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3、滑动构造:
白庄井田在开采-150m水平下组煤时,滑动构造现象比较明显,预计下组煤三水平也会出现。
4、冲刷带:
本区7煤冲刷比较明显,局部造成煤层缺失。
本区中部存在一北西-南东向的古河床,影响宽度约300~800m,发育有厚层中砂岩,造成7煤局部缺失。
缺失地段有两块:
一块在63-232孔周围,一块在主井、63-265孔周围,影响范围较大。
8、9、10Ⅰ、10Ⅱ层煤没有发现明显的古河床及冲刷现象。
三、煤层及煤质
1、煤层:
太原群是下组煤主要含煤地层,总厚度155m,共含煤13层,含煤系数6.4。
其中主要可采煤层4层(7、8、9、10Ⅱ层煤),总厚6.27m,局部可采煤层2层。
7、8层煤为较稳定煤层,9、10Ⅱ层煤为稳定煤层,10Ⅰ层煤为不稳定煤层。
详见可采煤层厚度结构情况表1-2
2、煤质:
下组煤为暗淡、丝织--玻璃光泽,灰黑--黑色,煤普氏硬度系数为2~3,容重约为1.30~1.46断口参差状,裂隙发育。
煤岩类型为半亮型煤,微观类型7层煤为暗煤质亮煤型,8、9层煤为亮煤型,10Ⅱ煤为暗煤质亮煤型。
详见煤质特征表1-3
-150m水平四、六采区下组煤已开采7、8、9层煤,据实际化验资料,7层煤水分平均3.96%,灰分平均23.56%,挥发分平均41.11%,硫分3.04~3.85%,平均3.50%,发热量平均25.10MJ/Kg;
8层煤水分平均3.31%,灰分平均24.50%,挥发分平均42.79%,硫分2.48~4.26%,平均3.17%,发热量平均26.12MJ/Kg。
3、煤的有害成分及煤的可选性:
煤中除含硫和微量磷外,均无其它有害成分。
原煤经1.4重液浮选后,灰分明显减少,但硫分减少很少。
8层煤易选,9层煤中等可选,7、10Ⅱ层煤难选。
总之,下组煤含硫量较高,但挥发分及发热量较高,胶质层较厚,粘结性较强,可作动力用煤及配焦用煤。
四、瓦斯、煤尘和煤的自燃及地温、地压
1、矿井瓦斯:
本矿井CH4相对涌出量为0.38~4.0m3/t。
CO2相对涌出量为1.48~8.72m3/t,属低瓦斯矿井,涌出特征为普遍涌出。
瓦斯中CH4含量为0.03~1.66cm3/g,CO2为0.04~1.72cm3/g。
本矿井至今未发生煤和瓦斯突出。
但在开采7层煤层时,有过3次瓦斯异常涌出,-250联络巷下山掘进时有过瓦斯异常,钻孔内有咝咝声响。
因此在开拓-250下组煤时,局部地段有瓦斯异常现象,必须加强观测。
从63-254和63-276两孔瓦斯资料及邻矿瓦斯观测资料,随着开采深度的增加,瓦斯涌出量将加大,尤其在远距离开放性构造的封闭、半封闭地段及孤立块段,瓦斯含量相对集中,要引起注意。
8层煤顶板灰岩属透气性顶板,瓦斯含量低,释放四灰水,可减少一部分瓦斯,预计开采本水平8层煤时,瓦斯涌出量较低。
7层煤、9层煤、10Ⅱ层煤的顶板为粉砂岩、泥岩等透气性较差的岩层,预计局部地段瓦斯含量相对增加,随着深度的增加,沼气含量基本上呈线性递增,并极易出现瓦斯异常现象。
2、煤尘:
各可采煤层爆炸指数均在35~45%,火焰长650~700m,止爆岩粉用量75~80%。
据地质报告资料,各煤层均有强烈爆炸危险。
3、煤的自燃发火倾向:
据原地质报告资料,63-216孔取得9层煤燃点为347℃,63-280孔取得的9层煤燃点为340℃,66-8、66-1孔8层煤不自燃。
从邻近矿井资料证实,大封、陶阳矿的9层煤、10层煤发生过采空区残剩煤自燃发火。
