荆各庄矿1.2Mta新井设计论文

中国矿业大学2008届本科毕业生设计 第141页 1 矿区概述及井田地质特征 1.1矿区概述 1.1.1井田位置、范围和交通位置 荆各庄矿井田位于开平向斜的西北侧，中隔凤山～缸窑背斜自成一盆状向斜。南北长约3.5 km，东西宽约3.4 km，北端闭合，南端开放，其轮廓恰似一直径3.5 km的亚圆形，面积约9.5 km2。 荆各庄矿位于河北省唐山市北偏东约13公里处，南距马家沟矿6公里，距原京山铁路开平车站10公里，东距陡河发电厂4.5公里。行政区域属唐山市开平区管辖，见荆各庄矿交通位置图(图1-1)。 图1-1 荆各庄矿交通位置图 井田开采范围：北部、西部及南部均以煤12冲积层下潜伏露头为界，东部及东南部以Ｆ1~F3断层组为界，深部以煤12盆状向斜底- 530标高为最终深度，矿井面积约为9 km2。井田开采范围坐标见表1.1。 井田开采范围坐标表 表 1.1 拐点 编号 Ｘ Ｙ 拐点 编号 Ｘ Ｙ 拐点 编号 Ｘ Ｙ 1 402303 77262 8 398360 76945 15 401175 79207 2 402157 76755 9 398627 77815 16 401685 78650 3 401475 75928 10 399182 78567 17 402013 78275 4 400815 75705 11 399682 79042 18 402070 78445 5 399735 75975 12 400200 79525 19 402420 78490 6 398935 76225 13 400765 79715 20 402405 78167 8 398480 76517 14 401102 79577 21 402108 78158 1.1.2地形地貌 本区为一平坦的冲积平原，东南面沿陡河东岸是由奥陶纪石灰岩构成的东北－－西南方向起伏伸展的低山丘陵。从东往西有巍山（＋290 m）、凤山（＋180 m）、小梁山（＋100 m）和菀豆山（＋38 m），由菀豆山向西南倾没于平原之下。由巍山向东北低山丘陵接连绵延，地势逐渐增高，直到青龙山标高达＋493.01 m。在井田北面约7公里为由震旦纪灰岩构成的低山丘陵，东西方向横伏，这两条低山丘陵在井田东面的青龙山一带相汇合。低山丘陵的伸展方向与地层走向方向一致。井田内地势平坦，但北部稍高，向南低下，北部地面标高为+38.8 m（湾35孔），南端标高为＋23.85 m（湾补6孔），倾向陡河。 1.1.3河流水系 流经本区东南边的陡河，发源于北部山区，上游由二支汇成，东支称管河，发源于丰润县福山寺管泉，西支称泉水河，发源于丰润县赵庄上水路。二支水流在双桥村北侧汇合，向南流经唐山市区，下游汇集石榴河，向南流入渤海。河北省水利厅于1965年在双桥村一带修建了陡河水库，水库大坝距井田东端的最近距离为2200 m。陡河及陡河水库虽然距井田区甚近，但是因其底下均赋存有百余米的第四纪松散沉积物，而且存在有隔水作用的粘土层，对本矿充水没有直接的影响。 根据附近丹河临时观测，其流量为0.00415（1998年6月30日）～1.4088（1998年7月22）m3/s，历史最高洪水标高为+690.30 m。 1.1.4矿区的气候条件 唐山地区气候属半大陆性，夏季炎热多雨，冬季严寒凛烈，气温变化较大。根据唐山市气象局1959～1999年气象资，历年平均气温17.9℃，最高气温40.3℃，最低气温-18.3℃。历年平均降水量为708.14 mm，年最大降水量为1263.8 mm。区内冬季多北风，夏季多南风，最大风速16 m/s。冰冻期为十一月至次年三月，最大冻土深度0.27 m。 1.1.5水源、电源 1. 供水水源 ⑴ 地面水源 本矿地面水源共有三处：即东水源井、西水源井（小学校院内）和矸子山水源井。供水孔数为：东水源井两个，西水源井一个，矸子山水源井一个。以上四个供水孔均自奥陶系石灰岩岩溶裂隙承压含水层取水，水量很丰富，单位涌水量为2.33 m3/min m。由于排水设备的限制，每个供水孔排出量约为2.0～2.3 m3/min。目前本矿部分生活用水及工业用水取自地面水源，计6.0 m3/min。 ⑵ 井下水源 本矿井下清水源目前有2080疏水中心。供水量为3.5 m3/min，主要取自第Ⅴ含水层（即煤5以上砂岩裂隙承压含水层）。原来的1331和1148放水中心水量很小已无法满足供水要求。目前2080疏水中心仍在施工，将来有希望增加井下清水源。 ⑶地面水源地奥陶系石灰岩水井水质化验情况 ①本矿工房东水源井 依1981年4月20日化验结果为：总硬度为67.8 mg/l，pH=8.05，NO3-N～4 mg/l，I 6r/l，F 0.3 mg/l。Cd、dt、Pb、Zn、As、Fe、 Mg、 Mn、Cu、Cr未检出。 结论：理化检验均符合国标。 ②本矿西水源井（荆矿小学校内水源井） 依1981年4月20日化验结果：总硬度为 69.5 mg/l，pH=8.0，NO3-N～4 mg/l，I 8r/l，F 0.3 mg/l。Cd、Se、Pb、Zn、As、Hg、Fe、 Mn、Cu、Cr未检出。 结论：理化检验均符合国标。 卫生指标化验情况： 依1981年4月1日化验结果为：细菌总数2个/ml，大肠菌指数小于3个/l。 结论：符合饮用水国标。 ③矸子山水源井 依1998年4月20日化验结果为：总硬度（以CaCO3计）为142.7 mg/l，pH=6.8，NO3-N～9.76 mg/l，Fe：0.01 mg/l。