采矿毕业设计古书院矿详解Word文档下载推荐.docx
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尤其近几年地方小煤矿发展较快,1985年资料统计小煤矿民发展到468处,原煤产量达到970.1万t。
1.1.5矿区供水情况
古书院矿现有自备水源井6眼,分别是下平房水源井(3号)、水塔水源井(14号)、西风井水源井(15号)、南风井水源井(26号)、34号家属楼南水源井(28号)、32号家属楼东水源井(1号)。
6个水源井全部采用深井潜水泵吸取中奥陶统深层水作为永久水源,日均取水量约为8000m2,年提水量约为292万m2。
古矿现供水情况地面由1号、3号、14号、28号水源井供给,井下用水由15号、26号水源井供给,并于2001年对该矿地面和井下用水进行了互联网。
当地面和井下任何一方用水出现紧张时,可由另一方进行补充,从而缓解了用水紧张的状况。
根据晋城市水环境监测中心分析测试结果报告单,除西风井总硬度、硫酸根稍高以外,其余测定项目全部符合GB5749-85生活饮用水标准。
各水井情况详见表1-1。
表1-1古书院矿水源井情况一览表
编号
水源井位置
涌水量
m3/h
近期取水量(m3/h)
成井时静水位
(m)
近期静水位(m)
水位升降(±
m)
3
下平房
90
110
121.78
167.34
44.56
14
水塔
60
152.50
181.30
28.80
15
西风井
62
213.80
238.30
24.50
26
南风井
74
276.55
297.60
21.05
28
东34号楼南
80
168.26
178.41
10.15
1
32号楼东
129.00
137.04
8.04
1.2井田地质特征
1.2.1井田地质构造
古书院井田内地层受新华夏构造控制,主体走向与构造相一致,倾向北西西,倾角2-10度,靠近构造线附近地层倾角最大可达30多度,甚至70多度。
西部受白马寺逆断层影响而形成自西向东的几个连续的向、背斜,东部以短轴褶曲为主。
现将井田内主要构造分述如下:
一、褶曲
1、二仙掌向斜:
位于白马寺逆断层东侧,轴向NE12°
~22°
,南起晋普山井田,经北岩井田,进入该区,向北伸入凤凰山井田,全长20000m。
西翼陡而狭,倾角5°
~26°
,东翼平缓,倾角5°
,受白马寺逆断层上升带牵引成为极不对称的向斜。
2、石城沟背斜:
轴向NE12°
,南起寨上,经北岩井田东部,进入本井田牛山、石城沟、长条岭西部,全长5000m,两翼倾角5~7°
。
3、方山向斜:
位于张岭、牛山、老王圪套经杨庄进入凤凰山井田,纵贯古书院、凤凰山两井田,主体走向NE10°
~30°
,两翼倾角3~5°
,全长12000m。
4、大张村背斜:
位于井田东部大张村附近,走向近南北,两翼倾角3°
左右,全长2500m。
5、王谷坨背斜:
位于王谷坨村东,走向近东西向,两翼倾角4~6°
,全长1500m。
6、七岭向斜:
位于大张村背斜东南(红庙岭一带),走向北西转近南北,全长2000m。
两翼倾角平缓,3~4°
7、孙村向斜:
位于大张村与孙村之间。
主体走向北东约25°
,两翼倾角5°
左右,全长2000m,向北延入王台铺井田。
二、地层
古书院井田地层出露中常,基岩分布面积约占三分之一,主要分布于井田北部、西北部山梁及沟谷零星地段,新生界覆盖面积约占三分之二,主要分布在井田南部、东部的丘陵、低洼地带及沟谷两侧。
奥陶系(奥陶纪时期形成的地层,距今大约51000万年)灰岩为煤系地层之基底。
区内地层由老至新分述如下:
1、奥陶系中统(O2):
仅出露于白马寺逆断层西侧上升带,断层附近山势陡立,走向NNE-SSW,出露厚度约150m,其岩性接近顶部多为角砾状灰岩,砾石成分复杂,风化后呈黄色,其下为深灰色,质纯而性脆,并含方解石脉的厚层状灰岩。
2、石炭系(C):
中统本溪组(C2b):
大部出露于白马寺逆断层之东侧下降带西部边缘。
由含铝质较高的红色及灰白色泥岩组成,中夹薄层砂质泥岩、细砂岩。
