北岩煤矿初步设计.doc

山山西西兰兰花花集集团团北北岩岩煤煤矿矿矿矿井井 9 90 00 0k kt t a a 初初步步设设计计 0 前前 言言 毕业设计是采矿工程专业最后一个教学环节 其目的是使本专业学生运用 大学阶段所学的知识联系矿井生产实际进行矿井开采设计 并就本专业范围的 某一课题进行较深入的研究 以培养和提高学生分析和解决实际问题的能力 是学生走上工作岗位前进行的一次综合性能力训练 也是对一个采矿工程技术 人员的基本训练 本次设计的内容是山西省晋城市北岩煤矿 9 号煤层初步设计 是在北岩煤 矿已有 60 万吨生产能力炮采 炮掘的基础上 根据井田概况和地质特征 结 合搜集到的其它相关原始资料 运用所学知识 参考 煤矿开采学 煤炭工 业矿井设计规范 煤矿矿井开采设计手册 等参考资料 在辅导老师深入浅 出的精心指导下独立完成 在设计的过程中我受益非浅 此次毕业设计是根据 国家煤炭建设的有关方针 政策 结合设计矿井的实际情况 遵照采矿专业毕 业设计大纲的要求 在收集 整理 查阅大量资料的前提下 运用自己所学的 专业知完成的 通过本次设计 我看到了许多以往自己欠缺的地方 提高了综合能力 知 识水平有了很大的提高 不完善之处 恳请各位老师指正 山山西西兰兰花花集集团团北北岩岩煤煤矿矿矿矿井井 9 90 00 0k kt t a a 初初步步设设计计 1 第一章第一章 井田概况及地质特征井田概况及地质特征 第一节第一节 井田概况井田概况 一 交通位置一 交通位置 山西兰花集团北岩煤矿有限公司位于晋城市北西约 4km 处 北距长治市 80km 现已有铁路专用线经晋煤集团古书院矿直达晋城北火车站 井田紧邻市 区 市区东面有晋长高速 晋焦高速 南面有晋济高速 晋阳高速 晋韩公路 纵穿 陵沁公路横穿井田 均与高速公路连接 交通十分便利 交通位置详见 图 1 1 1 二 自然地理二 自然地理 1 地形地貌 井田位于太行山南段西侧 区内以盆地 丘陵为主 也有少量山地 其中 白马寺山最高 海拔 1065m 本井田位于白马寺山的东部 除北部与南部部分出 露基岩外 区内大面积黄土覆盖 地形平缓 因常年雪雨冲刷 南北山坡沿山 坡方向均形成深度不大的冲沟 本区最高点位于井田北部 海拔高度 862 2m 最低点位于井田东南角 海 拔高度约 720m 最大相对高差 142 2m 总的地势表现为南北高 中部低 2 水文 井田内及其附近的河流主要为小会河 南河 东河与上下小口河 河流流 向均由北向南 属黄河流域沁河水系 为季节性河流 在晋城市西部附近汇集 成许河 许河在河西村南汇入丹河 丹河流向东南 穿越太行山 在河南沁阳 汇入沁河 后汇入黄河 3 气象 本区属大陆性温带气候 冬季寒冷干燥 夏季暖湿多雨 春秋二季多风少 山山西西兰兰花花集集团团北北岩岩煤煤矿矿矿矿井井 9 90 00 0k kt t a a 初初步步设设计计 2 雨 年降水量为 437 1010mm 年蒸发量为 1424 20 1825 50mm 雨季多集中在 7 9 月 占全年降水量的 70 7 8 月份气温高 最高气温为 36 12 月至次 年 2 月最冷 最低气温可达 23 最大冻土深度为 0 45m 霜冻期从 10 月末至 次年 4 月初 风向春 冬多为西北风 夏季多为东南和南风 最大风力为 6 7 级 平均 3 4 级 4 地震 据晋城市及高平县志记载 自 1146 年至 1965 年先后发生过 15 次地震 一 般为轻震和微震 其中破坏性地震 2 3 次 破坏范围仅局限于高平 晋城市周 围 震源不清 其强度一般为 3 4 级 最大为 7 级 根据 中国地震动峰值加 速度区划图 GB18306 2001 图 A1 本区抗震设防烈度为 6 度 三 矿井开发史和现状及四邻关系三 矿井开发史和现状及四邻关系 1 矿井开采历史和现状 该矿始建于 1939 年 由当地农民自发所办 1945 年晋城解放后 由沁河支队接管 1946 年 2 月 沁河支队奉命开赴前 线 参加解放战争 将北岩煤矿移交给地方 由太岳实业公司之永裕公司管理 1957 年 6 月 北岩煤矿下放晋城县 隶属晋城县工业局 称为 山西省地 方国营晋城煤矿 1959 年 11 月 6 日 晋城县重工业局以 59 晋办王字 3 号文批复恢复北岩 煤矿名称 称为 晋城县地方国营北岩煤矿 1964 年 3 月 北岩煤矿再归于晋东南地区 属晋东南专署煤矿公司直接领 导 并更名为 山西省晋东南专区煤矿公司北岩煤矿 1980 年 该矿更名为 山西省行政专署北岩煤矿 1981 年 7 月 又更名 为 山西省晋东南地区北岩煤矿 1985 年 8 月 原晋东南地区辖区分为长治 晋城两市 北岩煤矿隶属于晋城市 更名为 晋城市北岩煤矿 2003 年 5 月 该矿合并入兰花集团 更名为 山西兰花集团北岩煤矿有限 山山西西兰兰花花集集团团北北岩岩煤煤矿矿矿矿井井 9 90 00 0k kt t a a 初初步步设设计计 3 公司 该矿原开采 3 号煤层 设计生产能力 0 45Mt a 后随经济的飞速发展 于 1980 年扩建改造为 0 60Mt a 的生产能力 该矿现采井田范围内的 9 号煤层 设计生产能力 900kt a 采用斜井盘区式 开拓方式 倾斜长壁一次采全高综采采煤方法 全部垮落法管理顶板 该矿现有 3 个井筒 均为斜井 主斜井装备双钩 