煤矿开采矸石充填技术与应用毕业论文

1、毕 业 论 文论文题目：煤矿开采矸石充填技术与应用 函授站: 肥城矿业集团培训中心专业班级：采矿工程2010级8班撰写人：老于指导教师：山东科技大学继续教育学院2011年 9月 25日摘要文章对济宁三号煤矿矸石充填方案进行了分析，确定了矸石充填的工艺流程，并对矸石充填的关键步骤以及输送机设备性能进行了详细阐述。济宁三号煤矿利用井下矸石做为充填体,力图解决“三下”压煤,实现“规模性”开采,矸石不升井,防止在地面堆积造成环境污染,改善井下矸石提升造成的矿井辅助运输紧张,形成了济宁三号煤矿充填开采新模式,取得了良好成效,为兖州矿区实现矿区资源与环境协调发展的绿色开采提供了借鉴。关键词：矸石充填；充填

2、设备；工艺流程煤矿开采矸石充填技术与应用1 矿区概述及井田地质特征1.1矿区概述交通位置济宁三号煤矿位于山东省西南部济宁市南郊，距济宁市14km，北与济宁二号煤矿毗邻，东距兖矿集团有限公司所在地邹城40km。本区交通方便，铁路、公路及水路运输均很发达，济宁三号煤矿交通位置如图1.1。铁路有兖(州)新(乡)铁路通过济宁市，向东32 km至兖州站，与京沪线相接，向西在菏泽站与京九线相接，在新乡与京广线相接轨。通往日照煤港的兖(州)石(臼所)支线全长316 km。京沪铁路和京福高速公路通过邹城市，南下华东用煤中心上海市812km，北上山东省省会济南市156km；兖州矿区内铁路专用线早己建成，铁路运输

3、四通八达。兖州、济宁、邹城的公路己成环形，济东矿区公路也己形成。该公路横贯井田北部，公路运输甚为便利。京杭运河由北向南流经井田西部，河宽6080m，平均水深2m，全年除一、二月份因水浅不能通航外，其余时间均可通航。西靠京杭大运河的济宁港，又有济三煤矿新建煤运码头，南北水上运输主航道建成在即，公路和水上运输十分便利。图1.1 济宁三号煤矿交通位置图地形地貌本井田地形系由湖区及滨湖冲积平原组成。地势东高西低，滨湖冲积平原地势平坦，沟渠纵横。地面标高+32.53+37.78m，地势东高西低，自然坡度0.4；西部南阳湖区，标高+31.68+35.99m。泗河口冲积处稍高，一般在+33+35m左右；湖堤

4、堤高一般+36.42+38.22m。1.1.3气象本区气候温和，属温带季风区海洋大陆性气候。据济宁气象局1959年至1995年观测资料：(1)降水量：历年平均降雨量677.2mm，年最大降雨量1186mm(1964年),日最大降雨量183.7mm(1993年8月5日)，年最小降雨量441.9mm (1966年)。降雨量多集中在7、8月份，春季少雨，时有春旱。(2)蒸发量：年平均蒸发量1785.2mm，年最大蒸发量2228.2mm(1960年)，年最小蒸发量1451.1mm(1964年)。(3)气温：历年平均气温13.6，月平均最高气温29(1959年7月)，日最高气温41.6(1960年6月2

5、1日)，月平均最低气温-4.1(1967年1月)，日最低气温-19.4(1964年2月18日)，多年最低平均气温月为1月，平均气温-2。(4)风向及风速：春、夏两季多东及东南风，冬季多西北风，平均风速2.3m/s，最大风速22.7m/s(1979年6月25日)。(5)冻土深度：历年最大积雪厚度0.15m；最大冻土深度0.31m。1.1.4自然地震国家地震局、建设部震发办1992160号文“关于发布中国地震烈度区划图1990和中国地震烈度区划图1990使用规定的通知”：济宁市任城区烈度为7度。1.1.5水源及电源井田内可供选择的水源有：第四系冲积层水，第四系上段砂砾层含水丰富，单位涌水量达1.5

6、211L/s.m，矿化度0.67g/L左右，水质属HCO3-Ca.K+Na型，水质符合生活饮用水标准。以及处理后的矿井井下排水。利用地下水水质易保证且处理简单，利用矿井排水符合节水政策，因此，设计中两个水源均考虑利用，建井初期生产及生活用水利用新近系砂砾石层地下水，矿井生产期间生产、生活及选煤厂洗煤用水利用处理后的矿井排水。本区现有济宁电厂，装机容量300 MW；邹县电厂，装机容量2400 MW。两厂发电量可满足本区用电负荷的需要。井田周围有济宁二号煤矿110kV变电所、接庄110kV变电所和济东新村电厂以及济宁二号煤矿电厂。为确保矿井供电质量及可靠性，设计利用济宁二号煤矿110kV变电所和邹

7、县电厂作为矿井双回路供电电源。矿井负荷分别单独由两回路独立的电源供电，满足煤矿安全规程的要求。1.1.6矿区经济概况济宁人杰地灵，是全国商品粮基地，盛产小麦、玉米、棉花、花生、果品、瓜菜、畜产品和渔湖产品。矿产资源分布广、品种多、储量大，主要有煤、铁、铜、铅、大理石等三十多种。济宁是全国八大煤炭基地之一，已探明的储量200多亿吨，稀土储量1300多万吨。拥有全国最大的坑口电厂邹县发电厂。济宁是山东省淡水资源最丰富的地区。微山湖水面1260平方公里，是全国十大淡水湖之一，北引黄河、南饮长江，储水量达30亿立方米。另有丰富的地下水资源，淡水资源占全省的六分之一。济宁市素以“孔孟之乡”、“江北小苏州

