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过断层技术研究.rar

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    编号:20180910134553865    类型:共享资源    大小:8.25MB    格式:RAR    上传时间:2018-09-10
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    断层 技术研究
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    中国矿业大学 2012 界本科毕业生毕业设计 第 1 页1 矿区概述及井田地质特征1.1 矿区概述1.1.1 矿区地理位置凉水井井田位于陕西省榆林市神木县境内,地处榆神矿区东部,行政区划隶属神木县西沟乡、马家塔乡及瑶镇管辖。西(安)—包(头)铁路和榆神府二级公路( 204 省道)均从井田南侧通过,新建的榆神高速公路并行 S204 省道北侧紧邻井田南部边界通过。矿井北至神木县城 16km、大柳塔镇 40km、包头 304km,东经神木到府谷 90km,南距榆林市 94km、西安市 770km。交通十分方便。矿井交通位置见图 1-1。1.1.2 矿区气候条件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。1.1.3 矿区的水文情况(1) 地形地貌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。地势总体呈西高东低、中部高南北低的特点,最高处位于西部东小阿包,标高+1326.40m,最低处位于东南角碱房沟一带,标高+1100.00m 左右,最大高差 226.40m,一般标高+1240.00m 左右。(2) 水系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 528.75L/S,西沟流量一般为 256.80L/S。井田内其它沟流均属季节性,流量随季节变化明显。1.1.4 相邻关系井田位于陕北侏罗纪煤田榆神矿区二期规划区东北部。西侧毗邻锦界井田,南侧为香水河井田,东侧为梁家村井田和薛家村小煤矿开采区,北侧为神东矿区红柳林井田和东湾小煤矿开采区。中国矿业大学 2012 界本科毕业生毕业设计 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 界本科毕业生毕业设计 第 3 页1.2 井田地质特征(1)地质特征井田地层区划属华北区陕甘宁盆地分区。井田基本被第四系覆盖,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) ,第三系上新统保德组(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)。(2)地质构造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,在此次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。1.2.1 煤系地层(1) 煤层 井田内含煤地层为侏罗系中统延安组,共含可采及局部可采煤层 4 层,自上而下依次为 4-2、5-2 、5-3 煤层。其中 4-2、5-2、5-3 煤层基本全区可采,为井田主要可采煤层。另外 4-3 和 4-4 煤层过薄,为不可采煤层,现分述如下:4-2 煤层:位于延安组第二段顶部,煤层厚度 0.80-4.20m,平均厚度 3.37m,煤容重为1.29t/m3,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、王家院、碱房沟附近被剥蚀,煤层由西向东变薄。含夹矸 0-3 层,夹矸厚度 0.06-0.75m,一般 0.20m 左右,岩性多为泥岩和粉砂岩。属以中厚煤层为主,层位稳定,厚度变化小,结构简单,基本全区可采的稳定煤层。5-2 煤层:为井田主采煤层之一,上距 4-2 煤间距 49.69~100.32m,平均 63.04m,煤容重为 1.29t/m3,除井田东北角小范围自燃外,全区可采。厚度 1.00~4.23m,平均厚度1.41m,一般不含夹矸。属以中厚煤层为主,层位稳定,厚度变化小,且规律明显,结构简单,全区大部可采的稳定煤层。5-3 煤层:上距 5-2 煤 2.54~36.30m,平均 21.19m,厚度 1.50~4.35m ,平均厚度2.18m,煤容重为 1.30t/m3,含夹矸 0~3 层,一般为 1~2 层,夹矸厚度 0.07~0.45m ,岩性为泥岩或粉砂岩。煤层分布具有波谷处厚,波峰处薄;向西变薄,向东变薄尖灭的特征。属以中厚煤层为主,层位稳定,厚度有一定变化,但规律明显,结构较简单,全区大部可采的稳定煤层。(2)煤质矿区内各煤层均属低变质阶段的长焰煤和不粘煤。主要煤层均具有特低灰~低灰、特低硫~低硫、低~特低磷,中高发热量、富油、高挥发分产率等化学性,可广泛用于动力、气化、液化等用途。