10Ⅱ层煤属二级自燃倾向,9层煤属三级自燃倾向,7层煤、8层煤不自燃,发火期6~12个月。
4、地温:
本井田地温梯度为2℃/100m,井下工作区温度为18~20℃,随开采深度的增加,地温也会上升。
5、地压:
据-150m水平和-250m水平生产实际,井巷地压的显现及其对巷道的破坏程度,与开采深度、开采范围、围岩性质和地质构造条件等有关。
随开采深度的增加,地压明显增大,临近采空区地压显现明显,软岩层较坚硬岩层地压显现明显,断层及其交叉处,背向斜的轴部地压显现均较显著。
目前无实测的地压资料。
五、水文地质
1、边界条件:
本井田四周均以断层为界,边界条件基本清楚。
西以F7断层为界,断层落差50~120m,东升西降,井田位于上升盘,含水层受下降盘石炭二迭系地层的阻隔,为隔水边界。
东以F21断层为界,断层落差140~360m,西升东降,井田位于上升盘,含水层受下降盘石炭二迭系地层的阻隔,为隔水边界。
北以F1-2断层为界,断层落差大于1000m,含水层受对盘太古片麻岩的阻隔,为隔水边界。
东南以F22、BF5断层为界,断层落差20~50m,北升南降,井田位于上升盘,为弱隔水边界。
南以F3-1断层为界,断层落差5~20m,北升南降,由于F3-1断层推定不是一条断层,而是为一组断层,含水层均未断开,为透水边界。
北部边界附近存在一巨大逆断层,落差大于1000m,上盘是寒武系灰岩或奥陶系灰岩,最厚达400m,富水性不均一。
据地面钻孔和水井揭露,东段98-1孔、98-3孔揭露寒武系灰岩无水,98-2孔水量15m3/h,水位+61m;
西段二中、二院水井揭露寒武系灰岩或奥陶系灰岩均富水,涌水量9~70m3/h,水位+75~+78m。
控制程度较差,今后对掘进和回采都可能产生影响。
井田内发育较多的断层,致使井田内四灰、五灰、奥灰对口或含水层和隔水层对口,形成透水与隔水边界相间组成。
矿井水文地质类型综合评定为“复杂型”。
2、含水层:
井田共有含水层八层,即第四系砂及砂礓层、3Ⅰ层煤顶板砂岩、一灰、二灰、四灰、9层煤顶板泥灰岩、五灰和奥灰含水层。
由于第四系底部有隔水性能良好的粘土层,因而第四系潜水对矿井充水无直接影响。
三层煤顶板砂岩、第一、二层灰岩含水层随开采很快疏干,对矿井生产影响不大。
所以,直接威胁三水平7、8、9、10Ⅱ层煤开采的主要含水层是四灰、五灰两个承压含水层及其补给水源层奥灰含水层。
现将各主要含水层的特征,自上而下分述如下:
(1)四灰:
为8层煤直接顶板,厚3.36~6.88m,平均厚度5.31m,上部含大量泥质,中部夹厚度为0~0.35m的粉砂岩,下部质较纯,致密坚硬,多含燧石,垂向裂隙和顺层裂隙均较发育,偶见洞穴,常为方解石脉充填。
单位涌水量q=0.00087~0.808l/s.m,渗透系数K=0.019~18.18m/d,矿化度0.1~0.7g/l,水质类型HCO3~Na和HCO3Cl~Na。
F24断层以南,四灰由于没有疏降过,水位无大的变化,近5年最高水位-60.1m。
F3断层以北、F24断层以西块段,由于F3断层向东尖灭,没有切断四灰,与四、六采区四灰含水层水力联系密切,附近四灰水位基本一致,目前四灰水位已降至-172m~-230m。
95年12月9日~11日在-250m水平底车场4个放水孔,进行一次四灰放水实验,初始放水量200m3/h。
29小时后就稳定在60m3/h,47小时水位由+17.9m降至-199.10m,最大降深217m,且五、奥灰观测孔水位基本无变化,可见该区四灰水以静储量为主,补给量有限。
开采资料表明,四灰的岩溶裂隙在发育程度上存在较为明显的垂直分带性,富水性由浅部向深部趋于减弱。
