采矿工程毕业设计红菱井工矿开采3000万吨新井设计毕业设计Word下载.docx
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总观全区为一平缓的地形。
2)矿区的气候,雨期及降雨量
本区属于温寒带大陆性气候,多风。
冬季以西北风为主,最大风速为25.2米/秒,最高气温为38°
C,最低气温为-30.6°
C。
本区最大降雨量为686毫米,雨量集中在七八月份,为395毫米,占全年降雨量的58%。
3)矿区的冻结期,冻结深度及地震震级
本矿区的冻结期为11月至第二年4月,土冻结深度为139公分,最大积雪为200毫米。
本区位于华北地震区辽南地震十度带,属于四类裂度区。
最大震级为1975年2月4日晚七时中心在海城,波及本区为5.5级,最大震源为30公里。
1.2井田及其附近的地质特征
1.2.1井田地层
本井田全区均为第四纪所覆盖,从钻孔资料和综合分析其他层从老到新分别述如下:
1)奥陶系中统:
该统为青灰色,杂色厚层壮石灰岩,质地,含海相动物化石,并有大的溶洞与裂隙。
2)石炭系中统本溪组:
该组可分为两段,上部为灰岩段,下部为杂色泥岩段。
上部共含灰岩3~5层,靠底部为G层粘土或山西式铁矿,厚度为80~110米,与奥陶系(中统)假整合接触。
3)石炭系上统太原组:
其整合于本溪组之上,该组可分为四个段:
①上部含煤段②中部砂岩段③下部含煤段④下部砂岩段。
公含七层,编号8~14,为本区主要含煤地层。
底部为灰白色砂岩,其上为黑色泥岩粉砂岩为主,偶夹有薄层砂岩。
8煤顶板的海相泥岩中含有石燕海百合化石,其中10煤、12煤最为发育,为全区主要可采煤层,该组厚90~110米。
4)下二迭系山西组:
其整合与太原群之上。
该组可分为两段:
上部含煤段,由黑色泥岩、粉砂岩及煤组成,计含煤7层,编号1~7。
下部砂岩段,为灰白色中细粒砂岩,厚层状结构,其中5、7煤最为发育,为全区主要可采煤层。
本组厚约70~110米。
5)下二迭系石盒子组:
该组上部为紫红色、灰绿色、灰白色等杂色泥岩及粉砂岩,顶部为不稳定的A层粘土。
中下部为稳定的B层粘土。
其间为杂色泥岩。
下部为中粗粒砂岩,厚度为220米左右,与下部的山西系整合接触。
6)上二迭系上石盒子组:
上部为杂色泥岩,灰绿色泥岩。
下部为巨厚层状中—巨粒砂岩,具交错层理,泥岩中含植物化石碎片。
该层厚度约为350米左右,与下部的下盒子组整合接触。
7)上二迭系石千峰组:
上部为厚层紫红色,具交错层理的砂岩,下部为砾石层,凝灰质胶结,砾石多为火山岩,厚度约为400米左右,与下部的上石盒子组系整合接触。
8)侏罗系中统:
角度不整合与下部的石千峰组之上,上部由紫红色凝灰质粉砂岩及细砂岩组成,底部为砾岩层,砾岩成分主要为石灰岩,该层仅见于井田西北角几西南角,厚度为0~500米。
9)第四系:
上部为腐植土、亚砂土、亚粘土,中部为流砂层、粘土层,底部西翼为砂砾岩,东翼为粘土层,厚度为70~110米,含水丰富。
1.2.2含煤地层
本区含煤地层由下二迭系山西组和上石炭系太原组组成,系一套由海陆交互相逐渐过渡到陆相的含煤地层,共含煤十四层,其中山西组含煤七层,太原组七层。
其中太原组的10煤、12煤为全区沉积稳定,为大面积可采煤层,而其他的则为局部发育的可采煤层或不可采煤层。
从上而下分述如下:
山西组:
粉砂岩:
