采矿专业论文28299.doc

毕业论文 1 第一章第一章 井田概述和井田地质特征井田概述和井田地质特征 第一节第一节 矿区概述矿区概述 一、交通位置一、交通位置 该井田位于山西省吕梁市离石区西北约 12km 处的袁家岭村，行政区划隶属西属巴 镇，井田地理坐标为：东经 11104551110759，北纬 37 3525373627。 井田东南距离石区约 12km，井田内有西（属巴）茂（塔坪）公路通过，经西茂公 路向东与太（原）临（县）公路相连。井田南距离（石）军（渡）高速公路约 10 km，南距孝柳铁路约 15km，交通较为便利，见交通位置图 1-1-1。 二、地形地貌二、地形地貌 本井田属吕梁山系，为典型的黄土高原地貌，侵蚀地形，为强烈切割的梁峁状黄 土丘陵，冲沟密集而狭窄，形态多呈“v”形，与黄土梁、峁、垣相间分布。总的地势 西高东低，最高点位于井田西部后梁圪塔，高程为 1263.4m，最低点位于井田东部属 巴沟沟谷，高程为 973m，地形最大相对高差约 290.4m。 三、河流水系三、河流水系 井田内无大的河流，但沟谷发育，属巴沟自西向东横穿井田，属巴沟两侧树枝状 发育小的沟谷，这些沟谷旱季无水，雨季汇集洪水向东流入北川河，与东川河、南川 河分别在离石区和交口镇汇集成三川河向西流入黄河，属黄河流域三川河水系。 四、气象及地震四、气象及地震 井田地处晋西北黄土高原，属暖湿带大陆性季风半干旱气候，四季分明，春季多 风干旱，夏季炎热多暴雨，秋季雨水集中，冬季雪少寒冷，年平均气温 8.6-11.4， 极端最高气温 38.1(1985 年 7 月 18 日),极端最低气温-21.7(1984 年 12 月 24 日)。 年平均降水量 464.2m,雨水多集中在 6-9 月份,年蒸发量 1766.2-2171.7mm。霜冻期一 般始于 10 月上旬，终于翌年 3 月。风向多为西北风，最大风速 4m/s。最大冻土深度 为 1m 左右。 毕业论文 2 根据建筑抗震设计规范 （gb50011-2001） ，本区地震动峰值加速度为 0.05g， 地震烈度为度。历史记载附近未发生过大地震。只在 1829 年 4 月(清道光九年三月) 离石发生过 5.25 级地震，震中位置为北纬 3730，东经 11112。 第二节、矿井地质特征第二节、矿井地质特征 (一)区域地质简况 1、区域构造 本区在大地构造位置上处于华北地台山西断隆西缘，鄂尔多斯台坳的河东断凹部位。 区域构造总体为一不对称的向斜构造，即中阳离石向斜，该向斜北起临县黄家沟、 湍子沟，中经离石城南至中阳县城。东西宽 3-13km，南北长约 50km。向斜轴部宽缓， 两翼倾角相差较大，西翼较陡，倾角在 1525之间，东翼较缓，倾角在 10以下。 向斜内部发育一系列次级褶皱构造。本井田位于中阳离石向斜北段。 2、区域地层 本区发育的地层见表 2-1-1。 区域地层简表区域地层简表 表 2-1-1 地层单位 界系统组代号 厚度 （m） 岩 性 描 述 全新统q40-24冲积层,由亚砂土、砂层及砾石层组成 上更 新统 马兰 组q3m10-58 浅黄色，黄土状亚粘土及亚砂土。含大孔隙，局 部夹砂砾层及其透镜体。常组成二级阶地及其丘 陵顶部覆盖黄土地貌 第 四 系 中更 新统 离石 组q2l15-140 红黄、浅红棕色黄土状亚砂土。夹红综色古土壤 层，其下可见钙质结核层，底部夹有薄透镜状砾 石层，砾石万分单一，以灰岩为主。垂直节理发 育。 新 生 界 上 第 三 系 上新统 保德 组 n2b4-122 底部为灰白、浅红色砾岩，砾石成分为片麻岩、 石英砂岩、石灰岩组成，砾径 5-10m，钙质胶结， 上部为紫红色及棕红色粘土及砂质粘土，夹薄砾 石层及钙质结核 中 生 界 三 叠 系 中统 铜川 组 t2t 221- 341 下部为灰绿、灰黄及灰红色长石-石英砂岩为主， 夹薄层泥岩，砂岩含磁铁矿条带、钙质结核等， 上部由灰红色厚层状中细粒长石石英砂岩为主， 夹泥岩及 1-2 层凝灰岩 毕业论文 3 二马 营组 t2er 429- 519 中上段由紫红、灰红色长石-石英砂岩及薄层泥岩、 砂质泥岩组成。下段为灰绿色厚层中粒长石石英 砂岩夹泥岩及砾石透镜体，顶部为紫红色砂质泥 岩 和尚 沟组 t1h92-164 紫红、砖红色砂质泥岩、泥岩夹浅红色细砂岩，局 部含数层钙质结核或透镜状淡水灰岩层 下统 刘家 沟组 t1l 330- 410 淡红、砖红色细粒薄板状长石-石英砂岩夹薄层紫 红色砂质泥岩，砂岩中含泥质包裹体，具大型交 错层理，细砾岩中见有淡水灰岩层 石千 峰组 p2sh 99.5- 203 以砖红、鲜红色砂质泥岩、泥岩为主，下部砂岩 发育，上部以细碎岩为主，夹透镜状淡水灰岩 上统 上石 盒子 组 p2s 276- 508 下段以灰绿色砂岩为主，中段为紫红色、灰绿色 砂质泥岩、粉砂岩与紫色泥岩互层；上段为紫色、 葡萄紫色、蓝灰色砂质泥岩、泥岩，夹薄层浅色 长石泥岩 下石 盒子 组 p1x60-116 灰-灰绿色砂岩、灰色泥岩及煤线组成，底部含煤 线数层，上段为灰绿色中厚层状砂岩，夹砂质泥 岩及炭质泥岩 二 叠 系 下统 山西 组 p1s33-88 灰白-深灰色砂岩，灰黑色泥岩及煤层组成，含 2-5 层煤，其中 4 层煤可采或局部可采，主要含 煤地层之一 上统 太原 组 c3t70-117 由灰白色砂岩、灰黑色泥岩、石灰岩及煤层组成， 含灰岩 5-6 层，煤层 5-7 层，可采煤层 2-4 层。 