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大采高一次采全高的上覆岩层特性分析.rar

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    大采高 一次 采全高 岩层 特性 分析
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    中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 1 页1 矿井概况与地质特征1.1 矿井概况1.1.1 地理位置与交通凉水井井田地处陕西省榆林市以北、神木县以南,属于榆神矿区,行政区划隶属神木县西沟乡、麻家塔乡及瑶镇管辖。210 国道西(安)—包( 头)段从矿区西侧通过,榆神府二级公路(204 省道)和西( 安)—包(头)铁路并行从井田南缘的矿井工业场地南侧通过。矿井北至神木县城 16 km、大柳塔镇 76 km 包头 304 km,东经神木到府谷 90 km,南距榆林市 94 km、西安市 770 km。区内各县、乡之间均有公路相通,并与省内“米”字型公路网相连,向省外辐射,与蒙西、晋北以及宁北地区形成四通八达的公路网。西(安) —包(头)铁路神延段通过矿井南部,在本矿井附近分别设有锦界车站、凉水井车站,神(木)—黄(骅)铁路线神朔段在神木北站与西包铁路接轨,矿井交通十分方便。榆林机场已开通至西安、包头航线,航空运输快捷方便。矿井交通位置如图 1-1-1 所示。1.1.2 地形与河流井田位于陕北黄土高原北部,毛乌苏沙漠之南缘,属丘陵区。东部为黄土梁峁沟谷地貌,西部为波状沙丘地,地势开阔。井田南部、北部黄土冲沟发育,梁峁区及沙丘区植被覆盖良好,主要以沙柳、沙蒿、柠条、沙打旺等为主。地势总体呈西低东高的特点,最大高差 226.40 m,一般标高+1220.00 m 左右。本区属黄河一级支流窟野河流域。西部边界大致为窟野河与秃尾河之分水岭。北部的麻家塔沟流和南部的西沟沟流为窟野河一级支流,均为长年性流水,受区内东西向分水岭制约,两沟分别于神木县城北、南两地注入窟野河内,据长观资料,麻家塔沟流量一般为 528.75 L/S,西沟流量一般为 256.80 L/S。井田内其它沟流均属季节性,流量随季节变化明显。中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 2 页36°109° 10° 1° 12° 13°637°38°39°40°37°38°39°40°109° 10° 12° 13°1°一一 一一 一 一一一一一一一一一一一一 一一一一一一 一一 一 一一一一一一一一一一一 一 一一一一一 一 一一一一一一一一一一一 一一 一一一210一210一210一109一 109一204一一一一一 一304一一 一210一图 1-1 矿井交通位置图中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 3 页1.1.3 气象及地震本井田属中温带半干旱大陆性气候,冬季寒冷,夏季炎热,昼夜温差悬殊。当年 11 月至次年 3 月为冰冻期,冻土最大深度 146cm;最大积雪厚度 12cm;元月初至 5 月初为季风期,多为西北风,多年平均风速 2.5m/s,最大风速 25m/s,年平均气温 8.5℃,极端最高气温 38.9℃,极端最低气温_28.5℃,年平均降雨量 436.7mm,且多集中于 7、8、9 三个月;年平均蒸发量 1907.2~2122.7mm ,是降雨量的4~5 倍。