采矿工程毕业设计新井设计.docx
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采矿工程毕业设计新井设计
采矿工程毕业设计--新井设计
2021年6月25日
学生:
吴佐香
指导教师:
张明清
专业:
采矿工程
第一章井田概况及建设条件
第一节井田概况
一、井田位置及交通
1、位置
贵州省普定县猴场乡XX煤矿处于贵州省普定县猴场乡管辖区内。
区范围由11个拐点圈定,呈不规则多边形。
其拐点坐标见表1-1。
表1-1XX煤矿扩大矿区范围拐点坐标表
拐点编号
1980西安坐标系
X
Y
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
2、交通
XX煤矿位于普定县城北北东方向,矿区距普定县36公里,距安顺市52公里,距安顺电厂52公里,矿区有公路与普定~补郎~猴场乡村公路通达,交通较方便(见图1-1)。
图1-1交通位置图
二、地形地貌
地处云贵高原,向东、向南倾斜的斜坡地带,地势较高,属中切割中山地貌。
地形复杂,山峦重叠,坡度较陡。
平均海拔约1650m。
区内最高处为北面孟别北侧高山,海拔高大于1700m;最低处为南部孟登水库一带,海拔高约1520m,相对高差约200m。
三、气象
1、气候条件
矿区属亚热带季风气候,年平均气温14℃,极端最高气温33.4℃,极端最低气温-6.2℃;七月最热,平均气温为21.0℃,一月最冷,平均温度为4.6℃,年平均降雨量1588.2mm,降雨主要集中在5~8月份。
2、地表水
矿区范围内无大地表水体,在矿区外西北方向有一条小溪,发源矿区外西北部,溪水流入马儿坝水库(小型水库),然后流入南面的猛登水库(小型水库),在矿区西边有一条小溪,溪水流入南面的猛登水库(小型水库)。
在矿区外南西面有孟登水库(小型水库),孟登水库的水流入南面的三岔河,三岔河水再流入长江,属长江水系。
3、地震
区内无地震资料记载,近年来也未发生地震灾害。
根据《中国地震动参数区划图》(GB18306—2001,1:
400万),本区地震烈度为Ⅵ度,地震动峰值加速度0.05g。
四、经济概况
当地居民以汉族为主,少量苗族杂居,人口稀少,集中居住在三十五公庄周围。
区内工业较落后,主要从事农业耕种,粮食作物主要种植玉米、土豆,少量水稻等,副业主要为家庭养殖业以饲养羊、猪、鸡为主,少量牛、马。
国家电网、电讯网均已实现村村通,用电、通讯有保障。
第二节矿井建设的资源条件
一、区域地层
区域含煤地层处于贵州上二叠统海陆交互相沉积,出露的地层有石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、下第三系及第四系。
见表3-1。
表3-1区域地层简表
系
统
组
段
厚度(m)
第四系(Q)
0-20
下第三系(E)
<330
侏罗纪(J)
>463
三叠系(T)
上统(T3)
二桥组(T3)
146-295
中统(T2)
法郎组(T2f)
下段(T2f1)
99
关岭组(T2g)
上段(T2g3)
194-251
中段(T2g2)
306-316
下段(T2g1)
160.2
下统(T1)
永宁镇组
(T1yn)
第四段(T1yn4)
55-84
第三段(T1yn3)
127-207
第二段(T1yn2)
54-116
第一段(T1yn1)
158-217
大冶组(T1d)
上段(T1d2)
219-376
下段(T1d1)
40-158
二叠系(P)
上统(P3)
长兴组(P3c)
34-69
龙潭组(P3l)
156-378
峨眉山玄武岩组(P3β)
0-342
中统(P2)
茅口组(P2m)
上段(P2m2)
119-233
下段(P2m1)
230土
栖霞组(P2q)
62-195