四灰水与其它含水层的联系不密切。
从剖面上看,受断层影响,四灰与五灰、奥灰呈对口接触。
(2)五灰:
本溪群徐家庄灰岩,厚6.15~11.95m,平均8.76m。
浅灰色,质纯,致密坚硬,厚层状,裂隙洞穴发育,含少量蜒科腕足类化石。
单位涌水量q=0.0522~1.04l/s.m,渗透系数k=1.13~1.877m/d,矿化度为0.264~0.378g/l,水质类型HCO3~CaMg或HCO3~Na。
近5年最高水位+35.7m。
根据邻矿和我矿8400采区开采实际资料,五灰的富水性浅大深小,呈明显的垂直分带性,但横向上又有明显不均一性,五灰上距10Ⅱ层煤21.11~28.45m,平均23.71m,下距奥灰9.08~11.86m,平均9.96m。
据-250m水平井底车场五灰和奥灰观测孔95-W1与O3孔两年水位观测资料,五灰水位与奥灰水位基本一致,其水质类型与水位变化规律与奥灰基本一致,五灰和奥灰水力联系密切。
五灰是矿井直接充水的水源层,严重威胁下组煤的开采,是防治水工作的重点。
(3)奥灰:
系煤系地层基底,与中石炭系地层呈假整合接触,巨厚层状,总厚度800m左右,单位涌水量q=0.0114~9.901l/s.m,矿化度为0.247~0.681g/l,水质类型为HCO3~CaMg。
近5年最高水位+43m左右。
奥陶系灰岩在盆地周围山区有广泛出露,直接接受大气降水的补给,补给量丰富,是煤系各含水层的补给水源。
奥灰动静储量大:
据“水源报告”静储量3.15×
108m3,动储量2.8×
104m3/h。
3、隔水层:
7层煤下距四灰17.36~27.70m,平均21.94m,隔水层以粉砂岩为主。
10Ⅱ层煤下距五灰21.11~28.45m,平均23.71m,隔水层以粉砂岩、中砂岩为主。
由于隔水层厚度较薄,对五灰需疏降或注浆改造方可开采。
五灰下距奥灰9.08~11.86m,平均9.96m,隔水层以粘土岩、粉砂岩为主,局部地段受构造影响,形成奥灰水补给五灰水的通道或奥灰水越流补给五灰水,两者水力联系密切。
4、安全水压及安全掘进标高
(1)四灰安全水头:
七层煤掘进时主要受四灰水影响,F24以北四灰水位-230m,七层煤安全掘进标高为-497m。
F24以南四灰水位+20m,七层煤安全掘进标高为-247m。
(2)五灰安全水头(详见表1-4):
由表1-4可见,正常情况下,7、8、9层煤可以安全掘进,在-430m掘进不受五灰水的威胁,五灰突水的可能性较小。
但由于-430m延深水平范围内下组煤多处与五灰、奥灰接口或处于五灰、奥灰之下,在构造复杂、隔水层薄区域,即使在-430m以上掘进也有可能发生五灰或奥灰突水。
-430m水平10Ⅱ层煤标高大部分小于-352.5m,巷道掘进时受五灰水威胁,必须进行注浆改造或疏水降压。
5、突水系数与安全水头
(1)四灰突水系数及安全开采标高:
F24以北四灰水位-230m,水平大巷布置在8层煤,四灰水位需提前疏降至-430m,预计疏降水量73m3/h。
F24以南四灰水主要威胁7层煤的开采,四灰水位+20m,7层煤最大隔水层厚度27.70m,对底板破坏深度11m。
分水平突水系数如下:
-250m水平最小突水系数Ts=0.178Mpa/m>
0.10Mpa/m
-350m水平最小突水系数Ts=0.238Mpa/m>
-450m水平最小突水系数Ts=0.298Mpa/m>
按照集团公司和防治水规程规定,突水系数小于0.06Mpa/m可以安全开采,7层煤最小隔水层厚度17.36m,其安全开采水压为:
