露天开采设计论文.docx

1、露天开采设计论文第一章 矿区概况和地质特征1.1 矿区概况1.1.1 地理位置 扎泥河露天煤矿位于大雁煤田西区，大雁煤田位于大兴安岭西麓海拉尔河中游，行政区隶属内蒙古自治区呼伦贝尔市鄂温克族自治旗管辖，地理坐标为东经12009291202634，北纬490657491300,东西长平均19.86Km，南北宽平均4.68Km，面积89.83Km2；而本露天矿则位于大雁煤田西区的西部，即第59-67勘探线之间，东西长平均3.92Km，南北宽平均3.80Km，面积14.90Km2，占整个西区的24.73%。其地理坐标为：东经：12010561201511北纬：4907364910221.1.2矿区交

2、通 扎泥河露天矿西距呼伦贝尔市（海拉尔）30Km，东距牙克石市48Km，滨洲线铁路在该区北部通过，301国道在本区中部穿过，向东经牙克石市以及全国各地，交通十分便利。矿区有自备铁路和滨洲线相接，区外运输也很畅通，年运输能力达21.5Mt/a，完全能够满足大雁地区的几个生产矿井的需要，故本区交通便利为矿区的开发及外运创造了良好的条件。 扎尼河露天矿交通位置图1-1-121.1.3 地形地貌 扎泥河露天矿煤田内地形比较复杂，其地势总体是东南高西北低，东南部为低山丘陵地貌，西北部为低洼沼泽地，区内海拔标高在628728m之间，地貌单元属冲积平原类型。1.1.4 水文及气象 本煤田地表主要河流为由东向

3、西流经本区北侧的海拉尔河，属老年期河流，分叉合并现象比较多，牛轭湖比较发育，最大流量为1590m3/s，最小流量为零，平均流量为65.4m3/s；另有布洛莫也沟、顺河、扎泥河三条季节性河流，分别在西区煤田东部、中部和西部由南向北流经本区注入海拉尔河，其平均流量在50m3/h-450m3/h之间。 本区气候属大陆性干旱气候，蒸发量大，降雨量小，夏季短而雨少干燥，冬季长而冰封雪飘，年平均气温为-3.3、年平均风速为2.9m/s 据中国地震动参数区划图（GB-18306-2001），本区所在区域地震动峰值加速度（g）为0.05，比照中国地震烈度区划图（1990）对照烈度为度。1.1.5 矿区开发历史

4、和现状 大雁矿区始建于1970年，矿区经济以大雁煤业公司相关产业为主体，地方产业发展较少，地方经济有乳制品加工厂、胶合板生产、商品经销和餐饮服务行业等小规模经济。 2004年大雁煤业公司与山东鲁能集团强强联合，由鲁能集团投资在大雁矿区兴建的40.15Mw坑口电厂现已破土动工，建成后年需要燃用煤炭2.00Mt左右。 2005年，由西洋集团、黑化集团、鲁能集团和大雁煤业公司共同出资组建的内蒙古西洋煤化工有限公司0.40Mt甲醇项目已举行奠基仪式。该项目每年的用煤量约为1.05Mt，年用电量约为4.7亿度。 本区为较原始的草原游牧区，自然环境没有遭到大规模的破坏，当地没有大型企业及严重污染企业，区域

5、内水系没有受到破坏。但由于多年干旱和过度放牧，草场已经严重退化 大雁矿区现有8万余人口，劳动力资源充沛。1.1.6 矿区水电及建材来源 矿区内主要有由东向西流经矿区北侧的海拉尔河，最大流量为1590m3/s，最小流量为零，平均流量为65.4m3/s；另有三条季节性河流，分别在西区煤田东部、中部和西部由南向北流经本区注入海拉尔河，其平均流量在50m3/h-450m3/h之间。 露天矿在工业场地建110kV变电站一座，并考虑了露天矿今后发展的需要。内设两台SZ9-M-16000、11042.5/35/6kV变压器，变电站两回110kV进线，留有五回35kV出线供后期使用；设有10回6kV出线，以6