硫酸盐：16.13 mg/l。氯化物：21.27 mg/l。Zn、Ca、 Mn、Ag、Pb、Cr未检出。细菌总数和总大肠菌群未检出。 结论：符合饮用水国标。 ⑷井下水源水质化验情况 ①2080疏水中心巷道及钻孔水 依1998年5月25日经开滦矿务局化验室化验结果为： 离子分析：阳离子：Na+60.57 mg/l，Ca2+26.42 mg/l， Mg2+13.35 mg/l，NH40.22 mg/l ，合计100.56 mg/l。阴离子：Cl- 17.72 mg/l，SO42-18.73 mg/l，HCO3-254.49 mg/l，NO3-0.2 mg/l，合计291.14 mg/l。 总计：391.7 mg/l。 硬度：全硬度6.7768，暂时硬度6.7768，负硬度4.9181（单位：德国度）。 总硷度：254.49 mg/l，酸度11.695德国度，固形物 268 mg/l，pH=8.08。 结论：理化检验均符合国标。 ②2048巷道清水 依1994年4月6日开平区防疫站化验结果为： Fe：0.08 mg/l， Mn：＜0.05 mg/l，Cu：＜0.04 mg/l，Zn：0.41 mg/l，挥发酚类＜0.002 mg/l，氯化物9.76 mg/l，阴离子洗涤剂＜0.1 mg/l，硫酸盐30.7 mg/l，氟化物0.2 mg/l，砷＜ 0.01 mg/l，铬＜ 0.004 mg/l，铅＜0.01 mg/l，硝酸盐氮0.1 mg/l，细菌总数＜ 1个/ml，总大肠菌群＜ 3个/l。总硬度：254 mg/l，pH=7.48。 结论：理化检验均符合国标。 2.工农业生产和原料及电力供应 矿区内工业以煤炭为主，农业主要种植小麦、玉米、水稻，间杂有果园、菜园和苗圃等。 本矿井建设期间，所需要建设材料，除钢材、木材和部分水泥、石材需由国家计划供应外，其它砖、砂等土产材料，均由当地供应，满足建设需要。 矿区已建有110kv区域变电所，可向本矿井供电的两回35kv输电线路。 1.2井田地质特征 1.2.1区域地质概况 开平煤田位于燕山南麓，在三个大地构造上位于中朝地台燕山沉降带的东南侧。燕山南麓煤田在地质力学体系上处于天山～阴山纬向构造带、新华夏系构造带和祁吕～贺兰山山字形的巨型构造体系的交汇部位。开平煤田受新华夏构造体系的影响，以一系列ＮＮＥ向的褶曲及逆断层组成，北部受纬向构造的影响逐渐向南弯转成走向近东西向。煤系地层由石炭系中统唐山组，上统开平组、赵各庄组及下二叠系大苗庄组、唐家庄组等组成。岩性以砂岩、泥岩为主，基底地层为中奥陶系马家沟组石灰岩，分布于煤田周边地带，与煤系地层呈不整合接触。煤田向南倾伏，其南部界限可能跨过宝坻～奔城大断层伸入另一个二级构造单元－－华北断陷。见燕山南麓构造纲要图1-2。 开平煤田构造形式以褶皱为主，线型排列比较明显，向斜背斜多呈相间平行排列，区内由西至东有：蓟玉向斜及其两侧的窝洛沽向斜、丰登坞背斜、车轴山向斜、卑子院背斜、弯道山～西缸窑向斜、凤山～缸窑背斜、开平向斜。 褶皱为不对称状，轴面向北西倾斜，向斜轴线偏居西北翼一侧，西北翼地层急陡直立甚至倒转，并伴有与其方向一致的逆断层及逆掩断层，断层面倾角45以下，引捩构造明显，次级褶皱也较为发育。东南翼一侧产状平缓，构造以次级复背、向斜构造为主，并伴生有断层构造。背斜则相反，西北翼产状平缓，东南翼急陡，其它情况亦然。 煤田由于受东临山海关地块来自西南方向挤压力的干扰，往往发育有串珠状横向褶皱，有的分异为独立盆形，如开平向斜西北侧的西缸窑、弯道山、西北井三个盆状向斜的形成，其轴线方向与开平向斜走向近直交。 1.2.2地质特征 开平煤田位于燕山南麓，在大地构造上位于中朝地台燕山沉降带的东南侧。燕山南麓煤田在地质力学体系上处于天山～阴山纬向构造带、新华夏系构造带和祁吕～贺兰山山字形的三个巨型构造体系的交汇部位。开平煤田受新华夏构造体系的影响，以一系列ＮＮＥ向的褶曲及逆断层组成，北部受纬向构造的影响逐渐向南弯转成走向近东西向。煤系地层由石炭系中统唐山组，上统开平组、赵各庄组及下二叠系大苗庄组、唐家庄组等组成。岩性以砂岩、泥岩为主，基底地层为中奥陶系马家沟组石灰岩，分布于煤田周边地带，与煤系地层呈不整合接触。煤田向南倾伏，其南部界限可能跨过宝坻～奔城大断层伸入另一个二级构造单元－－华北断陷。见燕山南麓构造纲要图2-1。 荆各庄矿井田位于开平向斜西北侧，煤系地层的形成时代属于石炭纪和二叠纪。煤系基底地层为中奥陶统马家沟组石灰岩，井田地层情况见表1.2。 本井田与开平煤田其它构造单元的地层特征基本相似，本阶段所揭露的地层有变化的地段主要在煤9以上至煤6及煤12以下至煤15，对其层间距及岩性作了修改，下面按着由老至新的地层顺序进行描述。 1.奥陶系中统马家沟组（O2） 本组为岩性单一、质纯的碳酸盐岩相沉积，以厚层状灰褐色－－淡玫瑰色的豹皮状灰岩为主，夹薄层状白云质灰岩。后种岩石多赋存于本组地层上部。根据岩芯观察，其顶部大约50 m以上部分属古风化带，最顶部20 m风化程度甚强，常呈土黄色，向下渐弱，岩石呈黄灰斑状杂色。在风化壳中，溶孔溶洞发育，部分层段呈蜂窝状，时有钻具陷落发生。含水性甚强，裂隙及孔洞内有浅灰－－浅黄色铝土岩充填物，这为鉴定古风化壳的重要证据。1988年在太平庄打水井时发现奥陶灰岩中有0.5 m垂深溶洞，并有浅黄色充填物。 开平煤田区域地层表 表1.2 2.石炭系（C） 下界为奥陶系中统马家沟组石灰岩顶面，两者为平行不整合接触。