8t 箕斗 主要用于提煤 进风 为矿井的安全出口 副斜井装备单钩串车和架空乘人装置 敷设台阶 用于升降人员 进风和运送材料 为矿井的安全出口 回风斜井为矿井北翼的 专用回风井 敷设台阶扶手 为矿井的安全出口 现地面的主 副斜井及回风 斜井均为开拓 3 号煤层的井筒 在开采 9 号煤层的过程中 该矿又分别在主 副斜井井底和回风斜井底开设了通往 9 煤层的暗斜主井 暗斜副井 暗斜风井 分别作为 9 煤提升煤炭 提放材料和运送矸石 以及矿井通风等用途 矿井 3 号煤层副斜井底部设有主副水仓 主水仓有效容积 875m3 副水仓有 效容积 805m3 9 号煤层设有主副水仓 主水仓有效容积 805m3 副水仓有效容 积 525m3 2 井田周边小煤矿情况 北岩煤矿有限公司井田边界外北部及东部主要为晋煤集团古书院煤矿 南 部 西南部及西部边界外无煤矿开采 古书院煤矿 始建于 1958 年 1960 年 12 月投产 批准开采 3 9 15 号 煤层 现开采 3 9 号煤层 原设计生产能力 0 90Mt a 经 1982 年 1984 年的 第一期改扩建 生产能力由 0 90Mt a 提高到 1 80Mt a 又经 1989 年 1992 年 的第二期改扩建 生产能力由 1 80Mt a 提高到 3 00Mt a 同时 一座年洗 3 00Mt 的洗煤厂也于 1992 年底竣工移交生产 该矿开拓布置方式为斜井盘区式 现有两个生产水平 上水平开采 3 号煤层 下水平开采 9 号煤层 采煤方法为 走向 倾斜 长壁分层开采 金属网假顶支护 工作面全部为综合机械化采煤 回收大巷煤柱采用仓房回采 为低瓦斯矿井 井下涌水量较大 山山西西兰兰花花集集团团北北岩岩煤煤矿矿矿矿井井 9 90 00 0k kt t a a 初初步步设设计计 4 北岩煤矿有限公司井田内小煤矿较多 其各自的开采情况无法全部查清 现只将北岩煤矿提供的小煤矿开采情况介绍如下 1 二仙掌煤矿 位于井田西北角 以北煤字 1993 第 21 号文批准开采 3 号煤层 设计生 产能力 300kt a 煤厚 5 6m 左右 属低瓦斯矿井 该矿现已关闭 2 夏匠煤矿 地处夏匠村附近 位于井田北西部 由省煤资委于 1987 年以晋煤资开发字 1987 第 7 号文批准开采 3 号煤层 设计生产能力 30kt a 煤厚 6m 左右 属 低瓦斯矿井 矿井涌水量不大 该矿现正开采 3 号煤层 因属于山西省政府的 十大关闭 矿井范围 目前处于停产状态 3 郭山煤矿 地处夏匠水库东侧 小窑破坏区附近 1987 年省煤资委以晋煤资字 1987 第 119 号文批准开采 3 号煤层 设计生产能力 60kt a 煤厚 6 7m 左右 属低瓦斯矿井 矿井涌水量不大 该矿现已关闭 4 富民煤矿 位于井田中部的西侧 晋钢铁路边缘 由原晋东南地区煤管局于晋煤资字 1991 第 224 号文批准开采 3 号煤层 设计生产能力 60kt a 煤厚 5 8m 左右 属低瓦斯矿井 矿井涌水量不大 分南区与北区两部分 南区现已关闭 北区 现正开采 3 号煤层 该矿现已关闭 5 明星煤矿 位于井田中部 由原晋东南地区煤管局以晋煤资字 1991 第 88 号文批准 开采 3 号煤层 设计生产能力 30kt a 煤厚 6 0m 左右 属低瓦斯矿井 矿井涌 水量不大 该矿现已关闭 6 道头煤矿 位于井田中东部 小窑破坏区附近 1988 年省煤资委以晋煤资字 1988 第 173 号文批准开采 3 号煤层 设计生产能力 60kt a 煤厚 5 5m 左右 属低瓦 山山西西兰兰花花集集团团北北岩岩煤煤矿矿矿矿井井 9 90 00 0k kt t a a 初初步步设设计计 5 斯矿井 矿井涌水量不大 该矿现已关闭 具体详见井田四邻关系示意图 1 1 2 四 电源 水源条件四 电源 水源条件 一 矿井现有两回供电电源 一回主电源采用 GLJ 95mm2 35KV 专用架空 线引自工业场地东北的椿树头 110kv 变电站 363 线 二回备用电源采用 GLJ 70mm2 10KV 架空线引自工业场地南面的北环开闭所 10KV 馈出 二 该矿井的供水水源引自矿井已有的三座深水井 为矿井的生产 生活 供水 该矿目前家属区生活用水取自水源井 能满足生活用水 矿上生产 生 活用水取自东井与西井深层奥灰水 完全能满足生产 生活用水 根据该矿井实测数据显示 9 煤的平均涌水量 281m3 h 最大涌水量为 448 m3 h 矿井涌水排至地面后 经净化处理 可作为井下消防 洒水及井下用水设 施用水水源 多余部分可用作地面防尘洒水 浇洒道路 园林绿化等 故矿井供水水源充足 能够满足本次设计要求 第二节第二节 地质特征地质特征 1 主要地质构造及煤层 1 地层及地质构造 1 井田地层 本井田位于沁水煤田的东南部边缘 井田内地层由老至新依次为奥陶系中 统峰峰组 石炭系中统本溪组 上统太原组 二叠系下统山西组 上下石盒子 组及第三 第四系地层 现由下至上分述如下 奥陶系中统峰峰组 O2f 埋藏于井田深部 为煤系地层之基盘 岩性为深灰色 厚层状海相石灰岩 角砾状灰岩 夹泥灰岩和白云质灰岩 坚硬性脆 顶部常因铁质浸染而呈淡红 色 区域厚度 100m 左右 该地层本井田外西部见出露 山山西西兰兰花花集集团团北北岩岩煤煤矿矿矿矿井井 9 90 00 0k kt t