶含水层的承压水,造成突水事故。 (三)地表水、老窑水对矿床充水的影响 区内地表水系不发育,小型沟谷均无常年地表径流,只有在雨季暴雨过后会形成短暂的流水。地表流水一般通过井口、风口等人工通道直接向未来矿井充水,也可通过断层破碎带间接地向矿井充水。因此,必须做好井口、风口等人工通道的防水工作,并在断层带附近留断保煤柱,以防地表水对矿井的充水。总体而言,本区大气降水量少,地表水也较少,因此地表水对矿床充水的影响较小。 区内没有老窑分布,白云乌素矿区11~15线煤矿,矿井在正常生产期间涌水量为2040m3/d,最大涌水量为2880m3/d,对矿床充水及煤矿生产影响不大。但值得注意的是,周边不少矿井因无计划乱采或越界开采而勾通了集水老窑,已发生多起透水事故,造成了人身伤亡的恶果。如2004年5月份乌海市海南区鑫源煤矿,因越界开采勾通集水老窖,发生透水事故,造成15人遇难,直接经济损失数百万元。因此,老窑水对矿床充水的影响很大,应引起高度的重视。生产时必须遵纪守法,严格执行煤矿安全生产的有关规程,才能避免重大事故的发生。 (四)石灰岩承压水对矿床充水的影响 区内可采煤层的底板标高为620~1260m,而邻区棋盘井水源地石灰岩承压水地下水位标高为1116.05~1117.75m,由此可知,石灰岩承压水的地下水位标高已高出了可采煤层的底板标高。本区主要可采煤层16号煤层与石灰岩含水层的平均距离在20m左右。因此,未来煤矿开采,石灰岩承压水有底鼓的可能性,对矿床充水的影响很大,应采取有效措施,防止石灰岩承压水底鼓,以免发生突水事故。如2010年3月2日,神华海勃湾矿业有限责任公司骆驼山矿井16号煤层工作面掘进过程中发生石灰岩承压水底鼓,最大突水量达68000m3/h,造成32人遇难,初步查明工作面底下有一地下岩溶暗河。因此,必须先探后采,探采结合,防止发生突水事故。 第四节 煤 层 工作区内含煤地层有石炭系的太原组和二叠系的山西组,煤层倾向西,倾角5~18°之间。山西组含可采、局部可采煤层四层,编号为8、9-1、9-2、10煤,在区域上称乙煤组,主要可采煤层为9-2煤,次要可采煤层为10煤;太原组含可采、局部可采煤层14、15、16-1、16-2、17煤,主要可采煤层为16-1、16-2,次要可采煤层为17煤。 9-2煤层:位于山西组中下部,其顶部界限由结构很复杂的煤、泥岩互层组成,底界为稳定的泥岩或砂质泥岩互层。煤层全区厚度变化不大,一般在2.71~6.19m,平均4.45m。含夹矸0~4层,结构较简单,全区可采,属较稳定煤层。 10煤层:位于山西组中下部,其顶界以间距稳定的泥岩与9-2煤相隔,底板为细砂岩、粉砂岩或泥岩。煤层厚度一般在0.94~1.50m,平均1.21m,属结构简单的较稳定煤层。 16-1煤层:位于太原组中上部,上距10煤40m左右,其顶板以灰色厚层状砂质泥岩及细砂岩组成,底板为黑色薄层炭质泥岩、粘土岩。煤层厚度1.04~4.87m,平均3.20m。含夹矸0~4层,一般为2层,结构较简单,全区可采,属较稳定煤层。 16-2煤层:位于太原组中下部,上距16-1煤层0.57~3.40m。其顶板为灰黑色细砂岩,底板为黑色泥岩及砂质泥岩组成。煤层厚度0.68~3.40m,平均2.44m。含夹矸1~4层,多在上部,结构较复杂,全区基本可采,属较稳定煤层。 17煤层:位于太原组中下部,上距16-2煤层4.12~5.85m。其顶板为黑色细砂岩及灰色粘土岩,煤层厚度0.09~1.19m,结构简单~复杂,区内大部可采,属较稳定煤层。 第五节 煤 质 区内煤层呈黑色,条痕为褐黑色、棕黑色,比重及硬度均为中等,光泽以强沥青光泽及玻璃光泽为主,弱沥青光泽次之,线理状、条带状结构、层状构造,参差状及阶梯状断口。平均最大反射率(Rmax)为0.85%~1.00%,平均0.94%,反射率变化区间不大,为煤化程度较高的低阶烟煤,可作为冶金工业中炼焦配煤。煤中矿物杂质大部分为粘土质矿物,有少量硫化铁矿物,煤岩类型:16-2、17煤以半暗型煤为主,9、16-1煤以半亮型煤为主,各煤层变质程度均为烟煤变质阶段。 区内各煤层原煤灰分(Ad)均在15.76~32.00%之间,洗煤灰分在6.70~11.84%之间,原煤经洗选后,煤灰大幅降低,洗煤灰分一般是原煤灰分的1/2~1/3。 原煤水分(Wad)一般在0.40~0.85%之间,洗煤水分在0.59~1.06%之间,大部分洗煤水分高于原煤水分。 