古书院井田勘察设计毕业论文.docx

1、古书院井田勘察设计毕业论文古书院井田勘察设计毕业论文1矿井概述及井田地质特征1.1矿区概况1.1.1地理位置、交通古书院矿位于省东南部，沁水煤田的东南缘，其地理座标为东经11248341125256，北纬353033353415，行政隶属市管辖。位于市城北。该井田西受白马寺断层控制，北与凤凰山、王台铺井田相接，西南为北岩井田，东西长6.2km，南北宽3.9km，面积24.18km2。井田东部有铁路经过。本矿专运线5公里与北站接轨，向南于月山，分别与焦枝，京广线相通。207国道和与之平行的晋（城）长（治）高速公路从井田西部经过，晋（城）阳（城）、晋（城）焦（作）、长（治）邯（郸）高速公路已建成通

2、车；省级公路四通八达。交通甚为方便（见图11）。图1-11.1.2地形、地势及地震情况井田地形以构造剥蚀中低山为主。西北高，东南低，最高峰方山海拔1354.8m，一般标高在9001000m之间。由方山向东南经向马寺山、大岭头一线为地表分水岭，其东北部为北石店盆地，西南部为钟家庄盆地，地表北部一般为基岩出露，南部为黄土覆盖，地貌属低山丘陵。市属黄河流域沁河水系。井田无常年迳流的地表水系，均为季节性河流。雨季流量较大，西南部大气降水经西河、古书院河、东河流入钟家庄盆地，经白水河流经孔庄注入丹河，东北部大气降水汇入家川河、司徒河向东于背荫汇流经水东注入丹河。历年地震资料及文献记载，地区未发生过5级以

3、上的破坏性地震。外围强震的波及曾对本区造成房屋倒塌，人畜伤亡。据省地震局1978年省震字第29号文关于颁发省地震基本烈度区划图及说明的通知，将本区划为六度地震烈度（器物倾倒，房屋有轻微破坏）区。1.1.3气候条件本区属太行侧山间盆地，属暖温带大陆性气候。四季分明，温和宜人，日照充足。秋季多西北风，春夏季多东南风。年最小降雨量296mm，最大降雨量1010mm，平均686.10mm。降雨量集中在7、8、9三个月。蒸发量一般为降雨量的23倍。气温一般较高，日最高温度达38.6，最低气温22.8，平均气温达11。无霜期较长，全年约180天。冻结期为11月至次年2月，最大冻土深度一般为43cm，最大积

4、雪厚度为21cm。风力不大，一般34级，最大6级。1.1.4矿区经济状况整个矿区跨越市和阳城、沁水两县，面积为6795km2。1985年底统计资料人口为1184000人。本区处于太行坡，土质比较肥沃，主要农作物有玉米、谷子、小麦和高梁，由于农田水利基本建设发展较快，亩产水平逐年提高。工业主要有冶炼、化肥、水泥、发电、农机、副食品加工及手工业等。尤其近几年地方小煤矿发展较快，1985年资料统计小煤矿民发展到468处，原煤产量达到970.1万t。1.1.5矿区供水情况古书院矿现有自备水源井6眼，分别是下平房水源井（3号）、水塔水源井（14号）、西风井水源井（15号）、南风井水源井（26号）、34号

5、家属楼南水源井（28号）、32号家属楼东水源井（1号）。6个水源井全部采用深井潜水泵吸取中奥陶统深层水作为永久水源，日均取水量约为8000m2，年提水量约为292万m2。古矿现供水情况地面由1号、3号、14号、28号水源井供给，井下用水由15号、26号水源井供给，并于2001年对该矿地面和井下用水进行了互联网。当地面和井下任何一方用水出现紧时，可由另一方进行补充，从而缓解了用水紧的状况。根据市水环境监测中心分析测试结果报告单，除西风井总硬度、硫酸根稍高以外，其余测定项目全部符合GB574985生活饮用水标准。各水井情况详见表11。表11 古书院矿水源井情况一览表编号水源井位置涌水量m3/h近期

