采矿工程毕业设计（论文）-协庄煤矿矿井-850水平采区设计.doc

山东科技大学本科生毕业论文 论文题目 协庄煤矿矿井-850水平采区设计 学 院： 山东科技大学 专 业： 采矿工程 姓 名： 学 号： 联系方式： 邮 箱： 指导教师： 71摘 要本设计为协庄井田初步设计，内容包括：1）井田地质条件；2）井田境界及储量；3）矿井生产能力及服务年限；4）井田开拓；5）矿井基本巷道；6）采煤方法和采区巷道布置；7）井下运输及矿井提升；8）矿井通风与安全；9）基本经济技术指标。 本井田为一简单单斜构造，煤岩层倾角自东向西从160350。共含煤层19层，可采6层，2、4、6划分为前组，11、13、15划分为后组。除6层为薄煤层外，其余均为中厚煤层，水文地质条件较复杂。 井田面积约30Km2，可采储量21769万吨，生产能力240万吨/年，服务年限65年。 本矿井第一水平采用斜井开拓，水平标高-200m，第二水平主斜副立，水平标高-530m，各水平均为上下山开采。采用集中大巷布置，大巷位于4煤底板，以采区石门与后组采区相联系。采区划分尽量以自然断层为界，划分为18个采区。为改善大巷及上下山压力状况，尽量采取跨大巷、跨上下山开采，并考虑大巷煤柱的回收。 矿井基本巷道的主副井及井底车场为半圆拱形断面料石砌喧，风井为圆形断面混凝土支护，其余均为圆弧拱形断面光爆锚喷支护。井底车场为折反式。 采用单一走向长壁，后退全部跨落采煤法，综采主要2、4层，其余均为高档普采。每一采区设两条上下山即运煤和轨道上下山。采石门联系上山和下山顺槽。 大巷采用架线式电机车5吨底卸式矿车运输。主井采用1.2m钢丝绳胶带输送机运煤。两副斜井均为串车提升。辅助提升（运输）均为1.5吨矿车。轨距均为900mm。 矿井采用分区式通风方式，初期为对角式通风。风井井口安装轴流式风机进行抽出式通风，并制定了安全技术措施。关键词：协庄煤矿井田初步设计。目 录1、绪论 52、第一章 矿区概述 62.1、矿区的地理概况 62.2、井田地质特征 82.3、井田开拓方式 193、第二章 开采范围与生产能力 263.1井田的境界 263.2矿井工业储量 273.3矿井可采储量 31 4、矿井工作制度、设计生产能力及服务年限 334.1矿井工作制度 334.2矿井设计生产能力及服务年限 33 5、井田开拓 355.1井田开拓的基本问题 355.2水平的划分 365.3大巷布置及运输方式 375.4采区划分、煤层群分组及开采顺序 375.5通风方式及风井布置 385.6水平过渡及其他 386、矿井基本巷道 396.1井筒 396.2井底车场 397、采煤方法和采区巷道布置 407.1煤层地质特征 407.2采煤方法和回采工艺 407.3采区巷道布置及生产系统 458、井下运输 478.1概述 478.2采区（首采区）运输设备选择 479、矿井提升 539.1概述 539.2主副井提升 5310、矿井通风与安全 5410.1矿井通风系统的选择 5410.2采区及全矿所需风量 6510.3全矿通风阻力计算 5910.4扇风机选型 6011、防止灾害的安全技术措施 6412、设计矿井基本技术经济指标 67参考文献 68 致谢 69山东科技大学本科论文 1 绪论煤炭是工业的粮食，我国一次能量消费结构中，煤炭占75%以上，中国是世界上煤炭资源最丰富的国家之一。根据不完全统计，我国煤炭探明总储量在9000亿吨以上，居世界前列；已知含煤面积55万多平方千米，而且煤种齐全。我国煤层的赋存条件多种多样，煤矿开采条件比较复杂；同时，由于我国是一个发展中国家，原有工业基础较为薄弱，从而决定了我国煤矿的建设方式、采煤方法和管理体制具有多层次、多类型的特点。煤矿矿井开采的重要特点是地下作业，生产环节多、工序复杂。因此，要以开采为中心，建立地面及井下生产系统，搞好掘进、提升、通风、排水、动力供应，搞好生产技术及组织管理。矿井开采时，井下生产场所随煤炭逐步采出而不断转移，在生产的同时要不断进行准备。由于煤层赋存条件变化的随机性，也增加了煤矿地下开采的复杂性。因此，矿井开采是一个复杂的生产过程，在一定程度上可以说是各种技术的综合应用和反映。采煤方法是煤矿生产的核心组织工艺方式。采煤工作面是煤矿生产的第一线。采用合理的采煤方法、搞好采煤工作面的生产，是搞好矿井生产的关键。井巷开拓是整个矿井开采的全局性战略部署。研究了采煤方法、采区准备等局部性的内容，就容易了解全局性的开拓问题；而研究掌握矿井开拓巷道布置及矿井生产系统的有关知识，更合理的搞好采区准备，为井下采煤创造更有利的条件，提高矿井开采的技术经济效果。