120万吨煤矿设计

毕 业 设 计 （ 论 文 ） 任 务 书 毕业设计（论文）题目： 宇麦煤矿 90 万吨矿井初步设计 毕业设计（论文）要求及原始数据（资料）： 毕业设计要求： 毕业设计是采矿工程专业最后一个教学环节，其目的是使学生运用大学 阶段所学的知识联系矿井生产实际进行矿井开采设计，并就本专业范围的 某一课题进行较深入的研究，以培养和提高学生学习分析和解决实际问题 的能力，是学生走上工作岗位前进行的一次综合性能力训练，也是对一个 未来采矿工程高级工程技术人才的基本训练。 毕业设计主要是实习矿井的开采设计,即假拟实习矿井为为开发井田,按 其原始条件进行新井初步设计。为了培养学生能力，并考虑教学要求、时 间、学生现有实际水平等因素，其某些要求与设计院进行的矿井设计有所 区别，巷道布置、采煤方法、通风安全等都要借鉴矿井生产以来的经验。 有些部分则加以必要的简化或删减，从而使同学能够从理论和实践相结合， 对整个矿井的开拓生产形成清晰正确的认识。 通过半年的毕业设计，使同学们对大学所学的知识能够有个更全面、更 清晰的认识，使同学们走向社会后能够成为模范带头人，能够成为社会的 栋梁。 2 宇麦煤矿划定本次申报井田位于河东煤田乡宁矿区赵家湾详查区西北边缘地 带，行政区划属乡宁县昌宁镇管辖。矿区地理坐标为： 东经 11049591105220 北纬 355904 360100 其边界由六个拐点圈定，东西宽 3.53km，南北长约 3.6km，面积为 9.53km2 。 矿区中心南距乡宁县城约 4.0km，在其西侧与南侧均有国道通过，矿区至乡 宁县城有乡村公路连接，东北可达临汾，西南直达河津、稷山，其间均有柏油路 相通，因此交通方便。 区内主要含煤地层有山西组、太原组，其次为本溪组。 本组地层平均厚度 40.2m，共含煤层 7 层，其中稳定的全区可采煤层 1 层， 编号为 2 号，局部可采煤层 2 层，编号为 1 号、3 号；不稳定，煤层 4 层。煤层 总厚度 4.76m，含煤系数 11.8%，可采煤层总厚度 3.93m，可采含煤系数 7.3%。 2 号煤层：位于山西组下部，K 7 砂岩到中间砂岩之间，上距中间砂岩 6.20m 左右，下距 K7 砂岩 12.4m 左右，其顶板为砂岩、砂质泥岩或泥岩，底板为沥青质 泥岩、粉砂岩等。该层煤厚 3.203.65m，平均厚 3.43m，结构简单，含一层厚 0.35m 左右的泥岩夹矸。其层位稳定，厚度变化不大，由东南向北有变薄的趋势。 赋存标高在 300550m 之间，是区内主要可采煤层。 据地质报告，2 号煤层精煤可燃基挥发分 14.9217.65%之间，粘结指数 2.244，以贫瘦煤为主，次为瘦煤。10 号煤层精煤可燃基挥发分在 14.5416.78% 之间，粘结指数在 0.110.4 之间，以贫瘦煤为主，次为贫煤。 据勘探资料，区内瓦斯成分主要为 N2-CH4，CO 2 含量较低，瓦斯绝对涌出量 为 0.28m3/min，相对涌出量为 0.75m3/t，由于区内煤层埋藏深度较大，虽然构造 简单，但沿走向具波状起伏特征，岩层完整性较好，易形成储气环境，使瓦斯在 局部聚集，给煤炭开采带来隐患，应时刻警惕。 由详查报告资料可知，区内 2 号煤层燃点倾向等级指数T 接近自燃发火级 煤下界，属有可能自燃煤层，10 号煤层属不易自燃煤层 根据地质报告提供的矿井涌水量计算结果，矿井达到 90 万 t/a 设计生产能力 时，矿井涌水量为 51m3/h。 毕业设计（论文）主要内容： 设计内容以矿井开拓方式、采区巷道布置、回采工艺及矿井通风与安全 为主。掌握矿井生产布置的各个环节，树立明确的矿井生产系统全貌。 根据矿井原始资料确定井田境界，计算出矿区面积为 9.53 平方公里，矿 井的工业储量为 84.82M t，矿井的设计可采储量为 58.72M t。矿井设计工作 制度为四六制。矿井生产能力为 90 万 t/a，服务年限为 46.6 年。根据煤层 埋藏深度确定井田开拓方式为立井单水平开拓。主副立井各一个，回风立井 布置一个。工业广场位于公路附近，交通便利，工业广场保护煤柱可以减少 许多，有足够的场地布置主、副井地面生产系统。全井田采用单水平开拓， 在煤层中布置 3 条大巷，分别为运输大巷、轨道大巷、回风大巷。运输大巷 和轨道大巷沿煤层底板布置，回风大巷沿煤层布置在 2 号煤层中。 根据国家有关的方针、政策，并根据矿井的具体条件，2 号煤层采煤方法 采用综合机械化一次采全高开采，工作面长 150m，推进长度为 1411m，采煤机 型号为 MG300/730-WD 型的双滚筒采煤机，工作面回采率为 95%，采掘比为 1:2。井下运输均采用胶带输送机运输，实现连续运输出煤，矿井提升主立井， 采用 JDG-6/75*4Y 箕斗进行提升，副立井 配备 GDG1/6/2/4K 型罐笼进行提升。 矿井通风选用机械抽出式、两翼对角式通风，矿井总风量为 100m3/s 通风机型 号初选为 FBCDZ-6-No21-B，论文对建设整个矿井的费用进行初期概算，使设 计更合理规范。 通过完整的矿井设计，了解矿井整体的开拓部署、通风与安全、生产工 艺安排、劳动组织、生产管理及技术经济效益；掌握矿井设备的选型计算； 熟悉矿井通风及配风方法。