主要含煤地层之一 古 生 界 石 炭 系 中统 本溪 组 c2b14-49 由铁铝岩、粘土泥岩及泥岩、砂岩组成，底部为 山西式铁矿或黄铁矿及 g 层铝土矿，向上为泥岩 段，夹薄层砂岩及煤线 区域地层简表区域地层简表 续表 2-1-1 地层单位 界系统组代号 厚度 （m） 岩性描述 峰峰组o2f128-147 浅灰-深灰色中厚层状石灰岩，角砾状泥灰岩为主， 夹层状、脉状、纤维状隐晶质石膏，石膏带多赋存 于中下部 上马家 沟组 o2s112-254 底部为泥灰岩，局部含角砾，其上主要为灰岩及白 云质泥灰岩与豹皮状灰岩互层 中统 下马家 沟组 o2x83-133 底部为黄褐色中厚层状石英砂岩及黄绿色钙质泥岩、 泥灰岩，其上为灰岩，夹薄层泥灰岩及白云质灰岩 奥陶 系 下统 冶里- 亮甲山组 o1y - o1l 39-55 81-93 底部为黄绿色泥岩与竹叶状白云岩互层，泥岩一般 为 2-3 层，其上为燧石结核、白云岩和泥质白云岩， 泥岩中含山西朝鲜早化石 凤山组3f55-110 底部为泥质白云岩，向上为厚层白云岩、泥岩及泥 质条带白云岩，白云岩层位稳定，质纯，含五湖嘴 虫及索克虫化石 古 生 界 寒武 系 上统 长山组3ch3-44 灰紫色竹叶状灰岩，夹薄层灰岩，汉高山-带相变为 白云质灰岩，含王冠头虫化石 毕业论文 4 崮山组3g7-40黄绿色、灰紫色泥岩，泥质条带灰岩和竹叶状灰岩 张夏组2z0-60灰岩 中 统 徐庄组2x0-69以灰岩为主，底部为粗砂岩 震旦 系 汉高 山组 zch510 下部为紫红色砾岩及灰黄色砂岩，上部为紫红色砂 质泥岩、泥岩夹砂岩，靠下部夹一层 1.2m 厚的安山 质凝灰岩，含孢粉 白龙 山组 ptlb660 变基性火山岩，由斑状、气孔状斜长石角闪岩、角 闪变粒岩及千枚岩组成 元 古 界 野 鸡 山 群 青杨 树湾 组 ptlq480-1002 下部为变质砾岩，含砾石英岩及石英岩等变质粗粒 碎屑岩，中部为浅红色条带状石英岩状角闪变粒岩， 上部为灰黑色条纹、条带状钙质黑云母千枚岩，夹 钙质石英岩及 1-2 层变基性火山岩 吕梁 山群 arzll 4835- 13035 以变质酸性、基性火山岩为主，中部夹有泥质为主 的变质沉积岩（石英岩、千枚岩、大理岩） ，顶部为 巨厚层状的大理岩太 古 界 界河 口群 arzjh500-700 以云母片岩、云母变粒岩为主，夹各种大理岩， 黑云母斜长片麻岩及斜长角闪岩，经受混合化作用 较强烈 3、区域含煤性 本区区域含煤地层主要为古生代石炭系上统太原组和二叠系下统山西组，在 石炭系中统本溪组和二叠系下统下石盒子组底部也有薄煤层分布，一般呈线状赋 存，但皆不稳定也不可采。太原组和山西组含煤地层共含煤 17 层左右，从上至下 编号为 0103、14、4下、5、5下、612 号，其中 015下号赋存于山西组， 612 号赋存于太原组，其中 03、2、3、4、4下、5、5下、6、7、8、10 号煤层为 局部开采煤层，10 号煤层为全区稳定可采煤层。 (二)矿井地质 1、地层 该井田位于河东煤田离石煤炭国家规划矿区中段的西部边缘，井田内大部为黄土 覆盖，井田南部沟谷中零星出露的基岩为二叠系上统上石盒子组。根据地表出露、矿 井揭露和钻探揭露资料，现将井田内发育地层由老到新叙述如下： (1)奥陶系中统峰峰组（o2f） 埋藏于井田深部，为煤系之基底，区域厚度大于 100m。上部 50m 左右为灰色、蓝 毕业论文 5 灰色石灰岩夹浅灰或灰黄色泥灰岩，灰岩致密坚硬，较为纯净，多呈厚层状或巨厚层 状，地表及浅部溶洞发育；其下 40m 段距为石膏带；再往下为深灰色石灰岩，富含珠 角石，左旋螺等动物化石，属浅海相沉积。 (2)石炭系中统本溪组（c2b） 平行不整合于下伏奥陶系灰岩侵蚀面上，为一套海陆交互相沉积，全组厚 24.0548.71m,平均 35.33m,通常底部为黄铁矿及铝土混生体。中上部为灰色泥岩、 砂质泥岩互层，夹 1-3 层不稳定的石灰岩及薄煤线。 (3)石炭系上统太原组（c3t） 连续沉积于本溪组之上，为一套海陆交互相含煤建造，井田主要含煤地层之一。 地层厚度 76.8698.52m，平均 86.25m，根据岩性岩相和沉积旋回特征，可大体分为 两部分： 下部：由 k1砂岩底至 l1灰岩底。由灰白色砂岩、深灰色砂质泥岩、泥岩及煤层组 成，底部 k1砂岩为灰白色细、中粒石英长石砂岩，层位稳定，厚度 2.037.91m，一 般 5.02m。含煤 3 层，分别为 10、11、12 号，其中 10 号煤层为稳定可采煤层，其它 煤层不可采。 上部：由 l1灰岩底至 l5灰岩顶，主要由深灰色、灰黄色、褐黄色石灰岩、灰深 灰色泥岩、砂质泥岩、粉砂岩和煤层组成。3 层石灰岩自下而上分别为 l1灰岩、k2灰 岩、l5灰岩，l1灰岩深灰色、灰黄色、褐黄色，厚约 16m 左右，顶部有时为泥灰岩， 中部常夹薄层砂质泥岩或泥岩；k2灰岩深灰色，致密，坚硬，常见有腕足类及其它动 物化石，厚度一般 8m 左右；l5灰岩深灰色，致密，坚硬，裂隙中常有方解石脉充填， 含黄铁矿集合体，厚度 3.15m 左右。