甘肃靖远王家山煤矿五号井开采设计 精品.doc

题目 甘肃靖远王家山煤矿五号井开采设计 专 业 采矿工程 第一章第一章 矿井地质概况矿井地质概况 1 1 矿井位置及交通矿井位置及交通 1 1 1 交通位置交通位置 王家山煤矿位于靖远县城北约 60km 宝积山矿区西北约 10km 行政区划属白银市 平川区王家山镇和东升乡管辖 走向长约 8km 倾斜宽约 3 5km 面积约 8 3421km2 地理坐标为 东经 104 48 06 104 53 12 北纬 36 51 35 36 53 14 王家山煤矿西北距国道 309 线约 2 5km 铁路由白 银 宝 积山 线的长征车 站接轨 经旱平川 水泉 至煤矿工业广场有专用线 矿区内的公路 简易公路纵横交 错 交通甚为方便 见图 1 1 图 1 1 交通位置图 1 1 2 地形地貌地形地貌 矿区地处干旱区 地形复杂 地形陡峻 最高点位于栒条岘 标高 2021 7m 最低 点位于下红湾 标高 1815 0m 相对高差 206 7m 水洞沟以西基岩裸露 属剥蚀构造地 貌 王家山向斜两翼形成相向的单面山 由于沿张性构造裂隙易于向下切割侵蚀 故横 向沟谷发育 随着向斜的倾没 岩层逐渐被黄土覆盖 水洞以东主要为黄土丘陵区 相 对高差较小 一般 20 50m 但是 五号井矿区范围内地势较为平坦 1 1 3 气象及气象及水文情况水文情况 1 气候 矿区气候属内陆半沙漠干旱气候 1 气温 月平均 9 24 最低 18 23 最高达 35 38 年平均 7 9 9 2 夏季酷热 冬季严寒 春 夏 秋季昼夜温差 10 16 2 降水量 年平均量在 187 374mm 之间 平均 250mm 左右 多集中于 7 8 9 三个月 降水量占全年的 50 60 常形成暴雨 3 蒸发量 年平均 1439 1782mm 平均 1655mm 为降水量的 6 6 倍 4 湿度 年平均 55 64 4 5 月份最干燥 为 41 60 7 11 月份湿度在 58 75 之间 5 风向 除夏 秋季有东南风外 其他时间多西北风 风力 2 4 级 最大达 6 8 级 全年平均风速 1 1 4m s 6 每年 11 月至次年 3 月为冻结期 最大冻结深度 93cm 一般 0 4 0 7 米 2 水文情况 区内无常年流水 仅有两条砂河在每年 7 9 月雨季期间山洪暴发才有短暂的暂时 性流水 一条是苦水峡砂河 发源于矿区东南部的小井子沟 由南向北穿过矿区中部 经胶泥崖村 大红沟 北滩 与咸水河汇合 至中卫注入黄河 另一条是孔家沟砂河 由李家坪向西流经矿区南侧 在 33 107 号孔附近折向西南 经石碑子沟 旱平川 流 入黄河 矿区以南的变质岩裂隙水沿 F1 断裂带溢出 在苦水峡砂河上游形成水质良好 但 水量甚小的上升泉 最小涌水量 0 175L S 最大涌水量为 1 112L S 由于受 F1 断裂带 中断层泥的阻滞 进入孔家沟砂河后形成地下潜流 潜水面深 3 10m 对河床中分布 的各个水井进行了不定期观测 水量不大 如李家坪水井的涌水量为 20 39m3 d 1 1 4 矿区概况矿区概况 1 矿区开发情况 王家山矿区开采历史久远 在建井时 井田浅部的小窑已具备相当规模 为了协调 与地方的关系 省委 省政府先后多次从生产矿井不同位置划给地方资源 2501 84 万 t 从 1550m 水平以下资源内划给地方资源储量 1806 0 万 t 经煤业公司调查 王家山矿区原有各类地方小煤窑 乡村 个体 其它 43 个 通 过多次关井压产的整顿 部分小窑已被关闭 封停 现保留 24 个小煤矿持有合法证件 但仍存在一证多井 超层越界 乱挖滥采 侵占大矿资源的现象 具体分布情况为 在王家山煤矿一号井周边实测有 8 个矿 13 个井口 二号井周边实测有 11 个矿 14 个井口 五号井周边有 5 个矿 7 个井口 各小煤矿的开采能力都在 3 万吨以上 有的能 力达 10 万 t 由于小矿开采技术条件差 回采率低 对资源破坏量非常大 另外 井田内煤层大多为急倾斜煤层 而划出的资源均在井田浅部 使划出资源的 下部形成相当数量的呆滞煤量 也使王家山煤矿生产能力 矿井服务年限等受到较大影 响 2 矿区经济情况 本区以农业为主 农产品主要有小麦 谷物 豆类等 由于干旱多风 产量均较低 工业方面 有矿区所属各煤矿 以及矿区辅助和附属企业事业单位等 还有靖远县 所属厂矿及定西陶瓷厂 煤矿等企业 国家重点建设工程靖远电厂二期工程已竣工 靖 远矿区供水工程亦完工交付使用 整个靖远矿区水 电 路 通讯等都已形成系统和综 合能力 3 矿井建设和生产时所需主要材料的来源 主要建筑材料 除钢材外 水泥 砖砂 石白 灰为当地上产材料 就地均可买到 用火车或汽车运输 运输距离远近差别较大 近者距平川区 靖远县约 30 60km 远着 距兰州 210km 或者更远 4 水源 电源 及劳动力来源 供水水源 本矿井由靖远矿区净水厂供水 靖远矿区净水厂设在黄河北岸 取黄河水为水源 经过净化后供整个矿区 该水厂日处理水量 54000m3 d 可向王家山矿井供水 9900m3 d 能够满足该矿井集中生产用水 黄河水通过 过滤 消毒等手段处理后 水质符合国家生活饮用水标准 该水总硬 度约为 11 8 德国度 Ph 值约为 7 8 浊度 3 度 本矿井井下水的矿化度非常高 不宜作为生活水源 