潞安集团阜生煤矿15号煤层瓦斯抽采设计-毕业论文

河南理工大学本科毕业设计潞安集团阜生煤矿15号煤层瓦斯抽采设计摘要：潞安集团阜生煤矿有限公司位于山西省左权县，处于沁水煤田的东部边缘地段，该矿井属于瓦斯突出矿井，其中15号煤层属于高瓦斯低透气性煤层，具有突出危险。本文首先对阜生煤业有限公司的井田地质地质构造，煤层瓦斯情况进行了介绍，利用搜集到的基本参数计算了15号煤层的瓦斯储量，论证了该采区进行瓦斯抽采的必要性和可行性。同时论述了当前瓦斯抽采的一些方法，结合15号煤层的实际情况，确定了该煤层应用顺层穿孔预抽煤巷条带瓦斯、本煤层交叉钻孔预抽、高位钻孔和埋管抽采相结合的综合瓦斯抽采方法。根据煤层的高瓦斯低透气性特征，确定了设计参数以及钻场和钻孔的布置方式。之后对瓦斯抽采系统进行了设计，确定管路敷设线路和管网抽采量以及抽采管路选型和管网阻力计算。根据计算的管网阻力与流量，选择了与抽采能力相匹配的瓦斯抽采泵及抽采管路附属装置及设施。制定了整个抽采系统的安全技术措施，论述了抽采瓦斯的综合利用和抽采站的配套设施，最后制定了瓦斯抽采的规章制度。关键词：阜生煤矿 高瓦斯矿井 瓦斯抽采 管路设计 设备选型The Gas Drainage System Design of the East Wing of the 15th Coal Seam in fusheng MineAbstract：Fusheng Coal Limited Company Located in the ZuoQuan County in Shanxi Province,which is in the eastern edge of qinshui coalfield area. The mine is mine gas outburst, in which 15 coal seam is a high low-permeability coal seam gas, with a prominent risk. This article first Fusheng Coal Limited Company field geological structure, coal seam gas conditions were introduced, the use of collected calculate the basic parameters of the gas reserves of 15 coal seam, mining areas demonstrated the necessity and feasibility of gas drainage. Also discusses some of the current methods of gas drainage, combined with the actual situation of 15 coal seam to determine the application at the end of the mining area drainage pumping gas Crossing Lane, Predrainaging,while Excavation and pumping and pumping while mining combine Integrated gas drainage methods. According to the high gas content and low permeability coal seam characteristics, determine the design parameters and drilling and drilling in the layout field. After the gas drainage system for the design,determine the pipe line and pipe laying and drainage pipe drainage volume selection and management of network resistance calculation. According to the calculation of pipe network and flow resistance, chosen to match with the drainage capacity of the gas drainage pumps and drainage piping installations and ancillary facilities. Development of the entire drainage system of safety precautions, discussed the