贵州省矿区开发（共8篇）
贵州省矿区开发 篇1
我国矿产资源丰富, 开发利用矿产资源历史悠久。近年来, 随着国民经济的发展, 人类对自然矿产资源的需求日益增加, 而由于自然矿产资源的不可再生性, 导致目前很多矿产资源型城市面临资源枯竭、产业失衡等问题。产业转型和废弃土地的再利用, 成为矿业城市急需解决的新课题。而旅游业的蓬勃发展, 为矿山产业的转型带来了新的契机。因此, 矿山旅游逐渐受到人们的关注, 矿山旅游贯彻“循环经济”的理念, 将矿产资源的利用, 转变为旅游资源的利用, 对改善矿业城市生态环境、调整产业结构、促进矿业城市可持续发展具有重要的现实意义[1]。
矿山旅游, 是在矿山经济转型过程中出现的一种新的旅游形式, 但目前尚无统一的定义, 较为普遍的定义是利用采矿业现行或遗留的生产场地、流程、大型设备、建筑物, 以及工人宿舍、产业文化等, 对其赋予新的有利于旅游业发展的功能, 开展旅游活动的一种形式[2]。20世纪60年代, 矿业旅游在欧洲逐渐兴起, 最初是以工业遗产旅游的形式被人们认识和了解。矿业旅游的开发模式有两种, 一种是以废弃矿山为资源的遗迹开发模式, 另一种是以在产矿山为资源的工业开发模式。我国矿产资源丰富, 但是矿业旅游发展较晚, 有必要对矿山旅游资源开发进行深入研究。
层次分析法的原理及其应用
1. 层次分析法的原理
层次分析法 (简称AHP) , 是著名运筹学家匹兹堡大学T.L.Saaty教授于20世纪70年代提出的一种多目标决策分析方法[3]。该方法结合定性与定量分析, 用决策者的经验判断各衡量目标的相对重要程度, 并通过计算, 得出各个决策方案不同指标的权重值, 综合权重值得到各个方案的优劣次序。
在矿区旅游资源开发评价中运用层次分析法, 首先, 是把矿山旅游开发的目标分解为不同的组成因素, 按照各因素之间的相互影响和隶属关系将其分层聚类组合, 形成一个递阶的、有序的层次结构模型。其次, 根据专家及相关工作人员对客观现实的判断, 对模型中每一层次因素的相对重要性给予定量表示, 利用数学方法, 确定每一层次全部因素相对重要性的权重。最后, 通过综合计算各层因素相对重要性的权重值, 得到最低层相对于最高层的重要性次序的组合权值, 作为矿区旅游资源开发评价的依据[4]。
2.层次分析法在矿山旅游资源开发评价中的应用
(1) 建立矿山旅游资源的层次结构模型。为分析矿山旅游资源所包含的影响因素以及各因素之间的关系, 对矿山旅游资源评价包含的因素进行分组、分层次, 建立层次结构模型。本文将矿山旅游资源开发评价体系A (目标层) 分解为4个一级指标层:分别是矿山资源条件 (B1) 、区位条件 (B2) 、环境条件 (B3) 、安全管理 (B4) 。并在此基础上, 对每个一级指标选取若干个独立的评价因子, 建立二级评价因子层。如图1所示。
(2) 构造判断矩阵及各指标权重计算。在专家咨询基础上, 根据调查结果及1~9标度表 (如表1) , 对矿山旅游资源层次结构模型中各层相关指标进行两两比较, 建立判断矩阵。
①将判断矩阵按下式进行计算:
当CR<0.10时, 认为判断矩阵具有满意的一致性, 否则, 需要进行调整。其中为随机一致性指标。
(3) 层次总排序。计算同一层次所有因素对于总体目标相对重要性的权重值, 按照权重值的重要性程度进行排序。最后, 对层次总排序计算结果进行一致性检验, 计算公式如下:
当CR≤0.10时, 认为层次总排序的计算结果具有满意一致性。其中CI, 为层次总排序一致性指标;RI为层次总排序平均随机一致性指标;CR为层次总排序随机一致性比例。
实例评价结果
万山汞矿区位于贵州省东部铜仁地区万山特区, 矿区南北长35公里, 东西宽15公里, 面积约为525平方公里, 累计汞金属储量达3.7万多吨, 因拥有丰富的汞矿资源储量和产量, 而被誉为“中国汞都”和“朱砂王国”。但是, 随着矿产资源的枯竭, 经济发展已陷入困境。为此, 万山特区决定利用矿区遗址发展旅游业。
本文运用层次分析法, 对万山矿区旅游资源进行开发评价, 根据所建立的层次结构模型, 在专家评分的基础上, 计算出各层因素的权重值, 并经过一致性检验, 得到评价因子层各指标的相对权重值如下:
根据判断矩阵B—A计算出B级指标对于目标A的权重值W= (0.565, 0.169, 0.192, 0.074) 。因素C1, C2, C3对于B1的权重值W= (0.637, 0.105, 0.258) 。因素C4, C5对于B2的权重值W= (0.250, 0.750) 。因素C6, C7, C8对于B3的权重值W= (0.637, 0.258, 0.105) 。因素C9, C10对于B4的权重值W= (0.500, 0.500) 。
最后得出:C层指标相对于A层 (目标层) 指标的相对重要性的权重值W= (0.360, 0.059, 0.146, 0.042, 0.127, 0.122, 0.050, 0.020, 0.037, 0.037) , 按权重值大小进行排序, 即得矿区旅游资源开发评价过程中各相关影响因素的重要性排序。
层次总排序的一致性检验数据 。因此, 认为该层次总排序的结果具有满意一致性。最终结果符合目前万山矿区旅游开发的状态。从评价结果可以得知:
1. 资源价值处于最重要的地位
在一级指标B层的排序顺序中, 矿山资源条件的权重值为0.565, 是B层所有指标项中权重值最大的一项。这表明在矿山旅游开发过程中, 资源价值在矿山旅游开发与评价中处于最重要的地位。矿山旅游具有独特的开发优势, 其旅游资源主要包括:采矿场景、生产设备、地质景观、地质灾害和矿山文化等, 具有很强的历史性、科普性与观赏性[5]。矿山旅游资源的开发, 可以满足旅游者了解古代科技和生产发展的需要, 也是进行科学教育的重要场所。针对于各大高等院校学生, 特别是对于矿业专业的学生, 矿区旅游是一个深入了解本专业的有利平台。在矿山旅游资源的开发利用中, 应突出地质遗迹和采矿遗迹发掘, 结合矿山文化和人文景观, 打造矿山特色旅游。
2. 矿山环境条件是关键因素
矿山环境条件的权重值是0.192, 是制约矿山旅游开发的关键因素。环境优美的旅游地往往令旅游者心情愉悦, 获得身心的放松。然而, 一直以来恶劣的矿区环境, 成为人们心中的阴影。因此, 发展矿山旅游, 必须重视矿山环境的保护和改善, 利用各项治理措施, 缩小旅游环境现状与需求的差距, 以消除旅游者对矿山的黑色印象。
3. 矿山区位条件不可忽略
矿山区位条件的权重值是0.169。理想的区位条件, 是指矿区临近主要交通线、交通口岸、中心城市, 或者与周边其他重点景区联系紧密[6]。矿山区位条件优越, 有利于矿山旅游资源价值的提高和旅游开发。但是, 由于我国大多数资源丰富的矿区远离经济发达地区, 对旅游者的吸引力度不强, 这是矿山旅游开发不可忽略的一个环节。
4. 矿山安全管理不可或缺
矿山安全管理的权重值是0.074。矿山开采不可避免地会对矿体产生破坏并留下安全隐患, 例如地表沉陷、剥离边坡稳定性等。所以, 在后期的矿山旅游开发中, 仍然需要加强对矿山安全隐患、地质灾害的监测控制, 制定具体的政策制度, 保障旅游者的安全, 这是保障矿山旅游安全不可或缺的重要因素。
结论与建议
通过以上层次分析法分析得出的结果, 可知在万山矿区旅游资源开发过程中, 要找准矿区自身存在的问题, 有重点地进行开发和管理。
1.开发深度不足, 应充分体现资源价值
万山汞矿区作为我国最大的汞矿基地, 矿山的采矿系统较复杂、矿种开采历史较长, 矿区长达970公里的地下坑道被称作“地下长城”, 在矿区开凿过程中所形成的石梯、隧道、标记、矿柱等, 形成了丰富的矿区旅游资源。但是, 在旅游开发的过程中, 对矿区旅游资源的历史文化挖掘不够, 对其现实价值也没有进行深度开发, 而且未能形成综合性、复合性的旅游产品, 矿区旅游整体吸引力相对不足。对此, 可以通过建立矿产博物馆, 对采矿发展史、文明史进行全程再现。同时, 通过开发朱砂工艺, 制作艺术工件雕塑, 使矿产开发中的一些废弃物变废为宝, 提高矿区的文化品味。此外, 还可以基于矿区所具有的少数民族多元文化, 开发独具特色的旅游产品。
2.交通条件受限, 应加强基础设施的建设
万山特区有着较为显著的区位优势, 但是由于矿区的地域位置与国道、铁路没有紧密相连, 所以, 万山特区相对偏僻落后、交通不便的局面, 直接影响了景区的可进入性。而且, 部分景区、景点的基础设施建设也不尽如人意。景区的接待设施主要依靠一些档次较低的酒店、招待所以及山庄, 并且没有大型的购物和娱乐场所等。因此, 需要进一步完善基础设施和社会服务设施, 为旅游者提供完善的休闲服务配套系统, 包括住宿、饮食和交通设施等, 进一步加快景区建设的步伐。
3.矿区环境遭受破坏, 应重视生态环境的保护和治理
万山矿区在汞矿产业的发展过程中, 由于追求经济利益的最大化, 而忽略了对环境造成的影响, 致使矿区内生态环境遭受破坏。矿区的开采, 造成地表植被的破坏、废弃物堆置、地表塌陷形变等地表景观的变化, 使矿区原有生态功能丧失, 同时, 产生了水土流失、环境污染等生态问题。比如矿区由于对含汞废渣、废水处理不当, 影响了附近居民的生活。良好的环境是吸引旅游者的重要前提, 万山矿区的环境需要长期的修复整治。因此, 需高度重视矿山的生态恢复工作, 提高植被覆盖率, 恢复和提高自然生态环境质量, 使经济发展与环境保护相协调, 推动矿山旅游的可持续发展, 增强矿山旅游的吸引力。
参考文献
[1]刘滨谊, 张亭.矿山旅游发展规划的思考与实践——以安徽铜陵市大铜官山公园概念规划为例[J].旅游论坛, 2008 (2) .
