范各庄 煤矿 概况.docx
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范各庄煤矿概况
第一章概况
第一节矿井现状
开滦范各庄矿是我国自行设计、施工的一座大型现代化矿井。
本井田于1955年4月进行普查勘探,1958年6月21日开始建井,1964年10月21日正式投入生产。
设计能力年产180万吨,到1970年,原煤年产量即达到196万吨,超过原设计能力。
1973年开始矿井改扩建,在主副井西施工直达-490米水平的混合井,新增设计能力220万吨/年,将矿井的设计能力提高到年产400万吨。
但由于唐山大地震及极复杂的井田水文地质条件,矿井改扩建工程一再延误,直到1984年新混合井才投入使用,承担二水平的提升任务。
1997年核定矿井综合生产能力320万吨,1997年矿井年产量达到325万吨。
三水平延深工程正在施工。
一、矿井技术边界
范各庄矿位于开平向斜之东南翼,属唐山市古冶区管辖境内,北距古冶火车站10.2公里,矿内铁路与京山线古冶站和林西矿接轨,有公路干线通过井田。
矿井地理坐标:
东经113度28分,北纬39度33分。
(附图1开滦煤矿井田地理位置图)
井田北部及西北部与吕家坨矿相接。
两矿的技术边界,经几次调整,最终确定表Ⅰ-1中的11个角点坐标联线为两矿技术边界(见表Ⅰ-1)。
范吕井田技术边界角点坐标表Ⅰ-1
点号
X
Y
点号
X
Y
1
392470
94805
2
391990
94620
3
392018
94422
4
391924
94422
5
391696
93452
6
391097
94143
7
390537
92605
8
390254
92217
9
389800
92590
10
388912
92384
11
38801
92070
12
西及西南部与钱家营矿相邻,两矿的技术边界未确定,暂以毕25孔与毕34孔联线,再经毕34孔与O15孔联线延至9煤层-800米等高线上,作为范各庄矿与钱家营矿的储量计算边界。
东部及南部以14煤层的基岩露头为界。
唐山市毕各庄煤矿位于本井田东南部的毕各庄区域,其分为甲、乙两区,甲区以两点坐标(385100、94185和385000、93600)联线为北部技术边界,深部以各煤层-340米等高线为界,上至毕各庄风井工业广场煤柱线。
乙区为毕9孔和毕36孔联线向南延至煤层露头,向北延至各煤层-340米等高线,以东至F5断层部分。
上述圈定范各庄矿井田范围的角点坐标见表Ⅰ-2
点号
X
Y
点号
X
Y
1
392470
94805
19
383620
94370
2
391990
94620
20
383765
94079
3
392018
94422
21
384510
93490
4
391924
93422
22
384990
93490
5
391696
93452
23
385075
94040
6
391097
94143
24
384978
93828
7
390537
92605
25
384056
94227
8
390254
92217
26
384323
94675
9
389800
92590
27
384330
95130
10
388912
92384
28
383525
95430
11
388010
92070
29
385370
95950
12
387612
91860
30
385432
95104
13
386097
92442
31
386140
95555
14
383430
91380
32
387994
95348
15
382342
92710
33
389070
95903
16
380955
93050
34
390467
96195
17
380730
93078
35
391305