上界为煤11顶板含海相动物化石之泥岩顶面。该层与上覆的二叠系地层呈整合接触。本组一般厚度为210 m。 ①石炭系中统－－唐山组（C2） 直接覆盖于奥陶系石灰岩之上，上至K3唐山灰岩顶界面，一般厚度75 m。 本统地层以粘土岩和粉砂岩为主,各种岩石大致百分比如下:粘土岩占42.1％，粉砂岩占31.2％，砂岩占19.9％，石灰岩占6.8％。 本组岩相变化是由滨海湖泊相碎屑沉积过渡为海相灰岩沉积，交替出现三个沉积旋回,即：Ⅰ-1、Ⅰ-2、Ⅰ-3，形成一个渐进的相序。本组中含三层薄层石灰岩，均含有丰富海相动物化石，由下而上简称为K1、K2、K3石灰岩。第一层灰岩K1出现在距奥陶灰岩顶界面大约38 m处，第二层石灰岩K2出现在K1之上12 m处，第三层石灰岩K3出现在K2之上大约25 m处，称之为唐山灰岩，该层灰岩呈浅灰褐色，中厚层状，质纯，厚2.5 m左右，厚度大，层位稳定，含有大量的蜓科和珊瑚化石，易于同其它岩石相区别。 ②石炭系上统（C3） 分上下两组，下组称开平组C31，上组称赵各庄组C32。上组是荆各庄矿井田重要的含煤地层，本统地层一般厚度为135 m。 开平组C31： 下限为唐山灰岩K3顶板，呈整合接触，上限为赵各庄灰岩K6之顶板，亦是整合接触。本组地层一般厚度76.59 m，以粉砂岩为主，粘土岩含量减少，各种岩石所占的百分比为：粘土岩10.1％，粉砂岩类占52.6％，砂岩类占31.4％，石灰岩占2.9％。岩相组合上为浅海相薄层泥质碳酸盐岩和泻湖海湾相粉砂岩及砂岩沉积物的交替沉积。包含Ｉ-4、Ｉ-5、Ｉ-6三个较大的旋回，每一旋回都是由海相石灰岩起经过渡相沉积，又覆为海相沉积。 本组内赋存三层石灰岩，由下而上命名为K4、K5、K6，其中K5石灰岩为深灰色泥质生物碎屑岩，时而接近钙质粘土岩。特点是含灰白色的动物介壳，富集成层，与深灰色泥质灰岩交替成细带状，形成明显的水平层理和水平波状层理，极易区别于其它石灰岩。厚度薄但比较稳定，一般为0.1～1.3 m，平均0.55 m。在K5石灰岩底板，赋存三个煤层即：煤14一般厚度为0.1～0.8 m,平均0.4 m;煤15甲一般厚度为0.1～0.5 m;煤15乙一般厚度为0.1～4.29 m,平均1.12 m，局部达到可采。本组比较突出的特点是出现了含煤沉积，是典型的海陆交互相沉积序列。 赵各庄组C32： 下限为赵各庄灰岩K6顶板，上限为煤11顶板泥岩之顶界面。一般厚度为60 m，本组为重要的含煤地层。 本组地层以粉砂岩为主，其次为砂岩，各种岩石所占百分比如下：粉砂岩类38.3％，砂岩类29.5％，煤层17.4％，粘土岩14.8％。岩相组合主要是泻湖海湾相和泥岩沼泽相交替沉积，同时在泻湖海湾相之后出现有湖滨三角洲相。 自沉积赵各庄灰岩K6之后，海水大规模后退，而每次海进的幅度都比较小。该阶段沉积环境相对稳定，是成煤的最好时期。本组含煤层5层，即：煤12-1/2、煤12、煤12-1、煤12-1上煤线、煤11。其中煤12可采。 ③二叠系下统Ｐ1 下界为煤11顶板之泥岩顶面，为整合接触。上界为Ａ层矾土质粘土岩之顶板，井田内该层大部分被冲蚀掉。本统地层一般厚度为235.76 m，分上下两组，上组称唐家庄组，下组称大苗庄组，其中大苗庄组是重要的含煤地层。 1.2.2地质构造 1.褶曲构造 荆各庄矿井田自身即为一个盆状向斜，向斜轴线偏居西侧，近南北延伸，中部略向西呈弧形弯曲，并向南偏东倾伏，倾伏角约5～6。向斜轴线西侧地层产状急陡，而东侧则较为舒缓，同时向斜边缘较之中部地层产状陡。这种构造特征直接影响了井田不同区域断裂构造的性质和发育程度。在井田东部有一舒缓横向褶皱,轴线方向N43E,长700 m,宽300 m，两翼倾角5～10。 在井田中南部有一小型背斜，轴线方向Ｎ40Ｅ，长600 m以上，背斜西部一翼产状较陡，倾角25～60，东部则地层较舒缓，倾角15～25。 2 .断裂构造 断裂构造是井田最为重要的构造形式，它不但构成了井田边界，而且直接影响采区的划分，同时在井田范围内广泛存在，是采掘生产和井巷工程所要解决的最主要的地质问题。由于井田向斜西陡、东缓，边缘陡、中部缓的不对称性，造成井田范围内断裂构造的性质、分布、发育程度具有较大的分异。总体上讲,向斜轴线以西区域内以逆断层为主，且多为冲断层，构造复杂；而向斜轴线以东则以张性正断层为主,逆掩断层次之，冲断层极为少见，构造条件亦相对简单。同时受区域应力作用,断裂构造在延伸展布上亦存在一定规律,按其走向大致可分为四组。 1.2.3地温 据详查勘探资料，本区地温梯度为0.94℃/100 m，横温带在50～100 m左右，地温变化范围在11.50～17.00℃之间，属地温正常区。 1.3煤层及煤质 1.3.1煤层赋存条件 井田煤系主要由石炭系上统和二叠系下统地层组成，煤系地层总厚度约450 m，共含大小煤层19层，煤层总厚度25.3 m，含煤系数为5.7％,其中可采煤层共两层,即煤12、煤9，平均总厚度15.93 m。可采煤层集中在赵各庄组和大苗庄组。 1.可采煤层厚度 1)煤9：为矿井的主采煤层，厚度为0.00～17.67 m，平均厚度为8.43 m。煤层为黑色、条带状构造，玻璃光泽，以亮煤为主，间夹暗色条带，局部含丝炭，偶含黄铁矿膜，半亮～光亮型。煤层的容重为1.44t/m3。区内煤层厚度变化较大，最厚点在西翼采区湾36孔，各采区煤层厚度变化见表1.5。 