[2]王长生.重庆市矿山旅游资源及其开发利用研究[J].四川地质学报, 2006 (02) .
[3]杨秀平, 翁钢民, 赵本谦.基于层次分析法的旅游资源综合评价方法与应用研究[J].国土资源科技管理, 2005 (04) .
[4]刘平.谈层次分析法在决策中的应用[J].时代经贸, 2008 (S3) .
[5]付梅臣, 吴淦国, 付薇.矿山旅游资源评价与开发规划研究[J].采矿技术, 2006 (03) .
[6]刘红.我国矿区旅游资源开发研究——以鞍山齐大山矿区为例[J].煤炭经济研究, 2006 (05) .
贵州省矿区开发 篇2
通过香花台井田、石坝井田、花萼里井田内小煤窑延深开拓、疏排岩溶水及巷道水文地质测绘资料收集,建立深部矿床水文地质模型,并对矿床水文地质条件进行了综合分析研究,提出深部矿床开发建议.
作 者：崔秀忠 刘汉雄 作者单位：崔秀忠(中国煤田地质总局第四水文地质队,河北,邯郸,056001)
刘汉雄(湖南煤田地质局第二勘探队,湖北,涟源,417100)
贵州某矿区开采水文地质特征分析 篇3
贵州某煤矿为扩能煤矿, 矿井设计生产能力45万t/a, 面积2.125 5km2。采用走向长壁后退式采煤方法, 放炮落煤回采工艺, 全部垮落法管理顶板。矿区以侵蚀溶蚀型中山地貌为主, 地势北高南低。矿区冲沟发育, 山脊与沟谷交替展布, 岩石风化程度高。贵州是全国煤矿水文地质类型复杂和极复杂矿井数量最多的省份之一, 在煤矿开采过程中, 各种充水水源通过各种充水通道在不同充水程度的影响下进入矿井[1,2], 因此在矿井开采前, 查明区内水文地质条件, 对矿区水文地质特征及充水因素分析, 为矿区水文地质工作提供有力的地质依据, 同时也为处在同一水文地质单元相似矿区周缘煤矿的矿井充水、突水灾害相供技术指导, 保障煤矿安全生产。
2 含煤地层岩性特征
龙潭组 (P3l) 为矿区内主要含煤地层, 由西北至东南条带状出露于矿区中南部, 为一套海陆交互相沉积。根据其岩性组合可划分为下、上二段:
下段 (P3l1) :由灰一深灰色粉砂岩、细砂岩、粉砂质泥岩、泥岩及煤层组成, 含煤4~17层, 一般11层左右, 其中可采煤层3层, 分别为4、5、7号煤层, 底部为3.86~7.36m厚的凝灰岩与峨嵋山玄武岩分界。厚度176.68~201.52m, 平均198.42m。
上段 (P3l2) :由灰色、紫灰色、灰黄色薄至中厚层状泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质灰岩、灰岩、泥岩及煤层组成。含煤2~7层, 一般4层左右, 其中可采煤层2层, 即1、3号煤层。厚度36.55~60.83m, 平均47.73m。
3 地质构造
矿区构造单元属扬子准地台黔北台隆遵义断拱毕节北东向构造变形区。区内未见较大断裂构造。野马川向斜, 轴向从西向东由北83°西转向东南向, 轴线向北突出呈弧形, 长50km, 宽2~8km, 轴部出露地层多为三叠系下统永宁镇组。南西翼地层倾角13~48°。北东翼地层倾角平缓, 一般为10~35°, 西端及中部断裂较发育。矿区内煤层倾角西20°, 东25°。
4 矿区水文地质特征
4.1 地下水类型
4.1.1 岩溶裂隙水:
含水层位为三叠系下统永宁镇组 (T1yn) , 岩性主要为灰色薄至中厚层状泥质灰岩、灰岩组成。含岩溶裂隙、管道水, 富水性强。
4.1.2 基岩裂隙水:
主要赋存于飞仙关组 (T1f) 、龙潭组 (P3l) 的砂岩、泥岩及峨眉山玄武岩组 (P3β) 的玄武岩中。飞仙关组 (T1f) 、龙潭组 (P3l) 在地表浅部强风化带的风化节理裂隙发育, 地下水赋存于节理裂隙中, 而在强风化带下部基岩中, 含水岩组由含水层 (砂岩、灰岩、泥质灰岩) 与隔水层 (粉砂岩及粘土岩) 相间组成, 岩组含水性极其微弱, 为弱含水层, 可视为相对隔水层。峨眉山玄武岩组 (P3β) 的地表浅部强风化带风化裂隙发育, 可赋存地下水, 但越往深部含水性越差, 富水性越弱, 是较好的隔水层。
4.1.3 松散岩类孔隙水:
主要赋存于第四系 (Q) 坡残积、冲洪积物中, 岩性为含碎块石、粘土, 厚度0~15m, 含孔隙水, 受季节影响明显, 动态变化较大, 局部地段的第四系孔隙水对煤矿开采有影响。
4.2 含水岩组及其富水性
4.2.1 松散岩类含水岩组
第四系 (Q) 为弱含水层, 主要为坡残积、冲洪积物等, 分布于缓坡、沟谷及低洼地带, 厚度为0~15m不等, 含孔隙水, 受季节影响明显, 动态变化较大。
4.2.2 碳酸盐岩岩溶裂隙水含水岩组
为区内的三叠系下统永宁镇组 (T1yn) , 出露于矿区外北部向斜轴部, 由灰色薄至中厚层状泥质灰岩、灰岩组成。该层含岩溶裂隙、管道水, 含水较丰富, 富水性强。地下水的水质类型为HCO3—Ca型, 矿化物0.137g/l, p H值7.09。
4.2.3 基岩裂隙水含水岩组
为区内的二叠系上统峨嵋山玄武岩组 (P3β) 、龙潭组 (P3l) , 三叠系下统飞仙关组 (T1f) 。
飞仙关组 (T1f) :出露于极广, 岩性为粉砂岩、泥质粉砂岩、细砂岩等。厚度397.59~492.23m, 一般437.20m。出露于矿区北部大部分地区, 山高坡陡, 局部形成陡崖。矿区无泉点出露。该层含基岩裂隙水, 富水性弱。
龙潭组 (P3l) :出露于矿区南部及边缘, 为矿区内含煤地层, 岩性为灰-深灰色粉砂岩、细砂岩、粉砂质泥岩、泥岩, 夹泥岩及煤层, 厚度176.68~201.52m, 平均198.42m。一般表层透水而不含水, 深部含裂隙潜水或裂隙层间水, 富水性较弱。为煤层直接充水含水层。
峨眉山玄武岩组 (P3β) :岩性为深灰色、墨绿色、灰绿色玄武岩, 厚度>400m。含少量基岩裂隙水, 富水性弱。为相对隔水层。
4.3 地下水补给、迳流与排泄
矿区内的地下水主要靠大气降水补给, 次为老窑积水。大气降水一部分蒸发回到大气层, 另一部分通过裂隙下渗补给地下水。地下水的流向受岩性、构造的控制, 总体流向为北西向。
5 充水因素分析
5.1 大气降水
矿区内大气降水是矿井充水主要因素, 含煤地层裸露, 直接受大气降水补给, 其充水强度和降水的强度及持续时间有着密切联系, 一般沿风化裂隙或开采后形成塌陷和地裂缝渗入矿井, 裂隙发育地段矿井充水会有所增加。
5.2 地下水
矿井直接充水含水层为飞仙关组和龙潭组, 其富水性较弱, 充水的力度和强度与降雨的大小、强度和持续时间有关, 也与该层的水文地质特征及上覆地层的风化裂隙发育程度密切相关, 对此, 矿井开采时应注意气象及上覆地层裂隙的变化, 做好疏排水工作。
5.3 地表水
矿区位于野马川向斜南翼西段, 汇水面积大, 冲沟接受雨季较大面积大气降水汇入, 水量较大, 冲沟附近的网状、脉状裂隙密集, 与煤层风氧化带直接接触, 矿井沿冲沟一带开采煤层时, 冲沟水可能沿风氧化带、裂隙等渗入或突入矿井, 为矿井开采的直接充水水源。
5.4 老窑及老采空区积水
矿区老窑开采普遍, 主要开采1、5号煤层, 一般沿煤层斜井开拓, 独眼井居多, 开采深度30~100m, 水平距离200m左右。老窑积水是不可忽视的地下水体, 其巷道越长, 废弃时间越长, 所积水量越大, 区内老窑较多, 具有一定的连通性, 一旦被穿透, 便可造成突发性的透水事故, 应引起高度重视。注意老窑积水的防治工作, 留设足够的防水煤柱。
6 结论
通过该矿区水文地质特征以及充水因素分析, 为矿区今后水文地质工作勘查重点指出方向, 在防治水害的同时, 注意矿井水的综合利用, 除弊兴利, 实现排供结合, 保护矿区地下水资源和环境。
参考文献
[1]吴涛, 司庆超, 王济洲.煤矿酸性矿井水的危害及其主要防治技术[J].山东煤炭科技, 2010 (5) :179-180.
