王晓鹏--矿井通风与安全设计 (3)

中国矿业大学2013届本科毕业设计 （论文）

位于石灰岩之下,本矿井主采煤层之一,为稳定可采煤层,发热量较高,容重:1.40t/m3,其顶板为石灰岩,常有0.3m左右之页岩伪顶,随采随落,底板为8#煤层顶板之黑色泥岩,平均厚度3.85米左右。灰白色细粒-中粒石英砂岩,胶结良好.位于太原组上部,在井田内常尖灭,为极不稳定煤层,其顶底板增为页岩。深灰色石灰岩,产有海相动物化石,在井田西北部相变为黄色细粒砂岩。位于K4石灰岩之下,为不稳定之不可采煤层,其顶底板均为泥岩。位于太原组中部K5、K4石灰岩之间,为不稳定之不可采煤层,系中-高灰分,中硫-富硫之焦煤, 发热量较高,其顶板为页岩、砂质泥岩，底板为砂质页岩。深灰色石灰岩，夹有燧石带条及团块，产有海相动物化石。位于K3石灰岩之下，部分地区尖灭，为极不稳定之不可采煤层，顶板为K3石灰岩，底板为砂岩。古石上太石生炭原位于太原组中下部，常常尖灭，为极不稳定之不可采煤层，其顶底板均为砂岩、粉砂岩。炭为厚层深灰色石灰岩，其中有条带状及团块状黑色燧石，石灰岩下部常有一层黑色页岩，厚度在1.5m左右，石灰岩中产有较为丰富的海相动物化石，系矿井充水的直接水源。位于K2石灰岩之下,本矿井主采煤层之一,为稳定可采煤层中富硫之煤,发热量较高,容重:1.40t/m3,其顶板为K2石灰岩,常有0.3m左右之页岩伪顶,随采随落,底板为2#煤层顶板之黑色泥岩,平均厚度2.15米左右。位于太原组下部,为结构复杂的不可采煤层系统组界页岩灰岩铝土砂岩粉砂岩煤层及夹矸图1.2 井田地层综合柱状

底部K3砂岩分布稳定，是3号煤层直接充水含水层。山西组砂岩多基底式和空隙式胶结，结构致密，节理裂隙少，岩石的含水性极弱，单位涌水量0.0025L/s.m，渗露系数0.001m/d，水质类型为HCO3-Cl-[K+Na].Mg型，矿化度0.624g/L，PH值7.8。

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（4）永定庄组砂岩裂隙含水层

本组含水层主要赋存在中下部，岩性以粗、中、细砂岩及砂砾岩为主，井田北部直接覆于太原组地层之上，为厚层状、巨厚层状，砂岩厚度40-70m，多致密完整，少数钻孔可见斜裂隙。本组地层埋藏较深，补给条件较差，属富水性弱的含水层。203号钻孔抽水试验抽干，水质类型为HCO3-[K+Na].Mg型，矿化度0.382g/L，PH值7.76。

（5）大同组砂岩裂隙含水层

大同组为石炭系含煤地层，煤层多，含水层为煤层之间的砂岩体，为层间裂隙含水层。

（6）云岗组砂岩裂隙含水层

云岗组地层在沟谷两侧多有出露，构成本区基岩裂隙含水层风化壳裂隙发育，在低凹的沟谷地段富水性中等。受相邻矿井开采的影响，风化裂隙潜水水位大幅度下降，区内的井泉都已干枯，地下水基本处于疏干状态。

（7）第四系冲积层

主要分布在口泉沟河床，岩性主要为砂砾岩、砂质粘土及粘土，厚度一般在10m左右，据以往勘探资料，含水较丰富，煤层开采使含水层下的隔水层被破坏，现以成为漏斗性河谷。

2）隔水层

井田内主要隔水层为石炭系中统本溪组，厚度为18.48-34.42m，平均24.45m，上部多为粉砂岩、砂质泥岩，下部为铁铝质泥岩，夹1-2层石灰岩。本溪组地层在全区分布稳定，是寒武系-奥陶系灰岩与上部煤系地层之间良好的隔水层。其次为煤系地层砂岩之间的泥岩、砂质泥岩，层数多，厚度不等。在横向上呈交替分布，具隔水、半隔水作用，对含水层之间的水力联系具有一定的控制作用。

