（矿业工程专业论文）龙口矿区“三软”矿井分区域开拓优化与实践.pdf

东北大学硕士学位论文摘要 龙口矿区“三软”矿井分区域开拓优化与实践 摘要 龙口矿区是全国著名的“三软”矿区，巷道的开拓部署及维护相当困难，特 别是对于断面大、服务年限长的开拓巷道的合理布置显得尤为突出。如何针对龙 口矿区煤田地质特征，将“三软”作为重要决策因素纳入矿井延深设计方案确定 中，合理创造性地进行矿井开拓部署，减少矿井延深初期投资和后期巷道的维护 费用是一项值得研究的重大课题，对保证矿井安全生产，降低生产成本，提高经 济效益具有深远意义。 梁家煤矿是龙口矿区的一座大型现代化矿井，根据矿井初步设计，下部煤层 的开拓延深方式有两种，即直接延深副立井和暗斜井辅助水平延深方案，但这两 种延深方案都存在着部分巷道布置于煤。底版较软岩层中的缺陷。在对梁家矿井下 延深区域地质、煤层赋存、储量、构造等自然条件，地面村庄压煤情况和原有开 拓系统及技术装备进行深入分析的基础上，提出了分区开拓延深方案：将井田待 开拓延深区域，依据煤层赋存及开采条件，合理划分煤。开采区域，利用现有开拓 系统，分区域布置采区，由一4 5 0 m 水平大巷合理位置打斜巷进入划分的相应煤。开 采区域，各延深区域车场标高可根据实际需要确定，各区域除通风系统外，其他 生产系统基本上独立。在对三种开拓方案进行详细地技术分析和经济比较后，最 终确定了采用分区域开拓方案。在此基础上，对分区域方案的采区划分、开采顺 序、生产系统以及部分设备的选型进行了确定。 经实践证明，分区域延深方式，具有初期工程量少，投资省、见效快、布置 灵活等特点，是一种新颖的矿井延深模式，对市场经济条件下生产矿井的合理开 拓延深具有一定的指导意义。同时也将产生巨大的经济效益，为龙口矿区及类似 “三软”矿井的开拓延深提供了一条新的开拓思路。 关键词：“三软”煤层分区延深矿井开拓开拓方式巷道布置采区划分 东北大学硕士学位论文摘要 o p t i m i z a t i o n a n dp r a c t i c eo f d e v e l o p m e n tb y d i s t r i c t o ft h r e es o f ts e a mc o a lm i n ei nl o n g k o um i n ef i e l d a b s t r a c t l i a n g j i ac o a l m i n ei n l o n g k o um i n ef i e l d i sat y p i c a lt h r e es o f t m i n e ，s ot h e d e v e l o p m e n ta n d m a i n t e n a n c eo ft h e r o a d w a yi sv e r yd i f f i c u l t ，e s p e c i a l l y f o rt h e p r a c t i c a ll a y o u to fd e v e l o p m e n tr o a d w a y 、v i t l ll a r g es e c t i o na n dl o n gs e r v i c ep e r i o d h o wt ob r i n gt h et h r e e - s o f tc o n d i t i o na sa ni m p o r t a n td e c i s i o n m a k i n gf a c t o ri n t ot h e s e l e c t i o no fp r o j e c td e s i g no fc o a lm i n ee x t e n d i n g , a n dm a k eap r a c t i c a la n dc r e a t i v e d e v e l o p m e n tl a y o u tt or e d u c et h ei n v e s t m e n ti ni n i t i a ls t a g e so fm i n ee x t e n d i n ga n d f o l l o w i n gm a i n t e n a n c ee x p e n s e ，i sag r e a ts u b j e c td e s e r v i n gr e s e a r c h i ta l s oh a sa p r o f o u n ds i g n i f i c a n c et oe n s u r et h es a f e t yo fp r o d u c t i o n ，r e d u c et h ec o s to fp r o d u c t i o n a n di n c r e a s et h ee c o n o m i cb e n e f i t l i a n g j i ac o a lm i n e i sa l a r g em o d e r n c o a lm i n ei nl o n g k o um i n e f i e l d a c c o r d i n gt