贵州省矿区开发 篇4
贵州省赫章县法冲煤矿位于赫章县北西部约92 km处, 属赫章县河镇乡、德卓乡所辖, 交通较方便。矿区所在大地构造位置处于扬子准地台黔北台隆遵义断拱毕节北东向构造变形区[1], 区域上则位于贵州省毕节煤田最西部的德卓向斜南西端[2]。
2 地质特征
2.1 地层
法冲煤矿区内出露地层由老至新有:二叠系中统茅口组 (P2m) 、上统峨眉山玄武岩组 (P3β) 、宣威组 (P3x) , 三叠系下统飞仙关组 (T1f) 及上覆于上述地层之上的第四系 (Q) 。矿区含煤地层为二叠系上统宣威组 (P3x) , 为陆相沉积, 厚度大于170 m。
2.2 构造
法冲煤矿区总的构造形态为轴向南西—北东, 轴面向南东倾斜的歪向斜, 该向斜两翼不对称, 向斜北西翼地层倾角较缓, 倾角9°~16°;向斜南东翼地层倾角较陡, 倾角一般在46°以上, 局部地段地层直立甚至倒转。
煤矿区内发育5条断层, 其中F1、F3、F53条断层对矿区煤层影响微小, F2、F42条断层对矿区影响范围大, 破坏了矿区向斜南东翼煤层的连续性。
贵州省赫章县法冲煤矿矿区地质概况如图1所示。
矿区内发育的5条断层简介如下:
(1) F1断层发育于矿区外南西角, 总体走向145°, 断层性质不明, 对矿区煤层影响微小。
(2) F2断层发育于煤矿区南东部, 贯穿整个矿区中部, 断层总体走向45°, 倾向135°, 倾角75°~80°, 为一逆断层, 落差数十米, 对矿区影响范围大, 破坏了矿区东翼煤层的连续性, 如图2所示。
(3) F3断层发育于煤矿区外北东角, 断层总体走向20°, 断层性质不明, 对矿区煤层影响微小。
(4) F4断层发育于矿区南东部, 位于F2断层南东部, 大致与F2断层平行, 贯穿整个矿区中部。断层总体走向45°, 倾向135°, 倾角42°~52°, 为一逆断层, 落差数十米至数百米, 对矿区影响范围大, 破坏了矿区向斜南东翼煤层的连续性。
(5) F5断层位于矿区北部外, 断层总体走向30°, 延伸长度小于1 km, 断层性质不明, 对矿区煤层影响微小。
另外, 在F2断层和F4断层之间的夹块中, 发育有许多小断层和小褶曲。
综上所述, 法冲矿区向斜北西翼地层倾角较缓, 构造简单, 煤层的连续性未受断层破坏;向斜南东翼地层倾角较陡, 局部地段地层直立甚至倒转, 构造较复杂, 煤层的连续性受断层破坏较大。煤矿区总体构造复杂程度属中等。
3 煤层特征
3.1 含煤性
法冲矿区含煤地层为二叠系上统宣威组 (P3x) , 根据岩性组合及含煤特征将其分为3段。
(1) 宣威组第一段 (P3x1) :灰色薄~中层状泥岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、粉砂岩、细砂岩, 含结核状、鲕粒状菱铁矿, 产植物化石碎片, 该段不含煤层。顶部为紫红色凝灰岩、浅灰绿色玄武质凝灰岩 (B3) , 厚0.64~2.23 m, 平均1.40 m, 全区稳定, 是第一段与第二段的分层标志;底部为浅绿色、墨绿色玄武质凝灰岩、凝灰质玄武岩, 该段同下伏地层呈假整合接触。该段厚62.57~66.14 m, 平均64.36 m。
(2) 宣威组第二段 (P3x2) :灰、浅灰色薄-中厚层状泥质粉砂岩、泥岩、粘土岩及煤层, 局部含结核状、鲕粒状菱铁矿, 产植物化石碎片。共含煤2~14层, 一般3~7层;含可采煤层1层 (M18煤层) , 全区稳定可采, 煤层厚度0.85~2.19 m, 平均1.32 m, 局部含一层夹矸;其余煤层厚度较小, 均不可采。该段厚60.07~80.58 m, 平均72.51 m。
(3) 宣威组第三段 (P3x3) :灰、浅灰色薄-中厚层状粉砂岩同泥质粉砂岩互层, 夹细砂岩、泥岩、粘土及煤层, 具有明显的韵律结构, 产植物化石碎片。该段底部为浅灰色细砂岩 (B2) , 厚0.75~2.86 m, 平均1.50 m, 全区稳定, 是第二段与第三段的分层标志。共含煤5~12层, 一般8~9层;含局部可采煤层1~3层, 不稳定。该段厚为51.07~85.29 m, 平均60.64 m。
3.2 煤层对比
3.2.1 标志层
法冲煤矿共建立3个标志层作为煤层对比的主要依据, 其编号从上至下依次为B1、B2、B3。B1标志层位于宣威组第三段 (P3x3) 中部, 为浅灰色细砂岩, 厚1.20~5.46 m, 平均2.84 m, 全区稳定。B2标志层位于宣威组第三段 (P3x3) 底部, 为浅灰色细砂岩, 厚0.75~2.86 m, 平均1.50 m, 全区稳定。B3标志层位于宣威组第一段 (P3x1) 顶部, 为紫红色凝灰岩、浅灰绿色玄武质凝灰岩, 厚0.64~2.23 m, 平均1.40 m, 全区稳定。
3.2.2 煤层对比
法冲煤矿含全区可采及局部可采煤层4层, 其编号从上至下依次为M12、M14、M17、M18。其中M12、M14和M17局部可采, M18全区可采[3]。标志层、煤层对比如图3所示。
M12煤层:位于B1标志层之下、B2标志层之上。上距B1为4.90~16.34 m, 平均12.85 m;下距B2为4.74~16.42 m, 平均10.73 m。
M14煤层:位于B1标志层之下、B2标志层之上。上距B1为10.24~20.40 m, 平均15.56 m;下距B2为3.92~12.26 m, 平均7.04 m。
M17煤层:位于B1标志层之下、B2标志层之上。上距B1为19.94~27.33 m, 平均22.82 m;下距B2为0~1.71 m, 平均0.74 m。
M18煤层:位于B2标志层之下、B3标志层之上。上距B2为0~2.51 m, 平均0.83 m;下距B3为58.61~79.06 m, 平均71.41 m。
3.3 可采煤层特征
M12煤层:煤层厚为0.30~1.48 m, 平均厚为0.62 m, 厚度变化大。该煤层结构较简单, 含夹矸0~1层, 夹矸为泥岩;煤层顶板为泥岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、粉砂岩、细砂岩;底板为泥岩、粉砂质泥岩。可采范围分布在矿区南西部, 局部可采, 属不稳定煤层。
M14煤层:煤层厚为0.17~1.91m, 平均厚为0.66 m, 厚度变化大。该煤层结构较简单, 含夹矸0~1层, 夹矸为泥岩;煤层顶板为泥岩、粉砂岩;底板为泥岩、粉砂质泥岩。可采范围分布在矿区南西部, 局部可采, 属不稳定煤层。上距M12煤层0.64~4.77 m, 平均3.08 m。
M17煤层:煤层厚0~1.76 m, 平均厚0.58 m, 厚度变化大。该煤层结构较简单, 含夹矸0~1层, 夹矸为泥岩;煤层顶板为泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩、细砂岩;底板为泥岩、粉砂岩。可采范围分布在矿区南西部, 局部可采, 属不稳定煤层。上距M14煤层2.89~9.26 m, 平均5.66 m。
M18煤层:煤层厚为0.85~2.19 m, 平均厚1.32 m, 厚度变化较小。该煤层结构较简单, 含夹矸0~1层, 夹矸为泥岩;煤层顶板为泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、粉砂岩、细砂岩;底板为泥岩。煤厚变化系数36.64%, 全区可采, 属较稳定煤层。上距M17煤层1.72~5.02 m, 平均3.24 m。