8、”而著称。多年来，兖矿集团大力实施“以煤为主，煤与非煤并重”发展战略，形成了以煤炭、煤化工、电解铝为主体，发电、矿井基建、建筑建材、机械加工、外经外贸等多产业综合经营的格局。1.2井田地质特征地质勘探程度济宁煤田发现于1957年底，1959年12月提出山东省济宁第煤田综合普查报告 。1968年10月提出山东省济宁煤田(东区)总体详查地质报告。1980年11月开始对本井田进行精查勘探，1983年11月提出山东省济宁煤田三井田精查地质报告。普、详、精查三个阶段共在本井田施工钻孔236个，工程量167390.47m。1983年12月经山东省煤炭工业局审查认为：该报告勘探与研究程度较高，已基本达到煤炭

9、资源地质勘探规范有关大型精查地质报告的要求，可以提供设计部门作为矿井初步设计的依据，并以 (83)鲁煤基字第1210号文批准该报告。井田地层井田内地层包括中、下奥陶统，中石炭统本溪组、上石炭统太原组、下二迭统山西组、下石盒子组，上二迭统上石盒子组、上侏罗统蒙阴组及第四系。由老而新分述如下：(1)奥陶系中、下统(O12)：据井田东部兖西水源勘探区3-2号钻孔资料，总厚742m。分为下统和中统，下统厚72.1m，以白云质灰岩为主；中统厚669.9m，主要为灰及棕灰色厚层状石灰岩、豹皮灰岩夹泥灰岩及钙质泥岩等。(2)中石炭统本溪组(C2b)：厚20.2564.75m,平均44.43m。北部厚往南渐变

10、薄。主要由杂色铝质泥岩及薄层石灰岩组成，偶夹薄层煤，但无经济价值。含灰岩二至三层(十二、十三、十四灰)，十二灰为薄层灰岩，不稳定，仅井田北部与二井田相邻地区局部地段发育。十三、十四灰厚度较大，全区稳定，为良好标志层。本组底部常以一层浅灰色为主、夹紫红等色的铝铁质泥岩，相当于G层铝土岩和山西式铁矿层，它与下伏奥陶系中统石灰岩为假整合接触。(3)上石炭统太原组(C3t)：厚71.00190.30m，平均170.54m。由深灰色、灰黑色粉砂岩、泥岩、灰色砂岩、石灰岩及煤层组成。含薄层石灰岩12层(一、二、三、四、五、六、七、八、九、十上、十下、十一灰)，以三、十下灰最为稳定，为重要标志层。其它各层石

11、灰岩按其岩性、厚度及其与其它各层岩石的组合关系，均可作为岩、煤层对比的标志层。含煤22层(4、5、6、8上、8下、9、10上、10下、11 、12上、12中、12下、14、15上、15下、16上、16下、17、18上、18中、18下、19)，可采与局部可采者6层(6、10下、12下、15上、16上、17)。本组主要为过渡相及浅海相沉积，相环境稳定，旋回结构与粒度韵律清晰，易于对比，含较多动植物化石。(4)下二迭统山西组(P1s)：厚约8m。主要由浅灰、灰白及灰绿色砂岩，深灰、灰黑色粉砂岩、泥岩及煤层组成。含煤5层(1、2、3上、3上1 、3下)，可采者二层(3上、3下)，尤以3下煤层为主，厚度

12、大，储量丰富，是本区主要含煤地层。本组粗碎屑颗粒含量比例较高，以过渡相沉积为主。(5)下二迭统下石盒子组(P1X)：厚约50m。保存于井田中、北部及西部，东及南部则因侵蚀使之变薄或缺失。由灰绿色砂岩、杂色铝质泥岩、灰及深灰色泥岩与粉砂岩等组成，为内陆河床及湖泊相沉积。(6)上二迭统上石盒子组(P2sh)：最大残厚185.8m。保存于井田中、北部及西部，东及南部则大部被侵蚀。由灰绿色砂岩及杂色粘土岩组成，为内陆河床及湖泊相沉积。以底部B层铝土岩下的粗砂岩与下石盒子组分界。(7)上侏罗统蒙阴组(J3m)：最大残厚684.9m，平均272.82m。残存厚度东及南部薄，西部厚。蒙阴组按岩性特征分为上、

13、下二个亚组，下亚组含一、二、三段；上亚组含四、五段，分段叙述如下：下亚组：第一段：厚0218m。以砖红色粘土质细至中粒砂岩为主，含铁质，胶结较松散。底部常发育有一层砾岩，成分以石英岩为主，石灰岩次之，铁泥质胶结 ，较坚硬，具裂隙，构成上侏罗统红砂岩内第三含水段，单位涌水量为0.07640.1293 L/sm。第二段：厚0173.7m。为暗紫、紫红色细至中粒砂岩，下部夹泥岩薄层，底部处常含有砂砾岩或砾岩层。单位涌水量0.184200.00466 L/sm。第三段：厚0256m。主要为紫灰、暗紫色中、细粒砂岩，顶部含较多的粉、细砂岩，且常夹有灰及灰绿色岩层。本段中、下部侵入有灰绿色辉长岩层状侵入体

