屯兰矿新井初步设计Word下载.docx
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其它次一级的小沟谷多为季节性河谷,平时干涸或仅仅有涓涓细流。
1.2井田地质特征
1.2.1地层
本区仅出露有山西组顶部及以上地层,据钻孔揭露,其地层由老至新依次有:
奥陶系中统马家沟组(02),石炭系中统本溪组(C2b),石炭系上统太原组(C3t),二迭系下统山西组(P1s),二迭系下统下石盒子组(P1x),二迭系上统上石盒子组(P2s),二迭系上统石千峰组(P2sh),第三系、第四系地层。
1.2.2地质构造
本区位于西山煤田北部,地层走向北西,倾向南西,倾角2°
~15°
,呈NNE向SSW倾伏的波浪状单斜构造。
较大褶曲少见,但次一级小型波状褶曲发育。
断层较多,且成组出现。
1、褶皱构造
本区大的褶曲不甚发育,比较明显的有井田西部边缘的鲜则背斜、元家山向斜以及东南部的东大岭向斜。
而在井下生产中实际揭露次一级小型背一向斜相当发育。
鲜则背斜:
位于井田西部边缘,其轴部北起八字山村西南,南至七福沟,轴向大体呈南北方向,全长约5公里。
轴部出露最老为上二迭统上石盒子组地层。
两翼倾角4°
~9°
。
元家山向斜:
位于鲜则背斜以东,并与之平行,其轴北起元家山村东,南到姬家庄村以西,大体呈南北方向,全长约3.8公里。
两翼倾角6°
~13°
轴部出露多为上二迭统石千峰组地层。
东大岭向斜:
位于井田东南部,其轴南起东大岭村东,向北东30°
延伸,到72号钻孔附近消失,其中部轴向变为北东60°
,全长5公里。
~10°
由于沿轴部覆盖面积较大,所以地面不够明显。
2、断裂构造
井田内断层发育,均属高角度正断层。
根据《屯兰勘探区精查地质报告》,发现落差5米以上断层66条,其中落差30米以上7条,100米以上4条,断层走向以北东35°
~65°
者居多,占三分之二。
这些断层均有明显的成组出现的特点,区内分布有两组,每组有4—6条落差10米以上的断层,常常伴生许多成束的小断层,走向北东,大多带有压扭性质。
3、陷落柱
区内陷落柱比较发育,屯兰井田从建井至2005年底,井下共揭露陷落柱90个。
陷落柱在平面上呈带状分布,柱体形态多呈椭圆扁圆或不规则圆形,剖面上多呈反漏斗状,陷落角多为60—80度。
柱体内岩块杂乱无序,一般胶结松散,呈半胶结状态。
从井下揭露陷落柱情况来看,长轴直径一般30—50米,最大达100米以附兰矿构造纲要图。
1.2.3井田水文地质特征
井田自上而下有四个含水层组,即:
第四系砂砾含水层组,石盒子组砂岩含水层组,太原组薄层灰岩含水层组和奥陶系灰岩含水层组。
1、第四系砂砾含水层:
主要赋于屯兰河、原平河、大川河及汾河等河谷中,主要由砾石及砂层组成,富含潜水,冲积层一般厚10—15米,渗透性好,主要靠大气降水及地表水补给,区内冲积层的水位在地表下0.8—7米,上游深,下游浅,水位标高990—1030米,单位涌水量为2.5-104升/秒·
米,渗透系数为40.6—96.68米/日,水质HCO3—SO2—Ca—Mg型,矿化度为245—310毫克/升。
该含水层水与下部含水层联通性差,仅北一盘区右翼、南二盘区左翼接受其侧向补给。
2、石盒子组砂岩含水层组:
本组厚层砂岩较多,以中一粗粒砂岩为主,含水性分布不均,在靠近屯兰河,原平河及汾河两侧,由于长期受地表河滩潜水的侧向补给,含水性相对较好。
本组砂岩在沟谷中出露较多。
风化带最大涌水量为0.026升/秒.米,渗透系数为0.00044—0.13米/日,水位标高993.13—1042.92米,水质为HCO3--S04(C1)水,矿化度为250—561毫克/升。
该含水层水横向联通性差,分布不均,沿屯兰河两侧含水量较大,工作面回采后通过采空区涌入巷道,为上组煤出水的主要水源。
3、太原组薄层灰岩含水层组:
由L1、K2、L4三层石灰岩组成,其中以K2最厚,平均厚2.8米,岩性纯,为主要含水层;
L1平均厚1.96米,不甚稳定,岩性又常为泥灰岩,含水性较差。