3.4 煤炭资源分布
在法冲矿区内, 煤炭资源主要分布在向斜北西翼, 向斜北西翼煤炭资源量占煤炭总资源量84.1%, 煤层连续性未受构造破坏。向斜南东翼煤炭资源量占煤炭总资源量15.9%, 煤层连续性受构造破坏较大。其中M18煤层煤炭资源量占煤炭总资源量61.5%, M12、M14、M17煤层合计煤炭资源量占煤炭总资源量38.5%。
4 煤质特征
4.1 煤的物理性质
4.1.1 煤的物理性质
法冲煤矿内各可采煤层肉眼观察以块状为主, 局部有少量呈粒状;煤岩类型以暗淡型为主, 少量为半暗型、半亮型, 煤质较硬, 不易破碎。局部点上含少量镜煤条带, 局部点上发育内生裂隙, 裂隙为方解石脉充填。煤层视相对密度:M12为1.50~1.80 t/m3, 平均1.65 t/m3;M14为1.58~1.93 t/m3, 平均1.68 t/m3;M17为1.54~1.62 t/m3, 平均1.59 t/m3;M18为1.42~1.55 t/m3, 平均1.52 t/m3。
4.1.2 煤岩特征
根据法冲煤矿区各煤层煤岩鉴定成果, 含矿物基显微组分总量43.3%~61.2%;矿物总量38.8%~53.0%。有机组分大致可分为镜质、壳质、惰质3大类, 其中镜质组占29.8%~45.0%, 壳质组占0~14.4%, 惰质组占4.7%~7.4%。去矿物基镜质组占61.6%~86.6%, 壳质组占0~26.8%, 惰质组占8.8%~14.5%。
无机组分以粘土矿物为主, 碳酸盐矿物、氧化硅矿物、硫化物矿物次之。其中粘土类占37.0%~50.6%, 碳酸盐矿物0.4%~2.6%, 氧化硅矿物0.2%~0.8%, 硫化矿物0.2%~1.0%。
镜质组平均最大反射率 (油浸) :1.48%~2.14%;镜质组平均随机反射率 (油浸) :1.39%~1.99%。
4.2 主要煤质特征
法冲矿区各煤层主要煤质特征如表1所示。
法冲矿区内M12煤层为高灰、低挥发分、中低发热量、特低硫的贫煤;M14煤层为高灰、低挥发分、中低发热量、中高硫的贫煤;M17煤层为高灰、低挥发分、中低发热量、特低硫的贫煤;M18煤层为中高灰、低挥发分、中发热量、低硫的贫煤。
M12、M14、M17煤层灰分高、发热量较低, 煤质较差;M18煤层灰分中等、发热量较高, 煤质较好。M12、M14、M17、M18煤层均可作一般中小型电厂的发电用煤, 亦可作民用煤。
5 结语
法冲矿区向斜北西翼地层倾角较缓, 构造简单, 煤层的连续性未受断层破坏;煤炭资源量占向斜总资源量的比例为84.1%, 应作为法冲煤矿区煤炭资源进一步勘查施工的重点地段。向斜南东翼地层倾角较陡, 部分地段地层发生倒转, 构造较复杂, 煤层的连续性受断层破坏较大;煤炭资源量占向斜总资源量的比例为15.9%, 进一步勘查时可投入少量工程进行控制。
法冲煤矿区M18煤层资源量占总资源量的比例为61.5%, 全区可采, 属较稳定煤层, 是该矿区主要可采煤层, 煤层灰分中等、发热量较高, 煤质较好, 应作为法冲煤矿开采的主要煤层。M12、M14和M17煤层合计资源量占煤炭总资源量的比例为38.5%, 局部可采, 属不稳定煤层, 煤层灰分高、发热量较低, 煤质较差, 但与M18煤层间距较小, 在开采M18煤层时可作为一个煤层组, 采取有效方法和措施进行综合开采, 以保证煤炭资源的有效合理利用。
参考文献
[1]贵州省地质矿产局.贵州省区域矿产志[M].北京:北京地质出版社, 1987.
[2]毛佐林.贵州省毕节煤田煤炭资源远景调查报告[R].六盘水:贵州省地矿局一一三地质大队煤普分队, 1990.
贵州省矿区开发 篇5
关键词：地质环境,地质灾害,环境评价
1 矿区地质环境条件
1.1 自然地理
矿区属侵蚀~溶蚀中山山麓地貌, 由高低不一的山体组成, 其间发育有方向各异的小冲沟, 地势中间高, 北西、南东低, 地形切割大, 以矿区中部局部分水岭地势最高, 最大标高为1493.0m (碑儿山) , 矿区东侧地势最低, 最低标高为948.89m, 最大相对高差544.11m。区内属亚热带湿润季风气候, 气候温和、雨水充沛。根据习水县气象局资料, 平均相对湿度85%, 年平均气温13.1℃。矿区属长江水系一级支流赤水河流域, 地表水主要为两叉河, 该河流位于矿区北东部, 由北东向南西径流, 并于朝阳洞一带进入茅口组之岩溶落水洞中补给地下水。
1.2 地质条件
矿区属扬子准地台黔北台隆遵义断拱, 毕节北东向构造变形区, 该区位于一向斜构造之南东翼, 无断裂通过, 岩层总体呈单斜产出, 总体为倾向265°~350°, 倾角8°~20°, 节理裂隙发育, 见有走向250°和355°两组。未发现较大褶曲和断层, 构造复杂程度为中等。
1.3 水文地质条件
矿区内地下水主要为碳酸盐岩岩溶裂隙水和基岩裂隙水, 其次为松散层孔隙水。
(1) 岩溶裂隙水。赋存于三叠系下统夜郎组灰-浅灰色薄至中厚层泥质灰岩, 二叠系上统长兴组 (P3c) 深灰色含燧石条带灰岩和二叠系中统茅口组 (P2m) 浅灰-灰色厚层状灰岩中, 富水性为中等-强。
(2) 基岩裂隙水。多赋存于二叠系上统龙潭组 (P3l) 浅灰色泥岩夹细砂岩、粉砂岩灰岩、黏土岩及煤层煤线等, 二叠系上统长兴组 (P3c) 灰、深灰色中厚层含燧石条带灰岩。补给条件差, 泉水流量较小, 富水性弱, 可视为相对隔水层。
(3) 松散层孔隙水。赋存于第四系 (Q) 砂质黏土、含灰岩碎块等, 主要分布于斜坡、冲沟两侧, 厚度极不均一。由于厚度薄, 分布面积小、补给条件差, 具弱透水性, 仅季节性含水, 总体上富水性弱。
1.4 工程地质条件
1.4.1 工程地质岩层组划分
工程地质岩组按岩石坚硬程度分为三类:既硬质岩组、软质岩组和松散岩组。
(1) 硬质岩组。三叠系下统夜郎组玉龙山段、二叠系上统长兴组及二叠系中统茅口组主要为灰岩, 结构致密, 抗压强度高, 抗风化能力强。
(2) 软质岩组。三叠系下统夜郎组九级滩段、沙堡湾段、二叠系上统龙潭组其岩性主要为泥岩、泥质粉砂岩及煤层等, 属, 抗风化能力差, 遇水易软化。
(3) 松散岩组。由第四系 (Q) 残坡积层黏土、碎石土等组成, 结构松散。
1.4.2 岩土工程地质条件评述
根据矿区区内岩土的物质组成、岩体结构面特征, 除第四系为土体外, 由九级滩段、沙堡湾段及龙潭组之泥质粉砂岩、黏土岩及泥页岩, 出露地表后易风化, 抗压强度低。三叠系下统夜郎组玉龙山段、二叠系上统长兴组、二叠系中统茅口组石灰岩组成, 节理、裂隙较发育, 一般延深5m~10m左右。矿区内自然形成的这些高陡边坡, 在自重的作用下均有失稳的可能性, 再加上其下人为工程活动的强烈影响和作用下, 更加变得不稳定, 失稳后即形成灾害。总体上矿区内一方面地形条件不利, 生态环境脆弱;另一方面岩土体工程地质条件较差。
2 矿山地质环境现状评价及损害影响研究
2.1 矿山地质环境现状评价
(1) 矿业活动诱发的水资源、水环境变化现状评估。通过实地调查, 这些泉水的变化时间均晚于煤矿的开采时间, 未变化以前常年有水, 动态变化相稳定, 而近年来, 泉点流量出现减少或干涸, 动态变化也不属于正常的变动范围。泉点分布区在采矿活动作用下, 已发生了地面塌陷、地裂缝等灾害, 这些灾害破坏了泉水的补给区, 改变了地下水径流方向, 泉水流量因此而受到影响。
