Question

矿床实例

Answer 1

(一)昌乐朱刘煤矿

1.矿区位置

朱刘店井田位于朱刘街道境内,为一孤立井田,周围无其他矿井开采,井田范围东经118°53'53″～118°56'30″,北纬36°43'00″～36°45'00″,交通条件十分便利,胶济铁路、309国道分别在矿区南北两侧通过,北距济青高速公路4.4km,东至潍坊20km,西到昌乐7.5km,铁路公路畅通,可与全国各地相连。井田北西以朱刘店断层(F₁)为自然边界,南至各煤层露头线,东以第一勘探线向东200m垂直下切线的人为边界,东西走向长约4.5km,南北倾斜宽约1.64km,面积约7.38km²。

2.矿区地质特征

(1)地层

朱刘井田位于鲁西台背斜之东缘,鄌郚-葛沟断裂西侧,属华北地台型地层序裂,石炭-二叠系是本区的主要含煤地层,古、新近纪地层在该区广泛分布,第四系更新统及全新统在该区都有分布。

朱刘煤田地层自下而上为奥陶系、石炭系、二叠系、古近系、新近系和第四系,地层走向近东西向,倾角西缓东陡,平均35°左右。区内第四系上部为表土层和姜结石,下部为白色黏土岩,一般厚度为30～50m,井田内由东向西逐渐变薄。古近系全区都有分布,由于剥蚀原因,残留厚度变化很大,由南往北逐渐增厚,井田东北部超过400m,除上部有1～5层玄武岩外,其余多由红色黏土组成,底部普遍沉积一层砾岩与下伏地层呈角度不整合接触。

(2)构造

朱刘井田位于沂沭大断裂两侧,鲁西隆起区的东部边缘,向北为沉降凹陷带,煤系地层为一单斜构造,无褶曲存在。断层为井田内主要构造,以正断层为主,极少见逆断层,通过对井田的勘探和采掘工程的实际揭露,共发现较大(＞10m)断层34条,均为正断层,为上陡下缓的“犁”式断层,展布上以东西向和南北向为主。

(3)岩浆侵入活动

朱刘井田内岩浆活动频繁,尤以煤田内第九勘探线以西及第四勘探线以东突出,岩性多为辉长岩和煌斑岩。在中生代燕山期,华北地台地壳活动强烈,鲁西背斜也不例外,在此活动期,岩浆从断裂带侵入到煤系地层中,呈大小不规则的岩床或岩墙,分布于煤层顶底板及煤层中间,规律性不强,其中对煤₈和煤_10-1破坏严重。整个井田西翼煤₈,煤₇部分全部被岩浆侵入而破坏,而煤_10-1在第10勘探线以西及整个井田东翼大部分区域已被岩浆侵入而破坏。岩浆侵入区内有大量燃烧灰和天然焦,它们与岩浆相互穿插而毫无规律,使朱刘井田内煤层严重破坏,对煤层的开采价值造成了严重影响,这也是朱刘煤矿目前资源量很多(876.2万t),而可采储量少(85.5万t)的主要原因。

在新生代喜马拉雅期,随着地壳活动的加强,岩浆活动也强烈起来,基性玄武岩浆多次喷发间隔在古、新近系红色地层中,该井田玄武岩有数层,在东部较为发育。

3.主要可采煤层情况

矿体呈层状,延伸不稳定。自下而上分为下含煤段、油页岩段、中含煤段、上含煤段4个含煤段:朱刘煤矿共含煤20层,纯煤平均总厚11.67m,含煤系数为3.6%,其可采或局部可采6层,为

煤_4-1、煤_4-2、煤₇、煤₈、煤_10-1、煤_10-2。

1)煤_4-1,厚0.20～2.04m,一般0.96m,无夹石,结构简单,沉积稳定。

2)煤_4-2,厚0.46～2.67m,一般1.70m,无夹石,结构简单,沉积稳定。

3)煤₇,厚0.07～1.45m,一般0.75m,夹1～5cm厚的夹石,结构较复杂,沉积较稳定,但局部区域出现沉积变薄现象。

4)煤₈,厚0.10～2.06m,一般1.6m,夹5～10cm厚的夹石,结构较复杂,沉积稳定,局部区域受构造影响而变薄。

5)煤_10-1,厚0.31～4.07m,上分层1.56m,下分层0.54m,夹0.50m厚的炭质泥岩,结构复杂,沉积稳定,局部区域由于受火成岩侵入而变为天然焦。