各采区煤9厚度及倾角统计表 表1.5 煤层 煤层厚度（ M） 一采区 二采区 三采区 厚度（ M） 5.18～8.7 7.96 1.39～8.00 6.03 3.27～11.58 8.51 倾角（） 3～17 8 5～35 20 0～16 10 本煤层一般含2～3层夹矸，多为炭质页岩。在井田西翼采区有厚层夹矸，岩性为褐红色泥岩～粉砂岩～细砂岩或浅褐色砂岩，厚度达0.5～1.0 m，在平面上呈透镜状，分布范围不大，主要在盘地边缘及F3断层组附近，夹矸之上有1.5～3.7 m左右的煤，之下有5.0 m左右的煤。夹矸变厚处煤层厚度明显变薄，且上分层煤往往尖灭于煤层顶板，因此，在施工中必须注意：下分层煤是主要煤层。 2.可采煤层结构变化 井田内共有可采煤层四层，即：煤9、煤12。在矿井开采过程中，揭露的煤厚点越来越多，通过全面的统计分析，对其稳定性有了更加全面的了解，现将其稳定性分析分述如下： 根据煤9开采情况，选取了134个煤厚点进行统计分析，确定煤9的稳定程度见表1.8。 井田煤层稳定性统计表（煤9） 表 1.6 煤层厚度（ M） 统计点数 变异系数（r） 可采指数 煤层稳定性 0.00～17.67 8.43 134 35.82% 0.98 较稳定 井田内各采区地质条件不同,煤层的稳定性也不尽相同,各采区煤层厚度稳定性统计见表1.9。 采区名称 煤层厚度（ M） 统计点数 变异系数（r） 可采指数 煤层稳定性 一采区 5.0～17.61 9.21 71 23.37% 1 稳定 二采区 6.1～9.18 8.56 81 31.52% 1 较稳定 三采区 6.0～9.58 8.5 32 60.73% 1 不稳定 各采区煤层厚度稳定性统计表（煤9） 表1.7 1.3.2煤质 1.煤的物理性质 煤层的物理特性见表1.10： 主 要 煤 层 物 理 特 征 表 表1.8 2. 可采煤层的煤质概况 煤层煤质特征表见表1.11。 可采煤层煤质特征表 表1.9 项 目 煤 层 灰 分（Ad） % 挥发分（Vdaf） % 原煤全硫（St.d） % 原煤含磷（Pd） % 发 热 量（Qnet.v.ad） MJ/Kg 煤9 32.85 43.44 0.5 0.008~0.023 21.35 煤灰成分：以二氧化硅+三氧化二铝为主，其中二氧化硅的含量43.65%，三氧化二铝含量为36.22%，其次为三氧化二铁，其含量为4.79%，氧化钾含量为2.67%，氧化镁含量为1.62%，氧化钙含量为1.20%。灰熔融性软化温度（ST）1500℃，属难熔灰分。 3. 工艺性能 1）煤的热稳定性。 据详查勘探取样测试，1号煤TS+6为56.20～87.75%，平均77.01%；15号煤TS+6为81.50～89.40%，平均86.03%，均属于热稳定性好的煤层。 2）煤对CO2的反应性。 经本矿取样试验并参考详查勘探资料，950℃时，3号煤CO2还原率为9.40～28.50%，平均17.77%。2号煤CO2还原率为17.60～24.50%，平均19.65%，均属反应性低的煤层。 3）煤的可磨性。 据补充勘探1号钻孔煤芯煤样试验结果并参考详查勘探试验资料，2号煤哈氏可磨指数（HGI）为63.80～91.80%，平均78.40%。2号煤可磨指数为53.80～73.20%，平均63.00%，均属于可磨性较好的煤层。 4）煤的结渣性。 据详查报告资料，当鼓风强度0.30 m/s时，煤9灰的结渣率为6.42～11.98%，平均8.36%。煤12灰的结渣率为7.30～9.78%，平均8.92%，均属弱结渣煤。 4. 煤的可选性 据详查勘探采取钻孔简易分选样进行筛浮试验，用0.1含量法评价，结果为： 煤9：假定精煤灰分为11.00%，则0.1含量为4.58～24.86%，平均11.68%，可选性为易选。假定精煤灰分为11.50%，0.1含量为3.56～20.68%，平均9.29%，可选性为易选。 煤12：假定精煤的灰分为11.00%，则0.1含量为4.80～35.07%，平均19.60%，可选性为易选。假定精煤的灰分为11.50%，则0.1含量为3.50～31.50%，平均17.09%，可选性为易选。 5. 煤类和工业用途 井田内各煤层均属气煤类，小牌号为气煤1号和气煤2号，根据煤9铁箱试验结果，煤的结焦性能较差，块度小，抗碎性及抗磨性能较差，不适于单独炼焦之用，但可以考虑作配焦用煤；煤的焦油含量较高，属富油煤～高油煤，可考虑煤的综合利用。由于煤的发热量均在18.01～24.18 MJ/Kg，可作为动力用煤。 1.3.3区域水文地质 1. 区域水文地质概况 荆各庄矿井田位于开平向斜的西北侧，中隔凤山～缸窑背斜自成一盆状向斜。流经本区东南边的陡河，发源于北部山区，上游由二支汇成，东支称管河，发源于丰润县福山寺管泉，西支称泉水河，发源于丰润县赵庄上水路。二支水流在双桥村北侧汇合，向南流，经唐山市区，下游汇集石榴河，向南流入渤海。河北省水利厅于1965年在双桥村一带修建了陡河水库，水库大坝距井田东端的最近距离为2200 m。陡河及陡河水库虽然距井田区甚近，但是因其底下均赋存有百余米的第四纪松散沉积物，而且存在有隔水作用的粘土层，对本矿充水没有直接的影响。 荆各庄矿的水文地质条件属复杂型，有八个含水层，自下而上分别为： 1、奥陶系石灰岩岩溶裂隙承压含水层（Ⅰ） 2、K2～K6砂岩裂隙承压含水层（Ⅱ） 3、K6～煤12砂岩裂隙承压含水层（Ⅲ） 4、煤9～煤7砂岩裂隙承压含水层（Ⅳ） 5、煤5以上砂岩裂隙承压含水层（Ⅴ） 6、风化带裂隙、孔隙承压含水层（Ⅵ） 7、第四系底部卵石孔隙承压含水层（Ⅶ） 8、第四系中上部砂卵砾孔隙承压和孔隙潜水含水层（Ⅷ） 其中与矿井生产较密切的为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅶ。 