6、取水量（m3/h）成井时静水位（m）近期静水位（m）水位升降（m）3下平房90110121.78167.3444.5614水塔60110152.50181.3028.8015西风井6260213.80238.3024.5026南风井7460276.55297.6021.0528东34号楼南8080168.26178.4110.15132号楼东6060129.00137.048.041.2井田地质特征1.2.1井田地质构造古书院井田地层受新华夏构造控制，主体走向与构造相一致，倾向北西西，倾角210度，靠近构造线附近地层倾角最大可达30多度，甚至70多度。西部受白马寺逆断层影响而形成自西向东的几个

7、连续的向、背斜，东部以短轴褶曲为主。现将井田主要构造分述如下：一、褶曲1、二仙掌向斜： 位于白马寺逆断层东侧，轴向NE1222，南起晋普山井田，经北岩井田，进入该区，向北伸入凤凰山井田，全长20000m。西翼陡而狭，倾角526，东翼平缓，倾角5，受白马寺逆断层上升带牵引成为极不对称的向斜。2、石城沟背斜：轴向NE1222，南起寨上，经北岩井田东部，进入本井田牛山、石城沟、长条岭西部，全长5000m，两翼倾角57。3、方山向斜：位于岭、牛山、老王圪套经庄进入凤凰山井田，纵贯古书院、凤凰山两井田，主体走向NE1030，两翼倾角35，全长12000m。4、大村背斜：位于井田东部大村附近，走向近南北，

8、两翼倾角3左右，全长2500m。5、王谷坨背斜：位于王谷坨村东，走向近东西向，两翼倾角46，全长1500m。6、七岭向斜：位于大村背斜东南（红庙岭一带），走向北西转近南北，全长2000m。两翼倾角平缓，34。7、村向斜：位于大村与村之间。主体走向北东约25，两翼倾角5左右，全长2000m，向北延入王台铺井田。二、地层古书院井田地层出露中常，基岩分布面积约占三分之一，主要分布于井田北部、西北部山梁及沟谷零星地段，新生界覆盖面积约占三分之二，主要分布在井田南部、东部的丘陵、低洼地带及沟谷两侧。奥陶系（奥陶纪时期形成的地层，距今大约51000万年）灰岩为煤系地层之基底。区地层由老至新分述如下：1、奥

9、陶系中统（O2）：仅出露于白马寺逆断层西侧上升带，断层附近山势陡立，走向NNESSW，出露厚度约150m，其岩性接近顶部多为角砾状灰岩，砾石成分复杂，风化后呈黄色，其下为深灰色，质纯而性脆，并含方解石脉的厚层状灰岩。2、石炭系（C）：中统组（C2b）：大部出露于白马寺逆断层之东侧下降带西部边缘。由含铝质较高的红色及灰白色泥岩组成，中夹薄层砂质泥岩、细砂岩。底部为式铁矿。本组厚0.7085.5m，平均43.1m，与下伏奥陶系呈平行不整合接触；上统组（C3t）：出露于白马寺断层东侧，为井田主要含煤地层之一。由黑深灰色砂质泥岩、灰黑色砂岩、石灰岩和煤层等组成。底部有一层鲕状结构的砂质泥岩，全组厚51

10、.23m116.17m，平均83.70m，与下伏地层呈整合接触。3、二叠系（P）：下统组（P1s）：为本区主要含煤地层之一。井田出露较多，但均零星不完整。以灰白色砂岩为主，中夹灰色及深灰色泥岩、砂质泥岩及煤层。底部为一层不太稳定的中粒砂岩。本组厚38.0281.21m，平均54.48m，与下伏地层整合接触；下统下石盒子组（P1x）：主要出露在井田较高的山腰处。由灰色的细中粒砂岩，灰白色的砂质泥岩和泥岩组成。风化后多呈灰绿色或黄绿色，底部为一层厚5m左右的中粗粒长石石英砂岩，为与组的分界，俗称骆驼脖子砂岩（k8）。本组厚20.07118.60m，平均53.86m；上统上石盒子组（P2s）：主要分