P=0.06(17.36-11)=0.381Mpa
相应安全开采标高为-0.381×
100+20+17.36=-0.74m
因此-430m延深水平F24以南7层煤开采时普遍受四灰水威胁,必须对四灰水大幅度疏降后,才能安全回采。
(2)五灰突水系数及安全开采标高(详见表1-5):
由表1-5可以看出,在底板受构造破坏地段七层煤最小突水系数大于0.06MPa/m,受五灰水威胁,其安全开采标高为-228.7m。
8、9、10Ⅱ层煤回采时均受五灰水威胁,必须采取注浆改造或疏水降压后才能安全回采。
6、矿井涌水量预计:
-430m水平正常涌水量323m3/h,最大涌水量1412m3/h
7、断层导水及封闭不良钻孔情况
(1)断层导水情况:
-430m延深水平大中型断层十分发育,除7条边界断层外,区内有大中型断层26条,均为张性正断层。
断层导水性强弱因断层落差的大小性质,断层两盘岩性,断层带(面)胶结程度而变化,现将井田边界及井田内主要断层的导水性分述如下:
F1-2断层:
为北部边界断层,下盘为泰山群片麻岩,上盘为本井田之煤系地层,从煤系内各含水层中普遍含有较高浓度的K+、Na+离子看,本断层应是导水的,但对盘花岗片麻岩富水性较差,对矿井充水影响不大。
F7断层:
为井田西部边界,本矿位于F7的上升盘,63-水8孔抽水资料表明:
q=0.00347l/s.m。
本矿四灰、五灰受到邻矿(下降盘)煤系相对隔水层的封堵。
因此,在横向上F7也可视为不导水断层。
F3、F03断层:
经西检10孔及303孔抽水,q=0.0731~0.114l/s.m,垂向导水性较差,可视为不导水断层。
但由于断层的作用,致使上盘四灰、五灰与下盘五灰、奥灰长距离对口接触。
因此,在横向上,它们是导水性断层。
F24断层:
经63-水33孔、63-水41孔抽水,q=0.00173~0.0031l/s.m,垂向导水性很差,井下西大巷揭露该断层后有少量淋水,现基本稳定在0.3m3/h。
F24导水性很差,可视为不导水断层。
但在横向上,则是导水的。
F15、F12、F22、BF1、BF2断层:
在开采过程中,对它们已有一点或多点揭露,均未发生导水现象,在垂向上可暂视为阻水断层,在横向上仍应当认为是导水断层。
(2)断层防水煤柱:
开采下组煤的实践证明,在煤层开采过程中,对于落差较大及导水性断层,均应留设防水煤柱。
边界BF5、F22、F21、F7、F1-2断层,均留设50m永久煤柱。
(3)封闭不良钻孔情况:
本水平延深范围自1958~1998年前后共施工117个钻孔,打入下组煤的共有84个孔,其中封孔质量不好或封孔情况不明的有62个,特别是96、257、297、323、407、西补20和西补22等7个揭露或穿过五灰的钻孔。
封孔不良的钻孔,沟通了各含水层间的水力联系,破坏了各含水层间的原始水文状态,使井田水文地质条件复杂化,人为地改变了井田水文地质特征,极大地妨碍了矿井安全生产。
因此,对井田内封孔不良和封孔情况不明,特别是那些穿过五灰的钻孔应采取超前探查或重新封闭等措施。
六、存在问题:
1、-430m水平延深范围内的断层大部分上组煤没有揭露,需要在今后生产过程中进一步作工作。
水平延深主体工程及采区布置时,要查明 F1-2、F2、F2-1、F24-3、BF64等控制程度较差的断层,为采区及工作面布置提供依据。
2、井田北部边界断层控制较差,断层准确位置难以确定,影响采区布置,要进行多方面的探查,控制边界断层。
3、要加强对北部井田边界附近大型逆推断层BNF1的探查工作,探清上盘寒武灰岩或奥灰的富水性,保证安全开采。