a a 初初步步设设计计 6 石炭系中统本溪组 C2b 岩性为灰黑色砂质泥岩与铝土岩 砂质泥岩中砂含量较高 具滑感 稍含 铝土质 铝土岩中含灰白色砂质 具鲕状结核 与下伏地层呈平行不整合接触 本组厚度 3 05 4 71m 平均 4 48m 本井田外西部见出露 石炭系上统太原组 C3t 平行不整合于下伏奥陶系灰岩侵蚀面之上 井田主要含煤地层之一 由灰 黑色泥岩 砂质泥岩 灰色中细砂岩和 6 层石灰岩及 7 8 层煤组成 底部以一 层灰白色细砂岩 K1 与本溪组分界 本组厚度 64 80 111 48m 平均 89 19m 在井田外西部见出露 二叠系下统山西组 P1S 与下伏太原组连续沉积 井田主要含煤地层之一 由灰 灰黑色泥岩 粉 砂岩和灰白色砂岩及 3 层煤组成 底部以一层灰色细砂岩 K7 与太原组分界 本组厚度 41 43 66 97m 平均 57 40m 二叠系下统下石盒子组 P1X 连续沉积于山西组之上 由灰绿 黄绿色砂岩 局部为紫红色泥岩 砂质 泥岩及铝质泥岩组成 本组厚度 74 50 78 42m 平均 76 25m 底部以一层灰色中粒砂岩 K8 与 山西组分界 本组以 K9中粒砂岩为界可分为上下两段 分述如下 下段 P1x1 下部为黄绿色厚层状中粗粒石英砂岩及灰绿色砂质泥岩 泥 岩 含大量锰质结核 上部为黄色 黄绿色粉砂岩 砂质泥岩及泥岩 平均厚 37 29m 上段 P1x2 下部为黄绿 灰绿色中粗粒石英砂岩 上部为杏黄色 黄绿 色砂岩 砂质泥岩夹砂岩及紫色泥岩 其顶部为杂色含铁质鲕粒的铝土泥岩 桃花泥岩 平均厚 38 96m 该组地层井田南部大面积出露 山山西西兰兰花花集集团团北北岩岩煤煤矿矿矿矿井井 9 90 00 0k kt t a a 初初步步设设计计 7 二叠系上统上石盒子组 P2S 连续沉积于下石盒子组之上 井田内主要出露于东北部 由黄绿色砂岩间 夹灰 黄绿 紫红色泥岩 砂质泥岩及铝质泥岩组成 整套地层可分为三段 分述如下 下段 P2s1 由黄绿 黄色夹紫红色泥岩 铝土泥岩 砂质泥岩和黄绿色 硬砂岩组成 砂岩多呈透镜体 节理发育 砂质泥岩 泥岩风化后呈碎屑状 底部以一层黄绿色中粗粒砂岩 K10 与下伏下石盒子组分界 本段平均厚 54 50m 中段 P2s2 以黄绿色中细粒石英长石砂岩为主 间夹紫色 暗紫色泥岩 含锰质与铁质结核 厚 0 1 0 9m 平均 0 4m 底部以一层黄绿色中粗粒含砾 砂岩 K11 与第一段分界 本段厚 122 15 223 00m 平均 172 92m 上段 P2s3 由中粒砂岩组成 区内残留厚度不全 最大残留厚度 13 9m 第三系 N 本井田内一般沿山坡与较大的沟谷中出露 与下部地层呈不整合接触 为 黄绿色 红色亚砂土与亚粘土组成 红色亚粘土具有可缩性 含锰铁矿之黑色 斑点 具鲕状小洞 结石结核较多 厚 0 10m 平均 7 5m 第四系 Q 底部为亚粘土与亚砂土组成 呈淡黄色 含钙质结核和岩石碎屑 中部为 黄土层 垂直节理发育 形成黄土峭壁与黄土柱 局部具有底砾岩 上部为现 代冲积层 冲积层由含砂质次生黄土组成 第四系黄土覆盖分布面积占本井田总面积的 1 2 以上 呈不整合覆盖在不 同基岩之上 厚 0 22 00m 2 地质构造 区域构造 依据 1986 年 山西省区域地质志 本区位于沁水煤田晋获褶断带以东 山山西西兰兰花花集集团团北北岩岩煤煤矿矿矿矿井井 9 90 00 0k kt t a a 初初步步设设计计 8 太行山复背斜西翼及沁水盆地东翼近南端 晋获褶断带纵贯本区 大地构造格 局属新华夏构造体系 受区域南北剪切力作用 构造线方向以 NNE 向为主 在 断裂带北段 多表现为以主断裂为主的一束平行断裂带 并伴有一些与断裂平 行的褶皱 最南段则主要表现为褶皱 本井田主要位于断裂带南段 长治以东地区多被新生界覆盖 以南多以褶 皱形式出现 主体呈倒转复式背斜 核部出露奥陶系 两侧依次为石炭系 二 叠系地层 区内较大的断层有晋 城 长 治 大断层 延伸长 落差大 高平正断 层伴生于晋长断层西侧 落差 90 180m 高庙山正断层 落差 100 150m 此 外尚有一系列南北向的小型背斜构造 井田构造 本井田位于白马寺逆断层的东侧 地层总体走向 NE SW 倾角 3 10 西部 靠近白马寺逆断层 局部地段产状变化较大 倾角为 11 18 左右 受白马寺逆断层的控制 派生出次一级褶曲构造 构造线以 NE SW 向为主 井田内构造特点以褶曲为主 断层不太发育 褶曲构造由白马寺倒转背斜 夏匠 郜匠向斜 北岩小背斜和西吕匠小向斜 组成 a 褶曲 夏匠 郜匠向斜 S1 贯穿本井田的南北方向 轴向为 NNE 向 西翼倾 角 11 18 东翼倾角 4 左右 区内轴长约 6000m 向斜轴心位于 CK2 至北 5 钻孔附近 北岩背斜 S2 位于本井田南部 轴向为 NNE NEE 两翼基本对称 西 翼倾角 4 左右 东翼倾角 3 左右 区内轴长约 3100m 向南延伸至井田外 西吕匠向斜 S3 位于本井田东南部 轴向为 NW 向 左右对称 两翼倾 角 3 左右 井田内轴长约 1000m 左右 向南延伸至井田外 山山西西兰兰花花集集团团北北岩岩煤煤矿矿矿矿井井 9 90 00 0k kt t a a 初初步步设设计计 9 b 断层 白马寺逆断层 F1 位于井田外西侧边缘 走向 NE 向 