毕业设计阳煤新元3号煤400万t_a初步设计.doc

摘 要 i 毕业设计（论文） 设计题目：阳煤新元 3 号煤 400 万 t/a 初步设计 学校站点：太原理工大学 学习形式： 自 考 指导教师： 邢 存 恩 专 业： 采矿工程 姓 名 ： 王 晓 东 设计日期：2013.10-2013.11 摘 要 本设计通过详细介绍山西阳煤集团新元煤炭有限责任公司的井田概况和地质 特征，经过一系列的方案论证比较，选择了适合本矿井的开拓方式、采煤方法和 各生产系统。井田内地质构造比较简单，走向较长，西翼为纵贯井田南北的草沟 背斜，属于高瓦斯矿井，煤尘有爆炸危险；本井田主要有两层可采煤层，按埋藏 深度从浅到深分别为 3 号、4 号煤层，平均厚度分别为 2.77m、3.32m，煤层倾角 5o9o，平均 6o，属于近水平煤层。经过技术经济比较，煤矿设计 3 号煤生产能 力为 400 万 t/a，服务年限为 76.6 年，对第一水平选择了立井开拓方案，首采区 的采煤方法采用倾斜长壁采煤法，综合机械化回采工艺。辅助运输系统与主运输 系统相分离，其中主运输系统采用胶带运输、立井箕斗提升煤炭，辅助运输系统 采用蓄电池机车运输，可满足人员、机械设备、材料和矸石的运输，无需中间转 载，可从井底车场直达工作面。矿井一水平前期采用中央并列式通风，后期采用 分区式通风系统。 总之，通过技术经济等多方面的比较得出本设计的开拓方案、采煤方法等均 能满足矿井的开采需求。 关键词：关键词：立井开拓，条带式，倾斜长壁采煤法，综合机械化采煤，中央并列 式通风 abstract iii abstract this design introduces coalfields genneral situation and geologic characteristic of xinyuan coal limited liability company of yangquan coal group in detail. based on a series of technique and economy comparisons, the suitable mine development scheme,mining method, mines (working areas) openings and each main production system have been determined the geologic structure in the coalield is simple,the main structure is caogou anticline acrossed the field from south to north the mine has high gas and danger of coal-dust explosion. the designed main coal seams have two layers, including 3# coal seam and 4# coal seam from shallow to deep. their average thickness is 2.77m and 3.32m respectively. their angle of dip is 5o9o, the average is 6o, so they belong to flat seams.the designed capacity of the mine is 4 million t/a and the expected life of the mine is 76.6 years. based on technique and economy comprisions, the design chooses vertical shaft development for the first level, adopts long wall mining method along the dip and comprehensive mechanized coal mining. the auxiliary haulage system is separated from the main haulage,and the auxiliary haul system adopts the single rail hoist crane which is advanced in the international. retrograde ventilation system is used for the first level. in a word,after a series comparisons of technique and economy and so on,the development scheme and the mining method can both be fulfilled the request of the mine production. keywords：vertical shaft development, mining in strips, long