120万吨新矿井设计论文大学本科毕业论文.doc
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1、第 六十八 页中国矿业大学2014届本科生毕业设计第一章 矿区概况及井田地质特征1.1 矿区概况1.1.1 地理位置及交通条件白洞矿井田位于大同煤田向斜中段东南侧,为大同矿区总体发展规划中的同忻联合井田白洞分区南部。本区位于大同石炭系煤田的东部,口泉河的中游,其地理位置位于大同市西南约18km处,行政隶属于大同市南郊区所辖,地理坐标为:东经11304911343,北纬39583740042。本井田位于塔山井田的东北部,东邻高庄村面窑沟煤矿、白洞村面窑沟煤矿;北与同忻井田毗邻;南为国投大同能源有限责任公司塔山煤矿(见图1-1-1四邻关系图)。 图1-1-1 四邻关系图铁路:口泉铁路支线从白洞矿东
2、南部穿过,并设有白洞站,自此向西沿口泉沟可达乔村站,向东北经平旺车站与北同蒲线及大秦线相接,南可达太原,东可至秦皇岛,并经大同北抵集宁、呼市、二连;东达北京等地。大同地区在口泉、西韩岭、湖东三地设编组站,煤炭货运及客运十分便利。公路:井田内主要有口泉至王村公路通过,向东北经口泉至大同市通往内蒙、北京、河北各地,亦可自口泉向东交于大(同)-运(城)公路干线,直达太原等地,区内尚有若干简易公路,公路交通十分方便。交通位置见图1-1-2。 图1-1-2 交通位置图1.1.2 气象与地震及水文条件1气象该区属于中温带、大陆性气候。冬季严寒,夏季炎热,气候干燥少雨,风沙严重,特点如下:(1)气温:年气温
3、、日气温变化显著,年温差可达60,日温差为11.616。以6、7、8三个月温度最高,月平均温度2430,极端最高气温36.6;以11、12、1、2月份温度最低,月平均温度-3.2-10.9,历年极端最低气温-21-25.9,冬季占全年时间近一半。(2)降水量:年降水量为247499.2mm,降水时节强度极不均匀,以11、12、1、2、3、4六个月降水量较少,为3461.6mm,占全年降水量的5%21%;7、8、9三个月降水量较大,为248.9388.6mm,占全年降水量70%以上。(3)蒸发量:年蒸发量15392367.5mm,以5、6、7三个月蒸发量最大,占全年蒸发量的50%60%,蒸发量大
4、于降水量49.5倍。(4)风力:有风日数占全年的75%以上,风向以北、北西向最多,年平均风速2.63.1m/s,各月最大风速17.030.5m/s。雁北之风沙驰名山西省,风力一般为35级。(5)结冰和解冻:每年初霜日期9月底或10月初,终霜日期翌年4月底或5月初,历时半年之久。土壤冻结在11月底或12月初,冻结深度为105186cm。2地震1949年以后,直到1989年发生大同县阳高县地震为止,除1952年10月8日22时24分在崞县发生过5.5级地震(震中烈度八度)之外,大同及周围地区地震以众多的小震形式出现,绝大多数为无感地震,没有造成什么破坏。3水文条件本区属海河流域、永定河水系、桑干河
5、支系。本矿区内主要河流为口泉河。口泉河位于大同市西南,发源于左云县水窑乡,该河自西向东横穿该井田,流域面积600km2,全长50km,河宽20150m,坡度12.5,树枝状水系,径流量甚小,为渗漏性、间歇性河流。河水靠矿井排水和大气降水补给,日常径流量00.22m 3/s,洪峰流量为60m 3/s,最大洪峰流量为691m 3/s。(1964年5月31日实测)。1.1.3 外部建设条件1水源白洞矿生活饮用水由同煤集团统一供给,供水量3000m3/d;井下消防用水、井下酒水、筛分车间用水、绿化用水、浇洒道路、地面消防用水及生活设施用水利用矿井水,以上用水约需3500m3/d。目前侏罗系矿井排水量平