第一章 矿井概述第一节 矿区概况一、矿井的地理位置、交通条件及地形地势图1-1 协庄煤矿交通位置示意图协庄井田地处山东省新泰市小协镇境内，位于新汶煤田南翼西端，因矿井工业广场和职工生活区域地处小协村和大协村之间而得名。地面占地总面积为1708482平方米（1991）。1958年建矿，1962年投产，设计生产能力240万吨/年，井田面积35.6平方公里。矿区东连小协村、陈家庄；南邻小李庄；北至唐立沟村、刘官庄、玥庄；西毗大协村、碗窑头村、高佐村。东距新汶矿业集团所在地8 km，距新泰市13km。开采深度+110m-1050m，东西长912km，南北宽1.14.2km,面积约35.662km2。地理坐标:东经11731031174115，北纬355345355658。行政区划归新泰市管辖。矿井有铁路专用线与磁莱铁路接轨，西接京沪铁路；蒙馆公路横贯东西，京沪高速公路自矿井西部经过，交通条件十分便利。见图1-1示。二、地形特点及居民点分布本区位于小汶河两岸，为莲花山与蒙山间的山间凹地半缓阶地形丘陵，呈东西向分布，地面标高+150+200m，南北高中间低，由山间河谷向南北两侧山坡可分为三个明显的阶地型地貌单元：（1）小汶河两岸冲积型河谷平原；（2）第三系、侏罗系及古生界地层组成的极平缓阶地型丘陵地带；（3）太古界花岗片麻岩及寒武系灰岩构造的高山区。矿区范围内分布有大小村庄9个，大部分分布在井田边界。另外，在矿区南部有大片职工住宅区。三、工农业生产和原料及电力供应矿区内工业以煤炭为主，农业主要种植小麦、玉米、棉花，间杂有果园、桑园、菜园和苗圃等。本矿井建设期间，所需要建设材料，除钢材、木材和部分水泥需由国家计划供应外，其它砖、石、砂等土产材料，均由当地供应，满足建设需要。供电电源有两路：一路来自华东电网泉沟区域配电所；一路来自本矿区内矸石热电厂。电力资源比较充足。四、矿区气候条件本区为季风型大陆性气候，年平均气温15.2，一月最低，平均气温为-3.3，七月最高，平均为26.0。1至3月为冰霜干冷期，7至9月份气候较热，6至10月为雨季。全年主要风向为东风，年平均风速2.4m/s，最大风速14.3m/s（1954.04.09）。历年平均降水量779.4，最大年降水量1395.4（1964），年最小为450.9（1968）。一般初始结冰日期为每年十月下旬，最早为10月15日（1962），最晚为11月17日（1998），结冰期为四个月。五、矿区水文及工农业供水小汶河是流经本矿井主要的地表水系，其支流有光明河、崖头河、刘官庄河等多支小河流，均为季节性河流，多呈正交型由南北两侧汇入小汶河。小汶河自东向西流经本矿井浅部，至大汶口汇入大汶河。历年来洪水期的洪水位标高为+158162.9m，根据小汶河观测站19581984年的观测资料，最大流量为1830m3/s（1964年7月17日），由于近年来上游筑坝蓄水灌溉农田，使小汶河流量受到很大控制，现已成为季节性河流。在浅部煤系地层露头直接伏于古河床及现代小汶河河床之下，接受第四系潜水和小汶河水渗入补给，据观测，由协庄矿大桥至韩庄段，小汶河入渗量达0.16m3/s。目前有地面供水井数眼，开采奥灰水，而且由集团公司水源地统一供水。矿井工业用水为井下排水，锅炉及生活用水为在工业广场用深水泵取奥灰地下水。另外，工业用水还利用井下排出的水，较好地实现了矿井水的综合利用，基本上满足了工业和生活用水的需要。1963年1月至2002年5月的矿井多年涌水量平均为880.48m3/h。鉴于目前矿井涌水量较大，水资源较丰富，建议建设一座600m3/h处理能力的矿井水处理厂，处理后的矿井水应分别达到生产和生活饮用水标准，分别向矿区生产、生活分质供水，以使宝贵的地下水资源进一步得到综合利用。第二节 井田地质特征一、井田地形及勘探程度井田位于新蒙向斜南翼的西端，其基本构造形态为走向近东西，倾向北的简单的单斜构造，无明显的次级褶皱；地层倾角变化较大，东部缓，倾角180，西部陡，局部倾角大于250。整个区域内的构造特征以断裂构造为主，断层比较发育，多为高角度正断层。主要断层按走向分为NE向、NEE向和NW向3组，其中绝大多数断层为NE向。井田的勘探程度：分为协庄、窑沟两个勘探协庄区。全区经过普查、详查、精查勘探及使用综合勘探的精查补充勘探后，完成钻孔413个，工程量88735.35m，其中施工徐灰水文孔11个、奥灰观测孔2个。