煤矿特厚煤层开采方案研究硕士论.doc

分 类 号 密 级太原理工大学工程硕士学位论文题目 XXXX煤矿特厚煤层开采方案研究研究生姓名 X X X学 号 XXXXX工程领域 矿业工程研究方向 特厚煤层开采导师姓名 X X X职 称 X X X 学位授予单位：太原理工大学论文提交日期 XXX 地 址： 山西太原XX煤矿特厚煤层开采研究摘 要 特厚煤层高效开采一直是困扰煤矿生产的重要课题，因此进行深度开展煤矿特厚煤层的开采技术研究有着相当重要的工程实用价值和实际经济意义。论文运用理论分析与与现场数据资料相结合的方法对XX煤矿特厚煤层开采及采区巷道布置的关键技术问题进行了探讨研究，提出了综采工作面布置调整建议；揭示了特厚煤层的地质特征规律，对选用液压支架型的适用性进行了检验评价。研究成果在生产实践中得到了适当有效应用，为解决生产技术问题发挥了积极作用。基于XX煤矿5-1#煤层地质条件，对煤层上部顶板的稳定性特征进行了研究，得出了通过放顶煤开采方式，一次开采全部煤层的结论；基于煤层结构特征及力学属性，对其在回采期间的力学行为效应进行了预测研究，得出了综采工作面顶板初次来压步距、周期来压步距、最大来压强度等重要参数，并确定了适宜的综采支架型号为ZF6400/16/32型液压支架。根据XX煤矿5-1#煤层位于太原组中部，上距4号煤层13.32-37.35m，平均25.55m，煤层厚度为4.15-14.60mm，平均10.29m，结构复杂，一般含3-5层夹矸，局部含1层夹矸，夹矸岩性为泥岩、炭质泥岩。煤层稳定赋存区全区可采。煤层厚度变化幅度较大，井田内向东南部逐渐变薄。其煤层顶板为粗砂岩、炭质泥岩、中砂岩，偶见含砾砂岩、泥岩，结构简单，发育稳定，强度较大的特征，确定了工作面回采的设备选型的设计思路；根据5-1#煤层为稳定可采煤层的特征，5-1#煤层综采工作面综合考虑巷道围岩性质、地压大小和方向；巷道服务年限、用途及位置；再根据充分发挥其开采效率的原则进行采煤机设计；同时要认识到煤层开采是一个整体工程，确定开采相关配套设施的有机整体协调考虑，提出了XX煤矿综采工作面使用大型综喝式采放顶煤方式。本研究为XXXX矿区乃至周边矿区特厚煤层高效安全开采提供了值得借鉴的先进工艺和技术，实践应用结果验证了理论研究成果的合理性。关键词：特厚煤层，煤层开采，放顶煤开采目 录第一章 绪 论5第一节 选题背景及其意义5第二节 特厚煤层开采理论技术现状6第三节 研究内容与方法7第二章 地质力学条件特征研究9第一节 地层9第二节 井田构造11第三节 煤层及煤质12第四节 瓦斯、煤尘、煤的自燃倾向性、地温21第五节 井田水文地质26第三章 矿井准备、回采巷道布置35第一节 矿井地质条件35第二节 掘进工作面个数及掘进设备36第三节 井巷工程量和掘进率37第四章 井下开采39第一节 工作面布置39第二节 采煤方法41第三节 首采煤层及首采工作面位置选择48第四节 采煤工艺52第五节 回采工作面主要设备选型54第六节 工作面主要参数确定61第七节 工作面设计生产能力64第八节 盘区及工作面回采率64第五章 结论66第一章 绪 论第一节 选题背景及其意义煤炭是我国经济建设的主要能源，在国民经济中具有重要的战略地位。随着我国市场经济的发展，煤炭工业日趋向集约化、高产高效的方向发展，我国煤炭产量已居世界第一，但煤炭供应紧张局面仍然没有得到缓解。我国厚煤层储量丰富，约占探明储量的 47.7%， 每年地下开采厚煤层产量约占全国煤炭产量的 40%50%， 为我国煤炭工业可持续发展提供了资源保障，大采高开采工艺已成为厚煤层开采发展的重要方向之一。山西省煤炭资源储量巨大，已探明储量居全国第一。大同煤田为我国开采时间最悠久，生产能力巨大的煤田主产区。XX煤矿集团XXXX煤业有限公司隶属于XX煤矿集团有限责任公司，为了加快培育大型煤矿企业和企业集团,提高煤炭产业集中度和产业水平，促进煤炭产业结构优化升级。根据山西省煤矿企业兼并重组整合工作领导组办公室文件晋煤重组办发200935号关于朔州市山阴县煤矿企业重组整合方案（部分）的批复，以大同煤矿集团有限责任公司为主体企业，兼并重组整合原山西山阴XX煤业有限公司、山西山阴东湾沟煤业有限公司，并新增面积2.0429km2。兼并重组整合后企业名称为大同煤矿集团XXXX煤业有限公司。2009年12月10日山西省国土资源厅为XX煤矿集团XXXX煤业有限公司发放了C1400002009121220047864号采矿许可证，批准开采3-2、4、5-1、5-2、8号煤层，生产规模90万t/a，井田面积10.7041km2。当煤层大于10m，上覆岩层折断的厚度将超过100m时，岩梁的折断步距、折断岩梁运动的自由空间均较大。