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【導讀】中國礦業大學2021屆本科生畢業設計

　　

【正文】 中國礦業大學 2021 屆本科生畢業設計 6 呈現總體向南傾斜的單斜構造 .該單斜構造產狀平緩 ， 地層傾角一般在 11～ 16176。之間，僅在 F16斷層附近，地層局部直立或倒轉。 一、褶皺 井田內褶皺不發育，在總體為單斜構造的背景下，沿走向 、傾向局部均有連續寬緩的波狀起伏。在 4 4 46 等勘探線附近，沿走向存在著軸向近南北、平緩開闊的背斜、向斜，沿傾向上的變化相對比較穩定，僅在 45 線以西、 +350m 水平以上煤層淺部有軸向近東西的撓曲現象。 二、斷層 （ 1）井田邊界斷層 ① F16 斷層 經井田南緣通過，為井田深部邊界斷層。斷層總體走向呈 NWW 向，局部方向有所偏轉，表明了斷層沿走向上的舒緩波狀特點 ， 對比 21和 23 煤層斷煤交線，淺部較深部舒緩波狀特點更為顯著。該斷層傾向總體向南 ,傾角一般在 60176。左右，經 4504 鉆孔計算，落差在500m 左右，是一個上盤三疊系地層被推覆于下盤中侏羅統義馬組之上的走向逆斷層。 該斷層除 510 480 4507 等鉆孔控制外，西采區 1～ 2煤皮帶下山已經揭露，其位置較原確定位置北移 146m，斷層旁測牽動現象較明顯。 45 線以東無鉆孔控制位置可能有一定擺動。 ② F17 斷層 精查地質報告中認為， F17斷層為橫穿義馬煤田南部的一條正斷層，在耿村井田深部 42線以東切割 F16，該斷層走向 NW290176。、傾向 NE、落差 600m。 ③ F5101 斷層 該斷層位于 50線西，為耿村與楊 村井田的邊界斷層，斷層走向 NNW，自煤層露頭邊界至井田南部邊界 ， 全長約 2km，傾向 SWW、斷層面平直 ， 傾角陡峻 ， 一般≥ 80176。 12081 工作面切眼見該斷層落差 21m，屬上盤下落的正斷層。 井田內斷層較簡單，經勘探、補勘及采掘生產揭露，未發現落差大于 20m 以上的斷層存在。而落差大于 5m 以上的斷層僅見兩條。 井田的水文地質特征 井田內主要地表水為南澗河和石河，石河為南澗河的支流，于下石河處匯入南澗河，匯水面積為 。南澗河經井田淺部橫貫東流，義馬以上流域面積 576 km2。最大洪流 量為 ，雨季地表水、地下水沿沖溝排入南澗河，為一典型的山區河流。 依據地層與組成巖石的給水性、透水性特征及地下水的賦存條件，由下至上分為侏羅系 中統義馬組底礫巖孔隙～裂隙承壓含水層、侏羅 系 中統馬凹組礫巖孔隙～裂隙承壓含水層、侏羅 系 上統巨厚礫巖孔隙～裂隙潛水～承壓含水層、第三 系 泥灰巖，礫巖巖溶孔隙～裂隙潛水～承壓含水層、第四 系 底部礫卵石層孔隙潛水含水層五個含水層。 (1) 侏羅 系 中統義馬組底礫巖孔隙～裂隙承壓含水層 厚 0～ ，一般為 ,分布于井田淺部和東部 ,且由東向西逐漸變薄。 3774004 號孔以西相變為含礫粘土、粘土巖， 350 3502 孔一帶沉積厚度為 。礫石成 中國礦業大學 2021 屆本科生畢業設計 7 分以石英巖和石英砂巖為主。泥質基底～孔隙式膠結。該層為二煤或 23 煤層的直接底板，鉆探遇該層，沖洗液消耗甚小，井下開掘遇本層，未見涌、突水現象。據抽水資料、簡易水文地質觀測和礦井資料分析，本層含水性微弱，對礦井開拓影響不大。 (2) 侏羅 系 中統馬凹組礫巖孔隙～裂隙承壓含水層 厚 ～ ，一般為 ，侏羅系中統礫巖含量在井田內自東向西逐漸減少，局部地段以透鏡體狀出現。礫石成分以石英砂 巖、石英巖、石灰巖為主的中粗礫巖，次為巖漿巖，礫徑大小不等，泥質膠結，中間夾有粉砂巖、泥巖隔水層，含水層水以靜儲量為主，含水層儲水空間有限，補給量小。本層為二煤組頂板直接充水含水層。 (3)侏羅 系 上統巨厚礫巖孔隙～裂隙潛水～承壓含水層 厚 ～ 一般為 ，本層位于井田中部山脊及其以南地 呈半裸露狀分布。