底部为山西式铁矿。
本组厚0.70~85.5m,平均43.1m,与下伏奥陶系呈平行不整合接触;
上统太原组(C3t):
出露于白马寺断层东侧,为井田主要含煤地层之一。
由黑-深灰色砂质泥岩、灰黑色砂岩、石灰岩和煤层等组成。
底部有一层鲕状结构的砂质泥岩,全组厚51.23m~116.17m,平均83.70m,与下伏地层呈整合接触。
3、二叠系(P):
下统山西组(P1s):
为本区主要含煤地层之一。
井田内出露较多,但均零星不完整。
以灰白色砂岩为主,中夹灰色及深灰色泥岩、砂质泥岩及煤层。
底部为一层不太稳定的中粒砂岩。
本组厚38.02~81.21m,平均54.48m,与下伏地层整合接触;
下统下石盒子组(P1x):
主要出露在井田内较高的山腰处。
由灰色的细-中粒砂岩,灰白色的砂质泥岩和泥岩组成。
风化后多呈灰绿色或黄绿色,底部为一层厚5m左右的中~粗粒长石石英砂岩,为与山西组的分界,俗称骆驼脖子砂岩(k8)。
本组厚20.07~118.60m,平均53.86m;
上统上石盒子组(P2s):
主要分布于井田北部的白马寺山、方山、二仙掌等地的较高处。
岩性以灰黄色砂质泥岩为主,夹较厚的黄绿、紫红、蓝紫色砂岩和黄色泥岩组成。
下部有一层铝土质泥岩或含铝质的砂质泥岩,见铁质浸染,具鲕状结构。
风化后鲕粒脱落成小孔,地面易识别,其颜色鲜明,呈桃红色,俗称桃花泥岩。
为与下石盒子组分界的辅助标志层。
其下为一层不稳定的中粗粒石英砂岩(k10)。
井田内钻孔揭露厚度可达197.88m(144孔)。
与下伏地层呈整合接触。
4、第三系上统(N2):
为深红色粘土,含砂量较多,可见褐铁矿黑色斑点,含钙质结核3~5层,该层脱水晒干后变得坚硬。
在井田中部、北部丘陵地带零星出露,厚度0~8m,与下伏不同时代地层不整合接触。
5、第四系(Q):
分布范围较广,与地形起伏相一致,厚度由山梁向边坡递增,最厚达49.53m(205孔),沉积物以红土、黄土为主,冲积物为砂砾层。
中更新统(Q2):
位于黄土之下,多分布于丘陵高地,一般为赤红及紫酱色,可塑性强,腻滑似腊,在红土底部因受水解作用形成大量的钙质结核。
本层与上部的黄土分界不甚明显,在颜色上由下而上由深而浅渐变;
上更新统(Q3):
主要为黄土。
多分布于沟谷两侧,构成二级阶地,其厚度变化不一,一般5~20m,土质致密;
全新统(Q4):
为砂卵石、砂土堆积的现代冲积层,厚度大小不一,主要分布于现代河谷中的河漫滩。
1.2.2水文地质
晋城矿区位于沁水煤田向斜的东南翼,三面环山,东为太行山,南为晋普山、西为五门山。
晋普山与五门山为地表分水岭,将丹河与沁河两大水系分开。
东归丹河水系,西归沁河水系。
丹河是沁河的最大支流,发源于高平县越庄北丹株岭,流经高平、晋城,在河南省沁阳县北金村汇入沁河。
河道总长120km,流域面积3620km2,上游修建水库百余座,其中任庄水库最大,控制流域面积1240km2,总库容量8400万m2,沿途出露有小会泉、白洋泉、郭壁泉、三姑泉等地下水露头。
西部沁河发源于沁源北端山东泉岭,流经沁源、安泽、沁水、阳城、晋城等地,在河南省武陟县南注入黄河,沿河有马山泉、赵良泉、黑水泉等地下水出露。
晋城矿区的东、南部广泛出露奥陶系灰岩,大气降水沿裂隙岩溶垂直渗漏,成为矿区地下水的主要补给途径,高平县北部有近EW向的背斜构造,为地下分水岭,形成南北两个水文地质单元,北为辛安泉域,南部受晋长断裂带的影响,又形成东西两个次级水文地质单元,西为马山泉域,东为三姑泉域——即晋城矿区所在泉域。
晋城储水构造东侧给水边界,以太行山背斜轴为限,地下水汇集的总方向为岩层倾向即北西西向,西侧以晋长断裂带——白马寺压性断层控制,由于西带上升,使东带奥灰易溶岩受到封闭,成为储水构造的西边隔水边界。
根据地下水动态分析得知,本区水文地质单元中高平为补给区,晋城为经流区,郭壁为排泄区。
古书院井田位于晋城矿区的东南部,区内由方山东南经白马寺大岭头之连线为地表分水岭,在其北部为北石店盆地,东南部为钟家庄盆地。