工作面支架将承受岩梁大规模运动引起的动载荷和较大的偏心载荷，从而影响到支架的稳定性，使支架-围岩关系恶化。由于煤层厚度加大，设备趋于大型化、复杂化，致使设备的维护量和管理难度进一步增加；设备机动性变差，对变化的工作面地质条件适应性差， 顶板控制更加困难，工作面推进能力降低。 煤壁片帮加剧，工作面冒顶的机会增加，特别是当采高不断提升，需要垮落更多的岩层来充填采空区，当直接顶不能充填满采空区时，在普通采高工作面被看做老顶的上位岩层则要与直接顶一起垮落到采空区，成为垮落带的一部分，在坚硬顶板和坚硬煤层条件下，极易产生采空区动力灾害。随着工作面长度进一步加大，以及机械设备日趋重型化的一系列问题的出现，导致支架-围岩系统控制和综采装备配套问题成为国际性采矿难题。第二节 特厚煤层开采理论技术现状近三十年来，我国在神东、徐州、宁东、铜川、开滦、阳泉、西山、兖州、邢台、双鸭山、铁法、枣庄等矿区，推广使用大采高综采，至今已取得了长足进步。为适应我国煤矿综采机械化的发展， 国内综采设备科研设计和制造企业已研制开发出具有独立知识产权、较先进技术水平的大功率电牵引采煤机、重型刮板输送机、电液控制强力液压支架和多点驱动大运力带式输送机，配套设备的生产能力达到15002500t/h，在适宜的煤层和矿井条件下，综采工作面可实现年产 300 万 t 以上。我国虽然在这方面起步比较晚，但是通过近三十年的努力，取得了较好技术经济效果。但是我国大采高综采设备受设计制造水平、优质材料等条件限制，在技术性能和工作可靠性方面，与国际先进水平有明显差距。煤矿使用的高端煤炭生产装备几乎被国外厂商所占领，重点矿区 46m 厚煤层一次采全高综采装备主要依靠进口。例如创造综采年产世界记录的神华、 兖矿等煤炭企业， 其大采高综采的高端装备仍以进口为主。 美国、澳大利亚综采工作面全部采用计算机网络化自动化控制技术， 而我国综采工作面成套设备平均生产能力(300 万 t 左右)仅相当美国、 澳大利亚的 50%。 我国在综机制造业上和国际水平的差距，正是今后我国大采高综采设备发展所需要弥补的。第三节 研究内容与方法本论文以XXXX煤矿井下条件下特厚煤层放顶煤开采技术研究为背景，采用现场调查、理论研究和现场开采实践等方法，主要研究内容包括：（1） 深入调查与分析XX矿区地质赋存环境、 工作面地质特征和开采技术条件。（2）回采工作面顺槽及切眼巷道的掘进方式和支护方案研究。（3）综采回采方法研究。第二章 地质力学条件特征研究第一节 地层XXXX矿井田位于大同煤田南部边缘大同国家规划矿区南区中南部，地表大面积被第四系黄土覆盖，仅在沟谷中有少面积基岩出露，出露地层为二叠系下统下石盒子组、山西组、石炭系上统太原组、中统本溪组。据钻孔揭露地层并结合区域地层资料，地层由老至新如下：1、奥陶系中统上马家沟组（O2s）本次井田内钻孔揭露该地层不全，据左云南普详查勘探区地质资料中的3个岩溶孔揭露，厚度为22.060.4m，岩性为厚层状灰色、浅灰色石灰岩、白云质石灰岩夹少量泥灰岩。底部有一层厚约2m左右之灰黄色角砾状石灰岩。本次钻孔揭露厚度大于200m。2、石炭系中统本溪组（C2b）底界为山西式铁矿，即铁铝层，与下伏地层呈平行不整合接触。岩性为深灰色泥岩、砂质泥岩夹数层浅灰色中砂岩及12层褐红色石灰岩。厚度为5.8944.06m，平均为27.09m。3、石炭系上统太原组（C3t）为本井田内主要含煤地层。从K2砂岩底到K3砂岩底，其岩性主要为灰白色砂岩、灰色、灰黑色砂质泥岩、泥岩及煤层组成。底部的K2砂岩为3.7017.97m，平均8.86m的灰白色粗粒砂岩，发育良好，是太原组与与本溪组的分界砂岩；中部一层厚砂岩，以长石为主，含砾，胶结松散，易风化，稳定性较好，常作为辅助标志层。太原组含6层煤层及2-3条煤线，煤层自上而下依次编号为4-1、4-2、5-1、5-2、8、11号煤层。据井田内利用钻孔揭露，本组地层厚度为85.40-123.05m，平均102.67m，与下伏地层本溪组呈整合接触。4、二叠系下统山西组（P1s）岩性主要由灰色、灰白色砂岩，灰黑色、灰色砂质泥岩、铝质泥岩组成。最底部K3砂岩为灰白色含粒粗砂岩，与太原组分界，一般为下伏4-1号煤层的直接顶板，厚度为1.4022.80m，平均8.67m。山西组含2层煤层及1-2条煤线，煤层自上而下为3-2-1、3-2号煤层。据井田内利用钻孔揭露，本组地层厚度为59.66110.10m，平均84.45m。与下伏地层太原组呈整合接触。5、二叠系下统下石盒子组（P1x）底界为中粗砂岩（K4），与下伏地层呈整合接触。K4砂岩厚度4.5917.47m，平均12.70m，为长石石英砂岩，泥质胶结，风化后呈灰黄色，为疏松状。下部为灰绿色砂质泥岩夹薄层状中、细砂岩，厚度约3040m。