14、，呈岩床存在，厚0150m，平均89.36m，主要含角闪辉长岩及橄榄辉长岩等。岩浆岩顶底部及其邻近的本段砂岩内裂隙较发育，砂岩受岩浆岩烘烤而变硬，颜色变浅形成含水段。底部含水段的单位涌水量为0.00060.0888 L/sm。上亚组：第四段：厚0435.70m。为灰、深灰、灰绿色粉细砂岩互层，以粉砂岩为主，夹泥质粉砂岩、泥岩和较多的泥质条带，尤以下部为多，且常夹有紫灰色岩层。第五段：厚0266.30m。为较单一的灰、灰绿色粉细砂岩互层，以细砂岩为主，多为泥、钙质胶结，下部含数十米厚的叶肢介化石层，并常见鱼化石。主要化石有：狼鳍鱼(未定种)Lycoptera sp.，东方叶肢介(多种)Eoses

15、theria sp.等。(8)第四系(Q)：厚116.67255.9m，平均184.57m。由粘土、砂质粘土及砂砾层等组成，地层东薄西厚，井田内按岩性及其结构变化可分为上(Q上)、下(Q中+下)二段。下段(Q中+下)：厚72.68147.61m。由灰绿、灰白色砂砾、粘土质砂砾、粘土、砂质粘土等组成，含03层高岭土，上部偶夹少量黄、灰黄色粘土、砂质粘土。上段(Q上)：厚55.0290.40m。以黄、灰黄色粘土、砂质粘土及细中、砂为主，有时为灰及灰绿色。井田地质综合柱状图见图1.2。图1.2 井田地质综合柱状图井田地质构造本井田位于南北向的济宁地堑构造内，属济宁煤田(东区)的中部。东西二侧分别为南

16、北向的区域性断裂孙氏店断层和济宁断层，井田内断层则以受此区域性断裂控制的南北向断层为主。井田的褶曲形态北部以宽缓褶皱为特点，往南逐渐转成北东向、向北西倾伏的单斜构造，构造中等偏简单。(1)地层产状及主要褶曲本井田煤系地层东及东南浅，西部深。由北至南为一近南北走向、向西倾伏逐渐转成北东走向向北西倾伏的单斜构造。浅部具宽缓褶皱的特点,形成次一级的向背、斜构造。地层倾角平缓，一般在5°8°左右，唯东部孙氏店支一断层西侧，因受断层牵引影响，倾角局部变陡可达18°以上。井田内褶曲构造因地层倾角平缓，褶曲幅度又不大，所以形态不甚明显。资源勘探(精查)阶段控制的主要褶曲有北北西

17、向一组，发育于井田的东部。为李二庄向斜、南王背斜。它们的产状、特征如下：李二庄向斜位于井田东部，向斜轴分布在朱庄东、李二庄、北王庄、程堂、麦店一线。北北西走向，与孙氏店支一断层相平行，延展长在10 km以上。该向斜东南浅、西北深，为一倾伏向斜。向斜幅度30190m，跨度12 km。以井田东南角的麦店庄处表现最明显,形成下组煤在井田东南角的凸出缘。二翼倾角5°18°，东翼稍陡，西翼缓，一般在5°8°左右。南王背斜位于李二庄向斜西侧，为与之相伴的一背斜构造。北起黑土店，经宋庄，邬庄、黄庄、南王庄至仲浅一线。东南浅，西北深，为一倾伏背斜。北北西走向，延展长在1

18、0 km以上。背斜幅度080m，跨度0.82 km。以东南仲浅庄处表现明显，在井田中部5、6线处表现不清楚。二翼倾角6°9°，较为平缓。(2)断层井田内断层具有明显的规律性，其中为主的南北向断层组，多为东升西降的正断层，因而使井田地层自东向西呈台阶下降。另一组北东至东西向的正断层，分布不甚规律。主要断层特征具体见表1.1。(3)岩浆岩井田内普遍有燕山期的岩浆活动，呈层状侵入于上侏罗统红砂岩内。侵入层位较为稳定，主要在上侏罗统下亚组第三段的中下部，厚0150m,平均91.36m。东部薄，西部厚。全区普遍发育，缺失厚度系受侵蚀所致。岩性以橄榄辉长岩为主，也有角闪辉长岩等。灰绿色

19、，等粒状晶质结构，岩层中部颗粒较粗，结晶及自形程度好。据薄片鉴定资料：主要矿物为基性斜长石(拉长石)、辉石、橄榄石及角闪石，付矿物有少量磷灰岩、磁铁矿及黑云母等。岩石因次生蚀变，橄榄石有蛇纹石化，辉石、角闪石发生绿泥石化。岩浆岩下距上侏罗统红砂岩底界99.30259m，平均151.31m。距3上煤层最小距离也在127m以上，对煤层与煤质均无影响。表1.1 主要断层特征表断层名称断层性质断层产状落差m延展长度km走向倾向倾角孙氏店断层正NNWW70°450全长：46区内：6八里铺断层正SNW70°0307.4董庄断层正SNE70°353254.5水文地质济宁三号井田

20、上覆地层第四系平均厚184.57m，上侏罗统(包括岩浆岩)平均厚272.82m，3上煤层顶板砂岩之上有平均厚70.87m的二迭系隔水层。因此，大气降水、南阳湖以及泗河等地表水很难下渗补给煤系各含水层，与矿井涌水量无直接关系。最下一层可采煤层与奥灰之间沉积有比较厚的压盖隔水层，平均厚61.76m，在正常情况下，能够阻止奥灰水底鼓。上组煤直接充水含水层3上煤层顶底板砂岩富水性较弱，补给条件不好，水文地质条件属简单类型；3下煤层冒裂带高度达到上侏罗统底砾岩的块段，由于底砾岩水的影响，水文地质条件为中等类型。下组煤直接充水含水层十下灰埋藏深，富水性弱中等；正常情况下，奥灰不会发生底鼓突水；断层导水性弱