25 30 倾向 NW 倾角 70 落差 18 20m 该断层在地表见出露 并被 CK124 钻孔所揭露 郜匠逆断层 F2 位于井田西南部郜匠村西部附近 由 101 号钻孔探到 在平面上斜切夏匠 郜匠向斜南西翼 倾向 SWW 落差 35m 左右 倾角 70 其延伸情况因仅单孔见到无法控制 推测该断层与白马寺逆断层同生并相交 其下盘对将来采矿无大的影响 本井田在 3 9 号煤层的开采过程中 未发现有其它断层 因此断层对煤层 的开采影响较小 井田内未发现陷落柱及岩浆岩侵入 井田北部有一小块范围 据 3 9 号煤 层的开采情况 有一部分为无煤区 结合 15 号煤层在此范围内的钻孔揭露情况 煤层小于最低可采厚度 很有可能为古河床冲刷带 综上所述 井田内构造主要为宽缓的向背斜构造 断裂构造除白马寺逆断 层及井田西南部的逆断层外 在煤层的开采过程中 未发现有其它构造 因此 就整个井田内来看 总体上应属简单构造 2 煤层 含煤性 井田内含煤地层为太原组和山西组 太原组含煤 7 8 层 其中 9 15 号煤层为除井田南部很小一部分为不可采 外 其余为全井田稳定可采煤层 其它煤层均属不稳定 不可采的薄煤层 地 层平均厚度 89 19m 煤层平均厚度 4 55m 含煤系数 5 10 下部含煤性好 上 部含煤性稍差 整个含煤地层含煤性中等 山西组共含煤 3 层 编号自上而下为 1 2 3 号 其中 3 号煤层为全井田 稳定可采煤层 其余为不可采煤层 地层平均厚度 57 40m 煤层平均厚度 6 30m 含煤系数 10 98 含煤地层含煤性较好 山山西西兰兰花花集集团团北北岩岩煤煤矿矿矿矿井井 9 90 00 0k kt t a a 初初步步设设计计 10 井田内山西组 太原组含煤地层平均总厚 146 59m 煤层平均总厚度 10 85m 含煤系数 7 40 可采煤层 本井田内可采煤层为山西组的 3 号煤层和太原组的 9 15 号煤层 该矿原开采 3 号煤层 因过去生产技术条件 开采方法落后 周围又审批 了若干小煤窑 加之井田内有村庄 铁路 公路 水库 家属区 小型加工厂 工业场地等地面建筑物 除留设的各种保安煤柱外 井田内 3 号煤层剩余的可 采储量已基本采完 于 2002 年向晋城市国土资源局上报申请注销 3 号煤层剩余 储量 晋城市国土资源局以晋市国土资函 2002 84 号文予以批准 该矿现开采 9 号煤层 9 号煤层特征见表 1 2 1 表表 1 2 11 2 1 煤煤 层层 特特 征征 表表 顶底板岩性 煤层 编号 煤层厚度 m 最小 最大 平均 层间距离 m 最小 最大 平均 夹矸 层数 结构 稳定 性 可采 性 顶板底板 9 0 60 2 65 1 82 24 77 38 67 30 92 0 1简单稳定 全区大部 可采 石灰岩 泥岩 泥岩 砂质泥岩 粉砂岩 现将 9 号煤层分述如下 9 号煤层 位于太原组中部 上距 K7细砂岩 39 94m 距 3 号煤层平均 51 13m 煤层厚 度 0 60 2 65m 平均 1 82m 为中厚煤层 含夹石 0 1 层 在全井田中 所揭露煤层厚度的 18 个钻孔中 只有位于井田南部的 201 202 号钻孔为不可采 其余均为可采 且井田中已布置工作面开采 采空 区面积约占全井田面积的 1 9 可采性指数 90 煤厚变异系数 20 56 且煤类 单一 总体讲 该煤层为井田内全区发育 大部可采之稳定煤层 煤层顶板多为 石灰岩 少量为泥岩 底板多为泥岩 少量为砂质泥岩 粉砂岩 2 煤质 煤类与煤的用途 山山西西兰兰花花集集团团北北岩岩煤煤矿矿矿矿井井 9 90 00 0k kt t a a 初初步步设设计计 11 1 煤的物理性质和煤岩特征 9 号煤层物理性质和煤岩特征基本相近 皆呈黑色 灰黑色 金属光泽 节 理发育 断面平整 细 中条带状结构 块状或层状构造 2 煤的化学性质 据钻孔资料 工业分析 水分 Mad 原煤 0 40 2 31 平均 1 09 浮煤 1 81 3 10 平均 2 46 灰分 Ad 原煤 11 96 32 86 平均 18 70 浮煤 4 31 4 97 平均 4 64 挥发分 Vdaf 原煤 5 66 12 19 平均 7 80 浮煤 5 21 6 23 平均 5 72 全硫 St d 原煤 1 17 2 36 平均 1 51 浮煤 0 71 磷 Pd 原煤 0 005 元素分析 碳 Cdaf 原煤 86 82 90 70 平均 88 76 浮煤 93 56 94 04 平均 93 80 氢 Hdaf 原煤 3 05 3 67 平均 3 36 浮煤 2 86 2 93 平均 2 90 氧 Odaf 原煤 2 01 浮煤 1 44 1 94 平均 1 69 氮 Ndaf 原煤 0 93 1 20 平均 1 07 浮煤 0 92 1 03 平均 0 98 视密度 ARD 1 47 1 52 平均 1 49 g cm3 真密度 TRD 1 60 1 75 平均 1 70 g cm3 发热量 Qgr d 34 15 35 91MJ kg 平均 34 83MJ kg 山山西西兰兰花花集集团团北北岩岩煤煤矿矿矿矿井井 9 90 00 0k kt t a a 初初步步设设计计 12 本井田内 9 号煤层原煤灰分 11 96 32 86 平均 18 70 硫分 1 17 2 36 