礫石成分以石英巖、石英砂巖為主，石灰巖、巖漿巖次之，分選性差。頂部風化帶有溶蝕現象，發育小溶洞。鉆探遇本層，沖洗液漏失嚴重，最大漏失量為。該層中下部礫巖膠結完好 ，含水性弱。據 4308 號水文觀測孔在二氧化碳洗井時，將孔內水全部洗凈，水位經 262 小時恢復 ，水位標高 +,說明侏羅系上統厚層礫巖上部風化帶富水性較強 ,而下部則含水性弱 ,該層對礦井開拓影響不顯著。上部水質為 HCO3～ Ca 型水，下部水質為 HCO3～ Na178。 Ca型。 (4) 第三 系 泥灰巖、礫巖巖溶孔隙～裂隙潛水～承壓含水層 厚 0～ ，一般為 ，井田內均有不同程度的沉積，泥灰巖質純、蜂窩狀溶洞發育，溶洞一般直徑為 10～ 20mm，最大 50～ 70mm。底部為鈣質膠結的礫巖。據江 蘇四隊延深勘探資料：井田內大部份鉆孔揭露本層時，沖洗液發生較大的消耗，最大消耗量為，富水性中等，水位季節變化大，變幅為 ～ 之間。 (5) 第四 系 底部礫卵石層孔隙潛水含水層 厚 0～ ，井田內局部沉積，巖性由石英砂巖的礫卵石組成，底部直接不整合于下伏地層之上。接受南澗河水、大氣降水的補給，井田內少數民井用水取于該層，季節水位變化較大，變幅在 ～ 。水質為 HCO3～ Ca型，水溫 12℃。 井田的涌水量 礦井正常涌水量 45m3/h，經處理后 循環用于注漿、防塵。通過采掘揭露及歷年來礦井涌水量資料，最大涌水量 ， 正常涌水量 1995 年至 2021 年 70 m3/h、 2021 年至2021 年 45 m3/h，預測礦井最大涌水量 m3/h，未發生過大的突水事故，礦井直接充水水源主要為頂板砂巖水和老空水，屬水文地質條件簡單礦井。 煤層特征 概述 中國礦業大學 2021 屆本科生畢業設計 8 23 煤 位于煤系地層義馬組底部礫巖段之上，下距三疊系地層 ～ ，平均。井田內見煤鉆孔 52 個，其中可采點 50 個，煤層厚度 ～ ，一般 ，煤厚變異系數 ?=%，可采性指數 Km=，厚度大，井田內普遍可采，屬較穩定煤層。該煤層含夾矸 0～ 11層，一般 3～ 7 層，厚 ～ ，一般 ，夾矸巖性多為泥巖或炭質泥巖，煤層底部多為煤矸互層，屬復雜結構。頂板為灰色含菱鐵質細砂巖 (Js2砂巖 )。直接底板為炭質泥巖或煤矸互層，間接底板為底礫巖。如下表所示： 表 12煤層發育情況預覽表 煤 層 名 稱 厚度 （ m） 兩極值 平均值 含 煤 系數 % 層間距 （ m） 兩極值 平均值 ～ 煤 層 結 構 頂板 巖性 底板 巖性 煤層可采性指數 km 煤厚變異系數 γ 穩 定 性 可采 程度 層數 厚度 復 雜 程 度 23煤 ～ 0～ 11 4～ 4 ～ 復雜 砂巖偽頂 泥巖 較 穩 定 普遍 可采 煤層的圍巖性質 23 煤層 頂板巖性 有兩種情況，在井田淺部和中部 +300m 以上，頂板為灰白色薄層細中粒長石石英砂巖，厚 0～ ，一般 ，隨 2 22 煤層與 23煤層合并，厚度由淺部至深部變小并尖滅，至 +300m 水平以下，頂板為 21 煤層頂板黑色泥巖 (JK1)代替。底板為砂礫巖、砂巖或砂質泥巖，偽頂多為炭質泥巖與煤線互層 1～ 2m，遇水變軟，對采掘有一定影響。砂巖、泥巖頂板均較堅硬，不易破碎，便于管理。 煤的特征 煤層 本井田屬于侏羅系義馬組二 3煤層，為單一煤層。該煤層賦存穩定，結構簡單，屬 穩定型單一煤層。煤層厚 度平均為 ，傾角 12186。，為緩傾斜煤層。如表 13所示。 煤 煤層厚度 (m) 煤 傾 圍巖性質 煤 硬 容 煤中國礦業大學 2021 屆本科生畢業設計 9 表13 煤 層 特 征 表 本井田煤層煤質 煤為黑色、條痕為褐黑色，具瀝青光澤，多為立方節理，真密度 ，視密度 ，煤呈塊狀或小塊狀產出，煤在空氣中易風化破碎，塊煤加熱時破碎嚴重，燃點低，堆放時易于自燃， 一般自燃發火期為 1 個月，燃點溫度 268～ 270℃。 