comprehensive utilization of gas drainage facilities and drainage stations. Finally,the rules and regulations formulated gas drainage.Keywords：Fusheng Coal Limited the high gas mine gas drainage piping design equipment selection目录1引言71.1瓦斯抽放的意义71.2瓦斯抽放技术的国内外发展现状81.2.1国外瓦斯抽放现状81.2.2国内瓦斯抽放现状81.3设计依据91.4设计指导思想101.5本次设计的思路102矿井概况112.1井田概况112.1.1地理位置112.1.2交通情况112.2 地形、地貌及河流112.2.1井田范围122.2.2气候、降水、河流122.2.3地震、相邻矿井分布122.2.4井田水文地质132.3 地层及地质构造152.3.1地质构造152.3.2含煤地层及煤层172.3.3煤层瓦斯、自然及爆炸倾向性202.3.4煤与瓦斯突出危险性202.4 可采煤层212.5采区布置与开采顺序212.6采煤方法与顶板管理212.7 矿井生产能力及服务年限212.8 矿井通风系统概况222.8.1矿井通风系统概况222.8.2采区概况232.8.3采区通风方式232.8.4采区通风系统233矿井瓦斯赋存情况243.1煤层瓦斯基本参数243.1.1煤层瓦斯含量243.1.2煤层透气性系数283.1.3钻孔瓦斯流量和流量衰减系数283.2煤层瓦斯储量283.2.1计算方法283.2.2计算15号煤层的瓦斯储量293.3矿井可抽瓦斯量及可抽期293.3.1矿井可抽瓦斯量293.3.2瓦斯抽采率293.3.3可抽期304瓦斯抽放的必要性和可行性论证314.1 瓦斯涌出量预测314.1.1 矿井瓦斯涌出构成关系314.1.2回采工作面瓦斯涌出量预测314.1.3掘进工作面瓦斯涌出量预测334.1.4 生产采区瓦斯涌出量预测344.2瓦斯抽采的必要性354.3瓦斯抽采的可行性375抽采方法385.1 规定385.2 矿井瓦斯来源分析385.3 抽采方法选择395.3.1本煤层瓦斯抽采方法395.3.2回采工作面抽采方法395.3.3掘进工作面抽采方法395.3.4采空区瓦斯抽采方法405.3.5抽采方法的确定405.4瓦斯抽采率405.5钻孔及钻场布置425.5.1抽放钻孔参数确定435.5.2抽放钻孔参数及布置435.6选择地面抽采系统515.6.1选择地面抽采系统515.6.2高负压抽采系统515.6.3低负压抽采系统515.7封孔方法515.7.1封孔材料515.7.2封孔长度526瓦斯抽采管路系统及设备选型536.1 抽采管路选型及阻力计算536.1.1 规定536.1.2 计算方法546.2瓦斯抽采泵选型576.2.1规定576.2.2选型原则586.2.3 计算方法586.2.4 抽采泵类型确定596.2.5瓦斯泵类型606.3 辅助设备646.3.1瓦斯抽采管路附属装置646.3.2瓦斯抽采泵站主要附属设施配备677经济概算697.1 概算编制范围及依据697.2 概算投资及明细698安全技术措施718.1 抽放系统安全措施718.1.1 抽放钻场、钻孔施工安全措施718.1.2 抽放管道安全措施738.2 地面抽放瓦斯站安全措施739 瓦斯的综合利用与配套设施749.1 瓦斯的综合利用749.2 配套设施749.2.1 给排水、采暖及供热749.2.2 供电及通信759.3 监测监控系统759.3.1 监测监控系统的配备要求759.3.2 监测监控系统的配备措施759.4 地面建筑及环保769.4.1 地面建筑769.4.2 环保7710 抽采瓦斯管理7810.1 瓦斯抽采管理及规章制度7810.1.1 管理制度7810.1.2 规章制度7810.2 瓦斯抽采人员配备7910.3 瓦斯抽采技术资料79结 论81致谢82参 考 文 献831引言改革开放以来，中国经济快速发展。作为世界上最大的发展中国家，中国是一个能源生产和消费大国。在我国一次能源生产与消费结构中煤炭所占比例超过70，而且据分析这一形势在未来很长时间内不会改变。2010年我国煤炭产量超过32亿吨，2011年煤炭产量达到了35.2亿吨，但是依然不能满足需求。随着我国经济和社会的不断发展，我国煤炭需求量将会持续增长。因此，必须确保我国煤炭工业的健康、稳定发展，但是事故频发一直是困扰我国煤矿安全生产的重大难题。据统计我国煤矿每年因各类事故造成的直接和间接经济损失达250亿元。由于煤矿各类事故频发，死亡人数多，造成我国百万吨死亡率一直居高不下，在国际上严重影响了我国的国际声誉。煤矿安全问题已成为影响我国煤炭工业健康发展的主要问题。