一、含水层
按含水层含水性质,可分孔隙水、裂隙岩溶水、岩溶水三大类。
1、孔隙水:
主要分布在盆地及河谷地带。
藏在卵石层、砂砾层、砂土、亚砂土等新生界松散沉积物中,渗透性强,村民用水多取自此层。
含水层厚2.70~15.00m,水位深2.00~13.00m。
近年来,因矿山采动漏失及工农业用水量增加,水位逐年下降,涌水量也减少,部分已遭破坏,此层水主要由大气降水补给,水质属重碳酸、硫酸型钙镁水。
2、裂隙岩溶水:
主要指石炭-二叠系含煤地层中的砂岩、灰岩裂隙接受大气降水垂直补给后溶蚀碳酸盐岩而扩大容水范围,成溶洞存水,仍属重碳酸、硫酸型钙镁水。
煤层下部水质有时为硫酸、重碳酸型钙镁水,矿化度略有升高,此含水层富水程度不一,盆地及河谷附近富水性强。
主要含水层为K3灰岩层。
埋深15~43m,富水性有上强下弱的规律,近年来,由于大量开采,水位有逐年下降趋势。
3、岩溶水:
主要指奥灰岩溶水。
从钻孔水位及泉水标高看,本区地下水位有由南向北增高之规律。
含水层发育在上下马家沟底部。
地下水区域流向自北向南,该井田内水位标高在500~520m。
该岩溶水补给范围广。
在补给区接受大气降水后,对该区以侧向补给为主,水量充沛,沿岩溶层向南迳流,最终于郭壁泉及三姑泉一带排泄。
据1987年229队对“晋城生产矿区水资源评价”报告:
该层水饱和钙差大于零,为一相对缓滞流区,水质较好属微硬中性或弱碱性水,矿化度小于1克/升,适于工农业及生活用水、永久水源井。
上述各含水层间,第三系粘土、本溪组之铝土泥岩与各时代地层的泥岩、砂质泥岩、粘土和亚粘土,当无裂隙和孔隙时,均为良好的隔水层。
1.3煤层特征
1.3.1主要煤层
古书院井田含煤地层属石炭二叠纪。
煤系地层总厚123.68~142.04m。
一般厚132.24m。
共含煤10余层,煤层总厚13~15m,含煤系数约10%。
其中石炭系太原组含煤八层,仅9号煤、15号煤二层稳定可采,二叠系山西组含煤五层。
煤层特征见表1-2。
表1-2可采煤层情况
煤层号
煤层厚度(m)
最小-最大
一般
夹石层数
最少-最多
层间距(m)
稳定程度
及可采情况
0.3-0.9
0.73
0-2
35.64-45.5
40.6
不可采
9
1.5-4.5
0-5
1—2
稳定可采
15.10-22.04
18.57
0.74-3.6
2.0
1-2
较稳定可采
一、3号煤层
位于山西组下部。
下距K4灰岩9.61m左右,距9号煤层40.6m左右。
煤层厚0.3-0.9平均0.73m左右,夹石1~2层,最多可达5层,多见于中下部,煤层厚度变化不大,全区稳定可采。
其伪顶为黑色泥岩或炭质泥岩,直接顶板多为灰黑色的砂质泥岩或粉砂岩,老顶多为灰色厚层状砂岩,底板一般为灰黑色粉砂岩或炭质泥岩。
二、9号煤层
是主要可采煤层之一,位于太原组中部的K1与K2灰岩之间。
下距15号煤层18.57m左右。
煤层厚1.5-4.5m,平均3m,厚度变化较大。
煤层顶板为K2灰岩,厚3m左右,底板为石灰岩,结构简单,全区稳定可采。
三、15号煤层
位于太原组下部,煤厚0.74~3.66m,平均2.0m,厚度无明显变化规律,夹石1~2层,最多达5层,夹石厚度一般在0.5m以下。
其直接顶板为砂岩,厚度6.92m左右。
底板以黑灰色炭质泥岩、铝土质泥岩为主。
全区大部可采,属较稳定煤层。
四、煤层对比
本区3号煤层位于山西组,属陆相沉积,9号、15号煤层位于太原组,属海陆交互相含煤沉积,各煤层厚度、层位、层间距稳定,煤质、物性、顶底板特征明显,对比依据充分,因此,本矿区内煤层对比十分可靠。
1.3.2煤层顶底板
从钻孔和生产揭露资料看,3号煤层普遍沉积有伪顶、直接顶和老顶。
伪顶岩性为黑色泥岩或炭质泥岩,厚度0.10~0.20m。
结构疏松,易碎,强度低,不易支护,随采掘脱落。
直接顶板多为黑色及灰色的砂质泥岩或粉砂岩,层理发育,致密坚硬,节理裂隙较发育,平均厚度2.70m。
老顶岩性为灰白色中粒或细粒砂岩,平均厚度7.70m,致密坚硬,层理发育,节理裂隙较发育,呈半张开状,有方解石充填,老顶来压后可自行塌落。
