山东兖州星村煤矿12Mt采矿毕业设计

中国矿业大学本科生毕业设计（论文） 第 1 页1 矿区概述及井田地质特征1.1 矿区概述1.1.1 井田位置及交通星村煤矿位于位于山东省兖州市以东约 15km，曲阜市西南约 10km，属曲阜市和兖州市管辖，主体位于曲阜市陵城镇附近。经山东省国土资源厅勘探许可登记（许可证号：3700000110336、3700000340247） ，井田勘探范围：东起峄山断层，西至曲阜井田的 31勘探线，北以 F40 断层为界，南以滋阳断层与兴隆庄井田和东滩井田相邻。其地理坐标为：东经 11651111165745，北纬 352845353330，井田东西长约 9.17km，南北宽约 4.45km，勘探面积 37.99km2。星村煤矿位于京沪铁路与兖石铁路的交汇处，日东高速公路斜贯本区，东邻 104 国道及京福高速公路，区内公路纵横，可直通周围各煤矿及曲阜、兖州、邹城三市，区内田间道路亦可通行汽车，交通十分方便，交通位置见图 1-1-1。1.1.2 地形与地貌区内地势平坦，地面高程在+50+56m 之间，一般为+52+54m，全区地形东高西低。1.1.3 水文情况沂河位于本区北部，自东向西流过，属泗河的支流，其上游刘家楼建有尼山水库，下游杨庄建有拦河坝。1.1.4 气象及地震情况本区位于北温带半湿润季风区，属海洋大陆性气候，四季分明。年平均气温13.5，月平均最高气温 29，日最高气温 41；月平均最低气温-4.11，日最低气温-19.3。年平均降雨量 632.4mm，降雨多集中于 7、8 月份，春季雨量少。年平均蒸发量 1719.5mm，年最大蒸发量 1819.5mm。春、夏季多东及东南风，冬季多西北风，平均风速 2.9m/s。历年最大积雪厚度 0.15m，最大冻土厚度 0.45m。精查地质报告给出本区地震烈度为 6 度。根据中国地震动参数区划图 （GB 18306-2001）确定：本区地震动反应谱特征周期为 0.40s，地震动峰值加速度为 0.05g。中国矿业大学本科生毕业设计（论文） 第 2 页图 1-1-1 矿井交通位置图1.1.5 矿区简况及工农业生产概况兖州煤田位于山东省西南部，1975 年开始大规模建设，目前已形成相当规模的生产能力，隶属兖州矿业集团的有 6 座矿井南屯、兴隆庄、鲍店、东滩、北宿、杨村，原煤年产量在 2000 万 t 以上。划归地方开采的矿井有落陵、太平、里岩、横河、田庄、杨庄、古城、单家村等煤矿，原煤实际年产量近 500 万 t 以上。区内土地肥沃，生物资源繁多，主要粮食作物有小麦、玉米、高粱、谷子、绿豆、中国矿业大学本科生毕业设计（论文） 第 3 页地瓜、大豆、水稻等。经济作物主要有棉花、花生、芝麻、蔬菜、瓜果、花卉、药材等，农业生产中还有花木种植、水产养殖、畜牧等副业。区内主要工业有煤炭、石材开采、煤化工、酿造、建材等。1.1.6 矿区水源、电源及通信情况矿井为生产矿井，生产系统完善。1、电源本区电源充沛。矿井为生产矿井，两路 35kV 电源分别引自曲阜 220/110/35kV 变电所，与薛村 110/35kV 变电所。2、水源据山东省兖州煤田星村井田勘探（精查）地质报告和矿井实际，水源取自第四系砂砾层松散孔隙水含水层上组。矿井井下水经处理后，作为工业场地生产用水。3、通信矿井通信系统已建成使用。矿井对外通信采用虚拟网方式，由通信支局入电信公共本地网，矿井通信接入陵城通信支局，陵城与本矿直线距离约为 1.5km。矿井变电所与上级变电所的电力调度，由电力系统统一规划，采用一点多址数字微波通信系统，本矿设终端设备。1.2 井田地质特征1.2.1 地质特征本区为全隐蔽式华北型石炭二叠系含煤区，地层由新到老为：第四系、上侏罗统蒙阴组、上二叠统上石盒子组、下二叠统下石盒子组和山西组、上石炭统太原组、中石炭统本溪组及奥陶系中、下统。