马莲台初步设计003、第一章.doc

宁夏宝丰马莲台煤矿初计说明书 第一章 第一章 井田概况及地质特征 第一节 井田概况 一、交通位置 矿井所处位置为宁夏横城矿区，属宁夏灵武市横山堡乡管辖。地理座标为东经10632′20″10638′20″，北纬3811′00″3818′20″。 矿井距银川市约35km，灵武市约20km。井田的西侧（紧靠井田）银（川）青（岛）高速公路和与其平行的三级公路由北向南通过。307国道由井田的南部约8km处通过，并与三级公路相通。 距井田西40km处的包（头）兰（州）国铁干线通过。由包兰线上的大坝车站接轨的大坝古窑子的矿区铁路专用线已建成投入运营，而且宁东能源重化工基地内的支线（专用线）也在陆续筹建。 因此区内的公路、铁路交通十分便利，有利于矿井的建设和将来生产运输。 二、矿区地形地邈 矿井所在地区为鄂尔多斯台地的西部边缘，区内属半沙漠的荒原丘陵地带。矿井工业场地所处地带地势较为平缓，但整个区域内地势东南高，西北低，海拔一般在12281250m之间，最高为1300m（东南部低山）。区内大、小冲沟较为发育，大沟最宽约45m左右，最深达12m。井田的北侧有古长城存在，但因长期风化，基本全部坦塌，墙体惨缺不全，但属于国家文物保护的建筑。 区内植被很少，只有少量的耐旱植物存在。 三、地表水系 区内冲沟较发育，但基本无常年性泾流，夏天雨季有间断性流水，但时间很短。长城边沟中有少量泉水补给，是区内唯一的一条长年流水河，年平均流量约250m3/d，该河下游汇入黄河。根据矿井工业场地位置选择，地表水系不会对场地造成洪水威胁。 四、区内人口及工、农业生产 矿井所在地区人口稀少，周围只有几个小的村庄存在，有回、汉两个民族，主要从事农、牧业生产。 人口比较密集的地方是区内以古窑子为中心的煤矿企业。本矿井的南部有灵新矿井、羊场湾煤矿、枣泉煤矿、磁窑堡煤矿，西部有任家庄煤矿（在建）和马莲台电厂（在建）。目前除了煤矿生产以外，暂无其他大的企业存在。区内绝大部分为旱地，农业生产主要以生产小麦、胡麻、玉米为主，畜牧业以牛、马、驴、羊为主。尤其是矿井周围地表干旱，农、牧业生产不甚发达，产量不高。 本区为宁夏能源重化工企业的发展区，将来会成为宁夏回族自治区的主要工业基地，城市人口会不断增加。 五、气象与地震 本区属于半干旱半沙漠大陆性季风气候，风沙大，降雨量少，昼夜温差大。风季长达7个月左右，风力最大为8级，风速最高为20m/s。年平均气温为8.8℃，最高气温可达41.4℃，最低气温为-28℃。降雨多集中在七、八、九三个月，年最大降雨量为352.4mm，最小降雨量为80.1mm。年最大蒸发量高达2304.1mm，最小蒸发量为1508.8mm，蒸发量远大于降雨量。冻土深度一般为0.70.9m，阴坡冻土深度最深为1.2m。 本区属于我国划分的8度地震设防带，设计基本地震加速度值为0.2g。 六、矿区总体规划与开发情况 马莲台矿属于宁夏横城矿区规划的四个煤矿之一。横城矿区总体规划二00四年七月由北京华宇工程有限公司编制完成，同年又由国家发改委审查批复（发改能源［2004］2166号文）。 横城矿区规划总能力为6.0Mt/a，其中马莲台煤矿生产能力为2.4Mt/a，任家庄煤矿能力为2.4Mt/a，红石湾煤矿能力为0.6Mt/a，丁家梁煤矿能力为0.6Mt/a。 矿区内任家庄煤矿已经在建设，马莲台煤矿正在进行建设的前期准备工作，其他二矿还未进行正式筹建。 矿区总体规划中，在矿区中心区附近将集中建总机厂、设备租赁站、中心试验室、总器材库、总坑木场、矿山救护大队和矿区消防站。