2. 井田地表河流 井田地表河流主要为陡河，发源于发源于北部山区，上游由二支汇成，东支称管河，发源于丰润县福山寺管泉，西支称泉水河，发源于丰润县赵庄上水路。经在大戴庄所设观测站观测：夏季最高水位为+19.5 M，冬季水位介于+16 m~+17 m，河水最高水位约低于本区地形的最低高度10 M左右。 根据1989～1998年东翼塌陷坑观测资料统计，积水量最大值为263.5万吨，积水量最小值为21.6万吨，东翼塌陷坑随着采、掘活动逐年加大，但积水对矿井涌水量无影响，对矿井安全生产无威胁。 3. 井田含水层 ⑴矿井直接充水含水层 荆各庄矿直接充水含水层有K2～K6砂岩裂隙承压含水层（Ⅱ）、K6～煤12砂岩裂隙承压含水层（Ⅲ）、煤5以上砂岩裂隙承压含水层（Ⅴ）。 ①K2～K6砂岩裂隙承压含水层 该含水层位于石炭系中统唐山组的K2灰岩和石炭系上统赵各庄组的K6灰岩之间，厚度100 m，岩性以粉砂岩和细砂岩为主。岩石胶结物多为钙泥质。本层岩石裂隙非常发育，且以倾向裂隙为主，宽度较大，多呈直立密集分布。该含水层在垂向上以K6灰岩、煤15底板、煤16底板含水较丰富。 本含水层单位涌水量为 0.005～0.083 m3/min.m，平均为 0.032 m3/min.m，渗透系数为1.296～7.816 m/d ，平均为3.486 m/d ，属于含水丰富的含水层。水质类型为HCO3-―Ca2+－ Mg2+型淡水，总硬度为9.12德国度，PH=7.89。 ②K6～煤12砂岩裂隙承压含水层 该含水层位于石炭系上统赵各庄组的K6至煤12-2底板之间，厚度20 m，岩性以砂岩和粉砂岩为主，岩石胶结物多为硅质，垂直层面的构造裂隙很发育，裂隙充填物多为钙质。从水平方向看，含水层厚度由西向东呈递增趋势，导水裂隙发育率东部较西部高。该含水层在垂向上，以煤12底板、煤12-1/2底板、K6灰岩含水较丰富。 本含水层单位涌水量为0.002～0.206 m3/min.m，平均为0.042 m3/min.m，渗透系数为0.253～19.793 m/d，平均为6.360 m/d ，属于含水丰富的含水层。水质类型为HCO3-—Ca2+— Mg2+型淡水，总硬度为12.27德国度，固型物含量为241 mg/l，PH=7.85。 ③煤5以上砂岩裂隙承压含水层 该含水层位于二叠系下统的大苗庄组的煤5～唐家庄组上界。岩性以粉砂岩及砂岩为主，其中中粗砂岩含水最丰富。砂岩胶结物多为钙、硅、泥质。本层岩石裂隙非常发育，且以倾向裂隙为主，宽度较大，多呈直立密集分布。在勘探期施工的钻孔中，几乎所有钻孔过本层时均消耗冲洗液，消耗量大于5 m3/h的钻孔占总数的58％，而且漏水严重的分布在井田东部和南部地区，其余地段冲洗液消耗量较小，我矿在1987～1996年施工的钻孔当钻至本层时，冲洗液漏失现象也很严重，常有不回水现象。因此可知本含水层裂隙发育。 本含水层可分为下段（ⅤA）、上段（ⅤB）。 a、下段（ⅤA）：在煤5以上60 m厚，为一河床相砂岩，与下伏地层呈冲刷接触，在井田西部和中部直接冲刷至煤5或煤6，甚至冲刷至煤7或煤8，本段单位涌水量为0.007～0.117 m3/min.m，平均为0.052 m3/min.m，渗透系数为1.985～8.945 m/d ，平均为4.952 m/d ，其水质特征为：HCO3-一Na+一Ca2+型淡水，硬度为7.86～12.64德国度，固形物含量234～297 mg/l，PH=8.0～8.4。 b、上段（ⅤB）：位于煤5以上60～100 m即厚度40 m，本段顶板直接与基岩风化带连接。本段单位涌水量为0.011～0.016 m3/min.m，平均为0.013 m3/min.m，渗透系数为1.722～2.059 m/d ，平均为1.843 m/d ，其水质与下段同。 根据这些现场的资料对含水层的富水性进行分区，总体趋势是东强西弱，共分五个区，富水性最强的区域为井田南部向斜轴附近，最弱为井田西部。提出了含水层富水性分区综合方案，其富水性分区情况见表1.12及图1-8。 煤5顶板砂岩裂隙承压含水层富水性分区参数表 表1.10 本含水层是矿井顶板突水的直接水源，是威胁矿井生产的主要含水层，特别是对煤9的开采影响最大。 ④石炭系太原组灰岩裂隙岩溶含水层。 该含水层主要有K2、K3、K4、K5灰岩，据钻孔揭露： K2灰岩厚4.88～8.09 m，裂隙岩溶发育，消耗水量：20.76 m3/h； K3灰岩厚2.4～4.88 m，局部裂隙岩溶发育，消耗水量：24.15 m3/h； K4灰岩厚0.25～1.35 m，有缺失现象，最大消耗水量：12.12 m3/h； K5灰岩厚3.17～6.52 m，裂隙岩溶发育，最大消耗水量：11.59 m3/h。 单位涌水量为0.0045～16.84L/s.m，渗透系数0.024～38.43 m/d，水质属于HCO3-Ca、Na型，矿化度1.254g/L。该含水层水位标高+681.43～+687.75 m。 ⑤二叠系山西组K7砂岩和3号煤层顶板砂岩裂隙含水层。 K7砂岩2.00～2.90 m，最大消耗水量24.75 m3/h，单位涌水量为0.0032～0.079L/s.m，渗透系数0.020 m/d。