采矿工程本科毕业设计顾桥井田1.doc
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1、1 矿区概述及井田地质特征1.1矿区概述1.1.1位置与交通顾桥井田位于安徽省风台县西北,距县城约20km,归风台县管辖。东西宽715km,平均约11km,南北长817km,平均约13km,面积约140km2。地理座标为东经11626151163700,北纬324347325230。 区内有风台利辛公路通过,外围有风台蒙城、风台颍上阜阳、潘集谢桥等主要公路。淮南阜阳铁路经过井田南缘。西淝河流经本区南部入淮河,可通50吨级船只,交通方便。图1-1 地理位置图1.1.2地形与水系顾桥井田地处淮河中游淮北平原南部,地形平坦,地面标高一般在2124 m,西北高,东南低。永幸河由西北向东南流经本区中部入
2、淮河,西淝河经过本区南缘,在鲁台改入淮河,是地面水汇集排泄的渠道,历年最高水位+24.82 m(1954年),1991年为+24.03 m(闸上),两岸筑有大堤,最大堤距30003500 m,右堤顶高+26.61 m,左堤顶高+27.11 m。顾桥集西有岗河,地势低洼,标高为1820 m。此外,区内遍布人工开挖的渠道,用以灌溉、防洪、排涝。1.1.3矿区生产与建设淮南潘谢矿区拥有136.75亿吨保有储量,自70年代开发以来,已建成潘一、潘二、潘三、谢桥和张集等5对矿井,投产规模16.1Mt/a。广大矿区范围内,农业以种植业为主,水产养殖位次,乡镇企业落后,产值低。供电电源可靠:本矿井位于潘谢矿
3、区西部,邻近有3座电厂:淮南电厂(一厂)位于本矿井东南约50 km处,现装机容量490 MW;洛河电厂(二厂)位于淮南电厂东北约5km处,设计装机容量4300 MW,220 kV线路与区域电网相联;平圩电厂(三厂)位于淮南电厂西约11 km处,设计装机容量4600 MW;洛河电厂与平圩电厂之间有500kV联络线,并均以500kV超高压线路经繁昌与江南电网相联。1.1.4气 象本区属季风温暖带半湿润气候,季节性明显,夏季炎热,冬季寒冷。年平均气温15.1 ,极端最高气温41.2 (66年8月8日),极端最低气温-22.8 (69年1月31日)。年平均降雨量926.30 mm,最大1723.5 m
4、m(1954年),最小471.9 mm(1966年),日最大降雨量320.44 mm ,小时最大降雨量75.3 mm。降雨多集中在6、7、8三个月,约占全年的40%。年平均蒸发量1610.14 mm(水面),最大2008.1 mm(58年),最小1261.2mm(80年)。蒸发量大于降雨量,潮湿系数近似0.5。春夏两季多东南风、东风,秋季多东南、东北风,冬季多东北、西北风。平均风速3.18 m/s,最大风速20 m/s。 年初霜期在11月上旬,终霜期为次年4月中旬,无霜期191238天。 初雪一般在11月上旬,终霜在次年3月中旬,雪期72127天,最长138天,最短26天,最长连续降雪6天,日
5、最大降雪量16cm . 冻结及解冻无定期,一般夜冻日解。冻结深度412cm,最大冻结深度30cm。 1.1.5地 震 根据历史资料,淮南地区地震活动强度不大,以轻度破坏和有感地震为主。颖上县志记载有感地震16次,其中1931年在明龙山曾发生6.25级地震,震中最大烈度7度。其它地区地震,如1668年郯城8.5级地震,1917年霍山6.25级地震,1937年荷泽7级地震,对本区均有波及,但无较大破坏。在抗震方面,安徽省地震局皖震发地字(84)020号文对淮南地区未来百年内的地震基本烈度定为7度。 中国地震烈度区划图(1990)经国务院批准,由国家地震局和建设部于一九九二年六月正式发布。国家建设部
