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煤矿井田设计 河北工程学院毕业设计 论文 1 第一章第一章 矿区概述及井田特征矿区概述及井田特征 第第一一节节 矿矿区区概概述述 一 地理位置一 地理位置 山西方山汇丰新星煤业有限公司位于方山县县城西南 24km 处的峪口镇郝家焉村 行政隶属峪口镇管辖 地理坐标 东经111 06 53 111 09 18 北纬 37 44 54 37 47 25 井田距209国道9公里 方山县至临县的乡村公路从矿区通过 交通运输条件较为便利 详见交通位置图1 1 1 二 地形地貌二 地形地貌 井田地处晋西黄土高原吕梁山西侧 地形主要以黄土台 峁 梁及黄土冲沟为主 侵 蚀切割严重 地形复杂 地势总体东高西低 最高点位于井田东部 海拔1258 1m 最低点位 于井田西部 海拔1028 0m 相对高差230 1m 属低中山丘陵区 三 地表水系三 地表水系 本区属湫水河水系 井田范围内无河流 主要沟谷为中部的车赶沟和南部的沐浴沟 只有季节性水流 是雨季的洪水排泄集中地段 四 气象四 气象 本井田地处晋西黄土高原 为大陆性季风气候 暖温带半干旱地区 气温变化昼夜悬 殊 四季分明 降水量有限 多呈干旱状态 冬春季多西北风 少雨雪 夏秋季雨量集中 有时出现暴雨洪水灾害 据方山县气象站资料 各气象要素特征如下 1 气温 年平均12 5 一月份最低 平均为 7 6 极端值达 20 1 7月份最高 平均为22 6 极端值达38 5 平均温差30 2 一般气温降至 0 的时间是 10 月中 旬 回升到 0 以上的时间是翌年 4 月中旬 2 降水量和蒸发量 历年平均降水量为 545mm 最大降水量在 7 月份 为 1299mm 最小在 12 月份 为 3 6mm 雨量集中在 7 8 9 三个月 占全年的 63 蒸 发量年平均值为 1900mm 最大在 6 月份 平均为 362 3mm 3 风向及风速 风向多为西北 风速年平均 2 5m s 最大在 3 5 月份 风速可达 3 1m s 4 霜期 雪期和冻土期 初霜期在 10 月上旬 终霜期在次年 3 月份 一次最大 积霜厚度为 14 30cm 最早冻土期在 11 月 最晚解冻日为翌年 4 月 最大冻土深度 91cm 煤矿井田设计 河北工程学院毕业设计 论文 2 五 电源条件五 电源条件 本矿井位于吕梁市方山县境内 其供电电源采用双回 35kV 架空线 一回引自乔沟 110kV 变电站 供电电压 35kV 供电距离为 9km 导线型号为 LGJ 120mm2 另一回引 自大武园区 110kV 变电站 供电电压 35kV 供电距离为 18km 供电导线为 LGJ 120mm2 两回电源分列式运行方式 一回工作 另一回带电备用 以保证矿井供电的 连续性 六 水源条件六 水源条件 1 松散岩类孔隙水 发育于井田内沟谷中 水位埋藏较浅 易于开采 但由于富水性不均一 仅可供 村庄小型生活用水 2 奥陶系中统上马家沟组石灰岩岩溶水 井田以东奥陶系上马家沟组石灰岩岩溶水 水质好 水量丰富 埋藏浅 易开采 开发利用矿区奥灰水是未来矿区供水的一个重要方向 七 其他建设条件七 其他建设条件 矿井对外通讯依托方山县电信局网 以程控电话与全国各地联系 矿井建设所需要 的材料 如砖瓦 砂 石 灰等土产材料由当地采购 八 地震八 地震 据国家质量技术监督局 2001 02 02 批准 中国地震动参数区划图 GB18306 2001 本区地震动加速度为 0 05g 对应地震基本烈度为 据历年记载 未发生过大的地震 九 区域经济九 区域经济 方山县以农业为主 工业为辅 主要工业为煤炭 建材等 区内耕地面积较少 并多为山坡地 农作物以玉米 豆类 谷子为主 粮食基本上自给自足 煤矿井田设计 河北工程学院毕业设计 论文 3 煤矿井田设计 河北工程学院毕业设计 论文 4 十 周边矿井十 周边矿井 山西方山汇丰新星煤业有限公司煤矿 北与山西方山金晖瑞隆煤业有限公司煤矿 相邻 西与山西临县晟聚煤业有限公司煤矿相望 南与临县黄家沟创伟焦煤有限公司 煤矿相望 见四邻关系图 其余方位为空白资源区 现将各矿叙述如下 1 山西方山金晖瑞隆煤业有限公司煤矿 批采 5 10 煤层 现采 5 号煤层 采用 一斜两竖开拓方式 井下采用综采综掘开采 回采工作面为壁式放顶开采方式 设计 生产能力为 120 万吨 年 该矿采 古 空破坏区位于井田东北部 据调查无越层越界行 为 据 2005 年度瓦斯等级鉴定表 5 号煤层瓦斯绝对涌出量为 0 166m3 min 相对涌 出量为 1 54m3 t 为低瓦斯矿井 8 号煤层瓦斯绝对涌出量为 0 37m3 min 相对涌出 量为 2 13m3 t 为低瓦斯矿井 据山西省煤炭工业局综合测试中心检验报告 5 号煤层煤尘火焰长度 50mm 岩粉 量 75 煤尘具有爆炸性 吸氧量 0 3455ml g 自燃等级 级 煤层属于不易自燃煤 层 据本次调查 该井田涌水量为 250m3 d 2 山西临县晟聚煤业有限公司煤矿 批采 5 10 煤层 现采 5 号煤层 采用一斜 两竖开拓方式 井下采用综采综掘开采 回采工作面为壁式放顶开采方式 设计生产 能力为 120 万吨 年 为改扩建矿井 该矿采 古 空破坏区位于井田中部 据调查无越层 越界行为 据 2005 