梁山组(P2l)
23-168
石炭系(C)
上统(C3)
马平组(C3m)
0-99
中统(C2)
黄龙群(C2hn)
0-72
下统(C1)
摆佐组(C1b)
0-105
大塘组(C1d)
0-38
二、区域构造
区域位于扬子地台南西缘,黔北台隆—六盘水断陷与黔南断陷的部位,主要褶皱构造运动发生于燕山期,现今的构造形态与之密切相关,主要构造线方向为北东向。
该区域总体上受南北方向的挤压力,产生共轭剪切,而形成北东向褶皱和断裂。
矿区位于补郎向斜北东仰起转折端轴部地段。
补郎向斜:
位于区外南起普定干坝,向北东经普定县城、白岩、河头、雷公田、革坝至龙场。
从北东向南西穿过矿区,区内经过下寨、歪冲,延伸长度约5km,轴向北东30°~50°,枢纽由北东向南西倾斜,是一个由南西向北东收拢半封闭的向斜。
轴部地层南西向北东依次为:
中三叠统关岭组、下三叠统永宁镇组;两翼地层为下三叠统永宁镇组至下三叠统大冶组。
南东翼地层倾角16°~50°,北西翼地层倾角6°~35°。
第二节矿区地质
一、地层
XX煤矿位于补郎向斜北东仰起转折端轴部地段,矿区及附近出露地层由老至新有二叠系的茅口组(P2m)、峨眉山玄武岩组(P3β)、龙潭组(P3l),长兴组(P3c),三叠系大冶组(T1d)及第四系(Q),由老至新叙述如下:
1、茅口组(P2m):
出露于矿区东部区外。
主要为浅灰色、深灰色中厚层状、厚层状灰岩,含白云质团块或白云岩,具缝合线构造,产腕足类、蜓等动物化石。
2、峨眉山玄武岩组(P3β):
出露于矿区北部边缘,主要岩性为暗绿、灰绿色玄武质熔岩及玄武质火山角砾岩,间夹少量凝灰岩。
产腕足类及海百合化石。
102钻孔揭露厚度167.81米,与上覆龙潭组呈假整合接触。
3、龙潭组(P3l)
为矿区主要含煤地层,是一套海陆交互相多旋回沉积,旋回结构明显。
岩性由灰色、深灰色泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、粉砂岩、细砂岩、泥岩、泥灰岩、煤层及灰岩组成,具水平层理、波状层理、交错层理,产腕足类、瓣鳃类等动物化石,产大羽羊齿、鳞木等植物化石及植物化石碎片。
厚282.15~373.15m。
与下伏地层呈假整合接触。
4、长兴组(P3c)
位于矿区中部,为灰色至深灰色厚层硅质岩及燧石灰岩夹少量泥灰岩和钙质页岩,产含腕足类及瓣鳃类等动物化石。
厚53.68~79.44m。
与下伏地层呈整合接触。
5、大冶组(T1d)
区域上分3个岩性段,矿区内仅出露第一段,出露于矿区中部及南西翼外围,岩性为灰绿,灰黑色薄层至中厚层粘土岩夹钙质砂岩,厚度21.59~41.85m。
与下伏地层呈整合接触。
6、第四系(Q)
矿区内零星散布于河谷及低洼地带,由土黄,灰黄色粘土,砂土,碎石,砾石及砂砾石组成,厚3.00~17.69m。
第三节矿区构造
XX煤矿位于补郎向斜北东仰起转折端轴部地段,北部矿界边缘有马儿坝背斜。
在勘查过程中发现断层5条,其中F1断层为正断层,地面发育清楚;FJ102、F203、F303、F003断层为钻探发现,地表不清,其中FJ102、F203、F003为隐伏逆断层,F303为隐伏正断层。
1、断层
F1正断层,走向NW~SE,倾向NNE,断距110米,倾角72°,地表有地质观测点3个,在301号钻孔236.37-237.42米实见该断层,岩芯裂隙发育,见角砾岩充填及挤压滑面。
2、褶皱
(1)马儿坝背斜:
位于矿井北部,轴向NE~SW,NE向为仰起端,向SW倾伏。
(2)补郎向斜:
位于矿区中部,轴向NE~SW,NE向为仰起端,向SW倾伏。
由于矿区地处向背斜仰起端部位,该区域地层产状变化较大,岩层走向方位角由71°逐步转为245°,倾向由161°转为335°,倾角为10~65°。