wall mining method along the dip, comprehensive mechanized coal mining, retrograde ventilation system 目 录 v 目目 录录 摘 要 .i abstractiii 前 言.1 1矿区概述及井田地质特征 3 1.1 矿区概述.3 1.1.1 交通位置3 1.1.2 地形地貌3 1.1.3 水系4 1.1.4 矿区总体概况5 1.1.5 水源和电源情况5 1.2 井田地质特征.6 1.2.1 地质构造6 1.2.2 水文地质10 1.2.3 其它有益矿产15 1.2.4 地质勘探程度及存在问题16 1.3 煤层特性.17 1.3.1 煤层及煤质17 1.3.2 瓦斯、煤尘、煤的自燃性及地温21 2 井田境界和储量.23 2.1 井田境界.23 2.2 井田储量.24 2.2.1 储量计算的步骤24 2.2.2 矿井地质储量计算方法24 2.2.3 矿井工业资源储量27 2.2.4 矿井设计储量27 3 矿井工作制度及生产能力.31 3.1 矿井工作制度.31 3.2 矿井设计生产能力及服务年限.31 3.2.1 确定依据31 3.2.2 矿井设计生产能力31 重庆大学本科学生毕业设计（论文） vi 3.2.3 矿井服务年限32 3.2.4 井型校核32 4 井田开拓.35 4.1 井田开拓的基本问题.35 4.1.1 确定井筒形式、数目、位置及坐标35 4.1.2 井筒数目的确定37 4.1.3 工业场地的位置37 4.1.4 开采水平的确定及其服务年限37 4.1.5 主要开拓巷道布置38 4.1.6 带区划分及其布置39 4.1.7 方案比较40 4.2 矿井基本巷道.47 4.2.1 井筒47 4.2.2 井底车场及硐室51 4.2.3 主要开拓巷道参数54 5 准备方式带区巷道布置.59 5.1 煤层地质特征.59 5.1.1 带区位置59 5.1.2 带区煤层特征59 5.1.3 煤层顶底板岩石构造情况59 5.1.4 水文地质60 5.1.5 带区地质构造60 5.2 带区储量和服务年限.61 5.2.1 确定带区走向长度61 5.2.2 带区范围及工业储量62 5.3 带区巷道布置.63 5.3.1 带区布置方案63 5.3.2 确定工作面长度65 5.3.3 确定工作面数目65 5.3.4 带区的生产能力65 5.3.5 条带斜巷的布置66 5.3.6 煤层间的联系66 5.4 带区车场设计及硐室.67 目 录 vii 5.4.1 带区车场67 5.4.2 带区硐室67 5.5 带区生产系统.69 5.5.1 采准系统69 5.5.2 通风系统69 5.5.3 运输系统69 5.5.4 排水系统69 5.6 带区开采顺序.69 5.7 带区巷道断面尺寸、支护方式.70 5.8 带区回采率.72 6 采煤方法.75 6.1 可采煤层的采煤方法和采煤机械化程度.75 6.2 采煤工艺.75 6.2.1 回采工作面落煤、装煤、运煤方式及设备选型75 6.2.2 回采工作面支护方式80 6.2.3 采空区处理方式和回采工作面控顶参数83 6.2.4 工作面循环方式和劳动组织、作业方式84 7 井下运输.87 7.1 概述.87 7.2 带区运输设备的选择.88 7.2.1 回采工作面运输设备的选择88 7.2.2 带区辅助运输设备选择89 7.3 主要运输设备选择.93 8 矿井提升.99 8.1 概述.99 8.2 主井提升.99 8.2.1 提升容器的选择99 8.2.2 主井提升运动学的计算101 8.2.3 提升钢丝绳的选择计算103 8.2.4 提升机选择104 8.3 副井提升.107 8.3.1 提升容器的选择107 8.3.2 副井提升运动学的计算109 重庆大学本科学生毕业设计（论文） viii 8.3.3 钢丝绳的选择计算110 8.3.4 提升机选择111 9 矿井通风与安全.115 9.1 矿井通方式和通风系统.115 9.1.1 提出有关通风设计的基本数据115 9.1.2 选择矿井通风方式116 9.1.3 选择和确定通风系统117 9.2 矿井风量计算与风量分配.118 9.2.1 计算和确定矿井总进风量118 9.2.2 按规定和需要进行风量分配121 9.2.3 风量调节的方法和措施123 9.3 矿井通风阻力计算.124 9.3.1 确定全矿最大通风阻力和最小通风阻力124 9.3.2 计算矿井通风最容易时期的最大等积孔和最困难时期的最小等积孔128 9.4 通风设备的选择.128 9.4.1 矿井主要风机选择计算128 9.4.2 电动机的选择计算130 9.4.3 反风措施131 10 设计矿井基本经济技术指标.132 结束语.133 参考文献.134 前 言 132 前 言 毕业设计是我们在校学习期间最后一个综合性教学环节，它是在我们完成专 业教学计划所规定的全部理论课程、实验、课程设计、认识实习、生产实习及毕 业实习，并取得及格以上成绩（或相应的学分）和具备一定的实践知识之后进行 的。目的是使我们所学的理论知识系统化，巩固和扩大所学的知识，并进一步锻 炼我们的识图及制图能力，灵活的使用工具书。使我们能够准确的、综合的运用 所学的知识去解决矿井设计中的具体问题。