根据国家地震局和建设部 2001 年颁发的 GB50011-2001《建筑抗震设计规范》规定,区内地震烈度为Ⅵ度,设计基本地震加速度值为 0.05g。据史料记载,除公元 1448 年和1621 年在府谷、榆林、横山发生过 5 级地震外,在本区再未发生过 4 级以上地震。1.1.4 水源、电源、通讯和经济状况西北电网 330kV 供电线路已分别送至榆林和神木,榆林至神木、榆林至店塔镇的两条 11kV 电源线路已经建成使用。从榆林镇北台变电站出线的矿区 110kV 供电专线已送至锦界,并已在锦界建成二座 110/35kV 变电站,矿井电源可从锦界 110/35kV变电站接取。矿井永久水源为锦界水厂,其上级水源取自瑶镇水库蓄水,瑶镇水库已于 2004 年建成,从水库通往锦界水厂的供水管网也已建成投运,故矿井水源可靠。本区属榆林市电话网,矿井地面通讯经神木、锦界并入榆林市通讯网络与全国各地联系,矿井对外通讯方便。矿区农作物主要有小麦、谷子、玉米,经济作物以豆类为主,矿区工业主要以煤炭生产为主,其余有电力、纺织、建材等工业。1.2 井田地质特征1.2.1 地质特征井田位于榆神矿区东部,是鄂尔多斯盆地的一部分,地层区划属华北区陕甘宁盆地分区。本井田基本被第四系覆盖,仅在北部、东部沟谷中有基岩出露。根据地质填图成果及钻孔揭露,本井田地层由老至新依次为:三迭系上统永坪组(T3y),侏罗系中统延安组(J2y)、直罗组(J2z),新近系上新统保德组(N2b)、第四系中更新统离石组(Q2L)、上更新统萨拉乌苏组(Q3S)、全新统风积沙(Q4eol)及冲积层(Q4al)。现分述如下:(1) 三迭系上统永坪组(T3y)该套地层是陕北侏罗纪煤田含煤地层的沉积基底,区内未出露,其岩性为一套巨厚层状浅灰绿色、灰绿色细--中粒长石、石英砂岩,含大量云母及绿泥石,成分以石英、长石为主,分选性及磨圆度中等,泥质或泥钙质胶结,具交错层理和水平层理,局部含石英砾、灰绿色泥质包体、煤屑及黄铁矿结核。(2) 侏罗系中统延安组(J2y)为本井田的含煤地层,全区分布,在井田南部的四卜树沟、梁家湾沟,北部的石板台、山榆树圪崂、梁家沟,东部的碱房沟等沟谷中有出露,按含煤性、沉积旋回自下而上分为五段。受“古直罗河”冲刷及沉积后期剥蚀,第五段缺失,第四段仅井田西南缘残存,第三段井田西部保存完整,东部大范围内保存不全,第二段井田东部局部地段亦中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 4 页有剥蚀现象,第一段全井田分布。地层厚度 77.97(L1)~180.10m(P120),平均142.68m,与下伏三迭系上统永坪组呈平行不整合接触。(3) 侏罗系中统直罗组(J2Z)除井田西部边缘 J105、J107 钻孔一带仅存 9.50--12.25m 的中-粗粒砂岩外,全区均被剥蚀,与下伏延安组呈平行不整合接触。岩性以巨厚层状黄灰、黄绿色、局部紫杂色中-粗粒长石砂岩,分选性中等,滚圆度以次棱角状为主,钙质胶结,不显层理。(4) 新 近 系 上 新 统 保 德 组 (N2b)出露于北部孟家石庙、黄家庙、山榆树屹崂、上榆树峁及碱房沟一带,地表最大出露厚度 54.06m,据钻孔揭露,其厚度 2.90-74.50m,平均厚度 31.61m。岩性主要为浅红色、棕红色粘土及亚粘土,含不规则的钙质结核,呈层状分布。局部地段底部为 10-30cm厚的砾石层,砾石成份多为石英砂岩、砾岩等,钙质胶结,坚硬致密。本组地层因含动物骨骼化石而称为“三趾马红土” 。与下伏侏罗系中统直罗组呈不整合接触。(5) 第 四 系 中 更 新 统 离 石 组 (Q2l)区内广泛分布,主要出露于井田中、东部,地表最大出露厚度 34.78m,据钻孔揭露,厚度 0~60.00m,平均厚度 26.43m。