但该水可以满足灌浆用水的水质 要求 因而可以用来制水泥浆 1 2 矿井地层及地质构造矿井地层及地质构造 1 2 1 地层地层 王家山矿区地层主要有下志留统马营沟群 S1m 上三叠统南营儿群 T3nn 中 侏罗统窑街组 J2y 中侏罗统新河组 J2x 上侏罗统苦水峡组 J3k 下白垩统河 口群 K1nk 上第三系 N 和第四系 Q 下志留统为中生界基底地层 上三叠统常 为煤系基底 中侏罗统窑街组为主要含煤地层 在矿区南部 F1 断层带中局部有残留的 泥盆系及石炭系地层 此外 在矿区南北的外侧布有上第三系红层 本矿井揭露地层与区域地层一致 分述如下 一 志留系 S 仅有下统马营沟群 S1m 主要见于水泉尖山 卡拉玛山和响泉山等地 岩性为灰 色石英岩 灰绿色变质砂岩 千枚者 片岩 夹煌斑岩 闪长岩脉 厚 1159 30m 1592 50m 平均 1400 00m 二 上三叠统南营儿群 T3nn 为侏罗纪煤系的主要基底地层 为灰绿色砂岩夹同色粉砂岩 灰色 灰黑色泥岩及多层煤线 砂岩具大型斜层理 厚 200 1076m 平均 900m 三 中侏罗统窑街组 J2y 为矿区主要含煤地层 含主要可采煤层两层 编号为 2 层煤 4 层煤 及局部可采 煤层两层 编号为 2 下层煤 3 层煤和 4 下层煤 主要出露于矿区北部 水洞沟以西 与下伏地层呈平行不整合接触 地层由灰白色中 粗粒砂岩 灰色细砂岩 灰 深灰 灰黑色粉砂岩 砂质泥岩及 煤层组成 化石丰富 地层总平均厚度 116m 总的由东向西 由北向南逐渐变薄 北翼 线以东厚度都 在 90m 以上 南翼厚度变化多在 40 85m 之间 至 F2 断层以南更减薄到 25 73m 矿 区西端 的 74 270 226 222 号孔一带甚至仅有 8 21m 旋回结构清楚 由两个大的旋回组成 第 大旋回 由 2 层煤底板河床相砂岩开始 经河漫相 沼泽相 泥炭沼泽相 至 2 层煤顶板湖相泥岩 粉砂岩结束 顶部湖相沉积往往由于后期冲刷而保存不全或缺失 或相变为河漫滩相 旋回厚度变化西薄东厚 平均厚约 56m 第 大旋回 由侏罗系底部河床相砾岩 砂砾岩或粗砂岩开始 经河漫相 沼泽相 泥炭沼泽相 至 4 层煤顶板湖相粉 细砂岩及砂质泥岩告终 该旋回在向斜北翼比较稳 定 向南相变急剧 几乎全部为河床相沉积所取代 4 层煤向南也逐渐分叉 变薄以至 尖灭 旋回厚度变化西薄东厚 厚 21 86m 平均厚约 50m 四 中侏罗统新河组 J2x 由上到下分为三个段 第三段 由灰绿色页岩 粉砂岩及深灰 褐灰色油页岩组成 夹薄层灰绿色细砂岩 及肝红色泥岩 发育细水平层理及缓波状层理 化石丰富 厚 114m 第二段 岩性主要为草黄色中 粗粒砂岩 细砂岩 粉砂岩及砂质泥岩的互层 中 夹紫红 灰绿及灰 深灰色泥岩 粉砂岩 底部为厚层灰白色粗砂岩 砂砾岩 砂岩中 斜层理发育 有时含砂质结核 最大厚度 400m 第一段 主要为灰白色砾岩 砂砾岩及中 粗粒砂岩 夹灰色 深 灰色砂质泥岩 及黄绿 灰绿色粉砂岩 细砂岩 顶部黄绿 灰绿 灰黑色泥岩中有时含薄煤 编号 1 层煤 下部局部地段亦夹薄 中厚层煤 编号 2 上层煤 粗碎屑岩中发育大型斜层理 细碎屑岩中多发育细水平层理或小斜层理 总平均厚约 64m 与下伏窑街组地层呈平行 不整合接触 五 上侏罗统苦水峡组 J3k 上部为紫灰色砂岩与紫红色泥岩互层 砂岩具水平层理 泥岩为块状构造 中部主 要为紫红色沁及砂质泥岩 夹灰绿色泥岩与砂岩条带 多不显层理构造 下部为紫红色 泥岩与灰绿色泥岩 粉砂岩互层 后者具微细水平层理 含有丰富的化石 与中侏罗统 J2 呈整合接触 厚度大于 500m 六 白垩系 K 仅有下统河口群 K1hk 上部为桔红色中 细粒砂岩与泥岩互层 下部为棕红 桔红色厚层中 粗粒砂岩夹砂砾岩及薄层紫红色砂质泥岩 与 J3k 呈不整合接触 厚 400 800m 平均 637m 七 上第三系 N 中新统咸水河组 N1x 岩性为紫红 桔红色砾岩夹砂岩 不整合于较老地层之上 厚 735 1019m 平均 850m 上新统临夏组 N21 与 N1X 呈不整合或平行不整合接触 下部为桔红 桔黄色 泥岩 砂质泥岩及灰色 锈黄色砂岩 砂砾岩 厚 253 461m 中部为兰灰色角砾岩夹 砖红色砂岩 厚 157 720m 上部为兰灰色砂岩 砂砾岩 砾岩与桔黄色泥岩 砂质泥 岩互层 厚度大于 500m 八 第四系 Q 更新统 Qp 下部为灰绿色碎石 亚砂土互层 中部为棕黄色石质黄土 亚砂土 上部为浅黄色疏松黄土层 厚 2 303m 平均 90m 不整合于较老地层之上 全新统 Qn 为松散砂砾石层 夹亚砂土及亚粘土层 不整合于其他地层之上 厚 0 163m 平均 12m 1 2 2 构造构造 陇西系乌鞘岭 六盘山主褶带逶迤通过靖远北部 靖远煤田便形成于褶带中古变 质岩体的低洼地带 受陇西系所左右 区域主要构造形迹多呈北 50 60 西方向 有如 下主要构造 松山 响泉山 黄家洼山隆褶带 走向长约 80km 主体由下古生界及震旦亚界 变质岩组成 总体走向北 50 西 宝积山复向斜 位于松山 响泉山 黄家洼山隆褶带的南侧 为一南翼受到破 坏的不完整复向斜 主轴呈北 50 西方向 走向长约 37km 王家山复向斜 位于松山 响泉山 黄家洼山隆褶带北侧 为一南陡北缓的不 对称复向斜 主轴走向北 60 70 西 