区内钻孔大部揭露到山西组底界及太原组三灰以上地层，揭露下部地层的只有 12 个钻孔，根据钻孔揭露资料，将地层叙述如下：地质综合柱状图见图 1-2-11、第四系（Q）厚度 35.85152.10m，平均 98.61m，根据岩性、物性特征可划分为上、下两组。上组：厚度 28.3067.15m，平均厚 45.80m，由黄褐色带灰绿色斑块的粘土、砂质粘土及砂砾层组成。本组富水性弱，为隔水层组。下组：厚度 7.5584.95mm，平均厚 47.81m，主要由黄褐色及灰绿色粘土、砂质粘土及砂层组成。本组富水性中等。第四系为河湖相沉积，与下伏地层不整合接触。2、侏罗系上统三台组（J 3）揭露厚度为 414.35m1122.80m，平均 601.54m，以岩性和颜色不同分为上、下两段，分述如下：上段：厚 212.95544.60m，平均 367.87m。主要由灰绿色细砂岩、砂质泥岩、泥岩组成。钙质、泥质胶结，间夹薄层中砂岩及砂砾岩。底部常以一层灰色砾岩与下段的暗红色砂岩分界。下段：厚 167.90315.80m，平均 233.67m。以暗红色细砂岩为主，间夹紫红色砂质中国矿业大学本科生毕业设计（论文） 第 4 页泥岩、粉砂岩，铁泥质胶结，底部为一层含铁质的砂砾岩或粗砂岩。本组与下伏地层呈不整合接触。3、二叠系上统石盒子组上部及下统石盒子组黑山段、山西组、太原组（1）石盒子组上部（P 2S）厚度 39.75211.15m，平均厚度 152.83m。主要由杂色泥岩、铝质泥岩、砂岩组成。其底部往往发育一层铝质泥岩（B 层铝土岩） ，与其下的中细砂岩构成与下组的分界。本组与下石盒子组为连续沉积，整合接触。（2）石盒子组黑山段（P 1h）本组厚度 21.4060.15m，平均 41.72m。主要由灰绿色、浅灰白色砂岩和灰绿色带紫红色斑块的砂质泥岩、泥岩组成，底部砂岩具泥质包裹体，含植物化石碎屑，下部偶有煤线。 本组与下伏地层呈整合接触。（3）山西组（P 1S）厚度 40.4473.05m，平均厚 53.13m，是本区主要含煤地层。主要由灰至灰白色的细砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥岩和煤（2 上 、2 及 3 煤，其中 3 煤局部分叉为 3 上 、3 下两层）组成，其中可采煤层为 2 上 、3 煤两层，分别位于本组的中部和下部。本组与下伏地层呈整合接触。（4）太原组（P 1t）本次钻探揭露最大厚度 41.9m，根据以往资料显示，本组厚度 155.51171.95m，平均厚 162.41m。由灰色、深灰色、灰黑色的细砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥岩、粘土岩及灰色石灰岩和煤层组成。石灰岩发育有第二、三、五、六、七、八、九、十 上 、十 下 和十一等 10 层，煤层发育有第 5、6、8 上 、8 下 、9、10 上 、10 下 、12 上 、12 下 、14、15 上 、15下 、16 上 、16 下 、17、18 上 、18、18 下 等 18 层。本组与下伏地层呈整合接触。4、石炭系上统本溪组（C 2b）本次勘探未揭露，根据以往资料，本组厚 19.9028.40m，平均厚 24.15m。主要由深灰色泥岩、浅灰或灰绿色夹紫红色斑块的粘土岩、铝土岩和粉砂岩以及石灰岩（第十二、十三和十四层灰岩） ，并夹有薄煤 12 层。下部铝土岩较发育，富含菱铁质鲕粒。本组化石多见于石灰岩中，有小纺锤虫等蜓科化石，以及腕足类、珊瑚、海百合茎等。本组与下伏地层呈假整合接触。