4、-250m水平以下基本没有水文资料,尤其是F3、F03以北,水文勘探程度太低,远未达到安全生产要求,需要更进一步做好水文地质补勘和水文地质探查工作。
5、开采下组煤时尤其是深部与五灰、奥灰接口或处于五灰、奥灰水之下的下组煤,奥灰突水的危险极大,要特别注意防治五灰、奥灰水突出,要探清其富水性及水力联系,煤柱留设必须合理。
建议对F03与F24、F12与BF2、F3与BF40断层之间的地堑块段暂不考虑利用。
6、井田深部边界附近勘探程度低,储量级别低,需要提前作工作,进行生产补勘,提高储量级别。
第2章井田范围及储量
第一节井田范围
一、井田范围及地表情况:
井田走向长约4.0km,倾斜长约3.9km,面积15.8km2。
白庄井田内地形东北较高,西南偏低,地面标高为+71~+125m。
二、延深水平范围:
-430延深水平开拓区范围为除-150m水平四、六采区以外所有井田下组煤,北部以F1-2边界大断层(H>
1000m)为界;
南部以F22 (H=20~50m)、BF5(H=20~40m)断层为界与兴隆矿相邻,以F3断层(H=0~150m)、F24断层(H=60~160m)为界与-150m水平四、六采区相邻,西以F7断层(H=50~120m)为界与查庄矿相邻;
东部以F21(H=140~360m)断层为界与陶阳矿、兴隆矿相邻。
本区域走向长约3.6km,倾斜宽约2.3~3.65km,面积约13.2km2。
第二节储量
白庄煤矿2000年底矿井地质储量17107.0万T,工业储量6300.6万T,可采储量4343.8万T。
其中-150m水平地质储量1918.5万T,工业储量1164.0万T,可采储量815.2万T;
-250m水平地质储量4275.0万T,工业储量3345.3万T,可采储量2347.5万T;
-430m水平地质储量10913.5万T,工业储量1791.3万T,可采储量1181.1万T,可采储量中受水威胁1181.1万T,村庄压煤473.6万T,井巷煤柱104.3万T,工业储量中A+B级992.3万T,占工业储量的55%,表外储量8962.5万T。
8层煤-340m,9层煤-280m,10Ⅰ、10Ⅱ层煤-250m以下回采受奥灰水威胁,划为表外储量。
根据目前防治水技术,有能力解决下组煤受水威胁的难题。
通过疏水降压、注浆改造等多种方法,达到安全回采的目的,可将一部分表外储量转为表内储量,-430m水平储量变更为:
工业储量6906.1万T,可采储量4710.2万T,可采储量中受水威胁4710.2万T,村庄压煤2922.8万T,井巷煤柱104.3万T,工业储量中A+B级3907.5万T,占工业储量的56.6%,表外储量2959.5万T。
F03~F24之间3Ⅰ层煤(原-250m水平7采区)标高在-300~-500m之间,可利用-430m系统开采。
其工业储量为501.5万T,可采储量为319.8万T,可采储量中村庄压煤239.1万T,工业储量中A+B级409.0万T,占工业储量的81.5%。
该块段7、8、9、10Ⅰ、10Ⅱ层煤受F03、F24的影响,和奥灰对口接触,划为表外储量。
第三章矿井开拓及现有系统装备
第一节开拓方式
白庄矿井为立井多水平上下山开拓,通风方式为中央边界式,两个副井和一个主井进风,两个风井回风。
现有两个生产水平:
-150m水平和-250m水平。
-150m水平采用立井、分组集中大巷、分区上下山开拓方式,开采太原群和山西组各煤层;
-250m水平采用立井、水平大巷,开采山西组3层煤。
-150m水平和-250m水平之间采用两个立井联络,回风水平标高分别为-71.56m和 -238m。