據測定原煤（ 50～ 1mm粒度級）的散煤重 ，靜止角 176。，摩擦角 176。 表 14 煤的工業分析表 煤 層 名 稱 精 度 原 煤 透 光 透光率 鏡煤平 均最大反射率 煤種牌號 Vadf Y C H W Qgrdaf 氧化腐植酸 ﹪ ㎜ ﹪ ﹪ MJ/k ﹪ ﹪ ﹪ ﹪ 序 號 層 名 稱 最小 — 最大 平均 可采 厚 層 間 距 (m) 角 (176。 ) 頂 板 底 板 牌 號 度 重 (t/m3) 層結構及穩定性 平 均 1 二3 / 12 石英砂巖 粉砂巖 礫巖 長焰煤 f〈 1.6 1． 40 穩定 中國礦業大學 2021 屆本科生畢業設計 10 23煤 ～ ～ Cγ 按《中國煤炭分類》（ GB575186）標準，干燥無灰基揮發份 Vdaf37%、透光率 PM 30～50%、恒濕無灰基高位發熱量 24MJ/kg，則劃為長焰煤。因此，本井田各煤層均屬長焰類。 煤質及工業用途評述 以作動力用煤為主，原煤低位發熱量 Q 為 17290～ 21140J/g，符合火力發電及其它一般工業鍋爐用煤要求。經半工業規律氣化試驗證明，煤對 CO2反應性大于 60%(表 320)，硫分低、不粘結，大于 25mm 塊煤在 32%左右，可在沸騰和固定層發生爐進行氣化，但由于煤機械強度、結渣性、熱穩定性差，灰溶點低，對氣化用煤有影響。據配焦稀硝酸氧解制硝基腐植酸試驗結果，該煤種配量可達 10～ 20%。原生腐值酸 %，硝酸增添量在 1:左右，但對于各煤層之配煤量能否增加，制取硝酸腐植酸的經濟價值尚需進一 步研究。應充分利用義馬長焰煤對 CO2反應性強、含硫量低、產氣率高、 宜于氣化特點，就地入選塊煤作氣化原料，就地加壓氣化，剩余沫煤供應電廠。 煤塵、瓦斯和煤的自燃情況 在建井階段測定瓦斯 濃度 一般為 ~%之間 ， 個別達 %，在構造帶則大于 10%，而且能聽到瓦斯涌出的 ―嘶嘶 ‖聲，礦井生產掘進過程中，在煤巖層破碎地段有時亦聽到過此現象。絕對瓦斯涌出量 ～ 、 ～ ，相對瓦斯涌出量， ～ ?t、 ～ ?t，鑒定結果均屬低 瓦斯 礦井。但隨著開采深度的增加，瓦斯有增大的趨勢 。 1993 年以來，因開采 22 和 23 煤層，瓦斯絕對和相對涌出量均有所增加，隨著礦井的延伸，特別是 2～ 3煤層，由于煤層厚且變化較大，埋深相對增加，瓦斯含量也將隨之增加。因此雖為低瓦斯礦井，也應做好通風安全及瓦斯的預防預報，以杜絕事故的發生。 瓦斯涌出量隨風量增加而增加。根據 《煤礦安全規程》第 145 條 和 《礦井瓦斯抽放管理規范》 第 9 條規定， 采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m3/min， 用通風方法解決瓦斯問題不合理的 ， 必須建立地 面永久抽放系統或井下臨時抽放系統 ，因此，建議采用上隅角瓦斯抽放方法解決。 煤層有煤塵爆炸性危險。 礦井投產以來各煤層均不同程度的煤層自燃現象，煤層發火原因決定于回采后浮煤量和推進速度，一般推進速度大于 35m/d，不易發火 。若小于 35m/d， 易發火。因此在開采過程中，一是應減少浮煤損失，二是提高推進速度，以避免煤的自燃發生。據義馬侏羅紀厚煤層綜采面自然火災規律及防治措施的研究（王正木 ,1997 年），隨著綜采面由一次采全高中國礦業大學 2021 屆本科生畢業設計 11 的煤層向特厚煤層轉移 ,自然發火將會更加頻繁 ,成為威脅綜采面安全生產的突出問題 ,且是 推行放頂煤綜采的攔路虎。對綜采面煤層自燃應以防為主 ,采取可靠措施 ,形成完整工藝 ,消除導致煤自燃的基因 ,如黃泥或類似材料灌漿工藝、阻化劑防治煤層自燃工藝、注氮預防煤自燃等。 2 井田開拓 井田境界及可采儲量 井田境界 千秋井田位于河南省義馬市之南 1～ 2km，東與北露天和躍進礦為界，西至 41 勘探