从整体上掌握矿井的各个细节。 4 学生应交出的设计文件（论文）： 毕业设计说明书宇麦煤矿矿井初步设计 图纸七张包括： 1、井田开拓平面图（1:5000） 2、井田开拓剖面图（1:2000） 3、井筒、巷道断面图（1:50） 4、回采工作面工艺图（1:100） 5、采区巷道布置及采掘机械配备平面图（1:2000） 6、采区巷道布置剖面图（1:2000） 7、通风立体示意图（容易时期） （示意） 主要参考文献（资料）： （1）徐永圻等， 煤矿开采学 ，中国矿业大学出版社，1999； （2）冷金龙等， 矿山井巷工程量计算手册 ，河北科学技术情报研究所出 版，1984 ； （3）陈炎光等， 中国采煤方法 ，中国矿业大学出版社，1991； （4）徐永圻等， 中国采煤方法图集 ，中国矿业大学出版社，1990； （5）刘吉昌等， 倾斜长壁开采 ，煤炭工业出版社，1993； （6）张荣立等， 采矿工程设计手册 ，煤炭工业出版社，2003； （7）张国枢等， 通风安全学 ，中国矿业大学出版社，2000； （8）王家廉等， 煤矿地下开采方法 ，煤炭工业出版社，1985； （9）杨坚等， 矿井提升运输选型设计 ，煤炭工业出版社出版，1981； （10 ） 煤矿安全规程 ，煤炭工业出版社，2006 ； （11 ） 煤炭工业矿井设计规范 ，中国计划出版社 2006； （12 ） 井巷工程 ，中国矿业大学出版社，1985 ； （13 ） 矿山供电 ，中国矿业大学出版社，1995 ； （14 ） 运输与提升 ，中国矿业大学出版社，1996 ； （15 ） 煤炭井巷工程综合预算定额 ，煤炭工业出版社出版，2008 。 专业班级 采矿工程 0902 班 学生 冀相宇 要求设计（论文）工作起止日期 2013/3/12013/6/13 指 导 教 师 签 字 日期_ 教研室主任审查签字 日期_ 系 主 任 批 准 签 字 日期_ I 宇麦煤矿 90 万吨矿井初步设计 前 言 毕业设计是采矿工程专业最后一个教学环节，其目的是使本专业学生运用大学阶 段所学的知识联系矿井生产实际进行矿井开采设计，并就本专业范围的某一课题进行 较深入的研究。以培养和提高学生分析和解决实际问题的能力，是学生走上工作岗位 前进行的一次综合性能力训练，也是对一个采矿工程技术人员的基本训练。 本次设计的内容是宇麦煤矿 2 号煤层开采初步设计，是在宇麦煤矿井田概况和地 质特征的基础上，结合搜集到的其它相关原始资料、运用所学知识、参考煤矿开采 学 、 煤炭工业矿井设计规范 、 煤矿矿井开采设计手册等参考资料，在辅导老师 深入浅出的精心指导下独立完成。在设计的过程中我受益非浅。此次毕业设计是根据 国家煤炭建设的有关方针、政策，结合设计矿井的实际情况，遵照采矿专业毕业设计 大纲的要求，在收集、整理、查阅大量资料的前提下，运用自己所学的专业知识独立 完成设计的。 通过本次设计，我看到了许多以往自己欠缺的地方，提高了综合能力，知识水平 有了很大的提高，由于本人的初次设计，错误难免，恳请各位老师指正。 本次设计的指导老师为陈慎心老师，同时还得到了其他老师的悉心指导，他们在 许多方面给予了宝贵意见，为了帮助我们顺利、正确地完成毕业设计，经常加班加点， 牺牲了大量的工作时间和业余时间，在此表示衷心的感谢和深深的敬意！ 由于本人水平有限，设计中难免存在错误和不足，恳请各位老师批评指正。 学生：冀相宇 2013 年 6 月 5 号 II 摘 要 本次设计是开采宇麦煤矿 2 号煤层，设计图纸共七张，说明书共十章。根据采矿 工程的需要和特点，重点设计为第四、六、九章，其他如井底车场、井下运输及提升 设备仅做一般的选型计算。 该矿位于河东煤田乡宁矿区赵家湾详查区西北边缘地带，行政区划属乡宁县昌宁 镇管辖，矿区中心南距乡宁县城约 4.0km。 本井田内有多层煤，但此次设计只考虑 2 号煤层，平均厚度分别为 3.43m。煤层 自燃倾向为可能自燃。矿井属于低瓦斯矿井，瓦斯相对涌出量为 0.75m3/t。 本井田划分为带区，采用双立井开拓方式，回采工艺采用后退式、综采一次采全 高机械化采煤法，采用“四六制” 作业制度。工作面的设备有双滚筒采煤机、支撑掩护 式液压支架、可弯曲刮板运输机、破碎机、转载机等。采空区采用全部垮落法处理顶 板。 本矿井设计年产量为 90 万吨，采用一套一次采全高综采设备来满足产量的要求。 矿井运输大巷采用胶带运输作为主运输，采用调度绞车作为辅助运输，矿井通风 采用轴流式扇风机,抽出式通风方式。 关键词：通风；回采工艺； 一次采全高综采。 