6、kV向露天矿采、运、排土、地面生产系统和工业场地行政区箱变供电。因此本露天矿的开发具有充沛的地下水资源及电力建材等资源。 1.2 地质构造和矿岩产状1.2.1 勘探区地层 勘查区全部被第四系地层所覆盖。通过本次勘查，参照邻区地层资料并结合“大雁煤田西区预查地质报告”有关资料，区内发育的地层自下而上有：中生界白垩系下统的龙江组（K1lj）、甘河组（K1gh）、大磨拐河组（K1d）、伊敏组（K1ym）、以及新生界第四系海拉尔组（Qh）。分述如下： 1、中生界白垩系下统龙江组（K1lj） 为一套中基性火山岩夹中酸碎屑火山岩，厚度不详。 2、中生界白垩系下统甘河组（K1gh） 是以中基性火山喷发岩为主

7、的并含有酸性熔岩和碎屑岩的一套地层, 主要岩性为致密块状玄武岩和安山玄武岩，顶部有5.0m10.0m的凝灰岩和角砾岩，厚度200.0m260.0m。 3、中生界白垩系下统大磨拐河组（K1d） 根据其岩性特征、岩石组合和含煤情况，本组地层可分为：下部含煤岩段、中部含煤岩段和上部泥岩段，其厚度大于600m。与甘河组地层呈不整合接触。其中上部泥岩段在大雁煤田东、西部普遍发育，厚度150.0m800.0m，厚度由东向西逐渐变厚，该泥岩层是区分两组地层，并是东、西部煤岩层对比的重要标志层。 4、中生界白垩系下统伊敏组（K1ym） 本组地层为一套粗碎屑岩夹特厚煤层沉积的含煤地层，地层厚度为230.0 m2

8、80.0 m /250.0m，与大磨拐河组地层呈整合接触。 5、新生界第四系海拉尔组（Q） 上部为腐植土、风成砂，下部为砾石、粘土及亚粘土。该组地层厚度为18.8 m61.0 m /29.4m，与下伏伊敏组地层呈不整合接触。1.2.2 煤层赋存条件 大雁煤田位于新华夏系第三隆起带（大兴安岭隆起带）的西坡，第三沉降带的东缘，在海拉尔盆地的五九南屯凹陷中段，大雁煤田为一向斜构造，即大雁扎尼河向斜,大雁煤田西区位于大雁煤田的西部。根据二维地震和钻探资料证实，大雁煤田西区为一条带状展布的向斜构造盆地，地层走向NEE向，至扎尼河一带转为NE向，地层倾角较缓，一般612，向斜翼部最大倾角约30。1.2.3

9、 地层构造 根据二维地震及钻探资料，在大雁煤田西区第55勘探线以西共发育16条断层，均为张扭性正断层，断层走向以NE向为主，呈雁行排列。其中本露天矿境界内发育的断层为7条，各断层的发育情况叙述如下: 1、DF1断层：位于本区西部,为正断层,走向为NE,倾向SE，倾角1570，断层落差020m，在区内走向延伸约830m，切割伊敏组9、10号煤层，属于不可靠断层。 2、DF2断层：位于本区西部,为正断层,走向为NNE，倾向NNW，倾角3571，断层落差015m，在区内走向延伸约930m，切割伊敏组9、10号煤层，属于不可靠断层。 3、DF3断层：位于本区西部,为正断层,走向为NE，倾向SE,倾角4

10、770，断层落差0130m，在区内走向延伸约8650m，切割伊敏组9、10号煤层及大磨拐河组煤层，属于可靠断层。 4、DF4断层：位于本区西部,为正断层,走向为NE，倾向SE,倾角2065，断层落差020m，在区内走向延伸约1293m，切割伊敏组9、10号煤层，属于不可靠断层。 5、DF5断层：位于本区西部，为正断层，走向为NNE，倾向NNW，倾角2865，断层落差023m，在区内走向延伸约1106m，切割伊敏组9、10号煤层，属于不可靠断层。 6、DF6断层：位于本区南部，正断层，属于边界断层，走向为NE，倾向NW，区内只见上盘，在区内走向延伸约8.8km，切割大磨拐河组煤层，属于较可靠断层

