1、 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 1 页1 矿区概述及井田地质特征全套图纸，加 1538937061.1 矿区概述1.1.1 交通位置和成煤矿井田位于郑州市西南约 30km 处的新密市与新郑市交界处，西距新密市区约15km，行政隶属新密市曲梁乡管辖，仅东北角一小部分属新郑市小乔乡。井田南距登封商丘公路 5km，西距郑（州）（新）密公路 4km，并有柏油公路相通。矿区东距京广铁路约 20km。区内乡、村间小柏油公路纵横交错，交通十分便利。见交通位置图 1.1.1图 1.1.1交通位置示意图1.1.2 自然地理概况地形井田地貌属低山丘陵区。总体地势西高东低，向东呈波状展布，标高162
2、.1286.1 米。西部有二叠中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 2 页系基岩局部出露形成低山，东半部多为黄土覆盖并形成丘陵、平地。井田内冲沟发育，成 V 型沟谷切割较深，极利于降水排泄。水文区内地表水体不太发育。东半部有三个民筑小水库，由于近年来干旱少雨，地下水位下降，均已干涸多年。在井田西南边缘有臻河由西向东经过，并在井田外近边界处筑有张湾水库，库容量约 131 万立方米。气象本区属亚热带向暖温带过渡的大陆性气候，四季分明，夏季炎热多雨，冬季寒冷干燥。a.气温据新密市气象站资料（19632003） ，年最低气温-0.5 -15.8，年最高气温37.542，年平均气温 13.715
3、。b.降雨量历年（19632003 年）年平均降水量 654 毫米，最大降水量 1180.8 毫米（1964 年） ，最小降水量 347.4 毫米（1986 年） ，雨季多集中于七、八、九三个月，其降水量占全年的60%左右。c.蒸发量年蒸发量大于年降水量，历年（19632003 年）年平均蒸发量 2123.0 毫米，年最大蒸发量 2603.8 毫米，年最小蒸发量 1381.6 毫米。d.风向最大风速 19 米/秒，年平均风速为 3.413.7 米/秒，冬季多西北风及西风，夏季多北东及北北东风。e.冻期降雪期多在十二月下旬至次年二月上、中旬，积雪 215 厘米。冻结期与降雪同期或提前一个月，冻结
4、深度 620 厘米。地震据中国地震动峰值加速度区划图 （2001 年） ，本区地震烈度为度区。据密县县志记载，近百年来，区内曾发生数次地震，震级不详。1976 年郑州市十八里河曾发生2.8 级地震，1990 年登封告城一带曾发生了约 3 级地震。1.1.3 矿区开发历史及生产建设规划井田内目前共有生产矿井 1 个，已闭坑矿井 1 个及民采旧小窑 6 个，均开采七 4 煤层，现分述如下：曲梁煤矿：位于井田中部，属原密县县办煤矿，1965 年 5 月始建，1967 年 5 月投产，设计能力年产 9 万吨，实际年产量 15 万吨。开采最大深度 165m，采空区面积近2km，矿井于 20 世纪九十年代
5、由于资源枯竭而闭坑。华豫煤矿：位于横 810 勘探线之间，原属村办集体企业，设计年生产能力 6 万吨。现已被恒业公司整合收购。旧小窑：集中分布于井田西部，有窦家洼煤矿、马寨煤矿，西土门一矿、西土门三矿等。均始建于 19841985 年间，多为农民个体集资办矿，年产量均在 1 万吨以下，开采范围很小，由于前些年煤炭市场不景气，再加上这些小窑均为无证开采，现已均被中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 3 页关停、封闭。1.1.4 矿井建设的外部条件本区内地势起伏，人口分布不均。井田范围涉及新密市曲梁乡、白寨乡及岳阳乡三个乡镇，有煤窑沟、窦沟、瓦房店等 17 个自然村，1692 左右户人家，
6、6771 余人。本井田所处三个乡均属农业区，传统种植主要种植作物有玉米、小麦、红薯等，兼种有油菜、花生、豆类、西瓜等经济作物。建筑材料砖、瓦、石子和料石等均可就地供应，钢材、木材和水泥等物资可经公路及铁路直接运至矿井工业场地。和成煤矿井田东北距郑州市约 30km，西距新密市区约 15km，井田南距登封商丘公路 5km，西距郑（州）（新）密公路 4km，并有柏油公路相通。区内乡、村间小柏油公路纵横交错，交通十分便利。因此，运输条件落实可靠。矿井地面建一座 35kv 变电站，双回 35kv 电源线路均引自矿井西南部 7km 处的观音堂 110kv 变电站，电源可靠。本井田内石炭系、奥陶系石灰岩岩溶