还要通过设计丰富生产实际知识，善 于理论联系实际，培养我们尊重科学和实事求是的优良作风。毕业设计的实质是 在我们走上工作岗位之前，进行一次集中的综合的工程技术人员的基本技能的训 练。在一定程度上，对今后尽快胜任工作有重大意义。 矿井初步设计是将毕业实习的生产矿井作为尚未开发的井田为前提条件，以 煤炭行业有关规定的矿井初步设计编制内容为准，但是鉴于矿井初步设计的内容 繁多，而我们的设计时间、水平、经验有限，因此在要求上应与原矿井初步设计 和生产矿井的现状有所区别，它可以借鉴矿井生产以来的经验、教训，考虑采矿 技术发展方向和科学技术飞跃的时代特点。 由于我们所学专业为采矿工程专业，设计内容上是有主有次的。对专业的核 心内容和主要内容，如矿井开拓、带区巷道布置和采煤方法进行了较详细的论述， 由于时间的限制矿井通风安全部分只进行了部分的论述。 本次毕业设计的设计根据有煤矿开采学 ，徐永圻主编，中国矿业大学出 版社 1993 年出版；煤炭工业矿井设计规范 ，中国计划出版社，2005 年出版； 煤矿安全规程 ，煤炭工业出版社，2010 年出版；采矿工程设计手册 ，张荣 立等主编，煤炭工业出版社 2003 年出版。 技术指标： 矿井 3#设计生产能力：400 万吨/年 1 井田位置：山西省寿阳县中南部，行政隶属寿阳县朝阳镇所辖。 2 井田境界：北以韩庄断层群为界；南以大照河河床保护煤柱为界；东以 3 草沟背斜为界；西以白马河床保护煤柱为界。 井田走向、倾斜：井田基本构造形态为一单斜，近东西走向，向南倾斜， 4 倾角 59，平均倾角 6。走向 15.6km，倾向 4.3km。 煤层名称、厚度、层间距： 5 重庆大学本科学生毕业设计（论文） 2 ； ； m m 77 . 2 28 . 3 40 . 1 3号煤 m m 32 . 3 33 . 4 27 . 2 4号煤 煤层间距为 10.0m。 煤层倾角、容重、煤质： 6 煤层倾角 59；容重 1.4t/m3；中灰、特低硫、低磷、极易选的贫煤和无烟 煤。 瓦斯、煤尘、自燃性： 7 高瓦斯；煤尘具有爆炸性；煤层具有自然发火倾向性。 通过一个学期的设计，我已尽了最大的努力做好这次设计，但是由于自身水 平和时间所限，其中难免存在着一些问题， 不足之处，恳请指正。 感谢采矿工程专业老师的细心教导，特别是姚精明老师的耐心指导，让我按 时按质的完成毕业设计。 1 矿区概述及井田地质特征 132 1矿区概述及井田地质特征 1.1 矿区概述 1.1.1 交通位置 新元井田位于沁水煤田西北部，地理座标东经 11258511130933、北纬 374954375209，行政区划属山西省晋中市寿阳县。 井田邻近 307 国道，距寿阳县城约 10km，在井田东北部有寿阳段王运煤 铁路专线，并有货台，井田东南部有石太铁路经寿阳可到达全国各地，井田北部 有太旧高速公路和 307 国道东西向通过，井田以北约 2km 有榆（次）盂（县） 沥青公路东西向通过，井田内有乡村间土路相连接。 矿井交通位置见图 1.1。 图 1.1 矿井交通位置图 1.1.2 地形地貌 新元井田位于寿阳构造堆积盆地区，属黄土丘陵地貌。塬、梁、峁发育，沟 谷密集，多呈“u”型。地势西高东低，南高北低，最高点标高 1267m，位于西南 部的燕子山，最低点标高 1050m，位于吴家崖村旁黄门街河床内，一般标高在 1100m 左右，最大高差 217m，相对高差一般为 40100m。井田内大面积被新生 界红、黄土覆盖，仅在南部沿冲沟有少量基岩出露。 重庆大学本科学生毕业设计（论文） 4 1.1.3 水系 新元井田内河流水系属黄河流域汾河水系，主要河流有白马河、黄门街河以 及大照河，黄门街河和大照河均为白马河的支流。白马河自西向东南从井田北部 流过，在芦家庄村汇入潇河。黄门街河自西南向东北流经井田，在黄门街村南汇 入白马河。大照河在井田南部自西而东经大照村和冀家庄后向南汇入白马河。白 马河平时流量较小，而黄门街河和大照河平时干涸，仅雨季有水，均属季节性河 流。 1.1.4 矿区总体概况 根据中煤国际工程集团沈阳设计研究院 2006 年 9 月编制的晋东大型煤炭 基地阳泉矿区总体规划 ，规划区内共划分为 2 对在建矿井和 7 对生产矿井，总 规模 37.0 mt/a。 总体规划划分为阳泉区、平昔区和寿阳区三个区。阳泉区有六个矿井，即一 矿、二矿、三矿、新景矿、五矿、石港矿。其中一矿、二矿、三矿、石港矿 2005 年核定生产能力分别为 6.5 mt/a、7.43 mt/a、4.7 mt/a、0.9 mt/a，不进行改扩建； 新景矿、五矿 2005 年核定生产能力分别为 5.8 mt/a、4.7 mt/a，本次规划规模均 为 7.5 mt/a。 平昔区有寺家庄矿井（在建矿井） ，规划矿井规模 6.0 mt/a。 寿阳区有新元矿和开元矿两个矿井，新元矿井为新建矿井，总体规划规模为 4.0 mt/a；开元矿井 2005 年核定能力为 1.4 mt/a，总体规划规模为 3.0 mt/a。 地方煤矿整合前煤矿为 534 处，2005 年共生产原煤 29.6mt，其中阳泉市 16.29 mt，晋中市 13.33 mt。 监狱系统煤矿有荫营和固庄煤矿。荫营煤矿设计生产能力为 2.4 mt/a，固庄 煤矿设计生产能力为 1.5 mt/a。 