深黑色,含植物化石,厚约1.5米。
粘土岩:
深灰色,厚度约0.9米。
灰黑色,由细条带状斜层理,含植物化石碎片及黄铁矿结核,厚约2.0米。
粘土层:
灰黑色,含粉砂质,并含植物根化石,厚约3.6米。
黑灰色,含大量的植物叶化石,厚约2.1米。
1号煤层:
黑色,亮型煤,易破碎,为不可采煤层,厚度在0.06~0.94米之间,不可采。
深灰色,含植物根化石,厚度约0.5米。
泥岩:
黑灰色,含植物化石碎片,易破碎,厚约0.6米。
深灰色,下部含较多的植物叶、茎化石,厚约0.6米。
细砂岩:
灰白色,坚硬,厚约0.8米。
2号煤层:
黑色半暗型煤,煤质不好,含细泥条带及黄铁矿结核,厚度在0.05~0.92米,为不可采煤层。
灰褐色,含植物根、茎化石碎片,厚度约1.1米。
灰~灰黑色,含植物化石碎片,细条带状层理,厚度约1.9米。
灰白色,石英质,质密坚硬,具波状层理,厚约3.1米。
3号煤层:
黑色,易破碎,粉末状,厚度在0.07~0.13之间,为局部可采煤层。
灰黑色,含粘土质,厚约0.4米。
灰黑色,较坚硬,含植物化石碎片,厚约3.4米。
灰黑色,含植物化石碎片,厚约0.9米。
黑色,含海百合茎石燕、珊瑚等化石,贝壳状断层,无层理,厚度约3~5米。
是良好的标志层之一。
4号煤层:
黑色,半暗型煤,厚度在0.05~0.25米之间,为不可采煤层。
黑灰色,水平层理,有根茎化石碎片,厚约1.9米。
深灰色,厚层状,含云母,厚度约为1.1米。
深灰色,含炭质,薄层状,厚约0.5米。
5号煤层:
黑灰色,半暗型煤,粉末状,下部有时夹0.1米的炭质泥岩,厚度在0.12~2.05米之间。
为不可采煤层。
深灰色,含植物根化石,厚约1.2米。
黑灰色,有黄铁矿结核,含粉砂质,厚度1.5米。
灰黑色,质密性脆,厚度2.1米。
6—1号煤层:
黑色,粉末状,夹泥岩条带,厚度在0.06~0.82米之间。
黑色,含粘土层,含植物根化石,厚约0.8米。
灰色,致密,质纯,厚约0.2米。
深灰色,含钙质及方解石脉,厚约1.5米。
黑灰色,结构致密,含植物叶化石碎片,厚约2.1米。
6—2号煤:
黑色,粉末状,质不纯,夹泥岩条带,厚约0.15~1.10米之间,为不可采煤层。
灰褐色,含大量的植物根化石。
结构致密,遇水易破碎,参差状断层,厚度在0.5~1.0米之间。
该层在井田内不普遍发育,为局部标志层(C层粘土)。
深灰色,含植物化石碎片,条带状,水平层理,厚约3.5米。
中砂岩:
灰白色,坚硬,含植物化石碎片,厚约4.6米。
灰黑色,厚层条带状,水平层理,厚约4米。
7号煤层:
黑色粉末状,全区沉积不稳定,最大厚度为3.07米,最小厚度为0.28米,为不可采煤层。
粉砂质泥岩:
灰黑色,含细层理,并有大量的植物化石,厚约3.0米。
7—2号煤层:
黑色,易破碎,粉末状,为局部发育的不可采煤层,厚度一般为0.06~0.25米。
炭质泥岩:
黑色,含炭质较高,厚约0.4米。
灰黑色,含大量的植物化石碎片,厚约1.5米。
粗砂岩:
灰白色,厚层状,厚度5~20米。
以石英,长石为主,胶结物多为泥岩、粘土质。
其全区发育,为本区的主要标志层之一。
太原组
黑色,致密,无层理,喊菱铁矿结核,并有腕足、斧足类等海相动物化石。
该层全区发育稳定,厚约4~8米,为该区的主要标志层之一。
8号煤层:
黑色,粉末状,易破碎,半亮型煤。
平均厚度0.8米,为不可采煤层。