5、奥陶系中、下统（O 2+ O1）本次勘探未揭露，根据区域资料，厚 640660m。以厚层状石灰岩为主，夹白云质灰岩、泥质灰岩及角砾状灰岩。1.2.2 地质构造井田西区地处滋阳断层和峄山断层的下降盘，煤系埋藏较深，一般在 1000m 以下，地层总体呈向东北倾伏的单斜构造，局部发育短轴褶曲，地层倾角一般 10左右，沿F14 断层发育轴向西北东南方向的背向斜。西区大断层结构复杂，附生断层甚多。在西区发育的断层当中，走向南北倾向东的断层倾角较大，走向北西倾向西南的断层倾角较缓，部分倾向相反的两条较大落差的断层相遇后两断层落差急剧变小或消失。本区总体构造形态为一向东北倾伏的单斜，地层一般倾角 10左右，局部可达1520，局部短轴褶曲较发育，主要褶曲有：中国矿业大学本科生毕业设计（论文） 第 5 页(m)层 厚名 称煤 岩1：200柱 状(m)累 厚 岩 性 描 述中砂岩8.40 46.655.85 38.258.45 32.41.79 23.95灰白色，微带绿色，成分以石英为主，长石次之，含云母星点黑色矿物较多，硅泥质胶结，隐显斜水平层例。3.84.406.602.83紫红色，成分以石英为主，含云母星点，无层理。砂质泥岩11.013.8322.163 煤砂质泥岩灰黑色，致密,厚层状，中夹菱铁矿结核和少量黄铁矿散晶，有少量植物化石，有滑面。灰色，泥质胶结，有明显的黑色泥质量条带,具波状层理。灰黑色，致密、性脆，块状构造，含菱铁矿结核，偶见黄铁矿散晶，具纵向裂隙。黑色烟煤，半亮型为主，夹有镜煤条带，煤层结构呈条带状，夹有矸石薄层。粉砂岩黑灰色，块状构造，性脆，含植物化石，呈滑面。以白色为主，少带灰白色，含暗色矿物，钙质胶结。细砂岩中砂岩砂质泥岩4.401、1#向斜轴部斜贯西区中部偏西，经陵城南、赵庄、古路沟一线。轴向为北西，幅度558m，跨度 4002000m，区内延展长度 6200m。两翼倾角 315，西翼较陡。被DF11、DF12、DF13 等多条断层所切，形态不完整。与其它次一级褶曲相交汇，在西区的东南、南、中、西北各形成一凹陷，与陵城西背斜形成一“鞍”状构造，局部向斜形态不明显。2、2#背斜轴部斜贯西区中部，经驻跸南、陵城西、杨庄一线，轴向北西，被 DF8、DF22 等断层切割，区内延展长度 6450m。幅度约 5120m，跨度约 400m800m，两翼倾角较缓。与其它次一级褶曲相交汇，在西区的中部与东南部各形成一穹隆构造，由于与其它次一级褶曲的相互作用，局部背斜形态不明显。另外，区内还有小厂东向斜，陵城西背斜等 5 个短轴褶曲。中国矿业大学本科生毕业设计（论文） 第 6 页1.2.3 水文地质1. 含水层赋存条件（1）第四系砂砾层松散孔隙含水层组区内第四系厚度 124.5236.00m，平均厚度 172.37m，其厚度变化由东向西逐渐变厚。第四系由粘土、砂质粘土及砂砾层组成，覆盖于侏罗系地层之上，属于间接充水含水层，根据颜色、岩性等划分为两个含水层组：上组：（Q 上 ）：厚度 40.3597.25m，平均厚度 70.43m，由灰黄色、褐黄色砂质粘土及砂层组成。本组透水性好，富水性强。据曲阜井田资料，水位年变化幅度 23m，钻孔单位涌水量 2.011L/sm，水质类型为重碳酸钙型，矿化度 0.213g/L。该组是农田灌溉取水主要对象。下组（Q 下 ）：厚度 7.5584.95 m，平均厚度 47.81m，由黄褐色、灰绿色粘土、砂质粘土及砂层组成，富水性中等。据东区星 01 号钻孔抽水试验资料：水位标高+44.40m，钻孔单位涌水量 0.041620.05697L/sm，水质类型为重碳酸钙钾钠型，矿化度 0.352g/L。本含水层对矿井开采无影响。