煤层上覆岩性,从伪顶、直接顶到老顶为软弱—较硬—坚硬型,再向上是软弱-坚硬相间的平行复合结构。
3号煤层直接底板为泥岩,厚度约1.00m,其下为砂质泥岩,厚约8.6米左右,开采中受压后,有时发生底鼓现象。
9号煤层顶板岩性以K2石灰岩为主,有时为砂质泥岩,K2灰岩厚约1.5m左右,致密坚硬,较稳定,节理裂隙发育,有方解石充填。
单向抗压强度33.5~69.3Mpa,平均48.5Mpa;
单向抗拉强度3.70~5.87Map,平均4.44Map,抗剪强度平均7.83Map,老顶为砂质泥岩,厚约4.36m,节理裂隙发育,较硬。
煤层上覆岩性,从直接顶到老顶属坚硬-较坚硬型,再向上是硬-较硬相间的平行复合结构。
9号煤层直接底板为K1石灰岩,约1.00m,其下为黑灰色砂质泥岩(含高岭土),平均厚度10.65m,强度低,稳定性差,单向抗压强度12.9~16.2Mpa,平均16.7Mpa;
单向抗拉强度0.44~0.85Map,平均0.66Map,抗剪强度2.08~3.39Mpa,平均2.91Mpa,膨胀率为1.76~3.64%,平均2.91%,这种岩性遇水易膨胀和泥化,从而降低了底板的稳定性,属软弱-坚硬型。
15号煤层直接顶板为砂岩,厚5.54~8.3m,平均6.92m左右,深灰色,致密坚硬,顶部含似层状燧石条带,全区稳定,据相邻矿井(王台铺矿)测试,其单向抗压强度平均47.0Mpa左右;
单向抗拉强度平均为4Mpa左右,抗剪强度平均为3.70Mpa,属坚硬型顶板。
老顶为砂质泥岩,深灰色,厚约10.65m。
直接底板为砂质泥岩,平均厚度约12.75m,其下部为砂岩,平均厚度约为14.75m,再其下部为本溪组的铝土泥岩,厚约26.95m,属软弱型。
据相邻矿井(王台铺矿)测试,铝土泥岩单向抗压强度为11.4Mpa;
单向抗拉强度为0.76Mpa,抗剪强度为2.49Mpa,膨胀率为0.63%。
这种岩层吸水性强,从而降低了底板的稳定性。
1.3.3煤质
一、煤的物理性质
3号煤层为黑灰色,金属光泽,贝壳状断口,致密坚硬,均一条带状结构,由亮煤和镜煤组成,宏观煤岩类型为光亮型。
9号煤层为灰黑色,玻璃光泽,致密,性脆,由暗煤和亮煤组成,条带状结构,阶梯状断口,可见黄铁矿结核或呈星散状赋存于煤中。
宏观煤岩类型为半光亮型。
15号煤层为黑色,油脂光泽,以暗煤为主,夹镜煤条带,平坦状断口,条带状结构,块状结构,煤中富含黄铁矿结核,宏观煤岩类型为半暗淡型。
二、煤的化学性质
各煤层原煤水分一般在1%~1.5%之间,洗煤后,3号煤水分有所下降,15号煤稍有增高。
原煤灰分产率从上至下,呈递增之趋势,3号煤为低灰煤,9、15号煤为中灰煤。
硫分以3号煤最低,属特低硫煤,9号煤以中硫煤为主。
在井田南部补66孔周围有一富硫带。
而15号煤层在本井田中南部大面积为高硫煤。
垂向上,煤中的硫分自上而下增加。
经统计,三层煤的灰分变化标准差均小于1,硫分变化标准差3号煤小于0.5,9、15号煤则大于0.8。
3号煤层煤质变化小,9、15号煤层煤层煤质变化大。
煤中的元素组成以碳为主,约占93%,其次为氢约占3%,说明煤化程度较高。
表1-3可采煤层煤芯煤样煤质特征
原/精煤工业分析
原/精煤
全硫
%
发热量
Qb.daf
(MJ/kg)
元素分析%
Mad
Ad
Vdaf
Cdaf
Hdaf
Odaf
Ndaf
0.59-3.52
1.42(31)
7.71-16.91
12.84(31)
4.65-9.32
6.83(31)
0.35-0.68
0.41(12)
33.64-34.89
35.54(9)
90.08-94.31
92.80(3)
2.23-3.51
2.90(3)
1.24-4.72
2.51(3)
1.03-1.14
1.08(3)
0.55-1.93
1.33(7)
3.57-14.33
7.73(7)
3.94-7.44
6.07(7)
0.42-0.50
0.44(4)
0.40-4.10