96484
18
380345
93365
36
382140
95754
井田南北走向长12.25公里,东西最大倾斜长3.92公里,全井田总面积为31.78平方公里。
二、矿井的生产系统及开采现状
开拓形式:
矿井采用立井、水平集中运输大巷、集中上山、阶段石门开拓方式。
井田划分为四个开采水平,各水平标高、垂高及斜长见表Ⅰ-3。
井田范围内共施工六个立井,各井筒坐标及标高见表Ⅰ-4。
各石门配轨道上山、皮带运输上山及通风
井田各水平标高、垂高、斜长表Ⅰ-3
水平
标高
垂高
斜长
回风水平
-120
一水平
-310
180
800~900
二水平
-490
180
800~900
三水平
-620
130
550~600
四水平
-800
180
550~580
上山。
为适应综合机械化采煤,主要巷道的布置方式由原来的分组联合与大联合相结合的方式逐步改为单层布置与联合布置相结合的开拓方式。
井田内各井筒坐标、标高及井径表Ⅰ-4
井筒
坐标
标高
井径
(m)
纬距
经距
井口
井底
主井
390061.286
94645.483
+29.606
-349.730
5.5
副井
390104.499
94658.037
+29.345
-313.642
6.5
风井
389777.135
95638.949
+31.530
-124.150
4.5
混合井
390227.030
94068.828
+30.332
-565.518
7.8
毕进风井
384749.998
94450.009
+25.240
-294.090
6.5
毕回风井
384858.051
94593.918
+25.050
-294.230
6.5
采煤方法:
为走向长壁采煤法。
采煤工艺由投产初的炮采逐渐发展为目前的高档普采和综合机械化采煤,现具备三条综合机械化采煤线和三条高档普采线,年产原煤320万吨。
提升系统:
一水平由主、副井提升。
主井安装苏制2×5×2.3双滚筒绞车,提升电机功率1800千瓦,提一对容积9吨的箕斗,年提升能力1996年核定为190.9万吨/年。
副井安装苏制2×5×2.3双滚筒绞车,提升电机功率850千瓦,提一对容积3.3米3双层罐笼,用于提升矸石、物料和人员,1996年核定提升能力为134万吨/年。
矿井改扩建后,在主副井西部施工一混合井至-490米水平。
1984年投入使用担负二水平提升任务。
主提安装国产JKM-3.5/6(Ⅲ)型摩擦轮绞车,电机功率2800千瓦,提一对18吨箕斗,1996年核定提升能力211.5万吨/年。
副提安装国产JKM-2.8/6(Ⅲ)摩擦轮绞车,提升电机功率1800千瓦,提升一对3层罐笼,1996年核定提升能力189万吨/年。
井下运输系统:
一水平运输采用14吨直流架线电机车,牵引3吨矿车成列运输,双轨巷道,轨距900毫米。
二水平南翼有两条运输巷道,一条为空车线,一条为重车线,14吨直流架线电机车,牵引5吨底卸式矿车成列运输。
二水平北翼则以皮带运输为主,将煤直接运至井底煤仓。
通风系统:
矿井原为中央边界风井抽出式通风,1986年在井田南翼毕各庄区投入一对进、回风井,改为中央和对角联合运转通风,即混合式机械负压通风。
中央风井安装两台2K58-21-28型主扇风机。
分别配1000千瓦和800千瓦电机,两台交换运转。
毕各庄回风井安装两台K4-73-O-NO32F型主扇风机。
原分别配以1600千瓦和2500千瓦电机,两台交换运转。
1998年6月,为节省用电量,在满足安全和生产需要的前提下,将功率2500千瓦功率电机更换为1000千瓦电机。
1997年核定矿井通风能力为340万吨/年。
1996年矿井瓦斯等级鉴定为:
矿井瓦斯等级:
低瓦斯矿井
矿井瓦斯绝对涌出量:
0.73米3/分钟
矿井二氧化碳绝对涌出量:
33.73米3/分钟