（2）侏罗系砂岩裂隙承压含水层上段厚度 332.95784.6 m，平均厚度 487.87m，由灰绿色细砂岩、砂质泥岩、泥岩组成；下段 167.9435.8m，平均厚度 313.67m，以暗红色细砂岩为主，间夹有紫红色砂质泥岩、粉砂岩。含水层主要由砂岩组成，从岩芯看裂隙不发育，冲洗液消耗量 0全漏，漏水孔率 24.0%。据原精查星 01 号钻孔抽水试验资料：水位高出地面，其标高为+68.09m，单位涌水量 0.00297L/sm，水质类型为硫酸钾钠型，矿化度 7.093g/L。根据东滩矿北风井井筒检查孔的资料，孔深 136.45m、厚度 5.18m 的细砂岩中有小空洞，空洞最大直径为 3cm，而且岩芯破碎，成为地下水流通道，目前东滩矿西风井涌水量为20m3/h。南屯矿开采 3 煤，由于冒落裂隙带影响到侏罗系地层，使该含水层地下水沿裂隙涌入矿井。从这两个矿井资料看，该层段透水性好，富水性中等。该层段由于厚度大，富水性不均一，局部层段富水性较强，正常情况下对矿井开采无影响，但当断层使其与煤层或直接充水含水层接触时，就会通过断层发生侧向补给，属于间接充水含水层。（3）山西组 3 煤层顶底板砂岩裂隙承压含水层3 煤顶板砂岩含水层由 2 煤顶板至 3 煤底板之间的砂岩组成，属于开采上煤组直接充水含水层。砂岩厚度 21.3051.71m，平均 38.54m，冲洗液消耗量 0.090.54m 3/h，无漏水现象，充水空间不发育。据 2002 年在东区施工的星 04 号钻孔抽水试验资料：水位标高+37.32m，单位涌水量 0.001334L/sm，水质类型重碳酸钙钾钠型，矿化度0.204g/l。本次施工的星 16、星 28 号孔抽水资料：水位标高-36.913+4.517m，单位涌水量 0.00005710.0001659 L/sm，水质类型重碳酸钙镁型重碳酸钙钾钠型，矿化度0.6031.385g/l。兴隆庄井田抽水资料：单位涌水量 0.00910.012L/sm。东滩井田抽水资料：东 6 号孔漏水，水位标高+38.88m，单位涌水量是 0.324L/sm，而兴37、167 号孔消耗，单位涌水量为：0.01740.0215 L/sm。中国矿业大学本科生毕业设计（论文） 第 7 页由 以 上 资 料 可 以 看 出 ， 3 煤 顶 底 板 砂 岩 富 水 性 较 弱 ， 但 具 有 不 均 一 性 ， 补 给 条 件 差 ， 以静 储 量 为主， 随 着 邻 近 矿 井 及 本 矿 首 采 区 的 开 采 ， 矿 井 排 水 导 致 该 层 含 水 层 水 位 下 降 ， 有 逐年 疏 干 的 趋 势 。（4）太原组第三层石灰岩岩溶裂隙承压含水层厚度 2.406.20m，平均厚度 4.52m，为深灰色，致密，裂隙较发育，充填方解石，岩溶、裂隙发育不均一，为开采上煤组直接充水含水层。冲洗液消耗量为0.160.48m 3/h，未发生漏水现象，充水空间不发育。据 2002 年在东区施工的星 04 号钻孔抽水试验资料：清水冲孔酸化洗井后，水位不降，抽水 3 分钟后抽干，48 小时后水位恢复至 60.88m， 经推算其静水位标高为+31.51m。据本次补勘星 34 号钻孔抽水试验资料：水位标高+30.51m，单位涌水量 0.0006261L/sm，水质类型为氯化钾钠型，矿化度3.808g/l。兴隆庄井田抽水资料：水位标高+38.6240.64m，单位涌水量0.00130.328L/sm，水质类型为重碳酸钠型与重碳酸氯化钠钙型，矿化度0.430.5g/l。根据上述资料，三灰含水层富水性弱中等，补 给 条 件 差 ， 以 静 储 量 为 主 ， 易 于 疏 干（5）太原组十 下 灰岩岩溶裂隙承压水含水层十 下 灰是 16 上 煤层的直接顶板，处在 17 煤冒落裂隙带内，是开采下煤组直接充水含水层。