青石山半环状构造 位于宝积山矿区与红会矿区之间 由青石山西侧弧形断层 及其所包围的下奥陶统变质岩花岗岩组成 北滩新生代拗陷 位于王家山复向斜以北 在王家山矿区以 F15 断层为界与隆 褶带分开 靖远新生代拗陷 位于宝积山复向斜以南 为靖远 静宁拗陷带的一部分 伴随上述隆褶带及复向斜的有一系列区域性走向断层 由北而南有 F3 断层 位于王家山复向斜之北 西起水洞沟以西 向东经下红湾至半川子以 东 长度在 10km 以上 走向近东西 倾向北 倾角 80 左右 断距西小东大 最大达 1000m 以上 王家山 F1 断层组 位于王家山复向斜与松山 响泉山 黄家洼山隆褶带之间 长 30km 以上 走向北 70 西 倾向南西 倾角 80 左右 由多个断层组成 为一多期活 动断层 挽近仍有活动 宝积山 F1 F2 断层组 位于宝积山向斜南翼 西起车轮口 东至打拉池 长达 35km 以上 走向北 50 60 西 倾向南西 倾角 15 60 深部缓 浅部陡 并派生 一组分枝断裂 组成 入 字形构造 该断层切断宝积山向斜南翼 使南西盘白垩系地层 推覆于北东盘侏罗系之上 构造形迹明显 岩浆岩 主要分布在矿区以南的寿石山 红会将军坟滩及崛吴山北坡 主要岩性为 花岗岩和花岗闪长岩 对矿区煤系没有影响 本矿井构造总体表现为 向西抬起收拢 向东倾伏撒开的向斜 长约 10km 向斜 轴走向北 60 70 西 局部近东西向 轴面倾向 SSW 两翼地层产状不同 北翼地层 在 勘探线以西走向为北 75 西 倾向南西 倾角 25 40 勘探线以东渐转为北 80 东 向南南东倾 倾角 40 60 XV 勘探线以东更陡 达 60 以上 南翼地层走向 为北 60 西 倾向北东 倾角 35 66 局部直立 倒转 为一南陡北缓 轴面南倾的 不对称向斜 勘探线以西向斜轴被 F21 断层切断 向斜两翼断层较发育 以走向逆断层为主 除煤盆地边缘断层外 矿井内部断层依 其产状大致有两组 一组南倾逆断层 发育于向斜北翼 另一组北倾断层 发育于南翼 此外尚有一些伴生的大小不一的横向逆断层分布于两翼 张性断裂较少 主要断层特征 见表 1 2 1 表 1 2 1 王家山煤矿断层特征一览表 产 状 编 号 位 置 走 向 倾 向 倾 角 性 质 规 模两盘岩性 查明 情况 F1向斜南侧北 70 西 南 西80 实测 逆断 层 出露长度 30Km 以上 由一组平行断裂组成 在矿区 南部形成宽约 100 300m 的巨形挤压破碎带 下志留 统变质岩 上古生界地层逆冲于侏罗系各地层之上 李家沟以东断距约为 600m 贺家山北达 1500m 南盘 S1m 北盘 S1m F3向斜北侧 线以西 北 80 85 线以东 北 75 80 东 北80 推测 逆断 层 长约 10km 北盘下志留统变质岩逆冲于南盘上三叠 统和侏罗系地层之上 该断层断距西小东大 最大达 1000 以上 南盘 T3 J 北盘 S1m 62 50 215 514 号孔均 穿过该断层 F15 位于向斜北 翼 北 80 西南 35 65 推测 逆断 层 长约 7km 以上 上盘的上三叠统和侏罗系地层推覆于 上三叠统和中下侏罗统之上 断层破碎带宽 5 60m 一般宽 15m 断距达 100m 以上 南盘 T3 J 北盘 T3 J1 2 F16 位于 F15 断 层以南 位 于 线 之间 加 线以西 为北 80 80 西 以 东转为 80 85 南 60 80 推测 逆断 层 为 F15 最主要一条分枝断裂 长约 5km 断距西小东 大 线为 10 40m 线大于 200m 同上 F17 位于 F16 以 南 线以西走 向为 80 西 以东呈近东 西向 南 或 南 南 西 67 85 推测 高角 变逆 冲断 层 为 F15 的一条分枝断层 长约 3 5km 破碎带宽 2 7m 断距大于 30m 同上 F18 位于 F15 与 F16 之间 北 80 西 南 南 西 70 推测 逆冲 断层 为 F15 的分枝断层 长 700m 同上 F19 位于 F17 以 南 近东西南80 推测 高角 度逆 冲断 层 为 F15 的分枝断层 长 300m 断距 15m 同上 表 1 2 1 产 状 编 号 位 置 走 向 倾 向 倾 角 性 质 规 模两盘岩性 查明 程度 F21 位于王 家山向 斜轴部 北 65 西 南 西 80 实测 逆断 层 全长 12km 其中矿区长度 5km 南西盘向上逆冲 将王 家山向斜轴切割破坏 通过矿区断距约 45 100m 两盘地层 皆为 J2 3 285 241 号 孔穿孔穿过断 层 F2 位于向 斜南翼 线 之间 北 60 70 西 北 东 80 85 推断 逆断 层 长约 4km 破碎带由碎裂岩 断层泥以及大小不等砂 岩构造透镜体组成 宽约 2 10m 断距西小东大 线 26m 线 22 米 线 379m 南盘 S1m 北盘 J F22 位于 F2 以南 北 65 75 西 北 东 80 推测 逆断 层 长约 4km 全被第四系掩盖 断距可达 100m 北东盘 T3 J 南西盘 J F4 位于矿 区西南 北 60 西 南 西 80 推断 逆断 层 长约 26km 北东盘为中生界地层 南西盘为新生界地 层 F4 可能是沿 F1 断裂带下滑形成的 据钻孔断距 不下百米 北东盘 Mz 南西盘 Kz 92 号孔穿过 该断层 