各煤层原煤的全硫(St,d)平均在0.53~2.89%之间,在垂向上,原煤全硫由浅到深呈增加的趋势,从低硫煤到中高硫煤。洗选后各煤层硫分大幅降低,全硫(St,d)平均在0.57~1.47%之间。 各煤层原煤发热量(Qb,ad)均在24.09~27.18MJ/kg,洗选后煤的发热量比原煤发热量有所提高。 各可采煤层原煤的磷含量在0.0062~0.037%之间,除9-2煤为特低煤以外,其余煤层均为低~中磷煤。 通过对区内的煤层的小焦炉炼焦性试验,本区内各煤层均可做炼焦用煤。 按照中国煤炭分类国家标准(GB5751—86),区内9号煤为焦煤、10煤为肥煤、16-1为焦煤和肥煤、16-2为焦煤~1/3焦煤~肥煤、17煤为肥煤。本区各可采煤层无论从煤的物理性质和煤岩特征,还是煤的化学性质及工艺性能,均可作为炼焦用煤。16-1、17煤硫含量略高, 9、10煤层的硫含量较低,经洗选加工后各煤层按适当的比例配制,使其硫含量降到要求以下,可作炼焦用煤,中煤可做电厂的动力用煤。 钻孔测试成果:原煤样燃点334~356℃,氧化样燃点316~341℃,二者之差在13~28℃之间,煤层有自燃趋势。 据《桌子山煤田白云乌素Ⅰ勘探区精查地质报告》:该区煤层自燃倾向等级多为易自燃煤,相邻的公乌素、老石旦、卡布其等矿的煤炭堆放4—6个月开始自燃。原因是煤的挥发分较高,硫含量高、吸氧量大所致。上述煤矿曾发生过井下煤层着火现象 区内煤具相近的煤质特征,所以煤在堆放时应注意堆放方式及堆放时间,防患于未然。 第三章 火区勘查工作概况 第一节 勘查方法 一、勘查手段的选择 勘查区地处鄂尔多斯黄土高原,呈典型的黄土高原地貌,区内沟谷纵横,地形起伏较大,区内大面积被第四系残坡积、冲洪积砂砾石层及黄土层覆盖,埋深较浅。根据本区地形及地质特征,参考目前煤田火区传统探测方法,本次火区勘查采用地面调查、磁法、热红外测温、同位素测氡法与自然电位多种方法对比。现场采集数据资料,通过对获得的数据资料分析研究,确定火区的范围及深度。 二、技术标准 《煤、泥炭地质勘探规范》(DZ/T0215-2002) 《地质矿产勘查测量规范》(GB/T18341-2001) 《煤炭资源勘查工程测量规程》(煤炭工业部1987) 《煤田火灾灭火规范》(试行 1992年11月) 《煤田电法勘探规范》(MT/T898-2000) 《地面高精度磁测技术规程》(DZ/T0071-93) 第二节 勘查工作 一、完成实物工作量 本次火区勘查工作于2010年3月20日至2010年4月1日完成了全部野外设计物探工作量,历时12天。 本次火区调查的主要内容为明火点、地面塌陷区、采掘坑、烧变岩、煤层露头等。通过手持GPS仪测试,野外照片,调查点通过表格形式进行记录,内容包括坐标,高程,位置描述,采掘坑属性,活火区属性,地面塌陷区属性及野外编号。 本次火区勘查工作共完成火区地面调查面积约3.50km2,物探测线。调查明火点8个,采坑、塌陷坑9个,圈定火区3 处,火区燃烧面积约68.90×104m2,火区影响面积约14.95×104m2。基本完成详细勘探工作阶段任务。完成实物工作量见表3-1-1。 表3-1-1 完成实物工作量一览表 类别 工作内容 工作量 收集资料 煤田地质资料 矿区煤炭资源核实报告 野外地面调查 明火点 8个 地面塌陷区、采坑 9个 测量工作 地形测绘 13. 工程测量 47 物探工作 磁法工作 66条剖面线条剖面线条剖面线 二、工作方法及质量评述 ㈠测量工作 1、本区平面成果为1954年北京坐标系,高斯投影3o带第36带成果,中央子午线、作业方法 本次工程测量作业依据: ⑴GB/T18314-2001《全球定位系统GPS测量规范》 ⑵原煤炭工业部1987年颁布的《煤炭资源勘探工程测量规范》 ⑶依据设计测线及控制点分布情况,采用动态GPS由已知控制点校准设基站,直接测出座标。 3、测点的测量布设 测定合格,可供本次测量外业使用。 测点采用动态GPS直接测出座标,每10m 4、调查火点、塌陷点、采坑、老窑 采用手持GPS测量坐标,直接上图。 5、地形测绘 根据测量规范测出地形点坐标和高程,利用测绘数据处理软件汇至1:5000地形图。 5、完成工作量 全区共完成测线km2。 6、资料整理与计算 由全站仪所测各类控制点,全部传入计算机内整理打印成册,本测区原始资料、计算资料经过检查后最终装订成册。 