施工地震测线78.035km，物理点4499个。基本控制了断层在深部的摆动方向，满足了采区设计需要。二、井田煤系地层矿井含煤地层主要为二迭系下统山西组与石炭系上统太原组。1、山西组厚65.3191.80m，平均77.59m。以4煤层底板下约10m的细砂岩与太原组分界。岩性主要为灰白色中细砂岩、浅灰色粉砂岩、灰色及深灰色泥岩和煤层组成，含煤4层(1、2、3、4煤)，可采2层(2、4煤)。地层中砂岩粒度及比例明显大于下伏地层，粉砂岩中植物化石种类与数量多于太原组。本组为一套三角洲体系的沉积，主要沉积相有河口砂坝、分流间湾、分流河道、泛滥平原、沼泽和分流间湖泊微相。河口砂坝沉积于山西组底部，为楔状交错层理和缓波状层理的逆粒序细粒岩屑石英砂岩。分流间湾相为一套具菱铁质结核的致密均匀的灰黑色泥岩，分布于中、下部。中部发育一套厚层状中细粒长石石英砂岩，为分流河道相沉积，交错层理发育，底部含泥砾，对下伏地层有轻微的片流冲刷。泛滥平原沉积为灰色、浅灰色、富含植物根化石的泥岩、粉砂岩，常为煤层底板。远离分流河道的低洼区形成厚层浅灰色均匀致密的分流间湖泊沉积。本组可分为三个旋回，其沉积序列为分流间湾泛滥平原沼泽分流间湾。4、2煤分别形成于旋回与旋回，旋回成煤条件差，形成的1上、1下煤薄而不可采。2、太原组为本区主要含煤地层，厚162.00192.80m，平均177.61m。主要由灰色、深灰色、灰黑色泥岩、粉砂岩、灰色粘土岩及浅灰、灰色砂岩、灰岩及煤层组成，含煤1011层(5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16煤)，其中可采、局部可采煤层4层(6、11、13、15煤)，含灰岩45层，其中一、四灰全区稳定，是煤岩层对比的可靠标志。太原组连续沉积于本溪组之上，以16煤底板厚约6m的细砂岩底与本溪组分界。太原组主要沉积相有：泻湖相、潮坪相、碳酸盐台地相及障壁岛相。泻湖相为一套深灰色、灰黑色均质含黄铁矿、菱铁矿结核的泥岩沉积物；砂坪相与混合坪相为一套灰色、浅灰色、具有潮汐层理和生物扰动构造、含植物碎片化石的砂质沉积物，泥坪相为浅灰色薄层富含根化石的粘土质泥岩，多为煤层的顶板。一、二、四灰为碳酸盐台地沉积。11煤层顶板砂岩厚度大，颗粒成熟度高，为障壁岛沉积。本组可分三个旋回，旋回自本溪组顶部泥岩至四灰，为一套泻湖-潮坪-台地体系的沉积，以潮坪、泻湖交替频繁、台地相发育、煤层层数多而薄为特征。旋回自四灰顶至11煤层顶板砂岩，为泻湖-潮坪-障壁岛体系沉积，以泥炭坪延续时间长、具障壁岛相沉积为特征。旋回自11煤层顶板砂岩至一灰，为潮坪相、泻湖相和碳酸盐台地相，以泻湖相、潮坪相交替更为频繁、碳酸盐台地持续时间短、煤层层数、厚度小、变化大为特征。旋回自一灰顶至山西组底分界砂岩，为一缺失海侵部分的不完整旋回，为泻湖-潮坪相沉积，6煤层形成于该旋回。四、井田地质构造及水文地质条件1.井田地质构造新汶向斜位于鲁西断块鲁中块隆内，北翼由于受莲花山断裂破坏，向斜形态表现不明显，南自蒙山背斜古生界，北至莲花山断裂，地层走向自西而东由近东西向转为北西向，地层向北倾斜。新汶煤田东起涝坡、员外哨，西至南杨家庄、大霞雾，东、西均以煤系地层露头为界。北至莲花山断裂，南至蒙山背斜北坡奥陶系地层出露处，东西长约30km，南北宽约810km，面积约305km2，地层走向呈北西向。新汶煤田受多期构造运动控制，北翼大部分被莲花山断层切割，良F3断层以东仅存南翼，呈单斜形态，而翟镇煤矿被F10、F22、F11与良F3断层围限的范围内发育一个有次级褶曲的菱形断块，仅在西部泉沟与协庄之间表现断块型向斜形态，向斜南翼地层保存完整，是煤田开发的重要地段。煤田内断裂构造发育，方向性明显，大致可分为北西向、北东东向、北东向三组。1、断层(a)区内断裂构造发育，具有明显的多期性，多为高角度正断层，其中以北东向最为发育，同时伴生少量北西向断层。共组合断层85条，其中落差大于100m的断层10条，落差50100m的断层16条，落差1050m的断层39条，落差小于10m的断层20条，另有大量孤立断点，平均约3.6条/km2。根据矿井地质规程和煤炭部1987年10月“关于矿井地质分类工作有关问题的补充说明”，该区断层发育程度定为a类。1、NW向断层组：（1）羊流断层：区域性正断层，为协庄煤矿西边界，走向NNW，倾向东，倾角70，落差大于1000m，区内延展长度约1.5km，。断层两盘出露地层有差异明显，上盘地层为石炭、二迭系，下盘为奥陶系。