21、。因而，下组煤水文地质条件属简单中等类型。(1)含水层井田内含水层自上而下主要有第四系砂砾孔隙含水层、上侏罗统砂砾岩裂隙含水层、3煤层顶底板砂岩裂隙含水层、太原组第三、十下层石灰岩溶裂隙含水层、奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层。含水层由上向下简述如下：第四系分上、下两段。上段厚55.0290.04m，一般70m左右，由粘土、砂质粘土及砂层组成，砂层纯且松散，透水性好，单位涌水量0.48956.2688 L/s·m；下段由砂砾、粘土质砂砾、粘土及砂质粘土等组成。砂层以粗砂为主，含细砾，多长石颗粒，单位涌水量3.398 L/s·m。两段之间水力联系不密切。上侏罗统含水段由上而下分三段。

22、第一段是岩浆岩顶部及邻近砂岩。第二段是岩浆岩底部及其邻近砂岩。在正常情况下与采煤无关，单位涌水量0.07090.0999L/s·m。第三含水段是上侏罗统下部砾岩。该层距上侏罗统底界30m左右，一般厚1020m，其成分以石英岩为主，灰岩次之。下距3下煤层的最小间距为30.53m。单位涌水量0.1291 L/s·m。北王断层以东的大部分面积和C11-4号孔周围的3层煤，其回采后的裂隙带高度可达到该层砾岩，成为矿井涌水含水层。山西组3层煤顶底板砂岩。3上层煤顶板为细至中粒砂岩，厚度一般345.9m，平均19.20m，3下煤层顶板为中到粗粒砂岩，一般厚660m，平均厚27.96m。

23、单位涌水量0.0075L/s·m。其底板砂岩为细砂岩或粉、细砂岩互层，一般厚2.520m，平均11.53m。3层煤顶底板砂岩含水性弱，补给条件差，主要含静储量水，为直接充水含水层。太原组第三层灰岩厚3.108.54m，平均5.71m。质较纯，有含水裂隙，浅部有小溶洞，其露头基本在上侏罗统地层之下，不与第四系地层直接接触。单位涌水量0.00000310.00306 L/s·m。属补给条件差的弱含水层。太原组十下层灰岩厚2.628.15m，平均4.8m。质较纯。其露头均在第四系地层之下，但第四系底部普遍沉积粘土层，故十下灰来自露头的补给条件差。单位涌水量0.001010.181

24、8 L/s·m。该层-500m水平以上为具有一定水头补给边界的弱至中等富水性含水层。-500m水平以下则含水性明显减弱。奥陶系石灰岩总厚742-500m水平以上,单位涌水量0.017061.8142 L/s·m，属中到强含水层。-500-700m区段，单位涌水量0.00245 L/s·m，属弱含水区。-700m水平以下则含水性更弱。(2)隔水层本井田隔水层组较多，重要的有以下两组：煤系上覆隔水层组3煤层顶板砂岩以上的上石盒子组，厚0185.8m，下石盒子组厚050m，以隔水岩层为主，夹有薄层细、中、粗粒砂岩。抽水试验水质资料表明该组上下含水层的水化学特征有明显差异

25、，该隔水层之上的上侏罗统砂砾岩水以SO4-K+Na型为主，矿化度小于1 g/L，而其下的3煤层顶底板砂岩含水层水以HCO3-K+Na 型为主，矿化度高达1.834g/L。这说明二迭系隔水层组的隔水性能好，上下含水层之间很难发生水力联系。7煤层下伏隔水层组本矿井17煤层至奥灰的正常间距为52.4686.33m，平均61.76m，北厚南薄。太原组岩性以泥岩、粉砂岩为主，夹薄层砂岩；本溪组岩性以杂色泥岩、铁铝质泥岩为主，夹薄层石灰岩二层，其中十三灰平均厚4.53m，十四灰平均厚4.2m，均不含水。泥岩、粉砂岩、石灰岩共同组成压盖隔水层组，阻止奥灰底鼓突水。(3)断层导水性断层对含水层和隔水层的影响形

26、式不同，对隔水层主要是破坏其隔水岩层强度、降低其隔水性能；对含水层来说，由于岩层错位，既可破坏含水层的连续性、降低其含水性，也可使含水性弱的含水层与含水性强的含水层对接，发生水力联系，从而使含水性弱的含水层的含水性增强。断层带的水文地质特征是影响断层导水性的关键因素，若断层一侧存在富水性较强的含水层，则断层带表现出水平导水性，即其侧向导水作用明显；若断层带沟通上方或下方强含水层时，断层带垂向导水作用明显。在区域水文地质条件十分复杂的地区，如淄博、肥城、焦作等矿区，断层带的水平和垂向导水作用均十分明显；在区域水文地质条件简单中等的地区，断层带的导水性一般较差，或者仅以水平、垂向导水其中之一为主。

27、井田东部边界为孙氏店断层，孙氏店断层以东为奥灰强富水区，孙氏店断层落差40450m，在断层带内的钻孔，不论深浅，孔孔漏水，说明孙氏店断层的含水空间发育、导水性强。但由于孙氏店断层发育有分支断层，受分支断层影响，含水层的连续性受到破坏，因而水文地质条件趋于中等，使本井田断层的含水性和导水性变弱。井田内主要断层有孙氏店支一断层(有6个钻孔穿过)、八里铺断层(有13个钻孔穿过)。钻孔穿过以上断层点时，断层带均不漏水，说明断层带本身含水性弱、导水性差。(4)相邻矿井开采情况及对本矿井影响济宁三号煤矿北以390000纬线与济宁二号煤矿井为界，东南端与泗河口煤矿相邻，均处于同一水文地质单元，充水规律基本相