6、以建抗199313号文、中国统配煤矿总公司以中煤总基经学第47号文通知执行新的中国地震裂度区划图(1990)。根据“90区划图”,淮南矿区(包括潘谢矿区)所处区域均划为6度基本烈度区。1.2地 质 特 征1.2.1 井田的勘探程度顾桥井田从1966年至1980年间在原有勘探区内先后施工钻孔387个,井田范围扩大后,又增加了原属张集、丁集二井田的部分钻孔49个、顾桥煤层气测试井1个和井筒检查孔7个,全井田共有钻孔444个,钻探工程量346528.70m。其中地质孔407个,工程量326336.65m;水文孔37个,工程量20192.05m,抽水25次。此外,还施工了供水水源详勘孔56个,工程量5
7、885.81m。上述钻孔绝大部分实施了测井工作。为配合原有勘探区的资源勘探工作,还进行了光电和模拟地震勘探,共施工测线长1661.08km,计22786个物理点。为了进一步查明地质构造及主要煤层的赋存状况,1995年又对原勘探区大部分区段进行了高分辨率数字地震补充勘探,完成测线总长781.5km,物理点计35470个,目前即将完成首采块段三维地震勘探工作。1.2.2地层顾桥井田属全隐蔽含煤区,钻探所及地层由老到新依次有奥陶系、石炭系、二叠系和新生界。井田地层全系钻孔揭露。 一、奥陶系中下统(Q1+2) 井田揭露最大厚度109.16m,为灰深灰色厚层状白云质灰岩及少量砾状灰岩,顶部夹灰绿色铝土团
8、块,性致密,未见溶蚀。 二、石炭系上统太原组(C3) 有四个钻孔穿过全组,平均厚104m。由灰岩、泥岩、粉砂岩相间组成,含薄煤69层,大部分不可采,不稳定。有灰岩1013层,平均总厚47.7m,占地层总厚的44%。富含蜓化石,主要有:似纺缍蜓(Quasifusulina sp);希瓦格蜓(Schwagerina sp);皱壁蜓(Rugusofusulina sp);东方轮叶(Annularia cf Orientalis);卵形脉羊齿(Neuropteris ovata)。 三、二迭系(P) 底部以海相泥岩与太原组分界,厚度大于954m,分上、下统四个组,其中山西组、上、下石盒子组含煤地层厚7
9、34m,含煤33层,总厚30.08m,含煤系数为4.10%,可分七个含煤段。 a二迭系下统山西组 即第一含煤段(图4-1-1):厚76m,含煤一层,平均厚7.46m,含煤系数9.82%。底部为灰黑色海相泥岩,其上有砂泥岩互层,富产动物化石,多菱铁结核;中部以细中砂岩为主,局部砾及泥质包体,顶部为泥岩。b二迭系下统下石盒子组 即第二含煤段(图4-1-2):厚111m,含煤9层,平均总厚8.54m,含煤系数7.69%。底部为中粗砂岩,具冲刷特征,其上有鲕状花斑泥岩与铝质泥岩,是煤岩怪对比的标志。5煤顶部多砂泥岩互层,具浑浊层理与虫迹。8煤、6-2煤、5-2煤层顶板各有较厚的中细砂岩。 c二迭系上统
10、上石盒子组 地层总厚547m,包括五个含煤段。 (1)第三含煤段(图4-1-3):地层厚120m,含煤6层,平均厚4.16m,含煤系数3.47%。下部以砂岩、石英砂岩为主;中部以泥岩、砂质泥岩为主,10煤上部偶有花斑泥岩,11-1煤下普遍有鲕状泥岩,11-2煤顶板富含植物化石;上部以中砂岩为主,局部为石英质砂岩。 (2)第四含煤段(图4-1-4):地层厚73m,含煤6层,平均厚5.77m,含煤系数7.90%。底部细中砂岩,其上有紫红色含鲕花斑泥岩,是全区标志层,中上部是煤组层位,以泥岩类为主,15煤上下砂岩富含菱铁。 (3)第五含煤段(图4-1-5):地层厚110m,多呈青灰、灰绿色,以泥岩、