1.43(27)
7.70-28.78
18.44(27)
5.26-10.54
7.29(27)
0.41-4.72
1.81(15)
25.53-34.61
31.51(13)
93.25-94.09
93.73(7)
2.78-3.28
2.96(7)
2.06
0.96
1.28-4.24
3.06(6)
7.25-7.99
7.60(6)
4.74-5.35
5.04(6)
0.58-0.78
0.68(6)
0.39-3.62
1.32(27)
13.6-37.68
23.37(27)
5.51-13.29
8.44(27)
0.60-7.12
3.05(15)
23.76-34.79
30.53(14)
90.27-94.04
93.20(9)
2.67-3.19
2.88(9)
1.42-4.93
2.78(3)
0.78-1.03
0.92(3)
三、容重
本次报告未对3煤和9煤进行容重测试,根据以往容重资料,3煤容重仍定为1.45,9、15煤为1.49。
四、煤的有害成分含量及煤的可选性
(一)、有害成分:
3号煤磷含量为0.045%,9、15号煤层小于0.01%,3号煤属低磷煤,9号、15号为特低磷煤;
原煤硫分含量3号煤小于0.5%,9号煤为1.81%,15号煤为3.05%,经1.4比重液洗选后,3号煤硫分略有上升,9号、15号煤则明显下降。
煤中的有害成分主要为9、15号煤中的硫分。
(二)、可选性:
1、筛分:
3号煤+50mm筛上物产率为33.96%,成块率不高,灰分在+100~+6mm级呈增加趋势。
9号煤+50mm筛上物产率44.57%,灰分产率在+80~+25mm粒级增高,+25~+6mm粒级灰分下降,6~0mm粒级灰分又呈上升趋势,硫分含量在+80~+25mm粒级增加,随后又下降。
15号煤在+50mm筛上物产率为37.63%,灰分产率在+80~+25mm粒级增高,+25mm以下级呈锯齿状变化。
硫分含量呈锯齿状变化;
2、筛分:
9号煤+50mm筛上物产率44.57%,灰分产率在+80-+25mm粒级增高,+25~+6mm粒级灰分下降,6~0mm粒级灰分又呈上升趋势,硫分含量在+80~+25mm粒级增加,随后又下降。
硫分含量呈锯齿状变化。
表1-4
层名
指定精煤灰分%
分选密度
±
0.1含量%
可选性等级
10.0
1.75
8.0
极易选
1.50
72.0
极难选
12.5
1.67
61.0
14.5
1.92
5.1
21.0
中等可选
1.98
3、煤类的确定及用途:
依据中国煤炭分类国家标准(GB5751-86)划分,本井田主要可采煤层精煤挥发分大于3.5%小于6.5%,y值为0,G值亦为0,因而煤类为无烟煤二号,其划分依据是准确可靠的。
3号煤低灰、低硫,9号、15号煤经洗选后将其灰分控制在14.5%,硫分控制在1%以下,是良好的动力用煤、炼焦配煤以及化工用煤的原料。
4、煤的风氧化:
本井田煤的风氧化作用主要发生在3号煤层露头处,西部、南部及东部均有。
风氧化带的深度和宽度,取决于地形、盖层的厚度、岩性,地下潜水位及构造等因素。
本井田风氧化带下限的确定,是本矿根据实际生产划定的。
风化煤完全失去煤的性质、棕褐色、土状光泽、微具塑性,手感松软,遇水成泥状,可燃性基本全无,灰分中Al2O3含量增高。
氧化煤较正常煤水分、灰分显著增加,发热量明显下降,外生裂隙十分发育。
风化煤可作为粘土矿开采,根据其质量用于陶瓷制造业,耐火材料及建筑用料。
氧化煤的腐植酸若大于20%,可作为提取腐植酸的原料、灰分小于46%,低位干基发热量在12MJ/kg以上的仍可作为动力用煤。
1.3.4瓦斯
该矿建井初期,各地质报告按原保安规程划分为Ⅰ级瓦斯矿井,多年生产3号煤层测得:
矿井沼气涌出量一般小于3.0m³
/t,按新保安规程划分应属低瓦斯矿井。
近年来,随着3号煤层的开采,矿井瓦斯涌出量有增大的趋势,但按《煤矿
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