28、同，可起到对直接充水含水层联合疏放的作用。(5)矿井涌水量预计经地质队计算，首采区3下层煤顶底板砂岩涌水量为240m3/h；三灰涌水量为46m3/h；上侏罗统下部砾岩涌水量为230m3/h；合计涌水量为516m3/h。矿井正常涌水量为550m3/h，最大涌水量为650m3/h。1.3煤层特征本井田含煤地层为太原组和山西组,平均总厚250m，按原精查报告最低可采厚度0.60m，可采煤层有3上、3下、6、10下、12下、15上、16上及17共八层，平均总厚10.32 m，含煤系数为 4.1%。其中主要可采煤层为3上、3下及16上、17煤层，平均总厚7.36m,占可采煤层总厚的71.3%。又以3下煤

29、层厚度较大，平均厚度达7.8 m，且埋藏浅，位于含煤地层顶部，是先期开采的主要对象。1.3.1煤层在含煤地层中的分布及组合特征(1)煤层分布本井田山西组含煤4层,为1、2、3上、3下煤层，其中两层可采,为3上、3下煤层;太原组含煤共22层,为4、5、6、8上、8下、9、10上、10下、11、12上、12中、12下、14、15上、15下、16上、16下、17、18上、18中、18下及19煤层，其中六层可采，为6、10下、12下、15上、16上、17煤层。以上8层可采煤层按其在含煤地层中的位置可以分成上、中、下三个可采煤层组。上可采煤层组：包括3上、3下及6煤层，它们分别位于山西组中、下部和太原组

30、的上部。煤层组总间距75m，其中3上至3下煤层为35m，3下至6煤层也为35m。煤层组顶部的3上煤层距其上部上石盒子组B层铝土岩72m；底部6煤层下距三灰11m。中可采煤层组：包括10下、12下及15上煤层，位于太原组的中部。三层煤的总间距为32m，其中10下至12下煤层为15m,12下至15上煤层为16m，中煤组距上组煤50m，距下组煤38m。下可采煤层组：包括16上及17煤层，位于太原组的下部。下煤组16上与17煤层间距仅5m。17煤层下距本溪组十三灰21m。将以上八层可采煤层分为上组煤(3上、3下、6)，下组煤(10下、12下、15上、16上、17)，并按煤炭工业技术政策规定煤层最低可采

31、厚度为0.7m，对各煤层的可采性和稳定性重新进行评价。各煤层的厚度、结构、稳定性及间距变化情况见可采煤层情况一览表（表1.2）。(2)可采煤层本井田含可采煤层八层，分述如下：3上煤层位于山西组中部，上距B层铝土岩76.63m，下距3下煤层34.95m。煤层厚度05.8m，平均1.18m。可采块段内的煤层厚度0.75.8m，平均1.71m。大部为中厚煤层。煤层厚度较稳定，并呈现一定的规律变化，存有自东向西逐渐增厚的趋势。3下煤层位于山西组下部，下距6煤层35.03m。煤层厚度09.69m，平均7.6 m。可采范围内的煤层厚度0.79.69m，平均7.8 m。大部为厚煤层，煤层厚度较稳定，呈现东厚

32、西薄的规律变化。6煤层位于太原组上部,下距三灰10.8m,距10下煤层50.06m。煤层厚度0139m,平均0.44 m。可采块段煤层厚度0.71.39m，平均0.8m。为薄煤层，北部稍好，有可采块段；往南逐渐变薄直至沉缺，大部不可采。可采系数(Km)8%，煤厚变异系数()35.86%,为局部可采的极不稳定煤层。10下煤层位于太原组中部，下距12下煤层15.16m。煤层厚度01.08m，平均0.57m。可采块段内煤层厚度0.701.08m，平均0.76m。为薄煤层，一般不含夹石。该煤层东部稍好，有可采块段，西部及南部大部不可采。可采系数(Km)21.77%,煤厚变异系数()20.87%，为局部

33、可采的极不稳定煤层。12下煤层位于太原组中下部,下距15上煤层16.85m。煤层厚度01.68m，平均0.53m。可采范围内煤层厚度0.61.68m，平均0.95m。为薄煤层，一般不含夹石。煤层北薄南厚，南及西南部大部可采，且厚度可达1m以上。可采系数(Km)38.46%,煤厚变异系数()47.99%，为局部可采的极不稳定煤层。15上煤层位于太原组中下部，下距16上煤层37.51m。煤层厚01.6m，平均0.63m。可采块段内煤层厚度0.71.69m，平均0.81m。为薄煤层，一般不含夹石。煤层于东部陆地稍好，有可采块段；西部则差。可采系数(Km)33.33%,煤厚变异系数()24.84%，为

34、局部可采的极不稳定煤层。16上煤层位于太原组下部，下距17煤层5.32m。煤层厚度0.431.94m，平均1.17m。为薄煤层，含夹石13层，多为炭质粉砂岩至细砂岩。本煤层厚度变化小，可采系数(Km)97.3%,煤厚变异系数()18.18%，为全区可采的稳定煤层。17煤层位于太原组下部，下距十三灰21m,距奥灰65m，煤层厚度0.261.34m，平均0.79m，可采范围内煤层厚度0.71.34m,平均0.84m ,为薄煤层。有时含12层夹石，多为炭质粉砂岩或细砂岩。可采系数(Km)74.83%,煤厚变异系数()19.22%，为大部可采的不稳定煤层表1.2 可采煤层情况一览表煤层名称煤 层夹 石