F5 位于 加 线 之间 北 35 40 东 南 东 47 65 平移 断层 长 700m 东盘相对北移 西盘相对南移 水平错距 80m 两盘地层 均为 J 81 号孔该断 层 F20 位于向 斜北翼 西部 北 60 80 东 东 南 62 77 推测 逆断 层 长 600m 破碎带宽 1 4m 断距 28 45m 两盘地层 均为 J 282 号孔穿过 该断层 F23 位于南 翼 F2 断 层以南 线以西 北 60 80 东 以东为北 83 西 北 68 70 推测 逆断 层 长 750m 落差 16 40m J 151155 号孔 造成 2 层煤重 复 1 3 矿体赋存特征及开采技术条件矿体赋存特征及开采技术条件 1 3 1 煤层及煤质煤层及煤质 1 煤层 一 含煤性 本区的主要含煤地层为中侏罗统窑街组 J2y 厚 116m 含煤五层 平均总厚 30 67m 含煤系数 26 其次为中侏罗统新河组 J2x 第一段 平均总厚 64m 含煤 两层 平均总厚 2 99m 含煤系数 4 7 各煤层由上到下编号为 1 层煤 2 上层煤 2 层煤 2 下层煤 3 层煤和 4 层煤 其中 2 层煤和 4 层煤为主要可采煤层 厚度大 较稳定 且分布面积广 3 层煤为局部可采层 分布面积较大 厚度较薄 变化亦较大 其余煤层更不稳定 多呈透镜状 此外 4 层煤向南由于相变 发生分叉 变薄 以至 尖灭 在深部形成 4 下层煤 另在深部钻孔中 4 下层煤以下尚有 1 2 层透镜状煤层 偶达可采厚度以上 煤系含煤性的变化规律比较明显 南翼不如北翼 西端不及东端 北翼西部又较东 部含煤性差 勘探线以西含煤系数平均为 17 9 低于北翼平均数 以东平均为 28 1 高于北翼平均数 全区平均为 19 7 二 可采煤层 矿井共含煤七层 其中 1 层煤 2 上层煤 2 下层煤多呈透镜状产出 偶达可采 厚度以上 很不稳定 3 层煤亦不稳定 变化大 为局部可采层 2 层煤和 4 层煤较稳 定 为主要可采煤层 此外 存在于南翼挤压带和其他断层带中的断层煤 变化极大 呈透镜状 鸡窝状或不规则状产出 各煤层特征见表 3 1 分述如下 表1 3 1 煤层特征一览表 煤层 名称 真厚度 m 最小 最大 平均 点数 层间距 m 结构稳定性分布与可采情况层位 1层 0 1 60 0 70 14 30 45 简单极不稳定呈透镜状 零星可采J21x 2上层 0 11 6 32 2 29 19 简单极不稳定 南翼 线以西 北翼 加 及 线以西 零星可采 J21x 2层 0 05 45 33 8 74 131 简单 复杂较稳定全区主要可采J2y 2下层 0 5 81 0 63 11 简单极不稳定零星分散且不可采J2y 3层 0 11 21 27 3 33 60 简单不稳定 线以西 局部可采J2y 4层11 24 123 简单 复杂较稳定全区基本可采J2y 4下层 0 62 7 58 3 18 10 5 28 19 8 18 50 2 27 45 65 3 55 89 80 0 00 30 81 简单不稳定 分布于 线以东 局 部可采 J2y 一 1 层煤 位于中侏罗统新河组第一段 即第 旋回的顶部 煤层薄而变化大 多不可采 呈 透镜状 全区共有 31 个孔见到此层煤 达可采厚度以上的有 12 个孔 纯煤真厚最大 1 60m 主要分布在 勘探线间 多为单一结构或含一层夹矸 最多含三层夹矸 夹 矸最多小于 1m 1 层煤常相变为灰黑色炭质泥岩 泥岩或砂质泥岩 与 2 层煤的间距 西小东大 勘探线以东皆在 55m 以上 最大的为 308 号孔 达 113 84m 勘探 线以西多在 55m 以下 一般 30 45m 最小的为 48 号孔 不足 30m 二 2 上层煤 位于中侏罗统新河组第一段的下部 分布比较集中 主要发育于南翼 勘探线以西 和北翼东部的 和加 勘探线间及西端 勘探线以西 在北翼的 281 59 46 264 和 255 号孔尚有零星分布 全区见 2 上层煤的有 32 个孔 煤厚 0 11m 109 号孔 6 32m 294 号孔 纯煤厚度达可采厚度以上的有 18 个孔 其中最厚 4 27m 2 上层煤 与 2 层煤的间距在南翼和北翼西端为 6 93m 透 3 号孔 28 19m 77 号孔 平均 15 73m 北翼东部为 5 00m 浅 6 号孔 13 73m 129 号孔 平均 9 64m 多为单一 结构 少数含一至二层夹矸 夹矸最厚为 1 12m 浅 6 号孔 最薄的仅 0 99m 40 号 孔 岩性为泥岩 砂质泥岩或粉砂岩 三 2 层煤 赋存于中侏罗统窑街组顶部 为本井田最主要的可采煤层 分布面广 厚度巨大 煤层比较稳定 煤厚变化规律性比较明显 南薄北厚 西薄东厚 全区见 2 层煤的共 211 孔 平均煤厚 8 74m 自南而北可分为两部分 1 F21 F2 断层之间 即王家山向斜南翼 煤厚自 0 05m 168 号孔 至 23 32m 40 号孔 大多小于 10m 平均 8 06m 自东向西亦由厚变薄 勘探线以东 除 171 号孔外 煤厚都在 7 21m 之间 以西多小于 7m 以至尖灭 结构东部较西部 复杂 勘探线以东含三至五层夹矸 以西大多只含一至二层夹矸或为单一结构 唯 40 号孔含夹矸达七层 夹矸最厚 12 38m 172 号孔 一般 0 30 2 90m 