从向斜倾角变化看,总体为向斜转折端倾角较缓,南北翼倾角约大。
在生产过程中,向斜内现未发现次级小褶皱和断层,但由于受向斜构造的影响,局部地段出现煤层变薄带,产状变化大,对煤层开采有一定影响。
根据构造复杂程度分类构造为中等类型。
第四节岩浆岩
矿区内峨眉山玄武岩组属火山喷发基性岩,该玄武岩组为龙潭组含煤地层的沉积基底,对含煤地层的沉积岩性、岩相及含煤性等无影响,对含煤地层无破坏作用。
第四章煤层
第一节含煤性
区内主要含煤地层为龙潭组,地层总厚282.15~373.15m,一般厚为315.28m,含煤14~25层,一般为16层。
煤层总厚10.16~25.25m,平均15.52m,含煤系数4.92%。
含可采及局部可采煤层5层,煤层总厚3.54~14.36m,平均7.05m,可采含煤系数2.23%。
可采煤层发育特征详见表4-1。
表4-1煤层及煤层间距情况统计表
煤层编号
间距(m)
全层厚度(m)
夹石层数
采用厚度(m)
可采情况
可靠
程度
结构复杂
程度
稳定
程度
B1
12.70~24.23
17.17(7)
0
0.25~2.13
1.11(7)
0~3
0
0.24~1.80
0.87(7)
全区可采
可靠
中等
较稳定
99.37~136.83
114.15(6)
13
0.30~4.79
1.65(9)
0~3
1
0.27~1.95
1.09(9)
大部可采
可靠
中等
较稳定
8.95~23.78
13.31(10)
14
0.81~3.53
1.59(10)
0~2
0
0.76~2.50
1.29(10)
全区可采
可靠
中等
稳定
10.38~15.03
12.47(10)
15
0.54~4.74
1.69(10)
0~1
0
0.42~2.37
1.35(10)
大部可采
可靠
中等
较稳定
50.20~98.29
74.78(10)
18
0.46~3.60
1.20(10)
0~3
0
0.40~1.44
0.83(10)
局部可采
可靠
中等
较稳定
4.69~7.79
5.84(10)
B7
注:
最小值~最大值
平均值(采用工程点数)
区内可采煤层为0、13、14、15、18号5层。
现将区内可采煤层分述如下:
一、0号煤层
位于龙潭组顶部,上距标一(B1)12.70~24.23m,平均17.17m左右,下距标二10.34~15.72m,平均12.80m左右。
全区可采,总面积0.88km2,可采面积0.88km2,可采指数为100%。
煤层全层厚度0.38~2.13m,平均厚度为1.11m;采用厚度0.24~1.80m,平均采用厚度0.87m。
结构较简单,含夹石0~3层,一般0~1层,岩性为炭质泥岩或泥岩,属全区可采较稳定煤层。
煤层由北至南逐渐增厚。
顶板岩性:
以泥质岩粉砂、粉砂质泥岩为主。
底板岩性:
以粉砂质泥岩、泥质岩粉砂、泥岩为主。
二、13号煤层
13号煤层上距标四5.51~16.18m,平均9.07m左右,下距14号煤层8.95~20.59m,平均15.21m左右。
总面积1.55km2,可采面积1.39km2,可采指数为90%,煤层全层厚度0.30~4.79m,平均厚度为1.65m;采用厚度0.27~1.95m,平均采用厚度1.09m。
结构较简单,含夹石0~3层,一般0~1层,岩性为炭质泥岩、泥岩或粉砂质泥岩,属大部可采较稳定煤层。
煤层厚度>1.3米的主要分布在矿区中部,成条带状。
顶板岩性:
以泥质岩粉砂、粉砂质泥岩为主,局部为粉砂岩。
底板岩性:
以粉砂质泥岩、泥质岩粉砂、泥岩为主。
三、14号煤层
14号煤层上距13号煤层8.95~20.59m,平均15.21m左右,下距标五5.95~7.24m,平均6.69m左右。