7、水，水量丰富，水质较好，可作为矿井供水水源。另外，井下排水经处理后可作为矿井供水水源。因而，水源条件可靠。1.2 井田地质特征1.2.1 地层井田内除二叠系上统上石盒子组、石千峰组地层局部出露外，其余均被新生界地层覆盖。钻孔穿见的地层有奥陶系中统马家沟组，石炭系中统本溪组和上统太原组，二叠系下统山西组、下石盒子组及上统上石盒子组、石千峰组，新近系和第四系等：奥陶系中统马家沟组（O2）地层厚度大于 72.29 米。岩性主要为浅灰色隐晶细晶质白云质灰岩。局部夹泥灰岩，含不规则状角砾，上部含不规则状黄铁矿。石炭系（C）仅发育有中统本溪组和上统太原组，与下伏奥陶系为平行不整合接触。a.中统本溪组（C2
8、b）井田内共有 6 个钻孔穿过该组地层，钻孔穿见厚度 3.1735.99 米，平均 15.29 米。岩性中上部为浅灰色含砂质泥岩、泥质粉砂岩及铝土矿透镜体，下部为浅灰色粘土岩及铝土岩。b.上统太原组（C3t，一煤组）上界止于最上层灰岩顶面，下界以一 1 煤层底面或与之层位相当的炭质泥岩、黑色泥岩底面，与本溪组整合接触。钻孔揭露厚度 25.96145.72 米，平均 69.77 米。为一套海陆交互相碳酸岩及碎屑岩沉积。据岩性组合特征可分为三段：下部灰岩段：厚度 9.4354.29 米，一般 30 米左右。主要由含生物碎屑泥晶灰岩及其所夹的泥岩、煤层组成，上部偶夹砂岩。本段含煤 15 层，其中一
9、1 煤在井田横 8 线以东可采。灰岩一般 24 层，下层厚度大且较稳定（一般 1015 米） ，并含较多的燧石团块。中部碎屑岩段：厚度 17.9240.34 米，平均 26.34 米。上部泥岩夹煤线，中部为中中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 4 页粗粒砂岩，具正粒序，局部为砂质泥岩夹煤线，下部为含砾粗粒砂岩。本段泥岩中夹13 层煤线均不可采，局部渐变为炭质泥岩。上部灰岩段：厚度 17.3139.57 米，平均 20 米左右。其岩性主要由含燧石团块的生物碎屑泥晶灰岩、泥岩及煤层煤线组成。灰岩一般 13 层，最上层为 L8 灰岩，厚一般 34 米，较稳定，第三层灰岩厚度变化较大，不稳定
10、，局部有尖灭现象。灰岩间多为泥岩及炭质泥岩。区内含煤 12 层，均不可采。二叠系（P）为一套过渡相碎屑岩系，井田揭露厚度大于 900 米。a.下统山西组（P1s，二煤组）整合于石炭系地层之上，上界止于砂锅窑砂岩（标 4）的底面，厚 71.23105.33 米，平均 91.21 米。主要由砂岩、砂质泥岩、泥岩和煤层组成。含煤 24 层。其中二 1 煤层全区发育，为本井田主要可采煤层，其余煤层均不可采。按岩性特征，本组以大占砂岩底面为界可分为上、下两段：下段：厚度 12.6245.40 米，平均 34.38 米，上半部岩性主要为富含植物化石的深灰色灰黑色泥岩、砂质泥岩、炭质泥岩及煤层（即二 1 煤
11、层）等，下半部以细砂岩为主，局部相变为中砂岩或粉砂岩，底部为泥岩，炭质泥岩及薄煤层（二 0 煤层，均不可采）等。上段：厚度 35.0274.03 米，平均 52.23 米。上部岩性主要为灰色泥岩、砂质泥岩、粉砂岩夹薄层细砂岩，下部为厚层的香炭砂岩和大占砂岩（标 5）及二者所夹的泥岩、砂质泥岩和炭质泥岩、煤线等。香炭砂岩常为具正粒序的细中粒砂岩，层面含云母片及炭屑。大占砂岩厚度 3.0117.44 米，平均 7.43 米，一般为显示逆粒序的中细粒砂岩，层面富含炭屑及白云母片，为二 1 煤层的直接标志层。b.下统下石盒子组（P1x ，三六煤组）与下伏山西组整合接触，上界止于田家沟砂岩（标 2）底面
12、，厚 232.02308.55 米，平均 285.79 米。为一套过渡相碎屑岩沉积，根据其岩性组合特征及沉积旋回，可细分为三、四、五、六 4 个煤组。三煤组厚 34.0293.85 米，平均 58.93 米，其岩性中上部主要为浅灰、灰、深灰色泥岩夹细砂岩，局部夹粉砂岩，下部为浅灰色泥岩、粘土岩，内含少量菱铁矿鲕粒，泥岩常含暗斑或紫班。底部为砂锅窑砂岩（标 4） ，厚 2.5113.55 米，平均 6.52 米，灰白色、浅灰色，中粗粒结构，底部含石英及硅质岩细砾。四煤组厚 37.13111.13 米，平均 69.91 米。五煤组厚 53.00127.47 米，平均106.09 米。六煤组厚 30