不等 这一部分 煤层虽较厚 但夹矸比例大 纯煤厚度小 说明当时成煤环境变化较大 夹矸岩性多为 泥岩 炭质泥岩或粉砂岩 为细砂岩 个别夹不厚的粗砂岩 2 F21 断层以北 即王家山向斜北翼 这一部分煤层厚度自 0 19m 283 号孔 至 45 33m 273 号孔 平均 13 98m 自东向西煤层变薄 勘探线以东煤厚多为 14 40m 以西多在 10m 以下 愈接近沉积盆地边缘 煤厚变化愈大 在 加 勘探 线间靠近煤层露头部分有一条煤厚小于 2m 甚至不可采的薄煤带 宽度约 50 100m 皆在风化带中 煤层变薄 风化作用是主要因素 这一部分煤层结构的变化情况是 勘探线以东多含二至四层夹矸 少数含一 层 个别有五层夹矸 共同的特点是 夹矸多在煤层上部 下部常为单一的巨厚煤分层 勘探线以西多为单一结构或含一至二层夹矸 少数含三至五层夹矸 个别的结构较 为复杂 如 21 号孔有七层夹矸 37 号孔有八层夹矸 夹矸最厚为 8 15m 273 号孔 大多 0 20 2 00m 少数 2 5m 夹矸岩性多为粉砂岩 泥岩或炭质泥 偶为细砂岩 另外 古河流冲刷是造成四号井中部以西厚度变化的主要原因 从底板等高线图及剖面图上清楚地反映出 2 层煤不仅沿走向有波状起伏变化 同 样 沿倾向亦有明显的起伏变化 致使底板等高线蜿蜓变曲 疏密不匀 这显然是岩 煤层在构造变动过程中受挤压而产生的形态变化 四 2 下层煤 位于中侏罗统窑街组上部 呈透镜体状 很不隐定 全区仅有 11 个钻孔见到此层 煤 多零星分散且不可采 只北翼 勘探线的 4 个钻孔尚较集中 纯煤厚度达可采 厚度以上的有 5 个孔 98 11 70 36 和 260 号孔 其中 98 号孔最厚达 5 8lm 但很 快即变薄 尖灭 除个别孔含一两层外 m 外 其余皆为单一结构 夹矸岩性为泥岩及 粉砂岩 与 2 层煤间距一般 8 18 50m 西部透 7 号孔最小为 3 57m 五 3 层煤 位于中侏罗统窑街组中部 煤层厚度变化较大 不太稳定 为局部可采煤层 发育 于 XI 勘探线以西 共有 60 个钻孔见此层煤 最厚的是 307 号孔 达 21 27m 最薄为 170 号孔 仅 0 11m 总的变化趋势为南薄北厚 西薄东厚 南翼虽然局部煤层较厚 但迅速变薄 尖灭 被无煤区分割成几块 无煤区和不可采区面积占一半以上 北翼煤 层分布较普遍 各见煤点大多达可采厚度以上 西薄东厚的变化更为明显 南翼 36 号 孔以东的几个见煤孔煤厚都大于 3m 纯煤厚都达可采厚度以上 以西的 12 个见煤孔 仅有 4 个孔煤厚大于 2m 北翼 勘探线深部为厚煤带 包括 47 112 98 11 68 307 306 共 8 个钻孔 占据面积宽约 0 5 1 公里 长约 2 公里 平均煤厚 11 92m 这一厚煤带以西约 700m 处的 1l4 号孔则是个无煤区 勘探线以西 钻孔的煤厚都小于 3m 此外 北翼浅部近露头部分可能由于风化等原因 存在一条薄 煤带 煤厚多在 1m 以下 全区平均煤厚 3 33m 3 层煤多为单一结构或含 至二层夹矸 少数厚煤层含三层以上夹矸 如 93 号孔有 六层夹矸 68 号孔有五层夹矸 煤层越厚 相应地夹矸亦较多 较厚 夹矸厚度多数小 于 1m 少数在 1m 以上 最厚 6 54m 68 号孔 夹矸岩性多为泥岩 岩质泥岩或粉砂 岩 偶夹粗砂岩 3 层煤与 2 层煤的间距南翼最大为 45 65m 最小为 2 27m 北翼除最大为 31 70m 最小为 2 92m 两翼比较 南翼比北翼大 除南加 勘探线较小外 多大 22m 以上 平 均 28m 北翼 勘探线外 一般多小于 20m 平均 15m 向西和向深部间距变小 六 4 层煤 赋存于中侏罗统窑街组的下部 为矿区主要可采煤层之一 北翼普遍发育 南翼主 要分布于 勘探线深部 全区见 4 层煤的钻孔共有 123 个 煤厚在 30m 以上的有 12 层次 10 30m 的 7l 层 次 煤厚变化情况仍是西薄东厚 南薄北厚 与 2 层煤相同 且规律性更明显 加 勘 探线以东的浅部和中深部煤厚绝大多数大于 10m 向西向南均变薄 加 勘探线以西煤 厚大多小于 10m 总之 愈近煤盆地边缘 厚度变化愈大 短距离内即由可采变为不可 采以至尖灭 全区平均煤厚 11 24m 4 层煤有几处结构比较复杂 一是北翼中部 勘探线中深部们 包括 70 59 47 98 11 113 82 117 48 和 19 号孔 含三至八层夹矸 二是 加 勘探线的浅 4 补 181 20 256 和补 21 号孔 含三至七层夹杆 三是 加 勘探线的 129 浅 5 258 23 302 139 235 203 和 182 号孔 含三至十层夹矸 其余为单一结构或含一至二层夹矸 夹矸厚度一般 0 20 1m 少数 1 3m 个别大于 3m 最厚达 13 73m 补 181 号孔 夹矸岩性为泥岩 炭质泥岩 粉砂岩或砂质泥岩 偶夹中粒砂岩 4 层煤与 2 层煤的间距最小 3 55m 最大 89 80m 一般 25 60m 平均 40m 随着 地层向西超覆 2 4 层煤间距逐渐变小 勘探线以东由浅部向深部间距亦逐渐变小 和 勘探线则有浅部和深部间距较大 中深部间距较小的局部变化 4 层煤同 2 层煤一样 沿走向和沿倾向均有波状起伏变化 尤以 勘探线 倾向上的变化最为明显 