7、检查与验收 在作业过程中,每个工序小组均作了200%检查,确认无误后,再交下一工序进行,在作业过程中和结束时,分队和大队在野外、室内均作了相应检查。 ㈡物探工作 1、测网布设 物探测网布设的基本原则是:依据明火点和塌陷点及区域,布设物探测线。根据野外实地调查,本次工作比例尺为:1:5000,以规则的方式布设物探测线m,即线m。 煤田火区蔓延沿露头或废弃巷道最快,在倾向上随着深度增加,有些地表上火区的特征很不明显,或基本没有,所以采取综合物探手段勘测。全区综合物探方法测网布设较合理,较严密地控制了煤层火区边界及范围。 2、仪器 自然电位工作使用重庆奔腾数控研究所生产的WDJD-3多功能数字直流激电仪,该仪器具有自动存储功能。生产之前进行了仪器自身检测,达到了仪器使用要求。 磁法工作共使用了两台美国产G856AX型高精度数字式质子磁力仪,该仪器具有自动存储功能,其分辨率为0.1nT。 测温工作使用北京雷泰光电技术有限公司生产得RaytekST18红外温度计。具有测量距离远、精度高的特点。经野外实测,对50米以内的火区能够准确反映;在近距离,与高精度水银温度计对比,误差不大于2°。 测氡工作使用重庆地质仪器厂生产的HFS-6 ? 射线快速测量仪。该仪器具有体积小,重量轻,便于在复杂地形地貌施工,操作流程较为简单,灵敏度高,及时获得测量信息等特点。 生产施工期间,各台仪器性能稳定。 3、野外工作 ⑴磁法工作 a、基点选择 本区选取了3个独立基点。基点在工作区内磁场稳定的正常场内。 b、日变工作 日变站选择在正常场内,周围磁性干扰小,10m以内磁场梯度变化小 c、梯度校正 本区梯度改正系数的确定,是在原有改正系数的基础上,根据实测磁测曲线的背景场进行适当调整而得。 纬向梯度改正系数为:KX=0.004nT/m 经纬向梯度改正后,实测曲线背景场趋于零值,效果良好,说明所选梯度改正系数正确。 d、野外观测 用仪器为G856AX型高精度数字式质子磁力仪,该仪器有自动存贮数据的功能。基点观测记录两次,测点记录一次。野外记录本中仅记录测线点号与仪器存储号的对应关系及测点附近的地形、地物、烧变岩出露等情况。在野外观测中,操作员对有怀疑的点,如异常和背景不足的线均进行了补测追踪,以保证观测质量及磁异常的完整。 ⑵测温工作 热红外测温要求避免正午、仪器电量不足影响下,严格在准确点位实测。 ⑶同位素测氡工作 测氡采用计数累加法,每测点上挖坑达30~40cm,再取土样,观测60秒,仪器自动存储。首先确定本区背景值,在地表着火明显的地方和正常区分别测量,确定火区和正常区的计数值,对部分反映无规律的异常点进行复测。与其它仪器相比,观测时间长短而言,正常区与背景区相对值是稳定的。针对此仪器,氡气浓度计数累加值观测60秒,相对值较小,但能反映出背景值与正常值的界线。 ⑷自然电位工作 自然电位使用的是不极化电极罐,测之前让硫酸铜不极化罐充分与地表接触吸收。MN=10m的间距实施测量,野外如若出现其它非异常,及时在现场处理或者重测。 4、资料检查验收 本次工作有严密的质量保证体系,即原始资料的检查、验收实行“三级检查二级验收制”,首先由野外操作员自检,分队设专人对当天的资料进行检查验收,发现问题及时处理,项目负责定期检查施工的原始资料,再由质量监督检查人员对项目组的一级验收进行重新审查验收,保证了原始资料的质量。 磁法野外实测数据经仪器传输计算机后,验收人员对输入的测线端点坐标、测线%检查,基本消除了人为误差。对于野外磁测中出现的问题和因磁暴引起日变曲线发生较大锯齿状畸变曲线秒间隔不能连续观测的畸变除外)段内对应的测线段,均及时进行了返测。 测温法,每测点上挖坑达30~40cm,现挖现测,现场记录。观测中出现误差较大的点,均在现场同点进行重复观测。 测氡采用计数累加法,每测点上挖坑达30~40cm,再取土样,观测60秒,仪器自动存储。观测中出现误差较大的点,均在现场同点进行重复观测。 自然电位法,每天施工前均对极管极差进行测量,保证极差小于0.1毫伏。观测中出现误差较大的点,均在现场同点进行重复观测。 5、资料整理与处理 每天磁测结束后,将G856AX仪器中的数据通讯至计算机,用自编程序将观测数据进行日变改正,处理结束后,打印出ΔΤ剖面曲线。 自然电位经野外实测,每个测点都详细记录,使不极化电极充分与地表接触后,再开始测量,最后形成自然电位剖面,装订成册。 测温工作利用红外线测温仪测量红外线辐射的强度就能得到被测物体表面的温度,形成测温剖面,装订成册。 