6)煤_10-2,厚0.05～1.10m,因井田构造极为发育,致使许多零碎块段失去了开采价值。

4.资源储量

经过多年的开采,共开采出煤炭663万t,至关井时剩余储量876.2万t,可采储量85.5万t。

5.开发利用情况

潍坊朱刘煤矿原为市属国有企业,2001年改制为股份公司。矿井1970年10月始建,1976年10月投产,设计生产能力15万t/a,核定生产能力16万t/a,批准开采煤_10-2及以上煤层共六层,批准开采上限-100m、下限-1000m。主井井口标高+48.74m,井底标高-100m,地面标高+37～+47m。矿井开拓方式为斜井多水平开拓,共开拓四个水平,一水平井底标高—100m,二水平井底标高—200m,三水平井底标高—400m,四水平井底标高—600m。

矿井已于2012年5月份按照市府要求停产,于2013年4月份按要求进行了井筒封闭。

(二)昌乐五图煤矿

1.基本概况

(1)矿区位置

矿区位于昌乐县五图街道境内,交通条件便利。中心平面直角坐标X:4059450;Y:20671080。

(2)矿区地质特征

1)地层。五图煤田为陆相沉积隐伏煤田,含煤地层为古近纪五图群李家崖组,属新生代古近纪始新世,总厚度为846m。121队依据沉积岩层岩石特征、层序、煤层及油页岩层的分布,将含煤岩系分为四个含煤(油页岩)岩段:上含煤段(A)、中含煤段(B)、油页岩段(C)和下含煤段(D)。共含煤45层,含油页岩9层。其中上含煤段(A)含煤7层;中含煤段(B)含煤12层;油页岩段(C)含煤12层,含油页岩7层;下含煤段(D)含煤14层,含油页岩2层。可采煤层有10层,即中含煤段(B组)的Bm₃、Bm₄、Bm₅、Bm₇煤层;油页岩段的Cm₁₂煤层;下含煤段(D)的Dm₁、Dm₂、Dm₃、Dm₄、Dm₅煤层,五图煤田古近纪煤系地层综合柱状图见图2-2-1。

2)构造。五图煤田位于华北板块(Ⅰ)鲁西地块(Ⅱ)鲁中窿块(Ⅲ)泰山-沂山隆起(Ⅳ)昌乐凹陷(Ⅴ)的东北部,鄌郚-葛沟大断裂西侧。昌乐凹陷为一形似三角形的聚煤盆地,北界青州断裂,东界为鄌郚-葛沟断裂,西界为营子断裂;盆地内地层走向总体上近东西,南北相向倾斜,构成一小的向斜。含煤岩系分布于昌乐凹陷的中北部,面积约100km²(图2-2-2)。矿区内构造主要为NW向断裂,断面倾向南,为张性断层。

3)岩浆岩。①侵入岩,元古宙侵入岩傲徕山超单元松山单元分布于本区东南部,主要岩性中粒二长花岗岩,对煤矿的形成无影响。中生代侵入岩多为脉状闪长岩、闪长玢岩,侵入于五图群下部,对煤层无侵蚀和烘烤作用。②火山岩,区内火山岩主要形成于中生代早白垩世,次为新生代中新世,岩石类型有熔岩、火山碎屑岩、潜火山岩。区内中生代火山岩为大盛群田家楼组,岩性为安山质火山熔岩、凝灰岩。新生代始新世火山岩赋存于五图群李家崖组上部,是冲刷后沉积的安山质凝灰角砾岩,隔断了煤层。中新世的火山岩属新近纪临朐群牛山组,岩性为橄榄玄武岩,呈层状覆盖于煤系地层之上,对煤层有保护作用。

(3)矿体地质特征

矿体呈层状,延伸不稳定。自下而上分为下含煤段、油页岩段、中含煤段、上含煤段四个含煤段:

图2-2-1 五图煤田古近纪煤系地层综合柱状图

图2-2-2 区域构造位置示意图

下含煤段:含煤12～13层,自上而下编号为Dm₁～Dm₁₃,仅个别煤层局部可采,无开采价值。油页岩段不含煤层。

中含煤段含煤12层,自上而下编号为Bm₁～Bm₁₂,以Bm₄、Bm₅、Bm₇赋存较好,局部可采,其他均不可采。Bm₄厚0～1.75m,平均厚1.08m,结构复杂,含夹石5～6层,下距Bm₅为10～20m。Bm₅厚0～2.35m,平均厚0.77m,无夹石,结构简单,下距Bm₇为26m左右。Bm₇厚0～3.36m,平均厚1.43m,结构较复杂。

上含煤段:含煤6～7层,自上而下编号为Am₁～Am₇,但煤层均很薄,仅个别点可采,无开采价值。

(4)矿石特征

煤层为半暗或暗淡型,煤岩呈褐黑色,沥青光泽,贝壳状断口,条带状结构,层状构造。性脆,具X型节理。煤的成因类型为腐殖煤,杂以过渡煤,以微镜煤为主的显微煤岩类型,有机成分77.74%～96.92%,矿物质3.08%～22.26%。属褐煤、长焰煤,其中褐煤占46.07%～49.11%。水分9.86%～17.76%,灰分一般为41%～43%,为高灰分煤,含硫3.8%～4.1%,含磷0.0542%～0.1090%,属中磷煤,焦油产率4.57%,挥发分46.07%～49.11%。

(5)成因类型及成矿时代

成因类型为内陆湖沼生物化学沉积型,其形成时代为古近纪。聚煤盆地位于华北地台之上,盆地四周为太古宙、古生代地层,含煤岩系基底为白垩系。煤系地层厚达数百米至数千米,岩层组合以碎屑岩、泥质岩为主,夹油页岩。岩性较稳定,含煤数十层,煤层变质差。岩相有洪积相、湖泊沼泽相。盆地内及其边缘断层多为正断层。由此推断,含煤建造的成因类型为“地台山前坳陷盆地型”。在燕山期,太平洋板块与欧亚板块对扭,形成NNE向走滑断层、EW向正断层及EW向展布的断陷或坳陷盆地。昌乐—临朐盆地即为此类盆地之一。至喜马拉雅期,太平洋板块向西俯冲,导致地壳上部扩张,盆地继续扩展。由于气候温湿,水源充足,在盆地中形成一套含煤层及油页岩的粗碎屑岩—细碎屑岩的内陆湖相沉积岩系。

(6)工作程度及评价

山东省煤炭工业管理局121队进行勘探。探明资源储量为0.08亿t,规模为小型矿床。

2.煤层

(1)含煤性

本矿区含煤地层为新生代古近纪五图群李家崖组。煤层呈层状,局部含夹矸。煤层厚度较稳定,多在1.0～3.5m间,属中厚煤层。煤层顶底板较稳定,多有伪顶,直接顶岩性多为砂质页岩。各煤层的厚度、结构稳定性见表2-2-1。其中可采层为油页岩段一层(Cm₁₂),下煤段5层(Dm₁～Dm₅),共6层,五图煤田煤层柱状图见图2-2-3。

表2-2-1 煤层特征一览表

图2-2-3 五图煤田煤层柱状图

(2)可采煤层

Cm₁₂煤层:在探矿许可证范围内Cm₁₂煤层的见煤点13个,可采点5个,可采系数38%。工业煤层厚0.8～3.40m,平均1.29m。厚度变化规律性较明显,厚度变化系数56%,属较稳定煤层。煤层产状横1线走向NW,横2～横3线走向SN,横4线以东走向NW;倾向NW'或SE,倾角12°～29°,平均大于19°。工业煤层分布于横1～横6线之间,可采面积1.32km²。

煤层无夹矸,属结构简单型。煤层顶板岩性为油页岩、砂质页岩、泥灰岩、炭质页岩;炭质页岩厚0.6～0.7m,属较稳定型顶板。底板岩性多为油页岩、砂质页岩、含油页岩,致密属较稳定型底板。