年度瓦斯等级鉴定表 5 号煤层瓦斯绝对涌出量为 0 126m3 min 相对涌 出量为 1 45m3 t 为低瓦斯矿井 据山西省煤炭工业局综合测试中心检验报告 5 号煤层煤尘火焰长度 45mm 岩粉 量 75 煤尘具有爆炸性 吸氧量 0 3266ml g 自燃等级 级 煤层属于不易自燃煤 层 据本次调查 井田涌水量为 200m3 d 3 山西临县黄家沟创伟焦煤有限公司煤矿批采 5 8 9 10 号煤层 现采 5 号煤 层 采用二斜一立三个井筒的开拓方式 井下采用综采综掘开采 回采工作面为壁式 放顶煤开采 设计生产能力 120 万 t a 为改扩建矿井 该矿采 古 空区破坏区位于 井田中南部 据调查无越层越界开采行为 据 2007 年瓦斯等级鉴定结果 5 号煤层瓦 斯绝对涌出量 0 59m3 min 相对涌出量 1 06m3 min 二氧化碳绝对涌出量 0 7m3 min 相对涌出量 1 26m3 min 为低瓦斯矿井 根据山西省煤炭工业局综合测试中心检验报告 5 号煤层煤尘火焰长度 120mm 岩粉用量 70 煤尘有爆炸性 吸氧量 0 6665cm3 g 自燃倾向性等级为 级 属自燃 煤层 据本次调查 该井田涌水量为 130m3 h 煤矿井田设计 河北工程学院毕业设计 论文 5 煤矿井田设计 河北工程学院毕业设计 论文 6 第第二二节节 井井田田地地质质特特征征 一 地质勘探程度一 地质勘探程度 山西省第三地质工程勘察院在收集利用以往地质资料和矿井生产地质资料及补充 勘探的基础上编制了本报告 详细查明了井田构造 正确评价了构造复杂程度 详细 查明了 5 8 10 号煤层的层位 厚度 结构及可采范围 正确评价了主要可采煤层的 可采性和稳定程度 查明了 5 8 10 号煤层的煤质特征和工艺性能 确定了煤类 评 价了煤的工业利用方向 详细查明了井田水文地质条件 分析了矿井充水因素 详细 查明了采空区积水情况 并估算了积水量 预算了矿井涌水量 据该矿近年实测资料 确定了矿井瓦斯等级 评价了 5 8 10 号煤层的煤尘爆炸性和煤的自燃倾向性 评述 了 5 8 10 号煤层的顶底板岩石工程地质特征 估算了 5 8 10 号煤层资源 估量 估算方法得当 估算参数选取符合规范 资源 储量分类正确 估算结果可靠 井田 5 号煤层达到了勘探程度 二 地质构造二 地质构造 一 区域地质简况 1 区域地质 区域地质构造的发展史与整个华北古陆颇为一致 前震旦纪地层为巨厚的混合岩 化强烈的关帝山花岗岩及其它古老变质岩系 分布在关帝山周围 为隆起褶皱 震旦 纪被一些厚度不大的陆相碎屑岩沉积到寒武纪后由于地壳运动下降而沉入海底 一直 到中奥陶纪 沉积了很厚的深海相石灰岩 后又上升为陆地 遭受长期剥蚀形成沉积 间隔 到中石炭纪又缓慢下降形成浅海相沉积 不久又开始上升 在二叠纪 三叠纪 形成很厚的陆相沉积 中生代末期 受燕山运动的影响 大量花岗岩侵入 关帝山急 骤隆起 形成吕梁背斜 铸成了今日地貌的雏形 境内地层齐全 太古界 元古界 古生界 中生界 新生界地层都有出露 2 太古界 1 中太古界河口群是区内最古老的地层 以白云母片岩 白云母变粒岩为主 夹大理岩 有些地段可见白色含白云母花岗伟晶岩及石英脉 2 上太古界吕梁群自下而上 即从老到新 可分为赤坚岭 杜家沟组 赤坚岭 组上部以黑云变粒岩为主 夹黑云斜长片麻岩 杜家沟组是一套较厚的变质酸性火山 岩 夹几层厚度不大的变基性火山岩 上太古界混合杂岩带及中粒 粗粒黑云母花岗 岩 3 元古界 下元古界野鸡山群 分两组 青杨家湾组及白龙山组 从下至上为变质砾岩 含 砾石英岩和石英岩 淡红色条带状角闪岩 变粒岩 黑灰色条纹状 带状钙质黑云千 煤矿井田设计 河北工程学院毕业设计 论文 7 枚岩夹钙质石英岩 4 古生界 1 下古生界寒武系 可见中统和上统 主要是由砂砾岩 石英岩状砂岩 砂岩 页岩 灰岩 砂质白云岩等组成的浅海相碎屑岩 碳酸盐沉积层 2 下古生界奥陶系 分下统和中统 为黄绿色砾岩与竹叶状白云岩 上层中上 部以石灰岩为主 3 上古生界石炭系 可见中统和上统 中统 本溪组 主要是铁铝岩 铝土岩 页岩 灰岩 在吴城局 张家塔 石站头等地出露 上统 太原组 主要岩性为灰 白 灰黑色泥岩 砂质页岩 砾岩 灰岩以及煤层 与下伏奥陶系地层呈平行不整合 接触 主要分布在张家塔一带 4 上古生界二迭系 分下统和上统 下统分山西组 下石盒子组 上统分上石 盒子组 地层间接触关系为整合接触 主要由砂岩 砂质页岩 页岩 泥岩以及煤层 组成的陆相沉积地层 分布于张家塔附近 5 新生界 1 新生界上第三系 新生界上第三系上新统保德组 与下伏地层呈角度不整合 接触 底部为红色砾岩 上部以半胶结砾岩 松散砾石层 紫红色棕红色粘土和砂质 粘土为主 主要分布在举人头村 2 新生界第四系 可见中更新统 上更新统 全新统 与下伏地层呈角度不整 合接触 主要是离石黄土 马兰黄土以及冲洪积物 出露在北川河两岸及其它沟谷中 本井田所处大地构造位置为吕梁 太行断块 吕梁山块断 吕梁山块隆 离石菱 形复向斜的北端 区域构造以褶皱为主 主要受离石 中阳向斜构造控制 二 区域含煤特征 区域上含煤地层主要为石炭系上统太原组和二叠系下统山西组 太原组 C3t 由深灰色 灰黑色泥岩 砂质泥岩 中粗粒砂岩 灰岩及煤层组 成 为一套海陆交互相含煤沉积 该组旋回结构清楚 厚度很稳定 