III Abstract This design is the exploitation of wheat No. 2 seam coal, a total of seven design drawings, manuals ten chapters. According to the needs and characteristics of mining engineering, focusing on the design for the fourth, six, nine chapters, others such as shaft bottom, underground transport and lifting equipment only for general sizing. Coal mine located in Hedong District Tianxiang Ning sift Zhaojiawan mine north-west side, under the administration of Changning County Township jurisdiction of the town, mining town center north xiangning approximately 4.0km. The Ida has multi-coal, but this design only considered the 2nd seam, average thickness of 3.43m. Spontaneous combustion tendency is likely to be spontaneous. Mine is a low gas mine, gas relative emission of 0.75m3 / t. The Ida is divided into bands, dual shaft to explore ways recovery process using retreat, fully mechanized mining overall height mechanized mining method, the use of “forty-six“ system operating system. Face of the device has double-drum shearer, hydraulic shield support bracket, flexible scraper conveyors, crushers, reproduced machines. Gob use of all roof caving treatment. The designed annual output of 900,000 tons of mine, using a set of one full-height fully mechanized mining equipment to meet production requirements. Mine haulage roadway using tape transport as the main transport, the use of scheduling winch as an auxiliary transport, mine ventilation using axial fan blower, exhaust ventilation mode. Keywords: ventilation; Mining process; once mining Fully Mechanized Mining. 4 目 录 前 言 .I 摘 要 .II 第一章 井田概述和井田地质特征 .4 第一节 矿区概述 4 一、矿区地理位置及交通条件 4 二、矿区的工农业生产建设概况 5 三、矿区电力供应基本情况 5 四、矿区的水文简况。 6 五、矿区的地形与气象 6 第二节 井田地质特征 6 一、井田位置与地层 6 二、地质勘探程度 9 三、井田内煤系地层的主要地质构造 9 四、井田的水文地质概况 .10 第三节 煤层的埋藏特征 .12 一、煤层的赋存特征 .12 二、煤层围岩性质 .14 三、煤的性质及品种 .15 第二章 井田境界与储量 18 第一节 井田境界 .18 一、 井田境界的描述 .18 第二节 地质储量的计算 .19 一、计算对象及范围的确定 .19 二、工程控制情况 .19 三、储量计算工业指标 .19 四、计算方法的选择 .20 五、储量级别与块段划分 .20 六、储量计算结果 .20 第三节 可采储量的计算 21 一、矿井设计资源/储量 21 二、安全煤柱及各种煤柱的留设和计算方法 .21 三、矿井设计可采资源/储量 21 第三章 矿井工作制度及生产能力 23 第一节 工作制度 .23 第二节 矿井生产能力及服务年限 .23 一、矿井生产能力 .23 二、矿井服务年限 .24 第四章 井田开拓 .25 5 第一节 井田开拓方案的确定 .25 一、 井田开拓的原则 .25 二影响矿井开拓部署的因素 .25 三. 