由于埋藏较深,裂隙、岩溶均不发育,透水性及含水性随之也差,其单位涌水量为0.182-4.07升/秒.米,渗透系数为0.166-15.96米/日,水位标高为964.18-1038.19米。
由于灰岩较薄,以裂隙水形式存在,含水量较小,对矿井生产威胁不大。
4、奥陶系中统含水层组:
岩性一般以石灰岩为主,裂隙及岩溶发育,富水性强,区内可分为峰峰组含水层、上马家沟含水层和下马家沟含水层。
(1)峰峰组含水层:
本组为峰峰组上段,岩性以层状灰岩为主,方解石含量较高,平均厚约70米,它位于奥灰顶部,距煤层底板最近,是潜在的直接突水含水层,对煤矿安全生产构成威胁,但其岩溶发育和富水性很不均匀,呈明显的块段性,不同钻孔中的水位标高相差很大,甚至无统一地下水位,它与上马家沟组含水层中间存在隔水层,两者之间的水力联系很不均匀。
(2)L马家沟含水层:
是本区最主要的含水层组,它与下马家沟组一起组成奥灰岩溶含水主体。
该组主要由较纯的灰岩和白云质灰岩组成,厚度大,平均为270米,为岩溶的主要发育层,导水性好、水位很平缓,水位标高为878.4—922.8米。
(3)下马家沟组含水层:
主要由灰岩、花斑灰岩组成,平均厚度110米,方解石含量较多,岩溶较发育,其富水性弱于上马家沟含水组,而强于峰峰组含水层,在古交镇以东至本区以外地区,富水性较好。
峰峰组、上马家沟组及下马家沟组含水统称为奥灰水,其岩溶发育,富水性极强,水位高,水压大,全区可采煤层均带压开采。
严重威胁着矿井安全生产,影响着矿井的发展规划,是矿井防治水的主要任务。
突水系数及涌水量:
1、突水性
屯兰矿全井田带压,但隔水层相对较完整,其厚度符合安全要求,另外奥灰顶部有10—20米厚的充填带,相对增大了隔水强度,因此,采取一定的有效的防治水措施进行带压开采是可行的。
从突水系数分析来看,2#煤层全区安全可采,8#煤层突水系数达到0.72Kgf/cm2·
m,超过《水文地质规程》0.6Kgf/cm2·
m的规定,8#煤层有部分区域处于危险区。
经对8#煤突水系数进行分析,煤层底板标高低于568.3米区为危险区,标高568.3,718.9米为过渡区,大于718.9米为安全区。
危险区主要集中在屯兰矿南四、南五盘区。
通过对危险区进行疏水降压,来提高开采的安全程度。
2、矿井历年涌水量
总之,从理论上分析,2#煤层开采是安全的,但区内大中型断层及陷落柱切割,使煤层失去连续性,又因采动破坏使地压发生变化,这些不利因素的相互作用,大大增加了突水的可能,因此,2#煤层的开采也不能够完全排除突水的可能,在生产中切不可麻痹大意。
1.3煤层特征
本区煤系地层为山西组和太原组,共含煤13层,煤系地层平均总厚约166米,煤层平均总厚15.7米,含煤系数10%。
二迭系下统山西组含02#、03#、1#、2#、3#、4#、4下#七层煤层,称为上组煤,煤系地层平均总厚44.58米,煤层平均总厚度为5.32米,含捧系数11.9%。
石炭系统太原组主要含煤6#、7#、8#、8a#、9#、10#六层,称为下组煤,煤系地层平均总厚度为122.43米,其中煤层平均总厚度为5.98米,含煤系数4.9%。
1.3.1煤层特征
1、02#煤层:
位于K4砂岩下1—5米,北部发育不好,仅有两个“孤岛’’式的可采区,向南逐渐增厚,大致在455、7.T19、T64、T55等钻孔连线以南形成大面积的可采区,其中仅43孔为尖灭点,可采范围近乎占总面积的一半。
可采区内厚度比较稳定,一般厚1.0米左右,多为薄煤层,局部为中厚煤层,最厚可达2.32米,常有夹石1-2层,顶底板多为砂质泥岩、泥岩或粉砂岩。
本层在屯兰井田为不稳定煤层,往南至邻区变成稳定的主要煤层。
2、03#煤层:
可采范围南北向分布,西至T7号孔,东至边界。
煤层分布连续性差,可采区内常有“孤岛”式的下可采区和尖灭区,可采范围基本同02#煤层,但连续性比后者差。
可采区内为薄煤层,厚度一般不超过1.0米,最厚1.03米、大部结构简单,偶有矸石一层。
顶底板绝大多数为砂质泥岩或细砂岩。