11、布于井田北部的白马寺山、方山、二仙掌等地的较高处。岩性以灰黄色砂质泥岩为主，夹较厚的黄绿、紫红、蓝紫色砂岩和黄色泥岩组成。下部有一层铝土质泥岩或含铝质的砂质泥岩，见铁质浸染，具鲕状结构。风化后鲕粒脱落成小孔，地面易识别，其颜色鲜明，呈桃红色，俗称桃花泥岩。为与下石盒子组分界的辅助标志层。其下为一层不稳定的中粗粒石英砂岩（k10）。井田钻孔揭露厚度可达197.88m（144孔）。与下伏地层呈整合接触。4、第三系上统（N2）：为深红色粘土，含砂量较多，可见褐铁矿黑色斑点，含钙质结核35层，该层脱水晒干后变得坚硬。在井田中部、北部丘陵地带零星出露，厚度08m，与下伏不同时代地层不整合接触。5、第四系

12、（Q）：分布围较广，与地形起伏相一致，厚度由山梁向边坡递增，最厚达49.53m（205孔），沉积物以红土、黄土为主，冲积物为砂砾层。中更新统（Q2）：位于黄土之下，多分布于丘陵高地，一般为赤红及紫酱色，可塑性强，腻滑似腊，在红土底部因受水解作用形成大量的钙质结核。本层与上部的黄土分界不甚明显，在颜色上由下而上由深而浅渐变；上更新统（Q3）：主要为黄土。多分布于沟谷两侧，构成二级阶地，其厚度变化不一，一般520m，土质致密；全新统（Q4）：为砂卵石、砂土堆积的现代冲积层，厚度大小不一，主要分布于现代河谷中的河漫滩。1.2.2水文地质矿区位于沁水煤田向斜的东南翼，三面环山，东为太行山，南为晋普山、

13、西为五门山。晋普山与五门山为地表分水岭，将丹河与沁河两大水系分开。东归丹河水系，西归沁河水系。丹河是沁河的最大支流，发源于高平县越庄北丹株岭，流经高平、，在省沁阳县北金村汇入沁河。河道总长120km，流域面积3620km2，上游修建水库百余座，其中任庄水库最大，控制流域面积1240 km2，总库容量8400万m2，沿途出露有小会泉、白洋泉、郭壁泉、三姑泉等地下水露头。西部沁河发源于沁源北端泉岭，流经沁源、安泽、沁水、阳城、等地，在省武陟县南注入黄河，沿河有马山泉、良泉、黑水泉等地下水出露。矿区的东、南部广泛出露奥陶系灰岩，大气降水沿裂隙岩溶垂直渗漏，成为矿区地下水的主要补给途径，高平县北部有近

14、EW向的背斜构造，为地下分水岭，形成南北两个水文地质单元，北为辛安泉域，南部受晋长断裂带的影响，又形成东西两个次级水文地质单元，西为马山泉域，东为三姑泉域即矿区所在泉域。储水构造东侧给水边界，以太行山背斜轴为限，地下水汇集的总方向为岩层倾向即北西西向，西侧以晋长断裂带白马寺压性断层控制，由于西带上升，使东带奥灰易溶岩受到封闭，成为储水构造的西边隔水边界。根据地下水动态分析得知，本区水文地质单元中高平为补给区，为经流区，郭壁为排泄区。古书院井田位于矿区的东南部，区由方南经白马寺大岭头之连线为地表分水岭，在其北部为北石店盆地，东南部为钟家庄盆地。一、含水层按含水层含水性质，可分孔隙水、裂隙岩溶水、

15、岩溶水三大类。1、孔隙水：主要分布在盆地及河谷地带。藏在卵石层、砂砾层、砂土、亚砂土等新生界松散沉积物中，渗透性强，村民用水多取自此层。含水层厚2.7015.00m，水位深2.0013.00m。近年来，因矿山采动漏失及工农业用水量增加，水位逐年下降，涌水量也减少，部分已遭破坏，此层水主要由大气降水补给，水质属重碳酸、硫酸型钙镁水。2、裂隙岩溶水：主要指石炭二叠系含煤地层中的砂岩、灰岩裂隙接受大气降水垂直补给后溶蚀碳酸盐岩而扩大容水围，成溶洞存水，仍属重碳酸、硫酸型钙镁水。煤层下部水质有时为硫酸、重碳酸型钙镁水，矿化度略有升高，此含水层富水程度不一，盆地及河谷附近富水性强。主要含水层为K3灰岩层