一般含 6 7 8 9 10 号煤层 其中 8 号煤层稳定可采 10 号煤层较稳定可采 其余为局 部可采或不可采煤层 太原组第一段为主要含煤段 由晋祠砂岩 K1至 L1灰岩底部 岩性主要由灰 灰黑 色泥岩 页岩 粉砂岩及煤层组成 本段含可采煤层为 8 10 号煤层 其中 8 号煤层 稳定可采 10 号煤层较稳定可采 底部 K1砂岩为本溪组和太原组的分界线 山西组 P1s 山西组是以陆相沉积为主的海陆交互相含煤沉积 地层岩性由深 灰 灰黑色泥岩 砂质泥岩 粉砂岩 灰色砂岩及煤层组成 本组含有 1 2 3 4 5 号煤层 其中 5 号煤层为稳定可采煤层 其余煤层为不可采煤层 煤矿井田设计 河北工程学院毕业设计 论文 8 详见表 1 2 1 区域地层一览表 表表 1 2 11 2 1 区域地层一览表区域地层一览表 界系 统 群 组代号 厚度 m 岩性描述 全新 统 亚砂土 亚粘土 粉细砂及砾石层 第 四 系 中上 更新 统 0 170 上部粉砂岩 亚砂土 中部细砂及砾石层 下部淡红色亚粘 土 亚砂土夹钙质结核层 底部有砾石层 新 生 界上 第 三 系 上 新 统 N20 540 上部深红色粘土 砂质粘土夹砾岩 含钙质结核 中部棕红 色砂质粘土 亚粘土 灰白色砾岩 下部紫色砾岩 黄色粉 砂互层 黄色细砂夹砾岩 石千 峰组 P2sh 96 5 126 8 灰绿 黄绿色砂岩 砂质页岩 页岩 上统上石 盒子 组 P2s 296 2 536 8 上部黄绿 灰紫色砂岩 砂质页岩 近顶部一层燧石层 中 部灰紫 灰绿色含砾砂岩 砂质页岩 页岩 下部灰绿 杏 黄色砂岩 砂质页岩 页岩 下石 盒子 组 P1x 101 4 140 1 上部灰绿 黄绿色砂岩 砂质页岩 页岩 顶部一层紫色铝 土质页岩 下部灰黄 黄绿色砂岩 砂质页岩 页岩及薄煤 层 二 叠 系 下统 山西 组 P1s 20 3 97 2 灰白色砂岩 砂质页岩 页岩 煤层 上统 太原 组 C3t 63 8 140 7 上部砂岩 页岩 灰岩及煤层互层 下部页岩 煤层及不稳 定灰岩 底部有灰白色石英砂岩 石 炭 系中统 本溪 组 C2b 8 5 59 5 上部粘土质页岩 砂岩 灰岩 局部见煤线 下部山西式铁 矿 铁铝岩 铝土矿 硬质粘土矿 峰峰 组 O2f 63 6 126 8 上部灰岩 白云质灰岩 下部角砾状白云质泥灰岩夹灰岩及 石膏层 上马 家沟 组 O2s 154 2 250 上部白云质灰岩 灰岩夹白云质泥灰岩 泥质白云岩 中部 白云质豹皮灰岩 灰岩 白云岩 下部角砾状白云质泥灰岩 白云质泥灰岩 中统 下马 家沟 组 O2x 91 7 146 8 上部白云质灰岩 灰岩夹角砾状白云质泥灰岩 中部白云质 灰岩 角砾状灰岩 下部角砾状白云质灰岩 白云质泥灰岩 底部见含砾砂岩 古 生 界 奥 陶 系 下统O1 103 7 137 7 上部厚层状白云岩 燧石白云岩 中部薄层状泥质白云岩夹 页岩 中厚层状燧石白云岩 下部薄层状泥质白云岩 竹叶 状白云岩 煤矿井田设计 河北工程学院毕业设计 论文 9 表表 1 2 11 2 1 区域地层一览表区域地层一览表 界系 统 群 组代号 厚度 m 岩性描述 上统 3 76 4 133 2 上部巨厚层状白云岩 泥质白云岩夹竹叶状白云岩 中部竹 叶状白云质灰岩 竹叶状白云岩 下部泥质条带灰岩 竹叶 状灰岩 页岩 寒 武 系 中统 2 116 5 167 9 上部泥质条带灰岩 页岩 白云质鲕状灰岩 下部白云质鲕 状灰岩 泥质条带灰岩 紫红色页岩夹石英砂岩 海绿石长 石砂岩 上 下 元 古 界 震旦系 野鸡山群 Zc 18 2 32 3 石英砂岩 太 古 界 吕梁 山群 界河 口群 上部变流纹岩 角闪片岩 斜长角闪岩互层 中部黑云斜长 片麻岩 黑云角闪岩 上部斜长角闪岩夹黑云变粒岩 中部黑云斜长片麻岩夹斜长 角闪岩 下部粗粒间粒状混合岩夹黑云斜长片麻岩 底部斜 长角闪岩夹石英岩 混合岩化黑云角闪斜长片麻岩夹黑云变粒岩 黑云片岩 三 矿井地质 1 井田地层 井田广为第四系黄土 上第三系红土 砾石层所掩盖 现根据地表及钻孔施工资 料将井田地层由老到新分述于后 1 奥陶系中统峰峰组 O2f 为含煤岩系之下伏地层 岩性为青灰色石灰岩 夹有泥灰岩 泥岩及石膏岩 本 组厚度大于 100m 2 石炭系中统本溪组 C2b 该岩性以泥岩为主 夹有石灰岩 砂岩 铝土岩 钙质泥岩 炭质泥岩 该组厚 度 21 5 36 2m 平均厚度为 28 85m 与下伏地层为平行不整合接触 3 石炭系上统太原组 C3t 岩性主要为砂岩 泥岩 钙质泥岩 石灰岩 泥质灰岩及煤层 为井田内主要含 煤建造之一 底部以浅灰色长石石英砂岩 K1 与本溪组整合接触 该组厚度为 61 00 106 50m 平均为 95 62m 煤矿井田设计 河北工程学院毕业设计 论文 10 4 二叠系下统山西组 P1s 岩性主要为砂岩 泥岩 砂质泥岩 泥岩和煤层 为井田内主要含煤建造之一 该组厚度为 52 31 66 28m 平均 59 70m 与下伏太原组整合接触 5 二叠系下统下石盒子组 P1x 井田内大部地段剥蚀严重 岩性主要为灰色 深灰色砂岩 粉砂岩与砂质泥岩 泥岩互层 厚度 61 08 111 73m 平均为 79 71m 与下伏地层为整合接触 6 上第三系上新统 N2 该地层不整合于下伏地层之上 区内广泛分布 为褐红 