厚度 4.456.65m，平均厚度 5.70m，冲洗液消耗量 0.160.32m 3/h，充水空间不发育。 。曲阜井田抽水资料：水位标高+35.93+38.05m，单位涌水量0.00006870.027L/sm，渗透系数 0.00150.713m/d，水质类型为重碳酸钠钙型与重碳酸钙钠型，矿化度 0.1990.380g/l。兴隆庄井田抽水资料：水位标高+27.31+40.73m，单位涌水量 0.00020.027L/sm，水质类型为重碳酸硫酸钙钠型、重碳酸氯化物钙钠型，矿化度 0.270.41g/L，富水性弱。（6）奥陶系石灰岩岩溶裂隙承压含水层本矿井仅 3 个钻孔揭露，揭露厚度 6.2526.23m，本次补勘区域内没有钻孔揭露奥灰。根据邻区资料，奥陶系石灰岩岩溶裂隙发育，透水性好，富水性强，属于间接充水含水层。曲阜井田抽水资料：水位标高+37.39+39.31m，单位涌水量0.002890.877L/sm，渗透系数 0.044411.23m/d，水质类型为重碳酸钙型与重碳酸钙镁型，矿化度 0.2200.337g/l。兴隆庄井田抽水资料：水位标高+38.29+39.47m，单位涌水量 0.05821.855L/sm，水质类型为重碳酸钙镁型与硫酸钙镁型，矿化度0.351.04g/L。由于奥灰厚度大，岩溶裂隙发育程度不一，其富水性差异较大，富水性弱强。奥陶系石灰岩岩溶裂隙含水层虽然是间接充水含水层，但它又可以局部成为直接充水含水层的补给来源。由于断层存在使奥陶系石灰岩上升到与直接充水含水层或煤层为同一水平时，可以侧向补给直接充水含水层或直接威胁可采煤层的安全生产，另一方面，奥陶系石灰岩岩溶裂隙地下水局部可造成开采下煤组底板突水隐患。将来勘探中应加强该层段水文地质工作，如建立地下水长期动态观测，单孔抽水或群孔抽水，采取岩石化学样，加强岩芯描述，以便了解岩溶裂隙发育规律，并应开展各种水文物探工作，进而综合研究奥陶系石灰岩水文地质条件，为煤矿生产提供可靠水文地质资料。2. 地下水补给、径流、排泄条件第四系上组的上部属潜水，下部属承压水，上下部水力联系密切，为多层结构的复中国矿业大学本科生毕业设计（论文） 第 8 页合含水层组，主要靠大气降水和地表水垂向渗透补给，循环交替条件好，随季节动态变化大，主要排泄途径为蒸发、人工开采及通过中组微弱的渗透性向下组补给。第四系下组为多层结构的承压含水层组，以区域间迳流补给为主，其次是接受上组的微量补给。由于第四系至 3 煤层间距大，第四系下组对煤层开采无影响。侏罗系砂岩属裂隙承压含水层，受井田边界断层的影响，主要接受东北部山区奥陶系灰岩的侧向补给，使含水层水头压力升高，标高达+68.09。3 煤层顶底板砂岩属裂隙承压含水层，岩性一般较致密，裂隙不发育，渗透性弱，主要受区域层间迳流补给。当受断层影响与三灰、十下灰、奥灰接触时就会接受它们的侧向补给。三灰、十下灰、奥灰属岩溶裂隙承压含水层，岩性一般较致密，岩溶裂隙不发育，渗透性弱，主要受区域层间迳流补给。综上所述，开采 3 煤层时，直接充水水源为 3 煤层顶底板砂岩裂隙水和三灰水，它们的富水性弱，补给条件不好，以静储量为主，水文地质条件简单。开采下煤组时十下灰为直接充水含水层，并受奥灰的影响，水文地质条件复杂。3. 矿井涌水量本矿井开采 3 煤层，其顶底板砂岩和三灰是对矿井直接充水含水层，是矿井涌水量预算的对象。本区-800m 水平矿井正常涌水量为 3 砂涌水量与三灰涌水量之和，即：107.6 m3/h。最大涌水量为 123m3/h。设计以此为基础，本区矿井涌水量计算至-1000m 水平，并考虑井筒淋水以及消防洒水、黄泥灌浆用水、煤层注水等生产工艺用水，预计矿井正常涌水量为 150 m3/h，最大涌水量按 170 m3/h 考虑。