含 6、7 号煤层，均为不可采煤层。 (4)二叠系下统山西组（p1s） 连续沉积于下伏太原组之上，以 l5灰岩顶板为其底界，为一套陆相碎屑岩含煤沉 积，为井田含煤地层之一。厚度 66.4879.97m，平均 72.82m。岩性由深灰色、灰黑 色泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、砂岩以及煤层组成。所含煤层有 02、03、1、2、3、4、4下、5 号。其中 4 号煤层为稳定大部可采煤层，其余煤层均为 不可采煤层。 毕业论文 6 (5) 二叠系下统下石盒子组（p1x） 与下伏山西组整合接触。全组厚 88.95105.45m,平均 98.00m。岩性下部以深灰 色、灰色泥岩为主，夹有灰色、灰绿色砂岩；中部为灰色泥岩，局部夹薄层状含砾砂 岩，与黑灰色、深灰色泥岩互层。上部为紫红色、灰黄色泥岩、夹有灰绿色、深灰色 砂岩及砂质泥岩。顶部为紫红色花斑状铝质泥岩（俗称桃花泥岩） 。 (6)二叠系上统上石盒子组（p2s） 以 k6砂岩为基底，与下伏地层整合接触，本组在井田内仅赋存于中部，最大厚度 260m 左右。岩性为紫色、黄绿色粉砂岩、砂质泥岩、泥岩及黄绿色砂岩。 (7)上第三系、第四系（n+q） 上第三系上新统（n2）：为棕红色砂质粘土、砾石层，不整合覆盖于基岩之上。 底部为半胶结砾石层，砾石为石灰岩及少量片麻岩，夹有钙质结核，厚度一般 20m 左 右。 第四系中上更新统（q2+3）：上部为淡黄色黄土、沙土、亚沙土，质软、疏松，垂 直节理发育，局部含砾石层。下部为棕黄色沙土、粘土、棕红色粘土，含条带状钙质 结核，厚 30m 左右。 第四系全新统（q4）：主要分布于井田中部的属巴沟沟谷中，由近现代冲、洪积 砂、砾及沙土组成。厚度 08m，一般 3m 左右。 2、构造 井田内构造总体为一不对称的向斜构造（中阳离石向斜） ，向斜轴位于井田西部， 轴向由北向南由近南北转为北北西，向斜轴向北倾伏。两翼地层倾角相差较大，西翼 较陡，倾角在 1025之间，东翼较缓，倾角 28。 在井田中部、中阳离石向斜东翼发育一宽缓的背斜，背斜轴北西西。 在生产中共揭露了 5 条断层（见表 3-1） ，5 条断层在巷道掘进及回采时均有揭露， 均为正断层，落差最大 10m。未发现陷落柱及岩浆侵入等地质现象。 综上所述，井田内构造简单，构造类型属类。 毕业论文 7 主要断层一览表主要断层一览表 表 2-1-2 断层编号位置性质走向倾向 倾角（） 落差 井田内延伸长度 （m） f1 中部正 n80wnne75101450 f2 中部正 n18wsww755.1-61540 f3 西北部正 n3wsww752.6570 f4 中西部正 n8-18wsww752.5-81780 f5 西北部正 snw755800 第三节、煤层的埋藏特征第三节、煤层的埋藏特征 (一) 煤层 1、含煤性 本井田主要含煤地层为石炭系上统太原组和二叠系下统山西组地层。地层总厚 159.07m，含煤 13 层，煤层总厚 7.77m，含煤系数 4.88%；可采煤层总厚 4.37m，可采 含煤系数 2.75%。 太原组地层平均厚 86.25m 左右，含煤 5 层，分别为 6、7、10、11、12 号煤层， 其中 10 号煤层为可采煤层；平均煤层厚 4.18m，含煤系数 4.85%；可采煤层厚 2.70m，可采含煤系数 3.13%。 山西组地层平均厚 72.82m 左右，含煤 8 层，分别为 02、03、1、2、3、4、4下、 5 号煤层，其中 4 号煤层为可采煤层；平均煤层厚 3.59m，含煤系数 4.93%；可采煤层 厚 1.67m，可采含煤系数 2.29%。 2、可采煤层 本井田可采煤层有 4、10 号煤层，其特征见表 2-1-3。 可采煤层特征表可采煤层特征表 表 2-1-3 顶底板岩性 地 层 煤 层 煤层厚度 最小-最大 平均（m） 夹石 数 结构 层间距 最小-最大 平均（m） 可采性 稳定 性 顶板底板 毕业论文 8 山西 组 4 1.30-1.82 1.67 0-1简单 （赋存区） 全区可采 稳定 砂质泥 岩 细砂岩 太原 组 10 1.63-3.40 2.70 0-3 简单-较简 单 55.25-73.36 61.22（赋存区） 全区可采 稳定石灰岩 砂质泥 岩 (1)4 号煤层：位于山西组下部，距下部太原组顶 l5 灰岩约 25m 左右，煤层厚度 1.301.82m，平均 1.67m，4 号煤层部分采空，为全区（赋存区）稳定可采煤层，煤 层结构简单，局部含一层夹石，夹石最大厚度 0.30m，煤层顶板为砂质泥岩，底板为 细砂岩。在井田东部及西部均有出露。 (2)10 号煤层：位于太原组中部，上距 4 号煤层约 61.22m 左右，煤层厚度 1.633.40m，平均 2.70m，煤层结构简单较简单，常含一层夹石，局部含 3 层夹石， 单层夹石最大厚度 0.20m，为全区稳定可采煤层，煤层顶板为石灰岩，底板为砂质泥 岩。在井田西部出露，东部有风氧化现象。 3、煤层对比 井田内地层标志层比较发育，煤系地层岩性变化不大，主要煤层层位稳定，且有 较明显的特征，因此可采用标志层法，结合层间距和煤层特征进行对比。