矿井瓦斯相对涌出量:
0.12米3/吨·天
矿井二氧化碳相对涌出量:
5.45米3/吨·天
煤层自然发火期:
矿井自然发火等级为四级,12煤层为自然发火煤层,发火期11个月。
煤尘爆炸指数:
各煤层煤尘爆炸指数平均为41.38%。
供电系统:
进入矿中央变电站的电源线计4趟,其中2趟是电网吕家坨变电站35千伏输电线,接矿中央变电站的两台变压器SF7-16000/35、SF7-10000/35,以6000伏电压馈送至一水平;另外2趟是开滦林西电厂35千伏输电线,接矿中央变电站的两台SFL-15000/35变压器,以6000伏电压馈送二水平,毕各庄风井及毕各庄煤矿的用电也由该输电线路供给。
排水系统:
范各庄矿属水文地质条件极复杂矿井、矿井涌水量较大。
目前矿井总涌水量基本稳定在40米3/分钟左右。
一水平设有前期泵房和后期泵房:
前期泵房安装200D65×7型水泵7台,有3趟Φ368毫米管路从副井井筒排至地面,正常涌水情况下无工作泵,备用泵5台,检修泵2台;后期泵房安装200D65×7型泵10台,正常涌水情况下工作泵2台,备用泵5台,检修泵3台,有两趟Φ368毫米管路从主井井筒排至地面。
二水平设有205永久泵房和208临时泵房各一座:
205泵房安装水泵13台,其中有KND250-60型高效节能泵7台,其余为250D60×10型水泵,工作泵5台,备用泵5台,检修泵3台;205潜水泵房安装UPZ250-440/10+KLD型潜水泵4台,无工作泵,备用泵3台,检修泵1台;208泵房安装泵5台,其中KND250-60型高效节能泵2台,250D60×10型泵3台,工作泵2台,备用泵2台,检修泵1台。
两个泵房共有6趟Φ425毫米管路由-490米水平经新混合井井筒排至地面。
三水平305泵房已形成排水能力,安装KND450×3型水泵11台,有3趟Φ426毫米管路将水排至-490米水平。
矿井排水能力:
一水平工作能力560米3/小时,最大能力2688米3/小时;二水平工作能力2700米3/小时,最大能力7272米3/小时。
目前,范各庄矿-310米水平以上除北四采区急倾斜煤层外,基本上已经收尾,采掘生产已全部转入-490米水平。
三水平开拓延深工程正在加紧施工。
三水平主提采用斜井运输,目前正对该区域的水文地质条件进行探查,预计99年一季度可提交探查报告。
副提采用暗立井,暗立井下部车场及上部绞车房已施工完,具备了暗立井施工的条件。
三水平集中运输大巷已施工到南一道半石门,已完成三水平南一采区石门集中岩石上山及中部车场。
截止到1998年1月1日,矿井地质储量37414.4万吨,可采储量24490.9万吨,各水平储量分布如下表Ⅰ-5:
井田各水平储量分布表表Ⅰ-5
水平
地质储量
(万吨)
可采储量
(万吨)
实际可采储量
(万吨)
-310
-490
-620
三个煤量及可采期分别为:
开拓煤量2343.7万吨,可采期7.4年;准备煤量392.4万吨,可采期14.9月;回采煤量292.2万吨,可采期11.8月。
24490.9万吨矿井可服务年限:
───────=75.36年
325万吨/年
第二节本阶段完成的主要地测工作
随着矿井生产的逐步延深,地质条件、水文地质条件趋于复杂。
因此,1987年至1997年在生产过程中对矿井的地质及水文地质条件进行了大规模的补充勘探,对水患问题进行了治理。
十年间,施工地面地质孔5个,进尺2737.35米,井下地质孔201个,进尺13237.17米;地面水文地质探查孔13个,进尺8055.14米,井下水文孔210个,进尺22496米。
通过对新获得的地质及水文地质资料的分析,对范各庄井田的地质构造、水文地质条件及煤层赋存情况有了进一步的认识。
完成了208区域10#岩溶陷落柱的探查与治理。
1990年208皮带巷平7孔揭露10#陷落柱,随后即对10#陷落柱开展了大规模的探查与治理。