因而煤层底板等高线亦相应呈现波状弯曲和疏密不匀的变化 七 4 下层煤 为 4 层煤向深部分叉形成 分布于 勘探线以东 37 82 254 补 21 23 和浅 7 号孔一线以南 愈深部 与 4 层煤的间距愈大 4 下层煤也逐渐变薄 以至尖灭 由西向东 4 下层煤与 4 层煤的间距逐渐加大 勘探线为 13 10m 勘探线 22 30m 勘探线 22 71m X 勘探线 21 3m 勘探线 30 81m 共有 10 个孔见 4 下层煤 117 号孔最厚为 7 58m 向深部很快变薄 306 号孔仅 0 62m 一般厚 1 3m 平均厚 3 18m 结构较简单 除 307 号孔 含三层夹矸 和 117 号孔 含两层夹矸 外 其余皆为单一 结沟或含一层夹矸 夹矸厚一般 0 50 2 00m 最厚为 2 38m 305 号孔 将煤层分隔为 两层不可采的薄煤 夹矸岩性多为泥岩或粉砂岩 偶为细砂岩 八 F15 断层下盘 4 层煤 这是残存于 F15 断层下盘的原生沉积的 4 层谋 在削面上呈南倾的新月形 在平面 上东西延伸呈微向南凸的豆荚状 西起加 勘探线 东至 勘探线以东 长约 5 公里 宽约 120 470m 标高 1150 1650m 全区见此层煤的钻孔共 68 个 煤层最厚为 46 02m 121 号孔 最薄仅 0 17m 231 号 孔 一般 4 15m 煤厚变化为西薄东厚 勘探线以东多为 10 35m 平均厚 16 60m 以西大多数 2 15m 平均厚 10 02m 全区平均煤厚 12 86m 煤层厚度变化除 原生沉积外 构造影响是重要的因素 有的钻孔煤层直接顶板就是 F15 断层破碎带 或 离断层带很近 如 231 252 号孔煤层被断层推削掉 变得很薄 甚至不可采 煤层结构在加 勘探线以西较为简单 除 206 号孔含七层夹矸外 大多为单一结 构或含一至二层夹矸 个别含三层夹矸 以东结构变复杂 多数孔含有三层以上的夹矸 最多的达十四层夹矸 44 号孔 夹矸厚度一般 0 20 0 80m 少数 0 80 2m 最厚为 11 72m 121 号孔 夹矸岩性为炭质泥岩 砂质泥岩 粉砂岩或泥岩 三 煤层厚度变化原因分析 煤层厚度的变化影响因素多 比较复杂 从 2 4 层煤等厚线图上可以看出有下述 几种情况 一 厚煤带主要赋存于北翼浅部及中深部 厚煤带展布方向总体近东西向 反映 出古构造对原始成煤环境的潜在控制作用 二 局部煤层等厚线与区域构造线方向大致相同 呈北 60 80 西方向 局部与 区域构造线方向近直交 呈北北东方向 这可能反映了陇西系对煤层厚度变化后期改造 的影响 三 煤层等厚线大致平行断层走向伸展 如北翼的 F17 与 F18 断层之间 又如 勘探线以东煤层等厚线随构造线向北东偏转而偏转 又有时煤层等厚线在断层近呈无规 律的变化 这些显然断裂产生过程中 因挤压煤层发生塑性流动所致 四 煤层厚度在向斜轴部变厚 如浅 18 号孔 近背斜轴部变薄 如 249 号孔 亦是在褶曲过程中煤层发生塑性流动的结果 煤层在露头附近变薄 如浅 17 号孔 131 号孔等 主要是后期风化的结果 随着中 下侏罗统地层向西 向南超覆 煤层厚度变 薄 间距变小 含煤性变差 是受古地理环境制约 靠近煤盆地边缘 地形抬高 成煤 条件不好的反映 五 个别地段由于成煤物质供应不足 发生相变 如南翼 168 号孔煤层顶 底板 都是 炭质泥岩 只有 0 05m 厚的煤 而四周的钻孔却都在可采厚度以上 又如 150 号孔 2 层煤厚煤灰分达 54 17 都是相变所致 根据矿井揭露资料 在五号矿井以西 20m 以下小断层较发育 造成煤层错断较多 对矿井开采影响较大 东部受小断层的影响较 小 根据浅部生产矿井对 2 4 煤层的揭露 在四号井中西部 引起煤层变薄的主要原 因是古河流冲刷 冲刷面积达这部分面积的 70 2 煤层遭受冲刷较 4 煤层严重 2 煤质 一 物理性质 各煤层的物理性质基本相似 黑色 条痕黑色或深棕色 具沥青光泽和弱玻璃光泽 易燃 焰长 烟浓 焦渣略膨胀 微熔融或不熔融 宏观煤岩成分以半亮煤为主 半暗煤次之 垂直层面可见丝炭 镜煤 亮煤 暗煤 互相交替 呈现出较清楚的条带状结构及层状构造 具贝壳状断口 内生裂隙较发育 易破碎 有机显微煤岩组分 以丝质组含量略占优势 镜质组含量次之 稳定组含量 1 层煤 最大为 4 8 矿物总含量为 4 1 8 2 以粘土组和碳 酸盐组矿物为主 氧化物组和硫化组次之 煤的变质程度 镜煤平均最大反向率为 0 602 0 60 属烟煤第 变质阶段 表 3 2 二 煤的化学性质和工艺性能 一 1 层煤 原煤分析水分 Mad 最小为 3 48 最大 6 28 平均 3 97 原煤干基灰分 Ad 最小为 18 8 最大 27 41 平均 23 10 全硫 St d 最小为 0 47 1 19 平均 0 78 该层煤属中灰 低硫煤 二 2 层煤 1 原煤分析水分 Mad 向斜北翼 沿走向从西向东逐降低 沿倾向 中部剖 面 由北向南呈波形递减 北翼平均为 5 06 向斜南翼 沿走向从西向东逐降低 南 翼平均为 3 09 全区表现为南低北高 东低西高的特点 平均为 4 86 2 原煤干基灰分 Ad 向斜北翼 沿走向从西向东呈波状递减 沿倾向由北向 南 呈波状递增 北翼平均为 9 61 向斜南翼 沿走向西低东高 沿倾向南低北高 南翼平均为 