16、。埋深1543m，富水性有上强下弱的规律，近年来，由于大量开采，水位有逐年下降趋势。3、岩溶水：主要指奥灰岩溶水。从钻孔水位及泉水标高看，本区地下水位有由南向北增高之规律。含水层发育在上下马家沟底部。地下水区域流向自北向南，该井田水位标高在500520m。该岩溶水补给围广。在补给区接受大气降水后，对该区以侧向补给为主，水量充沛，沿岩溶层向南迳流，最终于郭壁泉及三姑泉一带排泄。据1987年229队对“生产矿区水资源评价”报告：该层水饱和钙差大于零，为一相对缓滞流区，水质较好属微硬中性或弱碱性水，矿化度小于1克/升，适于工农业及生活用水、永久水源井。上述各含水层间，第三系粘土、组之铝土泥岩与各时代

17、地层的泥岩、砂质泥岩、粘土和亚粘土，当无裂隙和孔隙时，均为良好的隔水层。1.3煤层特征1.3.1主要煤层古书院井田含煤地层属石炭二叠纪。煤系地层总厚123.68142.04m。一般厚132.24m。共含煤10余层，煤层总厚1315m，含煤系数约10。其中石炭系组含煤八层，仅9号煤、15号煤二层稳定可采，二叠系组含煤五层。煤层特征见表12。表12 可采煤层情况煤层号煤层厚度（m）最小最大一般夹石层数最少最多一般层间距（m）最小最大一般稳定程度及可采情况30.3-0.90.7302135.64-45.540.6不可采91.5 4.53051 2稳定可采15.10-22.0418.57150.743

18、.62.00512较稳定可采一、3号煤层位于组下部。下距K4灰岩9.61m左右，距9号煤层40.6m左右。煤层厚0.3-0.9平均0.73m左右，夹石12层，最多可达5层，多见于中下部，煤层厚度变化不大，全区稳定可采。其伪顶为黑色泥岩或炭质泥岩，直接顶板多为灰黑色的砂质泥岩或粉砂岩，老顶多为灰色厚层状砂岩，底板一般为灰黑色粉砂岩或炭质泥岩。二、9号煤层是主要可采煤层之一，位于组中部的K1与K2灰岩之间。下距15号煤层18.57m左右。煤层厚1.5-4.5m，平均3m，厚度变化较大。煤层顶板为K2灰岩，厚3m左右，底板为石灰岩，结构简单，全区稳定可采。三、15号煤层位于组下部，煤厚0.743.6

19、6m，平均2.0m，厚度无明显变化规律，夹石12层，最多达5层，夹石厚度一般在0.5m以下。其直接顶板为砂岩，厚度6.92m左右。底板以黑灰色炭质泥岩、铝土质泥岩为主。全区大部可采，属较稳定煤层。四、煤层对比本区3号煤层位于组，属陆相沉积，9号、15号煤层位于组，属海陆交互相含煤沉积，各煤层厚度、层位、层间距稳定，煤质、物性、顶底板特征明显，对比依据充分，因此，本矿区煤层对比十分可靠。1.3.2煤层顶底板一、3号煤层从钻孔和生产揭露资料看，3号煤层普遍沉积有伪顶、直接顶和老顶。伪顶岩性为黑色泥岩或炭质泥岩，厚度0.100.20m。结构疏松，易碎，强度低，不易支护，随采掘脱落。直接顶板多为黑色及

20、灰色的砂质泥岩或粉砂岩，层理发育，致密坚硬，节理裂隙较发育，平均厚度2.70m。老顶岩性为灰白色中粒或细粒砂岩，平均厚度7.70m，致密坚硬，层理发育，节理裂隙较发育，呈半开状，有方解石充填，老顶来压后可自行塌落。煤层上覆岩性，从伪顶、直接顶到老顶为软弱较硬坚硬型，再向上是软弱坚硬相间的平行复合结构。3号煤层直接底板为泥岩，厚度约1.00m，其下为砂质泥岩，厚约8.6米左右，开采中受压后，有时发生底鼓现象。二、9号煤层9号煤层顶板岩性以K2石灰岩为主，有时为砂质泥岩，K2灰岩厚约1.5 m左右，致密坚硬，较稳定，节理裂隙发育，有方解石充填。单向抗压强度33.569.3Mpa，平均48.5Mpa