属不稳定煤层
3、1#煤层:
仅在井田西北缘独立存在,其范围约占全区的十分之一,其余均为与2#煤层合并区。
独立分层内大多不可采,仅在西部边缘有近两平方公里的可采区。
可采区内厚度多为0.60一0.70米,最大1.13米,结构简单。
本层与2#煤层的间距最大3.87米,上与03#煤层间距变化很大,个别点合并。
顶底板以砂质泥岩为多,其次为粉砂岩、细砂岩。
属不稳定型。
4、2#层:
厚度1.45—5.22米,基本为中厚煤层_结构复杂,有夹石1—3层。
虽然厚度变化大,最厚可为最薄的三倍,但有规律可寻,即1#煤与2#煤的合并线是本煤层厚度变化最大的地方,在合并区厚度最大,独立区厚度最小,因而形成东西两侧厚度小,中部厚度大。
436钻孔一带为厚度最大地段。
顶板以砂质泥岩和泥岩为主,次为细砂岩及炭质泥岩,底板以炭质泥岩为主,次为砂质泥岩。
此层煤虽上与1#煤、下与3#煤合并,并且厚度变化大,但有规律,并且都可采,仍不失为稳定型煤层。
5、3#煤层:
在西南、南及东部独立存在,其余均与2#煤合并,二者相距一般1.0米左右,最大1.64米,隔以炭质泥岩或泥岩,形成明显的组合特征。
独立区内靠东界和南界处不可采,可采范围约占全区的十分之三。
、为薄煤层,厚度一般小于1.0米,最大1.85米,大多结构简单,偶有夹石一层。
顶板大多为炭质泥岩,底板以砂质泥岩、泥岩为主。
属不稳定煤层。
6、4#煤层:
上距3#煤多小于10米。
中部发育不好,分布有大片尖灭区和不可采区,其范围大致为420、T24、7、T19、T42、410等钻孔圈定,其中仅在T30、T34号钻孔一带有小片可采区。
环绕上述范围几乎全为可采区,仅在189、106孔一带为不可采区,可采范围占全区的十分之七。
虽然可采范围较大,但全面来看分布.连续性差。
采区内厚度一般1—2米,以薄煤层为主417与5号孔连线以北,由于与4下。
煤合并而变厚,为厚煤区。
最厚可达3.54米,其次在南部及东南部厚度也较大。
常有夹石1—3层,为复杂结构煤层。
顶板以泥岩、炭质泥岩为主,其次为细砂岩,底板以砂质泥岩为主。
属不稳定型煤层。
7、4下#煤:
在相邻矿井镇城底矿及西曲矿界内与4#煤合并,延至本区417、5号孔以南又分开独立存在。
紧接合并区分布有面积6平方公里多的东西条带状可采区,可采区内厚度变化很大,最大为2.40米。
可采区以南多为尖灭区。
本层与4#煤的间距变化较大,多数在10米以内。
结构简单,局部有夹石一层。
顶底板多为砂质泥岩和粉砂岩。
8、6#煤:
位于K3下1.2—15.7米。
417、T50、T48等个孔连线成的弧线以西为大片可采区(其中仅T31孔为不可采区),占全区的一半,以东绝大部分为不可采区,仅T55、188及458孔附近分别有一个小块可采区。
采区,.内厚度一般1—2米,最大1.91米,西南部厚度大,北部、东部厚度小。
本层顶板多为含炭量较大的炭质泥岩。
底板以砂质泥岩和粉砂岩为主。
结构较复杂,多有一层夹石,属于较稳定型煤层。
9、7#煤:
直接顶为L4灰岩,其间有时隔以零点几米的炭质泥岩或泥岩,全区仅有T38、132、135三孔为不可采点,T38为临界可采。
总的来说,煤层厚度变化为全区最小者,为薄煤层,绝大多数0.7—1.0大1.08米,结构也简单,仅小部分有夹石一层,属稳定型煤层。
10、8#煤:
顶板为L1灰岩,有时相变为泥灰岩,层厚0~2.64米,平均1.59米;
底板以粉砂质泥岩、粉砂岩为主,局部相变为细砂岩或中砂岩。
上距2#煤58—88米,平均厚73米煤层厚度1.15—5.81,{平均厚3.45米,为中厚煤层,厚度变化较大,变化规律明显,即厚度与8#9#煤间距成反比。
8#、9#煤间距变化大,为3—31.5米,最大的地段为T12到457孔的南北条带,宽1000—2000米,另有457至T52孔的分支小条带。
在此间距大的条带内8#煤最薄,两侧厚度逐渐增大。
总的来看西部大于东部,其厚度变化是沉积盆地不均衡沉降的结果。
本层结构复杂,一般有2~3层夹石,最多4层,属于稳定型煤层。