测氡工作依据野外规范,每60秒测一点,用surfer软件生成各测氡曲线秒仪器捕获氡元素的量数,横轴表示该测线测点号。测氡观测数据经仪器通讯至计算机后,生成剖面曲线,装订成册。 所有物探资料处理基本无人为误差,精度高,工作及时,提高了工作效率。 第三节 物探资料解释 一、地球物理特征 1、磁法 区内各类未烧岩石磁性微弱,磁化率(K)常见值一般在144π×10-6SI单位以下。煤层顶底板岩石中虽含有大量黄铁矿结核,但其磁性微弱。当煤层自燃时产生高温,使煤层顶底板岩石受热变质,从而形成含铁磁性矿物的烧变岩,温度降低后保留较强的热剩磁,实测烧变岩磁化率(K)常见值的平均值一般为1286π×10-6SI单位,而其剩余磁化强度(Jr)常见值的平均值一般为:1192×10-3A 由区域地质资料及钻孔资料表明,测区内无火成岩侵入,也未发现强磁性矿床。 本次磁法实测曲线在正常含煤区磁场背景平稳,而自燃区则可测到明显磁异常。(针对死火区磁法反映明显) 综上所述,煤层烧变岩的磁性与未烧岩(围岩)的磁性有着明显的差异,具备了依据磁测曲线异常特征圈定自燃边界的地球物理前提。 2、测温 火区内温度明显升高,与背景值形成较大差异。因此测温具备了初步确定火区边界的地球物理前提。 3、测氡 火区内氡气浓度计数增多,与背景值形成较大差异。具备了初步圈定火区边界的地球物理前提。 4、自然电位 地下煤层如若燃烧会增加电位差异常的幅度,因此,自然电位具备了界定火区范围的地球物理前提。 二、异常解释推断 ㈠异常分析 1、磁异常分析 本区煤层一般只是沿巷道燃烧,个别地方沿沟边燃烧。故本区烧变岩地表出露较少。本次磁法工作的研究对象是:正常含煤区到自燃区过渡段异常与煤层自燃边界的对应关系。 煤层露头自然发火经历为低温氧化、发热、着火与自燃、燃烧、降温熄火。按发生发展的进程,则煤层火区可分为五个带:①吸附水蒸发带;②挥发物涌出带;③发火带;④燃烧带;⑤还原熄灭带等。煤层经过燃烧,顶底板及其夹矸受到强烈的高温作用而形成烧变岩。顶底板中的铁质多数是赤铁矿、黄铁矿、菱铁矿、褐铁矿等,随着烧变岩的形成它们大部分转变成磁性矿物。由于这种作用是从 300~800℃高温下冷却发生,因而获得热剩磁,且其磁化方向与冷却时的地磁场方向相同。当温度由高温(居里点以上)降低,磁性渐渐增加,在整个冷却过程中将获得很火区观测到的磁异常就是由该温差剩磁性所引起。由此推测:还原带的烧变岩正处于降温阶段,尚未降到正常温度,所以只能得到部分热剩磁;熄灭带比还原带得到更多热剩磁,故推知后者的磁性要强于前者;发火与燃烧带尚未获得热剩磁。存在这样的磁异常特征:熄灭带磁异常最强;从熄灭带到燃烧带磁异常逐渐减弱;在涌出带和蒸发带上观测不到磁异常。 在圈定火区范围时一般根据磁测曲线特征。在煤层倾斜一侧的磁测曲线极小值点可定为下部边界,而在另一侧的磁测曲线零值点定为上部边界。当多层叠加时则要考虑这些特征点的叠加位移影响。 2、测温异常分析 地下煤层燃烧产生的热量,一方面沿裂隙(裂缝)向地表逸出,一方面通过岩石的热传导作用在地表形成热异常区,与周围地表形成热反差,利用红外线测温仪测量红外线辐射的强度就能得到被测物体表面的温度,从而探测火区范围内的温度异常,大致确定火区的范围。该方法也是最简单、直接探测火区的方法。 3、测氡异常分析 煤田火区蔓延沿废弃巷道最快,在倾向上随着深度增加,地表上火区的特征很不明显,或基本没有,对于这样的隐伏或半隐伏火区边界的圈定,同位素测氡是较为有效的方法,效果良好。 沉积岩层中均含有不同程度的放射性元素,一般情况下,随着岩层中岩石粒度的变细、岩层颜色的变深,放射性元素的含量逐渐增大。因而煤系地层中的泥岩、炭质泥岩及煤矸石中放射性元素的含量相对较高。其中铀、钍等放射性元素经衰变后,均产生氡气、钍射气和锕射气,钍射气和锕气的半衰期很短,钍射气为5.45s、锕气为3.96 s,而氡气的半衰期则较长(3.825d),其运移距离最远,能从地下几十米甚至数百米的地方运移到地表。 氡气在岩层中的运移,受岩层中的孔隙度、温度、压力、地下水等诸多因素的控制。煤层自燃时,使得岩层的孔隙度增大,温度和压力升高,燃烧煤层所产生的其它气体CO、CO2、SO2以及热蒸汽等向上拖拽,氡气的运移数量和速度明显增加,因而在火区的上方就会形成氡气浓度相对的高值区。在地表准确的测量氡气浓度的大小,就可圈定活火区的范围,推断煤层的燃烧状况。 