总面积1.74km2,可采面积1.74km2,可采指数为100%,煤层全层厚度0.81~3.53m,平均厚度为1.59m;采用厚度0.76~2.50m,平均采用厚度1.29m。
结构较简单,含夹石0~2层,一般0~1层,岩性为炭质泥岩、泥岩或粉砂质泥岩,属全区可采稳定煤层。
煤层厚度>1.3米的主要分布在矿区西南及南部,北薄南厚。
顶板岩性:
以泥质岩粉砂、粉砂质泥岩为主,局部为细砂岩。
底板岩性:
以粉砂质泥岩、泥质岩粉砂、泥岩为主,局部为粉砂岩。
四、15号煤层
15号煤层上距标五0.50~1.38m,平均0.87m左右,下距标六2.63~4.26m,平均3.50m左右。
总面积1.85km2,可采面积1.79km2,可采指数为97%,煤层全层厚度0.54~4.74m,平均厚度为1.69m;采用厚度0.42~2.37m,平均采用厚度1.35m。
结构较简单,含夹石0~1层,一般0层,岩性为炭质泥岩,属大部可采较稳定煤层。
煤层厚度>1.3米的主要分布在矿区中部,成条带状。
顶板岩性:
以泥质岩粉砂、粉砂质泥岩为主。
底板岩性:
以粉砂质泥岩、泥质岩粉砂为主,局部为粉砂岩。
五、18号煤层
18号煤层上距标六53.65~85.61m,平均73.15m左右,下距标七4.69~7.79m,平均5.84m左右。
总面积1.96km2,可采面积1.17km2,可采指数为60%,煤层全层厚度0.46~3.60m,平均厚度为1.20m;采用厚度0.40~1.44m,平均采用厚度0.83m。
结构较简单,含夹石0~3层,一般0层,岩性为泥岩,属局部可采较稳定煤层。
煤层断层北部厚,南部薄。
顶板岩性:
以泥质岩粉砂、粉砂质泥岩为主,局部为炭质泥岩。
底板岩性:
以粉砂质泥岩、泥质岩粉砂、泥岩为主,局部为细砂岩。
第四节煤层稳定性评述
煤层稳定程度划分为稳定煤层、较稳定煤层、不稳定煤层、极不稳定煤层四类,区内煤层的稳定性评价以定性评价为主,定量评价为辅。
区内主要可采煤层稳定性评价结果为:
14号煤层为稳定煤层,0、13、15、18号煤层为较稳定煤层。
第五章煤质
一、第一节煤的物理性质和煤岩类型
一、煤的物理性质
区内煤的颜色为黑色,粉粒状为主,次为块及碎块状;各煤层结构主要为线理~细条带状;似金属光泽为主,少量沥青光泽;断口主要为参差状,少量平坦状或贝壳状;内生裂隙较发育,充填细脉状方解石;含微粒状、球粒状、细粒状黄铁矿,部分黄铁矿呈莓粒状集合体,结核状产出,少量充填胞腔。
可采煤层0、13、14、15、18号煤层真相对密度(TRD)及视相对密度(ARD)见表5-1。
表5-1可采煤层视相对密度、真相对密度表
煤层
密度(t/m3)
0
13
14
15
18
视相对密度
真相对密度
第三节煤的工艺性能
一、煤的发热量
根据《煤炭质量分级(发热量)》(GB/T15224.3—2004)标准,区内0、14、15号煤层属于高热值煤(HQ),13、18号煤层均属于中热值煤(MQ)。
区内干燥基低位发热量(Qnet,d)为:
0号煤层为21.61~28.28MJ/Kg,平均为25.36MJ/Kg;13号煤层为20.21~26.85MJ/Kg,平均为22.28MJ/Kg;14号煤层为20.07~28.73MJ/Kg,平均为26.00MJ/Kg;15号煤层为21.48~31.59MJ/Kg,平均为25.89MJ/Kg;18号煤层为19.56~28.59MJ/Kg,平均为24.22MJ/Kg。
十一、煤的可选性
1、煤的浮煤回收率
区内各钻孔煤芯煤样均作了浮煤回收率测试,结果见附表和煤质特征表,从二表可以看出,可采煤层浮煤回收率为32.45%(13号煤)~47.02%(15号煤),平均值为40.38%,理论浮煤回收率13、18号煤层为低等,0、14、15号煤层为中等。
2、煤的简易可选性
13煤层13-0.5mm产率89.87%,灰分19.48%,硫分2.67%。