而在各类煤矿事故中，瓦斯事故造成的损失最大，死亡人数也最多，煤矿企业一次死亡10人以上事故中瓦斯事故占死亡人数的71。可见加强煤矿瓦斯治理对于保障我国煤炭行业的健康发展具有重大意义。而在治理煤矿瓦斯的各种方法中瓦斯抽采是煤矿瓦斯治理的根本性措施。我国煤矿瓦斯抽采最早开始于1938年，1952年开始工业应用，20世纪50年代阳泉、抚顺和天府矿务局开始大规模的抽放瓦斯。50年代末期瓦斯抽采量约为1亿立方米。60年代又在中梁山、焦作、淮南、松藻等矿务局开展了瓦斯抽采工作，抽采量达到了1.7亿立方米。70年代至90年代末期，抽采矿井数和抽采量都稳步增加。随着煤炭工业的发展，煤炭产量迅速增加，矿井开采深度不断加深的过程中，许多低瓦斯矿井变为高瓦斯矿井，由此带动了我国瓦斯抽采技术的迅猛发展。近几年随着人们对瓦斯利用的重视，国家制定了一系列政策，强力推进煤矿瓦斯开发利用，煤矿瓦斯地面开发实现历史性突破，抽采利用规模逐年增长，煤矿瓦斯防治能力明显提高。2010年煤矿瓦斯抽采量75亿立方米、利用量23亿立方米，分别比2005年增长226、283。山西、贵州、安徽等省瓦斯抽采量超过5亿立方米，晋城、阳泉、淮南等10个煤矿企业瓦斯抽采量超过1亿立方米。另外，国家启动了沁水盆地和鄂尔多斯盆地东缘两个产业基地建设实施煤层气开发利用产业化示范工程。仅该工程2010年，煤矿瓦斯产量达15亿立方米，商品量12亿立方米。新增煤层气探明地质储量1980亿立方米。1.1瓦斯抽放的意义瓦斯抽放是指采用与矿井通风井巷隔离的专用设施把煤层、岩层或采空区的瓦斯抽出的技术措施。瓦斯抽放的意义主要体现在以下几点上：第一，瓦斯抽放能够预防矿井瓦斯浓度超限，确保安全。抽采瓦斯不仅是降低矿井瓦斯涌出量和瓦斯浓度的有效措施，也是提高高瓦斯矿井及高瓦斯区域生产能力的重要手段和安全保证。第二，瓦斯抽放是预防煤（岩）瓦斯突出的有效措施。第三，瓦斯抽放也是开发洁净的瓦斯资源的唯一方法，利用瓦斯抽放系统可以将抽出的瓦斯加以利用，如瓦斯发电、民用燃气和汽车燃料等途径。第四，瓦斯抽放是利用瓦斯资源，减少温室效应保护大气环境的有效措施。甲烷利用后变为二氧化碳，后者的温室效应约为甲烷的1/20。1.2瓦斯抽放技术的国内外发展现状1.2.1国外瓦斯抽放现状美国是世界上瓦斯开发最早和最成功的国家。20世纪80年代初，美国地面瓦斯试验取得成功。从1985年到1995年的10年间，煤矿瓦斯抽采量从不足2亿立方米猛增至250亿立方米，形成了产业化规模。2003年煤矿瓦斯抽采量已超过450亿立方米，2004年产量达到500亿立方米，煤矿瓦斯占天然气总产量的810，成为重要的能源资源.美国瓦斯开采利用成功主要得益于两大理论的突破，一个理论突破是北美落基山脉中煤级、中高渗透瓦斯成藏和开发模式，另一个是粉河盆地低煤级、高渗透瓦斯成藏和开发模式。美国瓦斯垂直抽采技术开始于20世纪70年代，美国的一些煤矿试验用石油天然气的抽采技术，通过地面垂直钻井的方法从根本上解决煤矿瓦斯灾害问题。20世纪80年代初，美国地面垂直井压裂抽采瓦斯取得成功，许多石油公司开始了大规模瓦斯地面开发，由此开始了美国瓦斯抽采产业突飞猛进的发展。近年来，美国研制成功羽状水平井超前抽采技术，该技术不仅可以高效抽采瓦斯，同时加速了煤矿瓦斯预抽的速度。羽状水平井抽采技术适用于低渗透煤尘，是低渗透煤层瓦斯抽采技术的一次革命性突破。与常规直井相比，更具有优越性。主要体现在可以增加有效范围，减少对煤层的伤害，同时单井产量高，效益好，更好的保护环境。多分支水平井技术用于综合治理煤矿瓦斯，可以降低煤层瓦斯含量，改善安全状况，是我国瓦斯综合治理的主要方法之一。该技术主要适用于赋存稳定、低渗透的厚煤层。目前我国共有5座多水平分支井，主要集中在沁水盆地。加拿大煤矿瓦斯开发起步较晚，因为与美国地质条件相似，主要采用了美国的瓦斯抽采理论和技术。同时，由于北美天然气供应形势日趋紧张，天然气价格飙升，给瓦斯开发带来了机遇，目前发展迅猛。澳大利亚、英国、德国等国家瓦斯抽放与利用已有多年历史，都根据自己国家瓦斯储存的具体情况制定了不同的抽采技术。1.2.2国内瓦斯抽放现状我国的煤矿瓦斯抽采历史可以追溯到20世纪50年代， 煤矿企业为解决瓦斯灾害问题，用钻孔抽放本煤层瓦斯，取得了显著的效果。在过去的60多年里，我过煤矿经历了由单纯的抽采到如今的抽采利用并举的发展过程。复杂的地质条件和煤炭产量的不断增长为我国煤矿瓦斯抽采技术的发展和改进提供了条件。抽放技术由原来的单一钻孔抽放，到现在的巷道抽放、钻孔抽放、地面抽放和混合抽放。我国目前的瓦斯抽采技术处于国际领先地位。目前煤、气一体化开采已成为我国煤矿区开采的新模式。煤、气一体化即在开采煤层群时，受开采层采动影响，上部和下部煤层部分区域处于卸压状态，这部分受采动影响的区域由于处于卸压状态，煤层膨胀，产生裂隙，渗透率增加，使这些邻近层中的瓦斯大量向卸压区域转移，从而降低邻近层这些区域瓦斯抽采难度，由于整个抽采瓦斯过程中本煤层一直在开采，所以称之为煤、气一体化开采。