35、全井田厚度可采范围平均煤厚(点数)稳定性结 构间 距层 数岩 性最小最大最小最大平均(点数)平均(点数)3上05.801.18(181)1.71(127)不稳定简 单17.9259.5034.95(120)03泥 岩炭质泥岩3下09.697.8(186)7.8(186)较稳定较简单03泥 岩粉 砂 岩23.5752.2935.03(152)601.390.44(188)0.80(15)极 不稳 定简 单01 炭质泥岩37.2360.0550.06(84)10下01.080.57(127)0.76(32)极 不稳 定简 单01 泥 岩 9.3122.4815.16(104)1

36、2下01.680.53(131)0.95(71)极 不稳 定简 单01炭质泥岩11.4827.0616.85(107)15上01.600.63(127)0.81(50)极 不稳 定简 单01炭质泥岩29.7052.9037.51(111)16上0.431.941.14(128)1.15(126)稳 定较简单03炭质粉砂岩细 砂 岩2.5411.095.32(124)170.261.340.79(126)0.84(110)不稳定较简单02炭质粉砂岩细 砂 岩1.3.2可采煤层顶、底板地质条件(1)3上煤层顶板主要为灰白色粉砂岩，厚0.627.35 m，局部有厚0.54.39 m的粉砂岩与细砂岩直

37、接顶和厚0.330.65 m的泥岩或粉砂岩伪顶。岩性、厚度变化较大。粉砂岩抗压强度平均为54 MPa，普氏硬度为6.3，据顶板岩性和抗压强度，参考岩层厚度、层理、构造、裂隙和硬度等综合指标，将3上顶板划为不稳定中等稳定顶板。底板以泥岩、泥岩、粉砂岩为主，抗压强度3148.3 MPa，多为不坚固岩石。东南部分布有厚0.10.55 m的泥岩、铝质岩伪底。底板为不稳定底板。(2)3下煤层顶板以中砂岩、粉砂岩、细砂岩为主，厚0.660 m。粉砂岩顶板主要分布在首采区的东部、中部和西部，其余较大面积顶板为砂岩。伪顶分布较零散，主要为泥岩和粉砂岩伪顶，厚0.10.45 m，伪顶之上的直接顶板主要为中、细砂

38、岩，厚0.929.65 m。抗压强度平均值：粉砂岩为54 MPa，细砂岩为77.2 MPa，中砂岩为67.6 MPa。在C5-12号孔至C6-5号孔一带主要由抗压强度较低的粉砂岩组成，划为不稳定顶板，其它主要为较稳定稳定顶板，在C4-4、119、C10-11号孔附近，分布有坚硬顶板。底板在矿井北部多分布中等坚固的泥岩，厚0.64.20 m；首采区中部底板为细砂岩、粉细砂岩互层，其中粉砂岩厚0.66.45 m，粉细砂岩互层厚4.3512.15 m，湖区及南部地区为粉砂岩、砂质泥岩底板。泥岩底板为中等稳定底板，细砂岩、粉细砂岩互层底板为稳定底板，粉砂岩、砂质泥岩底板为不稳定中等稳定底板。(3)6煤

39、层顶板以深灰色粉砂岩、泥岩、粉细砂岩互层为主，局部为厚2.955 m的细砂岩。粉砂岩顶板厚0.811.8 m，泥岩顶板厚0.9512.99 m，粉细砂岩互层顶板厚2.5213.98 m。参考济宁二号矿井6煤层物理力学性质测试资料，本矿井6煤层顶板为不稳定中等稳定顶板。底板以灰色深灰色粉砂岩为主，其次为细砂岩，厚0.6713.6 m。局部分布有泥岩或粉砂岩伪底。为中等稳定底板。(4)10下煤层顶板以灰色粉砂岩为主，次为泥岩和砂质泥岩，厚0.6617.55 m，岩性较均一，为中等稳定顶板。底板以灰色细砂岩为主，次为灰色粉砂岩，厚0.612.21 m。局部分布有厚度不超过0.6 m的泥岩或铝质泥岩伪

40、底。为中等稳定底板。(5)12下煤层顶板以泥岩为主，次为粉砂岩，厚0.88.95 m，局部分布有泥岩或炭质泥岩伪顶。为不稳定顶板。底板以粘土岩、泥岩为主，次为粉砂岩。在13、14线以南，泥岩、铝质泥岩厚度变薄，成为伪底，直接底板为第八层石灰岩，石灰岩厚02.7 m。石灰岩底板为稳定底板，泥岩底板为不稳定底板，泥岩遇水易变软膨胀，不利于支护。(6)15上煤层顶板为第九层石灰岩，厚03.05 m，局部相变为泥岩或粉砂岩。石灰岩下常有0.080.26 m的泥岩或粉砂岩伪顶。石灰岩顶板为稳定顶板，泥岩、粉砂岩顶板为不稳定顶板。据兖州矿区北宿煤矿开采经验，当工作面自石灰岩顶板向泥岩顶板推进，采至顶板相变