13、.4778.39 米，平均 50.86 米。这三个煤组主要由厚层状的泥岩、砂质泥岩及砂岩组成，偶夹 12 层煤线。泥岩多为灰色，含紫斑及暗斑，局部含菱铁矿鲕粒及植物化石。砂岩多为中、细粒，局部有粗砂岩。其中四煤组底部的老君庙砂岩（标 3）厚 1.7523.52 米，平均 8.95 米。呈灰暗灰色，细中粒为主，杂基含量高，且岩石中普遍含透镜状泥砾，砾径 13 厘米，长轴顺层排列。c.上统上石盒子组（P2s，七九煤组）与下伏下石盒子组整合接触，下界止田家沟砂岩底面（标 2） ，上界止于平顶山砂岩（标 1）底面，厚度 254.46290 米，平均 279.97 米，为一套过渡相碎屑岩沉积，根据其岩性
14、组合特征及沉积旋回，可分为七、八、九 3 个煤组。中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 5 页七煤组厚 102.07158.69 米，平均 122.03 米。上部以灰色泥岩、粉砂岩为主，含植物化石。中部为深灰色泥岩，细砂岩夹煤层及煤线。其中七 4 煤层在横 612 线之间可采。下部以泥岩、砂质泥岩为主，夹薄层砂岩。底部为田家沟砂岩(标 2)，其厚度一般410 米，呈灰白色，中粗粒为主，正粒序，含不规则状泥砾，硅质孔隙式胶结。八煤组厚 53.1892.24 米，平均 58.83 米。九煤组厚 87.50105.69 米，平均99.11 米。二者主要由紫斑泥岩，中粗粒砂岩组成。其中在九煤组
15、上部偶见一层炭质泥岩或煤线。d.上统石千峰组下界止于平顶山砂岩底面，厚度大约 595.04 米。下段(P2sh1)：厚度约 432.36 米。底部为灰白色长石石英砂岩，即平顶山砂岩（标1） ，厚度 40.9361.83 米，平均 49.58 米，中粗粒结构，硅质基底式胶结，致密坚硬。下部、中部为浅灰色、紫红色、灰色泥岩与泥质粉砂岩、粉砂岩，夹浅灰色细砂岩，偶夹同生砾岩，上部为灰黄色，青灰色，粉砂岩夹同生砾岩，顶部为青灰色细砂岩。上段（P2sh2）：钻孔穿见厚度最大 162.68 米，岩性为紫红色中细粒石英砂岩、粉砂岩及砂质泥岩等。发育平行层理，铁硅质基底式胶结。e.新近系(N)与下伏地层呈角度
16、不整合接触。主要分布在井田东半部，厚度变化较大，0237.82米。其岩性主要为钙质泥岩、钙质粘土岩夹粉砂岩及砂砾岩。底部常发育一层砾岩，砾石成分多为紫红色细砂岩及灰白色长石石英砂岩，钙泥质胶结。f.第四系(Q)第四系厚度 0.0033.29 米，上部为灰黄色、土黄色，粘土质砂土，上部含粉砂，向下粉砂逐渐减少，下部为棕红色粘土，含钙质结核，底部含砾石，大小混杂，磨园度较好。详见井田综合柱状图表表 1.2.1。1.2.2 地质构造井田位于五指岭白寨背斜东端之南翼，密县新郑复向斜之北翼，岗亚腰断层（F10）和梁山断层（F12）之间的地垒构造上，其基本构造形态为一向东倾伏的宽缓背斜。褶曲白石沟井田位于
17、 F10 与 F12 之间的地垒构造上，构造形态为一个开阔的背斜，轴部位于 SK1ZK1109ZK908ZK408 一线，轴向呈近东西方向，向东倾伏，两翼基本对称，分别倾向北北东和南南东，倾角 1020 度左右。横 4 线以东有较大变化。断裂除井田边界断层 F10、F12 外，在井田东部发育有牛奎寨滑动构造（F11） 。另外据地震物探资料解释在井田内还发育有 DF1、DF6 二条小断层。中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 6 页a.岗亚腰断层（F10）：为井田南部边界断层，西起红椿树沟，经糖房、煤窑沟、王臣沟向东延伸，区内长8.5km。横 4线以西和横 0线以东均叉为两支。西段走向
18、285，东段走向 90，中部呈弧形南凸，倾向180195，倾角 6080。断距255530m，为北升南降的正断层。该断层地表无露头,被TC1 揭露，并有七个钻孔穿见。地震勘探中，有 16 条地震测线控制。表 1.2.1 井田综合柱状图表(局部)该断层已达到严密控制程度。b.梁山断层（F12）：为井田北部边界断层，是区域性断裂，西起严家堂，经梁山，到红椿树沟进入本区，又经驼腰洼、孟岗口、至翟家寨出矿区继续向东延伸，全长 15km以上，区内长 8.5km。总体走向 90，局部有波状弯曲，倾向北，倾角 5065落差320600m 左右。为南升北降的张性正断层。该断层在区内地表有三处出露，深部有九个钻