11、8a#煤:
西部小面积与8#煤合并,合并线大致在424、426、445、T43等孔附近,以东独立区,紧接合并区有两个可采区,可采面积约5平方公里,可采区内基本为薄煤层,一般厚0.60-0.80米最厚130米,结构复杂,有夹石1—2层。
顶板大多为砂质泥岩,底板为炭质泥岩。
12、9#煤:
全区仅位于西北角的428钻孔附近不可采,其余厚度多为1.50—2米,最大2.88米,以中厚煤层为主,极小面积的薄煤层主要分布于西北角。
厚度变化不大,最厚处位于西部,一般有夹石1~2层,最多3层,结构复杂。
顶板以灰黑色粉砂质泥岩、粉砂岩为主,局部相变为炭质泥岩、泥岩等。
底板为粉砂岩、粉砂质泥岩,有时相变为细砂岩。
属稳定型煤层。
13、10#煤:
煤厚0.10—1.40米,平均厚0.59米。
仅在西部有近9平方公里的可采区,其范围大致在T40号钻孔以北,T17号钻孔以西,其余大多为尖灭区,仅在毗邻可采区处分布有小面积不可采区,其中有数个孤立可采点。
可采区基本为薄煤层,厚度多小于1米,最大1.40米,常有夹石12层。
顶板以砂质泥岩为主,其次为细砂岩、粉砂岩,底板多为砂质泥岩。
1.3.2变化规律
1、本井田煤层灰分以7#煤最低,1#煤最高。
灰分含量的规律大致有两点:
(1)厚度不大并且变化较大的不稳定煤层灰分高;
厚度变化很小的稳定煤层灰分低;
(2)厚度较大的煤层灰分中等。
2、本区煤层硫分一般是陆相的山西组低于海陆交互相的太原组,前者多以低硫为主,后者多以中、低硫为主,高硫比例增大。
1.3.3煤质
本区煤层埋藏较深,主要有变质程度较高的肥煤、焦煤、瘦及贫煤,其中焦煤为主,瘦煤次之,肥煤、贫煤极少。
井田内焦煤储量占总储量的61.1%。
瘦煤占26.7%,肥煤占11.1%,贫煤极少且只分布在9#煤层。
㈠煤质特征
1、2#煤层:
有肥煤、焦煤、瘦煤三种牌号,以焦煤为主,瘦煤次之,肥煤最少。
原煤灰分7.68-34.38%,以中灰为主,低友及高灰都较少,洗煤多低于10%。
原煤硫分多低于1%,最高2.40%,以低硫占绝对优势。
洗煤硫分多低于0.5%。
磷含量一般小于0.01%。
显微煤岩类型以亮煤为主。
显微煤岩组份以凝胶化组份为主,丝炭化一般在23—25%之间。
2、8#煤:
有肥、焦、瘦三种牌号,以焦煤为主,约占60%,肥煤极少,约占2%。
原煤灰分6.43—38.54%,以中灰为主,洗煤灰分大多数在8%左右,最大为23.16%。
原煤硫分最大6.81%,以中硫为主。
原煤含磷一般0.002%左右,最大0.0347%。
煤岩类型以暗亮煤为主。
煤岩组份以凝胶化组份为主,丝炭化组份多在18~25%间。
矿物含量中等,一般11—15%,成分以粘土类为主,黄铁矿次之。
1.3.4瓦斯、煤尘及煤的自燃性
煤管局晋煤基字(1984)第1070号文瓦斯涌出量为12m3/t,属高瓦斯矿井。
根据实际揭露煤层情况,瓦斯等级鉴定全矿井绝对瓦斯涌出量为183.10m3/min,相对瓦斯涌出量为23.31m3/t。
煤炭科学研究院重庆分院对屯兰矿2#煤层12209轨道巷(大块)和8#煤28101工作面(大块)煤样进行煤尘爆炸性实验,结果为煤尘具有爆炸性,2#煤尘爆炸指数为19.38%,8#煤尘爆炸指数为24.78%。
山西省煤炭工业局综合测试中心对屯兰2#煤层和8#煤层煤样进行煤尘爆炸性和自燃倾向性鉴定,结果为煤尘具有爆炸性,煤层自燃倾向性属I类,属容易自燃发火煤层。
第二章井田境界和储量
2.1井田境界
屯兰煤矿位于太原地区古交市西南,距古交市城区约6公里,行政区划属古交市管辖。
本井田北东以汾河南岸最高洪水位线为界,东以大川河西岸最高洪水位线为界,东南以王芝茂断层为界,西与西南以F38断层与425号、454号、448号、446号、T38号、451号钻孔连线为界,北西以风坪岭断层北东段为界,南北长约4.08km,东西宽约5.26km,面积20.24km2。
根据中华人民共和国国土资源部2004年11月4日颁发给屯兰矿的采矿许可证(副本)[证号1000000420045],矿界由以下17个拐点坐标圈定。