水质属于HCO3-Ca、Na型，矿化度1.25～1.37g/L。 3号煤顶板砂岩：与3号煤直接接触，厚1.15～6.96 m，平均3.80 m，裂隙较为发育，最大消耗水量为95 m3/h，为3号煤直接含水层。 ⑥二叠系下石盒子组K8砂岩：厚4.00～8.43 m，最大消耗水量：20.13 m3/h，单位涌水量为0.079L/s m，水质属于HCO3-Ca、Na型。 ⑦基岩风化裂隙带。 在河床与沟谷低洼处发育深度为70～100 m，在山麓边坡一带风化深度不足50 m，一般透水性好而含水性差。该层最大消耗水量为20.13 m3/h，邻区资料表明其单位涌水量为0.58～0.62L/s m。 ⑧新生界冲积-洪积松散层。 厚0～25.29 m，平均8.75 m，单位涌水量0.094～1.55L/s.m，渗透系数 图1-8 煤5顶板砂岩裂隙承压含水层富水性分区图 0.46～4.60 m/d。水质属于HCO3-Ca、 Mg或HCO3-Ca型，矿化度0.28～0.71g/L。为当地工农业用水主要取水层。主要岩性为亚粘土、亚砂土、砂、砂砾石，包括若干单个含水层及隔水层。 4. 矿井充水因素分析 矿井充水水源 矿井主要充水水源有：含水层水、断层水、老空水。 ⑴含水层水 矿井含水层充水水源有煤5以上砂岩裂隙承压含水层水、煤9～煤7砂岩裂隙承压含水层水、K6～煤12砂岩裂隙承压含水层水、K2～K6砂岩裂隙承压含水层水。其中9煤层开采受煤5以上砂岩裂隙承压含水层和煤9～煤7砂岩裂隙承压含水层水的影响，水平开拓工程受K6～煤12砂岩裂隙承压含水层和K2～K6砂岩裂隙承压含水层水的影响。 ⑵断层水 断层水作为充水水源主要是通过断层导通含水层水而形成的。断层的性质及围岩的破坏程度是断层充水的主要因素。张性正断层、落差大、围岩破坏严重便形成了良好的断层充水条件。 由上可见，煤5以上砂岩裂隙承压含水层是矿井顶板突水的直接水源，是威胁矿井生产的主要含水层，特别是对煤9的开采影响最大。根据对煤9开采顶板涌（突）水条件综合分析。将煤5顶板砂岩裂隙承压含水层的富水性与煤9开采顶板冒落的安全性相结合，对煤9开采的顶板涌（突）水条件进行综合分区。见图1-9。 图1-9 煤9开采顶板涌(突)水条件综合分区图 对综合性分区具体说明如下： Ａ区：为煤9顶板冒落时突水威胁较小的区域，即为顶板冒落安全区。因为该区域煤5顶板砂岩裂隙承压含水层富水性较差，即使煤9开采顶板冒落波及到该含水层，也无很大的水泄入巷道。Ａ区进一步细分为两个区域： Ａ-1区：该区导水裂隙带的高度小于煤5～煤9岩段的厚度，并且上部的煤5顶板砂岩裂隙承压含水层富水性很差，因而是整个井田煤9开采顶板冒落最安全的区域。 Ａ-2区：该区虽然导水裂隙带的高度大于煤5～煤9岩段的厚度，但由于区域上部煤5顶板砂岩裂隙承压含水层富水性较差，因此该 区也是煤9顶板冒落比较安全的区域。 Ｂ区：该区处于煤5顶板砂岩裂隙承压含水层富水性较好的区域，且大部分地区导水裂隙带高度大于煤5～煤9岩段的厚度，因而属于煤9顶板冒落危险区。在Ｂ区内按顶板突水危险性的大小可划分为四个区： Ｂ-1区：是该区内危险性最小的区域，因为该区内虽然导水裂隙带高度小于煤5～煤9岩段的厚度，但由于煤5顶板砂岩裂隙承压含水层在该区内富水性相当好，因而也存在一定的突水危险。 Ｂ-2区：因为其导水裂隙带高度大于煤5～煤9岩段的厚度，虽然塑性岩石的厚度较大，但上部的含水层富水性很好，因此属于顶板突水危险性较大的区域。 Ｂ-3区：该区导水裂隙带高度比煤5～煤9岩段的厚度大,上部含水层的富水性较好,煤5～煤9岩段中塑性岩石的厚度大，因此属于顶板突水危险很大的区域。 Ｂ-4区：该区靠近断层带附近。是整个井田范围内顶板突水危险性最大的区域，这是因为该区的导水裂隙带的高度远远大于煤5～煤9岩段的厚度，并且又处于煤5顶板砂岩裂隙承压含水层富水性非常好的区域内，因而其顶板突水的危险最大。 综上所述，按各区煤9开采顶板冒落涌（突）水的危险性由小到大依次排列为：Ａ-1区→Ａ-2区→Ｂ-1区→Ｂ-2区→Ｂ-3区→Ｂ-4区。 充水通道 充水通道主要是岩石的孔隙、裂隙、断层。 ⑴孔隙、裂隙通道 矿井孔隙主要发育在第四系冲积层中，而裂隙发育在基岩里。其中后者与矿井生产关系较密切。 矿井的岩石裂隙较发育，且多为张性裂隙，倾角大于70，是含水层水进入矿井的主要通道。 ⑵断层 荆各庄矿断层可分为两大类：正断层和逆断层。除F1～F3断层外，大多数逆断层由于其结构面为压性面，比较紧密，导水性较差。而正断层却与之相反，由于其结构面属张性，较松散，易导水，F1～F3断层组 虽为逆断层，但破碎带宽达250 m，使其附近地层被错动得支离破碎。通过15个穿过该断层带的钻孔简易水文观测表明；有60％的孔发生冲洗液严重漏失现象，漏失量达7.8 m3/h，对湾42、湾水5进行抽水实验：单位涌水量为0.001 m3/min.m和0.056 m3/min.m，渗透系数为0.388 m/d和11.222 m/d 。因此足以证明该断层导水，富水性较强（已留有防水煤柱）。 综上，荆各庄矿水文地质条件为中等复杂类型。 5. 矿井涌水量 根据本矿水文地质条件和及邻区实际生产状况，确定本矿井最大涌水量为9.5 m3/min，一般为3.73 m3/min。 1.3.4瓦斯、煤尘爆炸及煤的自燃 根据（燃化部[72]燃煤开字第91号文）确定：矿井瓦斯等级为低瓦斯矿井，并有煤尘爆炸危险。瓦斯涌出量，自燃发火期，煤尘爆炸指数见表1.13。 