19、孔穿见。地震勘探中，有 16 条地震测线控制。该断层已达到严密控制程度。c.牛奎寨滑动构造（F11）位于井田东部，西起横 4 线，向东延伸出勘查区，区内东西长约 3km，南北宽中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 7 页0.61km，面积约 2.5km。可能只是整个大面积滑动构造西南边缘的一少部分，向北被F12 断层错断。从钻孔资料和地震物探资料分析，勘查区内滑动构造面位于二 1 煤层上部，滑面没有影响到二 1 煤层。目前，该构造在勘查区内已被 4 个钻孔控制。d.地震物探解释的小断层通过二维地震物探工作，井田内共发现小断裂构造 2 条。这些小断层均为南升北降的正断层，最大落差 188
20、0m，对二 1 煤层的连续性具有一定的破坏作用，但均在先期开采地段外围。各小断层具体情况见表 1.2.1。表 1.2.1 地震物探解释小断层情况一览表断层编号位置 可靠 性 长度 (米) 走向 (度) 倾向(度)倾角(度)最大落差（米）断层性质DF1井田西北角横 12 线以西较可靠 1300 80 350 70 18 正断层DF6 横 0 线到东 2 线间 可靠 1750 330 60 70 45 正断层1.2.3 煤层本井田内含煤岩系为石炭系上统太原组、二叠系下统山西组，下石盒子组和上统上石盒子组，含煤地层平均总厚度 726m，分为 9 个煤组，含煤 23 层。其中二 1 煤层为井田主要可采
21、煤层，一 1、七 4 煤层为局部可采煤层，其余均不可采。煤层平均总厚度5.97m，含煤系数 0.86%。可采和局部可采煤层赋存情况如下：二 1 煤层二 1 煤层位于二叠系下统山西组下部，层位稳定，其厚度 0.4612.74m ，平均4.11m，一般厚 35m，厚度变化系数 78.5%，煤层结构较简单，一般无夹矸，局部见一层夹矸，个别地段见二层夹矸，夹矸厚 0.021.97m。二 1 煤层厚度在井田内有一定的变化，但也具有一定的规律性，厚煤带分布在先期开采地段东半部 ZK1007、ZK908、ZK808 一带（7.8612.74m） ，在井田东部ZK008ZK208 处是另一个厚煤带分布区（6.
22、4011.29m） 。薄煤带主要分布在井田西端及东部北侧一带（0.461.51m） 。七 4 煤层七 4 煤层位于二叠系上统上石盒子组中下部，上距平顶山砂岩平均 240.51m，下距二1 煤层约 392m，层位稳定，横 612 线之间及横 2 线以东区段可采。煤层厚 02.08m，可采区内煤层厚 0.82.08m，一般厚 12m。结构较简单，一般不含夹矸，局部含一层夹矸。本层煤在横 612 线之间已开采多年，资源已接近枯竭。横 2 线以东由于埋藏较深，目前还未开采。主采煤层顶底板岩层主要特征见表 1.2.2。表 1.2.2 主采煤层顶底板岩层主要特征表煤层可采厚度（m）平均厚度（m ）倾角（
23、） 顶板 底板容重（t/m 3）稳定性二 1 0.4612.74 4.11 219 泥岩或砂质 泥岩 泥岩 1.53 较稳定中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 8 页1.2.4 煤质二 1 煤层煤岩特征为黑灰黑色，金刚光泽及似金属光泽，多呈粉末状及鳞片状，疏松易碎。原煤灰分平均 18.31%，全硫 0.3%，磷 0.0372%，发热量 28.23MJ/kg。为特低硫、中磷、低中灰、高发热量无烟煤，属易选到中等可选煤。七 4 煤层煤岩特征为灰黑，金刚光泽，条带状结构，局部呈粉末状及鳞片状，薄层状及块状构造。原煤灰分 32.15%，全硫 0.82%，磷 0.0071%，发热量 22.87
24、MJ/kg，属低硫、中磷、中高高灰之无烟煤。1.2.5 水文地质含水层及隔水层特征a.含水层第四系（Q）孔隙水含水层井田内分布广泛，主要由上更新统下段风积黄土和中更新统上段冲积黄土组成，岩性为粘质砂土和砂质粘土，厚度 042.23m，疏松多孔，垂直节理发育，富水性弱，除沟谷低洼处尚有少量地下水赋存外，其它地段民井均已干涸。新近系（N）砂岩孔隙水含水层主要分布于横 6 线以东地段，多被第四系松散层覆盖，沟谷中有零星出露，岩性主要有 18 层砂岩、砂砾岩和数层泥岩，钙质泥岩组成，砂砾岩单层最大厚度 38.81m，总厚平均 23.88m。砂岩、砂砾岩多固结疏松，孔隙发育，富水性弱中等，由于砂泥岩互层