通过物探及钻探方法圈定了陷落柱的空间发育形态,研究制定了“堵-供水”结合的治理方案。
共计完成9个主孔,24个分支孔,总进尺6455.77米,其中主孔3655.53米,分支孔2800.24米,最大孔深555.44米。
注入水泥及砂、石等10026.1吨,完成了9煤层底板以下15米至7煤顶板以上15米的50米范围陷落柱内部及周边裂隙导水通道的封堵,消除了陷落柱内部高压水由7、9煤层地段发生突水的隐患,同时保证了平7孔的正常涌水。
目前,平7孔出水量稳定在17.0米3/分钟左右。
1992年中煤航测遥感局航测队完成了井田范围的航测地形测量,提供了1:
2000、1:
5000、1:
10000三套井田地形图。
1997、1998年委托煤科总院唐山分院测量所在井田范围内建立了8个GPS测量点,形成了地面的测量控制系统。
十年间,计算机和物探技术在范各庄矿地测工作中的应用进一步得到了加强。
建立了水文地质数据库,年终储量计算机化,计算机绘图得到了开发应用并取得初步成果。
物探技术在防治水工作及构造探查中发挥着重要作用,无线电坑透、瑞利波、电法(音频电导、电法测深、透视等)和Po-210、Po-218等探测技术在生产中得到了广泛应用,并在此基础上形成了适合我矿特点的水文地质综合立体勘探方法。
引进了采区三维地震勘探,解决了采区内部小构造探查的难题。
第三节矿井的可能发展与展望
范各庄矿是开滦矿务局重要的骨干矿井之一,以其经济效益和产量占有较重要的位置。
因此,范各庄矿的发展是至关重要的。
从储量上看,矿井的服务年限可以达到75年,但随着矿井开采区域的延深(伸),煤层赋存的地质条件趋于复杂,高强度的机械化开采困难越来越大。
影响范各庄矿未来发展的不利因素主要有三个方面:
一是矿井的水文地质条件极其复杂,仍存在着较大的水害隐患,采、掘、开工程水文地质条件的超前探查任务仍十分艰巨,仍需要继续投入大量资金和工力。
二是受地震、透水及极复杂水文地质条件影响,水平衔接严重滞后。
三是受煤层赋存条件限制,煤层压茬关系紧张,造成回采工作面衔接困难。
第二章矿井地质构造
第一节地质构造特征
范各庄井田位于开平煤田的东南翼。
开平煤田位于燕山南麓,煤系地层为石炭二迭系。
开平主向斜是煤田的主要构造骨架,呈复式向斜构造。
向斜的总体轴向为NE向,自古冶以北主向斜轴逐渐转为东西向。
向斜两翼不对称,西北翼地层倾角比较大,局部地层倒转,发育落差及走向长度较大的逆断层或逆掩断层;东南翼地层倾角比较平缓,由北往南发育两组轴向与主向斜轴斜交或直交的短轴倾伏褶皱构造:
一组由杜军庄背斜、黑鸭子向斜、吕家坨背斜、塔坨向斜、毕各庄向斜及南阳庄背斜等组成;另一组出现在宋家营以南,由李新庄向斜、刘唐堡背斜组成,其规模不如前者。
东南翼断层不很发育,规模亦较小,多见于褶皱构造的轴部,正断层较多,逆断层较少。
范各庄井田的主体构造为井田北翼的塔坨向斜和南翼毕各庄区域的毕各庄向斜,是由于开平向斜在发育过程中北部受青龙山东西构造带影响,主向斜轴在古冶以北发生偏转呈东西向而派生出的南北应力场形成的次一级构造(附图2井田构造纲要图)。
塔坨向斜在井田范围内已由钻探工程、井巷工程严密控制,向斜轴线总体呈东西向,枢纽呈弧形向北凸出。
受塔坨向斜影响,往南伴生发育了北二背斜和井口向斜。
毕各庄向斜主要为钻探工程控制,向斜轴呈NW向,枢纽呈马鞍状起伏较大,沿轴线形成两个小型盆地。
井田内较大的断裂构造主要分布于毕各庄向斜区域:
一组是以F5大断层为主的断层带,走向呈NNE向。
F5断层为正断层,落差达200余米,向北发育,一直切过唐家庄井田。
F5断层为喜马拉雅运动中产生的次一级构造;另一组是以F0断层为主的断裂构造带。
该断层带在三水平南二石门以南通过钻探、物探、巷道工程得到了比较好的控制,南二石门以北的延展情况及落差变化尚待探查。