11、。 7、DF7断层：位于本区中南部，为正断层，走向为NE，倾向NW，倾角4559，断层落差270849m，在区内走向延伸约9749m，切割大磨拐河组煤层，属于可靠断层。上述各断层特征见表1-2-1表1-2-1 断层特征一览表 断层名称性质断层产状要素区内延展长度（m）评级点数断点级别可 靠 程 度切割层位走向倾向倾角落差（m）ABCDF1正NESE157002083011不可靠9、10DF2正NNENNW357101593011不可靠9、10DF3正NESE47700130865065可靠 9、10、272、281、282、304DF4正NESE2065020129311不可靠9、10DF5正

12、NNWNNW2865023110611不可靠9、10DF6正NENW4050880053较可靠272、281、282、304DF7正NENW4559270849974964可靠272、281、282、3041.2.4 煤层特征 1.可采煤层 本区伊敏组共含煤层12层，其中1、2、3、4、5、6、7、8、11、12煤层为不可采煤层，9煤层属特厚煤层，10煤层为中厚煤层，均属局部可采。 （1）9煤层：发育在矿区西部第59-67勘探线之间，其赋存形态呈盆地状，是本区的主采煤层，可采面积约7.68Km2。埋藏深度最小22.0m，最大270.0m，平均138.93 m。煤层可采厚度最小5.10m,最大5

13、0.94m，平均31.94m。煤层结构复杂，含有19层夹矸，夹矸厚度在0.35-8.48m之间,平均2.94m,夹矸岩性多为碳质泥岩。煤层的变化趋势总体上看是中部及东北部较厚，向西及西南部煤层厚度逐渐变薄，另外在63线以西、-走线以南，煤层变薄且分成3个分层（编号定为91、92、9），该煤层属局部可采的较稳定煤层。煤层顶板岩性为泥岩、粉砂质泥岩、细砂岩，煤层底板岩性为泥岩、碳质泥岩、粉砂质泥岩、细砂岩。 （2）10煤层：发育在矿区西部第59-67勘探线之间，其赋存形态呈盆地状，可采面积约7.87Km2。埋藏深度最小22.0m，最大280.39m，平均147.66m。煤层可采厚度最小0.40m,

14、最大7.28m，平均2.01m。煤层结构简单，一般含1层夹矸,局部为2层夹矸，夹矸厚度在01.00m之间,平均0.33m,夹矸岩性多为碳质泥岩。煤层的变化趋势是中部较厚，向东部和西部煤层厚度逐渐变薄，该煤层属局部可采的不稳定煤层。煤层顶板岩性为泥岩、碳质泥岩、粉砂质泥岩、细砂岩，煤层底板岩性为泥岩、细砂岩、粉砂质泥岩。与9煤层的间距最大为15.10m,最小为1.82m,平均5.21m。 上述两个煤层厚度、层间距及顶、底板岩性等情况见表1-2-2 煤层号煤层可采厚度煤层间距煤 层 结 构顶 板岩 性底 板岩 性可采程度稳定程度最大-最小平 均最大-最小平 均950.94-5.1031.94结构复

15、杂,含1-9层夹矸。泥岩粉砂质泥岩细砂岩泥岩粉砂质泥岩碳质泥岩局部可采较稳定15.10-1.825.21107.28-0.402.01结构简单,含1-2层夹矸。泥岩粉砂质泥岩碳质泥岩泥岩粉砂质泥岩细砂岩局部可采不稳定表1-2-2各可采煤层特征一览表1.3 矿石质量和围岩特征1.3.1矿石牌号及质量本区煤具有光泽暗淡，含丝炭，木质结构，性脆的特征。由于煤的节理和层理发育，煤芯多呈短柱状、碎块或片状。煤的比重1.41-1.58g/cm3，容重0.82-1.32g/cm3，天然含水率35.4-46.8%，孔隙率37.02-45.69%，内摩擦角33.90-43.0，内聚力0.31-1.95MPa，单

16、向抗压强度1.90-28.9MPa，抗拉强度0.57MPa，切割强度：线切0.27-0.92KN/cm，面切0.30-0.80MPa。该煤田煤种为低变质长焰煤，灰分较高，发热量较低，全硫含量为特低硫。所以煤炭消费渠道主要为发电、锅炉用煤及民用生活燃料等。该区煤炭总储量9341Mt,煤种属中灰、低硫、低磷环保型褐煤，平均发热量3800kcal/kg。1.3.2围岩特征 本区内煤层顶、底板均为泥岩或粉砂岩，固结或胶结较差，遇水膨胀。该区煤层围岩属软岩，矿山开采时要留设一定厚度的煤皮假顶及底煤，同时需加强支护，切实做好顶、底板管理工作，并留有足够的保安煤柱。 本区岩石的特点是：垂直或斜交裂隙比较发育