浅紫红色亚粘土 含有 钙质结核 中部和下部常含有砾石或构成砾石层 砾石成分以石灰岩为主 次为砂岩 该层厚度 38 0 111 17m 平均为 66 03m 7 第四系中上更新统 Q2 3 为土黄色亚砂土 砂质亚粘土 表层有腐植土 局部有底砾石层 厚度 0 145 00m 平均为 80 00m 区内大面积出露 多分布在山顶或山坡上 与下伏地层 呈不整合接触 8 第四系全新统 Q4 为冲 洪积物 坡积物 主要分布于大的沟谷中 2 井田构造 本井田所处大地构造位置为吕梁 太行断块 吕梁山块断 吕梁山块隆 离石菱 形复向斜的北端 区域构造以褶皱为主 井田内构造简单 总体上为一轴向呈北东向的向斜构造及背斜构造 向斜轴部位 于井田中东部 背斜的轴部位于井田的北西部 向斜两翼产状较缓 倾角为 3 7 左右 赋煤区为向斜构造 即离石 中阳向斜构造的北部 而西部的背斜构造形成煤 的剥蚀区 井田内发育有 2 条正断层 该 2 条正断层是井下开拓巷道中发现的 基本查明了 断层的倾向 倾角 落差等 地表由于为黄土覆盖 未发现断层 F1正断层 位于井田南部 走向南东 北西 倾向北东 倾角为70 落差 18m 井 田内延伸 290m F2正断层 位于井田东北部 南部 走向南东 北西 倾向北东 倾角为 70 落 差 10m 井田内延伸 450m 井田内未发现陷落柱 岩浆岩等其它构造现象 总体构造属简单 三 水文地质三 水文地质 一 区域水文地质 离石矿区处山西省河东煤田中部 地形复杂 切割强烈 基岩出露少 大部为黄 土覆盖 区域主要含水层有第四系全新统冲积砾石含水层 第三系上新统砾石含水层 煤矿井田设计 河北工程学院毕业设计 论文 11 二叠系下统下石盒子组砂岩含水层 二叠系下统山西组砂岩含水层 石炭系上统太原 组灰岩 砂岩含水层 奥陶系中统石灰岩含水层 本区地表水属黄河流域湫水河水系 本井田所处大地构造位置为吕梁 太行断块 吕梁山块断 吕梁山块隆 离石菱形复向斜的北端 区域构造以褶皱为主 区域地层 由东向西依次出露奥陶系 石炭系 二叠系 区内大部分被第三系上新统和第四系中 上更新统 全新统地层所覆盖 区域地貌可分为 剥蚀构造中山 剥蚀构造黄土丘陵 和侵蚀堆积的河流谷地三种地貌形态 含水岩组的划分是以地下水 含水介质及其赋存特征和水动力条件来划分的 1 碳酸盐岩类岩溶裂隙含水岩组 区域内主要指奥陶系石灰岩地层 含水层岩性为石灰岩 豹皮灰岩 白云岩和泥 灰岩 各种岩性富水性不一 岩溶裂隙主要发育在马家沟组顶部的石灰岩中 以溶洞 溶孔为主 溶洞直径约 10 20cm 溶孔直径为 1 5m 峰峰组地层岩溶发育相对较弱 特别是石膏层富水性最差 在水平方向上 受区域构造控制 补给区富水性一般较差 径流区逐步加强 排泄区富水性最强 总的说来 本层在区内大部分面积由于埋藏较深 其富水性较强 埋深 600m 以上 富水性很强 2 碎屑岩类裂隙含水岩组 1 石炭系上统太原组碎屑岩类夹碳酸盐岩类裂隙岩溶含水亚组 含水层由 5 层石灰岩组成 单层厚度 1 8m 其富水性受构造 地形和补给条件制 约 当位于断裂带附近且地形有利于地下水补给时富水性较好 总体该组富水性弱 2 二叠系下统山西组砂岩裂隙含水亚组 含水层由中粗粒砂岩组成 厚度变化不大 裂隙发育差 富水性弱 3 二叠系下统下石盒子组 上统上石盒子组砂岩裂隙含水亚组 这几组均为非煤系地层 含水层以中粗粒砂岩为主 富水性受构造 埋深 补给 条件影响而有所差别 断裂带和风化裂隙发育的地带 富水性较强 浅部裂隙水一般 以泉的形式溢出地表 泉流量一般为 0 1 1 0L s 3 松散岩类孔隙含水岩组 1 上第三系上新统孔隙含水亚组 含水层主要为其底部的半胶结状砾石层 厚度不稳定 沟谷中多见有小泉水出露 泉流量一般为 0 001 0 1L s 富水性弱 2 第四系中上更新统及全新统孔隙含水亚组 中上更新统含水层为黄土中的砂砾石层 其连续性差且分布于梁峁高地 补给条 件不好 多为上层滞水 富水性极弱 甚至为透水不含水层 全新统含水层主要分布于湫水河河谷中 含水层为砂卵砾石层 由于其渗透性好 煤矿井田设计 河北工程学院毕业设计 论文 12 并易于接受降水和地表水的补给 故在大部地段内含有较丰富的潜水 流向为顺河流 方向 水位多在 10 米内 年变化幅度 0 92 米 7 10 月最高 1 3 月最低 q 为 0 52L s 二 矿井水文地质 井田内共施工了 12 个钻孔 均进行了简易水文观测 并收集了山西省临县黄家沟 煤矿扩建勘探区的 H7 号水文地质钻孔 1 地表水 井田属湫水河水系 井田范围内无河流 井田内主要沟谷为中部的车赶沟和南部 的沐浴沟 只有季节性水流 是雨季的洪水排泄集中地段 2 含水层 1 第三系上新统砾石含水层 本区上更新统 Q3 在区内较发育 但出露较高 富水性差 上第三系上新统地层 广泛分布 并在沟谷底部出露 含水层为红色粘土 亚粘土夹钙质结核层 底砾岩常 呈胶结或半胶结状 厚度约数米到十余米 渗透性好 当埋藏较深时由于红土覆盖而 含承压水 民井一般取自该层水中 泉眼全部出露于该层 井泉涌水量一般旱季流量 约 1 50 m3 d 该含水层受季节影响较大 雨季水量增加 本含水岩层与下部不整合 接触的基岩风化裂隙带 在补给较好的情况下可构成较富水的含水带 含水层水质属 S H C M N 型 2 二叠系下统下石盒子组砂岩含水层 