（2）F10断层：正断层，位于矿井东北部，为协庄煤矿与翟镇煤矿的分界断层。走向北西45，向西北延入泉沟煤矿西部边缘，向东南延入良庄煤矿。矿区内延展长度约5.6km，倾向南西，倾角70，落差100520m。断层两盘地层赋存差异明显，下降盘存有较多的石盒子组和蒙阴组地层，而在上升盘地层则无蒙阴组，仅存部分下石盒子组太原组地层。第三系地层均遭受切割， 3条地震测线穿过，补1、144、173孔控制，173号孔控制南摆，补2号孔控制其北摆。属查明断层。（3）F10-1断层：正断层，位于矿井东北，走向NW，倾向北，倾角70，落差70100m，区内延展长度约1.9km，属查明断层。（4）F28断层：正断层，位于矿井东北，走向NW，倾向北，倾角70，落差7090m，区内延展长度约1.3km，羊25号孔揭露该断层，属查明断层。2、褶曲(b)本区总体为一倾向北的单斜构造,褶曲构造不发育,局部具波状起伏。地层倾角1825，局部25。该区褶曲构造发育程度定为b类。图1-2 区域水文地质柱状图2.井田水文地质条件新汶煤田西起磁窑，东至汶南，位于莲花山及蒙山山脉两大分水岭之间的山间凹地内，呈东西向展布，东西走向长约70km，南北倾斜宽8km，面积约560km2，其中含煤面积304.70km2。矿区地处鲁中低山丘陵地带，矿区南、北、东三面环山，西面开阔，地势东高西低。其南面有地势较高而岩溶裂隙发育的奥陶系、寒武系石灰岩；北面为地势较高的第三系砾岩及太古界花岗片麻岩，均为丘陵山地。自东南向西北分别分布有汶南、张庄、孙村、良庄、协庄、泉沟等矿井和数量众多的地方小煤窑。见图1-2所示区域水文地质柱状图。1、 含水层（1）第四系砂砾层第四系厚024.07m，厚度变化受地形控制。岩性主要由砂土、亚砂土及砂砾层组成，为河流相沉积。其中砂砾层为小汶河古河床及现代河漫滩相沉积，厚012m，主要分布于小汶河两岸及崖头河两侧，河床中心厚，向两边缘逐渐变薄。浅部覆盖于煤系地层之上，属直接充水含水层，是浅部煤系地层含水层及矿井充水的主要补给水源；大部分地段覆盖于第三系之上，属间接充水含水层。水位标高+152.00m，单位涌水量1.20422.604L/s.m，渗透系数35.38469.78m/d，矿化度0.1510.591g/l，水质类型为HCO3.SO4-Ca.K+Na、HCO3.SO4-Ca.Mg型，属富水性强的孔隙潜水含水层。该层主要靠大气降水补给，与小汶河等地表河流水力联系密切。由于埋藏浅、易受到污染，只能作为农田灌溉用水和临时生活用水。（2）第三系砾岩第三系全层厚349.911056.74m，平均厚695.39m，以不整合直接覆盖于煤系地层之上。据钻孔揭露资料，中、上部砾岩发育，最大深度达900m，总厚度139.22583.80m，平均315.29m，砾岩中夹数层粘土质粉砂岩；下部以粘土质粉砂岩为主，砾岩以薄层形式夹于粘土质粉砂岩中，总厚045m，一般20m左右，局部钻孔见有底砾岩，主要分布于F15断层以西及以东局部地段。砾石成分主要为石灰岩，其次为砂岩、变质岩，砾径210cm不等，磨圆较好，分选较差。主要接受大气降水及第四系砂层水渗透补给。有7个钻孔漏水，漏水孔率21%，富水性弱中等，富水性不均一。据羊村井田47号孔抽水试验资料，水位标高208.90m，单位涌水量0.178L/s.m，渗透系数0.073m/d，矿化度0.29g/l，水质类型为HCO3-Ca型。（3）山西组砂岩由34层长石石英砂岩组成，为煤2、煤4顶板直接充水含水层，其中煤2顶板砂岩厚3.6622.33m，平均11.23 m，煤4顶板砂岩厚1.9017.46 m，平均10.15m。岩性一般为浅灰、灰白色中粒砂岩，分选较好，钙质及泥质胶结，坚硬，局部地段裂隙较发育，但多被方解石脉充填。大多数钻孔冲洗液无明显消耗。据矿井实际揭露资料，该层水多以裂隙淋水形式进入矿井，浅部地下水循环条件较好、富水性较强，矿井涌水量较大；深部由于埋藏较深，其上又有数百米厚的第三系红层覆盖，地下水循环条件差，以构造裂隙水为主，富水性变弱，矿井涌水量明显减小，对矿井开采影响不大。（4）一灰厚0.803.55m，平均2.59m，层位稳定，上距6煤4.589.20m，平均7.02m，为6煤底板直接充水含水层。岩性致密，质不纯，具裂隙，多被方解石充填。据钻孔简易水文观测资料，17-1、17-3两个钻孔冲洗液最大消耗量为6.40m3/h，其它钻孔未发现漏水或明显消耗现象。