主要可采煤 层的对比标志如下： (1)4 号煤层 位于山西组下部，距下部太原组顶 l5 灰岩约 25m 左右。l5 灰岩层位稳定，为其 良好的对比标志。 (2)10 号煤层 位于太原组中部，l1 灰岩为其顶板，l1 灰岩厚度大，同时常夹薄层砂质泥岩或泥 岩，特征明显为良好的对比标志。 综上所述，井田内可采煤层 4、10 号煤层对比结果可靠。 (二)煤质 1、物理性质 井田内各层煤的物理性质基本相近，煤的颜色为黑色或黑褐色。光泽多玻璃光泽 和强玻璃光泽，有时可见弱丝绢光泽。断口常为参差状、贝壳状和阶梯状断口，镜煤 分层有眼球状断口。内生裂隙发育，镜煤和亮煤的内生裂隙 5cm 内一般为 1530 条。 毕业论文 9 煤以条带状结构最发育，其次为线状结构。构造多为层状构造，个别为块状。煤的硬 度小，脆度大。 2、煤岩特征 (1)宏观煤岩类型 宏观煤岩成分以亮煤、暗煤为主，镜煤次之，丝炭很少见到。 宏观煤岩类型以半暗型煤常见，光亮型，半亮型煤次之，暗淡型煤较少。 (2)显微煤岩类型 各煤层煤的显微组分中有机组分以镜质组为主，约占到 40%59.4%；惰质组次之， 一般约占 31.2%53.0%；半镜质组分少量，一般只占 2.6%5.6%；壳质组分极少，仅 占到 02.1%。煤中无机组分以粘土类为主，约占到 2.6%8.7%；硫化物类次之，一 般只占到 0.2%1.1%；碳酸盐类极少，一般仅占 00.4%。 镜质组以无结构的基质镜质体为主，偶见有结构镜质体；惰质组以氧化丝质体为 主，火焚丝质体次之，少量浑圆体和碎屑体，偶见微粒体；壳质组由角质体、小孢子 体定向排列组成。粘土类以散点状，草莓状、晶粒状充填脆腔；碳酸盐类为方解石呈 晶粒脉状分布。各煤层显微煤岩类型为微镜惰煤。 2、煤的化学组成和工艺性能 (1)化学组成 各煤层主要煤质指标见表 2-1-4。 煤质分析综合成果表煤质分析综合成果表 表 2-1-4 工 业 分 析 （%） 煤 层 原浮 煤 madadvdafst.dpd 发热量 qgr.d (mj/kg) 粘结 指数 g 胶质层 厚度 y(mm) 煤 类 原 0.18-1.02 0.51(7) 10.58-27.76 17.04(7) 20.34-25.59 23.21(6) 0.33-0.65 0.49(7) 0.004-0.012 0.008(2) 27.82-32.03 30.50(5) 4 浮 0.48-1.23 0.67(7) 6.05-12.02 8.31(7) 20.07-26.28 24.04(7) 0.14-0.65 0.46(7) 0.003-0.004 0.004(2) 32.95-34.28 33.68(4) 63- 98 (4) 15-25 (6) jm 10 原 0.16-1.36 0.67(10) 15.74-28.56 20.87(10) 17.62-24.35 20.62(9) 0.50-4.75 2.68(9) 0.008-0.010 0.009(2) 25.05-29.93 28.06(9) jm sm 毕业论文 10 浮 0.40-1.60 0.74(10) 5.52-11.14 9.21(10) 15.31-23.56 18.40(10) 0.52-2.51 1.84(8) 0.001- 0.0063 0.004(5) 32.15-33.18 32.50(4) 72- 94 (4) 0-24 (10) 4 号煤层 水 分（mad）： 原煤 0.18%1.02%， 平均 0.51%； 浮煤 0.48%1.23%， 平均 0.67%； 灰 分（ad）： 原煤 10.58%27.76%， 平均 17.04%； 浮煤 6.05%12.02%， 平均 8.33%； 挥发分（vdaf）： 原煤 20.34%25.59%， 平均 23.21%； 浮煤 20.07%26.28%， 平均 24.04%； 硫 分（st.d）： 原煤 0.33%0.65%， 平均 0.49%； 浮煤 0.14%0.65%， 平均 0.46%； 磷 （pd）： 原煤 0.004%0.012% 平均 0.008%； 浮煤 0.003%0.004%， 平均 0.004%； 发热量（qgr，d）: 原煤 27.8232.03mj/kg 平均 30.50mj/kg； 浮煤 32.9534.28mj/kg 平均 33.68mj/kg； 粘结指数（gri）： 浮煤 6398 胶质层最大厚度（y）：浮煤 1525mm。 煤类为焦煤，洗选后作为炼焦用煤，为低灰高灰以低灰为主、特低硫低硫分 以低硫分为主、特低磷低磷、高热值特高热值煤。 10 号煤层 水 分（mad）： 原煤 0.16%1.36%， 平均 0.67%； 浮煤 0.40%1.60%， 平均 0.74%； 灰 分（ad）： 原煤 15.74%28.56%， 平均 20.87%； 浮煤 5.52%11.14%， 平均 9.21%； 挥发分（vdaf）： 原煤 17.62%24.35%， 平均 20.62%； 浮煤 15.31%23.56%， 平均 18.40%； 硫 分（st.d）： 原煤 0.50%4.75%， 平均 2.68%； 毕业论文 11 浮煤 0.52%2.51%， 平均 1.84%； 磷 （pd）： 原煤 0.008%0.010%， 平均 0.009%； 浮煤 0.001%0.0063% 平均 0.004%； 发热量（qgr，d）: 原煤 25.0529.93mj/kg 平均 28.06mj/kg， 浮煤 32.1533.18mj/kg 平均 32.50mj/kg； 粘结指数（gri）： 浮煤 7294 胶质层最大厚度（y）：浮煤 024mm。 