上部为灰绿色砂质泥岩夹有紫斑状铝质泥岩数层。风化后紫色增多，厚度3040m。本组地层残留厚度为0-92.24m。6、第四系中、上更新统（Q2+3）本统下部为浅红色亚粘土、亚砂土夹钙质结核。上部为土黄色亚砂土。广布于丘陵之顶及斜坡之上。厚度067.88m。7、第四系全新统（Q4）为冲积层，由砂、卵石及次生黄土组成，分布于马营河两岸。厚度05.00m。第二节 井田构造本井田位于大同煤田南部洪涛山背斜的西翼，总体为一走向北东，倾向北西的单斜构造，在单斜的基础上井田西部发育次一级轴向西的向斜。井田北部地层倾角平缓，约24，井田东南部地层倾角稍陡，约57。井田内发育有3条断层，未见陷落柱，没有岩浆岩侵入。总之，井田地质构造简单。1、褶曲S1向斜：位于井田内西部，轴向西，倾角12，向西倾伏。向斜轴在井田内延伸长度1200m左右。2、断层（1）F1正断层位于井田中部，在原XX煤业有限公司及东湾沟煤业有限公司4号煤层井下掘进过程中发现，断层走向由北东-北西向，倾向由北西转北东向，落差40-48m，倾角70，井田内延伸长度为4050m左右。（2）F2正断层：位于井田西部，在原XX煤业有限公司井下掘进4号煤层时揭露，断层走向北西向，倾向南西，落差8m，倾角70，井田内延伸长度为1100m左右。（3）F3正断层：位于井田东部，在东湾沟煤业有限公司4号煤层井下掘进过程中发现，断层走向北西向，倾向南西，落差6m，倾角70，井田内延伸长度为70m左右。各断层特征详见表1-4-1。 主要断层特征表 断层名称性 质走 向倾 向倾角(度)落差(m)备 注F1正断层北东北西向北西北东向704048F2正断层北西向南西708F3正断层北西向南西706第三节 煤层及煤质(一)煤层1、含煤性井田含煤地层为石炭系上统太原组和二叠系下统山西组。山西组含2层煤层及1-2条煤线，煤层自上而下为3-2-1、3-2号。3-2-1号煤层，平均厚度为1.56m，为不稳定局部可采；3-2号煤层平均厚度为2.38m，为较稳定大部可采煤层。其他煤线极不稳定，不可采。本组含煤总厚3.94m，地层厚度62.50m，含煤系数为6.30%。太原组共含6层煤层及2-3条煤线，煤层自上而下为4-1、4-2、5-1、5-2、8、11号煤层，煤层平均厚度分别为1.12m、5.82m、10.29m、1.61m、1.30m、1.70m，其中，4-1号煤层为不稳定局部可采煤层，8、11号煤层为较稳定大部可采煤层，4-2、5-1、5-2号煤层为稳定可采煤层。本组煤层总厚度21.84m，地层厚度为102.67m，含煤系数为21.13%。2、可采煤层本井田内可采煤层共7层，分别为山西组的3-2-1、3-2号煤层，太原组的4-1、4-2、5-1、5-2、8、11号煤层。现对各可采煤层分述如下：（1）3-2-1号煤层位于山西组中下部，煤层厚度变化较大，03.60m，平均1.56m,结构简单，含夹石0-2层，夹矸厚度0.25-0.57m。煤层中部、南部、东南部大面积尖灭，属不稳定赋存区局部可采煤层。该煤层井田内未被开采，但因4-2号煤层大面积采空形成蹬空破坏区。煤层顶板岩性泥岩、砂质泥岩和粉、细砂岩；底板泥岩、砂质泥岩、高岭土及粉砂质泥岩。（2） 3-2号煤层位于山西组下部，上距3-2-1号煤层1.58-20.00m，平均13.37m，煤层厚度为0-4.00m，平均2.38m，结构简单较简单，一般含2个夹矸，局部不含夹矸，夹矸厚度0.20-0.70m,岩性为炭质泥岩、泥岩。煤层较稳定，赋存区大部可采。该煤矿井田内未被开采，但因4-2号煤层大面积采空形成蹬空破坏区。煤层顶板为砂质泥岩、泥岩、粉砂质泥岩，局部为粗砂岩；底板为泥岩、细砂质泥岩，局部为铝土岩。（3）4-1号煤层位于太原组顶部，上距3-2号煤层5.50-26.25m，平均10.95m，煤层厚度0-4.40m，平均1.12m，结构简单，一般不含夹矸或含1层夹矸，局部含2层夹矸，夹矸厚度0.20-0.50m，局部达1.00m，岩性为炭质泥岩、泥岩。该煤层中部以南、东南部大范围尖灭，属不稳定赋存区局部可采煤层。井田内未被开采，但因4-2号煤层大面积采空形成蹬空破坏区。煤层顶板为粉细砂岩、粉砂质泥岩，局部为泥岩；底板为泥岩、高岭质泥岩及粉砂质泥岩。（4）4-2号煤层位于太原组上部，上距4-1号煤层4.60-16.78m，平均9.99m，煤层厚度2.45-8.80m，平均5.82m，结构简单复杂，一般含夹矸2-4层，局部不含夹矸，夹矸厚度0.25-0.65m，岩性为炭质泥岩、泥岩。煤层稳定赋存区全区可采。井田内煤层厚度西北最薄，东南部次之，西南部ZK2-1孔一带变薄，其余部分厚度较均匀。东南角煤层出露。该煤层井田内F4断层以南大部被采空。煤层顶板为泥岩、粗砂岩、细砂岩及粉砂质泥岩；底板为泥岩，局部为粉砂质泥岩。