灰白色,厚层状,致密坚硬,厚约1.48米。
灰白至灰黑色,条带状,质地坚硬,厚约1.3米。
灰黑色,结构致密,含动物化石,局部出现泥灰岩,厚约2.10米。
9号煤层:
黑色,亮型煤,粉末状,易破碎,厚约0.03~0.78米,为不可采煤层。
灰白色,致密坚硬,含植物根化石,厚约2.4米。
10号煤层:
黑色,易破碎,粉末状,半亮型煤,平均厚度4.3米,为全区可采煤层。
灰白色,以石英、长石为主,致密坚硬,厚度20米。
。
12号煤层:
黑色,易破碎,粉末状,全区发育,为井田的主要可采煤层之一,平均厚度7.2米。
灰黑色,含粘土质,并含大量植物化石,易碎,厚度6.1米。
灰白色,厚层理,致密坚硬,厚约1.0米。
灰黑色,含植物化石碎片,厚约2.5米。
13号煤层:
亮型煤,黑色,煤质不好,有时相变为炭质泥岩,极易破碎,为不可采煤层,厚约0.03~2.58米。
灰褐色,含大量的植物根化石,极易破碎,厚约0.52.0米。
嘿灰色,性脆,含方解石脉,厚约2.0米。
灰黑色,含粉砂质及菱铁矿结核,厚约1.3米。
灰黑色,块状,厚约1.1米。
14号煤层:
亮型煤,黑色,粉末状,厚度在0.09~0.77米之间,为不可采煤层。
黑色,含炭质及植物化石随片,厚约0.5米。
黑灰色,厚约1.7米。
灰色~灰白色,局部含炭线,并含大量的植物化石,致密坚硬。
以石英、长石为主。
厚度在18米左右,是本区较好的标志层。
1.2.3岩性特征
本区含煤建造的太原组和山西组岩性特征比较明显,横向分布比较稳定,在地层剖面上呈有规律的变化。
含煤建造有碎屑岩、粘土岩、化学岩三大类岩类组成,其中以碎屑岩为主(占85.23%),粘土岩次之(占9.07%),化学岩最少(5.7%)。
一般太原组较山西组细。
1.2.4岩相特征
本区石灰二迭系含煤沉积岩相是一套结构简单,有变化规律的沉积物,下部太原组以海相为主,含有过渡物。
山西组以过渡物为主,含有海相。
根据沉积物的岩性特征,本区曾发生普遍海侵七次,其中太原组内五次,山西组二次。
区内沉积可分为三大类11种:
1)海相大类:
⑴浅海碳酸岩沉积相。
⑵浅海泥相,粉砂质沉积相。
⑶滨海砂质,粉砂质沉积相。
2)过渡相大类:
⑷砂洲、砂嘴、砂坝砂质沉积相。
⑸泻湖、海湾泥质、粉纱质沉积相。
⑹泻湖海湾滨岸,砂质、粉砂质沉积相。
⑺水下三角洲砂质沉积相。
⑻滨海平原,湖泊泥质,粉砂质沉积相。
3)陆相大类:
⑼滨海复水沼泽相。
⑽滨海泥炭沼泽相。
⑾滨海沼泽相。
1.2.5水文地质
1)水文地质条件及特征
本井田位于松辽平原南部,下辽河平原东侧。
第四纪地层发育,厚达百余米,形成了含水丰富的冲程平原。
本区东翼由于东部山坡风化堆积了较厚的粘土层,形成了较好的隔水层。
而西翼受到河流冲积作用,堆积了较号的以砂、砂砾岩为主的松散层,又与煤系地层露头直接接触,不利于隔水。
本区水文地质特征是上覆于煤系地层的第四纪松散,厚度较大,含水丰富,水质较好,可供矿区水源用。
而煤系地层则埋藏较深,煤系上覆岩层很厚,且坚硬致密,不易导水。
其它岩层含水极为微弱,有利于煤层开采。
本区沙河横穿井田中部,注入太子河,属于季节性河流。
冬季细流,宽20~100米,水深1~2米,夏季平均流量204立方米/秒,最大流量为1590立方米/秒,最高洪水位为+37.47米。
区内第四纪地层上部普遍发育有15~30米粘土层、亚粘土层,做地表水向深部渗透差。