岩性以灰黄色、棕黄色亚粘土、亚沙土为主,其中夹多层古土壤层,含分散状钙质结核,砾径一般 3~5cm,最大 10cm,发育垂直裂隙。与下伏地层呈不整合接触。(6) 第 四 系 上 更 新 统 萨 拉 乌 苏 组 (Q3S)井田内局部分布,主要出露于响水河、凸扫沟、海子沟一带。据填图资料,厚度一般 8~10m,最大 18m;据钻孔揭露,厚度 0~18.60m,平均厚度 8.56 m。岩性主要由灰黄色、灰绿色、灰褐色及灰黑色粉沙、细沙、中沙组成,夹亚沙土、亚粘土和泥炭层。局部底部含有豆状钙质结核。与下伏地层呈不整合接触。(7) 第 四 系 全 新 统 冲 积 层 (Q4al)及 风 积 沙 层 (Q4eol)冲积层:主要分布于沟谷中,岩性以灰黄色、灰褐色细沙、粉沙、亚沙土和亚粘土为主,含少量腐植土,底部多数含有砾石层,砾石直径 3~4cm,分选性、滚圆度均差,一般厚度 1.5~5.0m 左右。与下伏地层呈不整合接触。风积沙层:广泛分布于本井田西部,以固定沙丘、半固定沙丘形式覆盖于其它地层之上。岩性主要为浅黄色、褐黄色细沙、粉沙,质地均一,分选性好,磨圆度较差,厚度 0~30.76m,平均厚度 6.69m。与下伏地层呈不整合接触。1.2.2 构造特性凉水井井田位于榆神矿区东北部,井田内地层平缓,倾角不足 1°,构造总体趋势为倾向 NWW 的单斜构造,在此基础上发育一些极其宽缓的小型波状起伏,未见岩浆岩,也未 发 现 落 差 大 于 15m 的 断 层 , 本井田构造属简单类。邻近的锦界井田东部边界靠近凉水井田处通过地震勘探发现有 F1、F2 两条断层,断层落差分别为 0~15m、0~8m,因此在生产过程中应引起注意。1.2.3 水文地质中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 5 页(一) 地表水井 田 为 黄 河 支 流 窟 野 河 流 域 , 西 部 边 界 部 位 为 窟 野 河 与 秃 尾 河 分 水 岭 , 北 部 的 马 家塔 河 流 和 南 部 的 西 沟 河 流 均 为 窟 野 河 支 流 , 常 年 流 水 。 井 田 中 部 东 西 向 分 水 岭 将 地 表 水划 分 为 南 北 流 域 。 南 部 流 域 西 沟 河 流 量 256.80L/s,大的沟流为凸扫沟,流量为43.28-156.96L/s。北部马家塔河流量 528.75L/s,较大沟流为王家石庙沟,流量为53.09-186.46L/s,其余支沟均属季节性流水,北部沟谷中建有多处水库,其中孟家石庙水库库容较大,库容量 109200m3。(二) 含、隔水层井田中部东西向分水岭将地表水划分为南北流域,依据赋水特征将井田地下水划分为孔隙潜水含水层和基岩裂隙含水层两种含水类型。1. 孔隙潜水含水层(1) 新生界松散层孔隙潜水含水层主要分布于井田西部,岩性为粉沙~中沙,厚度 0~30.76m,平均厚度 6.69m,透水性能好,不含水或含水微弱,与下伏地层组成单一含水层,水位埋深 3.50m,泉流量一般在 0.14~0.325L/s,属弱富水。在基岩掩盖区与基岩风化裂隙承压水组成复合含水层。(2) 第四系全新统冲积孔隙潜水含水层主要分布于较大沟岸阶地及沟谷漫滩,岩性为细沙、中粗沙、亚沙土及沙砾石层组成,孔隙大,补给条件优越,富水性较好,厚度 1.5~5.0m,水位埋深 0.2~9.0m,泉流量一般 0.08~9.375L/s,属弱到中等富水。(3) 第四系上更新统萨拉乌苏组孔隙潜水含水层区内分布极不均一,在中西部出露,受隔水层顶面起伏影响,厚度变化大。东部黄土沟壑、梁峁区缺失,由于该层厚度小,且分布不连续,潜水位低,富水性弱。