o t h ep r i m a r yd e s i g n , t h e r ea r et w o p r o j e c t so fe x t e n d i n gd e v e l o p m e n to f t h ed e e p e rc o a l s e a n l ：t h ep r o j e c to fd e e p e n i n ga u x i l i a r ys h a f td i r e c t l ya n dt h ep r o j e c to f d e e p e n i n g b y h a n dl e v e lb yb l i n di n c l i n e ds h a f t b u tt h e s et w op r o j e c t sb o t lh a v et h ed e f e c tt h a t p a r t so f t h er o a d w a ya r ei n e v i t a b l y1 a i di nt h ef l o o ru n d e rt h en o 4s e a m ，t h e p r o j e c to f d e v e l o p m e n tb y d i s t r i c ti sp u tf o r w a r do nt h eb a s i so ft h ed e e p l y a n a l y s i st ot h en a t u r a l c o n d i t i o no fg e o l o g y ，e x i s t e n c ec o n d i t i o no fc o a ls e a m ，r e s e r v e ，c o n s t r u c t i o no ft h e s e a m ，t h ee v e n to f t h ep r o t e c t i v ep i l l a ru n d e rt h ev i l l a g e ，a n dt h ep r i m a r yd e v e l o p m e n t s y s t e m ，t e c h n o l o g ya n de q u i p m e n t a c c o r d i n gt ot h ec o n d i t i o no fc o a le x i s t e n c ea n d m i n i n g ，t h i sp r o j e c td i v i d e dr e a s o n a b l yt h e a r e af o rd e v e l o p i n gi n t od i s t r i c t so nt h eb a s i s o f m a k i n g f u l lu s eo f t h e e x i s t i n gd e v e l o p i n gs y s t e mb yl a y i n go u ta i n c l i n e dr o a d w a ya t t h ep r o p e rs i t et or e a c ht h ec o r r e s p o n d i n gi i l i n i n ga r e ao fn o 4c o a ls e a m t h es t a t i o n l e v e lo fe a c hd i s t r i c ts h o u l db ed e c i d e da c c o r d i n gt ot h ef a c t u a lc o n d i t i o n a n dt h e m i n i n gs y s t e mo fe a c hd i s t r i c ti si n d e p e n d e n te x c e p tf o rt h ev e n t i l a t i o ns y s t e m t h e p r o j e c to fd e v e l o p m e n tb yd i s t r i c ti st h eb e s tp r o j e c ta f t e rt h ec o m p a r i s o no f t h e s et h r e e p r o j e c t s o nt h e s eb a s s e s ，t h ed i v i s i o no fd i s t r i c t , m i n i n gs e q u e n c e ，m i n i n gs y s t e ma n d t h es e l e c t i o no f e q u i p m e n t a l ed e c i d e di nt h i sa r t i c l ea l s o p r o d u c t i v ep r a c t i c e p r o v e st h a td e v e l o p m e n tb yd i s t r i c t u n d e rt h r e es o