21、；单向抗拉强度3.705.87 Map，平均4.44 Map，抗剪强度平均7.83 Map，老顶为砂质泥岩，厚约4.36m，节理裂隙发育，较硬。煤层上覆岩性，从直接顶到老顶属坚硬较坚硬型，再向上是硬较硬相间的平行复合结构。9号煤层直接底板为K1石灰岩，约1.00m,其下为黑灰色砂质泥岩（含高岭土），平均厚度10.65 m，强度低，稳定性差，单向抗压强度12.916.2Mpa，平均16.7Mpa；单向抗拉强度0.440.85 Map，平均0.66 Map，抗剪强度2.083.39Mpa,平均2.91 Mpa，膨胀率为1.763.64，平均2.91，这种岩性遇水易膨胀和泥化，从而降低了底板的稳定性

22、，属软弱坚硬型。三、15号煤层15号煤层直接顶板为砂岩，厚5.548.3m，平均6.92 m左右，深灰色，致密坚硬，顶部含似层状燧石条带，全区稳定，据相邻矿井（王台铺矿）测试，其单向抗压强度平均47.0Mpa左右；单向抗拉强度平均为4 Mpa左右，抗剪强度平均为3.70Mpa，属坚硬型顶板。老顶为砂质泥岩，深灰色，厚约10.65m。直接底板为砂质泥岩，平均厚度约12.75m，其下部为砂岩，平均厚度约为14.75m，再其下部为组的铝土泥岩，厚约26.95 m，属软弱型。据相邻矿井（王台铺矿）测试，铝土泥岩单向抗压强度为11.4Mpa；单向抗拉强度为0.76 Mpa，抗剪强度为2.49 Mpa，膨

23、胀率为0.63。这种岩层吸水性强，从而降低了底板的稳定性。1.3.3煤质一、煤的物理性质3号煤层为黑灰色，金属光泽，贝壳状断口，致密坚硬，均一条带状结构，由亮煤和镜煤组成，宏观煤岩类型为光亮型。9号煤层为灰黑色，玻璃光泽，致密，性脆，由暗煤和亮煤组成，条带状结构，阶梯状断口，可见黄铁矿结核或呈星散状赋存于煤中。宏观煤岩类型为半光亮型。15号煤层为黑色，油脂光泽，以暗煤为主，夹镜煤条带，平坦状断口，条带状结构，块状结构，煤中富含黄铁矿结核，宏观煤岩类型为半暗淡型。二、煤的化学性质各煤层原煤水分一般在11.5之间，洗煤后，3号煤水分有所下降，15号煤稍有增高。原煤灰分产率从上至下，呈递增之趋势，3

24、号煤为低灰煤，9、15号煤为中灰煤。硫分以3号煤最低，属特低硫煤，9号煤以中硫煤为主。在井田南部补66孔周围有一富硫带。而15号煤层在本井田中南部大面积为高硫煤。垂向上，煤中的硫分自上而下增加。经统计，三层煤的灰分变化标准差均小于1，硫分变化标准差3号煤小于0.5，9、15号煤则大于0.8。3号煤层煤质变化小，9、15号煤层煤层煤质变化大。煤中的元素组成以碳为主，约占93，其次为氢约占3，说明煤化程度较高。表13 可采煤层煤芯煤样煤质特征煤层号原/精煤工业分析原/精煤全硫发热量Qb.daf(MJ/kg)元素分析MadAdVdafCdafHdafOdafNdaf30.593.521.42（31）

25、7.7116.9112.84（31）4.659.326.83（31）0.350.680.41（12）33.6434.8935.54（9）90.0894.3192.80（3）2.233.512.90（3）1.244.722.51（3）1.031.141.08（3）0.551.931.33（7）3.5714.337.73（7）3.947.446.07（7）0.420.500.44（4）90.404.101.43（27）7.7028.7818.44（27）5.2610.547.29（27）0.414.721.81（15）25.5334.6131.51（13）93.2594.0993.73（7）2.7