水文地质调查孔及松散沙层抽水孔资料显示,萨拉乌苏组厚度 3.00~18.60m,平均厚度8.56m,岩性为灰褐色、灰黑色、灰黄色中~细沙,主要接受大气降水及凝结水补给,沿隔水层底板向低洼处汇集,以分散下降泉直接或间接排泄出地表。沟谷水位埋深 2.70m,泉的流量南部 0.14~5.618L/s,属弱到中等富水;北部泉流量较大(52 号泉群)达32.22L/s,属中等富水。松散沙层在先采地段为透水层,不含水,仅井田西北部 Lk20 号钻孔松散沙层抽水孔略有显示。2. 中更新统离石组黄土与新近系上新统保德组红土相对隔水层主要分布于东部梁峁区郝家圪崂、黄家庙、盆堰一带。离石黄土以亚粘土、亚沙土为主,含分散状钙质结核,厚度 4.50~60.00m,平均厚度 26.43m,孔隙度大,结构疏松,垂直节理发育,易被地表水冲蚀,相对隔水。梁峁区埋深较大,富水性弱。保德组红土以粘土为主,致密、坚硬,厚度 2.9~74.50m,平均厚度 31.61m,是本区主要隔水层。3. 基岩裂隙含水层(1) 侏罗系中统直罗组基岩裂隙含水层仅分布井田西部边缘 J105、J107 号一带,厚度 9.5~12.25 m,岩性为灰黄绿、灰白色厚层状中、粗粒砂岩,局部夹粉、细砂岩,岩性疏松碎裂,少数钙质胶结,砂岩硬度大,裂隙发育,具有较好渗透性和储水条件。平均单位涌水量为 0.0402L/s·m,平均渗透系数 0.142m/d,富水性弱。中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 6 页(2) 侏罗系中统延安组基岩裂隙承压含水层① 4 -2煤上覆基岩段裂隙含水层东部 L1、P123 号钻孔一带缺失。岩性为一套灰色、灰黄色、灰绿色中、细粒砂岩,局部夹粉砂岩及泥岩,上部风化强烈,裂隙发育,具有良好的渗透性及储水条件。厚度9.37~81.81m,平均厚度 42.98m,水位埋深沟谷区 0.20m,梁峁区 48.0m,单位涌水量0.00362~0.094L/s·m,富水性弱。② 烧变岩裂隙孔洞潜水含水层仅在井田内石板台村北水库东侧出露,砂岩烧变后呈棕红色,以片状、块状等不规则条带状分布,泉流量 0.221L/s,水质属 HCO3-Ca、Mg 型水,矿化度 0.254g/L,富水性弱。(三) 补给、迳流与排泄本区沙层潜水以接受大气降水直接补给为主,凝结水补给微弱。该含水层的地下水流向受黄土及粘土隔水层顶面形态控制,在井田中部有东西向的分水岭,其北属麻家沟流域,地下水向东北迳流,其南属西沟流域,地下水向东南迳流,最终以下降泉的形式排泄于西沟或麻家塔沟的支沟中,与此同时,另一部分则被蒸发。侏罗系碎屑岩孔隙裂隙承压水主要接受区域侧向补给和上部地下水的渗透补给,基岩出露区则直接接受大气降水沿裂隙向岩层微弱渗透。其次是沙层孔隙水通过透水“天窗”入渗补给,沿基岩面一般由高向低运移,被沟谷切割后,便以泉的形式泄出地表。(四) 水文地质条件评述本井田煤层直接充水含水层为各煤层顶板砂岩裂隙水。由于地表无大的水体,其上有黄土与红土覆盖,补给条件差,据 L4、LK5、LK9 号钻孔抽水试验资料:单位涌水量0.001~0.0094L/s·m,小于 0.1L/s·m。故井田水文地质勘探类型为二类一型,即以裂隙充水为主的水文地质条件简单的矿床。由于本井田煤层埋藏浅,基岩覆盖层薄。煤层开采后工作面的冒落带或裂隙带直接进入沙层含水层,容易引起工作面溃水溃砂,造成工作面停产,因此在开采过程中,对回采工作面接近沟谷区域,应加强监测。提前做好准备,提高矿井排水能力。