1.2.2 水文地质特征(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,北部中国矿业大学 2012 界本科毕业生毕业设计 第 4 页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,较大的沟流为凸扫沟,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。一、 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,以分散的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,仅在井田西北部 Lk20 号钻孔松散沙层抽水孔略有显示。二、 中更新统离石组黄土与第三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。三、 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。(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中国矿业大学 2012 界本科毕业生毕业设计 第 5 页东部 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图 1-2 综合柱状图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,由高处向低处迳流,最终以下降泉的形式排泄中国矿业大学 2012 界本科毕业生毕业设计 第 6 页于沟谷或低洼处,垂面上通过蒸发作用排泄。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,提交了《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。矿井现有排水系统排水能力均按此考虑。鉴于矿井试生产以来实际涌水量逐年增大的特点,为确保安全,矿上又委托煤田地质局 185 队对矿井未来 10~15 年开采区域的水文地质情况进行了预测,预计未来矿井正常涌水量为 1100 m3/h 左右,最大涌水量 1800 m3/h 左右。中国矿业大学 2012 界本科毕业生毕业设计 第 7 页表 1-1 各煤层煤质情况一览表灰分 Ad(%) 硫分 St, d(%) 挥发分 Vdaf(%) 发热量 Qnet,d (MJ /kg )煤层编号 最小—最大 平 均 最小—最大 平 均 最小—最大 平 均 最小—最大 平 均4—2 煤 3.55—12.65 7.39(44) 0.15—0.61 0.38(35) 34.59—39.90 37.40(45) 27.81—31.84 28.49(39)5—2 煤 4.18—14.15 7.46(42) 0.15—0.42 0.27(42) 33.74—39.75 37.64(42) 27.52—31.21 29.77(38)5—3 煤 5.30—16.62 9.48(37) 0.19—0.46 0.31(37) 33.35—39.95 36.70(37) 27.26—30.70 29.15(35)煤 类中国矿业大学 2012 界本科毕业生毕业设计 第 8 页1.3 矿井开采技术条件(1) 煤层顶、底板岩性 4-2 煤层:顶板岩性以粉砂岩—细粒砂岩为主,局部为中粒砂岩和泥岩,厚度0.55~26.72m,偶见泥岩伪顶。底板岩性以粉砂岩为主,局部为细粒砂岩和泥岩,厚度0.51~24.03m,偶见泥岩、粉砂岩伪底。5-2 煤层:顶、底板均以粉砂岩、细粒砂岩为主,岩石单轴饱和抗压强度小于30Mpa,岩体完整性中等。5-3 煤层:顶板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。底板以粉砂岩为主,局部为细粒砂岩和中粒砂岩,偶见泥岩、粉砂岩及中粒砂岩伪底。(2) 瓦斯 通过对 4-2、5-2 、5-3 煤层 21 个瓦斯样品进行测试分析,井田各煤层自然瓦斯以 N2为主,CO2 次之,CH4 少量甚至微弱,根据邻近小煤矿调查,各矿瓦斯含量微弱;本区瓦斯分带属 CO2-N2 带,故本矿井为低瓦斯矿井。(3) 煤尘精查报告通过对 17 个样品测试结果表明:本区各煤层火焰长度均大于 400mm,岩粉添加量大于 50%,煤尘爆炸指数远大于 10%,各煤层均具有煤尘爆炸危险性。煤科总院重庆分院 2007 年 5 月对本矿井 4-2 煤层煤尘爆炸性鉴定结果为:有煤尘爆炸危险性。(4) 煤的自燃根据精查报告,井田各煤层还原样燃点最高温度 374℃,氧化程度达 87%,还原样燃点最低温度 258℃,氧化程度达 50%,各煤层均为自燃煤层。煤炭科学研究总院重庆分院 2007 年 6 月采用色谱吸氧法对本矿井初期开采的 4-2 煤层自燃倾向进行了鉴定,结果为一类容易自燃煤层。1.4 其他有益的矿产根据《凉水井井田勘探地质报告》 ,各煤层及其顶、底板和夹矸中仅个别点镓(Ga)含量达到工业品位(30ug/g)外,其余微量元素锗( Ge) 、铀(U) 、钒(V ) 、钍(Th )均未达到工业品位,故本井田内没有其它值得开采的有益矿产。