26、83.282.96（7）2.060.961.284.243.06（6）7.25 7.997.60（6）4.745.355.04（6）0.580.780.68（6）150.393.621.32（27）13.637.6823.37（27）5.5113.298.44（27）0.607.123.05（15）23.7634.7930.53（14）90.2794.0493.20（9）2.673.192.88（9）1.424.932.78（3）0.781.030.92（3）三、容重本次报告未对3煤和9煤进行容重测试，根据以往容重资料，3煤容重仍定为1.45，9、15煤为1.49。四、煤的有害成分含量及煤的可

27、选性（一）、有害成分：3号煤磷含量为0.，9、15号煤层小于0.01，3号煤属低磷煤，9号、15号为特低磷煤；原煤硫分含量3号煤小于0.5，9号煤为1.81，15号煤为3.05，经1.4比重液洗选后，3号煤硫分略有上升，9号、15号煤则明显下降。煤中的有害成分主要为9、15号煤中的硫分。（二）、可选性：1、筛分：3号煤50mm筛上物产率为33.96，成块率不高，灰分在1006mm级呈增加趋势。9号煤50mm筛上物产率44.57，灰分产率在8025mm粒级增高，+256mm粒级灰分下降，60mm粒级灰分又呈上升趋势，硫分含量在8025mm粒级增加，随后又下降。15号煤在50mm筛上物产率为37.

28、63，灰分产率在8025mm粒级增高，+25mm以下级呈锯齿状变化。硫分含量呈锯齿状变化；2、筛分：3号煤50mm筛上物产率为33.96，成块率不高，灰分在1006mm级呈增加趋势。9号煤50mm筛上物产率44.57，灰分产率在8025mm粒级增高，+256mm粒级灰分下降，60mm粒级灰分又呈上升趋势，硫分含量在8025mm粒级增加，随后又下降。15号煤在50mm筛上物产率为37.63，灰分产率在8025mm粒级增高，+25mm以下级呈锯齿状变化。硫分含量呈锯齿状变化。表14层名指定精煤灰分分选密度0.1含量可选性等级310.01.758.0极易选910.01.5072.0极难选12.51.

29、6761.0极难选14.51.925.1极易选1510.01.6721.0中等可选12.51.982.0极易选3、煤类的确定及用途：依据中国煤炭分类国家标准（GB5751-86）划分，本井田主要可采煤层精煤挥发分大于3.5小于6.5，y值为0，G值亦为0，因而煤类为无烟煤二号，其划分依据是准确可靠的。3号煤低灰、低硫，9号、15号煤经洗选后将其灰分控制在14.5，硫分控制在1以下，是良好的动力用煤、炼焦配煤以及化工用煤的原料。4、煤的风氧化：本井田煤的风氧化作用主要发生在3号煤层露头处，西部、南部及东部均有。风氧化带的深度和宽度，取决于地形、盖层的厚度、岩性，地下潜水位及构造等因素。本井田风氧

30、化带下限的确定，是本矿根据实际生产划定的。风化煤完全失去煤的性质、棕褐色、土状光泽、微具塑性，手感松软，遇水成泥状，可燃性基本全无，灰分中Al2O3含量增高。氧化煤较正常煤水分、灰分显著增加，发热量明显下降，外生裂隙十分发育。风化煤可作为粘土矿开采，根据其质量用于陶瓷制造业，耐火材料及建筑用料。氧化煤的腐植酸若大于20，可作为提取腐植酸的原料、灰分小于46，低位干基发热量在12MJ/kg以上的仍可作为动力用煤。1.3.4瓦斯该矿建井初期，各地质报告按原保安规程划分为级瓦斯矿井，多年生产3号煤层测得：矿井沼气涌出量一般小于3.0 m/t，按新保安规程划分应属低瓦斯矿井。近年来，随着3号煤层的开采，矿井瓦斯涌出量有增大的趋势，但按煤矿安全规程第140条规定，古书院煤矿仍属低瓦斯矿井。经过长期的观测分析，瓦斯的赋存有一定的规律，同一煤层盖山厚度大的地方大于盖山厚度小的地方，向斜部位高于背斜部位，深部煤层高于浅部煤层，构造发育带高于