因此各矿井的辅助设施就可简化、缩小、节省初期投资。 矿区总体规划安排的矿井建设顺序中马莲台煤矿开工时间确定在2010年，但由于宝丰公司一体化工程建设的需要，必须提前开工建设。 七、矿井建设的外部条件 （一）交通运输 1、公路运输 马莲台煤矿生产的煤炭主要供宝丰集团一体化工程中的发电、煤化工和炼焦用煤，胶带运输直接到厂，因此向外运输主要是少量地销块煤，依靠汽车运输就可满足要求。矿井主要的运输任务是进矿的材料，设备和流动的人员，因此短途依靠公路，长途依靠铁路运输。 马莲台煤矿所处的区域公路、铁路运输条件均已具备。银（川）青（岛）高速和一条平行的三级公路就从井田西侧的边缘通过，井田的南部307国道距井田只有8km。另外矿区内各厂、矿企业正在修建厂区公路，将会形成较密集的公路网，公路运输不存在任何问题。 2、铁路运输 从包（头）兰（州）铁路线上的大坝车站接轨的矿区专用线已通车运营多年（大坝古窑子），而矿区古窑子车站距矿井只有8km左右，今后根据需要修建铁路专用线条件很有利，因此今后的铁路运输条件也基本具备。 （二）矿井电力供应条件 为了横城矿区的开发宁夏电力部门正在筹建任家庄110/35/10kv变电所，有望在矿井建设期间供电，并可作为矿井将来生产用电源。另外，宝丰集团在矿区也要筹建火电厂，初期装机容量为230万kw，可作为矿井今后的永久电源。因此，本地区内将来的供电条件也是十分有利的。 （三）矿井供水条件 由于矿井周围地表水比较少，长城边沟虽然有水但水量不大，不能作为矿井的永久水源，但可解决矿井施工期间的用水。 宁东开发区已规划区内的鸭子荡水库作为开发区内的永久水源地，并在水库附近建设集中供水的水厂，而且利用黄河水补充水库水量不足。因此矿井将来的生活用水可依靠水厂供水，生产用水可依靠净化的井下排水，不足部分由水厂补充。矿区供水条件可满足矿井需要。 （四）通信及其他条件 宁夏通信网已与本地联接（中心区），因此矿井的对外通信联络可通过中继线与本地的通信网联接使用。另外，中国联通和中国移动无线通讯已覆盖全区，国内、外通信已成现实。 矿井工业场地内和井田内需要搬迁的只有马莲台村（约8户人家）还有十几座坟需要迁移。区内只有少量的干旱地，大部分荒地，无大片的树林和果园，因此征地比较容易。 区内基本无甚地方材料，因此材料供应只能靠外购，但矿井距银川市和吴忠市较近，而且交通运输条件十分方便，因此材料供应也不存在问题。矿井工业场区内无农田水利排灌系统。 第二节 地质特征 一、井田地层及地质构造 从区域构造分析，横城勘探区处于鄂尔多斯台地西缘，贺兰山褶皱带中心刘家庄褶曲段的北端，属祁吕、贺兰山山字形构造。 （一）地层 地层从古生界至新生界均有沉积（缺失上奥陶至下石炭统地层）。包含的主要地层有第四系（Q）、第三系（R）、二叠系（P）和石炭系（C）。第四系地层全区广布，厚度在049m，主要由黄土、沙土、砂砾土组成；第三系地层出露于山坡与沟谷两侧，厚度在0.798m，由胶质红色土层、亚粘土、砂层组成；二叠系地层分为四组，自上而下为上统石千峰组、上统石盒子组，下统石盒子和下统山西组；石炭系地层分为上统太原组、中统羊虎组；奥陶系地层只有中、下统，厚度在97230m之间，与上、下地层为不整合接触。 主要含煤地层上部为二叠系下统山西组，共含37层煤，但主要可采层只有四层，编号为煤1、煤3上、煤3和煤5。下部为石炭系上统太原组，共含57层煤，其中有二层为主要可采层编号为煤8和煤9。煤8层为大部可采，煤9层为全区可采，但煤9层为高硫煤（3），暂不开采利用。 （二）井田内主要构造 由于受两次造山运动的影响，使区内地层受到东西向的挤压，形成了南北向一系列的褶曲与断裂，并伴生有走向不同的次生构造。使井田内地层波状起伏和南缘浅部形成系列断层和花边褶皱状。 井田内构造的主要特征是大的构造走向近南北，褶曲不对称，背斜西侧陡、东侧缓，向斜侧反之。大的断层大部分为大倾角（东倾）的逆断层，倾角一般为7075。 1、褶曲构造区内主要有丁家梁背斜（井田西侧）、马莲台向斜（井田中间），苦草凹背斜（井田中间靠东）、双庙向斜和张家窑背斜（井田东侧）。这些构造控制了井田内煤层赋存状态。 2、断层构造区内主要断裂构造多达41条，其中落差大于30m以上的有21条（最大断距为80m）。影响本井的断层主要有F5，南北向贯穿整个井田，最大落差为45m。另外还有F22断层，落差为80m左右。其他断层大部分集中在井田的西、南两侧，断距在1170m之间。对井田内三采区和七采区煤层破坏较大。 二、煤层情况 井田内共赋存可采煤层为五层，局部为六层（煤3层有分层现象）。二叠系山西组赋存有煤1、煤3上、煤3（局部）、煤5层；石炭系太原组赋存有煤8、煤9二层。其中煤5和煤9层（高硫煤）为全区可采，煤1、煤3和煤8层为大部可采，存在局部小范围的不可采块段。 （一）煤1层 煤1层为最上层煤，距下层煤3上平均间距为22.35m，全区分布，全井田煤层平均厚度为2.37m（首采区平均2.0m），属较稳定稳定煤层。结构较简单，2326线之间一般无夹矸（但有不可采点），其他块段含夹矸14层，夹矸岩性大部为泥岩，砂泥岩，厚度不大，不影响机采。 （二）煤3上层 煤3上层与下层煤3间距为0.133.67m，但可分层的块段比较少，一般夹层均小于0.7m（煤层的最小可采厚度）。分层厚度平均为1.94m（可单独回采），煤层为东薄西厚。结构简单，一般为一层夹矸，岩性为泥岩，炭质泥岩。 （三）煤3层 煤3层距下层煤5层间距平均9.6m，全区分布，可采面积较大，煤层平均厚度为1.86m，属较稳定稳定煤层。煤层为南、北薄，中间厚。结构简单，大多数块段不含夹矸，只有28线以南含12层夹矸，夹矸岩性为泥岩、砂岩和炭质泥岩。 （四）煤5层 煤5层距下层煤8层平均间距为17.3m，可采面积最大（17.6km2），煤层平均厚度3.73m，属稳定煤层。结构简单，一般只有12层夹矸，岩性一般为泥岩、砂泥岩。 （五）煤8层 煤8层距下层煤9层平均间距为16.8m，全区分布。煤层平均厚度为1.37m，属于较稳定稳定煤层。结构简单，一般只含一层夹矸，夹矸岩性大部为泥岩、粘土岩。 （六）煤9层 煤9层为高硫煤（本次设计不计入储量，作为后备储量）。煤层平均厚度为4.85m，属全区较稳定稳定煤层。结构较复杂，一般含12层夹矸，最多时含46层夹矸，夹矸岩性主要为泥岩、炭质泥岩、粘土岩。见煤层情况表内容。 煤 层 情 况 表 表1-2-2 单位m 煤层编号 赋存情况 稳定程度 可采程度 可靠程度 煤1 全区赋存 偏稳定 大部可采 可靠 煤3上 全区赋存 偏稳定 大部可采 可靠 煤3 全区赋存 偏稳定 大部可采 可靠 煤5 全区赋存 稳定 全区可采 可靠 煤8 全区赋存 偏稳定 大部可采 可靠 煤9 全区赋存 偏稳定 全区可采 可靠 三、煤质与煤的用途 煤层均为黑色层状块状结构，主要为条带状、线理状，少数为致密块状。油脂、玻璃、沥青光泽，断口贝壳状、阶梯状和鳞片状。属于半亮半暗型煤。 （二）煤的工艺性和化学成分 1、煤的工业牌号为二叠系山西组煤（煤一、三、五层）均为气煤，石炭系太原组煤（煤八、九层）大部分为气煤，少数为肥气煤或气肥煤。 