平均 1 51 灰分全井田整体趋势为西北高东南低 全硫为沿 夏匠 郜匠向斜轴部硫分偏高 9 号煤层煤灰成分分析 二氧化硅 SiO2 37 30 49 26 平均 44 23 三氧化二铁 Fe2O3 8 27 21 57 平均 13 09 三氧化二铝 Al2O3 26 93 36 00 平均 32 26 氧化钙 CaO 1 59 6 94 平均 4 87 氧化镁 MgO 0 02 1 29 平均 0 66 三氧化硫 SO3 0 99 5 87 平均 3 35 煤灰成分以硅 铝 钙为主 以铁 镁次之 9 号煤层灰熔融性 T2 1350 1500 为高熔灰分 难熔灰分煤 另在开采 9 号煤层的过程中 进行过采样化验 其结果如下 水分 Mad 原煤 4 26 灰分 Ad 原煤 25 30 挥发分 Vdaf 原煤 8 10 全硫 St d 原煤 1 63 焦渣特征 1 真密度 TRD 1 60 综合上述 9 号煤层为低灰 高灰 低硫 中高硫 特高热值之无烟煤 3 煤类 根据 中国煤炭分类国家标准 GB5751 86 划分 本区煤类划分指标为 浮煤的干燥无灰基挥发分 Vdaf 和干燥无灰基氢含量 各煤层煤类划分指标 见表 1 2 2 表表 1 2 21 2 2 各煤层煤类划分指标表各煤层煤类划分指标表 煤层编号Vdaf 浮 Hdaf 煤类 山山西西兰兰花花集集团团北北岩岩煤煤矿矿矿矿井井 9 90 00 0k kt t a a 初初步步设设计计 13 9 5 21 6 23 5 72 2 86 2 93 2 90 WY02 综上所述 井田内 9 号煤层为无烟煤二号 牌号为 WY02 4 煤的可选性 浮煤回收率 9 号煤层 据邻区野川勘探资料 浮煤回收率 19 52 平均 32 80 筛分试验 没有做过筛分试验 浮沉试验 煤芯煤样浮煤化验结果分析 其全硫量较高 对煤的利用有一 定的影响 5 煤的工业用途 9 号煤层赋存稳定 挥发份低 粘结性为 1 发热量高 是优质的无烟煤 唯全硫含量较高 在未脱硫之前只能作为民用 动力用煤 脱硫后亦可考虑用 于制造人工合成石油及化肥等 或作为制造电石及发生炉煤气的原料等用 6 煤的风氧化 本井田 9 号煤层均未出露 无风氧化现象 3 水文地质条件 1 区域水文地质 本区处于沁水盆地中段东部 区域水文地质单元属三姑泉域 属三姑泉域 地表水系为黄河流域沁河水系 区域东部地势高峻 出露一套碳酸盐岩地层 呈带状南北方向展布 含岩 溶裂隙水 西部地势逐渐降低 为第四系黄土所覆盖 含孔隙承压水 高平 晋城盆地 由丘陵和低山组成 海拔 800 m 1200m 为一新生代早期形成的断 陷盆地 松散堆积物一般 30 m 70m 盆地内分布有孔隙含水层 其基底为武乡 阳城复式向斜 区域西部和中部略有起伏 存在有侵蚀残山 基岩由中生界 和古生界碎屑岩组成 含一系列裂隙含水层 富水性弱 盆地范围内的奥陶 寒武系岩层埋藏深 井田内及其附近的河流主要为小会河 南河 东河与上下小口河 河流流 向均由北向南 属黄河流域沁河水系 为季节性河流 在晋城市西部附近汇集 山山西西兰兰花花集集团团北北岩岩煤煤矿矿矿矿井井 9 90 00 0k kt t a a 初初步步设设计计 14 成许河 许河在河西村南汇入丹河 丹河流向东南 穿越太行山 在河南沁阳 汇入沁河 后汇入黄河 2 区域含水层组 1 石灰岩裂隙岩溶含水层组 包括寒武系至中奥陶系的一套石灰岩 泥灰岩 白云岩等可溶岩 区域东 部山区及东南部山区有大片出露 富含岩溶裂隙水 是区内最主要的含水层组 含水层 寒武系中统为厚层状鲕状灰岩 中厚层状石灰岩 白云质灰岩及少量竹叶 状石灰岩和紫红色泥岩 厚度 130 m 349m 处于本含水层组的最底部 其下伏 有馒头组泥岩作为底部隔水层 为地下水积聚创造良好条件 岩溶裂隙发育普 遍 常以管状岩溶发育为主 被地表水系切割时常有大泉出露 如实会泉群 三姑泉等 据钻孔资料 岩溶发育主要在中下部 上部因含泥质发育较差 单 位涌水量为 0 21 5 86L s m 渗透系数为 4 15 8 5m d 水质较好 属 HCO3 或 HCO3 SO4型 寒武系上统为白云质灰岩 白云岩 石灰岩 泥质条带灰岩 竹叶状灰岩 厚度为 38 m 104m 因泥质含量高 岩溶不太发育 泉水出露不多 泉水流量 一般小于 3 0L s 钻孔单位涌水量为 0 08 0 20 L s m 奥陶系下统为粗晶白云岩 泥质白云岩 含燧石中薄层白云岩及石灰岩组 成 厚度 64 m 209m 岩溶裂隙发育不均匀 在中下部岩溶较发育 厚 30 m 40m 泉流量一般小于 3 0L s 也有个别大泉出露 钻孔单位涌水量达 0 06 8 1L s 矿化度小于 0 5g l 水质属 HCO3 SO4或 HCO3型 奥陶系中统为石灰岩 角砾状灰岩 泥灰岩 厚约 400 m 600 m 据钻孔 资料表明 有向北逐渐变厚 向南逐渐变薄的趋势 此层岩溶裂隙很发育 泥 灰岩为相对隔水层 泉水多沿最下层泥灰岩顶部出露 流量一般在 0 08 2L s 个别如白洋泉 郭壁泉 流量达 270 2700L s 此层虽含水丰富 山山西西兰兰花花集集团团北北岩岩煤煤矿矿矿矿井井 9 90 00 0k kt t a a 初初步步设设计计 15 但富水性不均一 单位涌水量为 0 098 24 8L s m 水质较好 属 HCO3及 