工业场地的位置 .25 四、井口形式、数目和位置的选择 .25 五、 主要运输大巷及回风道的布置方式和位置选择 28 第二节 方案比较 30 一、 技术比较 .30 二、经济比较 .31 第五章 矿井基本巷道及建井计划 .34 第一节 井筒、石门与大巷 .34 一、井筒 .34 二、大巷 .38 三、井底车场硐室 .39 第二节、 井底车场 39 一、井底车场的形式 .39 第三节、建井工作计划 .40 一、施工准备的内容 .40 二、矿井移交标准 .41 三、井巷平均成巷速度指标 .42 第 6 章 采煤方法 43 第一节 采煤方法的选择及其依据 43 一、煤层赋存条件 .43 二、采煤方法的选择 .43 第二节、确定采区巷道布置和要素 .44 一、回采工作面的个数、产量及装备 .44 二、 回采工作面回采方向与接替 44 三、 采区及工作面回采率 .44 第三节、回采工艺与劳动组织 .45 一、综采工作面设备选型 .45 二、工作面顶板管理方式，支护设备选型： .47 三、回采工艺 .49 四、劳动组织 .52 第四节 采（盘）区的准备与工作面接替 54 一、巷道断面和支护形式 .54 二、巷道掘进进度指标 .54 三、掘进工作面个数和掘进面的机械配备 .54 四、矿井达产时采掘比例关系、掘进率、采区回采率 .55 五、工作面接替 .55 第七章 井下运输 .56 第一节 运输系统与运输方式的确定 56 一、运输方式的选择 .56 6 二、运输系统 .56 第二节 运输设备的选择和计算 57 一、矿车、材料车和人车 .57 二、大巷内运输设备的选型 .57 第八章 矿井提升 .59 第一节 矿井提升概述 .59 第二节 主井提升 .59 一、提升容器的选择 .59 二、提升钢丝绳的选择计算 .60 三、提升机选择 .62 四、提升电动机的估算 .62 第三节 副井提升 .63 第九章 矿井通风与安全 .64 第一节 风量的计算 65 一、采煤工作面实际需要风量的计算： .65 二、掘进工作面实际需要风量的计算： .66 三、 硐室需要风量 67 四、其他需风量 .67 第二节 矿井通风系统和风量分配 67 一、通风方式 .67 二、风井数目、位置、服务范围及服务年限 .67 三、掘进通风及硐室通风 .67 第三节 计算负压及等积孔 68 一、计算原则 .68 二 计算方法 69 第四节 选取扇风机 72 一、 选择主扇 73 二、 选择电动机 74 三、反风措施 .75 第五节 安全生产技术措施 75 一、煤尘爆炸的防止措施 .75 二、煤及瓦斯突出的预防措施 .76 三、矿井水灾预防措施 .76 四、火灾预防措施 .76 五、防止冒顶事故的措施 .76 六、避难硐室和避灾路线 .76 七、矿山救护队的设置 .76 第十章 经济部分 .78 第一节 矿井设计概算 .78 一、井巷工程概算的编制依据 .78 二、井巷工程概算的编制方法 .78 三、矿建工程费用的计算方法 .79 7 第二节 劳动定员和劳动生产率 .79 一、定员范围 .79 二、定员依据 .79 三、定员方法 .79 第三节 矿井主要经济指标 81 8 第一章 井田概述和井田地质特征 第一节 矿区概述 一、矿区地理位置及交通条件 宇麦煤矿划定本次申报井田位于河东煤田乡宁矿区赵家湾详查区西北边缘 地带，行政区划属乡宁县昌宁镇管辖。矿区地理坐标为： 东经 11049591105220 北纬 355904 360100 其边界由六个拐点圈定，东西宽 3.53km，南北长约 3.6km，面积为 9.53km2。 各个拐点坐标分别为： X=3984650 Y=37484975 X=3987475 Y=37484975 X=3987470 Y=37487980 X=3986750 Y=37488500 X=3985080 Y=37487750 X=3983900 Y=37485600 矿区中心南距乡宁县城约 4.0km，在其西侧与南侧均有国道通过，矿区至 乡宁县城有乡村公路连接，东北可达临汾，西南直达河津、稷山，其间均有柏 油路相通，因此交通方便（见交通位置图 1） 。 9 图 1 交通位置图 10 二、矿区的工农业生产建设概况 本县主要农作物有玉米、小麦、谷子等。畜牧业以养殖牛、羊为主。工业 有水泥、发电、煤业及炼铁等，近些年来采矿业发展迅速，逐渐形成为县内一 大支柱产业，对县内经济发展影响极大。 三、矿区电力供应基本情况 供电问题，不仅与矿区 15km 处有一座发电厂外，尚有高压电网自县城至 矿区 10 余公里，应属容易解决之列。 四、矿区的水文简况。 乡宁县主要河流鄂河由矿区南侧约 1500m 处流过，属黄河一级支流。 区内发育有季节性河流，罗河、任家河向南注入鄂河。 该区位于鄂尔多斯断块之次级构造单元关王庙北东向褶带，分布有新、 中、古生界地层。地层总体走向北西，倾角一般为 58，地貌上属中低山 中高山区，由基岩构成的地貌骨架，大部分被黄土覆盖，发育平行树枝状水系， 主干流直接注入黄河。 五、矿区的地形与气象 地形、地貌 矿区地处吕梁山脉南端，因大面积被黄土覆盖，沟壑发育，地形复杂，地 势总体为北高南低。北部在矿区边缘地带山峰海拔高程为 1360m 左右；南部最 低沟谷标高为约 1000m，相对高差约 360m，属中低 中高山地貌。 气象 该区属干旱、半干旱大陆性气候，受季风影响，一年四季分明，春季干旱 多风，昼夜温差大；夏季炎热，秋季温凉多雨，冬季寒冷，多西北风。年平均 气温 10左右，最高气温一般在每年的 7 月份，可达 35，1 月份最冷，最低 气温为-18 。雨季集中在 78 月份，占全年降雨的 60%左右，年均降水量 572mm，蒸发量 11491854mm，每年 11 月份开始结冰，至次年 3 月底解冻， 无霜期平均 210 天。 