2、煤中的有害成分 （1）灰分各煤层均属于中富灰煤，其中煤一、三层为富灰煤（灰分达到25.99），但洗精煤灰分只有8.5以下。煤五、八、九层为中富灰煤（1525）。但洗精煤后均在8以下。从精煤灰分分析以上煤层用于炼焦配煤是可以的。 （2）硫分山西组煤层（煤一、三、五层）属于特低低硫煤（0.481.2），太原组煤层（煤八、九）属于富硫煤（2.583.16）。从硫分析煤一、三、五层可作为炼焦配煤。但是煤九层，洗选后的精煤含硫量平均为2.8，不可用于炼焦，只能与低硫煤配合作为工业用煤和化工用煤。 （3）磷分各煤层均属于低特低磷（0.00340.01）。从含磷量分析均可作为炼焦配煤（≤0.05）。 3、发热量 山西组的煤均小于5700大卡/公斤，太原组的煤在6500大卡/公斤左右。而洗精煤发热量均在8000大卡/公斤以上。 4、煤的可选性评价 根据煤芯煤样的精煤回收率试验结果分析，煤三、八、九层属于良（易选），煤一、五层低等（难选）。 5、煤中稀有元素含量 各煤层中稀有元素含量均较低，不具备工业利用价值。 根据煤质分析，井田内的煤炭主要为工业用煤和民用煤。 四、其他有益矿藏 （一）粘土岩主要分布在煤九以下，但厚度小，无开采利用价值。 （二）沥青质泥岩位于煤十一层上下，厚度在3.9m左右，但分布不均匀，储量有限，无开采价值。 五、矿井水文地质 由于原地质勘查工作中对岩层的含水性未作全面评价，设计只能根据本次资料对第三系砂砾岩含水层进行分析。 第三系含水补给主要来自大气降水，通过第四系地层渗入，又通过第四系地表冲沟溢出形成河流，汇入黄河。但由于干旱少雨，区内只有一条四季常流的河（长城边沟），其它均为季节性河。 第三系上部岩石层含水性差，透水性弱，水量很少，为良好的隔水层。第三系下部岩层为含砾粘土岩，较疏松、孔隙发育，透水性好，为本区富含水层，补给为大气降水。水质较好，可饮用，但地下蓄水量不大，动储量随大气降水量的不同而变化。 下二迭系、石炭系含水一般很小，裂隙不发育，含水性弱，蓄水量不会太大。 由于第三系的隔水作用，将来井下水补给条件不会太好，井下水主要来自煤系地层的承压水，但水量不会太大。根据钻孔抽水实验，随着时间的延长，水量急聚下降，说明动储量不大。根据本次勘探报告涌水量计算（366m3/h）参考临近矿井，并虑今后井下煤层注水与井下消防及除尘洒水的余水量，本次设计中计算矿井涌水量暂定为366m3410m3/h。 建议在补勘过程中进一步探清井田内的地下水情况，并验算井下预计涌水量。 六、井田工程地质及井巷施工条件 井田内含有第四系（Q）、新近系（第三系）（N）、二叠系、石炭系和奥陶系等地层，其中含煤地层为二叠系和石炭系地层，奥陶系为含煤地层的基底，第四系与新近系地层为老地层的覆盖地层。 （一）第四系松散层 第四系地层为上覆地层，遍布全区，主要由黄沙土、粉砂土、细砂土、砂砾土组成。结构较松散，属于松散砂砾土和黄工程地质岩组。上部黄沙土层一般厚4.4318.53m，最厚达23.5m，下部砂砾土发育不均，厚度一般为0.75.5m，富水性弱，但透水性好，在局部低洼处有少量含水，一般水位埋深2.4622.69m。 该地层在井筒施工时易坍塌，因此在浅部施工时应采用明槽开挖，开挖中每隔3m垂高应留设安全平台。明槽的边坡角≤45。明槽开挖垂高达到12m左右，（视土层稳定而定）就可进行巷道掘进。巷道掘进时应采取短掘短砌，加强临时支护。巷道掘进前，应将明槽段及时支护（钢筋砼浇筑）直至掘进面，可作为掘进时的安全躲避硐。 （二）新近系（第三系）粘土层 该地层为第四系的下掩地层，分布方泛，在深沟的两侧均有出露。 地层的上部主要为棕红色含砂粘土岩和粘土岩，较致密，具有可塑性，为良好的隔水层。下部为含砾粘土岩和砾岩层，半胶结，较疏松，孔隙发育，透水性好，富水性强，属半胶结软弱粘土岩工程地质岩组。 该岩层属软弱层、强度低，遇水膨胀，抗风化能力差、易变型，为不良工程体。因此在井巷掘进中应实行短掘短砌，爆露面不易过大，时间不易过长，而且在支护中采用钢筋砼，底部采用砼片石砌筑反拱，防止底鼓发生（无水时可不砌底拱，但需铺设100-150mm的砼底板）。 （三）煤系地层 1、砂岩、粉砂岩组 该岩组主要由砂岩、粉砂岩及细砂岩组成，一般层位较厚，有时夹有薄层泥质砂岩。岩层质地较坚硬，为良好的工程岩体（如煤9底板和煤8顶、底板）。 本岩组虽然掘进困难，但巷道稳定，空顶距可适当留长，有利于锚喷支护作业。 2、泥岩岩组 煤系地层中常有泥岩，页岩和砂泥岩，有的为煤层假顶，有的为煤层底板，但大部分为泥、砂岩互层。泥岩层厚度不大（0.052.7m）。该岩层水稳定性差，遇水软化，层状结构，属于软弱岩层。 井巷掘进中如遇类似岩层，应采用快速掘进，及时支护，并且根据实际情况采用加强支护措施（如挂网锚喷、砌碹），防止片帮冒顶发生。 采煤过程中有利于放顶，但底板遇水软化，对工作面支护不利，移支困难。因此应当防止工作面底板存水，加快回采速度，并且选用对底板比压大的支护设备。 七、矿井其他开采条件 （一）煤层瓦斯 勘探中共作了23个钻孔瓦斯样的试验，并作了瓦斯含量和自然瓦斯成份分析，但都集中在26、28、31线的煤3、煤5和煤9层，井田北、中部和煤1、煤8层未取样实验分析。试验结果沼气含量一般小于0.13mL/g可燃物，仅2814和2816孔（深部煤9500m以下，煤5800m以下）沼气含量达1.06煤52.21ml/g（煤9）可燃物。见瓦斯含量综合表。 根据以上资料分析，井田内煤层瓦斯含量很不均匀，随着赋存深度和煤层的变化，瓦斯含量变化较大。但总趋势是浅部瓦斯含量低，深部高；上部煤层（煤1、煤3）瓦斯含量低，下部煤层（煤5、煤8、煤9）瓦斯含量高；井田西北瓦斯含量低，东南部瓦斯含量高。瓦斯含量低的地方相对瓦斯涌出量不超过0.243.7m3/t煤（经验公式计算），瓦斯含量高的地方相对瓦斯涌出量在6.413.3m3/t（达到高瓦斯指标）。高瓦斯点只有2814孔的煤9层。 根据以上分析，并结合矿井可研设计的内审意见，本次设计，矿井按高瓦斯矿井管理设计（包括低瓦斯区），但在今后的建井和生产过程中应进行瓦斯的取样试验，根据不同的瓦斯涌出量采用风机变频调速改变矿井的风量供应，以节省电耗。 需要说明的是，在生产过程中如遇高瓦斯区段或煤层，当风排瓦斯达不到安全要求的正常瓦斯指标时，就应该进行瓦斯抽放，抽放站设在地面。在今后的生产中注意收集高瓦斯区的实测资料，为矿井设置瓦斯抽放系统的设计提供可靠资料。 （二）煤尘 经实验表明，井下煤尘具有爆炸危险性（爆炸指数均20），今后生产中必须采取捕尘、降尘措施，但由于扼制煤尘爆炸的岩粉量太大（6090），因此防止煤尘二次爆炸时巷道中可不采用岩粉棚，则应采取经常冲洗巷道和设置水幕和水槽棚的措施。 （三）煤的自燃发火 经实验，井下煤层燃点较低，因此遇空气发生氧化过程中煤层的温度升高（尤其是漏风地段采空区的浮煤），达到燃点后可发生自燃发火，威胁井下生产。因此在生产过程中必须进行防、灭火工作，而且以防为主。补勘中应说明煤的自燃发火期。 （四）煤层顶、底板 二叠系煤层（煤一、三、五）项底板常为粉砂岩、砂质泥岩、砂岩，部分为粘土岩（厚度小，常为假顶），尤其是煤三顶板为厚层砂岩。二叠系煤层（煤8、煤9）顶、底较为完整，硬度大，对巷道的维护较为有利。 石炭系煤层中煤8层顶、底板均为粉砂岩，夹薄层泥岩。岩石较致密，硬度和抗压强度均比较高，顶板凝聚力系数稍小（31.4kg/cm2），但底板凝聚力系数较高（105.4kg/cm2），在回采中管理简单，而且布置巷道容易维护。煤8层底板为厚层粉砂岩、砂岩、比较致密，无膨胀性，适合布置井筒和岩石大巷（见煤层顶、底岩石物理性质、汇总表）。 八、对于地质勘探程度的分析及存在的问题与建议 本次矿井初步设计主要技术资料是依据宁夏回族自治区煤田地质局于2005年7月提交之“马莲台井田勘探地质报告”。 该地质报告主要是以宁夏煤炭工业勘探队于1980年9月提交的“横城勘探区马莲台井田精查勘探资料”作为基础资料进行重新分析评价整理完成的。 本次井田勘探地质报告资料较原精查资料更加完整和细致，而且分析论证比较客观。前期开发的采区范围内基本达到精查程度，基本可以作为矿井初设计地质资料依据，但也存在一些问题。 经过分析研究，设计认为存在的主要问题有如下几点 1、原精查资料中明确指出，由于勘探重点的转移，马莲台井田精查勘探工作没有最终完成，还缺少一定的外业工作和内业整理工作，只作为精查资料提出，以供今后精查勘探时使用。而本次勘探报告（精查）并未进行必要的外业补勘工作，对于全井田只依据原资料作了重新评价，因此报告中有些内容不尽完整，有待进一步补勘后加以补充。根据现场调查，业主已委托地质部门在井田内进行补钻工作，年底前可正式提交补勘报告。但为了缩短矿井建设周期，利用原有资料，结合目前的补勘资料，可实行边补勘边设计的措施提前完成矿井初步设计，再根据最终报告进行补充。 2、经过重新评价，就勘查程度和内容而言对于前期开发的一、二采区（可研中已划分）基本达到勘探（精查）程度，但对于部分开采条件的分析论证不够完整，还需进一步分析论证，以保证资料的完整性。 3、报告中对于井田水文地质条件，就现有资料分析评价基本明确。不但分析了矿井充水因素，而且指出了基建期间的供水水源。但由于水文勘查工作简单（只作2个水文孔），勘查资料甚少，以点带面不够准确。在未取得必须有的基础资料的情况下作出评价可能造成有些结论对全矿井的实际情况相差太远，矿井涌水量计算也不会准确，从而造成在矿井设计中对排水设备的选型也不可能很准确。因此建议在补勘中必须进行水文地质的补充工作，需要重新计算矿井涌水量，为设计和矿井今后的生产提供可靠的资料依据，水泵订货前进行调整，趋于合理。 4、原勘探工作中对于井田内断层破碎带中的积水和瓦斯勘查不够，而本次勘探报告中未作明确分析和评价。因此，在设计和施工中无法作出准确的判断和采取恰当的防治措施。建议在补勘中，考虑在靠近首采区南翼的较大断层中补做这方面工作。 5、原钻探工作，钻孔的封孔全部采用稠泥浆封孔，由于长期受水的作用，可能造成塌孔现象，使得各含水层的水沿钻孔进入井下，增加井下涌水量。在今后的采、掘过程中应密切注意，及时采取堵漏措施，防止发生水患。 6、勘查中对于井下地温的测试工作太少，无法确定井下的热害程度，不好选择防治的措施。补勘中应进一步测试，分析评价，提供可靠资料。 7、根据资料表明，本井田内的瓦斯含量极不均匀，随煤层不同而不同，随深度不同而不同。因此原勘探工作中只对煤3、煤5、煤9层作了瓦斯含量的测试工作，而且都集中在井田的南翼，显然是不够的。在补勘中应补充瓦斯测试工作，并预计今后矿井的瓦斯涌出量。 兰州煤矿设计研究院 - 31 -