4、自然电位异常分析 自然电场法是电法勘探中使用较早的一种方法,是基于地层内的水分子被吸附,与围岩存在电位差为前提的探测方法。当地下煤层燃烧时,随同吸附岩层中的水离子,通过岩层中的孔隙、裂隙或破碎带到达地面,使火烧区水离子浓度增大,形成明显的电位差。 通过对比分析,掌握活火区过滤电场的电位变化特征及不同电位差的幅值变化,进而判识当地表无塌陷区时,电位差值幅值小;当地表存在塌陷时,则电位差幅值将发生较大变化,表现为梯度变化大。自然电位布置的测线大部分都是采空之后燃烧造成塌陷区,根据电位差剖面和野外调查及其它物探手段,大致圈出活火区范围。 ㈡异常定性分析 1、地质调查分析 本区总调查火点8个,塌陷、采坑点9个(位置坐标见附表2),从下表可以看出,着火点都呈高温异常,列表如下。 表3-3-1 火区明火点坐标一揽表 点号 坐 标 温度 备 注 X Y 1# 4367751 36411242 245 高温燃烧点,废井口 2# 4367398 36411750 167 露头点,高温燃烧,有热气 3# 4367131 36411121 247 有硫化氢气味,采坑 4# 4367080 36411071 133 有硫化氢气味,废井口 5# 4366772 36411384 78 有硫化氢气味,塌陷坑 6# 4367504 46414547 443 高温燃烧点,废井口 7# 4367226 36414668 174 有硫化氢气味,裂缝 8# 4366599 36414687 89 有硫化氢气味,采坑 火区1:位于白云乌素矿区的北东侧,大部分在东风前矿八号井,少部分位于乌海市海南区东山2号井,燃烧煤层为16煤,煤层倾角10 o。该火区目前正在剥离,剥离面、底板均见有烧变岩、青烟、明火点等。照片1-3为采坑、露头、裂缝处,可见到明火点及大量的青烟;在剥离底板上的钻孔内,辐射温度高达248 oC,底板上有裂缝、火洞辐射温度都很高,一般在180 oC以上,火区处于燃烧状态。 照片1 采坑着火 照片2 裂缝着火 照片3 煤层露头火点 火区2:位于白云乌素矿区,火区自北向南横跨乌海市海南区东风前矿8号井、乌海市海南区巨财煤矿和乌海市海南区东山2号井。燃烧煤层为9煤,煤层倾角10 o。火区内见有废弃的井口、塌陷坑、裂隙、烟汽、温度异常点,明火点特等(见照片4-5)。未封闭的废弃井口,增强了燃烧煤层的供氧条件,使地下煤层燃烧更加强烈,井口热浪明显,辐射温度高达287℃。从塌陷坑和裂缝中冒出的热汽和烟雾十分明显,并夹杂着强烈的刺激性气味。在煤层露头处也出现过煤层自燃。 照片4 废气井口着火 照片5 裂缝塌坑着火 火区3:位于白云乌素矿区,乌海市海南区东方红前矿井田内。燃烧煤层为16煤,煤层倾角9~12 o。局部地段正在剥离,剥离面、底板均见有烧变岩、烟汽、高温点、硫磺析出等(见照片6-7)。地面上的辐射温度高达443 oC。 照片6 裂缝着火 照片7 采坑着火 D02线、剖面分析 在各物探曲线上的火区与正常区存在明显差异,据此可以划分火区边界。现以D2线)测氡异常 煤层自燃时,使得岩层的孔隙度增大,温度和压力升高,燃烧煤层所产生的其它气体CO、CO2、SO2以及热蒸汽等向上拖拽,氡气的运移数量和速度明显增加,因而在火区的上方就会形成氡气浓度相对的高值区。如图中250~480号区域,氡的数量达到10以上,与正常区形成明显差异。本区以大于10计数氡含量划分火区。 (2)测温异常 从图中可以看出,火区上方温度明显偏高。本区以温度大于20o划分火区。 (3)自然电位异常 自然电位呈负异常,与正常区呈台阶状跃变,一般以自然电位小于0mv的跃变点划分火区边界。 (4)磁测异常 区内煤层主要沿沟边、废弃巷道和煤层采空区自燃,随着向覆盖区延伸,通风供气条件变差,煤层自燃随之变弱并趋于尖灭,对应的烧变岩磁性随之变弱,故一般在沟边烧变岩出露区观测到的磁异常幅度较大,多为尖峰的锯齿异常;而在自燃边界附近,因烧变岩有一定的埋深,则观测到幅度相对较小的园滑异常。本区以正异常向负异常的过渡段零值划分火区边界。 3、平面成果 对比各曲线异常形态,结合地质调查成果,划分D2线号间;其他测线线相同(见剖面曲线条曲线通过综合解释,划分出各曲线火区范围,绘制成平面图,最终圈出火区范围(图中红线区域)。全区资料齐全,解释方法正确,成果可靠。 二、综合物探方法解释成果分析 1、火区边界 本次火区详细勘探采用综合物探方法,是有效且合理的勘探手段。