f t e x i s t i n g c o n d i t i o n sh a st h ev i r t u eo fl e s sw o r k i n g q u a n t i t yi ni n i t i a ls t a g e ，l e s si n v e s t m e n t ，t a k i n g e r i e c te a r l i e r , f l e x i b l el a y o u t e r e a n di ti san e wm o d eo fm i n e d e e p e n i n g i th a sv e r y g r e a td i r e c t i v es i g n i f i c a n c e t ot h er e a s o n a b l e d e e p e n i n gd e v e l o p m e n to f p r o d u c i n gm i n e i nm a r k e te c o n o m y a tt h es a m e t i m e ，i tw i l lb r i n go u tal a r g ee c o n o m i cb e n e f i t , a n di t w mp r o v i d el o n g k o um i n ef i e l da n do t h e rs i m i l a rt h r e es o f tm i n ew i t han e w d e v e l o p m e n t i d e n k e y w o r d s ：t h r e e s o f ts e a m ，d e e p e n i n gb yd i s t r i c t ，m i n ed e v e l o p m e n t ，d e v e l o p m e n t p a t t e r n ，r o a d w a yl a y o u t ，d i v i s i o no f d i s t r i c t i i 声明 本人声明所呈交的学位沦文是在导师的指导下完成的。论 文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含他人 已经发表或撰。，j 过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位 而使用过的资料。与我起工作的同志对本研究所做的任何贡 献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 本人签名： p 知 日期：知7 v 东北尺学碗1 ，学位论文 1 引言 1 1 问题的提出及研究意义 龙口矿业集团梁家煤矿该矿始建于1 9 8 3 年，1 9 9 2 年1 1 月建成投产。矿井 田面积3 i 5 k m 2 ，地质储量6 3 亿t ，可采储量2 3 9 亿t ，矿井设计能力为1 8 0 万t a ，服务年限8 8 8 a 。矿井设计为立井多水平分区式开拓方式，整个井田划 分为两个水平，即一4 5 0 m 水平和一6 5 0 m 水平。区内为山前冲积平原，地形平坦， 地面标高+ 2 + 2 7 1 2 - 1 ，自西北向东南地势逐渐增高，地形自然坡度一般为3 0 o o 左右。 井田内煤系地层生成于新生代早第二纪，总厚度2 1 3 m ，共含6 层煤，即 煤t ：、煤“、煤，、煤。、煤。、煤。，纯煤平均总厚度为1 3 8 5 m ，含煤系数6 5 。井田内主要可采煤层有两层，即煤2 和煤a 。煤2 全井田可采，煤层层位稳 定，倾角一般为8 15 。：煤4 位于煤2 之下，上距煤26 5 1 6 0 m ，煤4 结构复 杂，总厚度变化大，可采煤组纯煤厚度o 8 1 1 4 7 m ，平均6 6 5 m ，井田东部煤 。不可采。主要可采煤层段( 煤，煤。) ，上部岩性主要为油页岩、含油泥岩以及 泥质胶结的粉砂岩、含砾砂岩以及粘土岩，煤。底板为油页岩、含油泥岩和泥 岩。油页岩、含油泥岩、泥岩等岩石中，蒙托石矿物占一定优势，含量一般大 于2 0 ，泥质胶结的砂岩中，蒙托石矿物也呈空隙式存在，岩石结构松散，抗 压强度低，具有可塑性、膨胀性、崩解性以及扰动性等特征，是典型的“三软” ( 顶板软、底板软、煤层软) 地层。 矿井投产初期主采二层煤( 煤2 ) ，由于受村庄压煤的影响，矿井有效可采 储量本来不多，再加上煤1 油2 因发热量低，无销售市场而呆滞缓采，使一采 区、二采区有效可采储量减少2 5 3 万t ，水平服务年限缩短1 0 年，这样矿井刚 刚投产不久就面临开拓延深下组煤( 煤4 ) 的问题。梁家煤矿岩层中软弱膨胀岩层 大量存在，且强烈膨胀岩石占较大比重；层间滑面、断层破碎带和节理密集带 等软弱结构面十分发育；地应力影响十分明显：矿井涌水及空气湿度随季节的 变化对巷道的影响加剧了巷道围岩的膨胀、流变和软化，使软岩支护问题更加 突出。科学合理的在“三软”地层内进行矿井的开拓延深和巷道部署便成为矿井 安全高效生产的关键。