15煤层13-0.5mm产率89.55%,灰分14.35%,硫分4.33%
13煤层简易可选性试验结果在-1.50g/cm3低密度级时,浮煤产率为81.84%。
当假定浮煤灰分为10.0%时,理论分选密度为1.55g/cm3,扣除沉矸后的δ±0.1含量为86.62%,可选性等级为“极难选”。
15煤层简易可选性试验结果在-1.50g/cm3低密度级时,浮煤产率为70.66%。
当假定浮煤灰分为10.0%时,理论分选密度为1.91g/cm3,扣除低密度物后的δ±0.1含量为6.81%,可选性等级为“易选”。
第四节煤类
区内可采煤层浮煤干燥无灰基挥发分含量为6.25%(18号煤层)~9.26%(18号煤层)平均含量为7.17%,小于10%,由此确定本区各煤层为无烟煤(WY);又依据区内浮煤干燥无灰基氢含量为3.05%(0号煤层)~3.58%(13号煤层)平均含量为3.39%,大于3%,本区0、13、14、15、18号煤层均为无烟煤三号(WY3)。
第五节煤的风化和氧化
根据开采老窑调查,本区内煤层风化深度一般在30m内,风化后煤层呈粉状,煤质较差。
第六节煤的工业用途评价
本区0、13、14、15、18号煤层均为无烟煤三号(WY3)。
区内可采煤层0、14、15、18号均属于中灰煤,13号煤层属于高灰煤;0、13、14、15、18号煤层均属于高硫煤;0、14、15号煤层属于高热值煤(HQ),13、18号煤层属于中热值煤(MQ);区内可采煤层均属于特低挥发分(LV)、低磷分(P-2)、特低氯(CL-1)煤。
依据区内煤层煤质特征,各煤层具有广泛用途,可用于动力用煤,民用煤,火力发电,一般工业锅炉用煤,气化用煤,可作冶金喷吹燃料,经洗选后可制碳素材料或制造电石及深加工,煤矸石可考虑作水泥、低温烧制地板砖等。
由于该矿区各煤层硫分主要为黄铁矿硫,为较易脱除煤,在开采利用方面可对煤进行洗选脱硫,以降低煤中硫分含量,达到合理利用资源,可避免对资源的浪费,并减少煤燃烧后所产生的二氧化硫对大气的污染和对锅炉、管道的腐蚀。
第六章水文地质
二、第一节区域水文地质概况
区域属长江流域乌江水系,三岔河支流。
矿区位于补郎向斜汇水构造的补给径流区地下水由北东向南西径流。
区域水文地质图见6-1。
除第四系外,地层岩性主要由可溶岩和非可溶岩两大类组成:
二叠系的龙潭组属非可溶岩类,富水性弱;二叠系的峨眉山玄武岩组属非可溶岩类,为相对隔水层;二叠系长兴组、三叠系的大冶组、永宁镇组为可溶岩类,溶蚀裂隙发育,富水性中等至强,区域地层水文地质特征见表6-1。
表6-1区域地层水文地质特征表
地下水类型
含水岩组及代号
岩性
厚度
(m)
富水性指标
富水性
类
亚类
钻孔单孔出水量(m3/d)
水点流量常见值(l/s)
地下水径流模数(l/s.km2)
碳酸盐岩岩溶水
碳酸盐岩裂隙溶洞水
茅口组
(P3m)
灰岩
224-687
最大1822
177.8-262.9
7.46
强
永宁镇组
(T1yn)
灰岩、白云岩夹泥岩
406-717
246-1158
62.25-297.94
3.73
强中
大冶组
(T1d)
灰岩、泥灰岩、页岩
483-544
46.18-68.61
2.82
强中
基岩裂隙水
玄武岩孔洞裂隙水
峨嵋山玄武岩组
(P3β)
玄武岩
0-342
0.2-4
0.93
弱
构造裂隙水
龙潭、大隆、长兴组(P2)
砂岩、泥岩、页岩夹泥灰岩及煤层
318-591
2.14-78.22
1.2-2.14
1.54
弱中
松散岩类孔隙水
第四系
(Q)
粘土、亚粘土、砂砾层
0-33
0.05-0.2
弱
图6-1区域水文地质图(1:
200000)
三、第二节矿区水文地质条件
一、水文地质条件概况