41、处时，常发生垮顶事故。因此，本矿井开采15上煤层时，在靠近相变处应加强支护和顶板管理。底板以细砂岩、泥岩、粉砂岩为主，厚0.6519.3 m。局部分布有厚0.100.6 m的泥岩或铝质泥岩伪底，其直接底多以细砂岩为主，次为粉砂岩和中砂岩。首采区东部局部分布有泥岩底板，泥岩遇水易变软膨胀，不利于巷道支护，在此地段回采时应注意顶板是否相变，加强顶板管理，以防发生冒顶事故。(7)16上煤层顶板为第十下层石灰岩，厚0.728.15 m。局部分布厚0.080.12 m的泥岩伪顶。十下灰抗压强度平均为111.3 MPa，最大达187.2 MPa，普氏硬度大于10，属极坚固岩石。16上煤层顶板为稳定顶板。据

42、兖州矿区唐村、北宿煤矿开采16上煤层实际资料，16上煤层石灰岩中下部有一软弱结构面存在，沿此面划为直接顶和老顶，直接顶易发生冒顶。本矿井开采16上煤层时，应注意观察此软弱结构面是否存在，加强顶板支护和管理，防止发生冒顶事故。底板在矿井北部多为铝质泥岩和粉砂岩，铝质泥岩厚0.63.29 m，粉砂岩厚0.563.6 m；南部多为泥岩，厚0.63.54 m。泥岩底板遇水易变软膨胀，不利于巷道支护。(8)17煤层顶板以薄层第十一层石灰岩为主，十一灰厚02.84 m，部分地段相变为粉砂岩、砂质泥岩，厚0.374.54 m。石灰岩顶板为稳定顶板，粉砂岩顶板为中等稳定顶板。当工作面由灰岩顶板向粉砂岩或砂质泥

43、岩顶板推进，推进至相变处时，应注意加强顶板支护与管理，以防垮顶。底板以铝质泥岩为主，厚0.654.49 m，次为泥岩和粉砂岩。泥岩底板遇水易变软膨胀，不利于支护，若再遇顶板相变处，则会使支护条件更加恶化。根据上述各可采煤层顶底板岩石特征分析认为：3上、3下、10下、16上、17煤层为中等稳定稳定顶板，6、15上煤层为不稳定稳定顶板，12下煤层为不稳定顶板；3上、3下、6、10下煤层底板以粉砂岩、泥岩为主，为中等稳定底板，12下、15上、16上、17煤层底板以泥岩为主，为不稳定底板。1.3.3瓦斯、煤尘及煤的自燃本矿井瓦斯最高含量为2.01ml/g煤，属低瓦斯矿井。各煤层均有煤尘爆炸危险性，并有

44、自然发火倾向。(1)瓦斯本矿井用抚研58型集气式和解吸法在3上、3下、16上、17四个主采煤层的72个层点采取90个瓦斯样。资料可利用的有52层点57个样。瓦斯成份、含量见表1.3。表1.3 煤层瓦斯成份和含量数煤层采样深度(m)最浅最深瓦斯含量cm3/g燃最 大平 均瓦斯成份%最 大平 均CH4CO2CH4CO2N23上468.88891.441.270.560.760.4345.3219.2828.2816.3279.6264.403下423.38797.762.010.652.120.6265.2021.2053.2220.5693.4158.2416上308.90940.161.880

45、.783.410.7862.8220.3750.6920.0091.1959.6317739.07879.031.600.860.790.6931.3223.7734.7222.9666.0453.25全矿井甲烷最高含量为2.01 cm3/g燃(C10-6号孔3下煤层)，最大甲烷成份65.2%(C8-7号孔3下煤层)，按煤层顺序自上而下有增大趋势。甲烷和二氧化碳占瓦斯成份的42.3%。余之为氮气和少量的重烃等气体，瓦斯成份主要为浅部的N2CO2带和之下的N2CH4带。本矿井虽属隐蔽煤田，但由于煤层在成煤时期原始生成的瓦斯量遭到大量排放，残留在煤中的瓦斯很小。煤系地层沉积后，又受到长期各种风化营

46、力作用的影响，特别是在各煤层露头附近和浅部地区，煤层瓦斯遭受风化更重，因此，形成了以氮气二氧化碳带为主，次为氮气沼气带，也有少量氮气带和混合带的瓦斯风化带。根据邻区矿井资料，推断本矿井应属低瓦斯矿井，但须在生产中进行实测、化验，以防局部瓦斯富集。(2)煤尘矿井内各煤层的火焰长度均大于380 mm，扑灭火焰的岩粉量3590%(见表1.4)，原煤可燃基挥发份平均值都大于37%，根据挥发份(Vdaf)和固定碳计算的煤尘爆炸指数，山西组煤38.21%，太原组煤44.26%。各煤层均有煤尘爆炸危险性。表1.4 煤层煤尘爆炸指标试验成果表 煤尘煤层火焰长度(mm)岩粉量(%)结 论3上>400670

47、(10)559070.5(10)有爆炸危险3下380700(20)359075.3(19)有爆炸危险6630670(2)85(2)有爆炸危险10下500750(5)709081(5)有爆炸危险12下>400700(6)608574.2(6)有爆炸危险15上>400740(11)609075(11)有爆炸危险16上>400750(18)659078.8(18)有爆炸危险17>400750(17)609079.7(16)有爆炸危险(3)煤的自燃矿井内各煤层的原样着火温度在322353间。还原样和氧化样的着火点之差(T)143，从不自燃发火到很易自燃发火的煤均有，平均资料表明

48、，各煤层主要为不易自燃发火的煤(见表1.5)。鉴于兖州煤田各生产矿井开采过程中自燃发火的实际情况，为确保生产安全，本矿井各可采煤层的自燃发火期也应与其一致，为36个月。表1.5 煤层自燃发火指标试验成果表煤 层原 样()氧 化 样()还 原 样()T ()自燃发火等级结 论3上323353326(14)298341325(14)334355344(14)84319(14)(1) (3)(5) (5)很易自燃不自燃3下326350338(32)315340330(31)335355346(32)12716(39)(1)(20) (11)易自燃不自燃6333341337(3)315332326(3