6、均4800m3/d左右,可以满足现在和将来各方面的用水需求。2电源本矿井建有35kv新白洞变电站,供电电源引自四老沟110kv变电站,为双电源供电。四老沟110kv变电站距新白洞变电站1.5km左右。目前供电电源完全能满足矿井延深后的生产需要。3主要建筑材料供应条件本区属大型煤炭基地,长期以来形成了可靠的材料供应来源,并且当地也有部分的矿用材料加工厂,为矿井的建设提供了便利条件。1.2 井田地质特征12.1井田地形及煤系地层 井田内多为黄土覆盖,基岩仅出露于沟谷底部及山脊,根据以往及补充勘探地质资料,井田内发育地层由老到新为:太古界集宁群、寒武系、奥陶系、石炭系中统本溪组、上统太原组、二叠系下
7、统山西组、侏罗系下统永定庄组、中统大同组、云岗组、第四系中、上更新统、全新统。 白洞矿井田位于大同煤田中、东部,经勘探及开采证实井田内赋存的煤系地层为侏罗系中统大同组、石炭系上统太原组、二叠系下统山西组。由于本井田批采的侏罗系煤层已经采空,二叠系山西组地层在本井田仅零星赋存于南部边缘,因此对侏罗系中统大同组地层和二叠系下统山西组不再叙述。石炭系上统太原组(C3t)为本区主要含煤地层,按岩性组合及沉积序列可分为三个岩段。上段在本井田顶部多受到剥蚀,岩性顶部为灰黑色、灰色、浅灰色中、粗砂岩、砂质泥岩,夹有不稳定1号煤层,中下部主要为灰白色细砂岩、粉砂岩、深灰色泥岩、砂质泥岩,含3号、5、6号煤层,
8、以上组成太原组的第三旋回,主要以泥炭沼泽相、泛滥平原相为主。中段上部为粉细砂岩及砂质泥岩,下部为砂质泥岩及中、粗砂岩,含不稳定的7号煤层,井田局部地区夹有灰色铝土泥岩,为太原组的第二旋回,以分流间湾相、泛滥平原相为主。下段为太原组的第三旋回,为深灰色、灰黑色砂质泥岩、泥岩、细砂岩、粗砂岩、粉砂岩及8、9、10号煤层等组成,底部为一中粗石英砂岩(K2),井田内平均厚3.07m,以河口沙坝相、泥潭沼泽相泛滥平原相为主。太原组的沉积标志:岩石类型中粗碎屑岩较本溪组增加,粉砂岩,泥岩含量较少,煤的含量最高。其物质成分,粗碎屑岩在底部为石英砂岩,中部为石英杂砂岩,上部为长石岩屑石英杂砂岩等;泥岩以高岭石
9、,水云母为主。以上说明太原组沉积物经历的搬运及筛选作用较本溪组变弱,主要反映了过渡相陆相的沉积。此外根据前述的沉积构造特征、古生物标志均可以得出,太原组的沉积环境为由三角洲前缘环境向河流环境的快速过渡。其垂向岩相序列见(图3-2-1)。本组厚53.70-106.07m,平均78.61m(见太原组地层厚度等值线图3-2-2),含丰富的动植物化石,与下伏地层整合接触。1.22地质构造本区位于大同煤田的中东部,区内地层基本上呈向北倾斜的单斜,地层倾角1-5,内部有一些缓波状的起伏,东北部为一向北倾伏的向斜。井田内目前尚未发现有落差较大的断层,区内上部侏罗系煤层在白洞矿开采中,共揭露落差较大、延伸较长
10、的断层1条。白洞矿在石炭系建井及试生产过程中共揭露落差大于1m 的断层1条。在开采3号煤层时结露的其它较多的断层落差均在1m以下,而且很多断层只断开煤层,顶底板均未错断,属层间断层,故未将其下延。至此,白洞石炭系井田内目前共有断层2条,未见有陷落柱,地质构造简单。1断层F1断层:位于井田中西南部,走向N30E,倾向S60E,倾角69,落差12m,为西一盘区上升的正断层,延伸长度1057.61m,该断层为开采侏罗系煤层揭露,推延到石炭系煤层的断层。F2断层:位于井田的北部中央,断层走向N12E,倾向S80E,倾角67,落差6.5m,为西一带区上升的正断层,延伸长度927.76m。2. 褶曲本井田
11、内地层平缓,地层总体向北倾斜,倾角一般1-5,区内呈缓慢上升或下降,褶皱没有发育。3岩浆岩大同石炭二叠系煤田中,岩浆活动主要是印支期的煌斑岩,以岩床的形式侵入煤系地层,对煤层破坏性大。在白洞井田内的勘探钻孔中目前尚未发现有煌斑岩侵入。区外的白15号钻孔中,见有煌斑岩侵入8号煤层,8号煤层中有4层,单层厚度0.13-0.81m。煌斑岩侵入处煤层受到烘烤变质,成为天然焦及其它变质煤,前者失去了工业价值,后者灰份增加,挥发份降低,发热量减少,难以洗选,其价值受到了极大的影响。4断层、褶曲、岩浆岩对煤层开采的影响(1)断层大同石炭二叠系煤田,经受了印支期、燕山期、喜山期三次构造运动。由于受上述三期应力