据抽水试验资料，单位涌水量0.0060.525L/s.m，渗透系数0.15112.3m/d，矿化度0.311.175g/l，水质类型为HCO3.SO4-Ca型。岩溶裂隙具有明显的垂直分带性，0m水平以浅溶洞比较发育，平均洞穴率为19.7%，为溶洞水；0-200m为岩溶裂隙水；-200m以深巷道多处揭露，岩溶、裂隙已不发育，基本无水，仅在构造裂隙带附近有少量淋水，地下水活动微弱。以上资料表明，在浅部一灰露头直接伏于小汶河古河床和现代河床砂砾层之下，-200m以浅地下水补给循环条件较好，富水性中等强。-200m水平以深，随着埋藏深度的增加，其岩溶、裂隙发育程度和富水性明显减弱，在正常情况下，除构造破碎带附近有少量淋水，对煤层开采一般不会造成威胁。（5）四灰为13煤层顶板直接充水含水层。厚3.958.68m，平均6.49m。岩性致密，具裂隙，多被方解石充填。据钻孔简易水文观测资料，除12-1号孔于843.60844.60m处漏水外，其它钻孔未发现漏水或明显消耗现象。据抽水试验资料，单位涌水量为0.0026.180L/s.m，渗透系数为0.005776.777m/d，矿化度为0.340.63g/l，水质类型为HCO3.SO4-Ca.K+Na型。岩溶裂隙及富水性具有明显的垂直分带性，+100m以浅岩溶裂隙率平均43%，+100m0m之间岩溶裂隙率平均33%，0-300m之间岩溶裂隙率平均20%，但在构造破碎带附近岩溶裂隙率仍很发育。四灰露头直接位于小汶河现代及古河床砂砾层下，-300m以浅地下水迳流循环条件较好，其岩溶发育及富水性具有明显的垂直分带与平面分区特征。浅部开采时，四灰曾发生两次突水，突水时间分别为1971年11月29日和1975年3月29日，突水点标高分别为+19m和+24m，最大突水量分别为1960.2m3/h和1860m3/h，稳定水量分别为966m3/h和660m3/h，后通过进行疏放及浅截注浆工作，现已基本无水。据邻近矿井实际揭露资料，孙村煤矿一号小井60m水平探水涌水量达346.2m3/h，大井30m水平西四回风巷出水2442m3/h；光明煤矿在标高0-140m水平开采11煤时曾发生多次底板突水，突水量78720m3/h，突水点多集中发生在-45-50m，出水量一般300m3/h；小协、建新煤矿-50m水平四灰涌水多为240300m3/h；孙村煤矿-75m运搬石门出水仅1.816.8m3/h，-200m水平探水已基本无水。协庄矿深部开采11煤时，1984年10月26日31108W工作面底板四灰突水，最大水量67.8m3/h，稳定水量30m3/h，突水点标高-230m，四灰顶板标高-265m。-300m东大巷四灰探水，最大涌水量30m3/h，初始水压0.50MPa；2001年9月28日31111E工作面在标高-385.8m四灰底板突水，最大突水量180m3/h，稳定水量102m3/h，水压4.40MPa，水位约+50m左右。-550西大巷揭露四灰仅以淋水出现，水量1230m3/h。本矿及邻近矿井资料表明，四灰富水性具有随埋深增加而明显减弱的趋势。目前矿井东翼四灰水位约-300m，西翼水位约0m。综合分析，四灰-100m以浅属强含水层，-100m以深属富水性弱中等含水层。受地下水补给条件与断裂构造控制，四灰在平面上具有明显分区性，据有关资料全矿井可分为4个分区。（6）徐灰厚4.7021.15m，平均12.66m，全区发育，层位稳定，由13层石灰岩组成，中间夹铝土质泥岩、泥岩。上距13煤30.4249.61m，平均38.82m，上距15煤23.6731.22m，平均27.49m，属开采下组煤时底板直接进水含水层。岩性致密，质不纯，多含硅质，具分层现象，易于溶蚀，但因埋藏条件所限只局部发育岩溶，其裂隙发育，多被方解石脉充填。据钻孔简易水文观测资料，仅有8-1、6-2两个钻孔发生漏水，其它钻孔冲洗液无明显消耗。据钻孔揭露资料，徐灰在浅部洞穴率达18.0535.5%，洞穴直径0.12.0m。据抽水试验资料，徐灰埋深-104.01m，单位涌水量为0.0018L/s.m，渗透系数为0.046m/d。表5-2-3为协庄煤矿井下揭露的部分探水孔资料，从表中可以看出，随着徐灰埋深的增加，其富水性有减弱的趋势。徐灰水质类型为HCO3.SO4-Ca型。