煤类：西部为焦煤，东部为瘦煤，洗选后作为炼焦用煤为特低灰中灰以中灰为 主、低硫分高硫分以高硫分为主、特低磷、中热值高热值煤。 (2)工艺性能 据井田东南 8km 的高崖湾煤矿取样试验资料，4 号煤层铁箱试验结果，有较好的 结焦性，焦炭经转鼓试验 100 转后，m40级占 78.2%79.2%,m10级占 7.4%8.2%, 证 明焦炭的抗碎性及耐磨性良好, 焦炭工业分析：灰分(ad)为 5.58%6.72%，全硫 (st.d)为 0.44%0.57%,属优质的炼焦用煤。 据详查时 10 号煤层取样试验结果，焦炭二次坠落后大于 20mm 级占 94.9%左右， 转鼓试验 100 转后，大于 40mm 级占 43%68.4%,焦炭灰分(ad)为 7.36%14.3%，总裂 纹率 0.13450.1448cm/cm2，焦炭强度尚好，耐磨性较差。 3、煤的可选性 据井田南 6km 的山西省离石县白家庄煤矿扩建勘探（精查）地质报告资料， 4 号煤层筛分试验结果：粒度在 136mm 的产率最高，占 56.23%，小于 3mm 级占 29.99%，63mm 级的较少，占 13.78%，可见 4 号煤的块煤产率较高，煤的抗碎性能较 好。其煤质指标随粒度的变化表现出：煤层灰分产率一般随粒度减小，明显降低，而 煤层硫分则随粒级的变化其变化不明显。 4 号煤层浮沉试验结果：当精煤灰分为 8%时，中煤含量为 22.7%,为难选；当精煤 灰分为 10%时，中煤含量为 11.2%,为中等可选；当精煤灰分为 12%时，中煤含量为 5.7%, 为易选。 4、煤的风化和氧化 毕业论文 12 井田内西部及东部 4、10 号煤层埋藏较浅，均有风氧化现象。本井田内目前对风 氧化煤尚未揭露，据河东煤田离石矿区详查勘探报告及本次调查，本区煤层风氧 化带深度一般为基岩面以下垂深 25-30m，本次以此确定煤层风氧化带。 5、煤质及工业用途 本井田 4 号煤层为焦煤，10 号煤层为焦煤和瘦煤。洗选后作为炼焦用煤，4 号煤 层为低灰高灰以低灰为主、特低硫低硫分以低硫分为主、特低磷低磷、高热 值特高热值煤；10 号煤层为特低灰中灰以中灰为主、低硫分高硫分以高硫分为 主、特低磷、中热值高热值煤。 4 号煤层抗碎性及耐磨性良好，灰分、硫分均低，为优质炼焦煤。10 号煤层抗碎 性较好，耐磨性较差，硫分高，可作为炼焦配煤。 第四节、水文地质第四节、水文地质 (一)区域水文地质概况 1、自然地理概况 本区位于黄河东岸，地处吕梁山脉中段西部，为典型的黄土高原地貌，地势总体 东、北高，西南低。 区域内河流属黄河流域，呈树枝状分布，主要支流有三川河。三川河由北川河、 东川河、南川河分别从北向南、从东向西、从南向北在吕梁市离石区交口镇汇流，汇 流后由东向西经柳林在两河口汇入黄河。三川河为季节性河流，据观测站资料，年平 均流量 5.349.54m3s，最大流量 2260m3s。 本区属柳林泉域，本井田位于柳林泉域中部，西南距柳林泉约 25km。柳林泉出露 于柳林县城东三川河河谷中，以泉群的形式出露，大小泉点近百个，水位标高 79080lm。据 19831991 年观测资料，泉群平均流量 2.18m3s，属稳定型泉。据 分析，泉流量与 23 年前降水量有关。 2、区域水文地质分区 煤田内寒武、奥陶、石炭、二叠、三叠系含水层构成承压水斜地，其中奥陶系岩 溶含水层富水性较强，石炭系及其它基岩含水层较弱，奥陶系地下水在奥陶系灰岩出 露区接受大气降水补给后，沿地层倾向方向径流，最终集中排向柳林泉，构成完整的 毕业论文 13 水文地质单元一柳林泉域。此外，古老变质岩及河流冲、洪积层构成各自独立的补给、 径流、排泄系统。 3、柳林泉域水文地质特征 柳林泉域以太古界及元古界变质岩构成隔水底板，石炭、二叠、三叠及第三、四 系为上覆盖层。寒武、奥陶系碳酸盐岩为岩溶含水岩组，地层总体向西倾伏，构成单 斜蓄水构造。泉域北界、东界为元古界、太古界变质岩构成的地表分水岭，东界南端 及南界为古生界碳酸盐岩构成的地表分水岭，西界为埋藏于石炭、二叠、三叠系下岩 溶裂隙不甚发育的寒武、奥陶系地层构成的隔水边界或相对隔水边界。 岩溶水蓄水空间主要为溶隙、溶孔，补给来源主要为大气降水，其次为地表水渗 漏补给。 据山西岩溶大泉 ，泉域地下水总补给量 4.07m3s，泉域汇流面积 5000km2， 其中碳酸盐岩裸露面积为 1200km2，大片分布于泉域南部及中部。碎屑岩裸露面积 80km2，位于泉域西部。变质岩裸露面积 1790km2，出露于泉域北部。 地下水在灰岩裸露区得到补给，向柳林一带汇流，由柳林泉排泄，强径流方向有 二个，一个是从泉域中部石灰岩裸露区到柳林泉，另一个是从泉域东南部石灰岩裸露 区绕过离石向斜后到柳林泉。从补给区、径流区到排泄区，地下水基本上具有统一的 地下水面。 柳林泉群水质类型为 hc03so4一 naca 型，矿化度 0.400.70g/l，硬度 267.8mg/l(以 cac03计，以下同)，水温 1518。