11、砂质泥岩为主,含煤3层,厚1.78m,含煤系数1.62%。下部有24层紫红锈黄色花斑状泥岩;顶部偶见褐红色隐紫红花斑泥岩;17-1煤层灰黑色泥岩和砂泥岩互层中富产海豆芽化石,具底栖动物通道。(4)第六含煤段(图4-1-6):地层厚138m,含煤4层,厚1.17m,含煤系数0.85%。以灰、青灰、灰绿色泥岩为主,夹细中砂岩。上部泥岩与砂岩交替频繁;18煤底部常见含铝质泥岩,时而有鲕状结构;1819煤层间有薄层硅质岩13层,富含海绵骨针;20煤上偶见薄层花斑泥岩。第七含煤段(图4-1-7):平均厚106m,含劣质煤46层,厚1.2m,含煤系数1.13%。以深灰、灰绿、青灰色泥岩和灰白、灰绿色砂岩交
12、替组成。 d二迭系上统石千峰组 地层厚度大于220m,张集井田厚260m。是一套以紫红色为主的杂色非含煤地层,由泥岩、粉砂岩、中细砂岩、含砾石英砂岩组成,底部以灰白浅红色含砾中粗砂岩与石盒子组分界。 二迭纪地层的沉积环境是从陆表海海湾发展而来的下三角洲平原,经历了海湾充填、树枝状、网状河体系,转入河口湾海湾环境,进而发展到上三角洲平原、陆相冲积平原沉积。 本井田石炭二迭系动植物化石见表4-1-2。 四、新生界 新生界厚224.10576m,直接覆盖在二迭纪煤系之上,厚度比差352m,东南薄,西北厚。由上往下,由新到老叙述如下: (1)第四系 一般厚115m 。上部25m以细粉砂为主;中部25m
13、为砂质粘土;下部65m以中细砂为主,夹透镜状砂质粘土,是矿区主要供水水源。 (2)新第三系 上新统:一般厚190m,全区发育,以浅灰,灰黄色粗中砂为主,夹薄层粘土,局部钙质胶结成“砂盘”。 中新统12:埋藏深度由260400m,在古地形隆起带地层变薄或缺失,一般厚120m。岩性为灰绿色厚层状固结粘土,上段夹多层中细砂,下段局部含石膏晶块和钙质。 中新统11:埋藏在400m以深,古地形隆起带缺失。上部70m以中粗砂为主,局部含砾;下部20m为灰绿、棕红色固结粘土,含钙质结核,局部为泥灰岩。 (3)老第三系 埋藏深度由239.00562.10m,厚度018m,片状分布在基岩面上,不受古地形深浅的控
14、制。岩性为灰白、紫红色砂岩、含砾粗砂岩、砾岩、偶夹薄层固结粘土。原报告称为碎石层。1.2.3构造本井田位于淮南复向斜中部,属陈桥背斜东翼与潘集背斜西部衔接带。煤系地层总体形态为一走向近南北、倾向东、倾角多为515的反“S”型单斜构造。1.2.4水文地质本井田水文地质条件属巨厚覆盖层下多煤层、多含水层、充水因素复杂的矿床,其富水性属简单中等,与地表水体无水力联系。(1)主要充水因素本井田基岩被厚度介于224.10576.00m之间的西北厚、东南薄的新生界松散层所覆盖。按松散沉积物组合特征及其含、隔水性能不同,自上而下大致可分为4个含水组、4个隔水组和1个碎石层。其中第三隔水组除在局部古地形隆起处
15、变薄或缺失外,绝大部分分布稳定,厚度一般为3055m,系其上、下含水层间的良好隔水层。第四含水组在七线以北与基岩直接接触,厚度多为3080m,系基岩含水组的主要补给水源。底部的碎石层若与含水层接触时,有可能起到一定的导水作用。二叠系砂岩以中、细粒为主,局部裂隙发育,一般为钙质充填,富水性弱,以储存量为主,且因间夹泥岩和煤层,含水组之间在自然状态下无密切的水力联系。但是,若被断层切割或受采动影响而致地下水水力均衡遭到破坏时,上、下含水层之间有可能互相沟通,从而导致局部砂岩裂隙水突溃现象的发生。石炭系太灰岩溶裂隙含水组主要由自上而下编号的13层灰岩与其间的泥岩、粉砂岩和薄煤层组成。其中第1、3、4
16、、5和12层灰岩分布稳定,并以第3、4和12层灰岩厚度较大。该含水组上距1煤层较近,一般为1620m,且灰岩水压较高,如果直接开采1煤层,必将因太灰的水压超过1煤层底板隔水层抗压强度而引发突水事故。潘谢矿区资料表明:奥陶系灰岩中下部岩溶裂隙比较发育,虽分布不均,但富水性弱中等,系太灰的主要补给水源。本井田断层带多为泥岩和粉、细砂岩碎块充填,并呈胶结状,正常情况下可起到相对隔水作用。但是,若不同层位的含水层受断层切割而对口,且断层带又未被泥质和岩屑所充填,或受到采动影响,导致断层活化,破坏了地下水的水力均衡,断层带则很可能成为地下水突溃的主要途径。综上所述,本井田新生界第四含水层孔隙水、二叠系砂