该煤层大部被采空区，并导致上层煤层可采区形成蹬空破坏而变成不可采煤层。（5）5-1号煤层位于太原组中部，上距4号煤层13.32-37.35m，平均25.55m，煤层厚度为4.15-14.60mm，平均10.29m，结构复杂，一般含3-5层夹矸，局部含1层夹矸，夹矸岩性为泥岩、炭质泥岩。煤层稳定赋存区全区可采。煤层厚度变化幅度较大，井田内向东南部逐渐变薄，西南部ZK2-2孔一带变薄。煤层东南部出露。煤层顶板为粗砂岩、炭质泥岩、中砂岩，偶见含砾砂岩、泥岩；底板为泥岩、高岭质泥岩，局部为粗砂岩及含砾砂岩。（6）5-2号煤层位于太原组中下部，上距5-1号煤层1.35-15.30m，平均3.82m煤层厚度0-4.00m，平均1.61m，结构简单，一般不含夹矸，局部含1层夹矸，厚度0.20-0.40m，岩性为炭质泥岩、泥岩。仅井田东南部有尖灭现象，煤层稳定赋存区大部可采。该煤层厚度变化情况总体上井田四周薄，中部厚，东边界出现小面积尖灭区。东南部出露。煤层顶板为泥岩、粉砂质泥岩、粗砂岩，偶有高岭质泥岩；底板为泥岩、粉砂质泥岩及粗砂岩、砂质泥岩。（7）8号煤层位于太原组下部，上距5-2号煤层1.75-14.75m，平均6.11m，煤层厚度为0.35-4.45m，平均1.30m，结构简单复杂，一般不含夹矸，局部含1-2层夹矸，偶见4层夹矸，夹矸厚度0.20-0.70m，岩性为泥岩、炭质泥岩。井田西部、东南部有变薄，出现不可采区域，东南部出露。煤层较稳定赋存区大部可采。煤层顶板为泥岩、粉砂质泥岩，局部粗砂岩及砂质泥岩；底板为泥岩、细砂岩，局部为粗砂岩、砂质泥岩及炭质泥岩。（8）11号煤层位于太原组下部，上距8号煤层2.65-24.10m，平均9.66m，煤层厚度为0.24-5.60m，平均1.70m，结构简单较简单，含0-3夹矸，夹矸厚度0.20-0.70m，岩性为泥岩、炭质泥岩。井田东南部煤层出露，东南部和西部煤层变薄成为不可采区。煤层较稳定赋存区大部可采。煤层顶板为粉砂岩、粗砂岩、高岭土，局部为泥岩；底板为粉砂岩、细砂岩、泥岩，局部为粗砂岩及高岭岩。各可采煤层特征详见表1-4-2。 可采煤层特征一览表 表1-4-2煤层号煤层厚度最小-最大平均(m)煤层间距最小-最大平均(m)结构(夹矸数)稳定性可采性顶底岩性顶板底板3-2-10-3.601.56简单(0-2)不稳定局部可采泥岩砂质泥岩粉、细砂岩泥岩砂质泥岩高岭质泥岩粉砂质泥岩1.58-20.0013.373-20-4.002.38简单(0-2)较稳定大部可采砂质泥岩泥岩粉砂质泥岩粗砂岩泥岩细砂质泥岩铝土岩5.50-26.2510.954-10-4.401.12简单(0-2)不稳定局部可采粉细砂岩粉砂质泥岩泥岩泥岩高岭质泥岩粉砂质泥岩4.60-16.789.994-22.45-8.805.82简单-复杂（0-4）稳定全区可采泥岩粗砂岩细砂岩粉砂质泥岩泥岩粉砂质泥岩13.32-37.3525.555-14.15-14.6010.29复杂（0-5）稳定全区可采粗砂岩炭质泥岩中砂岩含砾砂岩泥岩泥岩高岭质泥岩粗砂岩含砾砂岩1.35-15.303.825-20-4.001.61简单（0-1）稳定大部可采泥岩粉砂质泥岩粗砂岩高岭质泥岩泥岩粉砂质泥岩粗砂岩砂质泥岩1.75-14.756.1180.35-4.451.30简单复杂（0-4）较稳定大部可采泥岩粉砂质泥岩粗砂岩砂质泥岩泥岩细砂岩粗砂岩砂质泥岩炭质泥岩2.65-24.109.66110.24-5.61.70简单较简单（0-3）较稳定大部可采粉砂岩粗砂岩高岭岩粉吵岩细砂岩泥岩粗砂岩 3、煤层对比煤层对比是在地层对比的基础上采用煤层特征、岩性组合特征、标志层特征等对比方法进行对比的。本井田含煤地层为山西组和太原组，山西组与太原组地层分界标志为K3砂岩。山西组含可煤层煤层3-2-1、3-2号煤层及2-4条极不稳定的煤线。太原组含4-1号煤层至11号煤层及3-5条稳定的煤线。在此基础上，采用以下对比方法进行煤层对比：煤层特征对比：煤层自身最具对比特征的是5-1号煤层。5-1号煤层为特厚煤层，结构复杂，井田内可作为煤层对比主要标志，以该煤层为主，其上下其它煤层结合自身特征易于对比。其上4-2号煤层属厚煤层，结构复杂，全区可采。其下5-2号煤层上距5-1号煤层平均6.11m，总体属中厚煤层，结构简单，发育稳定。5-2号煤层再下为8号煤层上距5-2号煤层平均1.28m,结构简单复杂，较稳定。11号煤层上距8号煤层平均9.66m，结构简单较简单，属较稳定大部可采煤层。4-2号煤层之上即是4-1号煤层，属中厚煤层，结构简单，含0-2层夹石，结合K3标志层，易于识别。