F0断层为F5大断层的伴生构造。
第三组为毕36孔、84-7孔揭露的一组较大落差的正断层。
断层多为单孔控制,断层的走向尚未确定,也应属于F5大断层的伴生构造或派生构造,有待进一步查明。
到目前为止,井田内可能出现的大型构造已基本得到了控制。
总的来看,塔坨向斜区、毕各庄向斜区构造比较复杂,形成的断裂构造多与区域构造应力场有关,有明显的规律性。
中部单斜区构造相对比较简单。
同时随着井田开发往深部延深,构造发育越来越复杂,断层落差增大,断层面形式多样化,对生产的影响也越来越大,特别是F0断层及伴生构造的存在,完全打乱了二水平下半部及三水平上半部的正常生产布局。
第二节井田内各主要构造块段的划分
范各庄井田根据构造特征,划分为三个构造区,即井田北部的塔坨向斜区,中部单斜构造区和南部的毕各庄向斜区。
一、塔坨向斜区
由南一石门往北到井田边界为塔坨向斜区。
该区域内以褶皱和陷落柱构造发育为主要特征。
褶皱由北往南依次为塔坨向斜、北二背斜、井口向斜。
已发现的陷落柱大部分发育在此区域,且集中于井口向斜轴部附近。
断裂构造发育以小型正断层为主。
塔坨向斜:
塔坨向斜为本区域的主体构造,对该区内其它褶皱、断裂构造及煤层的后生变化起着决定性的控制作用。
塔坨向斜的枢纽呈弧形、向北弯曲。
向斜的轴线在-400米以上为N65°W,往深部转为N45°E,向斜轴面略向北倾斜。
两翼地层不对称,北翼陡,地层倾角可达45°,南翼缓,倾角在20°以下。
向斜在浅部较为开阔,而在-300米至-600米之间褶皱比较紧密,并略呈复式褶皱构造。
向斜深部有向董各庄盆地发展的趋势。
北二背斜:
属塔坨向斜的次一级褶皱构造,背斜的轴线位于北二石门2270下山附近。
基本与塔坨向斜轴平行,也呈弧形弯曲,发育于-300米水平以下。
井口向斜:
位于二水平井底车场,也同属于塔坨向斜的次一级构造,由两个小型向斜呈"Y"型组合而成。
主轴也基本与塔坨向斜轴平行,呈弧形。
它仅发育在-300~-700米之间,在-400米~-500米之间褶皱比较明显。
井田内揭露的岩溶陷落柱多集中在此区域。
塔坨向斜区域内的断裂构造多数与塔坨向斜的形成有关,集中发育在向背斜的轴部。
揭露的断裂构造基本上分为四组,即NW向和NEE向、NNE向和NWW向,其中以NW向和NEE向两组断裂较发育,断层落差大,延伸较远,多数为正断层。
在垂向上,同一断层在下部煤岩层中的落差要比在上部煤岩层中落差大,特别是逆断层,当发育到上部7、8煤层时,就往往呈现为煤层的褶皱变形而消失。
另外,由于煤层的厚度及顶底板岩石力学性质的差异,不同煤层中断层的发育差异也很大,9煤和11煤层中断层比较发育,7煤、8煤和12煤层中次之。
另外,在该区域内还揭露了三种特殊类型的断层。
一种是在浅部的7、8煤层中发育的走向断层,走向上有一定的延展长度,但垂向上只发育到9煤层顶板之上,属于层滑构造。
第二种是揭露于2170下山及2176等工作面中的大型平推断层。
断层的落差虽然不大,但断层的延展长度却很大。
第三种是同一断层在上部煤层中表现为正断层,在下部煤层中却表现为逆断层,断层面在垂向上呈弧形弯曲,拐点多位于9煤层及其顶底板附近。
据井下钻孔资料,在塔坨向斜轴部可能发育一条落差6.0米,走向平行向斜轴的正断层,需进一步做工作查明。
二、中部单斜构造区
南一石门至南四石门为中部单斜构造区。
地层走向变化不大,倾向NWW向,地层倾角8°~24°,由北往南倾角逐渐减小,一般在15°以下。
该区域以小型断裂为主,F0大断层贯穿该区域,在南二石门以北及南四石门以南发育局部小型褶曲。
根据一水平及二水平采掘开工程实际揭露的资料,单斜构造区断裂构造的发育特征主要表现为:
1、在成因上,主要分为两类:
一类是与区域构造应力场有关的断层,如NE至NEE向、NWW向发育的断层,表现为断层发育的规律性很强,在走向上延展的距离较远。