(2) 矿业活动引发的地质灾害现状评估。通过走访调查, 评估区内由煤矿工程活动诱发而产生的地质灾害有崩塌6处、滑坡2处、地裂缝3处、地面塌陷13处。受地裂缝、地面塌陷损坏的住户共计202栋277户, 其中包括含临丰小学和已搬迁的居民住户。因此, 在此现状下产生地质灾害危险性为中等。
(3) 矿业活动对建筑物及工程、自然保护区影响现状评估。评估区内无重要自然保护区, 附近村落较多, 农业耕种对周边环境影响较小, 采矿是影响该区域环境的重要因素。
2.1 矿山地质环境现状损害影响研究
(1) 植被、土地资源占用和破坏问题分析。矿区内的土地进行工业建设, 地表的土壤和植被遭到破坏, 土壤涵养成分降低, 水土流失加剧, 治理难度较大, 治理周期较长。矿区矿料的堆放改变了原有的地貌, 而且土地原有功能遭到破坏, 水土流失。评估区存在大面积采空区, 从而引发地裂缝、滑坡、地面塌陷、崩塌等地质灾害, 植被资源和土地受到占用和破坏。
(2) 水资源、水环境变化问题分析。矿坑主要充水层的富水性为中等, 矿区地层构造中等复杂程度, 强富水层或地表水的导水断裂不存在。泉受到的矿区开采的破坏, 近年来, 泉点流量出现减少或干涸, 动态变化也不属于正常的变动范围。泉点分布区在采矿活动作用下, 已发生了地面塌陷、地裂缝等灾害, 这些灾害破坏了泉水的补给区, 改变了地下水径流方向, 泉水流量因此而受到影响。矿区采空附近出现了四个地面塌陷坑, 采煤活动引起的采空塌陷已影响至山塘库区区域, 导致水塘底部被破坏, 塘内蓄水沿裂缝或塌陷通道进入地下而形成渗漏。导致地下水位下降和水资源枯竭。
3 矿山地质环境防治建议
(1) 崩塌、滑坡的防治措施。土体稳定性差和边坡过陡的区域进行开挖排水沟和砌筑挡土墙等护坡措施。
(2) 水土流失的防治措施。水土流失是由植被遭受破坏和煤矿开采引起, 因此应采用植树种草或砌筑排水渠等防护措施。
(3) 水质污染的防治措施。造成水质污染的主要原因是由选矿废水引起, 应做好废水在排放前应进行沉淀过滤, 待达到国家和贵州省规定的排放标准要求时才能排放。
4 结语
通过对习水县煤矿矿山地质环境进行调查评价, 该区地形地貌条件简单, 地层岩性和地质构造复杂, 矿山开发对地质环境破坏严重。应禁止在开采影响范围内新建、扩建建筑物。对评估区内各煤矿采空塌陷影响范围内住户, 根据变形情况采取分期分批搬迁。严重的宜尽早搬, 不严重的可缓搬。搬迁前应加强监测, 若发现变形加剧现象, 应及时处理。对潜在崩塌可清除危石, 加强监测, 如发现临灾现象, 应及时避让。对住户密集区应禁采, 若需采动, 则必须先采取措施后方能开采。建议采用两种方法:第一种为对采矿影响范围内的房屋进行永久性搬迁避让后, 再进行采矿活动;第二种为对矿山进行地质灾害危险性评估, 划定禁采区或设立保护煤柱区。
参考文献
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晋城矿区“三高煤”的开发与利用 篇6
1晋城矿区“三高煤”的特征
晋城矿区是中低变质程度的年轻无烟煤,煤质总体上偏硬,可磨性差,固定碳高,中等灰分,由于灰中硅铝含量高,其灰熔点也高,晋城无烟煤传统用途主要包括化工、电力、冶金、建材和民用等行业。晋城矿区凤凰山矿9、15号“三高煤”的煤质分析结果见表1。
从表1可以看出,“三高煤”的很大优势在于其高发热量,但是高硫、高灰、高灰熔点的缺陷限制了其很好地利用,同时增加了其利用难度。
由于晋城矿区9、15号煤层埋藏较深,保存状况很好,并且煤层厚度在1.5~2 m之间, 适合于一次性机械化回采,开采成本低,储藏量大。因此,加强对其开发利用是目前亟待解决的问题。
2 “三高煤”的利用方式
2.1降灰、脱硫后利用
在“三高煤”利用之前,先对其进行降灰、 脱硫是选煤技术的重要手段,降灰、脱硫之后直接利用是“三高煤”的主要形式,并且低于燃烧后的处理成本。常规的洗选可以去除一部分“三高煤”中的灰分和无机硫分,但是效果不是很好, 而且水分消耗很大。根据降灰、脱硫原理不同, 可以分为物理法、化学法和生物法[1]。
物理法是利用“三高煤”的一些物理特性, 如密度、表面吸附性能、导电性能等,将煤与无机硫、煤矸石等分开。这是应用最广、最简单的降灰、除硫方法,但是只能去除部分无机硫, 无法去除有机硫。常见的方法有重选法、浮选法等。生产中用到的设备有重介旋流器、TBS、 浮选机等。
化学法是通过一些强碱,强酸等强氧化性物质利用煤中硫的化学性质,对洗选过的“三高煤” 进行氧化还原,分解出煤中的硫分。常用的方法有电化学催化氧化、高温裂解、溶剂法等。由于化学法的局限性,目前仅限于实验室研究阶段, 在大规模的生产中无法采用。
生物法是培育出一些针对煤种硫化物的菌种, 利用菌种对硫的生化反应,除去煤种的硫化物, 可以用于脱硫的菌类有红球菌属(Rhodococcus)、 微杆菌属(Microbacterium )、 假单胞菌属(Pseudomonas )、 不动杆菌属(Acinetobacter) 等, 利用生物法除硫是目前脱硫技术的热点,但尚未工业化生产。
2.2在建材方面的应用
煤在建材方面的应用主要包括水泥、石灰、 玻璃、陶瓷、砖、瓦等,特别是在水泥生产中煤既是燃料,又是原料,具有双重作用。将“三高煤”经过洗选后可用于水泥生产,煤中的硫分燃烧生成的SO3,可以加快Ca CO3的分解速度,降低燃烧温度;SO3可以与Ca O反应生成Ca SO4, 通过减少Ca O的量来降低熟料的KH值;生成的Ca SO4既是矿化剂又是缓凝剂,使得粉磨水泥时少加或不加石膏。相信通过更加深入的技术研究将“三高煤”用于水泥生产是一条可取之路。
2.3在橡胶产业的应用
煤中一般都含有硫分,只是量有所不同,一直以来都被用作橡胶填料的重要原料之一。洗选后的“三高煤”仍含有较高的硫分。有实验研究表明,高含量的硫分不仅没有破坏橡胶的形成, 而且起到了硫化剂和硫化促进剂的作用,能够加强硫化胶的拉伸强度、抗撕裂强度和弹性松弛性能,既有很好的补强性能,硫化速度也有了很大提高,还可以减少硫化促进剂的用量。可见,将通过洗选后的“三高煤”用于橡胶产业具有潜在利用价值。
2.4在煤化工方面的应用
2.4.1在传统气化炉中的利用
常压固定床煤气化技术是传统的气化技术之一,在我国已经应用了半个世纪,目前各种型号的常压固定床气化炉有近万台,其中晋煤集团旗下煤化工企业有近千台。无烟煤的优良特点使其成为常压固定床气化炉的优质原料煤,设计及操作参数都适用于无烟煤。随着3号优质煤的减少,“三高煤”的开采增加,使得对于“三高煤” 在常压固定床气化炉上的适用性研究变得非常迫切。除了一般配煤、掺烧之外,探索一套在常压固定床气化炉完全烧“三高煤”的工艺参数就非常重要。晋煤天源公司在2014年完成单系列全烧高硫煤技术研究,形成一套以100% 高硫煤为气化原料的“18 · 30”示范装置,为晋城“高硫” 无烟煤提供了新的出路。
2.4.2开发适合于“三高煤”的新型气化炉
随着气化技术的发展,出现了不同种类的气化炉。根据进料不同,有粉煤气化炉、水煤浆气化炉,代表炉有Shell粉煤气化炉、GSP气化炉、东方炉、航天炉、GE水煤浆气化炉、清华炉、四喷嘴气化炉等。这些炉型对煤质的要求不同,晋城矿区的无烟煤对这些新型气化技术的适应性较差,原有的优势逐渐变为劣势,而且无烟煤的构成也在发生变化,“三高煤”产量逐渐加大。虽然晋煤集团天溪煤制油分公司、晋开公司都刚应用了航天炉,且炉况良好,但是航天炉的最初设计并不是针对晋城矿区的煤种,难免有各种问题产生,因此开发一种专门适合于晋城矿区煤种炉型是解决“三高煤”问题的又一路径。