标志层对比：K3砂岩为太原组与山西组的分界砂岩，灰白色含砾粗砂岩，全区发育稳定，层位稳定，是识别4-1号煤层的明显标志。4-1号煤层位于太原组顶部，K3砂岩为其直接顶板或间接顶板。4-1号煤层之下即为4-2号煤层。K3标志层之上是3-2号煤层，往往是3-2号煤层底板，所以K3砂岩标志层也是识别3-2号煤层重要标志。3-2号煤层之上为3-2-1号煤层，该煤层不稳定，结构简单，井田内有尖灭现象。根据上述煤层自身特征和标层特征对比，辅之以煤层顶底板岩性组合特征，煤层对比可靠。(二)煤质1、物理性质及煤岩特征本区4-2、5-1、5-2、8号煤以半亮型煤为主，沥青玻璃光泽，碎块状、较坚硬，参差阶梯状断口。3-2号煤以半暗型煤为主，弱玻璃光泽，碎块状块状，质较硬，参差状断口。光亮型煤及暗淡型煤在各煤层中含量很少，多为较薄的夹层。2、煤的化学性质和工艺性能井田内可采煤层为3-2-1、3-2、4-1、4-2、5-1、5-2、8、11号煤层。本次钻孔煤芯样经国家煤及煤化工产品质量监督检验中心进 行了煤质化验，结果如下，详见各煤层煤质分析成果汇总表（表1-4-3）。3、煤类3-2-1号煤为中灰-高灰、特低硫、低热值-中热值之长焰煤。3-2号煤为中灰-高灰、特低硫低硫、低热值-中热值之长焰煤。4-1号煤为中灰-高灰、特低硫低硫、特低热值中热值之长焰煤。4-2号煤为低灰-中灰、特低硫低硫、中热值-高热值之长焰煤。5-1号煤为低灰、特低硫高硫分、低热值-高热值之气煤。5-2号煤为特低灰高灰、低硫分高硫分、低热值-高热值之气煤。8号煤为特低灰中灰、低硫分高硫分、低热值-高热值之气煤。11号煤为特低灰中灰、特低硫高硫分、特低热值-高热值之气煤。4、煤的工业用途据煤类及煤质特征确定，3-2-1、3-2、4-1、4-2号煤可作为工业动力用煤及民用煤，5-1、5-2、8、11号煤层可作为炼焦配煤、工业动力用煤及民用。5、煤层风化和氧化各可采煤层在井田东南角出露。20世纪80年代至2005年，曾在东南部开采4-2号煤层。采掘揭露情况，基岩以下20-30m，露头内50-80m被风氧化。6、其它有益矿产井田内其它有益矿产有高岭石、紫砂石。（1）高岭石井田内含煤地层中含有丰富的高岭石矿产，主要赋存在4号煤层的顶底板或夹石中。该高岭石呈深灰色，致密坚硬，地表风化矿石呈浅棕色。矿石以块状构造为主，少见条纹条带状构造，多显砂砾状结构，故有“黑砂石”之称。据1995年山西煤田地质研究所采样化验结果，该高岭石中SiO2含量为47.75%，Al2O3含量为34.03%，Fe2O3含量为0.24%，TiO2含量为0.77%，CaO含量为0.53%，MgO含量为2.10%，K2O含量为0.34%，Na2O含量为1.08%。根据以上特征，本区高岭石可有如下用途：1）耐火粘土原料据矿产工业要求参考手册（1987）对耐火粘土的质量要求，本区高岭石可作为耐火粘土的原料。2）陶瓷原料据该层高岭石的外观特征、化学成分及矿物成分特征，本区高岭石为优质陶瓷原料。3）涂布造纸中的应用据朱光林等人对该层高岭石的研究，在造纸工业中煅烧高岭石既是一种很好的涂料。4）制造聚合铝（PAC）依据我国目前用作聚合铝原料的煤层夹矸的化学成份变化范围5）制4A分子筛的原料4A分子筛是合成分子筛的一种，即铝硅酸钠（Na2OAl2O3ZSiO24.5H2O），其结构类似氧化钠晶体。用泥岩合成4A分子筛时，矿石矿物是高岭石，以Al2O3含量为3840%、Al2O3/ SiO2为0.8487左右者最佳；Fe2O3Ti2OCaOMgO是有害杂质，含量越低越好；并且，还要求原料有较高的烧后白度。（2）建筑材料井田内二叠系上、下石盒子组、山西组及石炭系太原组地层中，砂岩非常发育，在沟谷及山梁上常有出露，胶结一般较致密，坚硬，采掘也比较方便，可用为很好的民用建筑材料。另外，奥陶系灰岩亦是良好的建筑材料。第四节 瓦斯、煤尘、煤的自燃倾向性、地温(一)瓦斯根据山西省煤炭工业局文件晋煤安发200989号文关于朔州市2008年度30万吨/年及以上煤矿矿井瓦斯等级和二氧化碳涌出量鉴定结果的批复，山西山阴XX煤业有限公司2007年度矿井瓦斯绝对涌出量为2.68m3/min，相对涌出量为3.86m3/t，二氧化碳绝对涌出量为3.55m3/min，相对涌出量为5.11m3/t，为低瓦斯矿井；2008年度矿井瓦斯绝对涌出量为1.08m3/min，相对涌出量为1.56m3/t，二氧化碳绝对涌出量为2.21m3/min，相对涌出量为3.18m3/t，鉴定结论矿井为低瓦斯矿井。 (二)煤尘据山西省煤炭工业局综合测试中心通过钻孔采取煤芯样并进行煤尘爆炸危性检测结果，各煤层煤尘均具有爆炸危险性。检测结果下表1-4-4。 