瓦斯、煤尘及自燃发火情况表 表1.11 矿井 名称 沼气(CH4) 二氧化碳（CO2） 煤层自燃倾向性 煤尘爆炸指数V （%） 相对 涌出量 m3/t 绝对涌出量 m3/min 相对 涌出量 m3/t 绝对 涌出量 m3/min 荆各庄矿 0.39～3.38 1.27～5.56 1.5～2.85 4.95～9.24 极易自燃 38.42～64.2 2井田境界和储量 2.1井田境界 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为： （1）井田范围内的储量，要与煤层赋存情况、开采条件和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。 根据以上原则和荆各庄矿采矿登记，采矿许可证“地采证煤字[1990]第107号”批准的井田开采范围确定本井田境界有七个拐点连线圈定。七个拐点坐标见表1.1。 荆各庄矿井田位于开平向斜的西北侧，中隔凤山～缸窑背斜自成一盆状向斜。南北长约3.5km，东西宽约3.4km，北端闭合，南端开放，其轮廓恰似一直径3.5km的亚圆形，面积约9平方公里。 2.1.2开采边界扩大的可能性 根据地质资料，北部、西部及南部均以煤12-2冲积层下潜伏露头为界，东部及东南部以Ｆ3断层为界，深部以煤12-2盆状向斜底- 530标高为最终深度，因此由上可知没有开采边界扩大的可能。 2.2矿井储量 根据（83）煤生字第1275号文颁发的《生产矿井储量管理规程》中第二章第一节第八条确定各级储量的条件中有关规定要求及参照开滦矿务局1991年颁发的《开滦矿务局生产矿井储量管理规程实施细则》和国家颁发的各种法规等作为确定各级储量的主要依据。 本井田内共含煤19层，其编号自上而下分别为：1、2、3、5、6、7、8、9、10、11、12号煤，其中9、12号煤为主要可采煤层，其余为不可采煤层。本设计只设计9号煤层。 2.2.1储量计算基础 1. 工业指标的确定 依据《煤炭工业矿井设计规范》有关规定，储量计算中厚度、灰分指标要求见表2.1。 储量计算厚度、灰分指标 表2.1 储量类别 能利用储量 尚难利用储量 煤 种 炼焦 用煤 非炼 焦用 褐煤 炼焦 用煤 非炼 焦用 褐煤 最低可采厚度/m 缓斜煤层（0-25） 0.70 0.80 0.80 0.40 0.60 0.70 倾斜煤层（25-45） 0.60 0.70 0.70 0.40 0.50 0.60 急斜煤层（>45） 0.50 0.60 0.60 0.40 0.40 0.50 最大灰分 40% 50% 2. 其他计算依据 （1）根据荆各庄矿井田地质详查勘探报告和1998年6月补充勘探提供的煤层资料计算。 （2）依据《煤炭资源地质勘探规范》关于化工、动力用煤的标准：计算能利用储量的煤层最低可采厚度为0.80 m，原煤灰分不大于40%。计算暂不能利用储量的煤层厚度为0.70～0.80 m。 （3）依据国务院（1998）5号文《关于酸雨控制区及二氧化硫污染控制区有关问题的批复》内容要求：禁止新建煤层含硫份大于3%的矿井。硫份大于3%的煤层储量列入平衡表外储量。 （4）储量计算厚度：夹石厚度不大于0.05 m时，与煤分层合并计算，复杂结构煤层的夹石总厚度不超过每分层厚度的50%时，以各煤分层总厚度作为储量计算厚度。 （5）井田内主要煤层稳定，厚度变化不大，煤层产状平稳，勘探工程分布比较均匀，采用地质块段的算术平均值。 2.2.2工业储量计算 根据储量计算公式（《地质学基础》中矿大出版社 陈昌荣主编） 地质块段法 地质块段法就是根据一定的地质勘探或开采特征，将矿体划分为若干块段，在圈定的块段法范围内可用算术平均法求得每个块段的储量。煤层总储量即为各块段储量之和，应当指出，每个块段内至少应有一个以上的钻孔。 块段的面积S必须采用真面积（即煤层斜面积）。用煤层底板等高线上的水平投影面积换算成真面积。 （公式2-4） （公式2-2） （公式2-3） （公式2-1） 式中 s—真面积， m2; —水平投影面积， m2 ; —煤层倾角，采用块段内的平均倾角，（。） mi—块段煤层的平均真厚度， m; 煤层厚度 M应采用其厚度的平均值，即根据计算面积内各见煤点的厚度，均换算成真厚度（垂直层面方向的厚度），而后用算术平均法进行计算。 式中 Mi—煤层真厚度的平均值， m； n---参加计算的见煤点数（地段中的钻孔数） M1+M2+M3……+Mn —该地段中各见煤点的煤层真厚度， m； γi—块段内煤层容重，t/m2 煤层储量的计算公式为： …………….. 、……. —分别为各块段的储量，万t ; 、….. —分别为各块段的面积， m2 、….. —分别为各块段内煤层的厚度， m 、、—分别为各块段内煤层的容重，t/m2 本井田内主要可采煤层为煤9，其平均厚度分别为8.43 m。