25、，地下水多具承压性，水位标高 135.30199.75m，机井单位涌水量0.06251.6475l/sm，渗透系数 1.133032.621m/d，水化学类型为 HCO3-Ca 型，矿化度 340630mg/l。该岩组总厚度 0184.17m。二叠系上统（P2）砂岩裂隙水含水层（组）石千峰组（P2sh）砂岩裂隙水含水组：在横 8 线以西、背斜北翼地段，地表有零星出露，其岩性组成主要为中粒砂岩，局部夹泥岩粉细砂岩等，钻孔揭露的厚度最大 393.05 米。钻孔揭露到该层时多发生漏水，漏失量 12m/h，漏水钻孔占 30.8%，水位标高 170.01206.20m，水化学类型为 HCO3-Ca 型，
26、矿化度 390430 mg/l，井田内本含水组富水性弱。上石盒子组（P2s）砂岩裂隙水含水组：井田内多被上覆地层覆盖，在横 10 线以西沟谷中尚有零星出露，含水层由 545 层细、中、粗粒砂岩组成，厚 12.3470.29m。本组地层总厚 250.00400.00m。砂岩与泥岩互层多构成无明显水力联系的含水层（组） 。钻孔岩心裂隙率一般 05 条/米，裂隙力学性质多属扭性，次为张性。井田内仅 3 个钻孔在穿见该组时漏水，漏失量一般2.05.4m3/h，漏水深度相差较大，漏水标高在 180.00220.00m 之间，其富水性弱，水化学类型为 HCO3-CaMg 型，矿化度 350880mg/l。
27、二叠系下统（P1）砂岩裂隙水含水组本含水组包括下石盒子组（P1x）和山西组（P1s） 。在地表无出露，总厚 380m 左右。含水层由 218 层细、中、粗粒砂岩组成，累计厚度 109.89121.37m，平均 117.43m。为二 1 煤层顶板直接充水含水层。由于其地表无出露，埋藏深，裂隙不发育，因此其富中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 9 页水性弱。井田内的 26 个钻孔中仅 ZK407、ZK807 两孔在本统中发生漏水。石炭系上统（C3）灰岩岩溶裂隙水含水层埋藏深度一般 500700m，最大深度 753.46m，最浅 367.77m。由 35 层生物灰岩及燧石团块灰岩组成。井田
28、内的 26 个钻孔中，除 ZK010 一孔断失外，其余 25 个钻孔均揭露到本层，其中 13 个钻孔揭穿石炭系。据钻孔资料，灰岩多集中于上、下两段，中段为泥岩、砂岩等。上段灰岩 12 层，厚度 1016m，平均 13m；下段 23 层灰岩，厚1322m，平均厚 16m。本组灰岩总厚 1638m，平均 29m。为二 1 煤层底板充水的主要因素之一。上段灰岩距二 1 煤层底板约 13.06m，下段灰岩距二 1 煤层底板约 46.5m。揭露厚度一般 15.00m，其中有 4 个钻孔揭露厚度大于 40m，揭露最大厚度 73.53m。奥陶系中统（O2）灰岩岩溶裂隙水含水层埋藏深度一般在 580m 以深，
29、最浅 454m，由白云质灰岩组成，井田内有 12 个钻孔揭露到该层，因其埋藏较深，又处在地下水的迳流与排泄区的交接处，地下水交替迟缓，岩溶不发育，钻孔中岩心溶蚀不明显，揭露到该层时，仅 ZK 东 210 一孔发生漏水现象，漏失量 1.8mg/l，漏水标高 188.32m。据 ZK1207 孔抽水试验资料，钻孔单位涌水量为0.0193l/sm，渗透系数 0.0722m/d，水位标高 177.96m，富水性弱中等，水质类型为HCO3-MgCa 型和 HCO3-CaMg 型，矿化度 460600mg/l。根据地层综合柱状图中显示，本含水层距二 1 煤层底板约 100m 左右。b.隔水层上二叠统泥岩隔
30、水层主要由上石盒子组泥岩、砂质泥岩组成，总厚度约占该组的三分之二，单层最大厚度大于 50m，岩石完整，隔水性好。下二叠统山西组下部泥岩隔水层由二 1 煤层、底板泥岩、砂质泥岩组成，底板厚 1030m，平均厚 13.06m，在井田内相对较稳定，为二 1 煤层底板主要隔水层。但若遇断层或在相对较薄地段隔水性能变差，易使下部岩溶水进入二 1 煤层。上石炭统中段泥岩、砂岩隔水层上石炭统中段的泥岩、砂岩占本组总厚三分之二，岩石完整，裂隙不发育，可视为相对隔水层。厚度大约 46.5m.中石炭统本溪组含铝岩系隔水层由铝土岩、粘土岩、泥岩等组成，厚度 3.1735.99m，平均厚 15.29m，最大厚度35.