本区地方煤矿开采均位于浅部，对本井田的开拓与开采无不良影响。 1.1.5 水源和电源情况 水源条件 1 根据中国煤田地质总局华盛水文地质勘察工程公司第三工程处编制的“山西 省寿阳县白家庄水源地岩溶水供水水文地质勘探报告”，在白家庄附近草沟背斜 中段可建一个集中供水水源地，水量丰富，水质尚好，具有良好的开发前景，且 已得到有关部门的批准，可作为矿井及矿区永久水源，水源可靠。 电源条件 2 距矿井工业场地约 1km，有白家庄 220kv 变电站，220kv 变电站双回电源分 1 矿区概述及井田地质特征 132 别引自太原辛店变电站和阳泉附近的娘子关电厂。本矿井 110kv 两回电源引自白 家庄 220kv 变电站，供电电源可靠。 1.2 井田地质特征 1.2.1 地质构造 地层 1 井田内大部为第四系黄土覆盖，局部零星有基岩出露。地层由老到新简述如 下： 1）奥陶系中统峰峰组(o2f) 为含煤建造基底，以深灰色、灰色厚层状石灰岩和白云质灰岩为主，中部夹 有石膏层和浅灰色泥灰岩。井田内钻孔揭露最大厚度为 149.91m。 2）石炭系(c） a中统本溪组(c2b）：厚度 33.5073.14m，平均 55.17m，中、南部较厚， 与峰峰组呈平行不整合接触。底部为 g 层铝土矿及山西式铁矿，其上由砂质泥岩 夹砂岩、灰岩及煤线组成。灰岩 25 层，一般 3 层，第二层较为稳定，夹有粗 粒石英砂岩及不稳定的煤线。本组属于泻湖堡岛环境沉积。 b上统太原组(c3t) 为主要含煤地层之一。厚度 112.21138.97m，平均 126.21m。其顶界为 k7 砂岩的底面，与下伏地层呈整合接触。以 15 号煤层顶面或其相当层位、k4石灰 岩顶面为界线，将太原组分为三段。 a）下段：从 k1砂岩底至 15 号煤层顶或其相当层位，厚度 26.0865.85m， 平均 41.63m。由石英砂岩、砂质泥岩、泥岩及 15、15下及 16 号煤组成。15 号煤 为主要可采煤层，15下号煤为局部可采煤层，16 号煤为不可采煤层。本段属于堡 岛泻湖、潮坪环境沉积。 b）中段：从 15 号煤层顶至 k4石灰岩顶面，厚度 30.1068.53m，平均 44.88m。由 k2 下、k2、k3、k4等 4 层石灰岩和 11、11下、12、13 及 13下号等 5 层煤以及砂岩、泥岩等组成。本段属于台地泻湖、潮坪环境沉积。 c）上段：从 k4石灰岩顶面至 k7砂岩底，厚度 25.3052.60m，平均 39.70m。主要由灰灰黑色砂岩、砂质泥岩、泥岩和煤层等组成。本段含煤 4 层， 依次为 8、8下、9上和 9 号煤层，其中 9 号煤层为较稳定煤层，8 号煤为不稳定煤 层。本段属于三角洲环境沉积。 3)二迭系(p) a下统山西组(p1s)：为井田内另一主要含煤地层，厚度 38.6670.84m，平 重庆大学本科学生毕业设计（论文） 6 均 52.96m。其顶界为 k8砂岩的底面，由灰浅灰色中、细粒砂岩及深灰灰黑 色砂质泥岩、泥岩和煤层组成。3 号煤属稳定煤层，6 号煤为不稳定煤层。3 号煤 层上覆砂岩(k8 下砂岩)对其局部有冲刷。6 号煤层顶、底板常为铝质泥岩。本组属 于过渡环境沉积。 b下统下石盒子组(p1x)：本组顶界为 k10砂岩之底。厚度 114.09147.90m，平均 129.56m。以 k9砂岩将该组分为上、下两段。 a）下段：由黄绿、灰绿、灰黑色砂质泥岩、泥岩与灰黄色中、细粒长石石 英砂岩组成。该段属于三角洲环境沉积。 b）上段：由灰黄、黄绿色中、粗粒长石石英砂岩、砂质泥岩组成。顶部有 13 层全井田基本稳定的铝质泥岩，俗称“桃花泥岩”。本组属于河湖环境沉积。 c上统上石盒子组(p2s)：本组顶界为硅质岩的顶部即 k13砂岩的底部。厚度 353.80438.45m，平均 383.34m。以 k12砂岩将本组分为下、中两段。 a）下段(p2s1)：k10砂岩底界至 k12砂岩底界，厚 145.2187.88m，平均 170.02m。以黄绿、灰绿色细砂岩和灰绿、暗紫色砂质泥岩为主，夹黄褐、紫褐 色泥岩。 b）中、上段(p2s2+3)：底界为 k12砂岩，厚 160.00258.00m，平均 200.22m。由黄绿、暗紫色中、细砂岩与暗紫、黄褐、紫灰色砂质泥岩互层组成。 d上统石千峰组(p2sh)：其顶界为 k14砂岩之底。出露于井田西南于家庄村 和南部一带，厚度 100.00127.00m，平均 112.25m。岩性为暗紫色、黄绿色砂岩、 砂质泥岩及泥岩。本组属于河湖环境沉积。 4）中生界三迭系刘家沟组(t1l)： 出露于井田西南部及南部，井田内最大出露厚度仅 60m 左右。主要由浅红色 细粒长石砂岩组成，间夹薄层紫红、暗紫色砂质泥岩及粉砂岩。 5）新生界(k2) 井田内发育第三系上新统及第四系，厚度 3.22110.68m。新生界在中部偏 西及东部保存较厚，西南及南部保存较薄。一般分为砂土、亚砂土、亚粘土、粘 土四种类型。与下伏基岩呈角度不整合接触。 a第三系上新统静乐组(n2j)：厚 010.03m，底部为砂石层，中上部为灰黄、 鲜红、暗红色粘土、亚粘土。 b第四系下更新统泥河湾组(q1n)、午城组(q1w)：广泛分布于冲沟及半坡上。 