据 19832000 年长期观测资料， 最大流量 4.13m3/s 平均流量为 2.18m3/s。 4、含水层 (1)太古界、元古界变质岩系及燕山期岩浆岩风化裂隙含水层 主要出露于区域东部和北部紫金山一带，地下水赋存于岩浆岩和变质岩构造裂隙 及风化裂隙中，风化带厚 1030m，富水性弱，单位涌水 0.00250.077l/sm，沟谷 中出露泉点较多，流量一般为 0.10.5l/s，含水层主要接受大气降水补给，在地表 分水岭向两侧径流。水质以 hco3-camg 型为主，矿化度 0.5g/l 左右。 (2)寒武、奥陶系碳酸盐岩岩溶裂隙含水岩组 毕业论文 14 本组由寒武系中统、上统、奥陶系中下统石灰岩、泥灰岩、白云岩等组成，其中 以奥陶系中统为主要含水层。 、寒武系厚度 208253m 左右，为一套碎屑岩一碳酸盐岩浅海相沉积，以中统 鲕状石灰岩和上统石灰岩、白云岩为主要含水层，本统含水层地下水出露点有吴城泉 群、车鸣峪泉和关口泉，流量分别为 200500l/s、55l/s、50l/s，根据钻孔资料， 在 0180m 深度范围内岩溶发育，单位涌水量为 1.927.60l/sm，180m 以下岩溶发 育较差，富水性弱，单位涌水量为0.0035l/sm；总体来讲，本组富水性弱。水质类 型为hco3ca mg 型，矿化度 0.230.37gl，总硬度 172.57255.20mg/l，ph 值 为 7.17.6。 、奥陶系为浅海相沉积，岩性为石灰岩、泥灰岩、白云岩。中统以上马家沟组 为主要含水层，富水性强，下统冶里组、亮甲山组富水性弱。 下马家沟组：厚 100m 左右，浅部岩溶发育，随埋深增大而富水性变弱。据钻孔资 料，单位涌水量在 0.190.24l/sm 左右。 上马家沟组：厚 250m 左右，岩溶发育，富水性强，为区域最主要含水层，据钻孔 资料，单位涌水量在裸露区、覆盖区及浅埋区一般为 2.729.3l/sm，最大可达 44l/sm，中深埋区为 0.110.56l/sm，在深埋区局部地段，岩溶依然发育。总体 来讲，本组在全区岩溶均很发育，富水性强。 峰峰组：厚度 100m 左右，含水层以中部和上部石灰岩为主，由于受厚度和出露面 积的限制，本组富水性弱于上马家沟组，仅在浅部富水性较强，而在深埋区富水性极 弱(表 2-1-5)。 峰峰组富水性特征表峰峰组富水性特征表 表 2-1-5 埋藏区位置孔号 单位涌水量 （l/sm） 富水性 浅埋区中阳马家峪jd80.49中 浅埋区柳林泉区jd315.7中强 深埋区青龙城详查区10.00065弱 深埋区三交三号井田3110.0089弱 毕业论文 15 一般来讲，奥陶系含水层的富水性随埋深增大，有减弱的趋势，可类比为含水层 的逐步尖灭，岩溶发育规律亦如此。在浅部径流条件较好，水交替迅速，水质较好， 为 hc03so4一 naca 型，而在深埋区，地下水水交替缓慢，渐呈滞流状态，水质差， 地下水背景值较高，矿化度最高达 17628g/l，水质为 c1 一 na 型(青龙城 29 号孔)。 (3)石炭系上统太原组岩溶裂隙含水岩组 含水层主要为间夹于碎屑岩中的 34 层石灰岩，赋存段距 40m 左右。含水层出露 范围很小，只限于煤层露头边缘地段。在浅部含水层出露区，接受大气降水补给，富 水性较强，单位涌水量 12l/sm，而在远离补给区的深部，地下水富水性则弱，例 如，三交三号井田 311 号孔，单位涌水量仅为 0.013l/sm，富水性弱。深部局部构 造破碎带附近，富水性较强，三交三号井田 356 号孔单位涌水量为 0.90l/sm。地下 水流向受地层产状控制，向深部缓慢运移。本组水质一般为 hc03so4一 naca 型， 硬度小于 150mg/l，矿化度 lg/l，属软的微咸水。 (4)二叠系、三叠系砂岩裂隙含水岩组 本组主要为砂岩风化裂隙水及构造裂隙水，三叠系仅分布于青龙城详查区以西地 区。沟谷中浅部风化裂隙发育，易接受大气降水和地表水的补给，富水性较好，在沟 谷边缘常以侵蚀下降泉的形式出露，流量 0.20.5l/s。而在深部裂隙不发育，地下 水补给差，单位涌水量 0.00050.1l/sm，富水性一般较弱。水质类型为硫酸 so4hc03-camg 型，矿化度大于 lg/l，属软的微咸水。 (5)第三系、第四系松散岩类孔隙含水岩组 松散岩类含水层岩主要分布在河谷及沟谷中，地下水赋存于砂砾石孔隙中，主要 接受大气降水和地表水入渗补给，径流条件好、富水性强、径流途径短，排泄于河谷 中，部分消耗于人工开发。本区三川河河谷松散层较发育，厚度约 10m 左右，两岸分 布有 12 级河流阶地。局部地段富水性强，单位涌水量达 26.8l/sm，水质良好， 为 hc03so4-camg 型，矿化度小于 lg/l。由于地下水埋藏浅，局部地段受工农业 等污染，如工矿企业排放废渣及废液污染，农业化肥及生活污水等污染，使得地下水 中 n03-、cl-、p042-含量增高，局部 f-含量较高，水质较差。 毕业论文 16 5、隔水层 (1)太古界、元古界变质岩构成寒武、奥陶系碳酸盐岩岩溶含水岩组的隔水底板。 (2)石炭、二叠、三叠系各含水层间较厚且发育稳定的泥质岩构成各含水层之间的 隔水层。 (二)矿井水文地质条件 1、地表水系 井田内无大的河流，但沟谷发育，属巴沟自西向东横穿井田，属巴沟两侧树枝状 发育小的沟谷，这些沟谷旱季无水，雨季汇集洪水向东流入北川河，与东川河、南川 河分别在离石区和交口镇汇集成三川河向西流入黄河，属黄河流域。 2、含水层 (1)奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层 该含水层主要含水层段在上马家沟组，含水层岩性主要是灰岩和白云质灰岩。据 详查勘探水文地质资料，该含水层在赋存较浅区域，富水性强，单位涌水量 1.7213.35l/s.m；赋存较深区域，富水性弱，单位涌水量 0.00076l/s.m，渗透系数 0.0047m/d。 该含水层在本井田东、西部埋藏较浅，富水性强；中部埋藏较深，富水性弱。据 详查报告资料，4 号钻孔奥灰水位标高为 811.87m，该孔位于本井田南约 5km 处,推测 本井田奥灰水位标高在 819822m。 (2)太原组岩溶裂隙含水层 太原组赋存三层发育稳定的石灰岩，自下而上分别为 l1、k2 和 l5，厚度分别为 16、7.45、3.15 m 左右，本含水层以 l1和 k2为主，据离石勘探区详查报告资料，浅 部岩溶裂隙较发育，富水性强，钻孔钻至该灰岩层段时，均有不同程度漏水现象。井 田东南部外约 1.7km 处的 37 号孔抽水试验，单位涌水量 1.204l/s.m，渗透系数 9.55m/d。水位标高 961.67m。深部岩溶裂隙不发育，富水性弱，井田西北部外约 0.7km 处的 35 号孔抽水试验，抽水几分钟后，水位即由 57.03m 降至 95m 以下，恢复 99h 后，才升到 83.86m，说明基本不含水，水位标高 1017.81m。水质类型为 hc03- camgna 型，矿化度 0.464g/l。 毕业论文 17 (3)山西组砂岩裂隙含水层 含水层岩性以细、中、粗砂岩为主，裂隙不发育，据离石勘探区详查报告资料， 钻孔简易水文观侧，钻至该层段时，冲洗液消耗量并无明显增大,含水弱。35 号孔抽 水试验，单位涌水量 0.00012l/s.m，渗透系数 0.0012m/d。水质类型为 hc03so3- camgna 型，矿化度 0.696g/l。 (4)石盒子组砂岩裂隙含水层 井田内沟谷中有零星出露，本组砂岩含水层厚度大，浅部含水层易于接受补给， 富水性较强，沟谷中有泉出露，但流量很小。据离石勘探区详查报告，35 号孔钻孔抽 水试验资料，单位涌水量 0.0025l/s.m, 渗透系数为 0.0033m/d。水质类型为 hc03so3-namgca 型，矿化度 0.534g/l。 (5)第三、四系砂砾孔隙含水层。 主要分布于属巴沟沟谷中，以沙砾层为主，厚度 3m 左右。当地民用井最大出水量 30m3/d，富水性较弱。水质类型为 hc03so3-camg 型，矿化度 0.544g/l。为当地 村民重要的生活水源。 3、含水层补、径、排条件 本井田奥陶系地层埋藏较深，主要为岩溶水径流区，岩溶水由北向南径流，至柳 林泉排泄。 石炭系及二叠系含水层在裸露区接受大气降水补给和季节性河流补给后，顺岩层 倾向迳流，在沟谷中出露时以侵蚀下降泉的形式排泄，下部含水层中地下水则一直沿 岩层倾向迳流，部分以矿坑、水井排水的方式排泄。 4、井田主要隔水层 井田隔水层主要为石炭系中统本溪组及太原组下部泥质岩隔水层组，岩性由铝土 泥岩，砂质泥岩和泥岩组成，总厚度 80m 左右，岩性致密、细腻，具有良好的隔水作 用，阻断了奥陶系岩溶水与太原组岩溶裂隙含水层之间的水力联系。 此外，相间于各灰岩、砂岩含水层之间厚度不等的泥岩、砂质泥岩亦可起到层间 隔水作用。 5、构造对井田内水文地质条件的影响 毕业论文 18 井田大致为一向斜构造，共发现 5 条正断层，落差最大 10m，未发现陷落柱。据 离石勘探区详查报告资料和本区煤矿生产实践，断层的富水性和导水性均差，预计对 矿井充水影响不大。 (三)矿井充水因素分析及水害防治措施 1、井田充水因素分析 本矿批采的 4 号煤层，直接充水含水层为山西组砂岩裂隙含水层，由井筒进水和 顶板裂隙渗水组成，山西组、石盒子组砂岩裂隙含水层为弱含水层。因此，矿井涌水 不大。10 号煤层直接充水含水层为太原组石灰岩岩溶裂隙含水层，中部富水性弱，东、 西部富水性中等；下部奥陶系灰岩含水层富水性在东、西部富水性强，中部富水性弱， 本井田 4 号煤层均在奥灰水位之上，10 号煤层的东、西部大部位于奥灰水位之上；10 号煤层中部局部位于奥灰水位之下为带压开采煤层。 按照煤矿防治水规定 （国家安全生产监督管理总局令 28 号） ，采用下列公式计 算： t=p/m 其中： t突水系数， mpa/m； p底板隔水层承受的水头压力， mpa； m底板隔水层厚度， m； 奥灰水位标高 820m,10 号煤层底板最低标高 755m，隔水层厚度 80m，水头压力 p=（820-755+80）0.0098=1.421mpa，突水系数 ts=p/m=1.421/80=0.018mpa/m。 根据经验:具有构造破坏的地段，安全突水系数为 0.06mpa/m，无构造破坏的地段， 安全突水系数为 0.1mpa/m，本井田为有构造破坏地段，突水系数小于临界突水系数 0.06mpa/m，故奥陶系灰岩岩溶水对本井田突水的可能性小。 