下石盒子组在矿区分布面积相对较小 向斜两翼处较薄 轴部较厚 两翼部含水 层一般由数层细 中 粗粒砂岩组成 厚度最大约 25 米 各含水层之间多隔以泥岩 当风化裂隙不发育时 水力联系较差 靠近矿区中央含水层位置较浅 风化裂隙发育 易于接受大气降水的补给 富水性稍强 根据 H7 水文孔含水层组段抽水试验结果 q 0 042L s m k 0 015m d 水质为重碳酸 硫酸盐型 3 二叠系下统山西组砂岩含水层 本组含水层一般有 2 3 层 分别位于 2 号煤层顶部 3 号煤层顶部和底部 含水层 厚度约 10 余米 厚度不稳定 富水性也较差 根据 H7 水文孔下石盒子组与山西组混 合抽水结果 q 0 042L s m k 0 015m d 水质属 H S D N M 型 4 石炭系上统太原组灰岩 砂岩含水层 本组含水层主要有 L4 L3 L2 L1四层灰岩和一层砂岩 上述四层灰岩和砂岩分别 是 6 号 7 号 8 号 10 号煤的直接充水顶板 对煤层开采影响较大 各含水层平均厚 度为 L4灰岩 4 4m L3灰岩 6 70m L2灰岩 5 45m L1灰岩 3 71m 灰岩地层裂隙发育 是该组含水层富水性好的主要原因之一 根据 H7 水文孔该含水岩组段抽水试验结果 q 0 0026L s m K 0 014m d 水质类型为 S H M N C 型 煤矿井田设计 河北工程学院毕业设计 论文 13 5 奥陶系中统石灰岩含水层 本组含水层区域上属于柳林泉城 柳林泉位于本区西南四十余公里的柳林城附近 流量 2 275 3 850m3 s 出露标高 801m 左右 本区岩溶水由北经本区向西南流向柳林 泉 据本井田南部黄家沟煤矿供水井资料 水位埋深 294 80m 出水量 37m3 日 降深 1 5m 单位涌水量为 6 85L s m 极富水性含水层 奥陶系中统地层岩性以石灰岩 白云岩为主 夹泥灰岩 泥岩 石膏 由于本层 的含水性主要取决于裂隙及岩溶的发育程度 因此 灰岩的埋藏深度对其含水性起着 极大的作用 奥陶系中统灰岩岩溶水 区域上主要依靠大气降水的入渗补给和地表水 侧向裂隙水的渗漏补给 径流途径复杂 根据柳林泉域区域奥灰水位标高 井田内奥 陶系中统石灰岩含水层水位在 850m 左右 见下图 煤矿井田设计 河北工程学院毕业设计 论文 14 总之 井田主要含水层中 太原组灰岩和奥陶系灰岩含水较丰富 对开采影响较 大 其它含水层富水性差 含水微弱 对开采影响较小 3 井田主要隔水层 1 下石盒子组下部以深灰色泥岩为主的砂泥岩互层地层 厚度大且稳定 隔水 性能较好 2 山西组除 5 号煤的顶部砂岩富水性稍好外 其它岩层以泥岩为主 厚度大且 稳定 隔水性能较好 3 本溪组为一套泥岩 粘土岩和铝土岩为主的地层 厚度平均 30 米左右 是 奥陶系灰岩含水层上部之重要隔水层 4 矿井充水因素分析及水害防治措施 1 构造对井田水文地质条件的影响 井田总体上为一轴向呈北东向的向斜构造及背斜构造 未发现陷落柱 在井下开 拓巷道中发现 2 条区断支 落差在 10 18m 之间 井田地形切割较深 地表水易于排泄 不利于地下水补给 因此 构造一般不会对井田水文地质条件造成影响 2 地表水对煤层开采的影响 井田内无河流 主要河谷为井田中部的车赶沟和南部的沫浴沟 平时基本无水 雨季时有短暂洪水流过 区内地下水的补给来源主要是大气降水 经调查 工业场地 附近最高洪水位标高 1075m 远低于工业场地及各井口标高 并筑有排水涵洞及排水洞 沟 所以一般情况下 矿井不会受到洪水威胁 3 采 古 空区矿井的充水影响 根据山西省第三地质工程勘察院提供的 采 古 空区积水积气及火区调查报告 井田内 5 8 号煤层均存在采 古 区积水 其中 5 号煤层 3 处 积水面积 160517m2 积水量 99163 1m3 8 号煤层 3 处 积水面积 8380m2 积水量 6913 6m3 对矿井开采影 响较大 今后开采过程中应引起重视 4 含水层水对矿井的充水影响 煤系地层含水层 井田内对煤层可采有影响的为煤系地层含水层 主要有山西组 上下石盒子组的 砂岩裂隙含水层和大原组灰岩岩溶裂隙含水层 5 号煤层的直接充水含水层是山西组砂 煤矿井田设计 河北工程学院毕业设计 论文 15 岩含水层 间接充水含水层为第三系砾石层 白风化裂隙带水 下石盒子组砂岩含水 层 含水层富水性弱 对煤层开采影响较小 8 10 号煤层的直接充水含水层是太原组 砂岩 灰岩含水层 间接充水含水层是山西组砂岩含水层 含水层富水性中乖 对 8 10 号煤层开采有一定影响 总之 只要矿井正常抽排水 煤系层含水层一般不会对 煤矿安全生产造成威胁 奥陶系含水层 井田内岩溶水的水位标高为 850m 5 8 10 号煤层标高西南部局部低于奥陶岩溶 水水位标高 10 号煤层存在一块带压区域 8 号煤层带压区域又小一点 5 号煤层仅有 一小块带压区域 见煤层充水性图 按 西南边界突水危险性最大的点 S 点计算突水 系数 利用附近 ZK13 号钻孔和综合地层柱状图资料 5 号煤层底板标高取 830m 5 号 煤层距奥灰顶板之间的距离取 97 8m 煤层隔水底板 S 点 所受的水压力为 1 178MPa 8 号煤层底板标高取 790m 8 号煤层距奥灰顶板之间的距离取 58 5m 10 号煤层底板标高取 770m 10 号煤层距奥灰顶板之间的距离取 