该区属中山地形,向斜两翼高轴部低,以侵蚀切割地貌为主,区内无大的河流,主要发育呈树枝状的沟溪水,均为雨源性溪沟,雨季暴涨,矿区南三岔河为矿区最低侵蚀基准面,标高约+1080m。
矿区内地表大部分为第四系覆盖,大气降水通过基岩风化裂隙、构造裂隙及孔隙补给地下水,沿裂隙、孔隙呈脉状、网状及分散状径流,以侵蚀下降泉方式排泄于冲沟洼地,地下水、地表水的流向主要受地形和地质构造控制。
矿区中部呈带状地表则由碳酸盐岩覆盖,以岩溶地貌为主,大气降水通过溶隙、落水洞、溶斗等形式迅速补给地下水,以裂隙流及管道流的形式径流,以岩溶大泉或泉群的形式排泄于深切冲沟中,地表水、地下水流向主要受岩性和区域最低侵蚀基准面的控制。
矿区中上部呈带状含煤地层大面积裸露地表,由于煤层埋藏垂深普遍小于500m,当开采发生塌陷裂隙后,大气降雨渗入,这对矿区充水的因素影响将特别突出和严重。
二、地表水特征
矿区范围内无大地表水体,在矿区外西北方向有一条小溪,溪水流入马儿坝水库(小型水库),然后流入南面的猛登水库(小型水库),在矿区西边有一条小溪,溪水流入南面的猛登水库(小型水库)。
在矿区外南西面有孟登水库(小型水库)。
三、地下水特征
按地下水的埋藏类型分,本单元发育有潜水和承压水。
根据含水层相对埋藏位置、岩性条件、富水性等,可以认为,含水层T1d、P3c、P3l属于补郎向斜轴部地层中的地下水具有承压性质。
地下水接受大气降雨的补给后,以泉、井等形式向地表排泄。
(一)岩层富水性特征
本区出露的地层由老至新分别为茅口组(P2m),峨眉山玄武岩组(P3ß),龙潭组(P3l),长兴组(P3c),大冶组(T1d),第四系(Q)。
现将各地层的富水性分述如下:
1、茅口组(P2m)
出露于矿区北部及外围一带广泛分布,岩性为中~厚层状石灰岩,厚度不详,含岩溶管道水。
富水性强。
2、峨眉山玄武岩组(P3ß)
出露于矿区北部。
岩性主要由暗绿、灰绿色块状玄武岩熔岩及玄武质火山角砾岩,间夹少量凝灰岩,为相对隔水层。
富水性弱。
3、龙潭组(P3l)
出露于矿区中部,呈带状分布。
岩性主要由灰色、深灰色薄层至中厚层状泥岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、粉砂岩及细砂岩、灰岩、泥质灰岩、煤层等组成。
调查泉点4个,泉水流量0-1.488l/s;揭露的13个钻孔,仅在202、301、303孔在该层中发现有冲洗液漏失;据303号钻孔对该层段进行抽水试验,结果为:
涌水量0.0067l/s,单位涌水量为0.00014l/s.m,渗透系数为0.0006m/d,水位降深46.35m,恢复水位标高为1487.53m,分层静止水位为1490.13m。
本层段含岩溶裂隙水,富水性弱。
4、长兴组(P3c)
地表分布于矿区中下部,呈条带状分布。
岩性主要由灰、深灰色中厚层至厚层状灰岩、泥质灰岩,偶夹砂岩、泥岩。
溶蚀裂隙发育,调查泉点1个,泉水流量1.102-7.699l/s;揭露的5个钻孔中有1个发现有冲洗液漏失;据203号钻孔对该段进行抽水试验,结果为:
涌水量0.027l/s,单位涌水量为0.0056l/s.m,渗透系数为0.0085m/d,水位降深48.38m,恢复水位标高为1530.59m,分层静止水位为1535.09m。
本层导水性中等,富水性中等。
为岩溶裂隙含水层。
5、大冶组(T1d)
出露于矿区中西部及外围。
岩性以灰色、灰绿色薄至中厚层状粉砂岩、泥质粉砂岩为主。
调查泉点1个,泉水流量0.033-1.699l/s;含浅部风化裂隙水,流量季节性变化明显,富水性弱。
6、第四系(Q)
零星分布于低凹洼地、岩溶谷地、岩溶洼地等。
厚度一般小于10m,岩性以坡积、残积冲积的基岩风化物为主。
结构松散,未胶结,透水性较好,富水性弱。
(二)断层富水性
区内地表仅发育一条断层F1,为正断层,走向NW~SE,倾向NNE,