建井初期巷道及硐室主要建在煤1 油z 和煤2 及其顶底板 岩层中，并且开采深度较浅，巷道支护相对比较容易，但部分巷道在投产前也 东北大学硕士学位论文 进行了不同程度的返修。随着开采深度的增加，地压显现明显，尤其当巷道施 工进入煤。中5 0 m 后，巷道破坏严重，表现为底臌、顶沉，两墙挤进，在抗压 强度低的下组煤开拓延深巷道难度加大，巷道支护困难，有的己严重影响着矿 井的生产。对于煤。的开采设计，原设计方案i ( 直接延伸副立井方案) 中部 分井筒，井底车场和大巷处于煤。底板岩层中，维护极其困难；方案i i ( 暗斜 井水平延伸) 部分巷道因不可避免地脱层进入煤4 底板，同样造成维护困难。 因此必须针对“三软”这一特殊地质条件，重新考虑更贴近实际的延深方案，以 期安全、经济、合理地开采煤炭资源。如何针对龙口矿区煤田具体地质特征， 合理矿井开拓部署，减少矿井延深初期投资和后期巷道的维护费用是一项值得 研究的重大课题，对保证矿井安全生产，降低生产成本，提高经济效益具有深 远意义。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 分区域开拓方式的国内外现状 二十世纪七十年代以来，随着采煤技术的迅速发展，矿井开采的集中化程 度日益提高，生产和新建矿井的井型日益增大，井田尺寸、开采深度、辅助提 升任务和瓦斯涌出量大幅度增加，引起了井下人员运输时间长、矿井风量大、 通风网路长、风阻大等原因。为了解决这些问题，欧洲一些主要产煤国家，如 原西德、英国、前苏联和波兰，为了提高煤矿的经济效益，逐步提出了分区域 开拓的方式。即：在适当的地点开凿主井，对煤炭进行集中提升，就地进行洗 选加工，并集中进行储、装、运：另在适当地点开凿副井和通风井。以解决器 材设备和人员的升降及矸石的排出。通常，主井仅有一个，而副井和通风井各 有两个或两个以上。国外比较有代表性的矿井有：南非新德马克、南非博杰、 波兰奇超特、英国塞尔比等”1 。 根据分区域井筒承担的任务，分区域开拓方式可划分为以下几类： ( 1 )除煤炭集中提升外，辅助生产环节各分区自成独立系统，目前西欧 主要采用此种方式，其中依英国塞尔比矿最为典型。 ( 2 ) 分区域井筒只做通风用，人员、材料、矸石的运送工作由集中副井 完成。我国及前苏联主要采用此种方式。 ( 3 ) 分区域井筒只做通风、矸石提升用，人员材料的运送工作由集中副 东北大学硕士学位论文 井完成。我国新设计的淮南张集矿就采用此种方式。 ( 4 ) 个别分区辅助生产环节自成独立系统，其他分区的井筒只承担通风 任务，人员、材料、矸石的运送由中央副井承担。我国新设计的潞安屯留矿就 采用此种方式。 在一些煤层赋深、表土层厚、含流沙层或强含水层、需要特殊施工、地质 构造复杂、瓦斯涌出量大、地温高、煤层赋存稳定、储量丰富和倾角较小的矿 井，在每个分区内多布置一对进、回风井。而煤层赋浅、表土层薄、地质构造 简单、煤层赋存稳定、储量丰富和倾角教小的矿井，在每个分区内布置两个以 上的井筒。 分区域开拓时，井筒形式和位置选择的原则与一般开拓方式井筒选择原则 相同。我国采用分区域开拓的矿井中，其主井形式为立井、斜井、平硐都有川。 其中使用立井的矿井大约占3 2 ，斜井的矿井大约占5 3 ，平硐的矿井大约占 3 2 。 分区域开拓的矿井的井田范围及生产能力一般都比较大。我国采用分区域 开拓的矿井，井羽的走向长度一般不小于8 k m ，最长的可达2 4 k i n ，井田的走 向长度大于1 0k m 的矿井大约占8 1 5 ；倾斜宽度一般不小于3k m ，最宽的可 达1 5k m 。 分区域开拓方式运输大巷的布置方式有： ( 1 )采用集中运输大巷布置方式。各分区域布置分区域运输大巷与集中 运输大巷相连煤从回采工作面运到分区域运输大巷，经集中运输大巷运到井底 车场，最后由主井提到地面。 ( 2 )采用分区域运输大巷与井底车场直接相连的方式。煤直接从回采工 作面运到分区域运输大巷，经分区域运输大巷运到井底车场，最后由主井提到 地面。 对于区域的划分，一般有以下几种方式： ( 1 ) 以断层作为划分区域的依据。 ( 2 ) 以河流保护煤拄作为分区的边界。 ( 3 ) 以适宜的通风距离作为划分区域的依据。 总之，区域的划分应根据煤层埋藏深度、表土层厚度、机械设备性能、基 建和生产费用的经济技术比较及合理通风范围来确定p 3 。 在每个分区内可以划分为区段，也可以划分为盘区，可以采用走向长壁工 东北大学砸j 擘位论文 作面，也可以采用倾斜长壁工作面，这主要根据煤层的赋存条件来定。 1 2 2 “三软”煤层巷道支护的国内外发展现状 “三软”煤层的顶底扳抗压强度较低，并且煤系地层中大部分都含有膨胀 性粘土矿物，如蒙脱石、伊利石和高岭土，岩层揭露后极易风化潮解、膨胀。 因此地层中的巷道围岩一方面在强大地压下发生流变，另一方面又受矿井水的 影响，发生膨胀，使巷道产生迅速变形。对支护造成极大困难，并且随着采深 的增大，巷道的维护问题会越来越突出。 对于“三软”煤层的支护，各个矿根据各矿的煤层赋存情况而采用不同的 支护方式。大致有以下几种： ( 1 ) 棚架支护。棚架的种类有木架棚、砼梯形棚、工字钢梯形棚、槽钢棚 和u 型钢棚等。木架棚、砼梯形棚因为其效果差，只在极少数情况下使用。 ( 2 ) 料石碹支护。因其效果差，只在极少数情况下使用。 ( 3 ) 锚喷支护。锚喷支护是“三软”岩层的巷道在架棚、浇注砼碹等支护 形式之后而产生的一种支护形式。其他的支护形式都是支护体被动受压，而锚 喷支护是利用围岩的自身强度来支护围岩。实践证明锚喷支护在“三软”地层 是成功的。锚喷支护有方便易行、经济安全、施工速度快等优点。 锚喷支护要根据矿压观测资料进行施工。要根据巷道掘进所形成的松动圈 深度、根据围岩的自稳期、围岩的工程稳定性分类等参数确定锚喷支护的相关 参数，如锚杆的长度、密度、托扳的尺寸、材质、喷层厚度等。 ( 4 ) 锚喷联合支护。随着在“三软”地层开采深度的增加，矿压越来越大， 仅靠单一的锚喷支护和传统的施工方法已不能满足支护的要求，这就需要几种 支护方法联合支护。目前，锚喷联合支护己成为“三软”地层岩巷及煤巷的主 要支护形式，并在实际应用中取得了理想的效果。 锚、网、喷支护。该支护形式适用于比较稳定的岩层，其断面形状一般 为直墙半圆拱。 锚、网、喷、梁支护。该支护形式适用于顶板压力相对较大，采用锚网 喷支护顶板易发生下沉或出现破碎变形的巷道，其支护方法是在用锚网支护 后，再在顶板增加弧形锚梁，然后喷射混凝土。锚梁在工作面回采超前支护时， 还可直接将单体液压支柱设在工字粱下，有利于巷道的超前支护。 煤巷注浆加固支护。极软煤层巷道掘进以后，浅部围岩在支承压力作用 下，产生破裂区和塑性区，使煤层的支护强度大大降低，而通过注入高水速凝 4 东北大学硕士学位论文 材料充填破碎围岩的裂隙，加上注浆材料的粘结作用，可显著提高固结体的强 度和刚度，围岩的破坏由原来强度较低的弱面、裂隙控制转变为由强度较高的 固结体控制。运用高水速凝材料对巷道两帮塑性区、破裂区煤层注浆加固加固 圈厚度可达2 o 3 0 m ，固结体强度达2 3 m p a ，显著提高了破裂区、塑性区 煤体的残余强度，保持两帮稳定。两帮煤体注浆加固后不但提高了煤体强度， 而且提高了煤体与树脂锚固剂之间的粘结力、加长了锚杆的锚固长度，提高锚 杆锚固力。极软煤体注浆加固后锚杆锚固力一般可提高1 0 k n 以上。因此，注 浆加固控制极软煤层巷道围岩变形、保持围岩稳定效果显著p 1 。 对于大硐室、交岔点的支护。 由于大硐室、交岔点跨度较大，维护时间长，巷道一般采用高强度支护。 一般为：用锚网喷做临时支护，然后配筋浇注，个别地点需加槽钢、工字钢或 道轨骨架，在个别硐室还用了锚、网、喷、料石碹、壁后充填、然后配筋浇注 混凝土的复合支护。 由于软岩巷道采后顶板再生能力强，为了提高资源回收率，减少自然发 火的危险，可以采用沿空送巷的方法，并在采空区- - n j n 注高水材料，以加固 采空区围岩，采用锚、网、喷、梁支护。 处在极不稳定围岩中的巷道，可以用锚杆和锚索结合起来防止上覆岩层 发生离层，对巷道进行加固，效果很好，但该支护形式成本较高，可以作为特 殊地段的局部支护。 1 3 主要研究内容及目标 在把握梁家矿井下延深区域地质、煤层赋存、储量、构造等自然条件，地 面村庄压煤情况和原有开拓系统及技术装备的基础上，对梁家矿“三软”矿井 进行延深开拓方式的最优化研究，其研究内容和目标如下： 1 、对原有两种延深方案进行全面评价，并从生产实践的角度分析两种原 延深方案存在的主要问题；全面分析评价历来生产巷道支护方式及支护效果、 “三软”岩层的支护经验，提出适合梁家矿“三软”矿井的最优延深方案。 2 、分区域延深方案的确定。对原延深方案i 、i i 与分区域延深方案i i i 进 行技术经济比较，确定最优方案；进行采区划分、开采顺序及采区接续规划。 3 、对首采区进行方案比较，确定首采区的巷道布置方案和采煤方法；进 行主要生产系统及装备的选型。 4 、进行技术经济效益统计分析。 东北太学碰! 十学位论文 2 龙口矿区梁家煤矿概况 2 1 矿并概况及地质特征 2 1 1 矿井概况 龙口矿业集团梁家煤矿位于山东省龙口市境内，烟潍公路横贯井田中部， 矿井西距龙口市区约l k m ，东距黄县城1 8k m ，至烟台1 3 l k m ，西南至潍坊市 1 6 6 k i n 。龙口港通航烟台、威海、青岛、大连、天津等东南沿海城市，水陆交 通尚属便利。 该矿始建于1 9 8 3 年，1 9 9 2 年1 1 月建成投产。矿井田面积3 1 5 k m 2 ，矿井 设计能力为1 8 m t a 。矿井设计为立井多水平分区式开拓方式，整个井田划分 为两个水平，即一4 5 0 m 水平和6 5 0 m 水平。各水平设独立的生产系统，布置分 层运输大巷，分别布置在煤1 油2 和煤4 中，副井通过井底车场、石门与分组 大巷联系，大巷采用3 t 底卸式矿车运输。 区内为山前冲积平原，地形平坦，地面标高- f 2 - - + 2 7 m ，自西北向东南 地势逐渐增高，地形自然坡度一般为3 左右。区内水系不甚发育。主要河流 有中村河，由东南向西北经井田东部注入渤海，区内流经长度6k m ，河床宽 1 0 0 1 5 0 m ，属季节性河流，与第四系潜水有水力联系。 2 1 2 主要地质特征 黄县煤罔为中、新生代形成的断陷盆地，其成因受黄县大辛店及玲珑 蓬莱两组基底断裂的控制，煤田内部的断裂与区域构造规律基本一致。