地震 宇麦煤矿所在地区没有发生过 5 级以上的破坏性地震，但历史上邻近地区 的大地震往往涉及本区。据省地震局资料，本区地震烈度为 67 度。 第二节 井田地质特征 一、井田位置与地层 宇麦煤矿井田位于河东煤田乡宁矿区赵家湾详查区西北边缘地带，区内由 于大面积黄土覆盖，基岩露头较少，主要分布在部分沟谷及其两侧和山梁上， 零星出露，据区内及外围附近涉及的赵家湾勘探区施工的钻孔资料，将矿区地 11 层自老到新分述如下： 奥陶系中统（O 2） 矿区内没有出露，钻孔一般也只探到该统地层顶部，即峰峰组第二段上部。 岩性为深灰色厚层状灰岩。 石炭系（C） 中统本溪组(C 2b) 底部为褐红、灰黄色褐铁矿或硫铁矿，向上由铝土岩，铁铝岩及炭质泥岩 及煤线等组成，与下伏奥陶系中统峰峰组第二段地层呈不整合接触。本组厚度 815m，平均 12.0m。 上统太原组（C 3t） 本组自 K1 砂岩底至 K7 砂岩底，为主要含煤地层之一，主要为灰白色、灰 黑色砂岩、粉砂岩、泥岩、石灰岩和煤层组成。本组厚度 50.060.0m ，平均为 55.0m，所含煤层自上而下编号有 4 号11 号煤层。其中 10 号煤为稳定全区可 采煤层。 二叠系（P） 1. 山西组（P 1s） 该组地层自 K7 砂岩底至 K8 砂岩底，为本区主要含煤地层之一。岩性由灰 白色中粒岩屑石英杂砂岩、灰色泥岩、根土岩、灰黑色炭质泥岩、粉砂质泥岩 和煤层、煤线组成。与下伏太原组地层为整合接触，该组厚 38.045.5m ，平均 40.2m，所夹煤层自上而下编号为 13 号，其中 2 号煤为稳定可采煤层。 2. 下石盒子组(P 1x) 自 K8 砂岩底，至 K10 砂岩底，岩性为灰白色中粗中细粒岩屑石英杂砂岩 与灰黑色泥岩、砂质泥岩、灰色粘土质泥岩、灰绿色、紫红色泥岩互层组成。 下部夹 12 层煤线，向上部紫红色泥质成分增多，顶部含一层粉红、灰白、紫 红色铝土质泥岩，即“桃花页岩” ，是上、下石盒子组分界的辅助标志，总厚度 平均为 94m。 3. 上石盒子组 （P 2s） 本组未见出露，自 K10 砂岩底至 K13 底，岩性为黄色、灰绿色岩屑石英杂砂 岩和黄绿色、紫红色泥岩、粉砂岩互层产出，总厚度平均为 305m。 4. 上统石千峰组（P 2sh） 主要分布在区内南部及西部大沟内。岩性为砖红色紫红色泥岩和粉砂质 泥岩，夹紫红色、灰白色中粒岩屑石英砂岩。钻孔揭露最大厚度为 200m。 三叠系 刘家沟（T 1l） 在区内大沟中有出露，出露不全，厚约 0200m，主要为下部地层，岩性 为浅灰、紫色长石杂砂岩，间夹少量紫红色泥岩。 上第三系（N） 矿区内大沟中底部有零星出露，与下伏地层呈不整合接触，为半胶结的砾 岩、砂砾岩与棕红色粘土互层，厚度 060m。 12 第四系（Q） 矿区内广泛分布，为浅棕红色、灰黄色亚砂土、亚粘土，夹薄层钙质结核， 在部分沟谷中有砂、砾等现代河床沉积。该系地层厚度为 0160m 。 详见区域地层表 1 表 1 区域地层简表 地 层 单 位 厚度(m) 界 系 统 组 段 最小 最大 平均 岩性描述 第 四 系 Q 上更 新统 Q3 0160 矿区内广泛分布，为浅棕红色、灰黄色亚 砂土、亚粘土，夹薄层钙质结核，在部分 沟谷中有砂、砾等现代河床沉积。新 生 界 上 第 三 系 N 上新 统 N2 060 区内大沟中底部有零星出露，与下伏地层 呈不整合接触，为半胶结的砾岩、砂砾岩 与棕红色粘土互层 中 生 界 MZ 三 叠 系 T 下统 刘家沟组 T 1l 0200 在区内大沟中有出露，出露不全，主要为 下部地层，岩性为浅灰、紫色长石杂砂岩， 间夹少量紫红色泥岩。 石千峰组 P2sh 最大 200 主要分布在区内南部及西部大沟内。岩性 为砖红色紫红色泥岩和粉砂质泥岩，夹 紫红色、灰白色中粒岩屑石英砂岩。上统 上石盒子 组 P2s 平均 305 本组未见出露，自 K10砂岩底至 K13底，岩 性为黄色、灰绿色岩屑石英杂砂岩和黄绿 色、紫红色泥岩、粉砂岩互层产出。 下石盒子 组 P1x 9096 自 K8砂岩底，至 K10砂岩底，岩性为灰白 色中粗中细粒岩屑石英杂砂岩与灰黑色 泥岩、砂质泥岩、灰色粘土质泥岩、灰绿 色、紫红色泥岩互层组成。下部夹 12 层煤线，向上部紫红色泥质成分增多，顶 部含一层粉红、灰白、紫红色铝土质泥岩， 即“桃花页岩” ，是上、下石盒子组分界 的辅助标志。 古 生 界 二 叠 系 下统 山西组 P1s 3845. 5 该组地层自 K7砂岩底至 K8砂岩底，为本 区主要含煤地层之一。岩性由灰白色中粒 岩屑石英杂砂岩、灰色泥岩、根土岩、灰 黑色炭质泥岩、粉砂质泥岩和煤层、煤线 13 组成。与下伏太原组地层为整合接触，所 夹煤层自上而下编号为 13 号，其中 2 号煤为稳定可采煤层。 上统 C3 太原组 C3t 5060 本组自 K1砂岩底至 K7砂岩底，为主要含 煤地层之一，主要为灰白色、灰黑色砂岩、 粉砂岩、泥岩、石灰岩和煤层组成。所含 煤层自上而下编号有 4 号11 号煤层。其 中 10 号煤为稳定全区可采煤层。 石 炭 系 中统 C2 本溪组 C2b 815 底部为褐红、灰黄色褐铁矿或硫铁矿，向 上由铝土岩，铁铝岩及炭质泥岩及煤线等 组成，与下伏奥陶系中统峰峰组第二段地 层呈不整合接触。 