(五) 矿井涌水量预测2005 年陕西汇森煤业公司委托煤田地质局 185 队对首采区和首采工作面地下水分布、富水性进行勘测,2005 年 12 月陕西省煤田地质局 185 队提出《陕西汇森煤业开发有限公司凉水井煤矿首采区水文地质勘探报告》 ,该报告预测结果:矿井正常涌水量 327m3/h,最大涌水量为 510m3/h。1.3 煤层特征1.3.1 煤层特征井田内含煤地层为侏罗系中统延安组,厚 77.97m~180.10m,平均 142.68m,自下而上分为五个含煤段,每段含 1 个煤组,共含 6 层煤,其中可采为 4-2煤层。4-2煤 层 是井田内的可采煤层,位于延安组第二段顶部,最大埋深 180m,煤层底板标高 1124~1156m,面积 57.36 km2。在四卜树沟、大西梁,石板台、山榆树屹崂等沟中均有出露,在石板台、山榆树屹崂沟谷中露头部位发生自燃,在大西梁北,上榆树峁、王家中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 7 页院、碱房沟附近被剥蚀,煤层由西向东变薄,在矿区中、西北部煤层较厚, 约为 5.60m-6.4m,而在东部、南部及西南部煤层相对较薄。在东部 D3 线以东煤层逐渐变薄,至不可采。 4-2煤层厚度 1.20-6.40m,平均厚度 6.0m,含夹矸 0-3 层,夹矸厚度 0.08-0.65m,一般 0.30m 左右,岩性多为泥岩和粉砂岩。顶板岩性以粉砂岩—细粒砂岩为主,局部为中粒砂岩和泥岩,偶见泥岩伪顶。煤层底板岩性以粉砂岩为主,局部为细粒砂岩和泥岩。综 上 所 述 , 井田内 4-2煤 层 为 厚 煤 层 , 全 区 可 采 , 厚 度 变 化 小 , 结 构 简 单 , 煤 类 以 长 焰煤 (CY41)为 主 , BN(31)次 之 , 煤 的 硫 分 、 灰 分 变 化 小 , 属 稳 定 型 煤 层 。5-2 煤层:该煤层位于延安组第一段顶部,最大埋深 275m,煤层底板标高 1052~1088m,面积 67.77 km2。最 厚 处 在 P134 号 钻 孔 附 近 , 煤 厚 为 1.2m。 煤 层 厚 度 0.4-1.2m, 平 均厚 度 0.8m。 一 般 不 含 夹 矸 , 在 西 部 边 缘 P120 及 东 部 P134、 L2 等 钻 孔 见 到 1-2层 夹矸 。 夹 矸 厚 0.05-0.10m, 一 般 0.08m 左 右 , 岩 性 为 粉 砂 岩 。煤 层 顶 板 岩 性 以 粉 砂 岩 为 主 , 细 粒 砂 岩 次 之 , 局 部 为 中 粒 砂 岩 和 泥 岩 , 厚 度1.20—25.30m。 煤 层 底 板 岩 性 以 粉 砂 岩 为 主 , 局 部 为 细 粒 砂 岩 和 中 粒 砂 岩 , 厚 度0.80—15.54m, 偶 见 泥 岩 底 板 。综 上 所 述 , 5-2 煤 层 属 薄 煤 层 , 不 可 采 。5-3煤层:为不可采煤层,位于延安组第一段中下部,上距 5-2煤层 2.54-36.30m,东北部间距变小,平均间距 21.19m,埋深 225~281m,煤层底板标高 1025~1077m,可采面积43.10 km2。5-3煤层在 LK7-LK6 号钻孔厚度大,向西变薄,向东变薄尖灭,即在 278-L4-L1 钻孔连线以西及 278-LK21-LK16-P120 钻孔连线以东可采,其余地段不可采。煤层厚度 0.30-1.0m,平均厚度 0.72m。含夹矸 0-3层,一般为 1-2层,夹矸厚度 0.07-0.25m,岩性为泥岩或粉砂岩。5 -3煤层顶板岩性主要为粉砂岩和细粒砂岩,局部为中粒砂岩和炭质泥岩,偶见泥岩伪顶。煤层底板岩性以粉砂岩为主,局部为细粒砂岩和中粒砂岩,偶见薄层泥岩。综 上 所 述 , 5-3煤层属薄煤层,不可采。