31、99m，相对较稳定。但在该层相对薄弱段或构造破碎段隔水性能变差，石炭系岩溶裂隙水含水层易与下部的奥陶系岩溶裂隙含水层发生水力联系，对开采二 1 煤层构成威胁。井田水文地质条件本井田二 1 煤层水文地质类型为三类二亚类二型，即岩溶充水、底板进水，水文地质条件中等的矿床，其主要依据是：a.二 1 煤层顶板充水因素分析二 1 煤层顶板含水层主要由第四系松散层孔隙含水层、新近系砂岩裂隙含水层、二叠系砂岩裂隙含水层组成。邻近矿井芦沟煤矿二 1 煤层顶板砂岩裂隙水井下少见，单点涌水量 316m3/h，仅占矿井总涌水量的 1%，这说明井田内二 1 煤层顶板含水层富水性中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计
32、 第 10 页弱，对开采二 1 煤层影响较小。b.二 1 煤层底板充水因素分析该含水层主要由石炭系灰岩组成，据西邻芦沟煤矿井下排水资料，二 1 煤层底板石炭系灰岩岩溶裂隙水涌水量 650850m3/h，占总涌水量 8085%，由此说明，井田二 1 煤层的主要充水来源为石炭系灰岩岩溶裂隙水。ZK1109 孔全孔岩芯较破碎，过二 1 煤仅3.0m 左右就见石炭系，且岩心较破碎，这又为石炭系灰岩岩溶水涌入二 1 煤层提供了通道。ZK010 孔，石炭系断失，使得奥陶系白云质灰岩岩溶裂隙水成为二 1 煤层直接底板充水的重要因素之一。c.断裂构造对开采二 1 煤层的影响 井田南北边界由 F10、F12、二
33、条正断层组成，使得井田内二 1 煤层与四周二叠系弱含水层相接，因此井田二 1 煤层开采时受周围含水层的影响较小。从钻孔穿见断层时的漏水情况和 ZK1207、ZK1007 在断层带的抽水情况看，断层带的富水性亦不强，但由于断层带的富水性不均匀，且断层为区域性断层，规模较大。因此，断裂构造对开采二 1 煤层有一定的影响。d.地表水体对开采二 1 煤层的影响井田内及其附近虽有几座小型水库，除张湾水库、曲梁水库常年有水外，其余水库库容较小，且干旱时干涸，对井田无影响；曲梁水库距井田较远，对井田影响不大。张湾水库虽在井田边界且有 F10 断层从其上部穿过，但 F10 断层地表露头远高于张湾水库水位，且自
34、身导水能力差，因此，井田内地表水体对开采二 1 煤影响也不大。矿井预计涌水量根据勘探报告，全矿井的正常涌水量为 865.16m3/h，最大涌水量为 1470.77m3/h，以此作为设计依据。1.2.6 开采技术条件煤层顶底板二 1 煤层直接顶板为泥岩或砂质泥岩，厚 0.8513.62m，平均厚 5m。分布不稳定，抗压强度低。由于断裂发育，在近断层带处泥岩力学强度远低于正常值。老顶为细中粒砂岩（大占砂岩） ，砂岩主要成分为石英，次为长石，胶结类型为孔隙式或基底式，胶结物为泥质，厚 1.0912.87 米，平均厚 6 米，力学强度大。在断裂发育地段，砂岩裂隙密度达 310 条/米，钻孔岩芯呈块状，
35、岩石力学强度低于正常值。二 1 煤层底板主要为泥岩，局部为细砂岩。厚 1.8136.93m，一般厚 21.40m。属半坚硬岩石类。据 ZK1108 岩石力学试验资料，在饱和状态下，抗压强度 51.4MPa，干燥状态下抗垃强度 5.82MPa，比重 272g/cm3，吸水率 0.30%。瓦斯根据勘探报告提供的瓦斯资料，经测定：二 1 煤中瓦斯含量相差较大，最小 1.595毫升/克燃（ZK208） ，最大为 16.991 毫升/克燃（ZK1107） ，具有一定的规律性。井田二1 煤层瓦斯自然组分以 CH4 为主，多在 50%以上，最大达 95.49%（ZK008） 。瓦斯分带规律明显，沼气带分布于
36、井田东半部南侧二 1 煤层埋藏较深部位，西部及浅部均为氮气沼气带。白石沟井田瓦斯含量 1.6016.99m3/t，一般小于 10m3/t，局部（ZK1107、ZK908 和东南角 ZK410、ZK008）瓦斯含量大于 10m3/t。故本矿井按高瓦斯矿井设计。中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 11 页煤尘无爆炸性。各煤层均无自然发火倾向。地温矿区内恒温带深度为 46.67m，恒温带温度为 17.39。井田内测温钻孔地温梯度值在 1.632.28/100m 之间，平均为 2.0/100m。1.3 井田勘探程度河南省地质勘查开发局第二地质勘查院于 2004 年 8 月提交了河南省新密市白