煤尘爆炸危险性检测结果表采样钻孔采样深度（m）煤层火焰长度（mm）加岩粉量（%）爆炸危险性ZK1-138.62-39.283-2-126065有39.78-41.9830065有45.04-47.053-227065有ZK4-557.64-58.444-115060有ZK1-178.05-79.374-230070有79.67-80.3740075有80.69-82.6940075有82.69-84.1540075有ZK4-564.65-67.154-240075有67.55-69.8540065有70.05-71.553045有ZK1-199.29-101.295-140075有101.29-103.2930070有103.29-105.2931070有105.29-107.2940075有107.29-108.6340075有ZK4-5104.77-106.775-130070有106.77-108.7730070有108.77-110.7740075有110.77-112.7740075有112.77-114.8240075有ZK1-1116.58-117.785-230070有ZK4-5117.08-119.7340070有ZK4-5123.88-125.10826065有ZK4-5133.98-135.681140075有136.08-138.6640075有因此，建议在今后掘进、生产中应注意洒水防尘，定期清理巷道壁浮尘，以杜绝煤尘爆炸事故的发生。 (三)煤的自燃倾向性据山西省煤炭工业局综合测试中心进行的煤的自燃倾向性检测结果可知（详见表1-4-5），井田内3-2-1、3-2、4-1、5-2、8、11号煤层均为自燃煤层，4-2、5-1号煤层为自燃容易自燃煤层。建议在今后生产中一定要注意浮煤的清除和采空区的密闭，要制定防止煤层自燃及灭火措施，调查了解相邻矿井的火区情况，防止发生煤的自燃，确保安全生产。煤自燃倾向性检测结果表采样钻孔采样深度（m）煤层吸氧量（cm3/g）自燃等级倾向性ZK1-138.62-39.283-2-10.65自燃39.78-41.980.69自燃45.04-47.053-20.67自燃ZK4-557.64-58.444-10.59自燃ZK1-178.05-79.374-20.67自燃79.67-80.370.68自燃80.69-82.690.77容易自燃82.69-84.150.84容易自燃ZK4-564.65-67.154-20.69自燃67.55-69.850.73容易自燃70.05-71.550.54自燃ZK1-199.29-101.295-10.63自燃101.29-103.290.62自燃103.29-105.290.64自燃105.29-107.290.73容易自燃107.29-108.630.73容易自燃ZK4-5104.77-106.775-10.63自燃106.77-108.770.62自燃108.77-110.770.74容易自燃110.77-112.770.72容易自燃112.77-114.820.68自燃ZK1-1116.58-117.785-20.66自燃ZK4-5117.08-119.730.67自燃ZK4-5123.88-125.1080.61自燃ZK4-5133.98-135.68110.70自燃136.08-138.660.69自燃经调查，4-2号煤层东南部采空区2005年发生煤自燃现象，煤矿发现后对采空区进行了密闭。(四)地温、地压钻孔测温结果（根据ZK5-1号）如下表:ZK5-1钻孔测温成果表点号孔深 (m)温度 ()点号孔深 (m)温度 ()12.701118014.32109.71220015.332010.31322016.244010.81424017.05609.61526017.768010.51628018.5710011.31729719.3812012.2914012.81016013.6据上表,最上一层可采煤层（3-2-1号）深度的温度是约14.3，最下层（11号）深度的温度是19.3。初步确定本井田地温正常。但本次简易地温测量未经校正，可作参考。但本井田今后仍需做进一步的地温测量工作，确定地温有无异常情况。根据煤矿井下采掘未见地压异常。第五节 井田水文地质(一)地表水井田内无常年性地表水体，马营河由东北向西南穿过井田，井田东南部有一条较大的沟谷-东沟湾，与马营河相接。马营河属季节性河流，平时干涸无水。洪雨季时东沟湾汇水排入马营河，马营河洪水由东北向西南排泄。原XX煤业有限公司主斜井位于井田西部的冲沟岸上，井口高出冲沟15m以上，副井和风井位于井田西南部稍大的沟谷岸上，井口标高高出沟底分别5m、8m。原东湾沟煤业主、风井分别位于东南部的半山坡上，远离沟底。所以，井田内各井筒均不受沟谷洪水影响。