17、，胶结程度不均一，软硬程度非常悬殊，沿水平与垂直方向岩相变化大。岩石抗强度的大小，除了与岩石的矿物成分、结构、胶结物及胶结程度、节理、裂隙等因素有关外，还与岩石的赋存深度有关。煤层的抗压强度变化幅度值较小计，强度增加率为20-30%。但是处于半胶结疏松的砂砾岩和粗砂岩的强度依然很低。本区岩石的软硬程度变化非常大，即使是同层位、同粒级的岩石，其抗压强度两级值相差十分悬殊，一般为1-10倍，大者几十倍，煤层则不然，一般变化在2-6倍之间。 本区煤层的顶、底板均为泥岩或粉砂岩，固结或胶结较差，遇水膨胀。1.4 水文地质1.4.1 水文地质特征1、含水层 （1）第四系孔隙潜水含水层 该含水层分布于海拉

18、尔河两岸，向南北两侧变薄并逐渐尖灭，含水层岩性以砂砾为主，局部有承压性，平均单位涌水量0.5181.53L/sm，一般平均渗透系数0.56260m/d；水质较好，经简易处理能达到饮用水标准。 （2）煤岩层裂隙含水岩组 伊敏组煤岩层裂隙承压水主要是指9煤组和10煤组中的裂隙水，该含水层在该区普遍发育。含水岩组的含水层厚度以9煤组、10煤组厚度为主，其间夹泥岩、炭质泥岩。含水层地下水具有承压性。 根据钻孔资料，大部分钻孔在钻进9煤组含水层的过程中泥浆漏失严重，属强富水性地层，局部抽水孔属弱富水性地层，单位涌水量 0.1841.232L/sm；渗透系数为0.4342.61m/d，渗透性好。10煤组含

19、水层厚度较薄，富水性比9煤组差。2、隔水层 第四系粘土层、砂砾底部粘土层，泥岩、碳质泥岩、粉砂质泥岩均属隔水层。 9煤组底至10煤组之上的泥岩为隔水层。 10煤组底部厚层泥岩、火山凝灰岩、无裂隙的玄武岩、安山岩均为区域稳定的隔水层。3、地下水与地表水的关系 本区属大雁煤田西区水文地质单元。水文地质条件中等，既有第四系砾砂潜层地下水（局部为弱承压水），又有基岩裂隙、煤层裂隙承压水。 第四系孔隙潜水，在自然状态下主要受大气降水补给，河流、季节性河流补给、基岩裂隙水侧向补给。 基岩裂隙水主要是侧向迳流补给，低山丘陵基岩出露于地表，受大气降水补给，汇水面积较大，有很好的补给来源，地下水迳流方向与地形有

20、关，该区总体上由南向北为主。 第四系孔隙潜水正常情况下通过地表蒸发、侧向迳流向海拉尔河排泄，特殊情况下为矿区疏干排水和饮用水井抽水人工排泄；煤层裂隙承压水正常排泄方式为侧向迳流，特殊情况下受矿区疏干排水影响。2 露天矿边坡设计2.1稳定分析计算断面的确定2.1.1 地质概况勘查区全部被第四系地层所覆盖。通过本次勘查，参照邻区地层资料并结合“大雁煤田西区预查地质报告”有关资料，区内发育的地层自下而上有：中生界白垩系下统的龙江组（K1lj）、甘河组（K1gh）、大磨拐河组（K1d）、伊敏组（K1ym）、以及新生界第四系海拉尔组（Qh）。分述如下：1、中生界白垩系下统龙江组（K1lj）为一套中基性火