这种方法适用于煤层地质条件复杂，地面开发条件不好的矿区。下面是几种我国新的瓦斯抽采技术简介:大间距上部煤层卸压瓦斯抽采技术:首采层卸压开采后，预先在卸压煤层底板弯曲下沉带掘进一条巷道，从巷道内钻孔抽采卸压层瓦斯，抽采率达65以上。提前在卸压煤层弯曲下沉带掘进巷道并使巷道保存良好，是此技术成功的关键。沿空留巷煤与瓦斯共采技术:沿空留巷即随着采煤工作面的推进，采用适当的充填方法，将采空区与采煤工作面隔绝，沿着采空区留下一条巷道，采用沿空留巷一般在采空区一侧留下尾巷，形成Y形通风，通过这条尾巷排放瓦斯和热量，在工作面瓦斯涌出量大时，既可以排放瓦斯又可以降低温度改善劳动环境。另外还可以在尾巷中钻孔抽放上下邻近层的瓦斯，实现工作面在前面开采，尾巷在后边抽采瓦斯。采用Y形通风，可以使空气压力场和瓦斯流动场向采空区后移，有效解决上隅角瓦斯超限的问题。同时，沿采空区留下的巷道还可以作为下一个工作面开采时的顺槽，不用专门掘进顺槽，节约了掘进量。钻割一体化增透卸压抽采技术:我国煤层大多数都是低透气性煤层，瓦斯抽采非常困难，特别是低透气单一煤层，常用的抽采方法很难达到效果。主要问题是：钻孔有效抽采半径小，施工难度大，抽放效率低，必须使用卸压增透的方法扩大抽采有效半径才能达到抽采效果。钻割一体化技术就是钻孔技术与高压磨料射流技术相结合，在钻孔过程中由送入管内的风或低压水排出粉末。当钻进到目标深度后停止钻进只进行退钻作业，同时将钻头上的控制装置由水射流直向钻孔切换到横向割缝，进行割缝作业，送进钻孔内的水经高压泵站加压到规定压力后与磨料混合送入钻孔。这样就可以做到随时钻孔随时割缝，从而实现钻割一体化。网格式穿层钻孔孔群增透瓦斯抽采技术:网格式穿层钻孔是我国单一地透气性突出煤层防突的主要技术措施。这种方法是在需要抽采瓦斯的一定区域内设定钻孔位置。对设定的钻孔位置进行穿层钻孔，形成孔群。钻孔间距一般在58m，钻孔直径90mm。当钻孔进入煤层后用高压水冲孔，使孔与孔之间形成裂隙，增加煤层的透气性。当钻孔进入煤层0.5m后，进行封孔。通过封孔管将将钻孔接入抽采管网对煤层进行抽采。这种方法可以有效的提高抽采效果，使预抽率由20提高到40实现低透气性煤层安全、高效的抽采。1.3设计依据（1）矿井瓦斯抽采管理规范（煤安字1997第189号）；（2）矿井瓦斯抽采规范（AQ10272006）；（3）矿井抽采瓦斯工程设计规范（GB50471-2008）；（4）防治煤与瓦斯突出规定（2009）；（5）煤矿安全规程（2006）；（6）煤矿瓦斯抽采基本指标（AQ10262006）；（7）阜生煤矿采掘工程平面图（1:2000）（2008）；（8）煤矿瓦斯抽采达标暂行规定（安监总煤装2011163号）。1.4设计指导思想（1） 在符合规范要求、满足使用的前提下，尽可能降低造价、节省工程投资；（2）尽量利用原有的巷道，不占用良田，不增加开拓费用；(3) 地面泵站尽量集中建设，便于后期利用；（4）设备、管材选型留有余地，能满足矿井该扩建后的需求；（5）采用的工艺技术具有先进性，符合实际。1.5本次设计的思路由山西省潞安集团左权阜生煤矿煤层赋存条件、瓦斯来源、瓦斯基础参数等条件，本论文设计其回采工作面采取本煤层布置平行钻孔抽采的抽放方法，其掘进工作面采取边掘边抽的抽采方法，其采空区采用高位钻场抽放。根据各瓦斯抽放管内预计的瓦斯流量，选择瓦斯抽放主管和支管管径，根据抽放量、抽放阻力、真空度对抽放泵选型。最后概算出所设计的矿井抽放系统的总造价，并为其提出安全技术措施。2矿井概况2.1井田概况2.1.1地理位置山西潞安集团左权阜生煤业有限公司（简称阜生煤矿，下同）位于山西省左权县寒王乡刘家庄村，处于沁水煤田的东部边缘地段，行政区划属左权县寒王乡管辖。地理坐标为：东经11322311132458，北纬370834 371016，井田面。积.5.8196km2。2.1.2交通情况阜生煤矿交通以公路为主，铁路为辅。井田西南距左权县约10km，东南至207国道约为2km，与阳(泉)涉(县)铁路直距约为1.6km，矿区交通较为便利，见交通位置示意图（图2-1）。图2-1 阜生煤矿交通位置图Figure 2-1 The schematic diagram of the traffic position in Fusheng mine2.2 地形、地貌及河流井田地处太行山西部，属中山区，地形复杂，沟谷纵横，总的地势为西高东低，沟谷内黄土覆盖，山梁大部分为基岩裸露区。地面最高点位于井田西部，海拔为1478.9m，最低点位于东南部边缘，海拔高度为1215.9m，最大相对高差263m。2.2.1井田范围该井田北东与阳煤集团石港煤业有限公司相邻，东与山西左权宏远鑫森煤业有限公司相邻、南与山西左权佳瑞煤业有限公司相邻，西北、西部无矿权，井田面积5.8196 km2，井田范围坐标一并见下表（表2-1）。