本 煤田为一地层走向近于e w 、倾斜s 的单边断陷盆地，第三系沉积中心位于盆 地南侧靠近大断裂一边，煤田沉积后，受后期改造作用，形成产状平缓，倾斜 s 的单斜为主的构造，并伴生断裂和次一级向、背斜构造。梁家并田位于黄县 煤田的西北部，属宽缓的向东南倾伏的北马向斜的一部分。 ( 1 ) 地层 1 ) 第四系( 0 )区内第四系由黄褐色砂质粘土及细、中、粗砂岩等组成， 中夹2 7 层含砾砂层，单层厚度0 3 3 1 7 m ，第四系一般厚度为3 5 6 5 m ，由 东北大学硕士学位论文 北向南逐渐加厚，在烟潍公路以北厚度一般小于5 0 m ，以南大于5 0 m ，至井田 南部边缘逐渐增厚到6 5 m 左右。 2 ) 下第三系( e h ) 黄县煤田下第三系地层总厚度达1 6 0 0 m ，梁家井田钻 孔揭露厚度已达1 0 9 5 m 。由上而下可分为三组，即煤系上覆岩层最大残留厚度 在7 6 0 m 以上；煤系地层厚度1 9 0 2 6 0 m ；煤乐下伏岩层厚度大于9 1 m 。第三 系地层总厚度及其各组、段均由北向南逐渐加厚，但主要含煤段煤t ：至煤。层 段的厚度最为稳定，一般均在7 0 m 左右，各组段的层厚度如下： 上部非含煤组总厚度大于7 6 0 m ，按其岩性特征自上而下分为三段： i 、紫红色砂岩段：井田深部最大的残留厚度大于1 0 0 m ，上部为紫红、 黄褐色、浅灰色细砂岩，夹薄中厚层状粉砂岩、泥岩，下部为紫红色砂岩、 泥岩、粘土岩，粘土岩中局部含砾石。 i i 、杂色粉砂岩泥岩段：主要分布于井田中部，厚度由2 3 0 3 9 0 m ，平均 2 7 0 m 。上部以浅灰、灰绿、棕黄色等杂色泥岩为主，夹有钙质泥岩、粉砂岩及 粘土岩。 i i i 、钙质泥岩段：主要为灰绿、黄绿色钙质泥岩，中夹薄层泥岩，厚度由 2 1 0 2 9 0 m ，平均厚度2 3 0 m ，下部夹薄层泥灰岩及粉砂岩，由北向南增厚。自 上而下含四层泥岩，第四层泥岩之下为灰色钙质泥岩，厚l o o m 左右，全煤田 较为稳定，为重要标志层之一。 中部含煤组厚1 8 0 2 8 0 m ，平均厚度2 1 3 m 左右，根据其沉积特征和岩 相分上下两段，分述如下： i 、上部含煤段：上自煤t 。，下至煤。油s ，一般厚度1 2 2 5 9 m ，为区内第 三系厚度最稳定的层段之一，分上、下两个层段。 a 煤。，煤i 。层段：一般厚度7 0 9 0 m ，平均厚度7 0 3 l m ，为灰、灰绿 色钙质泥岩、泥岩、泥灰岩，中夹煤t ：、煤t 。煤层，该层段中部的泥灰岩( 夹 薄层钙质泥岩) 厚l o 3 0 m ，为区内稳定标志层。 b 煤上，煤，油，层段：厚度4 5 5 5 m ，一般平均厚度5 2 2 8 m ，为区内主 要含煤段，其岩石特征为深灰至灰黑色粉砂岩、泥岩，下部为灰白色、灰色细 砂岩，含煤。、煤。、煤。三层煤，油页岩三层( 油，、油t 、油。) ，泥岩和含油泥 岩，水平层理发育，富含化石，为区内最稳定可靠的标志层之一。 l i 、下部含煤段：上自煤，油。之下，厚度6 5 1 3 0 m ，平均厚度9 4 7 1 m ， 分上、下两个层段。 a 煤；油，至煤。层段：因煤。t 层位不稳定，致使其厚度变化较大，由4 0 8 9 m ，平均厚6 2 2 m ，以灰白色、灰色、灰黑色粗砂岩，夹粘土岩为主，砂岩 东北k 学硕士学位论文 疏松，含砾石，多为泥质胶结，厚度变化大。在煤，油。以下的灰白粗砂岩之下 1 0 m 左右为杂色粘土岩，夹紫红色、褐色砂岩，层位稳定，一般厚度为1 0 m 左 右。 b 煤至煤t 油层段：为该区重要含煤层段之一，厚2 5 5 5 1 2 1 ，平均厚 度3 2 4 5 6 m ，一般厚3 0 m 左右；顶部煤。仅局部块段达到可采厚度，余者均为 炭质泥岩。该层段多为深灰色粘土岩、细砂岩，砂岩中含菱铁质结核。煤4 厚 度大，结构复杂。 i i i 、下部非含煤组：井田内钻孔揭露最大厚度9 4 m ，上部为灰绿色、暗紫 色粉砂岩夹粗砂岩及泥岩，含砾石，下部为杂色含砾砂岩夹泥岩及粘土岩。 附：煤系地层综合柱状图2 1 。 ( 2 ) 煤系地层产状及其变化规律 梁家井田位于黄县煤田的西北部，属宽缓的向东南倾伏的北马向斜的一部 分。该井田位于北马倾伏向斜的浅部，在井田中部8 1 2 勘探线一带位于向斜 顶部，地层走向近于东西，西部地层走向由n3 0 。6 5 。e ，东部地层走向约n 6 0 。7 5 。w ，地层产状平缓，地层倾角为5 。1 4 。，一般8 。1 0 。，平均9 。左 右。 ( 3 ) 地质构造 井田内地质构造较为复杂，以断裂构造为主，正断层发育。井田内已揭露、 查明或初步控制的落差在3 1 0 m 的断层6 8 条；落差在1 0 3 0 m 的断层2 7 条； 大于3 0 m 的有3 3 条。其主要特征如下： 断层的走向多为n e e 向，近e w 向为主，全部为正断层； 大部分断层落差中间大而两端小： 断层两盘岩层产状变化较大，断层上盘一般变化更为明显： 落差大的断层，倾角一般较小，在5 0 5 5 。，其断层无煤带较宽； 大断层附近往往伴生许多小断层，且裂隙发育，其方向一般与主断层 走向近平行； 一些走向延伸较长的断层，可能不是一条断层而是一组走向近于平行、 落差相近的几条断层呈雁行式排列： 煤2 与煤4 构造既具有继承性又具有独立性。 