据邻近煤矿水文地质资料，小协水源地徐灰含水层埋深50m，单位涌水量16.636L/s.m；良庄煤矿-107m水平，因F3断层使11煤与对盘徐灰直接接触，巷道掘进F3时发生突水，最大突水量120m3/h，-130m水平疏水降压，3个钻孔涌水量60m3/h；建新矿-40m水平过F11断层时徐灰突水，涌水量约60m3/h，-228m15煤巷道因揭露小断层导致徐灰底鼓突水，涌水量约60m3/h；碗窑头煤矿1993年8月17日在-215m水平开采13煤时，由于接近F4断层，致使对盘徐灰水底鼓突入矿井，涌水量930m3/h，淹至+79m水平，至今尚未恢复生产；小协煤矿1997年2月14日在+80m水平过F19断层时徐灰突水，涌水量达1300.2m3/h，导致淹井至+25m水平。徐灰水平方向分区性与四灰相同，也可分为四个区。上述资料表明，在浅部徐灰多出露于第四系含水层砂砾层之下，接受大气降水、地表水及第四系潜水补给强烈，-300m以浅地下水补给循环条件较好，富水性中等强，-100m以浅徐灰可视为强含水层，-100-300m水平富水性中等，-300m水平以深富水性较弱。需要说明的是，由于徐灰与下伏之草灰间距为3.9525.80m，平均8.72m，岩性为泥岩(图5-2-2)，因而徐灰与草灰之间的联系比较密切，而草灰与下伏的奥灰之间仅有8.0015.70m，平均11.62m的泥岩和粉砂岩地层，其强度不足以抵抗强大的奥灰水压力，落差较小的断层就极易将其沟通，因而徐灰、草灰、奥灰之间具有密切的水力联系，将来若徐灰底鼓突水，草灰与奥灰也会发生底鼓突水。（7）草灰厚1.8010.20m，平均5.14m，岩性较纯，易于溶蚀，因埋藏较深，岩溶发育不良。但裂隙较发育，多被方解石局部充填，区内揭露绝大多数钻孔中冲洗液无明显消耗。41号孔在标高0m以浅穿过草灰时漏水严重，与徐灰混合抽水，单位涌水量为2.981L/s.m，渗透系数为13.8m/d。据邻区良庄煤矿12号孔-450水平抽水试验资料，单位涌水量0.000105L/s.m，渗透系数0.72201m/d；羊村井田350号钻孔在标高-428.31-459.61m与徐灰混合抽水，基本无水。由此也可以看出，浅部草灰岩溶裂隙比较发育，富水性较强，随着埋藏深度增加，其富水性也明显减弱。因草灰与上覆徐灰之间间距较小，通过小断层可发生比较密切的水力联系。（8）奥灰奥灰厚达800m，是整个煤系地层的基底含水层，也是开采下组煤时的底板间接充水含水层。上距15煤层66.6576.18m，平均70.27m，上距13煤层80.8986.43m，平均84.48m。据15-3号孔岩石物理力学性质试验资料，15煤层至奥灰顶界面地层的平均抗压强度为74.09Mpa，正常情况下，能够抵抗奥灰水压力，但由于其间分布有徐灰和草灰两个含水层，在岩溶裂隙发育地段或在断层破碎带附近，压力强大的奥灰水有可能会对15煤层造成底鼓突水。区内有14个钻孔揭露奥灰，揭露80120m，小于40m的有8个钻孔，冲洗液均无严重消耗。从岩性上分析，裂隙较发育，但多被方解石充填或半充填。岩溶在顶部较发育，但多被泥质及铝土质充填，Cao含量12.8355.57%，MgO含量0.0521.06%，从化学成分上分析有利于岩溶形成，但从钻孔揭露岩层观测岩溶发育不良，这说明地下水循环条件不良。奥灰富水性主要取决于岩溶裂隙发育程度，与埋藏深度、露头补给条件等密切相关，而且富水性在水平、垂直方向上表现出极不均匀性。在区域南部大面积裸露，接受大气降水的补给。据本矿井实际揭露资料，在0m水平以浅岩溶化强烈，岩溶率达58%。据碗窑头水源地301、303号钻孔抽水试验资料，水位标高分别为142.00、134.50m，单位涌水量分别为1.743L/s.m和1.045L/s.m，说明浅部富水性较强。虽然钻孔揭露深部奥灰岩溶裂隙发育不良，但由于奥灰岩溶裂隙形成的条件复杂，致使岩溶分布极不均匀，再加之奥灰水头压力较大，地下水静储量较大，对下组煤的开采仍具有相当的威胁，因而应进一步加强对深部奥灰的水文地质工作。2、隔水层本矿井各含水层之间均分布有比较稳定的隔水层，但主要的有第三系下部砂质泥岩及煤系地层各含水层之间(6煤一灰、11煤四灰、15煤徐灰、草灰奥灰)由泥岩、砂质泥岩、粉砂岩等组成的隔水层组。其中隔水性能较好的是第三系下部砂质泥岩，厚73.30273.24m，平均170.53m，有随倾向增厚的趋势，在本区发育稳定，具有一定的隔水性能，岩性较为致密，局部夹13层砾岩，在西部大多数钻孔中底部发育一层底砾岩。该隔水层隔断了大气降水、地表水、第四系潜水及第三系中、上部砾岩水与整个煤系地层含水层之间的水力联系。断层对矿井充水的影响，取决于断层的性质、规模、密度、断层两盘岩性以及水文地质特征等因素。