HCO3 SO4型 岩溶泉域的补给 径流及排泄条件 补给条件 岩溶水主要补给方式有三种 一是大面积灰岩裸露区 分布面 积 1008km2 及半裸露区 分布面积 589km2 直接接受降水入渗补给 二是河流 与水库在灰岩出露区的渗漏补给 三是上部覆盖层的越流补给 在东部和南部的灰岩裸露区 大气降水垂直入渗 是岩溶地下水的重要补 给来源 丹河在进入岩溶地区后多呈干谷或间歇性河流 大量补给岩溶地下水 据晋城市水利局资料 丹河河道渗漏补给量可达 0 028 亿 m3 a 此外 松散岩 类孔隙水及其它含水层的地下水 通过导水通道也可成为岩溶地下水的另一补 给来源 径流条件 在高平以北及陵川一带 岩溶水向南 南西方向的高平 巴公 北石店 晋城城区一带汇集 在晋城城区以南 由于受高平 晋城褶断带和丹 河小 山 字型构造前弧阻水 岩溶水折向南东 向郭壁泉 水掌泉 三姑泉 一带径流 在白洋泉河一带岩溶水由北向南西方向径流 排泄条件 晋城三姑泉为区域地下水的最终排泄点 出露于丹河河谷中 泉水出露标高为 302 33m 流量约 3 3 5m3 s 此外 在焦作以北一带 由于 下寒武统隔水岩层隆起阻水 使地下水以潜流或泉的形式流出地表 近年来 由于矿区排水和工农业用水增加 造成地下水位下降 泉水干枯 因而人工排 泄代替了自然排泄 2 碎屑岩夹碳酸盐岩类裂隙岩溶含水层组 石炭系上统太原组由砂岩 泥岩 煤及 3 5 层石灰岩组成 厚度为 32 m 90m 为区域内主要含水层之一 含层间岩溶裂隙水 富水性极不均一 富 水性的强弱取决于岩溶及裂隙发育程度 单位涌水量一般为 0 05 0 42L s m 渗透系数为 0 005 2 55m d 水质为 HCO3或 HCO3 SO3型 山山西西兰兰花花集集团团北北岩岩煤煤矿矿矿矿井井 9 90 00 0k kt t a a 初初步步设设计计 16 3 碎屑岩类裂隙含水层组 主要包括三叠系 二叠系的一套陆相及过渡相碎屑岩层 由砂岩 砂质泥 岩夹煤等组成 厚度 320 m 435m 含裂隙水 含水空间以风化裂隙和构造裂隙 为主 钻孔单位涌水量为 0 02 0 47L s m 渗透系数为 0 004 1 74m d 水 质为 HCO3或 HCO3 SO3型 但有的地段矿化度偏高 可达到 1g l 以上两个含水层组 由于受构造的影响 在区域内大面积出露 接受大气 降水的垂直入渗补给 通过断裂等构造的沟通 也可接受其它含水层的补给 含水层组内各个含水层相对呈层状 其间水力联系较弱 具有各自不同的水位 值 地下水的运动一般以水平方向为主 由北向南运动 在迳流过程中 因沟 谷切割迳流受阻 则常以泉的形式排泄出地表 4 松散岩类孔隙含水层组 由第三 第四系松散沉积物组成 分布在高平 晋城盆地丹河河谷地带 北部较厚 南部较薄 厚度变化大 最大可达 300m 其中主要含水层由含砂粘 土 粗 粉砂等组成 含水性差异大 受地形地貌控制较为明显 水位埋藏较 浅 一般高于河床水位 单位涌水量为 0 139 2 78L s m 渗透系数为 0 01 24m d 矿化度一般小于 0 5g l 水质属 HCO3 SO4或 Ca Mg 型 2 区域含水层的补给 径流和排泄条件 地下水主要来源为大气降水 有的含水层则以泉形式补给 水位受季节性 影响变化大 径流区和排泄区不明显 主要排泄于地表水 局部还通过断裂破 碎带补给深部含水层 3 矿井水文地质 1 地表水体 井田内地表有夏匠水库 井田西部地表附近有郜匠水库 水量不详 流经 井田东北部的东河及流经西南部的小会河 南河和上下小口河 以及它们河段 上的泉 现均已干涸 只有夏季暴雨才有暂时性水流 据历史资料 561 队资料 记载 这几条河流 在 1958 年还为常年流水 山山西西兰兰花花集集团团北北岩岩煤煤矿矿矿矿井井 9 90 00 0k kt t a a 初初步步设设计计 17 其流经石炭系 二叠系地层 并与之斜交 大部分河段在第四系地层之中 1963 年则成季节性水流 据 561 队观测 流量 1958 年 在非雨季为东河 22 39m3 h 小会河 0 7 m3 h 南河 3 6 m3 h 小口河 6 04 m3 h 雨季峰值 小会河 36 m3 h 南河 52 2 m3 h 小口河 63 36 m3 h 2 主要含水层和隔水层 井田内主要含水层 井田内地层有奥陶系 石炭系 二叠系及第四系 地下水类型可分为岩溶 裂隙水 层间裂隙水和孔隙水三类 主要有 8 个含水层组 现自下而上分述如 下 A 奥陶系中统峰峰组石灰岩岩溶裂隙含水层 井田内无出露 井田外西部大面积出露 岩性为灰色厚层状石灰岩及薄层 泥灰岩 厚 400m 左右 下面为在本井田施工的 4 个水源井 取水层位均为奥陶系灰岩 1980 年 5 月 2 日 1982 年 8 月 25 日晋城矿务局地质勘探队在该矿职工住 宅生活区施工的西井 孔深 577 29m 揭露奥灰地层 417 91m 其中深度 434 44 m 442 00m 层厚 7 50m 处 为主要含水层 抽水试验结果 静止水位埋深 164 51m 静止水位标高 569 74m 结合 2 号水源井的位置及近几年来的水位下 降规律性 估算该井现水位标高约 550m 左右 1981 年 10 月 14 日 1982 年 8 月 28 日晋城矿务局勘探队在该矿职工住宅 