37、石沟井田煤炭勘探报告 ，详细查明了井田地质、水文地质及工程地质特征，详细查明了井田边界断层及井田内小断层的发育情况，特别是先期开采地段内构造特征，二 1 煤层厚度、结构及煤质变化情况。计算了可采煤层储量。勘探报告提交的各项地质资料能够满足矿井设计的要求，可以作为矿井设计的依据。井田位于五指岭白寨背斜东端之南翼，密县新郑复向斜之北翼，岗亚腰断层（F10）和梁山断层（F12）之间的地垒构造上，其基本构造形态为一向东倾伏的宽缓背斜。轴向呈近东西方向，向东倾伏，两翼基本对称，分别倾向北北东和南南东，倾角 1020 度左右。井田南北边界为断层、井田内发育 2 条小规模的正断层。东部有滑动构造（对二 1
38、煤层无影响） 。井田构造复杂程度应为中等。本区内可采煤层共三层。其中二 1 煤层为井田主要可采煤层，一 1、七 4 煤层为局部可采煤层。一 1 煤埋藏较深，厚度小，且含硫高，属国家政策禁采煤层；并且顶底板水文地质条件复杂，开采条件不好，必然增加开采成本。七 4 煤层局部可采，远距二 1 煤层近400m，并且已被小煤窑开采多年，仅剩深部和个别边角地段可采，初期开采效益差，故本次设计暂不考虑开采一 1；七 4 煤层资源量作为后备储量，后期可以考虑在深部建小井开采。主要可采煤层二 1 煤层除井田东北缘不可采外（0.46 米） ，其余煤层均可采，厚度0.8512.74m，一般 35m，平均 4.11m
39、。厚度变化系数 78.5%。煤层结构简单，一般无夹矸或个别有 12 层夹矸。且煤质变化较小，因此煤层的稳定程度应属较稳定类型。本区内煤层煤质较好，主采煤层二 1 煤层不易自燃，无煤尘爆炸危险。并且煤层厚度大，层位稳定，煤层结构简单，顶底板条件较好，易于管理。但本矿井为高瓦斯矿井，矿井涌水量较大，开采中需采取相应对策。报告存在的不足和建议：普详查阶段钻孔封闭质量较差，煤矿开采时应制定针对措施，以防造成矿井水患。勘探报告中未做煤的坚固性系数、瓦斯放散初速度、煤层瓦斯压力等参数测定。建议建设单位委托有资质的部门进行鉴定，对矿井煤与瓦斯突出的危险性做进一步分析研究。中国矿业大学 2012 届本科生毕业
40、设计 第 12 页2 井田境界和储量2.1 井田境界2.1.1 井田范围根据以上原则以及本矿井的实际情况，确定本设计井田范围为：北：以梁山断层（F12）为界；南：以岗亚腰断层（F10）为界；东：以牛奎寨滑动构造为界；西：以煤田地质勘探中地质勘探线为界。由于本井田地质构造中等，煤层起伏变化不大，本设计将以煤层赋存角度不同切割成三个块段，分别记为 A 块、B 块、C 块。井田面积总面积为 A、B、C 三个块段之和，故井田总面积：S=SA+SB+SC=2767985+6087232+5075513=13930748m2=13.93km2注：计算面积使用的是 AutoCAD2004 的面积计算程序。所
41、计算得的面积为投影水平面积，除以煤层倾角的余弦值，换算成井田的面积。2.1.2 井田尺寸井田走向长度为 0.62.2km，倾斜长度为 8.4km，面积约 14 Km2。2.2 矿井地质资源量2.2.1 储量计算基础矿井储量是矿井开发和各项建设工作的客观基础条件，因此，对储量的圈定与计算必须以十分认真的态度，严肃对待。为保证储量具有足够的可靠性，在进行矿井储量技术时，应按照下列步骤进行。原始资料的检查中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 13 页储量是确定矿井生产能力的基础。因此，首先对计算储量用的各类原始地质资料进行全面的研究和审核。确定勘探类型并选择不同储量级别的勘探密度当对勘探工程
42、作出可靠性的评价以后，应根据规范中对勘探区的构造复杂程度及煤层稳定程度，确定勘探类型与选择不同储量级别的勘探密度，以此编制储量计算平面图。确定不同储量级别的边界线按照不同的煤层，参照其勘探类型规定的各级储量计算所需要的勘探密度，结合设计矿井的具体地质条件，分别确定其不同储量级别的边界线。选择储量计算的方法根据地质构造、煤层变化、勘探工程等情况，结合煤矿设计的具体要求，选择合理的储量计算方法，以保证计算出的储量可靠，满足设计要求。2.3 矿井工业资源/储量矿井地质储量是勘探地质报告中提供的 111b、122b、333 三级储量之和；矿井工业储量是勘探地质报告中提供的 333 级储量（乘以可信度系
43、数 0.8） 、111b、122b 之和。利用地质块段法和算术平均法计算本设计矿井工业储量。计算说明：矿井计算的煤层为二 1、七 4 煤层。井田内钻探工程基本线距，对矿井储量进行计算。储量计算结果详见表 2.3.1、表2.3.2。表 2.3.1 块段储量计算表煤 层 资源储量类型 查 明 动 用 保 有 备 注(121b) 1400 1400(122b) 2576 2576(333) 3866 3866二 1小计 7842 7842(111b) 381 381(122b) 115 115(333) 324 324七 4小计 820 381 439(111b) 381 381(121b) 140