2、矿井主要水害及其防治措施 本井田主要水害是古空和采空区积水，预计在 4 号煤层南部古空区有积水 1.2 万 m3，采空区有积水 2.0 万 m3。 该矿现开采 4 号煤层，4 号煤层顶板为砂质泥岩，单向抗压强度平均为26.5mp, 属中等坚硬顶板，全部冒落管理顶板时， 根据三下采煤规程冒裂带最大高度计 毕业论文 19 算公式得出，冒落带（hm） 、导水裂隙带（hli）的高度可用下式计算： hm=a12.2 1020mhli 式中，a1=100m/(4.7m+19)，m 为开采煤层厚度，4 号煤层厚度为 1.301.82m, 平均1.67m。4 号煤层冒落带高度4.028.42m，导水裂隙带最大高度 32.8036.98m；4 号煤层开采后，在井田东部及西部产生的裂隙波及到地表，使大气 降水、地表水沿裂缝导入井下，造成水害。 开采下部 10 号煤层，10 号煤层顶板为石灰岩，单向抗压强度平均为66.7mp,属 坚硬顶板，10 号煤层厚度 1.633.40m，平均 2.70m。全部冒落管理顶板时，冒落 带高度采用以下公式计算： hm=a12.5 ；式中，a1=100m/(2.1m+16)，m 为开采煤层厚度。 导水裂隙带最大高度采用以下公式计算： ；1030 m hli 10 号煤层冒落带高度 9.9614.96m，导水裂隙带最大高度 48.3065.32m； 4、10 号煤层间距为 55.2573.36m，平均 61.22m。10 号煤层导水裂隙带最大高 度大于 4、10 号煤层间距，因此，10 号煤层开采后，如果 4 号煤层采空区积水如不及 时探放，可能会随之而下，形成灾害。 本矿井水害防治措施如下 (1)技术措施 、地面防水 a、井田坑口较多，井口和工业场地大多在沟谷边缘，虽然均位于最高洪水位之上， 但应保持泄洪通道通畅，防止沟谷洪水对矿井造成危害。 b、矸石和炉渣等固体废物不得弃于河中，以免淤积河床，造成行洪不畅。 c、在雨季前组织有关人员踏勘井田是否有采空塌陷裂隙、塌陷洞，及时用黄土、 粘土、碎石填封，并高出地表。 毕业论文 20 、井下防治水 a、必须按矿井设计留设矿界和采区边界煤柱。 b、坚持“预测预报，有疑必探，先探后掘，先治后采”的方针，对可疑地段进行 探放水。 c、发现透水预兆必须停止作业，采取措施，并向调度室报告。 d、经常清挖井下水仓，保证水仓有足够的容量。 e、配备足够的排水设施，并确保能正常使用。 (2)管理措施 平时加强防汛宣传，建立探放水管理制度；做好防水计划；成立“雨季”三防指 挥部，组织雨季前“三防”大检查；加强职工培训，保证安全生产。 (3)物质措施 拨出专项资金，专款专用，保证防治水物资供应。 3、矿井水文地质类型 据矿方提供的资料，矿井正常涌水量 288m3/d 左右，最大涌水量 432m3/d，含水系 数 0.453m3/t，主要来源为顶板裂隙水和井筒渗水。未发生过透水事故。 综前所述，井田 4 号煤层直接充水含水层（山西组砂岩裂隙含水层）富水性 均弱，4 号煤层采（古）空区局部有积水（见充水性图） ，井田内开采 4 号煤层局 部受地表水影响；10 号煤层直接充水含水层（太原组岩溶裂隙含水层）井田中部 富水性均弱，补给条件差；10 号煤层直接充水含水层（太原组岩溶裂隙含水层） 井田东、西部富水性中等。奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层在井田东、西部富水性强， 但其水位低于煤层，中部水位高于煤层，但富水性弱。经计算开采 10 号煤层的导 水裂隙带高度可达 4 号煤层，4 号煤层的采（古）空区积水对开采 10 号煤层构成 了一定的威胁。根据国家安全生产监督管理总局、国家煤矿安全监察局 2009 年 9 月 21 日颁发的煤矿防治水规定井田水文地质条件为中等类型。 (四)矿井涌水量预算 该矿现采 4 号煤层，而且有多年的开采历史，矿井涌水量与产量有一定的相关性， 因此，可用类比法预计矿井涌水量。 矿井涌水量预计公式： kp=qo/po q=kpp 毕业论文 21 式中：kp-含水系数（m3/t） qo矿井涌水量 （m3/d） po日均产量（t/d） q-矿井预算涌水量（m3/d） p-设计生产能力（t/d） 矿井整合改造后开采 4 号煤层，设计能力 90 万 t/a，平均日产 2727t/d。 据本矿各参加整合矿井涌水统计：原担炭沟煤矿生产能力 21 万 t/a，正常涌水量 288m3/d 左右，最大涌水量 432m3/d，正常含水系数 0.453m3/t，最大含水系数 0.679m3/t；原石州煤矿生产能力 15 万 t/a，正常涌水量 240m3/d 左右，最大涌水量 360m3/d，正常含水系数 0.527m3/t，最大含水系数 0.791m3/t；井田北部的原燕沟煤业 有限公司生产能力 21 万 t/a，矿井正常涌水量 460m3/d，最大涌水量 650m3/d，正常含 水系数 0.723m3/t，最大含水系数 1.022m3/t。平均正常含水系数 0.568m3/t，最大含 水系数 0.831m3/t。 井田内 10 号煤层目前矿井尚未揭露，根据井田南部相邻的原山西离石南沟煤业有 限公司和原山西吕梁