经多年的生产实践证明，原地质报告中已查明的断层与实际出入较大，只 可作为开拓设计参考，无法满足采区设计的要求，设计时应进行补探。 东北大学硕士学位论文 ( 4 ) 软岩工程地质 井田内煤系地层生成于新生代早第二纪，主要可采煤层段( 煤，煤。) ，上 部岩性主要为油页岩、含油泥岩以及泥质胶结的粉砂岩、含砾砂岩以及粘土岩， 煤。底板为油页岩、含油泥岩和泥岩。油页岩、含油泥岩、泥岩等岩石中，蒙托 石矿物占一定优势，含量一般大于2 0 ，泥质胶结的砂岩中，蒙托石矿物也呈空 隙式存在，岩石结构松散，抗压强度低，具有可塑性、膨胀性、崩解性以及扰动 性等特征，是典型的“三软”地层。地质报告对煤。、煤。煤：、煤。各煤层的 顶底板岩石物理力学性质提供了一定的资料，但不能满足解决巷道维护过程中许 多问题的需要。对煤系地层进行全层岩石物理力学性质试验和岩石矿物成分的分 析鉴定，掌握各层岩石的物理、化学性能，进行有针对性的巷道部署，解决巷道 开拓选层，同层异位或同位异层的巷道支护形式和巷道维护治理等生产中的实际 问题。 梁家煤矿存在的主要工程地质问题是软弱膨胀岩层的大量存在，且强烈膨胀 岩石占较大比重；层间滑面、断层破碎带和节理密集带等软弱结构面十分发育； 地应力影响十分明显；矿井涌水及空气湿度随季节的变化对巷道的影响加剧了巷 道围岩的膨胀、流变和软化，使软岩支护问题更加突出。井田内“三软”地层的 存在使矿井的开拓延深和巷道部署增加了难度，同时也对我们提出了挑战。如何 针对龙口矿区煤田具体地质特征，合理矿井开拓部署，减少矿井延深初期投资和 后期巷道的维护费用是一项值得研究的重大课题，对保证矿井安全生产，降低生 产成本，提高经济效益具有深远意义。 附主要煤层顶底板岩石物理力学性质试验表2 1 。 ( 5 ) 煤层特征 井田内煤系地层总厚度2 1 3 m ，共含6 层煤，即煤t ：、煤t 。、煤。、煤。、煤。、 煤。，纯煤平均总厚度为1 3 8 5 m ，含煤系数6 5 。可采范围内各层煤的纯煤平均 厚度：煤。平均厚度1 1 5 m ，煤，平均厚度1 1 4 m ，煤：平均厚度3 5 9 m ，煤。平均 厚度3 8 6 m ，煤。平均厚度6 6 5 m 。井田内主采煤层有两层，即煤2 和煤4 。煤2 全 井田可采，煤层层位稳定，倾角一般为8 1 5 0 ；煤4 位于煤2 之下，上距煤26 5 1 6 0 m ，平均8 5 8 m ，煤2 、煤4 间距变化较大，从西北向东南方向，层间距逐渐增 大。煤。结构复杂，总厚度变化大，可采煤组纯煤厚度o 8 1 1 4 7 m ，平均6 6 5 m ， 井田东部煤。不可采。 东北大学硕：卜学位论文 附：可采煤层及顶底板特征表2 2 煤的物理性质表2 _ 3 。 层名i 厚度( m ) j 累厚( m )柱状岩性描述 1 5 4 27 2 07 3 煤 10 37 2 l7 6 油2 30 0 7 2 47 6 含油泥岩28 37 2 7 5 9 06 3 含油泥岩 22 2 煤 3 5 0 7 4 39 4 粗砂岩 28 97 5 6 8 3 煤油307 67 5 75 9 泥岩 粗砂岩 8 1 9 8 5 煤址09 0 1 50 78 3 5 8 2 8 4 93 4 8 4 9 9 8 油42 3 2 9 40 0 自上而下为： 1 灰深灰色薄层状粉砂岩，局部夹泥岩， 犀约7 m ； 2 、灰褐色舍油泥岩，富耆介形虫厚约2 1 ) m ； 3 、浅灰灰色粗砂岩，分选性较好。成份以 石英为主，合植物叶片化石央粘土岩及泥岩，厚 约13 m ； 合煤三层油页岩一层即煤1 、煤2 、 煤3 、油2 ： 煤1 结构简单，煤层稳定为主要可呆煤层 之一： 油2 9 油2 上1 油2 _ h 2 及油2 下四各油分层， 结构均单一。较稳定： 煤2 结构简单，夹石卜3 层煤层稳定为 主要可采煤层： 煤3 油2 结构简单不稳定仅局部可呆 自上而下为： 上部灰白、深灰、紫红等杂色粘土岩及粗砂 岩，含砾石，夹台砾泥岩，由西北向东南砂岩 增多 中部灰白色粗砂岩。夹粘土岩及泥岩，西部 粘土岩增多 下部灰黑色粗砂岩与粘士岩互层局部地段 粗砂岩及渑岩增多厚度变化总的趋势由西北 向东南变厚 旨煤二层：煤上、煤4 及油页岩一层 油4 ) 煤d 上结构较简单，煤层扳不稳定 煤4 结构极为复杂稳定性差，夹石0 1 8 层， 一般5 - 10 层厚度变化极大大致可分为四煤 组，上堞组结构简单，厚度小；二、三煤组区 内较稳定，为主要可采煤组，顶板一般为炭质 泥岩及泥岩，底板一般为坭岩 油4 结构简单，夹石1 - 2 层，区内均有分布， 西厚东薄 自上而下为： 上部灰绿色，暗紫色粉砂岩夹粗砂岩及泥岩 含砾石 下部杂色台砾粗砂岩，夹泥岩及粘土岩砾 石成份以石英为主，次为变质岩 东部砾岩增多泥岩及粘土岩减少 图2 1 煤系地层柱状图 f i g 2 1c o l u m n a r s e c t i o no fc o a l m e a s u l e s 1 0 舞翼蓄蓦 墨答董墨 妈冬丑 蜓 蓑爨童 赳 葵磔幅鼎 舯 ， _ r 墨避舞暖 罨g 高nn 弋 蕊翅r蔷 苦 b 喜 8 目趟r 赵 慝 襁慢r掣葛 韬： 螺 目恻r掣葛 密毯r寸 寸荨掣 目趔r擘 制遂糌摹 