48 5m 依据 煤矿防治 水规定 中提供的突水系数计算公式 Ts M P Ts 突水系数 MPa m P 水压力 MPa M 隔水层厚度 m 代入数字进行计算 5 号煤层 Ts 1 178 97 8 0 012MPa m 8 号煤层 Ts 1 178 58 5 0 020MPa m 10 号煤层 Ts 1 178 48 5 0 024MPa m 由上述计算得知 Ts 数值均小于规定的正常地质块段 0 1MPa m 和受地质构造破坏 地质块段 0 06MPa m 两个数值 因此在正常情况下可以进行带压开采 但是 从 10 号 煤层带压开采范围看 带压区附近存在小型断层 在开采带压区煤层时 一定要加强 对奥灰水的动态监测 制定现场应急预案 严格执行 有掘必探 先探后掘 的原则 防止误揭断层或破碎带等导水地质构造 避免水害事故 且井田内断层较少 所以该矿井的水文地条件为中等 5 井田水文地质类型 井田 5 号煤层直接充水含水层是山西组的砂岩裂隙含水层 由于补给条件差 富 水性弱 一般不会对矿井生产造成威胁 井田 8 10 号煤层直接充水含水层为太原组灰岩岩溶裂隙含水层 富水性中等 对 8 10 号煤层开采有一定影响 只要矿井正常抽排水 一般不会对煤矿安全生产造 成威胁 井田内奥灰岩溶水位标高 850m 5 8 10 号煤层在井田西南部局部带压 经 煤矿井田设计 河北工程学院毕业设计 论文 16 计算 5 号煤层最大突水 0 02Mpa 10 号煤层最大突水系数为 0 024Mpa 均小于受构 造破坏地段突水系数临界值 0 06Mpa 为非完整 坡段突水安全区 发生奥灰突水的危 险性较小 井田内 4 8 号煤层采 古 空区存在积水 综合分析矿水文地质条件属中 等 5 矿井水害 目前 矿井在生产中未发生任何水害 井田煤层埋藏较浅 主要水害为大气降水 入渗补给 通过岩层裂隙入渗补给煤层顶板以上含水层 煤层开采以后 含水层水通 过裂隙 冒落带裂隙 导水裂隙带渗入井下采空区或巷道 目前井下涌水量不大 对 煤层开采无影响 6 防治水措施 随着矿山开采规模的不断扩大 采空区面积增加 势必对基岩的稳定性造成影响 引起地面裂隙 地面塌陷 地表岩移等地质灾害 为地表水与井下采空区形成一个联 系的通道 这样会影响矿井安全生产 为了预防水灾水害 提出以下预防措施 1 井田煤层埋藏较浅 注意煤层浅处有采空区 古空区存在 要严格遵守 预 测预报 有掘必探 先探后掘 先治后采 探放水方针 2 井下采掘至井田边界时 应预留井田保安煤柱 以防周围煤矿采空积水引发 该矿水灾害发生 3 井下巷道沿煤层布置 受煤层起伏影响较大 巷道中可能发生积水现象 在 矿井生产期间应根据实际情况 在巷道适当位置设置水仓 由小水泵将积水排出 确 保井下巷道畅通 4 定期清理水仓 水沟 5 雨季来临前要及时清理地面防洪沟渠 做好地面塌陷坑 裂隙等填埋工作 并用粘土夯实高出地表 防止洪水危害矿井 6 在开采煤层时 应加强对断层的观察 在断层两侧应留足保安煤柱 在穿越 断层开采时 应对断层的导水性进行探测 并请有关部门进行论证 7 随时踏勘地表是否有新的裂缝存在 并及时给予填堵 8 注意 5 号煤层采空区积水情况 及时予以放水 第三节第三节 煤层特征煤层特征 一 煤层一 煤层 1 含煤性 井田主要含煤地层为二叠系下统山西组和石炭系上统太原组 山西组平均厚 59 70m 自上而下依次含 1 2 3 4 5 号共 5 层煤 煤层平均总厚 5 34m 含煤系数 煤矿井田设计 河北工程学院毕业设计 论文 17 8 94 4 号煤层在井田内仅有 ZK4 号孔可采 厚度 0 75m 其它钻孔均不可采 其中 5 号为可采煤层 平均厚度 3 92m 可采含煤系数 6 57 太原组平均厚度 95 62m 自 上而下依次为 6 7 8 10 11 号共 5 层煤 煤层平均总厚 6 79m 含煤系数 7 10 其中 8 10 号为可采煤层 平均总厚 6 32m 可采含煤系数 6 61 上述 5 8 10 号可采煤层中 只有 5 8 号煤层为该矿批准开采煤层 煤层主要 特征详见可采煤层特征表 表 1 3 1 可采煤层特征表可采煤层特征表 表表 1 3 11 3 1 煤层厚度 m 煤层间距 m 煤层结构顶底板岩性 煤 层 编 号 最小 最大 平均 最小 最大 平均 矸石 层数 类别 稳定程度 顶板底板 5 2 55 6 13 4 08 0 3较简单稳定泥岩泥岩 50 50 64 02 59 25 8 1 45 4 70 3 07 0 1简单稳定灰岩泥质岩 10 0 8 4 85 3 25 0 30 16 82 8 41 0 2简单稳定 泥岩 砂质泥岩 泥岩 2 可采煤层 1 5 号煤层 位于山西组下部 下距 8 号煤层 50 50 64 02m 平均 59 25 m 煤层厚度 2 55 6 13m 平均 4 08m 煤层结构较简单 含 0 3 层夹矸 井田西部和东北部剥蚀无煤 赋存区属稳定可采煤层 煤层顶板为砂质泥岩 底板为泥岩 见图 1 3 1 2 8 号煤层 赋存于太原组中部 L1石灰岩之下 下距 10 号煤层 0 30 16 82m 平均 8 41 m 见 煤点厚度 1 45 4 70m 平均 3 07m 井田西部和东北部剥蚀无煤 赋存区稳业可采 ZK1 号孔为风氧化带 结构简单 不含或含一层夹矸 煤层顶板为灰岩 