44、0 1400(122b) 2691 2691(333) 4190 4190全井田合计 8662 381 8281中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 14 页表 2.3.2 井田边界及断层保护煤柱计算表矿井工业储量：Q 工业 =1400+2576+38660.87068.8（万 t） 。2.4 矿井设计资源/储量矿井工业储量减去设计计算的断层保护煤柱、井田边界保护煤柱和已有的地面建筑物、构筑物需要留设的保护煤柱等永久煤柱损失量后的储量。计算公式如下：矿井设计储量=工业储量永久煤柱损失永久煤柱包括井田境界、断层、铁路桥、村庄保护煤柱；永久煤柱的留设：断层保护煤柱根据勘探报告，井田内共有
45、4 条断层，其中 F10、F12 为区域性断层，分别为井田的南北边界；F11 为滑动构造（牛奎寨滑动构造） ，DF1、DF6 为地震物探推测断层，没有钻孔控制。F10、F12、F11 三条主要断层的富水性均较差。设计沿各主要断层均留设有防水煤柱。根据经验公式计算防水煤柱宽度： 式中： L防水煤柱宽度，m；M煤层厚度或采高，m；A安全系数，一般取 12.5；P隔水层所承受的水压，MPa；Kp煤的抗张强度，MPa。根据计算，断层防水煤柱宽度为 5080m。根据和成矿井的实际情况，并参见表 2.1、表 2.2，本井田范围内断层保护煤柱损失煤量为：Q 断层=22.86+330.49+123.60+51
46、4.65=991.6 万 t井田边界保护煤柱的留设块段编号块断面积（m 2）煤层厚度（m）煤层倾角（）煤层容重（t/m 3）工业储量（万 t） 备注井田边界 46524.4 3.96 5.10 1.53 2.83断层 DF1 118316.6 1.255 6.36 1.53 22.86断层 F12 791999 2.82 6.46 1.53 330.49断层 DF6 234715.4 3.43 4.74 1.53 123.60断层 F10 1131087 2.86 15.9 1.53 514.653pLMAK中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 15 页井田边界保护煤柱均留设 20m。
47、则总的损失煤量为:Q 断层=2.83 万 t故：矿井设计储量=工业储量永久煤柱损失村庄保护煤柱本井田地貌属低山丘陵区。由于地形较复杂，冲沟发育，故限制了村庄发展。井田内虽然村庄较少，但相对比较集中。设计将位于井田中部较为集中的煤窑沟、窦沟、窦沟北岗等几个村庄与工业广场结合考虑，统一留设煤柱。其余井田内村庄均按搬迁考虑。2.5 矿井设计可采储量矿井设计储量减去工业场地保护煤柱、井下主要巷道及上、下山保护煤柱后乘以采区回采率即为矿井设计可采储量。矿井设计可采储量计算公式如下：矿井设计可采储量=（矿井设计储量保护煤柱损失）采区回采率保护煤柱为：工业场地、主要巷道保护煤柱。工业场地保护煤柱留设按规范规
48、定，年产 60 万 t/a 的中型矿井，工业场地占地面积指标为 1.2 公顷/10 万t。故可算得工业场地的总占地面积：421.26710mS公 顷可知工业场地占地 72000m2，其沿倾向短边为 200m，走向长边为 360m 由于部分村庄保护煤柱与工业广场保护煤柱一起留设，故设其沿倾向短边为 800m，走向长边为 900m,根据建筑物级别围护带宽取 20m，工业广场处煤层倾角 =7.53，煤层埋藏深度 Ho=484.5m，松散层厚 h=40m，根据建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程规定和郑州地区其他矿井的经验数据，各参数选取如下：表土层移动角：50上山移动角： =70下山移
49、动角： =70-0.6走向移动角： =70根据垂直剖面法计算工业广场保护煤柱，计算见图 2.2.1 所示。经计算，梯形 ABCD 的面积为二 1 煤层保护煤柱压煤面积，则 S=1665798.81m2。则保护煤柱压煤量为：万 t式中: S保护煤柱面积，m2；M煤层厚度，m；煤层容重，t/m3。煤层倾角，。7068.9.28343t万0598536.8cos3cosMQ中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 16 页图 2.5.1 垂直剖面法留设保护煤柱矿井井下主要巷道及上下山保护煤柱留设根据本设计开拓方案知，主要巷道均为岩巷，西翼大巷间距留设 30m，暗斜井和东翼大巷间距留设 40m，两侧各留设 30m 保护煤柱，暗斜井两侧各留设 4