Pz 奥 陶 系 O 中统 O2 峰峰组 100-170 矿区内没有出露，钻孔一般也只探到该统 地层顶部，即峰峰组第二段上部。岩性为 深灰色厚层状灰岩。 二、地质勘探程度 该区地质工作从上世纪三十年代开始，先后有： 1936 年，侯德封著有山西临汾乡宁煤田地质 ，概略叙述了含煤地层特 征及煤、铁、石膏等矿产的分布。 19561957 年，华北煤田地质局调查队填制了 1/万地形地质图，提交了概 查报告和普查勘探设计； 19571958 年，华北煤田地质局 140 队，在乡宁赵家湾勘探区进行了普查 勘探工作，以 30003000m 网度探求 C 级储量，提交了 乡宁赵家湾普查报告 。 19751980 年，华北煤田地质局 144 队在该区进行 1/万地质填图。该图精 度较高，对地质、水文、构造等均作了详细研究，尤其是对煤系地层进行了详 细划分。 1978 年，山西地矿局区调队提交了临汾幅 1/20 万区调报告，对该区地层详 细进行了组段划分。 1986 年，山西煤田地质局 144 队对台头详查勘探区进行了详查，使该区地 质和水文地质工作程度进一步提高。 19831987 年，山西省地矿局 213 地质队在赵家湾区进行了详查，提交了 山西省河东煤田乡宁矿区赵家湾勘探区详查地质报告 ，该报告经山西省地质 矿产局组织评审，并以晋地矿字（1987）55 号文件下达了评审意见，批准提交 的 B+C+D 级储量，区内曾施工一个钻孔，其编号为 ZK135，该孔由山西省地 质矿产局二一三地质队 1986 年 6 月 28 号施工，8 月 30 号终孔，终孔深度 729.84m，终孔层位 O2，该孔进行了简易水文观测，钻探评级为乙级，测井评 级为甲级，综合评级为甲级。盖层用浓泥浆封孔，煤系用砂子和水泥制成灰浆 灌注，孔口高有水泥桩标志，封孔质量合乎要求。 2002 年地质工作首先是充分收集、研究以往地质工作成果，进行野外调查， 将所获得的资料进行综合整理，参考 19831987 年 213 地质队提交的山西省 14 河东煤田乡宁矿区赵家湾勘探区详查地质报告 （以下简称详查报告） ，对宇麦 煤矿占用资源量进行了估算并编制了报告。山西省煤炭工程咨询评审中心已评 审，提交了评审意见，井田达到了勘探程度，可作为矿井建设和生产的地质依 据。 三、井田内煤系地层的主要地质构造 矿区构造位置处于鄂尔多斯断块之次级构造单元关王庙北东向褶带的 南段之中部，区域上规模较大的高家坡逆断层西侧，区内地层倾向北西，倾角 平缓，一般在 58，呈单斜产出。由于受区域构造应力场作用，局部具波状 起伏特征，倾角可达 25，但总的看来构造简单，断裂不发育，构造对煤层影 响不大。 四、井田的水文地质概况 区域水文地质概况 该区位于鄂尔多斯断块之次级构造单元关王庙北东向褶带，分布有新、 中、古生界地层。地层总体走向北西，倾角一般为 58，地貌上属中低山 中高山区，由基岩构成的地貌骨架，大部分被黄土覆盖，发育平行树枝状水系， 主干流直接注入黄河。 按区域水文地质单元划分，本区属黄河东断凹水文地质单元。单元内地下 水以接受大气降水为主，与地下水成互相补给关系，第四系松散层孔隙潜水受 地形、地貌及当地侵蚀基准面控制，以泉、滴水、潜流形式向河流、沟谷排泄； 三叠系、二叠系、石炭系各含水组，所处地势较高或浅埋区时，以潜水形式向 沟谷、河流排泄，受当地侵蚀基准面控制，处于深埋区外以承压水形式自东向 西运移，奥陶系、寒武系灰岩水则以承压水形式也是自东北向西南运移。 地表水 矿区范围内地势特征是矿区北高南低沟谷发育，洪水季节能使雨水迅速排 出区外，注入鄂河，因而区内除在大沟内有季节性流水外，其余的均为干沟。 雨水难停留而形成地表水体和渗入地下，补给地下水。另一方面该区气候干旱 少雨，每年蒸发量是降雨量的 23 倍，所以地表水资源比较紧缺，此外煤层埋 深最小也在 300m 以下，所以只要不让地表水灌入坑道，一般来说地表水对开 采影响不大。 地下水 1、 含水层 矿区及其附近含水层自上而下有： 第三系、第四系松散岩孔隙潜水层 据钻孔揭露，全新统最厚 11m，内含较丰富的孔隙潜水，水位埋深一般 15m，单位涌水量 3.984.92L/sm，地下水动态变化随季节和降雨变化，水位 升降幅度 1m 左右。 上、中更新统局部含孔隙潜水，上部 Q3 为浅黄色亚砂土、砂质亚粘土，内 含零星次生钙质结核，结构疏松，具大孔隙，垂直节理发育，平行不整合于 Q2 之上，Q 2 透水性良好，内夹零星及层状砾石，在分布标高较低的有利地段其下 15 部含孔隙潜水。 上新统隔水局部含孔隙潜水，区内沿沟谷零星出露，为紫红色粘土，结构 紧密，内夹杂乱密集的葡萄状钙质结核，为良好的隔水层，局部在该层下部见 褐紫色细砂及亚砂土，内夹卵砾石层透镜体，底有一层较稳定的卵砾石层，一 般透水不含水，局部地段补给，赋存条件有利则含孔隙潜水。 煤系盖层碎屑岩裂隙含水层 本含水层包括山西组以上地层中的碎屑岩层，含水层厚度 160m 左右，位 于 2 号、10 号煤之上，岩性以石英砂岩或岩屑石英杂砂岩为主，节理、裂隙为 赋水空间，接受大气降水补给，与地表水的水力联系比较密切，二者呈互补关 系。该含水组在地势较高处或浅埋区，往往形成裂隙水，水量大小受地貌、岩 性、构造控制。