生活区施工的 2 号水源井 东井 孔深 523 76m 揭露奥灰地层 402 25m 其 中上段深度 121 51 m 209 22m 层厚 87 71m 裂隙发育 下部有溶蚀现象 中段深度 209 22 m 394 14m 层厚 184 92m 裂隙不发育 局部裂隙内有溶蚀 现象 下段深度 394 14 m 523 76m 层厚 129 62m 为主要含水层 抽水试验 结果 静止水位埋深 165 13m 静止水位标高 575 10m 据本矿专门人员观测 现奥灰水静止水位标高降为 548m 左右 1982 年 9 月 11 日 1984 年 7 月 14 日晋东南地区煤田地质勘探队在该矿一 山山西西兰兰花花集集团团北北岩岩煤煤矿矿矿矿井井 9 90 00 0k kt t a a 初初步步设设计计 18 坑口附近施工的一号水源井 孔深 497 60m 揭露奥灰地层 362 87m 其中深度 214 00 m 222 99m 层厚 8 99m 处 深度 260 00 m 270 61m 层厚 10 61m 处 深度 407 00 m 444 32m 层厚 37 32m 处 为主要含水层段 抽水试验结 果 静止水位埋深 155 40m 静止水位标高 587 28m 2002 年 4 月 10 日 2002 年 11 月 30 中国煤田地质总局水文局一队在该矿 夏匠风井附近施工了夏匠地热探采井 孔深 1302 73m 揭露奥灰地层 306 05m 震旦系地层 804 03 m 抽水试验结果 静止水位埋深 198 70m 动水 位 稳定 埋深 201 97m 最大降深 3 27m 涌水量 50m3 h 单位涌水量 4 25L s m 井口温度 17 水质类型为 HCO3 SO4 Ca Mg 型 PH 7 3 无 侵蚀性 B 石炭系上统太原组岩溶裂隙含水层及孔隙含水层 主要 K2 K3 K4 K5等灰岩岩溶裂隙含水层及其之间的砂岩裂隙含水层 本 组可采煤层二层 中下部为 15 号煤层 中部为 9 号煤层 以这二层将本组分成 上下两部分叙述 太原组下部 以K1砂岩 K2 K3灰岩及其之间的含水层为主要含水层 其中 K1砂岩7 42 m 13 33m 平均厚度10 37m K2灰岩8 71 m 14 00m 平均厚度 10 69m 沿走向由北向南增厚 含水层相对较多的位于K2层之中部 K3灰岩2 70 m 5 70m 平均厚度为3 61m 沿走向南部增厚 两层灰岩之间细砂岩厚度一般 为 2 89 m 5 26m 平均3 75m 沿走向向北增厚 据北5 号钻孔抽水试验 静止 水位埋深96 89m 涌水量0 4 0 33 L s 单位涌水量0 037 0 040L s m 渗透系数0 19 0 18m d 水质类型为HCO3 CI Ca Mg 型 PH 7 4 无侵蚀性 太原组上部 以 K5灰岩与其下之中细砂岩为主要含水层 其中 K5灰岩一般 厚 2 70 m 5 70m 平均 3 34m 厚度变化无一定规律 中细砂岩一般厚 7 45 m 9 77m 平均 8 28m 厚度变化无一定规律 据北 5 号钻孔抽水试验 静止水 位埋深 25 63m 涌水量 0 066 L s 单位涌水量 0 00124L s m 渗透系数 山山西西兰兰花花集集团团北北岩岩煤煤矿矿矿矿井井 9 90 00 0k kt t a a 初初步步设设计计 19 0 0083m d 水质类型为 HCO3 CI Ca Mg 型 PH 7 6 无侵蚀性 C 二叠系下统山西组中间砂岩含水层 为层间裂隙水 以中粒砂岩为主 中间砂岩厚度 5 67 m 23 59m 平均为 14 34m 厚度变化较大 由北向南沿走向变厚 经北 5 号钻孔抽水试验资料 静止水位埋深 31 41m 静止水位标高 746 36 m 涌水量 0 466 0 757 L s 单 位涌水量 0 0256 0 027L s m 渗透系数 0 41 0 39m d 岩层一般致密 裂隙节理不甚发育 水质类型为 HCO3 CI Ca Mg 型 PH 7 3 无侵蚀性 D 二叠系上下统石盒子组砂岩裂隙含水层 为层间裂隙水 以中粒砂岩为主 砂岩裂隙发育 层位分布较高 地下水 排泄良好 全区出露泉水较多 流量变化较大 涌水量为 0 05 0 22L s 另据 井区域资料 单位涌水量 0 094 1 55L s m 渗透系数 0 457 4 60m d 水 质为 HCO3 Ca Mg 或 HCO3 Ca 型 矿化度为 0 28 0 71g l 个别地段大于 1g l E 基岩风化壳裂隙含水层 为裂隙潜水 局部地段为承压水 受基岩岩性和地形地貌影响 含水性随 风化裂隙的发育程度而异 风化带深度 25 m 50 米 主要受地表水及大气降水 影响 一般低处风化壳要比高处风化壳含水性强 F 第四系砂砾孔隙含水层 本井田第四系覆盖广泛 但除井田西南郜匠水库与其河流分布的第四系冲积 层含水外 均不含水或含水不大 底部有一层砂砾石层 以灰岩成分为主 分选 不良 较稳定 据北15 号钻孔资料 其厚度7 77m 为主要含水层 除此一层砾 石层外 其余均为亚粘土类岩性 经23 号水井简易抽水试验资料 单位涌水量 0 63L s 降深 2 28m 渗透系数 9 76m d 水质为 HCO3 SO4 Ca Mg Na 型 该含水层组水位季节性变化较大 