先根据测氡氡元素累计量异常圈定活火区或隐伏及半隐伏火区范围;然后根据热红外测温温度异常能大致圈定高温区与低温区,最后根据自然电位差、梯度变化的磁测异常圈定煤层熄灭带与燃烧带(吸附水蒸发带)的边界,另外参考地形走向、煤层露头,综合圈定活火区燃烧范围边界。 2、影响边界 影响边界涵义为地下煤层活火造成周边塌陷及裂隙且包括即将引起火区、相对低温区的区域。本次勘探圈定影响边界的原则为活火区范围外推20m,并综合煤层走向、煤层露头将被火区影响的范围。 3、燃烧深度 一般煤层燃烧都为近地表、第四系覆盖层较薄的层位。燃烧造成煤层及顶板形成烘拷带,形成比煤层厚度大许多的燃烧厚度。一般来说,凭经验得出,燃烧厚度比煤层厚度大1~1.5倍。 燃烧深度主要依据地表标高及各煤层底板标高推断求得。 第四章 矿区火区 第一节 火区特征及着火煤层 一、火区分布特征 矿区内现已查明3处火区。 ㈠火区燃烧特征 火区现场勘查发现,煤火处一般沿裂缝、塌陷坑、采坑及废弃井口部位见有青烟、硫磺析出、高温辐射,燃烧强烈一些的,大多可见到明火、大量的青烟、强裂的刺鼻气味(SO2),局部见烧变岩。老窑井口及采空区大多可见到明火、大量的青烟。 ㈡火区地表特征 火区地表指示特征是火区野外调查和火区圈定的重要依据,表现为明火、热异常、有害气体、青烟、裂缝、硫磺(硭硝)析出、烧变岩及植被枯死等。 1、热异常和烟气 煤层燃烧后释放出大量的热量,以传导、对流和辐射的形式扩散到围岩和大气中,在地表形成热异常区,与周围背景形成较大的温差;通常地表热异常在裂缝、气孔、塌陷附近表现最为明显,有时在裂缝见有硫磺、芒硝结晶体析出;同时,煤层在燃烧过程中释放出大量的烟气,烟气中含有有害气体,如SO2、H2S、CO、NOX等,有刺鼻气味,这些烟气一般沿地表裂缝中冒出。地表热异常和烟气,是野外火区调查的主要依据(见照片8)。 照片8 热异常和烟气 2、火区裂缝与塌陷 火区地表的地貌变化十分显著。由于火区内温度高,岩石的物理化学性质发生变化,导致岩石破碎,形成大量的裂缝;同时,由于煤层燃烧后形成空洞,导致上部的岩石冒落形成地表塌陷,地表裂缝和塌陷沟通了燃烧的煤层与外界空气的接触,为煤层燃烧继续发展提供了更充分的通风供氧条件,随着裂隙、裂缝密度增加,火区也逐步向深部发展。裂隙的发育程度与煤田火区的燃烧程度、发展速度和规模以及原生地质条件等有密切关系,因而火区地表塌陷裂隙、裂缝是火区调查与分析的重要内容,也是火区范围圈定的依据(见照片9)。 3、烧变岩 煤层周围岩石在高温烘烤作用下,常发生脱水、氧化、熔融、碎裂和重结晶作用,改变了岩石的结构、构造,形成不同变质程度的烧变岩(见照片10)。 火区以上的这些地表特征是火区地面地质调查、热红外测温,确定火区范围依据。 照片9 火区裂缝与塌陷 照片10 烧变岩 二、着火原因 煤是一种可燃有机岩,煤层自燃是由煤自身的燃烧特性和外部条件所决定的,当满足煤燃烧条件时,煤层就会发生自燃。内因是指煤层的自燃倾向性,外因是指引发煤层自燃的外部环境,如气候条件、地貌、地质构造及人为因素。 ㈠煤层的自燃倾向性 煤的自燃倾向性主要决定于煤的变质程度,据以往地质资料及前人研究,煤的变质程度越高,自燃倾向性越低,但煤层出露于地表或经开采后与外界空气相连,经长期风化、氧化,煤的物理特性和化学结构发生了变化,成为易自燃状态。 本区煤层主要为高变质程度的焦煤,属易自燃煤~极易自燃煤。 据白云乌素矿区已开发的煤矿实际资料分析,采出的煤堆放4~6个月即开始自燃,特别是雨后更易自燃,故煤矿产出的煤,应该注意堆放方式,缩短存放时间,避免煤的自燃。 ㈡气候与地貌 本区为大陆性气候,干旱少雨、蒸发量大且多风,气候干燥,为煤层氧化蓄热和燃烧提供了良好的条件。 ㈢地质因素 地质因素主要包括潜水位、地质构造、煤层上覆岩层等。 1、潜水位:如果煤层位于潜水以下,水充满着煤层顶、底板岩石的孔隙和裂隙,使煤层与氧气隔绝不能自燃。区内煤层露头及浅部煤层均位于地下水位以上,为煤火燃烧提供了便利通风供氧条件。 2、地质构造:地质构造的作用往往是使煤层及煤层顶底板受到破坏,裂隙发育,增加煤层与空气接触的面积,或使煤层直接出露于地表接受氧化蓄热,同时也为煤层燃烧创造较好的供氧条件。 3、上覆岩层:上覆岩层厚,煤层埋藏较深,煤体的风化和氧化只能与节理、裂隙、孔隙中的氧气发生作用,煤层的氧化聚热自燃受到很大的限制,而且煤层与其燃烧所必须氧气受到上覆地层的隔离,煤层不易发生自燃。