有的断层落差虽然不大,也往往错断整个煤层组。
另一类是由于地层不均衡沉降或是沉积不均衡压实而形成的局部应力场产生的断裂构造,表现为断层落差较小,规律性不强,沿走向延展的距离短,除少数落差较大的断层可以影响到邻近煤层外,往往都仅见于本煤层,尤以9煤层中比较常见。
多为压性、压扭性小型断层。
2、在展布方向上基本分为四组,即NNE向、NE至NEE向、NNW向和NWW向。
其中以走向NE至NEE断裂构造占多数,其次为NWW向延展的断层,其它两组仅见少量。
3、在规模上,走向为NE至NEE向的断层落差较大,尤其是NE向的断层,大部分为正断层。
该组断层水平延展距离较远,并错断整个煤层组,对生产影响较大。
NWW向断层多为平推断层,虽然落差不大,但水平延展距离较远。
4、在断层形式上,南三石门以北主要为正断层。
自南三石门以南则逆断层逐渐增多,并有正断层和逆断层交错相伴出现的现象。
所出现的逆断层绝大部分走向呈NEE向,水平延展的距离较远,初步认为是F5断层错动产生的附加应力场作用的结果。
下面将已经揭露且对二、三水平生产影响较大的断层分别叙述如下:
F0断层:
该断层实际揭露于南四石门下部车场,根据巷道工程及钻探控制,往北一直延展到井口区附近。
该断层为高角度正断层,倾向SWW,倾角70°~84°。
揭露的最大断层落差为37米,往北延展落差逐渐减小,南三石门处落差为32米。
三水平运输大巷在一道半处穿过该断层,落差为15米,在三水平南一石门钻探确定落差为15米。
该断层贯穿整个单斜构造区,给采掘生产造成了很大影响。
同时,在F0断层的两侧伴生有一定规模的较大落差断层。
F17断层:
实际揭露于1477泄水眼和2473风、运道。
为一落差7.0米的逆断层,倾向NW,倾角20°。
该断层向下发育到9煤层中,2491s运道实见落差为4.0米,向下未影响到12煤层。
对该区域的7、9煤层的采掘生产有较大的影响。
F23断层:
实见于二水平南一石门及2177斜面边眼。
为两条正断层组成的断层组,合计落差为7.0米。
断层倾向NEE,倾角51°。
3090上山也揭露该断层,落差为3.0米,预计对下部各煤层也都有影响。
F24断层:
实见于2290上山及2291N运道。
上山位置断层落差5.0米,运道位置落差3.5米,倾向SW,倾角53°。
该断层向上只发育到8煤层底板,实见落差为2.0米,但由于该断层及伴生断层的影响,7煤层在相应位置煤层非常松软,顶板破碎,8、9煤层在南二上山以北约200米的范围小断层十分发育,顶板破碎,煤层厚度变化很大,对12煤层也有一定影响。
F25断层:
位于南二至南三石门之间,由一水平一直延伸到二水平。
该区域各回采工作面的巷道掘进中均实际揭露该断层,断层最大落差3.5米,倾角65°~70°。
在一水平为倾向断层,延伸到二水平逐渐转变为斜交甚至走向断层。
二水平南三中部车场及皮带石门8煤见点处揭露该断层的实际落差为2.0米。
该断层的存在对南二~南三区域回采工作面的布置影响很大,预计可以影响到以下各个煤层。
F26断层:
实见于二水平南四石门12煤层底板,为两条平行正断层组成的断层组,合计落差为9.0米,近南北走向,倾向SW,倾角83°~86°。
为F0断层的伴生构造。
F27断层:
实见于二水平南四石门8煤层顶板,走向近南北向,倾向SW,落差5.0米。
另据钻探及三维地震资料,在F0断层上盘100米范围还伴生有数条落差较大的断层,需进一步验证。
三、毕各庄向斜区
井田南翼的南四石门以南的整个区域为毕各庄向斜区。
毕各庄向斜及F5大断层是该区的主体构造,对区域内其它褶皱和断裂构造起着控制作用。
该区域以
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