2.2井田的工业储量
2.2.1井田的工业储量
在本设计中,只对2#、8#煤层进行储量计算,参加储量计算的均为可采煤层。
依据勘探钻孔资料,将矿体分划分为A、B、C三个块段,在各块段内,用算术平均法求得每个块段的平均煤层厚度,然后求得各块段储量。
地质断块法计算见公式2-1。
(2-1)
式中Q—工业储量,Mt;
—块段水平投影面积,m2;
—块段内钻孔见煤厚度的均值,m;
—块段内煤的容重,t/m3。
经计算,各块段储量以及井田总储量见表2.2.1。
表2.2.1各块段及井田工业储量
煤层
项目
A
B
C
合计/万t
2#
煤厚/m
2.9
3.3
3.4
储量/万t
1380.4
1795.2
4277.2
7452.8
8#
3.2
1489.6
1702.4
3936.8
7128.8
总计/万t
14581.6
2.3保护煤柱损失量及可采储量计算
2.3.1保护煤柱损失量
保护煤柱损失量包括:
井田边界煤柱损失、断层煤柱损失、河流煤柱损失、井筒保护煤柱损失和地面建筑物、构筑物等永久保护煤柱损失。
因为本设计采用河流下采煤,并把井筒布置在工业广场内及井田境界保护煤柱范围内,因此根据本井田的实际情况以及本设计的方案安排,本井田只进行井田边界煤柱损失、断层保护煤柱损失、工业广场煤柱损失以及大巷保护煤柱损失。
(1)井田边界煤柱损失量
本井田边界长度约为18.15km,根据井田边界的地质情况,井田边界留设20m宽煤柱。
则可得:
2#煤层井田边界煤柱损失量:
Pj2=18.15×
1000×
20×
3.3×
1.36=162.9(万t)
8#煤层井田边界煤柱损失量:
Pj8=18.15×
3.2×
1.33=154.5(万t)
井田边界煤柱总损失量:
Pj=Pj2+Pj8=317.4(万t)
(2)断层保护煤柱损失量
根据《煤矿矿井采矿设计手册》(以下简称《手册》)规定,断层破坏了岩层的完整性,在没有掌握断层各区段的导水性时,应把整个断层作为导水断层对待。
断层防水煤柱不得小于20m。
本设计中,共有三条较大断层,分别为:
F1:
H=4.0<
60°
L1=650m
F2:
H=5.0<
70°
L2=875m
F3:
L3=500m
由于不清楚断层性质,煤层两侧各留设30m保护煤柱。
2#煤层断层保护煤柱损失量:
Pd2=2×
1.36×
(650+875+500)×
30=33.3(万t)
8#煤层断层保护煤柱损失量:
Pd8=2×
1.33×
30=31.6(万t)
断层保护煤柱总损失量:
Pd=Pd2+Pd8=64.9(万t)
(3)工业广场保护煤柱损失量
工业广场占地面积,根据《煤矿设计规范中若干条文修改决定的说明》中第十五条,工业广场占地面积指标按Ⅱ级保护,围护带宽度15m确定,由于本井田设计井型为1.50Mt/a,故工业广场面积取18公顷,工业广场长450m,宽400m。
用岩层移动角确定工业广场煤柱,冲积层移动角Φ=45˚,基岩移动角γ=72˚,工业广场保护煤柱,则可得:
2#煤层工业广场压煤量:
Pg2=675.25×
727.63×
1.36=220.5(万t)
8#煤层工业广场压煤量:
Pg8=725.94×
778.32×
1.33=240.5(万t)
工业广场总压煤量:
Pg=Pg2+Pg8=461(万t)
(4)大巷保护煤柱损失量
本设计只有回风大巷布置在煤层中,运输大巷和轨道大巷布置在煤层底板中,故只需留设回风大巷保护煤柱。
大巷两侧保护煤柱宽度50m,回风大巷长度约为5150m,则可得:
2#煤层回风大巷保护煤柱损失量:
Ph2=2×
50×
5150×
1.36=231.1(万t)
8#煤层回风大巷保护煤柱损失量:
Ph8=2×
1.33=219.2(万t)
回风大巷保护煤柱总损失量:
Ph=Ph2+Ph8=450.3(万t)
2.3.2矿井可采储量
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