21、山岩夹中酸碎屑火山岩，厚度不详。2、中生界白垩系下统甘河组（K1gh是以中基性火山喷发岩为主的并含有酸性熔岩和碎屑岩的一套地层, 主要岩性为致密块状玄武岩和安山玄武岩，顶部有5.0m10.0m的凝灰岩和角砾岩，厚度200.0m260.0m。3、中生界白垩系下统大磨拐河组（K1d） 根据其岩性特征、岩石组合和含煤情况，本组地层可分为：下部含煤岩段、中部含煤岩段和上部泥岩段，其厚度大于600m。与甘河组地层呈不整合接触。其中上部泥岩段在大雁煤田东、西部普遍发育，厚度150.0m800.0m，厚度由东向西逐渐变厚，该泥岩层是区分两组地层，并是东、西部煤岩层对比的重要标志层。4、中生界白垩系下统伊敏组

22、（K1ym）本组地层为一套粗碎屑岩夹特厚煤层沉积的含煤地层，地层厚度为230.0 m280.0 m /250.0m，与大磨拐河组地层呈整合接触。5、新生界第四系海拉尔组（Q）上部为腐植土、风成砂，下部为砾石、粘土及亚粘土。该组地层厚度为18.8 m61.0 m /29.4m，与下伏伊敏组地层呈不整合接触。2.1.2 影响边坡稳定的因素影响边坡稳定的因素，除了区域稳定性之外，与当地的气候、地质构造、水文地质条件、岩石的物理力学性质和开采条件有关。（一）气候矿区属于冬寒长久、夏季短暂、降水集中地区。在降水集中的雨季，易形成瞬时地表迳流，洪水涌入矿区冲毁地面设施及淹没矿坑，同时，洪水渗入地下，降低边

23、坡的稳定性。夏季降水渗入矿坑边坡，使岩层的含水量增加，由于冬季长久，气温低，易形成季节性冻土，而翌年3月份之后，季节性冻土融化，易出现岩石冻膨及崩解现象，从而使边坡的稳定性降低。（二）地质构造该区地质构造条件简单，共有6条断层，不连续结构面存在较多，在断裂面上的抗剪强度是影响边坡稳定程度的主要因素。断裂构造的存在，破坏了岩体的完整性，断裂面的抗剪强度远低于岩体其它部位的抗剪强度，断裂构造降低了岩体的强度及稳定性。断裂面是极不稳定的滑移面。本区不连续面对边坡稳定影响大，该区稳定性差。 不连续面抗剪强度是指沿不连续面和软弱夹层面方向的抗剪强度，对边坡的稳定有严重影响。（三）水文地质条件 矿区水文地

24、质条件为中等类型，第四系孔隙潜水发育，并存在弱承压水，承压水头约3m，不利于松散岩层的边坡稳定性。9煤、10煤组煤系地层裂隙承压水，属于富水性含水岩组，承压水头约120m，单位涌水量中等。隔水层顶板较厚发育比较稳定。矿坑疏干排水比较容易。断裂带含水而不导水，但10煤组的疏干过程易使断裂构造带成为地下水运动的良好通道，使水文地质条件复杂化，不利于边坡的稳定。（四）地震与爆破震动地震与爆破震动对边坡的稳定有较大影响，当地震达到一定震级（即加速度增大到一定值）时，某些边坡岩体就可能遭到破坏。爆破引起的震动力是一种突发性的瞬时推力，对边坡稳定性影响主要表现为逐渐削弱边坡岩体的强度，特别是一些不适当的爆

25、破，甚至造成局部边坡的破坏。（五）软弱层对边坡稳定性的影响边坡软弱层的存在，对边坡的稳定性影响较大，本矿第四系砂类土的自然休止角平均值为33，最小值为30；粘性土1823，C为1725Kpa。2.1.3 露天矿各地层工程地质条件分析本区内煤层顶、底板均为泥岩或粉砂岩，固结或胶结较差，遇水膨胀。该区煤层围岩属软岩，矿山开采时要留设一定厚度的煤皮假顶及底煤，同时需加强支护，切实做好顶、底板管理工作，并留有足够的保安煤柱。在西区勘探过程中采用两个地质孔兼工程孔（05-41和05-46），采取岩样委托黑龙江煤炭质量监督检验站进行岩石力学试验，其各类岩石地质特征自上而下分述如下：1、第四系松散岩组：该组