2.4.3打造百万吨级煤基甲醇制汽油及下游产业基地
随着石油资源的逐渐减少和甲醇生产成本的降低,依托甲醇作为新的石化原料来源必然成为一种趋势。煤制甲醇的技术已经很成熟且已经出现产能过剩的现象,探索甲醇的深加工技术,开发有市场竞争力的甲醇衍生物,调整产品结构成为重要研究课题。晋煤集团天溪煤制油分公司采用美国埃克森美孚的固定床甲醇制汽油技术建成世界首座煤基甲醇合成油工厂,年产10万t甲醇制汽油,原料煤有来自于晋城矿区的“三高煤”, 于2009年6月完成工程建设并试车成功,一直平稳运行至今,产品各项指标合格,品质优良。 因此,打造百万吨级煤基甲醇制汽油产业的条件已经成熟,可以作为“三高煤”的重点利用方向。
以甲醇为原料可以开发的下游产业链有甲醛、 醋酸、MTBE、MTO、MTP、DMT、二甲醚、甲醇制芳烃、甲醇制氢等。以这些产品为原料的下一级许多产品每年的缺口都较大,如乙醇缺口在200~300万t/a,甲酸甲酯50~100万t/a等,因此建立一个煤基甲醇的下游产业基地就显得很有必要。
2.4.4用于IGCC发电技术
IGCC是Integrated Gasification Combined Cycle的简写,即整体煤气化联合循环发电系统, 由煤的气化、净化,燃气和蒸汽联合循环发电两部分组成。IGCC具有发电效率高;良好的环保性能即脱硫率不小于98%,除氮率可达90%,废物处理量少;耗水量少;易大型化, 单机功率可达到300~600 MW以上;能够利用的煤种广,特别是“三高煤”的使用。IGCC是世界公认的清洁、 高效煤基发电主要技术途径之一,在国外已经实现商业化,中国首座煤气化联合循环电站—— 华能天津IGCC示范电站已于2012年投产,运行良好。
IGCC先将煤转化为煤气,净化后燃烧,克服了由于煤的直接燃烧造成的环境污染问题,采用了燃气—蒸汽联合循环,大大地提高了能源的综合利用率,实现了能的梯级利用,提高了整个发电系统的效率,可以说是“三高煤”利用的未来,是真正意义上“三高煤”的高效利用。建立一个煤—化—电三位一体的循环产业园区,不仅是煤化工产业循环化、高端化的发展,也是“三高煤”的高效洁净利用的重要举措[2]。
3结论
晋城矿区“三高煤”可采量丰富,开采技术条件成熟,晋煤集团在“三高煤”的利用方面已有天溪煤制油的示范项目,积累了一定的经验, 培养了大量的技术人才,为今后“三高煤”的进一步利用提供了有力保障。可以扩大煤基甲醇制汽油的产能,增加甲醇下游产业链,建立一个煤—化—电三位一体的循环产业园区,为“三高煤”洁净利用开辟新路。
摘要：介绍了晋城矿区三高煤(高硫、高灰、高灰熔点)的特征,论述了三高煤的主要利用方式,一是降灰、脱硫后利用;二是洗选后用于烧制水泥;三是用作生产橡胶填料的原料;四是用于煤化工原料,转化成煤气、油类或电力。
关键词：高硫煤,煤质特性,利用方式
参考文献
[1]田正山,王全坤,白素贞.高硫煤燃前脱硫技术[J].化工时刊,2009,23(7):53-56.
贵州省矿区开发 篇7
焦作矿区位于河南省北部,开采二叠系下统二1煤层,是优质的无烟煤生产基地,面积约1 000 km2。矿区现有生产矿井14对,70%以上为煤与瓦斯突出矿井,矿井瓦斯绝对涌出量为154.4 m3/min,年瓦斯涌出总量约0.8亿m3[1]。随着矿井开采深度增加,瓦斯涌出量不断增大,曾多次发生煤与瓦斯突出事故,瓦斯危害与事故严重地威胁着矿井安全生产。
为降低矿井生产安全隐患,充分利用煤层气资源,焦作矿区部分矿井相继开展井下煤层气抽放和地面抽采工作,已建有9个抽放矿井,建成10个煤层气抽放站,年抽放量可达1 400万m3[1]。随着煤层气勘探开发的兴起,先后有多家单位在矿区内开展基础煤层气研究和地面勘探开发试验工作,该区煤层厚度大、平面分布稳定,埋藏适中、煤层含气量和含气饱和度较高,逐步成为高煤阶煤层气勘探开发的热点地区;在二1煤层埋深800 m以浅,累计竣工煤层气参数井和生产井近40口,部分煤层气井日产量达600 m3,表现出良好的产气前景;由于矿区二1煤层渗透率较低,煤体结构变化较大,仍不能形成经济型煤层气排采井群。此次对焦作矿区煤层气赋存地质条件、赋存特征和储层特征进行分析、总结,以指导煤层气勘探开发井位选择和成井方法,实现煤层气开发的新突破。
1 煤层气赋存地质条件
1.1 构造条件
焦作矿区总体为一走向北东、倾向南东的单斜构造,地层倾角6°~16°,局部25°~30°。区内断裂发育,多为高角度正断层,按构造特征可分为三级,盘古寺断层(F8)为一级断裂构造;凤凰岭断层(F4-2)和耿黄断层(F40)为二级断裂构造;九里山断层(F14)、薄壁断层(F41)和峪河断层(F20)为三级断裂构造[2]。矿区据凤凰岭断层和峪河断层分为3个断块,峪河断层以北为北部断块,峪河断层和凤凰岭断层之间为中部断块,凤凰岭断层和盘古寺断层之间为南部断块(图1)。
1.2 埋藏条件
(1)深度条件。经构造运动,矿区被断裂切割成一系列断块,断块间煤层埋深差异较大。北部断块为地层走向北西、倾向南西的单斜构造,二1煤层埋藏390 m以深[3],北东浅,南西深;中部断块为地层走向北东、倾向南东的单斜构造,二1煤层埋藏50m以深[4],西北浅,东南深;南部断块整体为向斜构造,二1煤层埋藏550 m以深[5],向斜轴向东倾伏,西浅东深。受风化剥蚀和断层抬升影响,在同一方向,北部断块煤层埋藏浅,上覆基岩薄;南部断块煤层埋藏深,上覆基岩厚。
埋藏深度是影响煤层气富集的主要地质因素,煤层气含量与上覆基岩厚度密切相关。矿区在煤层埋藏500 m以深,气含量等值线与煤层底板等高线大致相同,含量总体随深度增加而增高,煤层埋深在1 100 m左右,气含量达到最高值,而后随深度增加略有下降。
(2)围岩条件。二1煤层顶板主要为泥岩、砂质泥岩和粉砂岩,其中泥岩分布最广,细—中粗粒砂岩零星分布。泥岩分布于恩村井田、马厂勘查区、程村井田和赵固井田,厚0.30~17.67 m,平均厚3.97m;砂质泥岩、粉砂岩主要分布于演马庄井田、九里山井田、冯营井田,厚0.30~26.84 m,平均厚6.69m[1];砂岩(细—粗粒砂岩)仅在中马村井田有零星分布,厚0.80~33.49 m,平均厚9.75 m[6]。二1煤层底板岩性为泥岩、砂质泥岩和粉砂岩。
煤层顶、底板岩性和厚度是煤层气藏保存的重要条件,顶、底板岩性特征取决于聚煤沉积环境。顶、底板以泥岩、砂质泥岩为主时,厚度越大,煤层易形成相对封闭的环境,有利于煤层气的保存。焦作矿区二1煤层顶、底板以泥岩、砂质泥岩为主,透气性较差,气体难以向外逸散,对煤层气的保存有利。
1.3 水文地质条件
(1)内在含水性。煤层内在水分含量与煤层气含量呈消长关系。一般情况下,煤变质过程中,从褐煤到无烟煤,煤颗粒表面的亲水能力逐渐减弱,内在水分逐渐减少。焦作矿区二1煤为无烟煤,煤颗粒表面的亲水能力较弱;据勘查资料统计,二1煤水分1.0%~2.0%居多,平均1.66%[6],煤的内在水分含量较少,有利于煤层气的吸附富集。
(2)围岩含水性。煤层围岩含水性对煤层气的赋存有一定影响。顶、底板为砂岩、灰岩等岩溶裂隙发育的强含水层时,富水性较强,水分子易吸附于煤粒表面,减弱煤对CH4吸附能力,且侵占煤的微孔隙,排挤呈自由状态的游离CH4,降低煤层气含量;煤层顶、底板为泥岩、砂质泥岩等弱含水层或隔水层时,富水性弱,有利于煤层气保存。