处于深埋区则形成层间裂隙承压水，受层间侧向渗透或大气降 水补给。该含水组以浅部潜水为主，水位标高 7401200m ，一般富水性较差。 山西组碎屑岩裂隙含水层 本含水组主要为 K7 砂岩、K 8 砂岩、 “中间砂岩”及其余砂岩，含水层厚度 20m 左右。一般都为厚层状，具有较大埋深，仅在断层附近裂隙发育，而远离 断层则岩石完整，裂隙发育程度差。赋水空间为节理裂隙、孔隙及层间裂隙， 接受层间侧向渗透补给，与地表水基本上无水力联系。该含水层水位标高 658.04m，富水性较弱，属弱富水性。 太原组石灰岩岩溶、碎屑岩裂隙水含水层 本含水层主要包括 K1、K 5 砂岩和 K2K 4 石灰岩，含水层厚度 30m 左右， 水位标高 658m 左右。岩溶、节理裂隙为赋水空间，但在区内据统计资料，节 理裂隙的发育程度不均一，岩溶现象发育程度普遍较差。因此该含水层含水性 不均一，含水性较弱。 奥陶系碳酸盐岩裂隙、岩溶含水层 本含水层是煤系地层下伏的主要含水层，以岩溶、裂隙为赋水空间。从区 域及钻孔资料岩溶、裂隙发育程度是极不均一的，因此含水性也具的不均匀性。 该含水层水位标高 677.9m 承压水，接受垂直渗透补给及侧向补给，富水性强。 2、 隔水层 区内隔水层自上而下有： 第三系棕红色粘土、砂质粘土：半成岩状态，细腻，致密块，阻水性能 好。是地表水向地下渗透的良好屏障。 石炭系上统太原组与二叠系地层中大量的可塑性泥岩、砂质泥岩等：一 般单层厚度 2.0m 至数米，它们赋存于各含水层间，对各含水层的水力联系起着 阻挡作用，是良好的层间隔水层。 石炭系中统本缓组，包括其中广泛存在的铝土质泥岩、铝土岩等：一般 呈致密块状，光滑细腻，透水性差，为良好的隔水层。 3、 水文地质条件类型 矿区地层呈单斜产出，主采对象为 2 号、10 号煤，现将各含水层对两层主 采煤层充水影响概述如下： 奥陶系灰岩含水层埋深较大，奥灰水水位标高 677.90m，中间有本溪组隔 水层，10 煤下距奥陶系顶面约 25m，其间有多个泥岩隔水层，无断层等构造因 素导致与其它含水层水力贯通，对煤层开采影响不太大。 含煤岩系各含水层均具一定埋深，各含水层间均有泥岩、砂质泥岩隔挡， 一般是没有水力联系的，但由于区内煤层埋藏深度大，大部分位于地下水潜水 16 面之下，被煤系含水层内高水头的承压水淹没数十米至百米，不论水量大小对 未来的开采都是有影响的，应引起注意。 煤系盖层各含水层一般裸露地表或属浅埋区，受大气降水补给，富水性弱， 与深埋区各含水层水力联系差，而且与主采煤层之间有大量的隔水层存在，因 此对煤层开采影响不大。 地表无水体，只要注意洪水不灌入矿井，厂址及其附近排洪渠道及排洪设 备齐全，则可排除地表水对煤层开采的影响。 综上所述，该区开采煤层，水文地质条件属简单类型。 4、 矿井充水因素分析 矿区内煤层埋深均在 500m 以下，赋存标高为 300500m 之间，10 号煤在 600m 以下，赋存标高在 230490m 之间，在开采时，矿井充水水源主要是地 下水，其中包括盖层砂岩裂隙含水层，煤系地层砂岩、灰岩裂隙、岩溶含水层、 奥陶灰岩裂隙、岩溶含水层。由于各含水层间有较厚的泥岩、砂质泥岩、铝土 岩等隔水层，矿区主体部分无断层等构造因素使各含水层串通，因此相互间的 水力联系差。在开采坑道未形成前，它们处于平衡状态，但在煤矿开采时，由 于井巷的开掘和采空区形成，或者采空区顶板坍塌、底板突破，产生大量裂隙。 使各含水层串通，因盖层含水层水位标高高于主采煤层，这时盖层、煤系、奥 陶系灰岩各含水层中的水就会沿新产生的裂隙等通道涌入矿井。据详查报告预 测：在 596.30m 开采标高，盖层含水层涌水量 47785.06m3/d，煤系地层含水层 涌水量 4523.11m3/d，10 号煤开采标高 596.30m，盖层含水层涌水量 48838.47m3/d，煤系含水层涌水量 9636.31m3/d，其充水量将随开采面积、深度 增大而增大。 因此解决饮用水水源，唯一办法就是打井，可在矿区厂址附近选一合适地 方打井一眼，解决水源问题。 5、 供水水源 地表水 矿区及其附近无地表水体，但在矿区北界外约 1.5km 有鄂河。罗河沟、任 家河，地表流量 420l/s，水量随季节变化明显。虽然鄂河在这一段有常年流 水，但因污染水质变坏，作为饮用水可能有问题。 全新统砂砾石含水层 该含水层水位埋深 0.35.0m，单位涌水量 3.92 4.92L/sm，水质好，达一 级饮用水标准，亦可作为饮用水源。 矿坑排水 本区矿坑涌水量预测 2 号煤开采后为 52308m3/d，10 号开采后最高涌水量 可达 58475m3/d，矿坑涌水水质复杂，可作为洗煤工业用水水源之一。 因此，解决饮用水水源，唯一办法就是在全新统砂砾石含水层中打井，从 而解决饮用水源问题。 第三节 煤层的埋藏特征 一、煤层的赋存特征 2、10 号煤层的走向：北东 45 倾向：南东 45 倾角：4 2 号煤层的埋藏深度：659711.7m 17 10 号煤层的埋藏深度：719.57767.21m 构造简单，断裂不发育，构造对煤层影响不大。 含煤性 区内主要含煤地层有山西组、太原组，其次为本溪组。 