泥河湾组底部为粒径 210mm 砾石层及钙质结核，中、上部由黄灰色亚粘土、 亚砂土夹泥灰岩薄层组成。午城组由橙红色粘土、亚粘土夹红棕色古土壤数层组 1 矿区概述及井田地质特征 132 成。泥河湾组厚 024.34m，与下伏基岩呈不整合接触。午城组与泥河湾组呈整 合接触，厚 08.54m。 c第四系中更新统离石组(q2l)：广布于沟谷及两侧。由淡黄、淡红色亚粘 土夹棕红色古土壤层组成。厚 047.44m。 d第四系上更新统马兰组(q3m)：广布于梁、峁之上。主要由淡黄色亚砂土 组成，厚 4.827.15m。 e第四系全新统(q4)：主要分布于黄门街河、大照河及其支流河谷内，由淡 灰色砂、砾石组成。厚 123m。 井田地层综合柱状见图 1.2。 地质构造 2 井田位于寿阳区中南部，受区域构造的控制，基本构造形态为一单斜，近东 西走向，向南倾斜，倾角 411，一般小于 9。在此单斜基础上发育次一级的宽 缓褶曲和一些短轴褶曲，草沟背斜位于井田东部。受次级褶曲构造的影响，地层 缓波状起伏明显。南部受次级褶曲影响显著，东部受草沟背斜的影响，地层产状 急剧变化，局部走向近南北。井田内断层稀少，没有岩浆岩侵入的影响，综观井 田构造条件分类应属简单类略偏中等。 1）褶曲 草沟背斜：位于井田东部，系由界外延伸而来，轴向 nne，东翼倾角 25， 西翼陡，倾角 38，为两翼不对称向南倾伏的隐伏背斜。西翼与大南沟背斜和 蔡庄向斜相接，为井田内的主要构造之一。 井田内主要褶曲特征详见表 1.1。 井田内主要摺曲特征表 表 1.1 2）断层 井田内地表多被黄土掩盖，露头未发现断层，在钻孔中主要见有 1 条规模不 大的小断层，如下： f64 逆断层：井田西部 2 号钻孔揭露 15 号、15下号煤层之后又在其下部重复 揭露两层较厚煤层，据层位分析对比研究判定为为该断层系逆断层影响造成煤层 产状要素序 号 褶曲名称及 性质 轴向两翼倾角 井田内延深长度 （m） 备 注 1草沟背斜nne 东翼 25西 翼 38 3300由 58、21 钻孔控制 重庆大学本科学生毕业设计（论文） 8 重复。需说明的是，因 15 号煤下盘较上盘厚度变小，其顶板为砂质泥岩，缺失 石灰岩，推断该断层从煤层顶部穿过，断距约 20m，为层间断层，其走向据区域 构造方向推为北东向，倾角 60，延伸长度推断为 200m。 1 矿区概述及井田地质特征 132 二 叠 统 下 p1 山 西 组 p1s 灰色粉砂质泥岩，上部为泥岩，并含有植物化石碎片。 1煤，本层厚度较小，变化较大，很不稳定，无开采价值。 灰黑色粉砂质泥岩，中部夹有细砂岩。 2煤，厚度极不稳定，局部地区达到可采厚度，但范围较小，无开采价值。 2.77 3.28-1.40 k8下 深灰色粉砂质泥岩，并含有植物化石，有时呈细粒砂岩与粉砂质泥岩互层。 3 4.02-2.08 1.76 5.62-0.00 9.95 k7 灰褐色粉砂质泥岩，本层常相变为细粒砂岩，上部植物化石较多. 灰黑色粉砂质泥岩，上部有时相变为泥岩，并含有植物化石碎片。 深灰色或灰黑色粉砂质泥岩，本层有时相变为细砂岩与砂质泥岩互层，并含有植物化石碎片。 6 深灰-灰白色粗粒或细粒砂岩，成分以石英为主，长石次之，含有云母和黑色矿物， 并含有煤线，硅质胶结。底部较粗，常含有砾石，顶部风化后呈黄褐色，交错层理发育。 10.60-9.10 2.46 灰黑色粉砂质泥岩，上部含砂量较小，顶部富含植物化石，下部含砂量较大。 5煤，本层厚度较小，变化较大，很不稳定，无开采价值。 灰黑色砂质泥岩，在紧靠6煤底部有时相变为黑色泥岩，富含植物化石。 1 2 4 6 6.73 19.44-0.75 1.90 3.80-0.80 0.81 1.50-0.00 3.32 4.33-2.27 5.30 16.53-0.50 4.15-0.80 1.96 1.24-0.00 0.40 5.30-3.60 3.78 0.35-0.00 0.22 灰白色中粒砂岩，局部富含裂隙水。有时相变为砂质泥岩与细砂岩互层。该层常冲刷下部3煤层。 3煤，俗称七尺煤，除西部边界不可采外，其余大面积均稳定可采，煤层由西向东由薄变厚。 煤，本层厚度变化较大，除井田东北部、东南部局部可采外，其它范围大面积不可采。 井田内无出露，含水层主要 由k7和3号煤上k8下砂岩 组成，厚度不稳定，富水性 弱，局部裂隙发育地段富水 性强，据抽水试验资料和水 质资料，34号孔抽干，46号 孔单位涌水量0.0021l/sm, 水位标高807.72m，位于大 南沟背斜轴部的11号孔对k8 下砂岩与下石盒子组混合抽水 试验，单位涌水量2.65l/sm （降深小，值偏大）,水位标高 834.10m.水质类型为 hco3na型，矿化度0.55g/l 712.47 712.69 716.47 716.87 724.13 725.89 718.83 728.66 738.61 741.93 755.43 756.24 762.97 744.62 750.49 750.85 煤，本层厚度较大，变化不大，煤层稳定，全部可采。4 5 深灰色或灰黑色粉砂质泥岩，本层有时相变为细砂岩与砂质泥岩互层， 并含有植物化石碎片。 