2)含水层评述
a.第四纪松散孔隙承压强含水层:
70~110米,由粘土、亚粘土、砂、砂砾石组成。
本区普遍发育,为含水丰富透水性强的主要含水层。
单位涌水量为2.09~4.77升/秒米,渗透系数5.627~14.054米/日,静止水位深2.00~6.00米,年变化幅度3.00米。
地下水温9~18°
地下水潜流方向由北向西南,即235°
地下水主要靠大气降水补给。
b.煤系上部上下石盒子组砂岩微弱裂隙承压含水层:
全厚393.49米。
含水层厚为113.99米,单位涌水量为0.00028~0.00644升/秒米。
渗透系数为0.00028~0.00178米/日。
属微弱含水层。
c.山西组、太原组煤系极弱裂隙承压含水层:
该层总厚度185米,含水厚度9.51~54.23米,平均41.63米,单位涌水量为0.00000501~0.00087升/秒米。
渗透系数0.00026~0.000615米/日。
属极弱含水层。
d.本溪组灰岩、砂岩裂隙承压含水层:
由砂岩、灰岩、泥岩构成,厚度4.5~127.46米,砂岩含水层平均厚度26.310米。
灰岩在本区发育有3~5层,厚度较薄,一般3~5米,岩质致密,透水性差,单位涌水量为0.00163~0.002升/秒米。
渗透系数0.00074~0.00394米/日。
属弱含水层。
e.奥陶纪灰岩岩溶含水层:
单位涌水量0.000129升/秒米。
渗透系数0.0001126米/日。
本区只在上部裂隙做了抽水试验,水量很小,属弱含水层,但在露头处漏水严重,深部奥陶纪灰岩含水情况不名。
鉴于该井田露头全为第四系所覆盖,未专门采风氧化带煤样,基岩强风化带为10米,弱风化带为25米左右。
因此,由煤层露头向里推15~30米为风氧化带。
1.3矿层质量及矿层特征
1.3.1煤层及可采煤层
本井田含煤地层为下二迭系山西组及上石炭系的太原组,计含煤14层。
1~7煤层赋存于山西组,8~14层于太原组。
10煤、12煤全区发育稳定,余者皆为沉积不稳定的煤层,虽有局部可采点,但因构不成大块段无法开采,现将主要可采煤层自上而下分别叙述如下:
1)5煤层:
位于山西组顶部,为全区发育的可采煤层,为简单结构煤层,煤厚变化不大,平均厚度为3米,顶底板均为细砂岩。
2)7煤层:
位于山西组底部,为全区发育的可采煤层,其局部发育两层,下分层为不稳定层,可采部分厚1.00米~1.40米,一般厚度为1.04米。
顶板厚层状黑白相间条带状细粉砂岩,局部为海相泥岩。
其底板为厚层状粉砂岩。
7煤距5煤层约10米。
3)10煤层:
位于太原组顶部,为全区发育的可采煤层,平均厚度6.1米。
顶板为粗砂岩,海相泥岩。
底板为粘土质粉砂岩。
10煤层与7煤层间距45米。
4)12煤层:
位于太原组下不,全区发育,平均厚度3.1米。
顶板厚层状海相泥岩,直接地板为粘土岩,粘土质粉砂岩含大量植物化石,老底为灰白色中砂岩,厚3~5米。
其顶底板有时夹薄层炭质伪顶和伪底。
12煤距10煤20米。
1.3.2瓦斯、煤尘、自然发火
表1-1煤层顶底板岩石性质
Table1-1Rockcharacteristicofcoalseamroofandfloor
岩性颜色性质特征
泥岩灰黑色含植物化石碎片,易破碎
细砂岩灰白色灰白色,坚硬
粉砂岩深黑色黑灰色,含植物化石
8煤黑色易破碎,粉末状
泥岩黑灰色细粒结构,条带状分布,松散易破碎