表2-1 煤矿井田范围拐点坐标图Table 2-1 The coordinate graph of inflection points in the range of the Fusheng mine点号北京54坐标(6度带)西安80坐标(6度带)经纬度XYXY北纬东经14118249197122004118200.93319712131.238371016113232124117090197132104117041.93019713141.250370938113240034117805197138044117756.93819713735.250371000113242544117420197142904117371.93719714221.256370947113244554116900197145804116851.93519714511.260370930113245864116000197140004115951.92719713931.260370902113243174115150197138004115101.92019713731.263370834113242284115900197118504115851.91519711781.247370900113230494116212197110224116163.91319710953.24037091111322312.2.2气候、降水、河流井田地处内陆，属温带大陆季节性气候。常年日照2570小时，四季平均气温7.4C，昼夜温差15C21C，年无霜期为150天，年降雨量为540毫米左右。降水多集中在7、8、9三个月。最大年降水量1322.6mm(1964年)，最小年降水量373.9mm(1966年)，年平均降水量732.8mm。最大月降水量379.2mm(1995年7月)，积雪最厚22cm(1954年11月26日)。本区蒸发量大于降水量，年最大蒸发量2825mm(1959年)，年最小蒸发量1490.5mm(1964年)，年平均蒸发量1880.4mm。平均相对湿度67%。区域内主要的河流有清漳河、南河川：清漳河西源：距本井田北部边缘约1.5公里。1996年4-5月份，测得左权城关处流量为0.45m3/s。该河流洪水位标高11071100m，两岸冲刷呈南陡北缓之势，河床最宽处700m，一般在200m左右，河床坡降0.0414，该河供沿岸灌溉和小型发电使用。南河川：是清漳河西源的一支流，该河起源于梁山村北峰，流经十里店、五里堠、庄则村。在左权县城南汇入清漳河西源，全长约5.3km，雨季河水暴涨，旱季干涸，甚至断流，洪峰流量85120m3/s，洪水位11741100m。2.2.3地震、相邻矿井分布阜生煤矿位于陕西地震带，据国家地震烈度区域划分的意见，本区为VI级地震列度区。该井田东北与阳煤集团石港煤业有限公司相邻，东与山西左权宏远鑫森煤业有限公司相邻、南与山西左权佳瑞煤业有限公司相邻，西北、西部无矿权。2.2.4井田水文地质（1）区域水文地质概况井田内的含水层主要有四类含水岩组：1)松散岩类孔隙含水岩组井田内松散岩类主要是第四系地层，分布于山顶、山坡、沟谷中，不整合于各时代基岩上。分布于山顶、山坡上的中上更新统的黄土，颗粒细，补给条件差，一般含水微弱。位于山间沟谷以及南河川河谷沿岸的第四系冲积层,含水层以卵、砾、砂层为主,冲积层厚30-50m,基底一般为砂泥岩,局部为灰岩。左权电厂、化肥厂、庄则村的供水井成井时均自流，石港水泥厂水号井的单位涌水量为2.2L/s.m，水质类型为SO42-HCO3Ca2+Mg2+型,目前这些水井已大都不用,有的已填埋。2)碎屑岩类裂隙含水岩组石盒子组砂岩裂隙含水层包括下石盒子组一段K8砂岩含水层，二段底部K9砂岩含水层，以及上石盒子组一段底界K10砂岩含水层。这三曾含水层均表现为厚度较大，岩性为中粗粒长石石英砂岩，由于含水层仅接受大气降水补给，且分布面积有限，个别地区甚至由于地势高使含水层变为不含水透水层，故总体说该组含水曾富水性较弱，差异性也较大，径流条件差，循环不畅。山西组煤系地层砂岩裂隙含水层主要为山西组上部和底部两层砂岩含水层，岩性为中-细粒长石石英砂岩，颗粒不均，上部砂岩含水层连续性较好，但因补给条件差，含水性不强，山西组与太原组分界砂岩K7含水层，岩性不均一，连续性差，最大厚度3.95m,最小厚度2.35m,富水性由于岩性的不同,而有所差异。q=0.00361-0.01083L/s.m，平均q=0.0084L/s.m，K=3.99m/d，富水性较弱。3)碎屑碳酸盐岩类裂隙岩溶含水岩组K1砂岩与15号煤层顶板砂岩K1砂岩多为粉砂岩、细砂岩，局部为中砂岩或砂质泥岩，富水性弱，且位于15号煤下部，对开采15号煤没有影响。