第二节提升
一、主井提升系统:
担负全矿井0.9Mt/a原煤提升任务。
井筒特征及主要技术参数如下:
主井井口标高:
+85.00m 装载标高:
-196.00m
井筒净直径:
4.30m 井筒净断面:
14.5m2
井筒装备:
槽钢组合罐道,信号电缆一根
绞车型号:
2JK-3.5/15.5E-(FB)电动机型号:
YR800-10/1180
电动机容量:
800KW电压:
6000V
提升容器:
外动力6T箕斗(单侧扇形闸门)
提升高度:
307.2m提升速度:
6.97m/s
核定提升能力:
(350天,日工作16小时)1.20Mt/a
一次提升循环时间:
67.43s
二、辅助提升系统
1、新副井:
担负-250m水平和延深水平的辅助提升任务及-150m水平大件升降任务。
-150m水平结束后,担负全矿井的辅助提升任务。
副井井口标高:
+85.00m井底标高:
-250.00m
6.00m 井筒净断面:
28.3m2
槽钢组合罐道,玻璃钢壁网,金属梯子间
排水管Φ351×
92趟备用位置2趟
压风管Φ159×
61趟
撒水管Φ108×
4.51趟
动力电缆:
YJV42-6/6KV3×
150mm22趟备用位置1趟
信号、通讯、监测、监控电缆共4根,1根备用位置
JKM2.8×
4-(Ⅰ)E-FC
电动机型号:
YR400-12/1180
400KW电压:
一T矿车双层四车多绳罐笼
335m 提升速度:
6.25m/s
一次提升循环时间:
70.78s
提升能力:
1.13Mt/a
2、老副井:
担负-150m水平辅助提升任务。
井筒特征及主要技术参数:
老付井井口标高:
+84.67m
井底标高:
-150.00m 井筒净直径:
5.00m
井筒净断面:
19.60m2 井筒装备:
木罐道,金属壁网,金属梯子间。
排水管Ф245×
72趟压风管Ф89×
41趟
洒水管Ф89×
41趟动力电缆:
YJV42—6/6KV,3×
120mm2
XKT2×
2.5-1.2B-11.5型
JRQ157-10,260KW提升容器:
一T单层单车罐笼
234.67m提升速度:
6.67m/s
50.6s
第三节运输
白庄矿现有-150m和-250m两个生产水平。
1、-150m水平:
主运输和辅助运输均为600mm轨距架线式电机车运输,装备ZK7-6/250型架线电机车五台,四台工作一台备用。
直流电源为GQA-200/275-KY型硅整流装置四台,两台运行,两台备用,架空线为TCG-100钩铜线,矿车为600mm轨距一TU型矿车。
煤和矸石列车由电机车牵引,煤通过-150m翻罐笼卸到井下主井煤仓,由主井提升到地面。
矸石车由老副井提升到地面。
大巷及井底车场通过能力为0.75Mt/a,担负-150m水平大巷的全部运输任务。
2、-250m水平:
辅助运输为600mm轨距架线式电机车运输,装备ZK7-6/550型架线电机车四台,三台工作一台备用。
直流电源为GQA-100/600-KY型硅整流装置两台,一台工作一台备用。
架空线为TCG-100钩铜线。
矿车为一TU型矿车。
大巷通过能力0.9Mt/a,井底车场通过能力1.0Mt/a。
主运输为胶带输送机运输,-250m皮带石门安装STJ-1000/3×
160型钢架落地固定式钢绳芯胶带输送机一台,运输能力600t/h;
东西翼皮带巷各安装STJ-800/160型钢架落地固定带式输送机一台,运输
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