底板多为泥岩 见图 1 3 2 3 10 号煤层 赋存于太原组中下部 下距 K1砂岩 27 64 31 00m 见煤点厚度 0 80 4 85m 平 均 3 25m 煤层结构简单 含 0 2 层夹矸 井田西部和东北部剥蚀无煤 赋存区稳定可 采 ZK1 号孔为风氧化带 属稳定可采煤层 煤层顶板为泥岩 底板为泥岩 见图 1 3 3 煤矿井田设计 河北工程学院毕业设计 论文 18 煤矿井田设计 河北工程学院毕业设计 论文 19 图 1 3 1 煤矿井田设计 河北工程学院毕业设计 论文 20 图 1 3 2 煤矿井田设计 河北工程学院毕业设计 论文 21 图 1 3 3 煤矿井田设计 河北工程学院毕业设计 论文 22 3 煤层对比 煤层对比是在地层对比的基础上进行 本次主要采用标志层法 层间距法等对比 煤层 井田内太原组 K1 L1 L2 L3 L4等标志层发育明显 易于对比 山西组的 5 号煤层 太原组的 8 10 号煤层发育稳定 本身就是很好的对比标志 总之 井田内 可采的 5 8 10 号煤层对比可靠 二 煤质二 煤质 1 煤的物理性质及煤岩特征 1 物理性质 井田内各层煤的物理性质大体相同 表现为黑色 条痕为黑褐色 玻璃光泽 有 一定的韧性 贝壳状 参差状断口 容重据区域资料为 1 39 1 46t m3 硬度中等 一 般为 2 3 2 煤岩特征 5 号煤层 黑色 条痕为黑褐色 条带状结构 玻璃光泽 参差状断口 宏观煤岩 类型为半亮型煤 8 号煤层 黑色 条痕为黑褐色 玻璃光泽 均一状 条带状结构 块状 层状构造 硬度中等 贝壳状断口 宏观煤岩类型为光亮型 半亮型煤 10 号煤层 黑色 油脂光泽 条痕黑褐色 条带状结构 块状 层状构造 硬度中 等 贝壳状断口 宏观煤岩类型为半亮型 半暗型煤 区内各层煤的有机组分均以镜质组为主 惰质组次之 无机组分均以粘土类为主 硫化物次之 镜质组中以均质镜质体为主 基质镜质体次之或少量 粘土充填细胞腔 或与有机组分掺杂分布 黄铁矿呈点状 草莓状分布 碳酸盐 褐铁矿呈团块状分布 2 煤的化学性质 工艺性能 根据施工的 ZK3 号 ZK11 号 ZK12 号 ZK13 号 ZK14 号钻孔取样化验成果 井 田可采煤层主要煤质特征如下 5 号煤 原煤 水份 Mad 为 0 28 0 56 平均为 0 33 灰份 Ad 为 19 37 28 69 平均为 24 0 挥发份 Vdaf 为 21 61 27 41 平均为 24 95 全 硫 St d 为 0 66 2 17 平均为 1 25 发热量 Qgr v d 为 24 99 28 26MJ kg 平均为 26 54MJ kg 浮煤 水分 Mad 为 0 27 0 62 平均为 0 44 灰分 Ad 为 8 91 12 16 平 均为 10 34 挥发份 Vdaf 18 98 26 52 平均为 23 06 全硫 St d 为 0 52 1 94 平均为 0 98 发热量 Qgr v d 为 31 34 33 50 平均为 32 43MJ kg 胶质层最大厚度 Y 为 8 23mm 平均为 9 00mm 粘结指数 GR I 为 36 煤矿井田设计 河北工程学院毕业设计 论文 23 92 平均为 67 确定该层煤为低硫分煤 高硫分煤 低灰 高灰 属中热值 高热值焦煤 瘦煤 8 号煤 原煤 水份 Mad 为 0 18 0 43 平均为 0 34 灰份 Ad 为 13 97 31 31 平均为 20 53 挥发份 Vdaf 为 20 08 23 27 平均为 22 36 全硫 St d 为 1 22 2 39 平均为 1 94 发热量 Qgr v d 为 23 84 33 06MJ kg 平均为 27 94MJ kg 浮煤 水分 Mad 为 0 12 0 4 平均为 0 26 灰分 Ad 为 7 71 11 22 平 均为 9 17 挥发份 Vdaf 18 27 22 48 平均为 20 12 全硫 St d 为 0 92 2 13 平均为 1 47 发热量 Qgr v d 平均为 32 56MJ kg 胶质层最大厚度 Y 为 3 10mm 平均为 6 88mm 粘结指数 GR I 为 15 66 平均为 44 0 确定该层煤为中硫分煤 高硫分煤 低灰 中灰 属中热值 特高热值焦煤 瘦煤 贫瘦煤 10 号煤 原煤 水份 Mad 为 0 27 0 49 平均为 0 35 灰份 Ad 为 17 21 25 57 平均为 21 73 挥发份 Vdaf 为 21 15 25 99 平均为 23 95 全硫 St d 为 0 78 2 88 平均为 1 79 发热量 Qgr v d 为 26 99 29 78MJ kg 平均为 27 69MJ kg 浮煤 水分 Mad 为 0 19 0 58 平均为 0 40 灰分 Ad 为 9 07 12 24 平 均为 10 66 挥发份 Vdaf 19 98 25 44 平均为 22 62 全硫 St d 为 0 61 1 41 平均为 0 94 发热量 Qgr v d 平均为 32 31MJ kg 胶质层最大厚 度 Y 为 8 14 平均为 11 0mm 粘结指数 GR I 为 50 84 平均为 68 确定该层煤为低硫 中高硫 中灰 高灰 属高热值 特高热值焦煤 瘦煤 见煤 质汇总表 煤矿井田设计 河北工程学院毕业设计 