(3)地下水流动性。地下水运动强度与煤层气富集呈负相关关系。地下水对CH4具溶解作用,溶解度为0.15~2.83 L/L[1],可使CH4随地下水流动而运移、失散和聚集;在断层附近的岩溶裂隙水强径流带,造成煤层气逸散,气含量较低,向斜轴部附近地下水活动迟缓,利于煤层气富集,气含量较高。
2 煤层气赋存特征
2.1 煤层气含量
(1)北部断块。受峪河断层(F20)影响,断块地层大幅度抬升,长期遭受风化剥蚀,致使二1煤层上覆基岩厚度小,且断块内断裂多为开放性正断层,不利于煤层气保存,煤层气含量较低,二1煤层CH4含量为0.01~15.36 m3/t,一般为2.79 m3/t[7,8]。其生产矿井赵固一矿、赵固二矿、程村矿等均为瓦斯矿井[9,10]。
(2)中部断块。发育燕山期形成的北东、北北东向断裂,受挤压作用为主,后期受拉张作用,多为反倾向走向正断层,将断块切割成一系列阶梯状小断块,构造复杂,煤层气含量较高,二1煤层CH4含量为3.59~51.38 m3/t,一般为13.48 m3/t。其生产矿井中马村矿、冯营矿、方庄矿、古汉山矿、九里山矿和演马庄矿均为瓦斯突出矿井[11]。
(3)南部块段。主要发育近东西向断裂和褶皱,而北北东向构造不甚发育,与中部断块相比,构造相对简单,而煤层气赋存条件好,二1煤层CH4含量高,普遍在30 m3/t以上,最大89.45 m3/t[12,13]。
2.2 煤层气赋存特征
在226.96~1 650.90 m取样范围内,二1煤层CH4含量0.01~89.45 m3/t,平均16.31 m3/t;煤层气成分以CH4为主,占煤层气成分的23.79%~99.48%,一般90%左右;其他为N2和CO2,一般9%左右;含少量重烃,一般小于1%。
该区煤层气含量平面分布特征与煤层埋深变化相关。据统计,在二1煤煤层气风化带以深(约500m煤层埋深),气含量递增梯度2.72 m3/(t·hm),煤层气含量峰值出现在煤层埋深达1 100 m,最高达89.45 m3/t,而后随煤层埋深增加缓慢降低[14]。
3 煤层气储层特征
3.1 煤层特征
二1煤层位于山西组下部,全区发育,属较稳定厚煤层,煤厚0.65~19.59 m,一般为5~6 m,结构较简单,一般不含夹矸,局部含1~2层夹矸。
二1煤为灰黑—黑色,块状、粉状,北、中部断块多为块状,南部断块粉状居多;煤体较坚硬,坚固性系数为0.64~2.90,一般为1~2;透镜状、条带状结构,层状构造,多为原生结构煤,局部为构造煤。煤岩组分以亮煤为主,暗煤次之;煤岩类型多为半亮型,少量光亮型和半暗型。
3.2 裂隙特征
区内二1煤层变质程度较高,裂隙不甚发育,且不同地段裂隙发育程度具不均一性。据九里山矿井下煤层观察,裂隙密度差异较大,为1~150条/cm,以追踪张裂隙、共扼剪裂隙为主,构造形迹多表现为雁行状和菱形网状,展布方向与宏观断裂构造方向具一致性[1]。
3.3 吸附特征
据压汞试验资料,该区二1煤孔隙表面积以微孔为主,占96.6%,中、大孔仅占3.4%,由此可知,该区二1煤的吸附能力强。据马厂勘查区二1煤等温吸附试验,当温度为30~35°C时,煤对CH4最大吸附量区间在28.15~49.92 m3/t[14];由于马厂勘查区实际解吸含气量更高,则表明部分地段存在超压吸附[15]。
3.4 渗透性
据勘查测试资料,中部断块的中马村矿二1煤层渗透率0.001×10-3μm2,经水力压裂处理后,渗透率提高至0.771 6×10-3μm2;南部断块恩村井田二1煤层渗透率0.002×10-3μm2[1];马厂勘查区北部二1煤层渗透率0.13×10-3μm2,南部二1煤层渗透率0.30~0.49×10-3μm2。由此说明,焦作矿区二1煤层的渗透性较差,远低于全国煤储层渗透率的平均值1.27 m D。
3.5 储层压力
经煤层气参数井测试,南部断块储层压力7.30~11.52 MPa,压力梯度0.88~1.09 MPa/hm,属正常~超压状态;中部断块储层压力2.52~4.03MPa,压力梯度0.59 MPa/hm,属欠压状态[14]。
4 开发利用前景
4.1 煤层气资源量
浅部以煤层采空区或煤层气风化带为界,深部至煤层埋深2 000 m等值线,焦作矿区二1煤煤层气资源量估算面积712.55 km2,获得煤层气资源量为1 196.38亿m3;其中预测资源量406.94亿m3,远景资源量789.44亿m3[1]。各断块煤层气资源量分布情况见表1。
4.2 开发条件分析
(1)煤层厚度。二1煤层厚度一般5~6 m,属较稳定的厚煤层,结构简单,无明显分岔现象,有利于煤层气的整体排水降压。
(2)含气饱和状态。二1煤层变质程度较高,无烟煤阶段,生气量大,煤层封盖条件好,各断块内含气量由浅部向深部有逐渐增高趋势。受煤层埋深、基岩厚度、构造条件、围岩封闭和地下水活动等因素的控制,各断块煤层气含量不均。北部断块二1煤层含气量低,处于欠饱和状态;中部、南部断块深部二1煤层含气量高,多为饱和状态或近饱和状态。
(3)资源丰度。全矿区二1煤层气总资源量为1 1 9 6.3 8亿m3,煤层气资源总丰度为1.6 8亿m3/km2,气资源分布具有明显分带性,由浅至深煤层气资源丰度逐渐增大。北部断块资源丰度低,为0.71亿m3/km2;中部断块资源丰度较高,为1.50亿m3/km2;南部断块资源丰度高,资源丰度为2.72亿m3/km2(表1)。
(4)煤层埋深。矿区整体为单斜构造,由北西向东南煤层埋深逐渐增加,但由于北东向断层的切割,形成多个煤层埋藏深浅不一的断块。浅部300~500 m二1煤层多数为生产矿井采空区,且属煤层气风化带,已无勘探开发价值;对煤层气开发有利的煤层埋深在500~1 200 m。
(5)物性特征。矿区煤中孔隙度及其孔径大小由煤岩类型及其煤化程度等决定,由东北向西南、由浅部至深部,二1煤的孔隙度由小到大,此外,断裂构造附近煤的孔隙度大幅度升高。二1煤层渗透率差异较大,主要取决于断块构造部位、煤中裂隙特征和煤体结构,断层构造带附近煤层渗透率较高。矿区煤层原始渗透率一般较低,但压裂后煤层渗透率明显增高。
(6)储层压力。煤储层压力一般随煤层埋深增加而增加,各断块储层压力差异较大,储层压力梯度一般为0.5~1.1 MPa/hm,南部断块大部为正常—超压储层,中部断块多为低压储层。
4.3 矿区综合评价
(1)参数选取。依据煤厚、气含量、资源丰度、煤层埋深定量评价,煤体结构、构造复杂程度、水文地质条件定性评价,含气饱和度、压力梯度、渗透率、临储比等参数综合评价。主要评价参数见表2。
(2)评价结果。依据评述参数,推测南部断块最有利—有利区块;中部断块为有利—较有利区块,局部为不利区块;北部断块多为不利区块。
5 结语
焦作矿区中部、南部断块二1煤层厚度稳定,煤层气资源量丰富,储层压力较高,有较大的开发潜力。南部断块恩村井田施工1口煤层气参数井(CQ6),单井日产量最大500 m3,认为恩村井田煤层气资源条件好,具有较好的开发前景。
矿区渗透率较低,影响煤层气整体开发利用。中部断块古汉山井田曾施工煤层气试验井5口,其中西部3口按三角形小型井网布置,采用裸眼造穴和水力压裂等增产工艺,对煤储层进行强化和改造,并进行了排采试验,单井日产量为100~600 m3,差异较大。初步认为由于煤储层非均质性的影响,使煤层气扩散速度较慢,煤层气井产量上升缓慢而产生差异。