49、)339347342(3)92516(2) (1)不易自燃不自燃10下327332330(6)305326317(7)330340336(7)142518.9(7)(7)不易自燃12下318339331(8)294330313(8)332347341(8)174427.3(8)(1) (2)(5)很易自燃不易自燃15上323338331(10)295330315(10)327342335(10)94019.3(10)(1)(8) (1)易自燃不自燃16上326345335(19)310338323(19)332353340(19)83017.1(19)(1)(14) (4)易自燃不自燃1732

50、2345333(18)311336322(18)330350341(17)72417.1(18)(16) (2)不易自燃不自燃2 井田开拓及储量2.1井田境界井田范围东部边界：东以孙氏店断层与煤层露头线为界；西部边界：以3下煤层-1000 m等高线为界；南部边界：以3903500纬线与王楼普查区、第四勘探区分界；北部边界：以3910000纬线与济宁二号煤矿相毗邻。开采界限井田内含煤地层为石炭系上统太原组和二迭系下统山西组，平均总厚250m，按原精查报告最低可采厚度0.6m，可采煤层有3上、3下、6、10下、12下、15上、16上及17共八层，平均总厚10.32m，含煤系数为 4.1%。其中主要

51、可采煤层为3下及16上、17煤层，占可采煤层总厚的71.3%。又以3下煤层厚度最大，平均厚度达7.8 m，且埋藏浅，位于含煤地层顶部，是先期开采的主要对象。其余煤层作为后期储备资源开采，列入平衡表外储量。故本矿井设计只针对3下煤层。井田尺寸井田的走向最大长度为7.0 km，最小长度为4.7 km，平均长度为6.8 km。井田倾斜方向的最大长度为10.2 km，最小长度为7.0 km，平均长度为9.6 km。煤层的倾角最大为10°，最小为2°，平均为5°，井田平均水平宽度为9.55 km。井田的水平面积按下式计算：S = H×L （2.1）式中： S井田的

52、水平面积，m2；H井田的平均水平宽度，m；L井田的平均走向长度，m；则井田的水平面积为：S=9.55×6.8 = 65（km2）井田赋存状况示意如图2.1。图2.1 井田赋存状况2.2矿井工业储量2.2.1储量计算基础储量计算基础为济宁三号井田地质勘探报告提供的底板等高线及储量计算图。(1)工业指标本井田以气煤为主，有部分肥煤，属练焦配煤。煤层的倾角最大为9°，最小为2°，平均为5°。根据煤炭资源地质勘探规范和煤炭工业技术政策规定：煤层最低可采厚度为0.7m，煤层灰分40%。山东省济宁煤田三井田精查地质报告中最低可采厚度为0.6m,且单独计算了0.60.

53、7m厚的煤层储量,本次仍计算了0.60.7m厚的煤层储量，但将其列为暂不能利用储量(即表外储量)，煤厚小于0.6m的煤层不计算储量。(2)夹石处理凡夹石厚度>0.05m者予以剔除；夹石厚度0.05m者，煤和夹石合并计算厚度。夹石厚度0.7m且上、下煤分层厚度大于夹石厚度时，则上、下煤分层合并计算储量。若上、下煤分层中有小于夹石厚度者，则将此煤分层剔除。凡夹石厚度>0.7m者，上、下煤分层厚度均可采，一般作为独立煤层分别计算厚度。但3上、3下煤层的少数见煤点夹石厚度>0.7m，上、下煤分层均达可采厚度，因赋存面积小，大部不相连续，难以单独圈定可采范围，原精查报告其合并计算煤厚，

54、本报告考虑到实际生产情况，仅采用了主要分层的厚度参加储量计算。(3)容重沿用山东省济宁煤田三井田精查地质报告和精查报告采用的容重值，各煤层的容重，见表2.1。表2.1 各煤层容重平均值煤 层3上3下610下12下15上16上17容重（t/m3）1.381.361.35 1.371.371.341.311.30(4)储量计算方法本井田煤层倾角平均为5°，故直接采用伪厚及水平面积在煤层底板等高线图上计算储量。由于煤层产状、厚度、煤质比较稳定，本次储量计算采用地质块段法，即以块段水平面积乘以块段平均煤厚和煤层容重，即得该块段的储量。故采用伪厚度和水平面积计算储量。工业储量计算本矿井设计只对

55、3下煤层进行开采设计，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，采用地质块段法，储量计算可靠。3下煤层工业储量计算根据地质勘探情况，将矿体划分为111b-1、111b-2、122b三个块段，在各块段范围内，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。块段划分如图2.2。由图计算各块段面积分别为：S1= 31.8 km2；S2= 20.8 km2；S3= 12.4 km2；按下式计算：Zi = Si×Mi×i（2.2）式中： Zi各块段储量，Mt。Si各块段的面积，km2。Mi各块段内煤层的厚度，m。i各块段内煤的容重，均为1.36t/m3。图2.2地质块段划分111b-1块段储量：Z1 =31.8×7.8×1.36 = 337.33（Mt）111b-2块段储量：Z2 =20.8×8.5×1.36 = 240.45（Mt）122b块段储量：Z3 =12.4×6.8×1.36 = 114.68（Mt）则3下煤层工业储量：Zg3=Z1+Z2+Z3=33