26、地层由砂土、粘土、砂砾石组成。(1) 砂土类：由黄色和黄灰色亚砂土（略塑性）、砂土和少量粉细砂组成，颗粒均匀、质存，全区发育，砂土的天然湿度一般为14-18%，比重2.66-2.70g/cm3，容重1.7-1.8g/cm3，孔隙比0.609-0.872m，给水度2.4-4.3%。(2) 粘土类：中上部为浅棕、深棕褐色粘土、含砾粘土，该土层厚度变化大，其特点是：具鲕状结构，致密，塑性强并含有铁锰结核及少量砂粒、小砾石、顶部具“V”型泥裂，被上覆风积物所充填。粘土的天然湿度为22.3%，比重2.73g/cm3，容重为1.68-2.05g/cm3，孔隙率38.46%，内摩擦角20.6，内聚力0.20

27、MPa。粘土矿物成分：高岭石含量0-37.5%、伊利石含量0-67.7%、蒙脱石含量16.1-62.5%,本层属膨胀土，它对于建筑物和边坡稳定可产生破坏作用。(3) 砂砾石类：含泥砂砾石，分选差，砾径多为1-5cm，呈次园一次棱角状，部分为棱角状，含泥质成分较多。它的天然温度为15.0-27.7%，比重2.55-2.64g/cm3，平均2.59，透水系数6.1710-4-1.0310-3Cm/cek给水度为6.4%，厚度变化大。2、伊敏组碎屑岩岩组该组地层由泥岩、碳质泥岩、粗砂岩、细砂岩、粉砂岩和煤层组成。(1) 泥岩：灰、深灰色，个别为灰绿色，呈薄层或厚层状，多出现于各煤层顶、底板和煤层间。

28、浅部泥岩质软、具塑性、强度低、中深部较坚实，具硬塑，强度增高。泥岩层节理和微裂隙比较发育，裂隙面光滑。泥岩采取率最高，达96%以上，岩芯较完整，中等级以上的占44.5%。因其具有塑性、致密和粘聚力大的特点，故可钻性较差。比重1.5-2.68 g/cm3，容重0.82-2.18g/cm3，天然含水率19.3-27.6%，孔隙率33.48-42.75%，内摩擦角24.0-31.4，内聚力0.08-0.63MPa，单向抗压强度0.15-3.1MPa，抗拉强度0.04-0.07MPa。(2) 碳质泥岩：灰-灰黑色，呈薄层状，多出现于各煤层直接顶、底板和煤层间。比重2.51-2.63g/cm3，容重1.

29、42-2.09g/cm3，天然含水率23.90-32.90%，孔隙率34.23-43.49%，内摩擦角24.5-27.0，内聚力0.08-0.58MPa，单向抗压强度0.20-0.42MPa，抗拉强度0.04-0.05 MPa。(3) 粗砂岩：灰-深灰色，胶结性与分选性较好，具水平层理及微波状层理，有时与细砂岩互层出现。比重1.63-2.58g/cm3，容重1.57-19.9g/cm3，天然含水率18.70-21.8%，孔隙率2.58-2.67%，内摩擦角36.20-40.30，内聚力0.16-4.38MPa，单向抗压强度0.28-8.1MPa，抗拉强度0.06-2.11MPa。(4) 细砂岩

30、：灰-深灰色，胶结性与分选性较好，泥质胶结，具水平层理及微波状层理，有时与粉砂岩和泥岩互层出现。比重2.48-2.66 g/cm3，容重1.51-2.09g/cm3，天然含水率17.9-29.2%，孔隙率33.06-42.35%，内摩擦角9.8-33.9，内聚力0.17-1.06MPa，单向抗压强度0.11-2.68MPa，抗拉强度0.05-0.27MPa。(5) 粉砂岩：灰-深灰色，胶结性好，泥质胶结，具水平层理及微波状层理，有时与粉砂岩和泥岩互层出现。比重2.62g/cm3，容重1.49-1.90g/cm3，天然含水率27.9%，孔隙率43.30%，内摩擦角33.70，内聚力0.20MPa，单向抗压强度0.3MPa。3、煤岩岩组本区煤具有光泽暗淡，含丝炭，木质结构，性脆的特征。由于煤的节理和层理发育，煤芯多呈短柱状、碎块或片状。煤的比重1.41-1.58g/cm3，容重0.82-1.32g/cm3，天然含水率35.4-46.8%，孔隙率37.02-45.69%，内摩擦角33.90-43.0，内聚力0.31-