水位变化幅度近河床为 0 76 m 0 82m 远离河床为 2 22 m 11 06m 隔水层 山山西西兰兰花花集集团团北北岩岩煤煤矿矿矿矿井井 9 90 00 0k kt t a a 初初步步设设计计 20 井田内隔水层主要为石炭系中统太原组底部及本溪组的铝土泥岩 砂质泥 岩 泥岩组成 厚度平均 8 70m 岩性致密 细腻 此外 相间于各灰岩 砂岩含水层之间的厚度不等的泥岩 砂质泥岩 透 水性差 也可起到层间隔水作用 3 充水因素分析 构造对井田水文地质条件的影响 井田内构造主要为褶曲构造 其中郜匠向斜西翼倾角 11 18 东翼倾 角 4 左右 北岩背斜西翼倾角 4 左右 东翼倾角 3 左右 西吕匠向斜东西 翼倾角均为 3 左右 所以在向斜轴部有局部赋水的可能 另井田外西部有一条白马寺逆断层 落差 18 m 20m 在打 101 孔时发现 101 号孔附近亦有一条落差 35 m 40m 的逆断层 在井田内部开采煤层的过程中 未发现有其它断层 从理论上讲逆断层一般不具导水性 但有时也能成为导水 通道 在开采过程中也应注意 含水层的补给 排泄及径流条件 第四系孔隙含水层主要接受大气降水的补给 向地表及下伏基岩风化壳含 水层排泄 基岩风化壳含水层 主要接受大气降水及沟谷处地表水的补给 局部可以 得到第四系孔隙水的补给 由于沟谷的切割 局部又以泉的形式排泄 煤层直接充水含水层为下石盒子组 山西组 太原组含水层 井田内仅山 西组及下石盒子组在井田北部部分出露 补给条件差 且无上覆风化壳 第四系含水层 下伏奥灰岩溶含水层均有一定厚度的隔水层 若无构造沟 通或人为破坏 则各含水层相对独立 水力联系差 地下水主要以层间运移为 主 奥陶系中统岩溶裂隙水 从区域上来看 本区地下水总的趋势是由北向南运 移 矿井充水因素分析 山山西西兰兰花花集集团团北北岩岩煤煤矿矿矿矿井井 9 90 00 0k kt t a a 初初步步设设计计 21 井田内 3 号煤层埋藏相对较浅 矿井充水的主要因素为顶板以上砂岩含水 层之水 沿构造裂隙和采空放顶后形成的塌陷裂隙向巷道渗透所致 井田西部的夏匠 郜匠向斜轴部也是积聚水的主要地方 此外 第四系冲 积层发育 接受大气降水补给较强 下伏基岩倾角不大 地表潜水补给地下水 非常方便 再者 井田外西部有煤层露头 奥陶系灰岩又大面积分布 接受大 气降水补给非常好 基岩倾角又较大 地表水会顺岩层方向流入本井田 在向 斜轴部聚集 上述内在因素不可避免 但应引起足够重视 要做好矿井井下涌 水量大小及变化的观测与抽排水工作 从近几年的涌水量资料显示 本矿井下涌水量呈现季节性变化 受大气降 水的影响较大 而与煤产量与开采面积的关系不太明显 这与该矿开发现状有 很大关系 该矿开采近 40 年 周围小窑星罗棋布 地面塌陷随处可见 而本矿 又大面积处在向斜轴部 雨季来临 地表水绝大部分顺着地面塌陷 冲沟入渗 到井下 使本矿的涌水量迅速增大 且持续较长一段时间 直到来年 2 4 月份 涌水量才降至最低值 因而雨季防洪防汛是本矿的一项重要工作 本矿现开采 9 号煤层 据该矿 2004 2005 年的不完全统计 井下涌水量较 大 为 184 424m3 h 平均 281m3 h 充水因素分析有如下几点 一是 9 号煤层 顶板灰岩与上部中细砂岩含水层富水 二是由于 3 9 号煤层的大面积开采 岩 层结构遭到破坏 裂隙比较发育 3 号煤层采空区及小窑破坏区 老窑古采空区 内又存在大量积水 积水通过岩石裂隙导入 9 号煤层 三是本煤层的采空区也 较大 区内也存在积水 为避免积水太大 在密闭处留设一定的出水点 尔后 一齐流向水仓 使涌水量也相应增大 四是向斜轴部有积聚水的可能 周围矿 井积水可能沿岩层方向向向斜轴部聚集 五是井田外西部有煤层露头 奥陶系 灰岩又大面积分布 接受大气降水补给非常好 基岩倾角又较大 地表水及基 岩裂隙水会顺岩层方向流入本井田 在向斜轴部聚集 本井田内的奥灰水水位标高约 548m 左右 低于 9 15 号煤层的最低底板标 高 对 9 15 号煤层开采无影响 山山西西兰兰花花集集团团北北岩岩煤煤矿矿矿矿井井 9 90 00 0k kt t a a 初初步步设设计计 22 矿井水文地质类型 9 号煤层 该矿现开采 9 号煤层 其直接充水含水层为太原组上段灰岩含水 层及砂岩含水层 据北 5 号孔抽水试验 单位涌水量为 0 00124L s m 富水性 弱 由于井田面积较大 富水性变化大 不能以点代面 且井下涌水量较大 为 184 424m3 h 平均 281m3 h 奥灰水标高低于煤层底板标高 对其开采无影 响 9 号煤层矿井水文地质条件为简单类型 4 矿井涌水量 该矿现开采 9 号煤层 设计生产能力 900Kt a 采用 280D 43 4 型矿用耐 磨离心水泵 280D 43 2 型矿用离心水泵一台 及 D155 30 4 型矿用离心水泵 抽水 沿 9 号煤暗副斜井敷设 219 6 排水管三趟排水 正常排水能力 600m3 h 最大排水能力 1200m3 h 矿井涌水量平均为 281m3 h 主要为顶板淋 水以及采空区积水 涌水量受产量 采空区扩大的影响不大 主要受雨季影响 在雨季期及延后的半月内 矿井涌水量增大 最大可达 424m3 h 本设计矿井 9 煤正常涌水量按 281m3 h 最大涌水量按 500m3 h 进行 5 9