区内煤层的上覆岩多为泥岩、砂质泥岩,部分有第四系覆盖,不利于煤层燃烧。 四、人为因素: 本区在过去乱采乱挖,井口较多,加之煤层埋藏浅,仅5~20m,地面采空区塌陷裂隙多,地表开挖和采坑部位回填不利,采空区浮煤多,煤垛煤柱留设较大。使井下与地面形成了良好的供氧通道,从而引发了采空区煤层自燃发火。关闭小井后,对地表所有井口进行填埋,在井田内地表虽然基本看不到烟雾,但有多处调查点有硫磺析出现象并伴有较强烈的煤烟味,说明井下火区仍然存在。 三、着火煤层 本矿区范围内着火煤层一号火区、三号火区为16号煤层,二号火区为9号煤层。 四、煤田火区燃烧现状 本次火区详细勘查通过地表调查、物探工作,从整体上查清了工作区内煤火的燃烧现状、燃烧程度及空间分布情况。目前准确圈定火区3处,覆盖面积达68.90×104m2。火区现状综述如下(见附图1): 一号火区位于工作区的西北部,火区面积约为23.23×104m2,燃烧煤层为16号煤。二号火区位于工作区的西南部,火区面积约为15.01×104m2,燃烧煤层为9号煤。三号火区位于工作区的东部,火区面积约为30.66×104m2,燃烧煤层为16号煤。3个火区地表均可见明火、热异常和烟气、地表塌陷、裂隙、大量采坑、废气井口、硫磺析出。 布设了热红外测温66条、磁法测线条,准确地控制了火区的边界。 氡气浓度异常在10~30N/60sec,异常明显。热红外测温温度幅值在20~35℃之间,形成相对高温区,说明地下煤层处于燃烧状态。火区范围自然电位差为-5~-20mV、5~20mV,推断火区范围内塌陷造成裂隙发育较好,使煤层与氧气能够充分接触,促使地下煤层自燃程度较高。磁异常形态较宽,幅值在±20nT之间,此处为火区较弱的磁异常。磁异常形态呈锯齿状与宽缓,最大幅值为±50nT,为出露地表与未出露地表的烧变岩所致。 经综合分析物探资料,圈定了火区边界。面积约68.90×104m2,煤层处于活火与隐伏燃烧状态。 第二节 火区燃烧面积及深度 一、火区燃烧面积 通过本次勘查,乌海海南小窑关闭区火区共查明3处,火区面积68.90×104m2,推断火区影响面积14.95×104m2(见表4-2-1)。 二、火区燃烧深度 桌子山煤田为比高不大的半荒漠化丘陵地貌,地形坡度平缓,无大冲沟,大多属于草原化半荒漠植物区。根据调查,煤田开发较晚,于20世纪80年代末,沿煤层露头及浅部开办有很多的小煤窑,进入90年代,对小煤窑进行治理整顿,关闭了大量的小窑,关井后续工作的资金紧缺,井口密闭质量不高,且无人维护,已废弃的老窑采空区及煤层露头,导致许多关闭小窑井下漏风,引起煤层自燃。小窑的采深较小,一般在垂深20m左右;区内的煤层倾角大多在10°~18 一般煤层燃烧都为近地表、第四系覆盖层较薄的层位。燃烧造成煤层及顶板形成烘拷带,形成比煤层厚度大许多的燃烧厚度。一般来说,凭经验得出,燃烧厚度比煤层厚度大1~1.5倍。 经本次详细勘查,详细地查明了火区的范围、面积,并根据物探、煤田勘探资料的综合分析,通过火区的煤层底板标高得出燃烧深度。各火区的燃烧深度见表4-2-1。 表4-2-1 火区燃烧面积及深度一览表 序号 火区名称 燃烧面积km2 影响面积km2 燃烧深度m 明火点 1 1号火区 0.2323 0.0488 10~30 2 2 2号火区 0.1501 0.0492 5~20 3 3 3号火区 0.3066 0.0515 10~30 3 合计 0.6890 0.1495 8 第三节 燃烧资源储量 一、燃烧资源储量估算范围 本次燃烧资源储量估算范围为在燃烧范围及火区影响边界。 二、估算方法的选择 本区地质构造简单,地层平缓,地层倾角10°~18°,平均15°。南北走向,北西倾向的单斜构造。煤层厚度稳定~较稳定。故选用地质块段法估算燃烧损失资源储量。估算时采用各火区煤层燃烧厚度和平面积。计算公式: Q=s×m×d 式中:Q为燃烧损失资源储量(t) s为火区燃烧范围平面积(m2) m为煤层燃烧平均厚度(m) d为燃烧煤层视密度值(t/m3) 三、参数的确定 1、火区燃烧范围平面积 为本次火区详细勘查所圈定火区范围平面积。 2、煤层燃烧厚度 根据煤矿勘探报告周边钻孔厚度资料确定。 3、视密度 9号煤层视密度值为1.56 t/m3,16号煤层视密度值为1.49 t/m3。 四、估算结果 通过本次计算海南小窑关闭区火区内燃烧损失煤炭资源量为675.56万吨。