柱状 1:500 岩性描述 煤层 及标 志层 编号 界系统组段 地 层 系 统 厚 (m) 累 水文地质特征 (m) 最大-最小 平均 层厚 二 叠 系 p 井田地层综合柱状图(部分) 图 1.2 井田地层综合柱状图（含 3#、4#煤层部分） 重庆大学本科学生毕业设计（论文） 10 3）陷落柱 根据勘探资料，新元井田内陷落柱极少，地表仅在西北角见一陷落（x18） ， 长轴 35m，短轴 25m，围岩见 p2s2+3地层。精查勘探钻孔中仅有 39 号孔过 k1后， 即孔深 694.10m 以下，发现岩芯破碎，岩性混杂，层序紊乱，地层倾角突然变大， 达 2558，钻至 766.54m，相当奥陶系层位仍无变化，确定为陷落柱，陷落高度 及范围不明。 4）岩浆岩 井田内无岩浆岩侵入。 1.2.2 水文地质 该井田处于娘子关泉域奥灰岩溶水的深循环弱径流区。 含水层 1 井田地层主要有 5 个含水层组，即：第四系砂砾石层孔隙含水层，二叠系石 盒子组、石千峰组、三叠系刘家沟组砂岩裂隙含水层组，二叠系下统山西组砂岩 裂隙含水层组，石炭系上统太原组石灰岩溶及砂岩裂隙含水层和中奥陶统石灰岩 岩溶含水层组。 1）中奥陶统石灰岩岩溶水含水层组 井田内奥灰处于深埋区，一般埋深 700900m，最大埋深超过 1000m，受单 斜构造控制，由北往南埋深逐渐加大，受大南沟背斜和草沟背斜的影响，6、17 号孔一带和 58 号孔处分别隆起，44、45 号孔一带下凹。 本统分上、下马家沟组和峰峰组。 上马家沟组，该组岩溶发育，富水性强，据北邻南燕竹井田内的 sg1 号孔 资料，奥灰埋深 607.23m，峰峰组和上马家沟组混合抽水试验资料，含水层厚 42.20m，单位涌水量为 5.30l/sm（降深 1.23m） ，渗透系数 11.23m/d，水位标高 610m。水质属 so4hco3cana 型，矿化度 0.97g/l，硬度 25.77 德国度。 峰峰组在井田内有 21 个钻孔揭露，揭露较多的是 6 个岩溶孔，其中 45、22、25 号孔，分别为 98.93、104.85、149.91m，其余揭露厚 5060m。据上 述 3 个孔资料，本组岩性主要是石灰岩和白云质灰岩、白云岩，占 6692%，其 中石灰岩占 4050%，其次是角砾状泥灰岩、泥岩等，大致上是上段以石灰岩为 主，下段以白云质灰岩和角砾状泥灰岩为主。岩芯所见岩溶发育程度较低，裂隙 均被方解石和石膏充填，有少量溶孔和裂隙。据坪头区详查资料，本组富水性一 般弱，浅埋区强于深埋区。据 sg1 号孔峰峰组抽水试验资料，含水层厚 14.95m，单位涌水量为 0.00857l/sm（降深 105.63m） ，渗透系数 0.065m/d，水位 标高 704.20m。水质属 hco3na 型，矿化度 1.1g/l，硬度 3.42 德国度。 1 矿区概述及井田地质特征 132 简易水文观测资料表明，部分钻孔当揭露峰峰组厚度 7.89m51.09m 时，消 耗量增大，最大 10.80m3/h，一般小于 5m3/h。也有的孔如 45 号孔揭露近 100m， 孔内水文动态无任何变化。据此，说明井田内峰峰组岩溶发育程度弱，且不均衡； 含水层多以上部和中部的石灰岩为主。 22、25 号孔峰峰组稳定水位标高分别为 783、27、782.33m，高出 sg1 号 孔 70 余 m，其原因可能是峰峰组岩溶发育不均衡，含水性弱，含水层连通性差， 各孔显示水位的含水层不尽一致，因而水位也有差异。 2）石炭系上统太原组石灰岩溶隙及砂岩裂隙含水层 太原组含水层主要由中段的 k2 下、k2、k3、k4等石灰岩组成，其次为下段 的 k1、和上段的 k5、k6等砂岩。k2 下与 k4间距 29.2068.53m，平均 44.88m， 单层厚度一般 16m。井田北 10 余 km 和井田西 20km，有少量出露。井田内无 出露，处于深埋区，一般埋藏深度大于 500m。 据岩芯观察，石灰岩岩溶及裂隙不发育，有少量溶隙，裂隙多被方解石充填， 据钻孔抽水试验资料，25 号孔“抽干” ；46 号孔单位涌水量仅为 0.00014l/sm（降深 168.24m） ，渗透系数 0.0017m/d，水位标高 978.91m（与邻区 相比偏高） ，可视作非含水层。井田西北界外附近的 p34 号孔，单位涌水量 0.02l/sm（降深 4.35m） ，渗透系数 0.025m/d，水位标高 775.16m，为弱富水性含 水层。钻孔简易水文观测资料表明，44 号等 3 个孔，3 号等 7 个孔，34 号等 7 个 孔，分别揭露 k1砂岩，k2 下、k2、k3、k4石灰岩，k5、k6砂岩时，消耗量增大， 为 0.6010.44m3/h，此外，大部分钻孔在石盒子组时消耗量较大或全漏，钻至太 原组时，消耗量及水位均无明显变化。总体上看，灰岩中 k2 下富水性较强。 46、p34 号孔本组水质类型为 hco3na 型，矿化度分别为 1.4、2.27g/l， 硬度分别为 1.81、4.45 德国度。 3）二叠系下统山西组砂岩裂隙含水层组 山西组含水层主要由山西组底砂岩 k7和 3 号煤顶板 k6 下等砂岩组成，k7厚 0.7519.44m，平均 6.73m，岩性主要为中细粒砂岩，k8 下厚度 016.53m，平均 6.26m，岩性主要为中细粒和粗粒砂岩。山西组在井田以北和以西 1020km 外零 星出露，井田内无出露，处于深埋区，一般埋深 450750m。