雨季在冲沟两侧可出现泉水，为下降泉，多集中在北部山村附近，流量均很小。出水层位为石盒子组（P1x）中的中粗砂岩。山村和马营村都有水井，据访问水量逐年减小。山村水井为上石盒子组（P2s）下部砂岩涌出，井深为1.3m，涌水量为0.05l/s。(二)含水层1、奥陶系中统石灰岩岩溶含水组本次水文孔ZK4-5揭露下马家沟组厚度为211.62m，岩性为灰白色石灰岩、灰白色白云质石灰岩互层。据井田西部马营乡西八一煤矿井田内101号水文孔钻孔(2005年9月成孔)揭露该层180余米，有两个层段溶孔发育，上部在上马家沟组灰岩顶面至60m，下部在140-170m，水位埋深248.20m，静止水位标高1280m。本次水文孔ZK4-5抽水试验，上马家沟组无水，冲洗液全漏失，无法观测到奥灰水位。据井田西部马营乡西八一煤矿井田内101号水文孔钻孔(2005年9月成孔)揭露该层180余米，有两个层段溶孔发育，上部在上马家沟组灰岩顶面至60m，下部在140170m，水位埋深248.20m，静止水位标高1280m。本井田位于该矿径流区上游10km处，而位于神头泉域东北部，神头泉东北方向，是泉域的补给径流区。据此推断本井田奥灰水位标高1290 -1291m。2、石炭系上统太原组砂岩裂隙含水层本含水层主要为5-1号煤层的顶板粗砂岩，厚10余米，为直接充水含水层。ZK4-5水文孔26.80-175.50m(山西组太原组综合抽水试验)抽水试验结果，涌水量为0.375L/s,单位涌水量为0.0084L/sm，渗透系数为3.25m/d,水位标高为1475.23m。水质类型为HCO3ClSO4-K+Na型，总硬度为536.21mg/L,PH值为8.22。3、二叠系下统山西组砂岩裂隙含水层本含水层主要为底部K3砂岩，为中粗砂岩夹不稳定的砂质泥岩。分布稳定，该砂岩带厚度1.40-22.82m，平均8.67m。为4-1号煤层的直接充水含水层。在XX煤矿主斜井掘进揭露该砂岩层有泉水涌出，涌水量4.5m3/d，泉水标高为1508.57m。水质类型为HCO3-CaMg型，矿化度为262mg/l，总硬度为199.88mg/l。4、二叠系下统下石盒子组砂岩裂隙含水层本含水层有2层砂岩层段，即（1）底部K4砂岩，为粗砂岩，底部为砾岩，泥质胶结，厚度为4.59-17.47m，平均12.70m。（2）中部含砾粗砂岩层段，厚5.85-14.73m,平均10.29m。本井田该层暴露地表有泉水泄出。泉水水量很小，涌水量约0.001l/s。据1001号孔揭露，该孔钻至该层孔口涌水量由0.22l/s增至0.32l/s，净增0.10l/s。水质类型为HCO3-CaMg型，矿化度为356mg/l，总硬度为210.45mg/l。5、第四系砂砾孔隙含水层本含水层主要为马营河两侧砂砾层和砾石层，呈窄条带分布，厚度为25m，含水性很小。(三)隔水层1、本溪组和太原组底部隔水层本层主要由泥岩、铝质泥岩、砂质泥岩和煤层组成。系奥陶系中统岩溶水与石炭系上统太原组砂岩裂隙水间的隔水层。局部地段夹有薄层石灰岩和砂岩。厚4050m。岩石致密，分布稳定，隔水性良好。2、石炭系和二叠系砂岩裂隙含水层间的隔水层该隔水层为泥岩、含铝质泥岩、砂质泥岩和煤层组成。夹在各层砂岩含水层之间构成平行复合结构，厚度为数米至数十米。起层间隔水层作用。煤层采空之后，顶板裂隙发育，其隔水性变差，各含水层及其与地表水之间可相互沟通。(四)断层、老窑的水文地质条件本井田内没有古窑分布。断层破碎带不宽，但具导水性，如F1断层面有4处滴水点。(五) 矿井水文地质类型本井田煤系地层含水层富水性弱，矿井涌水量小，无奥灰水突水危险。但断层具导水性，且采空区有积水。根据煤矿防治水规定关于矿井水文地质类型划分标准，矿井水文地质类型为中等。（六）矿井充水因素分析及水害防治措施综合上述井田水文地质条件，井田煤层的充水因素主要来自三个方面：1、煤系地层含水层对矿井充水影响煤层上覆各含水层是矿井的主要充水水源，太原组砂岩裂隙含水层为矿坑充水的主要含水层，各主要可采煤层的直接充水含水层富水性弱，含水层水一般都沿顶板节理或裂隙充入矿井，在初采期，由于巷道的开掘及采场作业破坏了地层平衡，隔水层破坏，使煤层上覆含水层的水进入巷道，矿井涌水量增大，当静储量趋于干枯时，动储量主要靠大气降水补给，这样，涌水会明显减少，在雨季时涌水量又会有所增大。2、奥灰岩溶水井田内奥灰水位标高为1290-1291m，低于本井田最低可采煤层底板最低标高。因此，奥灰水煤层开采无突水危险。3、来自断层导水的威胁本井田构造简单，F1断层落差40-48m，井筒和巷道揭露处，有轻微滴水（因含水层富水性弱，断层水来自含水层），断层具导水性。断层对矿井充水影响取决于沟通含水层的富水性。雨季，断层滴水会增大，从而使矿井涌水量增大。