中国矿业大学 2012 界本科毕业生毕业设计 第 9 页2 建设规模与服务年限2.1 井田境界与储量2.1.1 井田境界在煤田划分为井田时,要保证各井田有合理的尺寸和境界,使煤田各部分都能得到合理的开发。煤田范围划分为井田的原则有:1)井田范围内的储量,煤层赋存情况及开采条件要与矿井生产能力相适应;2)保证井田有合理尺寸;3)充分利用自然条件进行划分,如地质构造(断层)等;4)合理规划矿井开采范围,处理好相邻矿井间的关系。由于凉水井的井田在整个煤田的东北位置,为了处理好和周边的井田关系,考虑到井田周围无较大的断层井田划分均以人为为主。凉水井井田范围由 25 个坐标点围成。井田面积约为 61km2。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 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 S8 4300127 37442948S1-1 4297287 37434127 S8-1 4301330 37443000S1-2 4297262 37434450 S8-2 4302000 37443000S2 4298895 37438586 S8-3 4302001 37444150S3 4298559 37439558 S8-4 4302000 37443000S4 4299516 37439467 S8-5 4302001 37444150S5 4299751 37440265 S9 4305008 37444155S6 4299790 37442526 S10 4304990 37438914S7 4300089 37442542 S11 4306364 374389112.1.2 井田的开采尺寸、资源/储量(一)井田的尺寸井田的东西长度约 6.8 km,井田的南北长度约 9.8 km,本次储量计算是在精查地质报告提供的 1:10000 煤层底板等高线图上计算的,储量计算可靠,井田面积为 61.17 km2。中国矿业大学 2012 界本科毕业生毕业设计 第 10 页3.15184.73.0178.243.02168.43.2017.450.33-14259.670.33-1427.41.803-1425.32.183-1425.962.603-1428.52.703-142.2.753-142.82.803-142.5753-429 3.13-142.2.403-142.392.803-142.3.503-1426.3.03-142.93.23-1425.063.403-1425.3-493.603-142.8203-2 2.953-142.46 2.583-142.3 2.63-142.3 1.53-142.34 2.303-142.1.733-1426.41.453-142.82.953-1426.72.803-1427.32.73-1429.652.103-1426.42.753-142.0983-4262.903-142.6 2.903-1425.8 2.53-1427.3 1.533-1429.72.403-142.3 薛 家 村 小 煤 矿 开 采 区-13 140 150145135140150王 家 石 庙15015J107LK20LK8LK7LK16LK156P16LK1L9LK1LLKLKLK10LK9LK8P1LK7L6LK6L7Lh3LhLKLKLKLK L3LKL L P1J109LK514.70-232.9碱 房 沟 煤 矿X=430652 S1:Y=37420X65S1-:Y7Y=374856S:X29 S3:Y=74958X2S4:X=29516Y37 S5:Y=3740265X91 S6:Y=374256X90S7:Y=3425X0689 S8:Y=37418X02S8-1:Y=3749X02S8-2:Y=37405X16S8-3:Y=740X1S8-4:Y=370X2S8-5:Y=37410X2S9:Y=37415X08S10:Y=37489XS1:Y=374891X06S1-2:Y=37450X96145140135130125图 2-1 凉水井井田(二) 矿井地质资源量矿井工业储量是指在井田范围内,经地质勘探,煤层厚度和质量均合乎开采要求,地质构造比较清楚。本矿井设计对这三层煤进行开采设计它们的煤厚分别为 3.37 米,1.41 米,2.18 米。容重分别为(t/m3):1.29,1.29,1.30。本次储量计算是在精查地质报告提供的 1:10000 煤层底板等高线图上计算的,储量计算可靠。对三层煤采用算术平均法计算工业储量。井田范围内的煤炭储量是矿井设计的基本依据,对 4-2,,5-2 和 5-3 采用算术平均法计算。根据《煤炭工业设计规范》 ,求得以下各储量类型的值:(1)矿井地质资源量矿井地质资源量可由以下等式计算:(2-1)0.1zZmF式中: ——矿井地质资源量,Mt;z——煤层平均厚度,m;——煤层底面面积,m2;——煤容重,t/m3。将各参数代入(2-1)式中可得式 2-2,所以地质储量为:(Mt)3.761.29.416.729.186.7305.zZ
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