其中在燃煤炭资源量为557.10万吨,冻结煤炭资源量为118.46万吨。各火区燃烧损失煤炭资源量情况见表4-3-2。 表4-3-2 海南小窑关闭区火区燃烧损失煤炭资源量一览表 火区名称 燃烧煤层 燃烧面积 (m2) 冻结面积 (m2) 煤层燃烧厚度(m) 容重(t/m3) 燃烧损失资源储量 (万吨) 在燃 冻结 合计 火区1 16号 232331 48826 5.64 1.49 195.24 41.03 236.27 火区2 9号 150095 49153 4.45 1.56 104.20 34.12 138.32 火区3 16号 306605 51532 5.64 1.49 257.66 43.31 300.97 总 计 689031 149511 557.10 118.46 675.56 第五章 水土电源综述 第一节 水源、电源 区内水资源比较匮乏,矿区的生活、生产用水来源于渡口水塔,矿区西侧有黄河由南至北流过,灭火工程可考虑申请利用黄河水。 区内供电、通讯等基础设施比较完善,在矿区周边20km 范围内有两个大型发电厂,也可以为矿区供电,电源条件可满足灭火工程需要 第二节 土 源 区内地貌特征呈半荒漠化丘陵地貌,火区附近土源充足。 海南小窑关闭区灭火用土可利用现有煤矿工业广场排土,同时报请国土资源局,申请火区附近土源建立取土点。加上利用部分火区及煤矿地表风积沙、粉煤灰,可满足灭火工程需要。 第六章 结 论 一、勘查成果评述 本次火区勘查工作采用地面调查、综合物探等手段,依据异常剖面与实地调查确定活火区范围,成果较为可靠;磁法勘探采用异常特征点法,结合钻孔及实地调查等方法综合分析解释,作为分析活火区范围边界的参考资料;自然电位电法勘探,依据电位差曲线,分析异常幅值变化,推断确定活火区的边界,成果较为可靠。测温勘探,依据测温曲线,分析异常起跳点与幅值变化,推断确定活火区的边界,成果较为可靠。测氡勘探,依据测氡曲线,分析异常起跳点与幅值变化,推断确定活火区的边界,成果可靠。结合地质、煤层情况,推断燃烧深度成果基本可靠。基本完成了火区详查阶段的各项地质任务。 本次勘探内业资料整理及解释完全使用计算机程序处理,保证了资料的可靠性和及时性。施工中“三边”工作较及时。总之本次勘探工作施工方法正确,测网布置较合理,解释方法正确,资料齐全,满足了《煤田火灾灭火规范》的要求。可作为下一步灭火设计和治理工作的依据。 1、详细查明了海南小窑关闭区火区平面分布位置、面积、燃烧深度、燃烧状况、发火原因、燃烧历史及燃烧损失煤炭储量;火区面积68.90×104m2,燃烧深度垂深5~30m,燃烧损失煤炭资源储量 2、详细了解了含煤地层及其地质构造;含煤地层为太原组和山西组,火区所处地质构造为单斜。 3、准确掌握了煤田煤层层数、层位、厚度、煤层分布范围及着火煤层9、16号煤层。 4、详细掌握了煤质特征和煤种;煤层煤质优异,区内各可采煤层有害成分低,属低灰、特低硫、低磷、高热值煤的焦煤、肥煤。 5、详细了解了自然地理气象条件、第四纪地质、地貌特征及水文地质情况;本区属干旱半干旱气候,降雨稀少蒸发强烈;第四系发育,典型的侵蚀性黄土高原地貌,水文地质条件简单。 6、详细了解了生产矿井的分布及开采情况; 7、详细查明了水源、电源和土源情况。 二、存在问题 本次火区勘查在初步地面调查结果的基础上,有针对性地进行。由于关闭及废弃小窑等原因,勘查工作难度较大,同时也存在一些问题,主要表现在: 1、本区前期勘查工作较少,勘查程度低,可以参考的资料有限,只能根据现有资料对区内的地质情况加以说明。 2、本次勘查范围由于工作量有限,工作区域范围相对较小,矿区内可能还存在其它地区及深部未发现的火区;建议今后扩大火区勘查的范围,全面查清矿区火区情况,为全面实施灭火工作提供依据。 三、建议 1、建议施工钻探工程对所圈定的火区范围进行验证。 2、建议进行一些勘查工作,了解清楚区内的地质情况,对区内的灭火工程及下一步开采提供相对较可靠的地质依据。 3、制定灭火方案要遵循因地制宜、就地取材、技术成熟、经济合理、快速高效、安全可靠的原则。从本次火区勘查情况来看,煤层埋藏较浅,因此,建议以实施剥离灭火,彻底消除火灾。

  内蒙古自治区煤田(煤矿)火区详细勘察南小窑火区物探总结报告文字4.15

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