4、采（古）空区积水的威胁：（1）本井田采（古）空区积水井田内无古空区。本井田内原整合矿井开采4-2号煤层，经调查，4-2号煤层共有5处采空区积水，1处巷道积水。5-1号煤层西南部有1处采空区，有积水。4-2号煤层采空区积水情况详见下表：4-2号煤层采空区积水情况表积水区编号积水区面积（m2）煤层采厚（m）积水量（m3）备注1400607.0028042298147.207066333203.2510794220003.808360合计75194445475-1层5009.004501处各采空区积水对其下山方向煤层开采有威胁，并会沿下层煤层导水裂隙带涌入下层煤层。（2）各相邻矿井采空区积水经调查，相邻矿井各煤层均与本井田无越界开采现象。但相邻矿井4-2采空区均有积水，5-2号煤层南部矿井华夏煤业采空区有积水。4-2号煤层西北邻矿中煤南阳坡煤业有限公司采空区积水位于井田西北边界外300m处，且煤层倾向北，该积水对本井田生产无影响。井田东部邻矿中煤元宝湾煤业采空区有2处积水，其中2号积水区位于本井田边界处，另外3、4号积水区积水离本井田较远。井田南部相邻矿井与本井田相接处有1处积水，该积水对本井田有威胁。5-2号煤层南部相邻矿井有1处采空区积水，未直接与本井田边界相接，影响不大。（3）导水裂隙带高度根据煤矿防治水规定和煤矿防治水规定释义中关于中硬覆岩煤层开采冒落带高度和导水裂隙高度计算公式：Hm100M/(4.7M +19)2.2式中：M-累计采厚3-2-1号煤层冒落带高度为3.51-10.02m；导水裂隙带高度为27.89-47.95m。3-2号煤层冒落带高度为3.51-10.58m；导水裂隙带高度为27.89-50.00m。根据煤矿防治水规定和煤矿防治水规定释义中关于坚硬覆岩煤层导水裂隙带高度公式：Hm100M/(2.1M +16)2.5式中：M-累计采厚4-1号煤层冒落带高度为4.52-17.43m；导水裂隙带高度为：36.83-72.93m。4-2号煤层冒落带高度为12.05-25.52m；导水裂隙带高度为：56.96-98.99m。5-1号煤层冒落带高度为16.79-31.29m；导水裂隙带高度为：71.11-124.63m。5-2号煤层冒落带高度为4.01-16.39m；导水裂隙带高度为：36.83-70.00m。8号煤层冒落带高度为4.01-17.56m；导水裂隙带高度为：36.86-72.29m。11号煤层冒落带高度为4.01-20.17m；导水裂隙带高度为：35.10-81.00m。由上述计算结果可知，各煤层导水裂隙带高均达到上覆煤层底板高度，而且3-2-1、3-2号煤层及以下煤层最大导水裂隙带高达到地表。5、水害防治措施矿井生产开采以来，尚未发生水害事故。随着开采面积的扩大，向深部延伸，以及降水量等自然因素变化的影响，可能使矿井涌水量增大，故煤矿在注意井下生产的同时，还要加强采空区积水、断层导水、奥灰水及地表水的防范意识，建议做好以下防范水害的工作。（1）树立防水意识，重视防水工作，对工人进行有关水害知识的教育和有关出水征兆的识别。加强对矿井涌水量和地表塌陷区的观测，及时掌握有关涌水量的变化情况，对突然增大的涌水量，要查明水源及水量变化情况，分析其原因，采取有效措施，制止水害事故发生。(2)必须经常检查矿区地表是否存在导水裂隙或其它导水通道，发现裂隙及其它导水通道，应及时将其回填密实。(3) 无雨季节时，要对马营河河床和东沟湾沟谷裂隙采取密封措施，以防止雨季河水涌进井下工作面。(4)必须经常了解相邻矿井开采情况，掌握其采空范围、涌(积)水情况，防止越界开采，造成巷道相互贯通，采空区、古空区积水涌入矿井，造成涌(突)水事故的发生。(5)在巷道掘进接近采空区强含水层或煤层受顶底板含水层威胁及出现出水征兆时，要进行探放水工作，坚持“预测预报，有掘必探，先探后掘，先治后采”的原则。(6)探测隐伏断层的存在，并注意其导水性的研究。(7)在井下保证排水设备的正常运转，一台运行，一台备用，一台检修。(七)矿井涌水量预测原XX煤业有限公司现开采4-2号煤层，矿井实际生产能力0.3Mt/a ，矿井正常涌水量为180m3/d，最大涌水量为240m3/d，富水系数为0.1980.264m3/t，一般不会影响矿井正常生产。原东湾沟煤业有限公司开采4-2号煤层,矿井实际生产能力30万t/a，矿井正常涌水量为24m3/d，最大涌水量为48m3/d，富水系数为0.0263-0.0528 m3/t。现地质部门根据富水系数比拟法预算兼并后矿井生产能力0.90Mt/a时的矿井涌水量：Q=P/P0Q0式中：P0-为现矿井生产能力，万t；Q0-为现矿井涌水量，m3/d；P-为兼并后的生产能力，万t；Q-为兼并后的涌水量，m3/d。当兼并后矿井生产