11 74 全区平均为 10 10 属低中灰煤 3 全硫 St d 和磷 Pd 全区变化不大 均较稳定 全硫最小 0 16 1 52 平均为 0 49 属特低硫煤 磷含量最小为 0 003 最大 0 052 平均 0 014 属低磷煤 4 煤的发热量 原煤 Qgr v ad 为 26 77 MJ kg Qgr daf 为 31 35 MJ kg 浮煤 Qgr daf 为 32 40 MJ kg 为高热值煤 5 煤灰成分及灰熔融性 全区 2 层煤灰成分以 SiO2 和 Fe2O3 为主 其次为 CaO Al2O3 MgO 含量分别 占 SiO226 87 Fe2O321 96 CaO16 34 Al2O314 01 MgO8 02 灰熔融性 软化温度 ST 北翼最小 1105 最大 1400 平均 1268 南翼最 小 1141 最大 1261 平均 1183 全区平均为 1247 属较低软化温度灰煤 6 2 层煤直接顶 底板含炭质岩石及煤矸石的测定结果是 水分 Mad 0 90 1 81 灰分 Ad 70 60 90 14 全硫 St d 0 03 0 23 发热量 0 6 4 MJ kg 平均 3 44MJ kg 挥发分 Vr 8 38 17 73 掺入煤内 将增加煤的灰分 降 低煤的发热量 造成洗选上的困难和运输上的负担 由于发热量太低 小于 4 18MJ kg 故其利用价值不大 全区 2 层煤属低灰 特低硫 低磷煤 三 3 层煤 1 原煤分析水分 Mad 其含量变化 除靠近断层带和风化带钻孔外 一般的 情况是 随灰分的增高而降低 并呈现出北高南低 西高东低的规律 全区平均 4 11 2 原煤干基灰分 Ad 北翼 沿走向从东向西 沿倾向从南向北均呈波状递减 之势 靠近断层钻孔灰分含量普遍增高 Ad 的两极值为 4 44 30 75 平均为 14 54 南翼 沿走向从西向东 沿倾向由南向北均呈波状递增 其两极值为 0 46 27 30 平均 13 47 全区 3 层煤平均灰分为 14 14 属低中灰煤 3 全硫与磷的含量 全硫 St d 北翼平均为 0 60 南翼平均为 0 53 全区最低 0 24 最高 1 27 平均为 0 57 属低硫煤 磷 Pd 全区两极值为 0 002 0 227 平均为 0 085 属中磷煤 4 煤灰成分与灰融性 灰分以 SiO2 为主 次为 Al2O3 Fe2O3 CaO 和 MgO 其含量分别占 37 20 20 40 15 48 11 08 和 5 46 灰熔融性 软化温度 ST 为 1222 属较低软化温度煤 全区 3 层煤属低中灰 低硫 中磷煤 四 4 层煤 1 原煤分析水分 Mad 全区无大的变化 两极值为 2 35 5 72 平均为 3 61 2 原煤干基灰分 Ad 总的特点是 沿走向从西向东 沿倾向从北向南 均有 递增现象 向斜北翼 西部一般灰分的含量在 8 左右 东部由于结构复杂而灰分逐渐 增高 向斜南翼 4 层煤仅局部分布 102 号孔灰分为 13 60 全区灰分两极值为 4 37 20 47 平均为 10 60 属低中灰煤 3 全硫 St d 与磷 Pd 全区全硫与磷含量的变化规律是 沿走向从西向东 沿倾向从北向南 均随灰分的 增高而增高 全硫 两极值为 0 22 1 09 一般 0 40 0 55 平均为 0 53 属低硫 煤 磷 最小 0 005 最大 0 067 平均 0 024 属低磷煤 4 煤的发热量 原煤 Qgr v ad 为 27 59MJ kg Qgr daf 为 31 93MJ kg 浮煤 Qgr daf 为 32 63 MJ kg 为特高热值煤 5 煤灰成分与灰熔融性 全区灰成分均以 SiO2 和 Al2O3 为主 Fe2O3 和 CaO 为次 MgO 含量较低 软化 温度 ST 为 1196 属较低软化温度灰煤 全区 4 层煤为低灰 低硫 低磷煤 三 煤的工业用途评价 一 2 层煤 1 选择部分钻孔煤芯样进行了低温干馏实验 其结果 热解水为 8 71 焦油产 率为 5 49 半焦为 78 41 气体 6 59 焦油产率不足 7 故不适合用于低温干馏 在石沟 2 号小窑采样进行气化实验结果 在 1240 时 煤灰粘度值为 77 泊 完全 可以满足液态排渣炉的要求 据结渣性实验测定结果属难结渣 故可考虑用于气化用煤 2 煤的粘结性为 1 3 罗加指数为 0 28 胶质层 Y 值为 0 粘结指数为 0 此外 根据工业分析表明 2 层煤属低灰 低硫 低磷的不粘结煤 又具较高热值 故为优质的动力用煤 同时亦可考虑作气化用煤 二 4 层煤 1 对两个钻孔煤样进行了低温干馏实验 测验结果为 热解水 7 10 焦油产率 8 50 半焦 78 30 气体 6 20 焦油产率虽超过 7 但仍不算高 故用于低温干 馏价值不大 在花豹湾斜井采气化样测试结果 表明化学活性强 热稳定性及机械强度和灰分 挥发分 全硫含量及煤灰熔融性均符合固定层发生炉气化用煤的要求 因此可考虑用于 固定层发生炉气化用煤这一方向 但由于样品化验资料有限 如考虑用做气化用煤 还 需进一步做生产规模实验方可正式确定 2 煤的粘结性为 1 3 罗加指数为 0 41 胶质层 Y 值和粘结指数均为 0 4 层煤属低灰 低硫 低磷的不粘结 又具特高热值 故为优质的动力用煤 同时 亦可考虑作气化用煤 3 1 层 