砂岩裂隙一般不发 育，据抽水试验资料，34 号孔“抽干” ，46 号孔单位涌水量仅为 0.0021l/sm(降 深 9.96m)，渗透系数 0.0041m/d，水位标高 807.72m，为弱富水性的含水层，另 据井田外 p34 号孔抽水试验资料，单位涌水量为 0.028l/sm（降深 2.53m） ，水 位标高 799.49m，为弱富水性含水层。据简易水文观测，42 号孔揭露 k8 下、k7 时，5 号孔揭露 k7时耗水量增大，消耗量 1.086.48m3/h，除 42、5 号孔外其余 重庆大学本科学生毕业设计（论文） 12 大部分钻孔在石盒子组漏水，钻至本组时，消耗量和钻进水位均无明显变化。 p34 号孔水质类型为 hco3na 型，矿化度为 0.94g/l，硬度为 1.28 德国度。 4）二叠系石盒子组、石千峰组、三叠系刘家沟组砂岩裂隙含水层组 下石盒子组含水层主要由 k8等砂岩组成，岩性主要为中、细粒砂岩，厚度 大但不稳定，井田内无出露，一般裂隙不发育，据钻孔抽水试验资料，34 号孔本 组与山西组混合试验“抽干” ，位于大南沟背斜轴部的 11 号孔对本组与山西组上 部混合抽水试验，单位涌水量为 2.65l/sm（降深 0.57m，降深过小，此值偏大） ， 渗透系数为 4.93m/d，水位标高 834.11m。总体上属弱富水性的含水层，局部裂隙 发育地段富水性增强。据简易水文观测资料，有 22 个钻孔在本组耗水量增大或 全漏，11 号孔水质为 hco3na 型，矿化度为 0.55g/l，硬度为 1.26 德国度。 上石盒子组含水层主要由 k12等砂岩组成，岩性主要为中、细粒砂岩，厚度 大但不稳定，在井田北部沟谷中有出露，一般裂隙不发育。王家垴村东沟中有泉 出露，流量 0.82l/s。34 号孔抽水试验，单位涌水量 0.048l/sm（降深 12.44m） ， 水位标高 1050.92m，属弱富水性的含水层，据北邻南燕竹井田 p44 号孔放水试验， 单位涌水量 0.23l/sm（降深 2.05m） ，渗透系数 0.13m/d，水位标高 1083.27m， 属中等富水性的含水层。据简易水文观测资料，井田内约 2/3 钻孔（39 个）在本 组耗水量增大。王家垴泉、p44 号孔、34 号孔水质类型分别为 hco3ca 型、 hco3cana 型、c1hco3na 型，矿化度分别为 0.30、0.33、0.63g/l，硬度 分别为 14.14、12.04、1.22 德国度。 石千峰组分布范围较广，沟谷中有出露，含风化裂隙水，有少量泉出露，流 量均小于 1l/s，属弱富水性的含水层。 井田内刘家沟组只分布于大照村以西的南部边缘地带，沟谷中有出露，流量 均小于 1l/s，31 号孔揭露本组时漏水，漏失量分别为 10.40、6.00m3/h。 5）第四系砂砾石层孔隙含水层 更新统分布范围较广，分别位于下、中、上更新统下部的砂砾石层，含孔隙 水，据坪头详查区坪头村一带下更新统泥河湾组水井抽水试验，涌水量可达 826m3/d，水量较丰富。 全新统砂砾石层，主要分布于白马河及较大支流河谷中，接受大气降水或河 水补给。39 号孔抽水试验，单位涌水量为 0.088l/sm（降深 12.31m） ，水位标高 1059.16m，属弱富水性的含水层，水质类型为 hco3naca 型，矿化度 0.27g/l，硬度 9.19 德国度。北邻南燕竹井田榆林沟水井和南燕竹水井水质分别为 hco3ca、hco3camg 型，矿化度分别为 0.37、0.50g/l，硬度分别为 15.33、22.81 德国度。 1 矿区概述及井田地质特征 132 据于家庄、韩庄、吴家崖第四系水井水位动态观测，水位在 7 月份开始下降， 直到 10 月，都保持低水位，分析与当年雨季降水量明显偏小有关。 隔水层 2 奥陶系顶面至 15 号煤底板间的岩层，厚 81.53115.22m，平均厚 95.45m， 以泥质岩类为主，裂隙不发育，具有较好的隔水层性能，对奥灰水进入煤系能起 到阻碍作用。石炭、二叠系含水层间均夹有较厚的泥质岩层，受构造破坏程度底， 据上述含水层叙述，各含水层的水位标高相差悬殊，说明其间无水力联系，因此 这些岩层具有较好的隔水性能，可视为隔水层。 构造对地下水的控制 3 井田基本构造形态为一单斜，走向近东西，南倾，其上有大南沟背斜、蔡庄 向斜及草沟背斜等次一级宽缓褶曲，构造属简单类，略偏中等。 大南沟背斜由井田外西北部伸入，轴向近东西，井田内延伸约 7km，11 号孔 资料表明其轴部地表裂隙较发育，为富水地段。 位于井田北部，与大南沟背斜平行延伸的蔡庄向斜，为一两翼不对称的隐倾 状向斜，井田内延伸 2.5km，据坪头详查区资料，蔡庄向斜构成地下水汇水构造， 但其水量有限。 草沟背斜位于井田东部，轴向近南北，向南倾状，沿 12 勘探线横穿井田， 据接近轴部的 58、60、61 号孔岩芯所见，岩石裂隙较发育。 井田内地表未发现有断层。2 号孔见一逆断层（f64） ，推断其断距约 20m， 延伸 200m，钻孔揭露时耗水量及水位均无变化，推断其为隔水断层。 井田内地表仅发现一个陷落柱，位于东北角，长轴 35m，短轴 25m。此外， 39 号孔过 k1后遇到陷落柱，范围不详，钻孔揭露时，消耗水量和水位无变化。 