15号煤层顶板多为粉砂、细砂岩，局部为砂质泥岩，全井田稳定连续性较好，为15号煤层直接充水含水层，与K2、K3、K4石灰岩含水层有密切水力关系，对15号煤层开采有较大影响。石灰岩含水层太原组中段有三层石灰岩含水层，分别是K2石灰岩(四节石)、K3石灰岩(钱石)、K4石灰岩(猴石)，其中K2、K4石灰岩连续性好，K3石灰岩局部相变为中砂岩和泥灰岩。K2石灰岩厚6.44-12.05m，平均8.66m，裂隙较发育，富水性不均，且较弱，根据ZK1、ZK2、ZK3孔简易水文观测资料计算，单位涌水量为q=0.0096L/s.m，渗透系数为K=4.57m/d。K3石灰岩厚3.15-4.00m，平均3.67m，局部变相为砂岩，裂隙较发育，根据ZK1、ZK2、ZK3孔简易水文观测资料计算，单位涌水量为q= 0.0108L/s.m，渗透系数为K=5.14m/d，富水性也较弱。K4石灰岩厚2.92-4.10m，平均3.47m。井田内西南部裂隙较发育，根据ZK1、ZK2、ZK3孔简易水文观测资料计算，单位涌水量q=0.0049L/s.m，渗透系数为K=2.10m/d。对15号煤层而言，15号煤层顶板砂质岩、K2、K3、K4石灰岩，三个含水层为一大的含水岩组，都是15号煤层直接和间接充水含水层，其赋水性虽较弱，但开采15号煤层时，必然向巷道内充水，发生涌水现象。4)碳酸盐类岩溶裂隙含水岩组奥陶系峰峰组，马家沟组灰岩含水曾属此类含水岩组，峰峰组灰岩岩性以泥质灰岩、角砾灰岩、白云岩为主，其富水性较弱。奥陶系灰岩含水层，据石港口水泥厂水井，终孔于下马家沟组底部，孔口标高1260m，水位深度428m，水位标高832.0m，抽水试验结果，当水位降深1.34m时，出水量为6.984L/s，单位涌水量6.984 L/s.m，含水性强，该水井距井田西北部边界约1km处。据此推测井田内奥灰水位标高833.00m左右。（2）矿井地下水的补给、径流、排泄谷地和河谷中的第四系冲积层孔隙水，主要接受大气江水和河流的补给。大部分呈潜流的形式沿河流方向排除区外，部分空隙水侧向补给被切割的基岩含水层。尤其以南河川河谷松散层孔隙水为基，河流流向顺岩层走向方向，使补给更为有利，无疑河水、冲积层中水和太原组主要含水层的联系使密切的。分布于梁、峁高低的第四系的含水层，主要接受大气江水的补给，形成上层滞水，水量小，大多被切割后形成小泉，排泄于当地沟谷中。石炭、二叠系砂岩、灰岩含水层，主要接受大气降水入渗，松散层水，河流的侧向补给以及各含水层之间的越流补给。本区奥陶系灰岩岩溶水 ，浅部主要接受大气降水补给，而在井田内深部主要是煤系地层各含水层沿裂隙向下渗透和潜流至奥灰岩溶含水层，对低于灰岩水位的井田西部地区，对15号煤层的开采会造成一定的威胁。井田西北角15号煤层的底板突水系数按照矿区水文地质工程式地质勘探规范(GB12719-91)之附录G2的公式（2-1）进行估算。 Ts=P/(M-Cp) （2-1）式中 Ts：突水系数，MPa/m P：隔水层承受的水压，MPa M：底板隔水层厚度，m Cp：采矿对底板隔水层的扰动破坏厚度，m(一般取16m)15号煤层最大突水系数： Ts = P/(M-Cp) = (833-670+27.57)9.806(27.57-16)1000=0.162经计算15号煤层底板标高772 m一线为0.06 MPa/m的边界线，存在突水的危险。（3）地表水系及对矿床的开采影响井田内没有大的地表水体,井田北东部的沟谷为最大的泄洪渠，从井田北西部向北东部流过，受大气降水影响，仅在雨季洪水期有山洪流过，平时干涸无水，井田东部的煤层埋藏深度较浅，开采煤层后，造成地面塌陷，将沟通地表水，在洪水期会给矿井造成危害，因此生产过程中要引起足够的重视。2.3 地层及地质构造2.3.1地质构造受区域构造影响，井田内总体以走向北北东，倾向北西西的单斜构造为主，在此基础上发育有次级的向、背斜；构造形迹近北东向，倾向西北，总体上东、西部地层倾角平缓, 一般在215之间，中部地段地层倾角较大，一般在1525之间。现依据井下巷道揭露、三维地震资料对井田内构造叙述如下(见表2-2和2-3)。表2-2 断层特征一览表Table 2-2 The fault feature编 号性质产 状落差（m）延伸长度（m）备注走 向倾 向倾角F1正NENW70 0-5150回风巷揭露DF1正NNWSWW700-18250三维解释DF2正NENW700-13560三维解释DF3正NWNE700-3105三维解释DF4正NNENWW700-10155三维解释DF5正NNENWW700-7150三维解释(1)褶皱1）刘家庄向斜(Z1)：位于井田西部，贯穿井田南北，轴向北东，西翼倾角2-5，东翼倾角10-25；井田内轴长约2075m。向斜轴部位于ZK2及12-1号孔附近。2）Z2背斜：位于井田南部，轴向北东，西翼倾角10-20，东翼倾角8-18，区内轴长约500m，背斜轴部位于ZK3号孔附近。