12、的作用,其构造形迹会发生继承、交接和转化作用,因而其中发育的断裂构造应较侏罗系地层的断裂构造复杂。而在白洞矿井田内无大的断裂构造,3号煤层已大面积开采,现井田内共发现落差大于1m的断层2条,其中有1条(F1)为侏罗系揭露下延至石炭系,另外1条为建井及生产中揭露,断层中落差最大的为F1,落差12m,为侏罗系揭露的断层,对煤层开采、工作面的布置会造成一定的影响。F2断层为开采3号煤层揭露,最大处落差6.5m,给煤层开采也造成困难,同时对煤层工作面的布置也会造成影响,但给顶板维护带来困难。总之,白洞矿井田内断层对煤层的开采影响不大。(2)褶曲井本田大部分地区的地层产状平缓,这种平缓的波状起伏构造对煤
13、层的破坏作用不大,对煤层的开采也不会带来不利影响。(3)岩浆岩 白洞矿井田内目前尚未发现岩浆岩以岩床形式的侵入。在8101、8103、8105、8107工作面发现了辉绿岩岩墙(1),以岩墙的形式侵入,岩墙宽9m,近直立状,由近SN向向北在8101工作面转为N25 E向,岩墙侵入处两侧的煤层均受其烘烤,发生焦化变质。使煤层的灰分明显上升,挥发份大幅度下降,工业用途受到极大的影响。据白洞矿井下观测,岩墙对两侧煤层破坏的宽度一般3-5m。可见,岩墙对煤层的破坏作用轻微。1.2.3 水文地质白洞矿井东界外为石灰岩出露区,区内石灰岩为石炭系煤系地层的基底,岩溶水位标高10101040m,石炭系可采煤层均
14、为带压开采,本区位于岩溶水水文地质单元补给迳流区。1. 含水层的分布与特征(1)奥陶系石灰岩含水层奥陶系地层构成了本区煤系的基底,埋深300-550m,顶界标高770-890m,总体为一向斜构造,地层60m以上在本矿的中南部为粉砂质泥岩与灰岩互层,含水性极弱,北部钻孔揭露灰岩虽然破碎,但多属闭合裂隙,含水小,灰界顶界60m以下为主要含水层段,单位涌水量为0.03-0.086L/sm。井田石灰岩含水层由于主要接受东部露头灰岩区大气降水的补给,补给量有限,井田石灰岩含水层富水性弱。(2)太原组含水层太原组含水层主要分布在5号煤层与8号煤层之间的砂岩带,岩性为不同粒级的砂岩,厚度15-20m,3号煤
15、层与5号煤层之间砂岩少见,即使有砂岩赋存大部分为粉砂岩,太原组含水层由于埋藏深,岩石胶结致密,地下水的补给条件差,含水层富水性弱。(3)山西组含水层山西组地层仅分布于本矿南部,含水层富水性弱。(4)永定庄组含水层永定庄组地层在本区内广泛分布,上部为紫红色的泥岩夹砂岩,下部为厚层状的砂岩,砂砾岩,砂岩厚80-150m,是太原组3号煤开采时的直接充水含水层。永定庄组砂岩以钙质胶结为主,质硬,在裂隙发育地段,可以是良好的含水层,无裂隙处,含水性极弱。永定庄组含水层总体属于富水性弱的含水层,局部构造发育段,属于富水性中等的含水层,由于补给条件差,矿井排水主要消耗的是静储量。 2矿井水文地质类型白洞矿井
16、位于大同煤田中东缘地段,总体为一轴向北东的向斜构造,地表黄土广布,为低山丘陵地貌。本区为双纪煤系,上部为侏罗系含煤地层,下部为石炭系含煤地层。侏罗系大同组煤层大部分已采空,在本区的东北部向斜的轴部有采空区积水赋存;永定庄组、山西组、太原组含水层是开采煤层的直接充水含水层,含水层的富水性弱,矿井涌水量一般小于3000m3/d;太原组下伏奥陶系岩溶裂隙含水层是煤系下伏间接充水含水层,灰岩含水层补给条件差,灰岩含水层岩溶发育弱,含水层富水性弱。虽然主采煤层3、5、6、8、9号煤层属于带压开采煤层,即使存在局部奥灰突水问题,其突水量也不会很大。本区5号煤层厚度大,煤层采后导水裂隙带将沟通东北部14号煤
17、层的采空区积水,由于侏罗系采空积水范围较为清楚,开采5号煤层前,通过打探放水孔将采空区的水放掉,采空区积水的治理是比较容易的。综上所述:根据煤矿防治水规定,白洞井水文地质类型划分为中等类型。3. 井田涌水量预测开采3号煤层时,矿井涌水量平均值为1423.42m3/d。最大涌水量可根据以往矿井涌水量最大值与平均值的比值进行预测。20022008年矿井涌水量最大涌水量与平均涌水量的比值为1.121.26,取最大值,则开采3号煤层时,最大矿井涌水量为1719.31m3/d。1.3 煤层特征1.3.1 煤层埋藏大同煤田为双纪煤田,即侏罗纪煤层和石炭二叠纪煤层重叠赋存。区域含煤地层为中生界侏罗系中统大同