17、岩裂隙水和石炭系太灰岩溶裂隙水对井下开采均有较大影响。但是,只要在可采煤层浅部留设适当的防水煤柱,四含水一般不致于溃入矿坑而对煤层开采构成大的威胁。这样,二叠系砂岩裂隙水和石炭系太灰岩溶裂隙水便成为本矿井开采的主要充水因素。水文地质特征见表2-2-4。(2)矿井涌水量预计本次设计的矿井涌水量预计范围为一水平(一水平标高-780m,11-2煤层下山采至-920m)的首采区。预计方法为顾桥井田电子版精查地质报告汇编中采用的水文地质比拟法。经与新庄孜矿井实测涌水量比拟表明:开采4-117-2煤层时矿井正常涌水量为757m3/h,最大涌水量为1330m3/h。另外,开采1煤层时,经实施疏水降压等措施后
18、,太灰的涌水量为805m3/h。考虑到井下洒水、井筒淋水和防火灌浆用水等因素的影响,矿井开采4-117-2煤层时的正常涌水量按850m3/h计取。矿井发展到10Mt/a时,正常涌水量尚需增加470m3/h,最大涌水量增加793m3/h。1.2.6地温根据淮南矿区九龙岗矿长观孔资料,本井田所在地的恒温带深度为自地表向下30m,恒温带温度为16.8。已有测温资料表明:本井田属于以地温异常区为主的高温区,平均地温梯度为3.08/100m。从纵向上看,垂深500m处平均地温在31以上,已达一级高温区;垂深700m处平均地温在37左右,已进入二级高温区;垂深在800m处平均地温高达40以上。预计-780
19、m水平地温可达37.743.7,平均40.1。从横向上看,地温等值线的走向具有与煤层底板等高线走向基本一致的变化趋势。鉴于本井田地温较高,有关部门应引起高度重视,并采取积极的降温措施,以防各类热害发生。1.3煤层特征1.3.1煤层与煤质本井田的煤系地层为石炭、二叠系,其中二叠系的山西组与上、下石盒子组为主要含煤层段。煤层倾角平缓,一般小于10。表层土厚井田内二叠系含煤层段总厚734m,含煤33层,煤层总厚度为30.08m,含煤系数为4.10%,自下而上依次分为7个含煤段。在中、下部厚约490m的一五含煤段中,集中分布9层可采煤层,平均总厚24.11m。其中13-1、11-2、8、6-2和1煤层
20、为主要可采煤层,平均总厚21.14m;17-2、13-1下、7-2和4-1为局部可采煤层,平均总厚2.97m。本井田可采煤层煤质稳定,牌号单一,属中灰富灰、特低硫、低磷特低磷、富油高油、高熔难熔灰分、具较强粘结性的气煤和1/3焦煤。可作良好的配焦和动力、化工用煤。本矿井属于高瓦斯矿井,矿井相对瓦斯涌出量为10.94绝对瓦斯涌出量为75.95,煤层易自燃,煤尘有爆炸性,风氧化带深度定为距基岩界面垂深30。1.3.2煤层围岩性质(1)宏观煤岩特征 17-2煤、13-1下煤、7-2煤层以暗煤为主,次为亮煤,属半暗型煤。其它可采煤层由暗煤、亮煤组成,夹少量镜煤条带,中下部煤层夹丝炭,为半暗半亮型煤。见
21、可采煤层物理性质表6-1-1。 (2)显微煤岩特征 a有机显微组份占煤岩组成的91.0595.58%。 镜质组:一般为无结构镜煤,深灰灰色,灰度中等,突起微弱,占组份的50.1464.52%。 惰质组:大多为有结构的丝炭和半丝炭,亮白灰白色,灰度较低,突起明显,占组份的22.8331.43%。 壳质组:主要是树皮、角质层及孢子体,灰黑色,灰度甚高,突起较明显,占11.0215.46% . b无机显微组份 以粘土矿物为主,占3.538.65%,呈微粒,团块状,或充填在细胞腔中。次为氧化物,占0.52.76%,硫化物,占0.21.07%,碳酸盐,占0.10.9%。其中硫(黄铁矿硫)含量少,不同于石
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