3）Z3向斜：位于井田南部，轴向北东，西翼倾角8-18，东翼倾角6-14,井田内轴长约1050m。(2)断层1）F1正断层：位于井田中部，回风井实际揭露，走向NE，倾向NW，倾角70，落差05m，错断了15#煤层。2）DF1正断层：位于井田中南部1111工作面，走向NNW,倾向SWW，倾角70，落差018m，错断了15#煤层。3）DF2正断层：位于井田中南部1107工作面，走向NE，倾向NW，倾角70，落差013m，错断了15#煤层。4）DF3正断层：位于井田中部，走向NW，倾向NE，倾角70，落差03m，错断15#煤层。5）DF4正断层：位于井田中部，走向NNE，倾向NWW，倾角70，落差010m，错断15#煤层。6）DF5正断层：位于井田中北部边界处，走向NNE，倾向NWW，倾角70，落差07m，错断了15#煤层。(3)陷落柱1）DX1陷落柱位于井田东南部，横断面为椭圆形，陷落15#煤层，在15号煤层上长轴长30m，短轴长20m，为井下实际揭露。表2-3 陷落柱特征一览表Table 2-3 The characteristics of collapse column table编 号横断面长轴方向长度(m)短轴方向长度(m)控制程度备 注DX1椭圆形NE 30NW 20可靠井巷揭露DX2椭圆形NS 60EW 45可靠井巷揭露DX3似梨状NW 75NE 40可靠井巷揭露DX4椭圆形NS 90EW 65可靠井巷揭露DX5椭圆形NNW 80NEE 50可靠井巷揭露DX6似梨状NW 45NE 40较可靠三维解释DX7椭圆形EW 65NS 50较可靠三维解释DX8葫芦状EW 110NS 70较可靠三维解释2）DX2陷落柱位于井田东南部，横断面为椭圆形，陷落15#煤层，在15号煤层上长轴长60m，短轴长45m，为井下实际揭露。3）DX3陷落柱位于井田中南部1109工作面，横断面为似梨状，陷落15#煤层，在15号煤层上长轴长75m，短轴长40m,为井下实际揭露。4）DX4陷落柱位于井田中部，横断面为椭圆形，陷落15#煤层，在15号煤层上长轴长90m，短轴长65m,为井下实际揭露。5）DX5陷落柱位于井田中部，横断面为椭圆形，陷落15#煤层，在15号煤层上长轴长80m，短轴长50m,为井下实际揭露。6）DX6陷落柱位于井田中北部，横断面为似梨状，陷落15#煤层，在15号煤层上长轴长45m，短轴长40m，为三维地震解释。7）DX7陷落柱位于井田北部边界，横断面为近椭圆形，陷落15#煤层，在15号煤层上长轴长65m，短轴长50m，为三维地震解释。8）DX8陷落柱位于井田北部，横断面为椭圆形，陷落15#煤层，在15号煤层上长轴长110m，短轴长70m，为三维地震解释。2.3.2含煤地层及煤层1含煤地层井田出露的地层由老到新依次有石炭系上统太原组、二叠系下统山西组、下石盒子组、二叠系上统上石盒子组和第四系中上更新统及全新统。井田内赋存的地层由下而上为奥陶系中统上马家沟组、峰峰组、石炭系中统本溪组、石炭系上统太原组、二叠系下统山西组、下石盒子组、二叠系上统上石盒子组、第四系中上更新统和全新统。现将井田内地层由老至新叙述如下。(1)奥陶系中统峰峰组(O2f)岩性为深灰色石灰岩，性脆坚硬，顶部含少量黄铁矿，裂隙较发育，且被方解石细脉填充，局部夹泥质条带，有轻微的溶蚀作用，有少量小溶孔，厚度大于100m。(2)石炭系中统本溪组(C2b)该组地层平行不整合于奥淘系中统峰峰组之上。其岩性和厚度变化较大，主要为浅灰、灰白色砂质泥岩、泥岩，浅灰绿色铝土岩、细砂岩，薄层石灰岩、煤线组成，底部为铁铝岩、铝土质泥岩及山西式铁矿，本组地层厚度18.0424.10m，平均19.58m。 (3)石炭系上统太原组(C3t)该组连续沉积于本溪组之上，组厚117.30130.80m，平均122.77m。其岩性主要为砂岩、泥岩、炭质泥岩、海相泥岩、石灰岩、煤层组成，夹似层状菱铁矿结核，标志层明显，易于对比。据其岩相岩性及古生物组合对比，将本组地层分为三个岩性段：下段(C3t1)，由K1砂岩底界到K2石灰岩底界。中段(C3t2)由K2石灰岩底界到K4石灰岩顶界；上段(C3t3)由K4石灰岩顶界到K7砂岩底界。主要岩性由砂岩、泥岩、炭质泥岩、海相泥岩、石灰岩、煤层等组成，夹似层状菱铁矿结核，标识层明显，易于对比。1)太原组下段(C3t1)底部为K1砂岩，灰黑色，粉中粒砂岩，局部节理发育，有时相变为黑色泥岩。K1砂岩厚度2.703.95m，平均3.49m。与下伏本溪组整合接触。K1砂岩之上为黑色泥岩和15号煤层，中上部为黑色泥岩、砂质泥岩于灰色中砂岩互层。顶部为14号煤层，本段地层厚度为14.1727.13m，平均厚度21.35m。2)太原组中段(C3t2)由三层石灰岩及其中夹泥岩、砂质泥岩及煤层组成。石灰岩为深灰色，节理发育，充填方解石细脉，含大量动物化石，韵律明显，为典型的海陆交互相沉积，含三层不可采薄煤层(11、12、13号)。