3）地下水的补给、迳流、排泄条件

本区大气降水是地下水的主要补给来源，区内黄土覆盖，大气降水渗入条件差，除基岩风化壳及第四系冲积层直接接受降水补给，补给条件较好外，其余含水层补给条件均较差。大同组煤层经多年的开采，在地表形成了大范围的地表塌陷和裂缝，大气降水经导水裂隙渗入矿井而成为矿井充水的直接补给来源石炭二叠系地层埋藏较深，裂隙发育甚微弱，而且地表出露面积小，因而其补给条件和迳流条件均较差。奥陶系灰岩仅在井田东部边缘呈窄条状出露，地形高差大坡度陡，极不利于降水垂直入渗，岩溶水的补给条件差，本区岩溶裂隙不发育，埋藏深，岩溶水处于相对滞流状态，流动相当缓慢，水动力条件弱，2003-4（46304）号钻孔揭露灰岩83.62m，钻孔作为观测孔未封孔，奥灰水通过钻孔补给煤系地层。

区内地下水以矿井排水为主要排泄途径，石炭、二叠系裂隙水及奥陶系岩溶水因井田东部分布有太古界片麻岩，不透水，为隔水边界，使地下水的排泄受阻，仅有极少

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量流量从口泉沟排泄，地下水主要是往南排出区外。

4）井田水文地质条件综合分析

根据上述分析表明井田的水文地质条件与地形地貌、气候、地层岩性、地质构造有密切的关系。

从地形地貌上看，井田为低山丘陵地貌，受近代地壳不断上升的影响，地表切割成纵横交错的沟谷，这决定着地表径流的畅通排泄,对地表径流渗入地下这一因素给与强烈的影响。

本区属山西高原半干燥的大陆性气候，年降雨量很小，蒸发量是降雨量的4－5倍，造成大气降水不能大量补给地下水之先决条件。

从构造上看，井田内断裂构造不发育缺少地下水赋存、远移的空间。

从地层岩性上看，煤系基底寒武－奥陶系碳酸盐岩海相沉积物，埋藏深，溶岩裂隙不发育，岩溶水水循环交替弱，基本呈滞流状态，虽然岩溶水位标高高于煤层底板，8号煤层承受的静水压力大，局部地区有突水的可能，但岩溶水富水性弱，即使透水也以净储量为主，对煤层的影响不会有太大影响。煤系地层为碎屑岩建造，在经历了成岩固结作用后，岩石致密，随着埋藏深度的增加，岩石的含水性变弱，永定庄组、山西组、太原组的砂岩含水性极为微弱；大同组以上含水层由于煤层开采而遭破坏，地下水经地表塌陷裂隙潜入井下形成采空区积水，然而3号和9号煤层顶板导水裂隙带高度小于上、下层煤之间的距离，采空区积水正常情况下对下部煤层的开采影响不大。

综合上述分析，井田为水文地质条件简单区，水文地质类型为二类一型。 5）矿井充水因素分析

矿井充水是不同来源的充水水源以不同方式和途径进入矿井的过程。大气降水是不同类型地下水的补给来源，太原组煤系地层埋藏深，大气降水只能通过井田东部以外的露头区顺层补給煤系地层，是矿井充水的间接因素；山西组、太原组含水层是3和9煤层直接充水含水层，煤层开采后砂岩裂隙水通过冒落带以淋水、滴水或渗水的方式进入矿井，是矿井充水的主要因素；奥陶系灰岩岩溶水位底部煤层间接充水含水层，只有当隔水层厚度小于临界隔水层厚度时，或由导水断层存在的前提下，才可能以突水的方式进入矿井，本区缺少奥灰水位资料，分析以往资料，在井田的东南部8＃煤层底板隔水层厚度较薄，有突水的可能性，煤层开采到该地段时，应提前做好超前探水工作。本设计前期开采9煤层，因此，不会受奥灰水的影响。石炭系地层水文地质条件较为简单，太原组地层含水性不大，无富水含水层。矿井充水水源为大气降水，冲洪积层潜水，侏罗纪煤层采空区积水，尤其上部采空区积水危害较大，奥陶系灰岩岩溶水也可对煤系地层进行补给。

（1）上层采空区积水 （2）.奥陶系灰岩岩溶水

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（3）小窑积水 6）矿井涌水量预测

根据矿井地质勘探报告提供，并参照相邻矿井石炭系开采时的情况计算，预测矿井正常涌水量为190m3/h，最大涌水按正常的1.5倍计算为280 m3/h。

7）矿井岩层地温情况

根据山西煤田地质勘探115队2005年5月提交的《山西省大同煤田白洞井田（石炭二叠系）煤炭资源勘探地质报告》资料表明，该矿井无高温热害区。 1.3煤层特征 1.3.1煤层赋存条件