结合区域性资料，推断陷落一般不含水。 地下水补给、径流、排泄条件 4 大气降水是井田内地下水的主要补给来源。井田地下水类型主要为承压水， 潜水分布范围很有限。承压水主要在露头区接受大气降水补给，而含水层的出露 范围除奥灰广泛外，其余都很小，因此承压水补给条件除奥灰较好外，其余都不 好。河谷、沟谷中的基岩风化带裂隙水，可接受第四系孔隙潜水或河水补给，其 范围只限于露头区。第四系孔隙潜水，可接受大气降水或河水补给，接受补给条 件相对较好。 井田奥灰水属娘子关泉域，处于娘子关泉域的深循环弱径流区，北邻南燕竹 井田 sg1 号孔的水质表明该处奥灰水径流条件较好，至于井田内，由于水位及 水质资料缺乏，奥灰水的径流方向及径流强度尚难确定。 重庆大学本科学生毕业设计（论文） 14 奥灰水总的排泄区为娘子关泉。从总体上看，石炭、二叠系含水层岩溶裂隙 发育程度和富水性由浅埋区往深埋区逐渐变弱，径流条件愈来愈差。井田内石炭、 二叠系含水层，受岩溶、裂隙发育程度的控制，承压地下水径流排泄条件均较差。 基岩风化带裂隙水及第四系砂砾石孔隙水，受地形控制，经短途径流排向河道或 渗入下伏岩层裂隙中，径流条件相对较好，排泄途径也较多，可以通过泉、地面 蒸发和人工采水等方式排泄。 构造控水情况 5 阳泉矿区位于太行山隆起带中段西侧，北部为五台地块，属于沁水盆地东北 边缘地带。矿区处于太行山隆起带和东西向构造带的复合部位，由于北东复合部 位应力集中，向西南方向减弱，因而形成了一个东北部位抬高而向南西倾斜的单 斜构造，倾角一般 610。在这一构造基础上又发育了次一级 nne、ne 与 nee 走向的褶皱群，陷落柱相当发育，构成矿区的主要构造特点。这些构造的分 布对阳泉矿区地下水的补、迳、排条件具有重要的控制作用。 新元矿属于阳泉矿区的寿阳区，本区从总体上看为一走向近东西，倾向南 的单斜构造。在此背景上又发育着一些不同方向的次一级的褶曲和断裂。新元井 田基本构造形态同样受控于本区构造，为一单斜走向近东西倾向南的单斜构造， 地下水的补给、运移等受郭家沟断层、东山背斜等的控制。其上又有大南沟背斜、 蔡庄向斜及草沟背斜等次一级宽缓褶曲。从勘探资料看，这些褶曲轴部均富水， 成为新元井田的汇水或导水通道。在矿井采掘过程中，当通过这些构造轴部时， 由于构造的富水或导水作用，有可能引发矿井突水而造成灾害。 井田水文地质类型 6 井田煤层处于深埋区，煤系内及以上邻近基岩含水层，远离露头区，与地表 水体和第四系含水层无力联系，地下水补给条件很差，含水层富水性很弱。 井田内主要含水层是煤系以下的上马家沟组岩溶含水层，富水性强，但距煤 层远，一般不会危及开采。 本井田主要可采煤层为 3 号、4 号煤。3 号煤的主要充水含水层为其上覆砂 岩裂隙含水层，4 号煤主要充水含水层以上覆砂岩裂隙含水层为主，其次为下伏 的山西组含水层。 据上述矿床主要充水含水层的容水空间特征、充水方式及水文地质条件的复 杂程度，井田矿床水文地质类型可划分为两类；山西组煤主要为第二类第一型， 即水文地质条件简单的顶板间接充水的裂隙充水矿床，太原组煤为第三类第一亚 类第一型，即水文地质条件简单的顶板间接充水的以溶蚀裂隙为主的岩溶充水矿 床。 1 矿区概述及井田地质特征 132 矿井涌水量 7 根据地质报告，矿井正常涌水量为 150m3/h、最大涌水量为 210 m3/h。考虑 到现开采 3 号煤层位于浅部，随着开采深度的增加，矿井涌水量有增大的趋势， 开采下组煤时，上覆煤层采空区积水也将给开采带来威胁，同时全井田为奥灰带 压开采，综合考虑各种因素，结合阳煤集团地质处对黄丹沟矿井生产资料的调查 结论，根据矿方要求按矿井较大的涌水量进行设计，矿井正常涌水量 680m3/h， 最大涌水量 1000m3/h。确保矿井在不利条件下的安全生产，同时也有利于节能减 排。 1.2.3 其它有益矿产 井田内除埋藏着丰富的煤炭资源外，还赋存有一些其它矿产，简述如下： 铝土岩 1 主要为本溪组底部之 g 层铝土，厚 0.8219.82m，平均 9.93m，al2o3含量 17.7149.53%，平均 33.82%；sio2含量 29.0561.20%,平均为 40.60%；铝硅比 值为 0.83，未达工业品位。 其次为下石盒子组顶部的铝质泥岩，俗称“桃花泥岩”，井田内有 13 层，厚 2.0014.48m, al2o3含量 20.8122.00%，无开采利用价值。 铁矿 2 主要为山西式铁矿，产于本溪组底部，奥陶系风化面之上，呈鸡窝状分布， 极不稳定，厚 04.5m，平均 0.79m，为黄铁矿与铝土混生体，fe2o3含量 7.0851.52%，平均 31.37%。st 含量 5.3033.82%，平均 17.58%，含硫品位可 达级工业指标，因分布极不稳定，品位变化大，埋藏深，无开采利用价值。 石灰岩 3 赋存于奥陶系、石炭系本溪组和太原组，以奥陶系石灰岩为主，cao 含量 31.3149.16%，平均 43.67%；mgo 含量 0.374.43%，平均 1.97%；sio2含量 1.0017.55%,平均为 6.29%。可以用作水泥原料、煅烧石灰及建筑材料，限于其 埋藏较深，难以开采利用。 石膏 4 赋存于奥陶系中统峰峰组的下部，厚度不大，cao 含量 28.4832.24%，平 均 30