本段地层厚度28.8746.15m，平均厚度36.93m。3)太原组上段(C3t3)由黑色泥岩、砂质泥岩、砂岩组成，其中夹10、9下、9、8、7、6号煤层，本段地层厚度53.5479.77m，平均厚度64.50m。(4)二叠系下统山西组(Pls)山西组地层厚度为46.3051.05m，平均厚度为48.85m，底部为一层粗粒砂岩(K7)连续沉积在太原组地层之上，岩性为灰色灰黑色砂岩、砂质泥岩、泥岩及煤层组成。(5)二叠系下统下石盒子组(P1x)本组地层连续沉积在下伏山西组地层之上，底界为一层浅灰色中厚层状中粒长石石英砂岩(K8)与山西组分界，向上色调变为浅灰中砂岩、粗砂岩、砂质泥岩夹有煤线。中部为黄绿色、灰绿色厚层状中砂岩，向上发育12层杂色含铁质鲕粒铝土质泥岩或砂质泥岩，俗称“桃花泥岩”，厚527m。组厚98.15101.90m，平均100.43m。(6)二叠系上统上石盒子组(P2s)该段连续沉积于下石盒子组地层之上，下部以桔黄、黄绿、黄褐等杂色砂质泥岩为主。中部以紫色、黄色砂岩泥岩为主。上部以黄绿、褐色砂质泥岩、砂岩为主，褐色夹灰色薄层砂质泥岩，井田内残留厚度28.60319.95m，平均62.30m。(7)第四系中上更新统(Q2+3)主要由浅红、黄红色亚砂土及亚粘土组成。底部含有钙结核，垂直节理发育，地貌上易形成陡壁，厚度4.5519.60m，平均为8.05m，与下伏地层呈角度不整合接触。(8)第四系全新统(Q4)主要为现代冲洪积物，厚度05m，平均为3m。2煤层井田内含煤地层包括石炭系上统太原组及二叠系下统山西组，可采煤层赋存于太原组地层中。太原组和山西组为井田内主要含煤地层，地层平均总厚度171.62m，含煤层和煤线16层，煤层平均总厚度11.65m，含煤系数6.79%。现将主要含煤地层太原组和山西组分述如下。(1)太原组太原组是沁水煤田及本井田主要的含煤地层之一，俗称下含煤组。属海陆交互相碎屑岩及碳酸盐岩建造，表现为多个砂岩砂质泥岩泥岩石灰岩或砂岩砂质泥岩泥岩的沉积旋回，沉积韵律明显，其中含煤11层，平均总厚度9.47m，地层平均厚度122.77m ，含煤系数7.71%。；标志层和可采煤层稳定，易于对比。1)下段(C3t1)岩性为砂岩、砂质泥岩、泥岩。K1砂岩(晋祠砂岩)位于本段底部。15号煤层为该含煤地层中层位最为稳定、厚度最大的可采煤层。15号煤层以上依次为砂岩、泥岩或(粉)砂质泥岩、砂岩。本段顶部为14号煤层，层位稳定，不可采。本段平均厚度21.35m。 2)中段(C3t2)含三层石灰岩(K2、K3、K4)，石灰岩间含泥岩、砂质泥岩、细砂岩和中砂岩，赋存有不可采煤层11、12、13号三层薄煤层。本段平均厚度36.93m。3)上段(C3t3)本段是太原组重要含煤层段。主要岩性为黑色泥岩、灰色细粒砂岩、砂质泥岩。10号煤位于本段下部，9下、9、8、7号煤层位于本段中部，6号煤层位于本段上部，均不稳定，厚度薄，为不可采煤层。本段平均厚度64.50m。(2)山西组山西组是井田主要的含煤地层之一，俗称上含煤组，属海陆交互相滨海沼泽相沉积。井田内该含煤层组共含煤5层(1、2、3、4、5号煤层)，煤层平均总厚度2.18m，含煤系数4.46%，含煤地层厚度变化不大，主要煤层和标识层比较稳定，易于对比。底界以K7砂岩与下伏太原组地层分界，该砂岩层位比较稳定。K7砂岩之上岩性主要为黑色泥岩，砂质泥岩与泥岩互层，5号煤层位于K7砂岩之上，不可采；4号煤层位于山西组中下部，为井田内稳定的不可采煤层，之上为泥岩、砂质泥岩、细-粗粒砂岩；3、2号煤之间岩性主要为黑色砂质泥岩、中粗粒砂岩、泥岩；1号煤层的顶板多数为下石盒子组底界K8砂岩。2.3.3煤层瓦斯、自然及爆炸倾向性1煤层瓦斯根据晋中市煤炭工业局市煤安2007260号文“关于晋中市30万吨/年以下煤矿矿井瓦斯等级鉴定结果的批复”文件，该矿相对瓦斯涌出量8.77m3/t，绝对瓦斯涌出量5.76m3/min，相对二氧化碳涌出量1.23m3/t，绝对二氧化碳涌出量0.81m3/min，为低瓦斯矿井。随开采深度的加大及生产能力增加到1.2Mt/a时，预测矿井为高瓦斯矿井。.2煤层自然倾向性根据山西省煤矿安全装备技术测试中心煤样检验报告：15号煤层吸氧量为0.8093cm3/g，自燃倾向性为类，属不易自燃煤层。3煤尘爆炸倾向性根据山西省煤矿安全装备技术测试中心煤样检验报告：15号煤层火焰长度5mm，抑制煤尘爆炸最低岩粉用量35，煤尘有爆炸性。2.3.4煤与瓦斯突出危险性1鉴定方法对于没有发生煤与瓦斯突出的煤层或矿井，依据煤与瓦斯突出矿井鉴定规范（AQ1024-2006）和防治煤与瓦斯突出规定规定，对于没有发生瓦斯动力现象的煤层鉴定突出危险性时，采用煤的破坏类型、瓦斯放散初速度指标（P）、煤的坚固性系数（f）和煤层瓦斯压力（P）判定煤层的突出危险性，取鉴定煤层各测点的最高