1.3 煤层特征1.3.1 煤层本井田为华北型石炭、二叠系含煤地层。主要含煤地层为太原组和山西组，平均总厚 241.54m，共含煤 21 层，煤层平均总厚 13.90m，含煤系数为 5.8%。西区内可采、局部可采煤层共 6 层，厚 11.05m，占煤系地层总厚的 4.7%。其中山西组的 3 煤为主要可采煤层，平均厚 3.88m，占区内可采煤层总厚的 65%。区内主要可采、局部可采煤层有 2 上 、3、6、15 上 、16 上 、17 煤层，可采煤层总体情况见表 1-3-1可采煤层特征表 表 1-3-1见 煤 点 情 况 厚 度（m） 间 距（m）可采情况煤 层名 称穿过点数可采不可采断失点最小-最大平均厚度最小-最大平均间距结构可 采情 况稳定性2 上 25 11 11 3 01.350.90 简单 局部可采 不稳定3 25 22 3 5.069.5022.2038.8131.86 简单 全区可采 稳定中国矿业大学本科生毕业设计（论文） 第 9 页7.88 32.7037.1234.806 11 7 2 2 0.670.900.79 简单 大部可采 较稳定64.5078.9374.2315 上 9 2 5 2 0.200.890.57 简单 不可采 极不稳定38.8545.9943.0616 上 8 8 0.741.210.87 较简单 全区可采 稳定17 8 5 2 1 0.621.100.884.279.407.33 较简单 大部可采 较稳定1.3.2 煤层顶底板性质2 上煤层顶底板直接顶以砂质泥岩、粉砂岩为主，厚 0.556.80m，局部为中砂岩，个别孔见有0.40m 的泥岩伪顶，老顶为灰白色中细砂岩。底板以泥岩、砂质泥岩为主，厚0.502.55m，有时具 0.230.40m 的炭质泥岩伪底。根据生产矿井实际，2 上煤层顶底板属不稳定较稳定顶底板。3 煤层顶底板直接顶以砂质泥岩、泥岩、粉砂岩为主，个别孔为细砂岩，砂质泥岩、粉砂岩抗压强度为 55.1194.83MPa，孔隙率 1.94.5%,泥岩的抗压强度为 48.15 MPa，属较稳定稳定顶板，根据临近生产矿井资料，顶板冒落性能为中等冒落的顶板；老顶为灰白色硅泥质胶结的中、细砂岩，较硬，抗压强度为 55.1194.83Mpa。底板以泥岩、砂质泥岩为主，孔隙率 2.33.8%，厚度 0.992.46m，据生产矿井资料，3 煤层底板为较稳定底板。16 上煤层顶底板顶板为十下灰岩，稳定，平均厚度 5.42m，抗压强度 96.24153.57Mpa，孔隙率0.41.6%，属稳定顶板，难冒落极难冒落。底板一般为泥岩，厚 0.706.10m，抗压强度为 17.8423.52 MPa，属不稳定较稳定底板。17 煤顶板以灰岩（十一灰）为主，局部相变为细砂岩、砂质泥岩和泥岩。灰岩的抗压强度为 95.55116.23 MPa，孔隙率 2.63.7%，砂岩的抗压强度 21.2755.47 MPa，属较稳定稳定、中等冒落的顶板。底板一般为泥岩，厚 0.752.80m，抗压强度为21.1734.10 MPa，属不稳定较稳定底板。井田内 6 煤层顶板一般为泥岩，底板为粉砂岩或砂质泥岩，岩石较脆，裂隙发育，较难支护。15 上煤层顶板为不稳定的九灰，有时相变为泥岩，底板为泥岩。1.3.3 煤质按照 GB5751-86 中国煤炭国家标准，以精煤 900C 可燃基挥发分（Vdaf） 、粘结性指数（GRI）为主要分类指标，胶质层最大厚度（Y） 、奥亚膨胀度（b）为辅助指标，各煤层均为气煤。其中 3 煤主要为 QM44 和 QM45。本区各煤层经洗选加工后可作为炼焦配煤、动力燃料、气化液化等工业用煤。煤质特征见表 1-3-2。中国