粉砂岩灰白色细粒结构,分选性差,胶结好
泥岩黑灰色有黄铁矿结核,含粉砂质
10煤黑色黑色易破碎,粉末状
泥岩灰黑色含植物化石碎片,易破碎
泥岩灰黑色含植物化石碎片,易破碎
12煤黑色黑色,粉末状,半亮型煤
1)瓦斯及其赋存规律
本矿井属于高瓦斯矿井,随着煤层开采面积和深度的增加,其瓦斯涌出量不断的增大,其规律为:
瓦斯含量沿走向方向变化规律是:
由北向南逐渐增大。
沿煤层倾斜方向:
由浅至深瓦斯含量略有增大的趋势。
地质变化个构造影响区:
一般情况下瓦斯较大。
以上几点规律除煤层形成过程中本身所特有的原因外,最基本的因素还
是地质因素,首先和上赋岩性、厚度有关。
2)煤尘
本区煤层均为粉末状,煤层十分干燥,采支后空气中煤尘含量较大,一般在非洒水情况,可达470㎎/m³
,最小为250㎎/m³
,经煤尘爆炸实验有爆炸危险。
3)煤的自燃
本区的10煤、12煤均有自燃发火的倾向,其发火原因如下:
煤层结构以粉末状为特点,氧化面积大。
煤中伴有黄铁矿,呈结核状或细脉状,有的呈侵染或鳞片状,加之含微量硫、磷,煤层开采后暴露在空气中,煤和黄铁矿氧化过程中都会产生和积聚一定的热量,如遇水将起化学反应成硫酸根,就在硫酸的生成与分解过程中,热量剧增,给煤的自燃创造了有利的条件。
煤的物理化学性质是煤的自燃的先决条件。
本井田煤层虽属烟煤,但挥发分含量高,燃点较低,各层煤最高挥发分含量均在25%以上。
因此,本井田自燃趋向较高,自燃发火期3~6个月。
为防止自燃发火应从以下几方面采取措施:
用注水、阻化剂等以延长发火期。
回收采空区浮煤,使之减少到最低程度。
采空区必须及时封闭。
采用均压通风措施,控制采空区进氧。
加快开采速度。
建立其它放火技术措施。
本井田是高沼气矿井,又有煤尘爆炸危险,因此,防止煤的自燃对矿井安全生产是十分重要的。
1.3.3煤质
1)煤的物理性质及煤岩特性
井田内各种煤层均为深黑色,条痕为棕黑色,玻璃~强玻璃光泽,中~细条带状结构,层状结构,内生裂隙发育,性脆易破碎,大多呈粉末状及细粒状,块状较少。
煤层偶见弱细光泽,木质结构。
12煤近顶板附近常含有团状及侵染状黄铁矿和透明体。
井田内各煤层属高等植物所组成的,太原组各煤层多由半亮型和光亮型组成。
而山西组各煤层多由半亮型和半暗型煤组成。
各煤层凝胶化组分较少,丝炭化组分次之,稳定组分少见。
矿物质主要是呈大小不一的侵染或结核状粘土和黄铁矿,石英次之,方解石更少。
2)煤质标号
按中国煤质分类国家标准(GB5751—86)依东煤公司地质局化验室提供的化验结果,本井田煤层可划分出气煤、肥煤、焦煤三个煤种。
其中气煤挥发分含量在32.73%~34.73%之间,一般为34.72%,胶质层最大厚度在17.00~22.66,一般为19.79。
肥煤的挥发分含量在22.74%~19%,一般为30.81%,胶质层最大厚度在25.10~48.00之间,一般为33.65。
焦煤挥发分含量在18.85%~29.97%之间,一般为26.01%,胶质层最大厚度在9.00~25.00之间,一般为20.97。
煤层柱状见图1-2。
岩石名称
柱状
累深(m)
层厚(m)
岩性描述
粗砂岩
390.1
11.4
灰白色、胶结较差
粉砂岩
394.0
3.9
灰色、含植物化石
煤
397.6
3.6
含0.1厚泥岩4层
灰色泥岩
397.9
0.3
无层理
399.0
1.1