蝗 如* 蜘誊 8 掣 一 斟 荨 霹 馋1 】| | 喜 “ 羞i j 珂1 1 抛 姐 抛 熙念 j m 扪 j 悼 昶 棰景 鹾 嚣 会 叁 叁 熙 砰 把 景 ， 囊 咏 日m 囊 ， 悼 ， ， 粕 ，台， 日m和 矩 媸 谗 湘j m 慨 蠼 “ 刊 冀 湘 1 e ( 撂 叫 景 _ 是 泰 缸 舞嚣 辎鳝 喏 辎蟮蜷蟮 蟮 米婪 1 1 掣 甾世警世 睦； 世 罾世 _ 一 nnnn 口 攀媸辚毯蜚毯篓 蜚 u芒竖ojdgh莹a昔2j0 o一名：s一8苫呈u苫 僻静蟠世掣剐霉恒弧 杈g晕扑誉替替长 h ! n u 姗 n n b 耕|匕怍蛊一螺亩酪磅 剐潮蒋_|昙牛寺正卅 n11基nte_|c寸le of芏ili口oabo oo一n彗 蒋 蔡 ： 渝漓 漓湘 薄 一 p - b 口 c w 墨l 茎 善睡毫睡丢睡- 二l 薹 l 塑誊 瓤蠹 i 十占 o ooo f i 口灌 ? 22? 一u_ u l肄斟 。 印 声 笋 一矗 一目 ” 童 恕葛、一w u 垂i b n n p2 一 崞_ j o o 油藩斟藩 辫 舔 沿 拯拯扭 埘 洽 茁 辫辫薄爿荔 蒜益搽 嚣 端诽 诽 船 矾醉 滑辩筒 蓁蓁萋羹 箭萋 怠 群沸 曲 广卜箭 尊 雌蘼 弥 訇 雌雌 亡i 泵 京 剖e 箭鋈 枣 箭鋈 薄 鹱 旃 辞 ) | 衄嚣 蛀 邮蘼 州e茹 齑 抖 涟 l | 碚i 一 环 皇 叠 j 滚 菊白勺营商藩沸 叼llvsic轴一口8dehtioo，no一 涟洛 洛洁 藕特 u _ r l - 葵 齑茄商萄辫 ；峰：嚏强掘；瞳嘧 晶 釜萤鹭鹭藩法 训础珊础藩鞠 珊 蛐 雠 露娜 ) |) |姚 受 ， 辩乱甜 【 口 丑舜弗 萍弗 乱 露 精轴 球球 露弗淞淞滞 罅 ， 群辞溻 莶 潞潞弗并弗 诺瞄 露弗 焙焙浩溶婶苍 弗弗辩弗舜 碡 醉彗济碎薛爵 爵砰寄蠢爵碎 蒉 离 峦简 斟 窨 冲冲孙 河 滴 ， 西 藩 斟窑 菊 奇 翌 褂 蛋 写 茹岳 杂斟蒜甚 辩海 弗弗弗弗 东北大学硕士学位论文 ( 6 ) 瓦斯与煤尘 1 ) 瓦斯 根据1 9 7 7 年鉴定的结果，c h 4 定级点相对涌出量为5 3 0m 3 t ，绝对涌出量 3 9 6 m 3 m i n ：c 0 2 定级点相对涌出量7 4 3 m 3 t ，绝对涌出量5 6 8 m 3 m i n ，矿井瓦斯 等级鉴定为低瓦斯矿井。随着开采深度的增加，瓦斯涌出有增加的趋势。从开采 情况分析，深部水平仍属低瓦斯矿井，但需进一步探查。 2 1 煤尘 经鉴定，煤尘具有强烈的爆炸性，其爆炸火焰长度大于4 0 0 m m ，挥发分为 4 5 1 5 ，抑制煤尘爆炸最低岩粉量为8 5 。 3 1 自然发火 煤层燃点低，层理节理发育，透气性好，地温较高，煤层易自然发火。发火 期一般4 6 个月，最短4 5 天，根据矿井精查地质报告煤。自燃等级为l 2 级。 ( 7 ) 水文地质 1 ) 地表水 中村河流经井田东部，1 9 5 9 年前由于河床淤塞堤岸失修，汛期常常泛滥成灾， 淹没良田。历史上最大洪水泛滥在1 9 1 3 年旧历7 月1 9 日，大风暴风数天，潮水 髅陆。洪水一时不能下泄入海，因水位猛增使北皂前村东约2 0 0 m ，敖上村东7 5 0 m 一线被淹没，低洼处可行船，北皂前村最高海潮水位标高为+ 3 0 9 m 。 2 1 地下水 隔水层 第四系隔水层：以粘土、砂纸粘土为主，隔水性好，其次为粘质砂土，一般2 7 层，总厚度8 4 4 7 7 7 m 。 基岩隔水层：钙质泥岩，由上而下共六层，第一、二、三层含泥质多，可视为 隔水层。泥灰岩以上主要有四层泥岩，由上而下第一层厚7 2 2 0 8 m ；第二层厚2 9 m ；第三层厚2 6 1 0 m ；第四层厚3 2 1 4 3 m 。其余还有泥岩、含油泥岩以及粉 砂岩与泥岩互层均为隔水层。 含水层 第四系砂及砂砾层：一般有2 7 层，厚8 ，2 3 2 6 9 m ，单层厚度0 3 3 1 7 7 m ， 为本井田的强含水层。 东北大学硕卜学位论文 钙质泥岩：位于泥狄岩上，由上而下分六层，其中第四、五、六层含钙质多， 局部受构造影响岩溶发育、含水。平均单位涌水量o 1 3 6l s m ，含水性中弱。水化 学类型为r i c 0 3 一、n a 十水。 泥灰岩：厚8 4 2 5 0 9 m ，该含水层遍布全区，岩溶较发育，在断层的两侧岩 溶更为发育。单位涌水量为o 0 0 2 0 ，1 7 3l s m ，富水性弱至中等。 泥岩泥灰岩互层：总厚度为o 2 4 8 m ，单位涌水量约为0 1 4 1l s 。 煤，、油z 、煤：该含水层以裂隙水为主。 煤3 及煤4 间砂岩：富水性弱至中等，附近施工时需注意。 煤4 及下部砂砾岩：富水性较弱，但影响巷道底板施工。 本井田煤系地层上部的第四系砂砾岩富水性强，其西北濒临渤海，煤系含水层 多为开采层直接充水层，含水层单位涌水量约为0 0 0 0 3 0 1 7 3l s m ，富水性属弱 到中等且不均一，水量以净储量为主，各水文块段间水力联系较少且无一定的规 律性，可能会突发性突水，给生产和安全造成一定的影响。 3 ) 含水层与地表水的联系 南部基岩接受了大气降水，向北径流，一部分补给砂砾层，一部分通过