Dm₁煤层:是主要可采煤层之一。在探矿许可证范围内见Dm₁煤层的见煤点15个,可采点13个,可采系数87%。工业煤层厚0.8～6.45m,平均2.33m。厚度变化规律性较明显,厚度变化系数66%,属较稳定煤层。煤层产状走向SN或NW,倾向SE或SW,倾角11°～26°,平均19°;工业煤层分布于横1～横6线之间。可采面积1.62km²。煤层含夹矸0～1层,个别地段4层,一般属结构简单型,个别属较复杂型。煤层顶板岩性为砂质页岩,属较稳定型顶板。底板岩性多为砂质黏土页岩、含油页岩,致密,属较稳定型底板。Dm₁煤层上距Cm₁₂煤层64.07～27.79m.平均49.35m。

Dm₂煤层:在探矿权证范围内,Dm₂煤层见煤点9个,可采点5个,可采系数56%。煤层走向SE或NW,倾向SE或SW,倾角12°～25°,平均18°;工业煤层厚0.80～3.87m,平均1.99m。厚度变化规律性较明显,厚度变化系数为22%,属较稳定型煤层。煤层分布面积1.57km²,可采面积0.82km²。煤层结构一般简单,个别较复杂。含夹矸0～2层。煤层顶板岩性多为含油泥页岩,层理发育,属较稳定型岩层。煤层底板为含油页岩局部为砂岩或炭质页岩,属较稳定型底板。Dm₂煤层上距Dm₁煤层8.38～1.29m,平均5.45m。

Dm₃煤层:主要可采煤层之一。在探矿许可证范围内,Dm₃煤层见煤点10个,可采点8个,可采系数80%。煤层产状与Dm₂煤层基本相同。工业煤层厚0.8～3.58m,平均1.88m。厚度变化规律性较明显,变化系数为67%,属较稳定型煤层。煤层分布面积1.37km²,可采面积1.06km²。煤层含夹矸0～2层,结构一般简单,个别较复杂。煤层顶板以含油页岩为主,局部为炭质页岩,属稳定型岩层。底板以含油页岩为主体,属稳定型岩层。Dm₃煤层上距Dm₂煤层16.56～10.39m,平均13.19m。煤岩类型属半亮型煤,层状构造,条带状结构;呈黑色,贝壳状断口,条痕为黑褐色,坚硬,风化后表面出现白霜质物,是下煤段最坚硬的煤层。

Dm₄煤层:主要可采煤层之一。见煤点11个,可采点9个,可采系数81%。煤层走向NE—NW,倾向SE或SW,倾角12°～28°,平均19°。可采煤层厚0.8～5.06m,平均2.10m,厚度变化规律性明显,厚度变化系数46%,属较稳定煤层。煤层分布面积1.36km²,可采面积1.06km²。煤层结构较简单,含夹矸0～1层,个别地段(25孔)含夹矸4层,属结构简单型。煤层顶板以含油泥页岩为主,局部为泥岩、泥灰岩,属较稳定型岩层。Dm₄煤层上距 Dm₃煤层24.94～6.57m,平均15.49m。

Dm₅煤层:主要可采煤层之一。见煤点13个,可采点8个,可采系数62%。煤层走向NE或NW,倾向SE或SW,倾角11°～28°,平均18°。可采煤层厚0.8～5.64m,平均1.55m,厚度变化规律性明显,厚度变化系数89%,属较稳定煤层。煤层分布面积1.42km²,可采面积0.81km²。煤层结构简单,含0～1层夹矸,属结构简单型。煤层顶板岩性为含油页岩、泥岩,属较稳定型岩层。底板岩性以粉砂岩为主,局部为含油页岩,属稳定型岩层。Dm₅煤层上距Dm₄煤层26.31～8.60m,平均19.38m。

(3)煤层对比

矿区内含煤地层为古近纪五图群李家崖组,属内陆湖相地层;岩性以细砂岩、页岩为主体,灰岩极少,砾岩仅在李家崖组底部出现。煤层厚度变化小,层位较稳定。沉积环境稳定,层间距变化小。下煤段Dm₁～Dm₅煤层间,为一明显的煤层密集岩段,且含煤层数基本相同,可作为标志岩段。Bm₄、Bm₅煤层已开采,定位准确,可作为标志层。依据标志岩段参照层间距及煤层顶底板特征,进行煤层对比,确定煤层的对应性。