含0.1m厚泥岩1层
399.3
400.5
1.2
黑色、含带状
400.9
0.4
1.3.4井田勘探程度及对勘探的要求
补充勘探
本井田精查阶段勘察网度按“三类九型”和“四类十六型”布置,确定了7条倾向勘探线,孔线距在400M左右,在以后的生产中,一方面在原有的勘探线上加密钻孔,以弥补精查阶段钻孔质量差,钻孔密度不足的缺陷,另一方面,矿井现水平采掘实践证实,本井田地质构造属二类偏复杂,局部地段达到三类,同时本井田小结构十分发育,为了配合生产,特别是为了配合综采工作面,在原有的勘探线之间又加密一条勘探线,重点解决偶早问题,所以在钻孔密度上没有严格控制。
深部水平根据规程规定,矿井地质条件分类为:
叫稳定煤层,属二类;
构造中等应属二类,其他开采技术条件复杂程度为一类。
以此为依据确定勘探线菊和控距为400m。
本井田地质条件分类工作虽然进行过,但由于各个水平,各个采取的地质构造条件差异较大,现有争议,所以一直没有成型。
2井田境界及储量
2.1井田境界
本井田以南北为走向,东西为倾向。
东为林盛堡向斜,西为煤层露头,南到沈一矿边界,北到F15断层,煤层浅部等高线按深部规律判断,倾角为12度左右。
该井田走向长度约为4.5千米,倾向长度3.5千米,井田面积约为16.1平方千米。
2.1.1井田境界
根据矿井设计规范的规定,采区开采顺序必须遵守先近后远,逐步向边界扩展的原则,并应符合下列规定[5]:
1)首采采区应布置在构造简单,储量可靠,开采条件好的块段,并宜靠近工业广场保护煤柱边界线。
2)开采煤层群时,采区宜集中或分组布置,有煤和瓦斯突出的危险煤层,突然涌水威胁的煤层或煤层间距大的煤层,单独布置采区。
3)开采多种煤类的煤层,应合理搭配开采,一般不得分采分运。
2)边界矿柱的留法及尺寸
a.井田边界矿柱留30米。
b.井田浅部防水煤柱斜长50米。
c.断层煤柱每侧各为20米。
2.1.2临近井田的开发情况以及与本矿的关系
本井田位于林盛堡向斜西边,其临近矿井有:
位于该向斜西翼中段的红菱煤矿,与该井田南部相比邻,设计能力为90万吨/年,改扩建后生产能力可达150万吨/年。
1969年12月15日开始建井,1976年3月20日移交,1978年1月正式生产,截止91年底该矿井保有储量为8958.9万吨,以焦煤为主,91年产量为116万吨。
位于红菱煤矿西南部有红阳三矿,1991年12月破土动工,设计能力为150万吨/年,储量为15816.4万吨,煤种以瘦贫煤为主。
位于本矿南辽阳市上岗子向斜西马矿,设计能力为75万吨/年,1978年开始建井,1989年移交,1990年3月正式生产。
截止2004年底保有储量为8859.7万吨。
煤种为无烟煤,2004年产量为23万吨。
本井田以断层和向斜为边界,充分利用自然条件。
在井田范围内,储量、煤层赋存及开采条件均与矿井生产能力相适应。
井田内有足够的储量和合理的服务年限。
井田走向长度大于倾斜长度,有两层煤,可保证矿井各个开采水平有足够的服务年限。
阶段高度及阶段斜长适当,矿井通风、井下运输较容易。
综上所述,红菱二矿矿区工业广场左右两侧各划分划分三个采区,其煤层赋存条件好,储量较大,开采条件也好。
2.2井田的储量
2.2.1井田的工业储量
1)矿井的工业储量:
勘探地质报
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