18、组、古生界二叠系下统山西组、石炭系上统太原组。侏罗系大同组为一套内陆河湖沼泽相沉积,由各种粒级的砂岩、粉砂岩、泥岩和煤层沉积而成。煤层多、间距近、煤层分叉合并较为普遍,地层厚度一般234m,煤层总厚度26m,其中可采煤层1421层,含煤系数11%,属弱粘结煤,原煤灰分10左右,发热量一般为33MJ/kg,为优质动力用煤。二叠系下统山西组为一套内陆河流相沉积建造,由一套灰、深灰、灰白色、灰黄色中粗砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、煤层组成。地层厚度一般45m,含山1、山2、山3、山4四层煤,其中仅山4号煤层局部可采,煤层总厚015.85m,平均厚6.80m,含煤系数15。石炭系上统太原组为网状河到泥炭沼泽
19、相的沉积类型,为过渡相含煤建造。主要由灰、灰白色砂岩,灰黑色粉砂岩、砂质泥岩、泥岩和煤层组成。地层厚度0130m,一般85m左右。共含煤10余层,煤层总厚0.1151.13m,一般15-25m,平均20.26m,含煤系数达23.8。煤类主要为气煤,局部为1/3焦煤和弱粘煤。原煤灰分一般为24.12%28.67,全硫除8号煤层大于1外,其余均小于。发热量一般为19.74 21.82MJ/kg。主要用于动力用煤,洗选后还可作为炼焦配煤。本区煤层埋藏深度较深,没有煤层露头,煤样化验资料未发现有风氧化现象。1.3.2 煤层条件1煤层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,由于
20、由于本井田批采的侏罗系煤层已基本采空,二叠系山西组地层在本井田仅零星赋存于南部边缘,石炭系上统太原组煤层是本次工作研究的对象,石炭系上统太原组地层厚53.70106.07m,一般厚为78.61 m,主要可采煤层分布较稳定,该组在本井田内共含煤10层,煤层平均总厚为21.90 m,含煤系数27.9 %,其中可采煤层为3、5、6、8、9号5层,其它为薄而不稳定,仅零星赋存,工业价值不大。区内太原组5个可采煤层分述如下:(1)3号煤层位于太原组上部,上距K3标志层0-9.90 m,平均5.40 m,井田南部、南东部赋存可采,向北西遭受冲刷变薄为零,有时直接位于永定庄组K8砂岩之下,含0-5层夹矸,一
21、般2-3层。井田内煤层厚度01.37m,平均0.68m,赋存区内属稳定煤层,可采性差。顶板岩性炭质泥岩、细砂岩,底板为炭质泥岩。(2)5号煤层为太原组最厚一层煤,位于本组中上部,上距3号煤9.30-13.28m,平均11.84m。除井田西北部遭受剥蚀外,均有赋存并可采,煤层厚度4.1-4.9m,平均4.53m,含0-5层夹矸,属稳定型,顶板岩性炭质泥岩、高岭质泥岩,底板为炭质泥岩。(3)6号煤层上距5号煤层1.6613.83m,平均5.52m,井田大部赋存,可采范围在中东部,向北西与南部变薄,属较稳定的大部可采煤层,煤层厚度0-5.45m,平均2.29m,煤层结构简单,含夹矸0-4层,顶板岩性
22、为炭质泥岩、高岭质泥岩,底板为炭质泥岩、粉砂岩。(4)8号煤层上距6号煤层平均27.23m,8号煤层广泛分布于全井田,可采范围位于井田中部,煤层厚度0-6.41m,平均2.83 m,向南东变薄至不可采,煤层结构简单,含夹矸0-4层,属较稳定型煤层,顶板为高岭质泥岩、粗粒砂岩,底板为炭质泥岩、细砂岩。(5)9号煤层上距8号煤层0.9916.57m,平均7.31m。井田内煤层厚度0.42-7.20m,平均2.48m。煤层结构简单,含夹矸0-4层。广泛赋存于全井田,仅3个钻孔不可采,且都位于井田边部。区内煤层厚度变化不大,富煤带位于井田中部,属稳定煤层。煤层顶板为炭质泥岩、细砂岩,底板为炭质泥岩或粉
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