该井田内赋存中生代侏罗系大同组、二叠系山西组和石炭系上统太原组煤层，本设计开采为石炭系上统太原组煤层。

太原组含煤地层，厚32.13m～220.92m，一般厚175.90m，由灰、灰白、灰黑色砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥岩、煤层等组成。砂岩以灰黑色为主，成份主要为石英，次为长石和岩屑，胶结较好，磨圆度中等，多为次圆和次棱角状，含有较为丰富的植物化石。太原组在该井田内共含煤7层（2、3、5、6、7、8、9），煤层总厚2.60～12.12m，平均厚8.94m，含煤系数16.3% 。其中可采和局部可采煤层为3、9号煤，其它为薄而不稳定煤层，工业价值不大。

1）煤层情况

区内太原组可采煤层分述如下。

（1）3号煤层：位于太原组上部，煤厚0～6.40m，平均厚2.15m，含有1～5层夹石，为简单结构，分布于本区大部，北部西部有无煤区，属于较稳定煤层。

（2）9号煤层：煤厚0～7.82m，平均厚3.85m，结构较简单，局部含夹石，大部可采，仅在本区南部及北部有两个面积很小的不可采区分布。属稳定煤层。

开采煤层特征见表1.3。

表1.3 煤层特征表

煤层厚度 最小~最大 平均 0~6.4 层间距 最小~最大 平均 1.30~15.75 顶板 炭质泥岩、细第 14 页 共 14 页

煤层号 3

岩 性 夹 矸 稳定性 及可采性 底板 炭质泥岩 1~5 较稳定大 中国矿业大学2013届本科毕业设计 （论文） 1.95 9 0~8.82 4.05 2）煤层顶底板情况

17.31 砂岩 炭质泥岩、细砂岩 炭质泥岩、粉砂岩 0~4 部可采 稳定可采 各煤层顶底板岩性：石炭系上部煤层的顶板受到山西组不同程度的冲刷，岩性变化大，而且3～5、5～6、8～9煤层之间局部为近距离煤层，层间距变化亦较大。

（1）3号煤层：顶板一般为灰黑色炭质泥岩，细砂岩、砂质砾岩，有时相变为灰白色砾岩，局部发育有伪顶，岩性为炭质泥岩。底板为炭质泥岩。

（2）9号煤层：顶板厚1.37～16.53m，平均7.89m。为深灰色炭质泥岩，或灰褐色细砂岩。底板为炭质泥岩或粉砂岩。 1.3.2煤质

1）物理性质

该区的煤层为以弱玻璃光泽为主，少数玻璃光泽或沥青光泽，结构有层状和军一状，参差状断口，内生裂隙较发育，裂隙中充填碳酸岩类矿物。视密度在1.30～1.53，平均在1.4左右，真密度在1.47～1.72，平均在1.52～1.65。宏观煤岩按平均光泽类型划分，多以半亮型煤为主，半暗型煤为辅。半亮煤以亮煤为主，与暗煤以条带状分布，中夹细条带状或理状镜煤。显微煤岩在203号孔做了镜下鉴定，总体看有机组分以镜质组为主，丝质组次之；无机组分粘土矿物为主。镜煤最大反射率在0.73～0.78%，属II变质阶段。

2）化学性质

（1）水分：原煤空气干燥基水分两极值在0.37～3.56%，各煤层水分平均含量一般在1.50%左右。

（2）灰分：从钻孔煤芯煤样化验资料看，原煤为中灰—富炭煤，6号和5号煤层灰分平均分别为30.49%和30.17%，以高灰煤为主，中灰煤为辅。3号、9号、8号煤层平均分别为26.86%、22.24%、27.00%，以中灰煤为主，高灰煤为辅，有少数低灰煤。

（3）挥发分：原煤干燥无灰基一般在35～40%，属高挥发分煤。

（4）全硫分：3、9号煤层平均值小于1.00%，均以低硫煤为主，但有部分中低硫和中硫煤；6号煤层平均为1.20%属中硫煤；8、5号煤层平均分别为2.18%和2.92%，7、8、5号煤层属中高硫煤。

（5）发热量：原煤发热量均在19.49～29.01MJ/kg之间，按塔山矿井和王坪矿井资料为4000～4800大卡/克，属中—高热值煤。

纵观太原组煤层从上到下，灰份、全硫含量逐渐增大，挥发份变化不大，精煤回

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