论文 煤煤 质质 汇汇 总总 表表 煤 层 号 原 浮 煤 水分 Mad 灰分 Ad 挥发份 Vdaf 全硫 St d 发热量 MJ kg Y值 mm 粘结指数 煤 类 原 0 28 0 56 0 33 19 37 28 69 24 0 21 61 27 41 24 95 0 66 2 17 1 25 24 99 28 26 26 54 5 浮 0 27 0 62 0 44 8 91 12 16 10 34 18 98 26 52 23 06 0 52 1 94 0 98 31 34 33 50 32 43 8 23 9 36 92 67 JM SM 原 0 18 0 43 0 34 13 97 31 31 20 53 20 08 23 27 22 36 1 22 2 39 1 94 23 84 33 06 27 94 8 浮 0 12 0 4 0 26 7 71 11 22 9 17 18 27 22 48 20 12 0 92 2 13 1 47 32 56 3 10 6 88 15 66 44 JM SM PS 原 0 27 0 49 0 35 17 21 25 57 21 73 21 15 25 99 23 95 0 78 2 88 1 79 26 99 29 78 27 69 10 浮 0 19 0 58 0 40 9 07 12 24 10 66 19 98 25 44 22 62 0 61 1 41 0 94 32 31 8 14 11 50 84 68 JM SM 河北工程学院毕业设计 论文 25 3 煤灰成分 灰熔点测定 煤灰成分 根据 1990 年大庄煤矿的化验资料测定成果如表 煤灰成分测定成果表煤灰成分测定成果表 井田内 4 9 号煤层煤灰分均以 SiO2为主 Al2O3次之 还有少量 Fe2O3 CaO TiO2 K2O MgO 煤灰熔融性 根据三交详查资料中煤灰熔性测定结果 井田各可采煤层软化温度 TS C 普 遍大于 14600C 属高熔灰分 难熔灰分 一般山西组高于太原组 变化幅度很小 4 煤的可磨性 根据三交详查资料 4 号煤层哈氏可磨性指数 HGI 为 71 86 8 号煤层哈氏可 磨性指数 HGI 为 79 3 105 9 号煤层测定哈氏可磨性指数 HGI 为 73 104 均为中等可磨煤 极易磨煤 5 煤的可选性 本次勘探工作未作筛分和浮沉试验 故无法进行煤的可选性评价 下面仅就区内 煤心煤样在测试工业分析等项目的过程中获取的资料 来预测一下本区煤的可选性 理论精煤回收率 5 号煤为 24 18 43 05 平均 34 0 8 号煤为 16 5 70 87 平均 45 4 10 号煤为 23 01 79 51 平均 50 7 由此可知 本区各层煤的理论精煤回收率的平均值小于 55 属于低等可选 6 原煤与浮煤的煤质差异性 原煤经过 1 4 比重液洗过后即为浮煤 灰分 全硫和磷在原煤样品和浮煤样品中 的差异性 可以反映煤的可选性 区内主要煤层原煤与浮煤中的灰分 全硫比较表 煤灰成分分析 煤层号工程号 SiO2Al2O3 Fe2O 3 MgOTiO2SO3CaOK2O Na2OP2O5MnO 4 号ZK3 153 6430 954 301 681 151 012 380 980 630 03 9 号ZK3 153 4231 663 251 220 921 752 571 060 740 03 河北工程学院毕业设计 论文 26 灰分灰分 Ad 全硫全硫 St d 煤层号煤层号 原煤原煤浮煤浮煤降低率降低率原煤原煤浮煤浮煤降低率降低率 备注备注 524 0810 34531 250 9823 820 539 17551 941 4724 1021 7310 66511 790 9447 表中数值为矿表中数值为矿 区平均值区平均值 由以上表可以看出 区内各层煤的精煤和原煤相比 5 号煤 Ad 降低 53 St d降低 23 8 号煤 Ad 降低 55 St d降低 24 10 号煤 Ad 降低 51 St d降低 47 综合考虑 区内各层煤经 1 4 比重液洗选后 灰分 尤其是全硫降低较少 反映 出本区煤的可选性较差 7 煤的风化和氧化 根据该区勘探中布设工程所控制煤层露头和风氧化带 井田风氧化带推测如下 按钻孔施工见煤情况 取相邻钻孔 其中一个为剥蚀无矿钻孔 间距的 1 2 并结合 地质剖面和煤矿各煤层的采掘现状 参考河东煤田离石详查区西部各煤层风氧化带延 伸情况推断 推断风氧化带宽度为 50m 井田东部 西部均有大面积无煤区 东部 西部均有 5 号 8 号 10 号煤层风氧 化带 隐伏着 5 8 10 号煤层露头 西部的风氧化带受 ZK2 ZK6 ZK7 号未见煤钻 孔 为剥蚀无矿孔 控制 位于 ZK2 ZK6 ZK7 号钻孔的东部 贯穿井田南北 长约 3000m 东部的风氧化带受 ZK5 号钻孔控制 位于 ZK5 号钻孔的西部 8 煤质及工业用途评价 综上所述 根据各层煤的物理性质 化学成分 工艺性能及煤类 本井田所蕴藏 的煤炭资源 5 号煤层属低灰 高灰 低硫 高硫 中热值 高热值的焦煤与瘦煤 8 号煤层属低灰 中灰 中硫 高硫 中热值 高热值焦煤 瘦煤与贫煤 10 号煤层 属中灰 高灰 低硫 中高硫 高热值 特高热值的焦煤与瘦煤 均为良好的炼焦用 煤 煤类划分采用 中华人民共和国国家标准 中