3.煤质

(1)煤的主要物理性质

本区各煤层均为黑褐色,条痕为褐色,褐黑色。其他物理性质见表2-2-2。

表2-2-2 物理性质一览表

(2)煤岩特征

各煤岩均以亮煤为主,次为暗煤及极少量丝炭条带,属半亮型煤。条带状、线理状结构,层状、页片状构造;断口呈贝壳状、参差状或阶梯状。易燃,大烟大火。

1)煤的有机显微组分。以凝胶化物质为主,其次为半凝胶化物质、丝炭化物质及黄色物质(以角质体为主,其他为孢子体、树脂体、木栓体)。

凝胶化物质:含量80%左右。在凝胶化物质中,透明基质体为主体,呈浅橙红色条带状均匀分布。在正交偏光下可见微弱的消光现象。

半凝胶化物质:含量5%～20%,多在10%以上;主要为褐色基质体,呈透镜状、线理状分布。

丝炭化物质:含量＜3%,主要为不透明的基质体。呈线理状、碎块状分布。其次是丝炭,呈透镜状分布。

黄色物质:一般无外形特征,个别呈不连续的线理状。

2)煤的无机显微组分。矿物质主要为搬运沉积的岩屑及矿物碎屑。沉积形成的矿物主要为黏土矿物、石英、方解石,成岩矿物以黄铁矿为主。矿物质含量变化较大,为0.42%～36.78%,黏土物质包含在部分凝胶化物质中,是灰分较高的主要原因,矿物杂质主要呈颗粒状的碎屑岩类,颗粒直径在0.01～0.03mm,并见到黄铁矿。矿物呈弧形或线条状结构赋存在煤层中。含矿物多时,形成褐煤质油页岩。

(3)煤的化学性质与工艺性能

一般煤质特征见表2-2-3:

表2-2-3 煤质特征一览表

1)煤的化学组分。原煤水分含量高,变化范围7.62%～10.80%,各煤层平均最高9.50%(Dm₃),最低8.20%(Cm₁₂)。灰分含量变化范围32.29%～39.24%,各煤层平均最高为38.05%(Dm₄),最低为34.78%(Dm₃),属中高灰分煤。原煤全硫变化范围为2.01%～3.55%,各煤层平均最高为2.71%(Dm₅),最低为2.12%(Cm₁₂),属中高硫煤。基准发热量变化范围为15.85～21.39MJ/kg,各煤层平均最低17.33MJ/kg,最高20.20MJ/kg,皆大于15.70MJ/kg的工业指标,属中等至高发热量的褐煤。

2)煤的工艺性能。上部煤层(Bm₄煤层)于1959年7月由山东化工局采取了工业性的炼油煤样,委托石油部石油五厂研究室在五吨鲁奇式试验炉内进行了低温干馏性能试验,并进行了煤的筛分试验。现将试验结果简述如下。

五图煤矿的煤用于鲁奇式内热干馏炉生产操作不良,不能维持正常生产;生产周期短,干馏效果差。该煤类不能达到直接用于内热式低温干馏要求。煤在干燥烟道温度230～240℃,干馏拱道温度680～700℃,干馏煤中温度480～520℃操作条件下,焦油率69%,半焦产率57.6%,综合炼率78%。干馏后半焦灰分(A^C)产率高(45%～49%),而且均系20mm以下的粉末,工业价值不高。5～20mm半焦炭灰分较低,挥发分也较低,干馏较完全。20～60mm半焦灰分较多,干馏不完全;半焦发热量17.31MJ/kg。焦油密度近于水,脱水较困难。该煤焦油芳香烃少(25%～26%)、沥青质低(3%～3.7%),焦油中酚含量高(31.6%～34.7%),提高了焦油的经济价值。

(4)煤质评价与工业利用方向

五图矿区煤类为褐煤二号,煤质松软,极易风化,为不黏结性煤类,不能炼焦,没有洗选的价值。煤的组分中灰分高、挥发分高,以氧、水、氢、二氧化碳为气化介质,经过热处理,把煤转化为煤气;本区深部煤层埋深大,其上有厚层油页岩,可进行地下气化,综合开发煤及油页岩。由于本区煤易风化、氧化、燃点低,易自燃,发热量低,含油量不高,故其主要用途为燃料用煤。