新工艺、新方法的应用是煤层气勘探开发成功的关键,应在有利区块内施工煤层气参数井,进一步探索矿区煤层气地质特征、成井工艺和储层改造措施,并加强成井方法的研究,以提高煤层气产能。
摘要：煤层气富集与地质条件和储层特征密切相关。利用煤田勘查和矿井生产资料,分析了焦作矿区二1煤煤层气赋存地质条件、赋存特征和储层特征;研究表明,区内煤层气含量与煤层埋深、围岩气密性呈正相关,与水文地质条件呈负相关,并受构造条件制约;预测矿区中部断块和南部断块二1煤煤层气资源丰富,有较好的开发利用前景。由于煤层渗透率较低,煤体结构变化较大,部分地段不利于通过压裂产生有效延伸长度和导流能力的裂隙,需要进一步探索成井工艺和储层改造措施,以提高煤层气产能。
贵州省矿区开发 篇8
关键词：煤矿矿区,地质勘探,煤炭资源,开发
煤炭是我国的重要资源。煤炭生产已经成为国民经济中重要的组成部分, 在我国东部, 许多老矿区的开采深度一般在地下800m以下, 新建矿井的覆盖层厚度能够达到600m, 开采深度在地下1000m。所以, 我国的东部矿井已经进入了深度开采阶段, 深度开采的矿井一般都是高产高效矿井, 同时对煤田的地质工作也提出了更高的要求, 其中包括要查明煤层中落差5m的断层、幅度为5m的褶曲以及采空区的空间分布情况, 另外, 相关人员还要查明水文地质条件与瓦斯等有密切关系的煤层顶和底板岩性。
1 煤矿矿区开采的现状
目前, 矿井深部开采的地质勘查技术还是以物理方法为主, 配以其他相关的基础手段, 依托计算机技术来实现地质工作的动态管理, 这些是目前煤矿地质勘探的特点。其中的工作模式可以分成三类, 第一类是井田范围中可采煤层的条件评价, 第二类是采矿区地质条件的勘察, 第三类是综采工作面地质条件的勘察。
从现在的发展来看, 物理方法、基础地质勘查和手段以及地理信息系统技术的三者有机结合是煤矿深度开采地质勘查技术的发展方向。我们可以利用三维地震、矿井物探以及井巷工程等多方面的数据信息, 查明采矿区内断层的分布、煤层的地下深度以及厚度等信息。我们可以把地理信息系统作为一个平台, 将其建立成矿井的多元信息集成系统, 再将三维地震、矿井物探以及井巷工程等多方面的信息进行综合分析, 然后建立起预测和评价模型, 从而实现地质资料的信息化和数字化, 这些都可以作为评价地质条件、生产地质工作等动态管理的依据, 为突发性的地质灾害制定应对策略提供科学的技术支持。
煤矿因为受到矿井地质条件不理想、断层发育以及煤层厚度发生变化等因素的影响, 给生产带来持续紧张, 如果仅靠一种勘察手段很难会摸清煤层的存储情况以及构造的发育规律, 所以要采用综合勘探方法, 结合不同特点的勘探手段, 地面上使用三维物探的方法, 井下的先期施工采用多用途掘巷, 同时结合钻探和井下物探的手段, 对于那些对生产造成影响的地质因素, 再进行相关题研究探讨, 对资料进行综合分析, 为矿井高效高质量的生产提供强有力的技术保障。
合理的选择好勘探对象, 把井下巷道充分利用好, 同时要以大流量、沉降大的井下放水试验为主, 把钻探与物探相结合, 运用多种方法进行验证, 在相互补充的前提下综合水文地质勘探方法, 检查清楚井水水文地质条件, 及时解除水害威胁。
2 传统的水文地质勘查
2. 1 传统水文地质勘查的方法
一些矿井会受到岩溶承压水的威胁, 各类因素的综合作用会引发底板突水, 其中突水的原理有: 第一, 底板突水的物质基础是岩溶性裂隙网络; 第二, 突水的制约性因素是隔水层的厚度以及其岩性特征; 第三, 底板会因为采矿活动遭到破坏, 这是底板突水的诱导因素; 第四, 底板突水的关键因素是断裂构造和原生构造裂隙的发育情况。从整体上看, 岩溶性裂隙网络以及隔水层的厚度等都是水文地质条件的勘探范围。
2. 2 传统水文地质勘查方法的局限性
我们如果只是采用一种方法来进行勘探的话, 那只能探明一种导致突水的因素, 比如说我们只采用传统的地面钻探和抽水, 那我们只能知道这一点的岩溶发育和富水情况, 对整个开采过程没有一个完整的了解。此外, 矿井突水问题是一个相当复杂的过程, 我们不能用一个统一的规律来该现象进行描述, 因为, 随着空间条件的变化, 水文地质条件也会跟着变化, 所以, 要防止出现底板出水的情况, 就需要对歌会总突水的原因进行全面的检查, 再有针对性地进行综合治理, 只有做到这些, 才能保证有效防止水害事故的发生, 对水文地质条件采用单一的探勘方法是不能够满足生产要求的。
3 采用综合性方法进行地质勘查
3. 1 采矿区地面的地震勘察
在设计采矿区之前, 可以通过采用地面震动的勘探方法来查明采矿区的构造形态以及断层的发育情况, 同时, 还可以查明煤层的储存情况以及底板的起伏情况, 评价一些影响开采的含水层, 然后提出相应的出水防治措施, 为采矿区的设计工作提供科学可靠的地质资料。
在这个阶段中, 主要工作是查明矿区范围内的小构造, 其中包括落差有5m左右的断层。陷落柱以及采空区的空间分布形态, 再根据采矿区的要求提前做好布置。地面的物探方法跟矿井物探方法相比显得更加简单, 而且探测的效率也更高, 但是有时会受到地表条件的限制, 所以, 如果条件允许的话, 要尽可能地选择三维高分辨的地震勘探技术。
3. 2 微动测深勘察
微动在时间和空间上都是没有规则的震动。根据相关理论依据, 微动记录会包含体波以及面波两种。但是在大多数情况下, 微动的震动源在地表或者海底面。我们根据观测形式的不同, 可以把微动测深勘察分为几种形式: 第一种, 单点勘察。单点勘察方法是由两个半径不一样的同心圆组成埋在圆心和圆周内接上正三角形顶上各设置一套微动观察仪, 这种方法勘察深度与台阵的大小成正比关系, 我们可以根据勘察深度的要求, 可以采用3 个或者更多不同半径的同心圆组成观测台阵; 第二种, 测线勘察。在煤田勘察这种面积比较大的区域, 单点勘察是不能满足生产需求, 采用测线勘察, 在测区中按照一定的距离布置好测线, 这样可以实现二维的动测勘察, 反馈出地质结构, 结合钻孔和其他地质资料, 进一步探究比较异常的地址意义; 第三种, 平面勘察。在矿区或者是其他精度要更精准的勘探, 如果测量仪器数量足够的话, 我们可以采用平面观测的方式, 从而勘察出异常情况。
3. 3 井下钻探以及综合物探
在放水试验对主要含水层的富水性达到宏观控制基础上, 针对不同的条件, 采用不同的物探手段, 有针对性的重点布置工作, 及时采取相应的解决措施。
另外, 采用坑透、脉冲干扰发等试验手段, 可以探测出地质以及水文地质异常的区域。综上所述, 那些受底板岩溶水害威胁的矿区, 我们要及时进行专业的水文地质条件勘察, 把各种常规的放水试验作为主要的探测手段。同时以此为基础, 采用其他多种物探以及钻探手段, 对局部有异常情况的区域进一步勘察, 从而达到相互补充, 充分体现出勘察手段综合的效应。
4 结束语
地理方法、基础地质勘查以及地理信息系统技术三者的有机结合是未来煤矿开采的勘探技术的发展方向, 将三者利用好, 实现地质资料的信息化、数字化, 为矿区的开采工作提供快速评价, 为生产动态管理提供可靠的技术支持。
参考文献
[1]田茂虎.综合地质勘探方法在煤矿生产中的应用[J].矿业安全与环保, 2013, 21 (7) :117-119.
[2]张希诚.综合水文地质勘探岩溶水害防治中的应用[J].煤炭科学技术, 2012, 28 (8) :110-112.