本矿井地质构造中等，断裂构造发育。目前大于50m断层共有26条，均为高角度正断层。全区共有26个钻孔穿过断层带，计32次。揭露的断层破碎带厚1.522m，一般15m，多为两侧岩层破碎物，呈角砾状，有的已被揉擦成粘土(断层泥)，比两侧岩层松软破碎。据钻孔简易水文观测资料，皆未发现断层带漏水或明显消耗现象。浅部揭露断层带多为两侧岩层破碎物及断层泥，结构较致密，除因断层揭露部位与对盘强含水层直接接触或距离较近而发生突水外，其余皆干燥无水或仅有少量淋水、滴水及破碎带物质冒落。从本矿井及邻近矿井开采资料分析，断层导水性具有以下规律：（1）井下揭露断层部位远离强含水层时，断层的富水性、导水性较微弱，此时，断层带多为封闭的，具有一定的隔水性能，对矿井开采一般无威胁。如良庄矿三条石门穿过F10断层(上盘2煤层，下盘4煤层)皆不含水；韩庄矿F11、F15断层不导水；泉沟矿F15、F6、F4(落差20200m)，亦未发生涌水现象。（2）在井下揭露断层离强含水层较近时，能否突水取决于对盘强含水层的富水性、水头压力及断层带附近含水层的力学强度，突水量的大小取决于含水层的富水性。（3）伴生小断层应引起重视。如良庄矿1971年6月19日6煤层1602运输机上山于+60m标高遇落差3m的小断层，接近一灰发生突水，涌水量为90m3/h；1962年4月-110m水平11层煤西大巷掘至F3断层(对盘与徐灰接触)时发生突水，涌水量为120m3/h。协庄矿1971年11月29日，31104东上工作面24m标高遇落差3m的小断层导致四灰发生突水，最大涌水量1960.2m3/h；1975年3月29日31102工作面在巷道三叉口遇一落差8m左右的断层发生突水，最大涌水量1680m3/h；高佐矿1989年9月22日向巷道在6煤层底板细砂岩掘进迎头遇见一落差1.7m的断层，发生突水，突水量900m3/h；张庄矿+35m水平四灰东大巷三次过F8断层(落差50m)，由于揭露部位距一灰距离不同，其断层带突水量有明显差异：第一次距一灰5m，涌水量达120m3/h，第二次距一灰30m，涌水量120m3/h，第三次距一灰45m，仅有淋水现象，表明一灰富水极不均一，也说明断层导水性与距离含水层的远近具有一定的关系。本矿井浅部边界为各煤层露头，煤系地层各含水层露头伏于第四系砂砾层及小汶河古河床和现代河床之下，构成各含水层的补给边界，由于目前主要以开采深部为主，因而浅部第四系砂砾层及地表水对矿井开采的影响不大；西部边界为羊流断层，西升东降，倾角70，落差1000m，区内煤系地层与对盘的寒武、奥陶系石灰岩相接触，构成西部补给边界；东南部边界为良F3断层，西升东降，倾角70，落差80170m，区内煤系地层与对盘的石盒子组地层对接，构成东南部隔水边界；东及东北部边界为F10断层，东升西降，倾角70，落差100520m，区内煤系地层与对盘徐灰、草灰及奥灰含水层相接触，构成东及东北部补给边界。矿井内北东向断层比较发育，落差比较大的断层有F22、F21等，如F22断层，西升东降，落差100200m，这些断层使煤系地层各含水层的连续性和完整性受到一定的破坏，使不同地段的水文地质条件复杂化或简单化。根据浅部矿井生产资料，在井下揭露断层离强含水层较近时，往往造成突水，故在采掘生产中对各断层，特别是靠近徐灰、奥灰等含水层时，断层两侧应留设足够的防水煤柱，以避免突水事故的发生。3、断层的导水性断层对矿井充水的影响，取决于断层的性质、规模、密度、断层两盘岩性以及水文地质特征等因素。本矿井地质构造中等，断裂构造发育。目前大于50m断层共有26条，均为高角度正断层。全区共有26个钻孔穿过断层带，计32次。揭露的断层破碎带厚1.522m，一般15m，多为两侧岩层破碎物，呈角砾状，有的已被揉擦成粘土(断层泥)，比两侧岩层松软破碎。据钻孔简易水文观测资料，皆未发现断层带漏水或明显消耗现象。浅部揭露断层带多为两侧岩层破碎物及断层泥，结构较致密，除因断层揭露部位与对盘强含水层直接接触或距离较近而发生突水外，其余皆干燥无水或仅有少量淋水、滴水及破碎带物质冒落。从本矿井及邻近矿井开采资料分析，断层导水性具有以下规律：（1）井下揭露断层部位远离强含水层时，断层的富水性、导水性较微弱，此时，断层带多为封闭的，具有一定的隔水性能，对矿井开采一般无威胁。如良庄矿三条石门穿过F10断层(上盘2煤层，下盘4煤层)皆不含水；韩庄矿F11、F15断层不导水；泉沟矿F15、F6、F4(落差20200m)，亦未发生涌水现象。