山西组 本组地层平均厚度 40.2m，共含煤层 7 层，其中稳定的全区可采煤层 1 层， 编号为 2 号，局部可采煤层 2 层，编号为 1 号、3 号；不稳定，煤层 4 层。煤 层总厚度 4.76m，含煤系数 11.8%，可采煤层总厚度 3.93m，可采含煤系数 7.3%。 太原组 本组地层平均厚度 55.0m，共含煤层 9 层，仅有编号为 10 号煤为稳定全区 可采煤层，其余煤层均系不稳定或极不稳定的不可采煤层。所含煤层总厚 5.60m，含煤系数 10.2%，其中可采煤层总厚 3.60m，可采含煤系数 6.5%。 本溪组 本组地层平均厚度 12.0m，共含煤 2 层其中编号为 12 号、13 号，为极不稳 定，为不可采煤层。含煤总厚度 0.20m，含煤系数 1.7%。 详见区域地层含煤特征表 2 表 2 区域地层含煤特征表 地 层 单 位 厚度 界 系 统 组 段 最小最大 一般 含煤性 二 叠 系 下统 山西 组 P1s 平均厚度 40.2m 共含煤层 7 层，其中稳定的全区可 采煤层 1 层，编号为 2 号，局部可 采煤层 2 层，编号为 1 号、3 号； 不稳定，煤层 4 层。煤层总厚度 4.76m，含煤系数 11.8%，可采煤层 总厚度 3.93m，可采含煤系数 7.3%。 上统 C3 太原 组 C3t 平均厚度 55.0m 共含煤层 9 层，仅有编号为 10 号 煤为稳定全区可采煤层，其余煤层 均系不稳定或极不稳定的不可采煤 层。所含煤层总厚 5.60m，含煤系 数 10.2%，其中可采煤层总厚 3.60m，可采含煤系数 6.5%。 古 生 界 石 炭 系 中统 C2 本溪 组 C2b 平均厚度 12.0m， 共含煤 2 层其中编号为 12 号、13 号，为极不稳定，为不可采煤层。 含煤总厚度 0.20m，含煤系数 1.7% 18 煤层 由于该矿拟定主采 2 号、10 号煤层，所以本次仅对区内上述两个煤层叙述： 2 号煤层：位于山西组下部，K 7 砂岩到中间砂岩之间，上距中间砂岩 6.20m 左右，下距 K7 砂岩 12.4m 左右，其顶板为砂岩、砂质泥岩或泥岩，底板 为沥青质泥岩、粉砂岩等。该层煤厚 3.203.65m ，平均厚 3.43m，结构简单， 含一层厚 0.35m 左右的泥岩夹矸。其层位稳定，厚度变化不大，由东南向北有 变薄的趋势。赋存标高在 300550m 之间，是区内主要可采煤层。 10 号煤层：位于太原组下部 K2 灰岩到 K1 砂岩之间，K 2 灰岩为其直接或间 接顶板，局部有 0.050.30m 厚炭质泥岩或沥青质泥岩伪顶发育。其底板为铝 土质泥岩或泥土岩，煤层厚 2.823.60m，平均厚度 3.21m，区内钻孔揭露煤层 不含夹矸，赋存标高在 230490m 之间，其厚度稳定，是区内主要可采煤层之 一，也是拟定开采对象。 详见可采煤层特征一览表 3 表 3 可采煤层特征一览表 煤层厚度 顶底板岩性煤 层 号 最小-最大 平均(m) 结构 (夹矸 数） 稳定 性 可采性 顶板 底板 2 3.203.653.43 较简单 （0） 稳定 全区可 采 中细砂 岩 炭质泥 岩 沥青质泥 岩炭质泥 岩 10 2.83.603.21 较简单 （0） 稳定 全区可 采 灰岩、 高炭质 泥岩 铝土质泥 岩、粉砂 岩 煤层对比 煤层对比是在正确的地层对比的基础上进行的。由于区内含煤地层层次清 楚，岩性稳定，各标志层特征明显，同时煤层也具有不同特征，因此煤层对比 主要采用标志层法及煤层自身特征法。 标志层对比 区内煤层甚多，但主采对象为 2 号、10 号煤层，故仅将与上述两煤层邻近 的标志层特征分述如下： K8 砂岩：呈浅灰色、灰白色，斜层理，交错层理发育，富含云母片、煤屑。 矿物成分主要有石英，岩屑、斜长石等，钙、泥质胶结，一般厚 1015m ，2 号煤位于其下 2430m。 K7 砂岩：呈灰白色，大型板状层理、楔形层理发育，富含云母片、煤屑， 为山西组底砂岩。矿物成分有：长石、石英、岩屑等，泥质胶结，厚度一般 35。其上岩层多为深灰色，而下则多为灰黑、黑色。2 号煤在其顶面之上 5m 左右。 K2 灰岩：位于太原组下部，为灰褐、生物碎屑灰岩。内含大量蜓科、海百 合茎、腕足类等动物化石。发育中小型对称及不对称波痕。在区内分叉成两层， 19 间夹厚约 45m 的石英砂岩，下分层厚约 23m，厚度层位稳定，其常为 10 号煤直接顶板。 K1 砂岩：位于太原组底部，厚 610m，其下粗上细，颗粒分选较好，硅 质胶结，其上约 10m，为 10 号煤。 煤层自身特征对比 煤层自身特征包括厚度、结构，煤质稳定性及顶、底板围岩等，这些特征 是否相同也是煤层对比重要依据之一。 区内山西组煤层只有 2 号煤层分布稳定，且与其它煤层相比厚度大，结构 简单。太原组只有 10 号煤层分布稳定，且厚度大的全区稳定可采煤层，K 2 灰 岩常为其直接或间接顶板，煤层结构简单，很容易区别，2 号煤层与 10 号煤相 比，含硫量远比 10 号煤低，利用这些特征对比，已被大量实践证明是可靠的， 也是可行的。 二、煤层围岩性质 据钻孔揭露 2 号、10 号煤层顶板、底板岩性如下： 2 号煤：直接顶板为泥岩、粉灰质泥岩，局部发育炭质泥岩伪顶