由上式计算 结果见表2.2： 开滦荆各庄矿煤9储量计算表 表2.2 地质块段 号 块段投影面积( M2) 平均倾角() 块段实际面积( M2) 平均厚度( M) 煤层容重(T/m3) 块段储量(T) 1 1176410.73 6.6 1184259.09 8.4 1.44 14324798.00 2 1224830.47 8.3 1237795.39 9.5 1.44 16933041.00 3 1223165.70 12.4 1252380.89 7.9 1.44 14247085.00 4 493448.77 6.9 497048.73 8.5 1.44 6083876.40 5 567578.39 8.4 573733.21 7.8 1.44 6444171.40 6 726329.96 13 745435.42 8.5 1.44 9124129.60 7 348253.06 5.9 350107.65 9.7 1.44 4890303.60 8 228550.65 4.4 229226.24 8.8 1.44 2904754.90 9 332907.40 9.4 337438.47 7.7 1.44 3741517.70 10 412864.19 29 472049.94 8.6 1.44 5845866.50 11 372320.68 32.7 442443.14 8.54 1.44 5440988.80 12 529938.83 21.7 570358.68 9.3 1.44 7638243.50 13 377901.90 24.7 415958.72 8.4 1.44 5031436.70 14 233863.94 6.6 235424.15 8.4 1.44 2847690.50 15 435946.54 31.6 511838.39 7.5 1.44 5527854.60 16 228493.37 34.7 277923.77 8.8 1.44 3521850.00 17 203965.86 27.7 230367.43 7.9 1.44 2620659.90 18 153731.75 28.3 174600.45 8.1 1.44 2036539.68 19 211620.38 31.2 247403.81 8.1 1.44 2885718.00 20 168494.67 20 179308.29 7.5 1.44 1936529.50 总 计 9650617.23 10165101.86 8.43 124027055.28 故全矿井共获得能利用储量12402.70万t，本井田储量级别均为111b+121b+122b级，因此矿井工业储量为12402.70万t。 2.2.3可采储量计算 矿井可采储量=（矿井工业储量-永久煤柱损失）矿井回收率。 计算矿井可采储量时，必须要考虑以下损失：（1）工业广场保护煤柱；（2）井田境界煤柱损失；（3）采煤方法所产生的煤柱损失和断层煤柱损失；（4）建筑物、河流、铁路等压煤损失；（5）其他损失。 本井田中永久煤柱损失主要有：工业广场保护煤柱、井田境界煤柱损失、村庄保护煤柱和断层保护煤柱等。 根据王台铺矿和长平井周围矿井实际经验和依据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱与压煤开采规程》之相关条款规定，部分煤柱的留设方法如下，见表2.3。 煤柱留设方法 表2.3 名 称 留 设 方 法 工业广场 根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱与压煤开采规程》第72条：工业广场维护带宽度为15 m 井田边界 边界煤柱20 m 断 层 断层煤柱每侧20 m 大 巷 大巷煤柱每侧30 m 1. 工业广场煤柱留设 根据《煤炭工业设计规范》，工业场地占地指标如表2.4。 工业场地占地指标 表2.4 井 型 大 型 井 公顷/10万t 中 型 井 公顷/10万t 小 型 井 公顷/10万t 占地指标 0.80～1.10 1.30～1.80 2.00～2.50 注：1.占地指标中包括围墙内铁路站线的占地面积； 2.井型小的取大值，井型大的取小值； 3. 在山区，占地指标可适当增加； 4. 附近矿井有选煤厂时，增加的数值为同类矿井占地面积的30～40%； 5. 占地指标单位中的10万t指矿井的年产量。 工业场地的布置应结合地形、地物、工程地质条件及工艺要求，做到有利生产，方便生活，节约用电。根据上述规定，本井田工业场地占地面积S取值如下： S=（0.80+0.30）90/10=13.2公顷=132000 m 由于荆各庄矿采用中央边界式的通风方式，而又将风井与主井、副井布置在同一个工业广场内，故本矿井扩大工业场地的面积为13.2公顷，由于长方形便于布置地面建筑，所以初步设定工业广场为长方形324.43 m 408 m 。 图2-1 工业广场煤柱留设图 查地质资料，根据地质岩性，参照地质资料，确定地层移动角Ψ=45，δ=70，γ==35~72。用作图法求出工业广场保护煤柱量。 工业广场保护煤柱留设见图2-1。 由作图法求得荆各庄矿工业场地煤柱损失：煤9：777.76万t。 2.断层煤柱及其他煤柱损失 井田东南边界有3个断层F1、F2，井田边界各煤柱损失煤量见表2.5。 工业场地占地指标 表2.5 煤柱名称 煤柱损失量/万t 9号煤 井田边界 645.40 断 层 287.5 工广保护煤柱 372.2 小计 1305.1 3.可采储量计算 由以上计算可知，断层煤柱及其他煤柱损失煤量为1305.10万t，矿井的回收率没有具体规定，一般为不低于60%，结合本矿实际情况，为了充分利用煤炭资源，参照采区回采率，煤9为厚煤层，所以矿井回收率取75%。经计算矿井工业储量为12402.70万t，全矿永久煤柱损失为1305.10万t， 则矿井可采储量=（12402.70-1305.10）0.75=8323.20 万t矿井储量计算结果见下表2.6所示。 储量总表 表2.6 矿井名称 煤 层