1.3.2 煤的特征(1)煤类据《中国煤炭分类国家标准》(GB5751-86),以浮煤干燥无灰基挥发分(V daf)(900℃)、透光率和粘结指数作为依据进行分类。由于本井田内各煤层的粘结指数绝大多数为 0,少量为 3-5,透光率在 90—98%之间,属长焰煤范筹。井田内各煤层为长焰煤[CY(41)]和不粘煤[BN(31)]。中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 8 页表 1-2-1 可采煤层特征表煤层编号煤层厚度(m) 煤 层 结 构 可采区域视密度(t/m3)4-21.20-6.406.0含 0~3 层夹矸,厚0.08~0.650m,一般 0.3m,岩性多为泥岩和粉砂岩。结构简单。可采 1.295-20.4-1.20.8一般不含夹矸,仅西部P120 及东部 P134、L2 等钻孔见到 1~2 层夹矸,厚0.05~0.10m,一般 0.08m,岩性为粉砂岩。结构简单。不可采 1.295-30.30-1.000.72含 0~3 层夹矸,一般1~2 层,厚 0.07~0.25m,岩性为泥岩或粉砂岩。结构简单至较简单。不可采 1.30(2)煤质特征本井田主要为长焰煤和不粘煤,镜质组最大反射率为 0.556-0.609%,属Ⅰ煤化阶段。煤的水分(Mad)为 3.55-9.15%,灰分(Ad)平均值小于 10%,属低灰;全硫(St.d)平均值小于 0.4%,属特低硫;发热量(Qnet,d)平均值为 28.41-29.77MJ/Kg,属中高-高热值煤;抗碎强度高,化学反应性强,高热稳定性,煤中有害元素含量低,不具粘结性,较难磨,富油~高油。中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 9 页中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 10 页图 1-2 综合柱状图2 井田境界和储量2.1 井田境界根据 2008 年 7 月国土资源部颁发的凉水井煤矿采矿许可证(证号C1000002008071110000044) ,凉水井井田范围由 25 个坐标点围成。井田面积约为63.04344 km2。本次设计以国土资源部批复的井田边界为准。国土资源部批复的井田边界各拐点坐标见表 2-1-1。表 2-1-1 井田边界各拐点坐标表拐 点纬距(X)经距(Y ) 拐点纬距(X ) 经距(Y)S1 4306452 37434220 S5 4299751 37440265S1-1 4297287 37434127 S5-1 4299751 37440316S1-2 4297262 37434450 S5-2 4299790 37440290S1-3 4296130 37434332 S6 4299790 37442526S1-4 4296158 37433988 S7 4300689 37442542S2 4295722 37434004 S8 4300699 37442948S2-1 4297879 37438224 S8-1 4301330 37443000S2-2 4297890 37438194 S8-2 4302000 37443000S2-3 4298112 37437610 S8-3 4302001 37444150S2-4 4298895 37438586 S9 4305008 37444155S2-5 4298246 37438944 S10 4304990 37438914S3 4298559 37439558 S11 4306364 37438911
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