2 上层 3 层 4 下层 F15 断层下盘 4 层煤的煤质与 2 4 层煤近似 未 专门进行工艺性能的采样实验 它们的工艺性能与工业用途可参考 2 4 层煤资料 四 煤的风化和氧化 根据勘探和小窑调查资料 本区风氧化带下限为 1750m 标高以上 位于采空区范 围内 故本井田内主要可采的 2 煤层和 4 煤层已不存在风氧化煤 其它局部可与煤层风 氧化带范围虽未采动 但已遭到破坏 故不再评述 1 3 2 瓦斯赋存状况 煤尘爆炸危险性 煤的自燃性及低温情况瓦斯赋存状况 煤尘爆炸危险性 煤的自燃性及低温情况 1 煤的自燃发火 据矿井调查 2 层煤自燃发火期为 2 5 个月 4 煤层自燃发火期为 4 6 个月 地面堆 积煤 4 5 个月 雨季经过 3 个月便自燃发火 2 瓦斯 一 勘探资料 在勘探过程中 主要对 2 层煤和 4 层煤进行了瓦斯测定 1 层煤 2 上层煤 3 层煤 和 4 下层煤只在个别钻孔采样作了瓦斯测定 1 层煤在 305 号孔采两个样测定结果 瓦斯成分中 CH4 为 0 82 CO2 为 15 27 N2 为 83 91 每克可燃物中 CH4 含量为 0 04ml 2 上层煤在 102 号孔采样测定结果 瓦斯成分中 CH4 为 26 09 CO2 为 59 647 N2 为 14 27 每克可燃物中 CH4 含量为 2 06ml 2 层煤在 8 个钻孔采 10 个样测定结果 瓦斯成分中 CH44 27 36 29 CO217 20 48 66 N231 66 78 40 每克可燃物中 CH4 含量大 多低于 1ml g 唯 98 号孔较高为 5 20ml 3 层煤经两个钻孔采样测定结果 瓦斯成分中 CH43 54 9 42 CO233 06 48 63 N241 95 63 40 每克可燃物中 CH4 含量 102 号孔为 0 25ml 4 层煤在 6 个钻孔共采 10 个样测定结果 瓦斯成分中 CH43 52 90 30 CO29 70 56 46 N20 67 28 每克可燃物中 CH4 含量 82 号孔 为 0 37 0 47ml g 98 号孔甚高为 2 28 20 27ml g 4 下层煤在 117 号孔采样测定结果 瓦斯成分中 CH46 15 CO242 02 N251 83 可以看出 2 层煤和 4 层煤瓦斯成分范围大 但无明显分带现象 每克可燃物中 CH4含量 98 号孔较之其他钻孔突出 2 层煤为 5 20ml g 4 层煤更高达 20 07ml g 该孔 资料经核查无误 原因尚难判明 由于钻孔瓦斯样的采取和测定方法局限性大 影响因 素多 所提供的资料 特别是在定量上 只能供参考 根据王家山历年的鉴定资料 瓦 斯含量均不大于 1ml g 因此 王家山煤矿为低瓦斯矿井 二 矿井瓦斯鉴定资料 王家山为低瓦斯矿井 四号井 1986 1990 年瓦斯鉴定结果见表 1 4 1 自 1990 年以来 该矿井每年都按 煤矿安全规程 的相关要求进行矿井瓦斯等级 签定 并将签定结果报甘肃省煤炭工业局批复 批复意见均为低瓦斯矿井 据王家山矿 提供的资料 1990 年以来矿井绝对涌出量 0 4 1 35 m3 min 相对涌出量 0 13 0 68 m3 t d 表 1 4 1 四号井 1986 1990 年瓦斯鉴定结果表 198519861987198819891990 CH4CO2CH4CO2CH4CO2CH4CO2CH4CO2CH4CO2 绝对涌 出量 m3 min 0 781 060 971 340 701 110 690 990 641 172 34 20 46 相对涌 出量 m3 t d 3 865 243 735 161 602 543 171 602 935 18 50 45 等级 低沼气 矿井 低沼气 矿井 低沼气 矿井 低沼气 矿井 低沼气 矿井 低沼气 矿井 3 煤尘 据井田六个钻孔中采取的 8 个煤尘爆炸样品试验结果 2 4 层煤的煤尘均有爆炸 性 采煤时应采取相应预防措施 4 地温 在两个孔作了近稳态测温 在一个孔 308 号孔 作了简易测温 308 号孔 100m 以上地温较低 100m 处地温明显升高 100m 以下则缓缓上升 至 780 800m 处地温 梯度又有较大变化 据此判断 100m 处可视作恒温点 地温平均 15 5 100m 以上 为变温带 因受冬季低气温影响 故地温较低 至 100m 恒温点处地温明显跳升 100m 以下进入增温带 地温逐渐增高 603m 处测得的平均地温为 34 由此算得 308 号孔 地温梯度为 2 2 100m 780 800m 恰为 2 层煤 738 25 786 50m 底板 这一段地 温梯度的变化可能是受煤层影响之故 307 号孔在地温曲线上 其恒温点上下的地温亦有明显的不同 恒温点 深度 80m 地温平均为 17 7 以上地温保持在 17 附近 这是因变温带受夏季高气温的影 响所致 恒温点以下地温大体随深度均匀增高 990m 平均地温 38 70 故 307 号孔的 地温梯度为 2 3 100m 上述地温梯度资料表明 本区属地温正常区 目前矿井开采范围内也未发现地温异 常 1 3 3 水文地质水文地质 一 井田水文地质 王家山矿区主体为一向东倾斜的侏罗系承压水向斜盆地 由 三个含水 层及三个隔水层组成 盆地的东部被下白垩统砾岩含水层 含水层