（2）在井下揭露断层离强含水层较近时，能否突水取决于对盘强含水层的富水性、水头压力及断层带附近含水层的力学强度，突水量的大小取决于含水层的富水性。（3）伴生小断层应引起重视。本矿井浅部边界为各煤层露头，煤系地层各含水层露头伏于第四系砂砾层及小汶河古河床和现代河床之下，构成各含水层的补给边界，由于目前主要以开采深部为主，因而浅部第四系砂砾层及地表水对矿井开采的影响不大；西部边界为羊流断层，西升东降，倾角70，落差1000m，区内煤系地层与对盘的寒武、奥陶系石灰岩相接触，构成西部补给边界；东南部边界为良F3断层，西升东降，倾角70，落差80170m，区内煤系地层与对盘的石盒子组地层对接，构成东南隔水边界；东及东北部边界为F10断层，东升西降，倾角70，落差100520m，区内煤系地层与对盘徐灰、草灰及奥灰含水层相接触，构成东及东北部补给边界。4、矿井涌水量全矿井分-50m、-300m、-550m水平共设涌水量观测站12个。自1963年1月至2002年5月，历年矿井涌水量355.8(1993年4月)2121.6(1990年9月)m3/h。见表1-3示。矿井涌水量水量构成如下：四灰水约占3040%，一灰水约占1020%，4煤顶板砂岩水约占1035%，11煤顶板砂岩水约占1015%，采空区积水约占510%。表1-3 矿井用水量计算水平(m)正常涌水量(m3/h)最大涌水量(m3/h)-300-550300.0477.0-550-850292.8465.55-850-1050141.0224.19第三节 煤层特征一、煤层埋藏条件井田属华北型石炭、二迭系含煤地层，其中本溪组含1层不稳定薄煤层，无工业价值。主要含煤地层为太原组和山西组，煤系地层总厚为256.05m，共含煤19层，煤层平均总厚12.07m，含煤系数4.7%。其中可采煤层6层，厚8.97m，占煤系地层总厚的3.5%。二、四、十一层煤为稳定煤层；六、十三层煤为较稳定煤层；十五层煤为不稳定煤层。二、四、十一层煤为中厚煤层；六、十三、十五层煤为薄煤层。二、可采煤层特征1、含煤性山西组地层厚65.3191.80m，平均厚77.59m。含煤56层，煤层总厚6.34m，含煤系数8.1%；太原组厚162.00192.80m，平均厚178.61m。含煤1014层，煤层总厚5.73m，含煤系数3.2%。2、可采煤层：主要可采煤层有2、4、6、11、13、15层煤，主要特征见表1-4。（1）2煤层位于山西组中部，上距山西组顶界25.8848.80m，平均35.19m，下距4层煤10.1126.99m，平均19.40m。协庄煤矿-50m水平已经采完，井筒以东-300m水平基本采完。厚度1.014.22m，一般厚度为2.50m左右，煤层中上部具一层夹矸，厚度0.020.03m。F13断层与协F15断层之间煤层较厚，一般为3m左右，含2层夹矸，上部一层厚度一般为0.10m，下部一层夹矸为0.020.03m，东部231号孔附近具一北西向的冲刷变薄带，长约350m，宽约50m，厚度0.151.00m。可采性系数km为98%，煤厚变异系数为23.39%。夹矸一般位于煤层的顶部或底部，厚度0.040.69m，一般西部厚，东部薄，岩性为泥岩或炭质泥岩。顶板为深灰色泥岩、砂质泥岩或灰白色中细粒长石石英砂岩，底板一般为泥岩、粘土质泥岩，有时为细砂岩、粉砂岩。2层煤属结构较简单、全区可采的稳定煤层。表1-4 可采煤层特征一览表煤层名称煤 层夹 石厚度(m)两极值平均值间距(m)两极值平均值结构稳定性层数岩性21.014.222.5010.1126.8919.40较简单稳定02泥岩炭质泥岩42.402.802.64简单稳定01炭质泥岩29.0847.1438.4960.141.750.85简单较稳定01炭质泥岩79.0795.2285.32111.332.471.83较简单稳定03泥岩炭质泥岩32.5243.9736.27130.531.711.31较简单较稳定03炭质砂岩8.6617.8812.60150.002.011.21较简单不稳定01泥岩（2）4煤层位于山西组下部，距山西组底界8.2025.45m，平均12.46m。距6层煤29.0847.14m，平均38.49m。厚度一般为2.402.80m， F6以东由于受冲刷，厚度为1.401.80m，矿井揭露偶见夹矸。可采性系数km为100%，煤厚变异系数为16.89%。顶板一般为深灰色泥岩、砂质泥岩，局部为长石、石英细砂岩或粉砂岩；底板为砂质泥岩，偶尔为细砂岩。4煤层为