采矿工程毕业设计—刘官屯矿090mta井田初步设计

采矿工程毕业设计—刘官屯矿090mta井田初步设计内容摘要：

中生界、新生界地层。 地层总体走向 NE，一般倾角4176。 ～ 30176。 区内地下水以接受大气降水及地表水补给为主。 第四系松散层孔隙潜水受地形、地貌及当地侵蚀基准面控制，以泉、潜流形式向河流、沟谷排泄。 三叠系、二叠系、石炭系各含水岩组，处于地形较高及浅埋区时，以潜水形式向沟谷、河流排泄，受当地侵蚀基准面控制，深埋区则以承压水形式自东向西或自北向南排泄至黄河或通过黄河谷底向鄂尔多斯台拗排泄。 奥陶系、寒武系灰岩水则以承压水形式自东向西，自北向南流动，在禹门口一带泄入黄河。 涑水 杂岩在区内出露很少，为风化带裂隙水，接受大气降水补给，以潜流形式向黄河排泄。 本区属黄河流域，除黄河外，区内发育平行树枝状水系，均属季节性河流，绝大部分直接注入黄河。 1)含水岩组的划分 ①第四系孔隙潜水含水层 主要分布在广大残垣地带及黄河阶地，与下伏地层均为不整合接触。 残垣地带的第四系，岩性由黄土状土、古土壤、钙质结核及少量的砂砾组成。 因地形较陡，切割严重，又无良好的地下水赋存条件，大部分地段为透水不含水层；个别地方因粘土，亚砂土阻隔，含孔隙潜水，富水性极弱。 河谷谷地地带，层位连续稳定成富水含水层含水，地 下水接受大气降水、地表水体及基岩水补给，动态随季节变化。 ②二叠、三叠系砂岩裂隙含水岩组 二叠系呈 NE～ SW向分布于区域中部，与石炭系整合接触。 三叠系分布在区域的北西部，与下伏二叠系为整合接触。 由一套厚度各异，粒级不同的砂岩、泥岩、页岩互层组成。 含水岩组由粗、中、细、粉砂岩水层构成；以节理、裂隙为地下水的赋存空间。 属潜水～承压水含水含水岩组。 含水岩组在地形较高处及裸露区，多形成裂隙水，水量大中国矿业大学（北京） 2020 级本（专）科生毕业设计（论文） 6 小受地貌、岩性、构造控制，接受大气降水补给，在地形低凹处覆盖区及深埋区，形成层间裂隙承压水接受层间侧向渗透补给大气降水 ，地表流水补给。 富水性一般较差，属高水头、弱富水承压含水岩组。 ③石炭系上统砂岩裂隙及石灰岩岩溶裂隙含水岩组 出露在西坡及禹门口北部附近与下伏奥陶系呈平行不整合接触。 主要为 K1砂岩、 KK K4灰岩含水层。 含水岩组一般以裂隙、节理为赋水空间，岩溶不发育，属含水不均一含水岩组。 ④奥陶系、寒武系石灰岩岩溶裂隙含水岩组 石灰岩地层主要分布在龙门口～西交口一带，以中奥陶厚层灰岩夹 3～ 4层泥灰岩及中寒武鲕状灰岩为主要赋水部位。 在灰岩裸露区及半裸露区，灰岩的节理、裂隙、岩溶均较发育。 如王家岭井田杜家沟平硐内见有同 地下水流向一致的 NE～ SW 向发育的溶洞，溶洞发育奥陶系、寒武系灰岩中，直径为 1～ 2m，最深的溶洞不见底。 区内灰岩水的赋存运动规律，严格受地貌、构造、岩性制约，富水性不均一。 在灰岩裸露区，半裸区，灰岩水为裂隙～岩溶潜水，水位埋藏深，接受大气降水垂直渗透补给。 在覆盖区、深埋区，属高水头裂隙－岩溶承压水，以侧向补给为主。 ⑤涑水杂岩风化带裂隙水 涑水杂岩出露在禹门口～西磑口一带，主要为片麻岩含水，地下水多赋存于风化带裂隙及构造裂隙中，属裂隙潜水，富水性一般较差，但汇集流量较大。 在地貌条件有利情况下，也可富水。 风 化带深度一般在 40 余米，接受大气降水及其它含水层的补给。 2)区域地下水的补、径、排条件 第四系松散层孔隙潜水主要接收大气降水的补给，受地形地貌及当地侵蚀基准面控制，以泉水或潜流形式向河流或沟谷排泄。 三叠系、二叠系、石炭系等含水层在裸露区接受大气降水补给，在地形较高的浅埋区，在当地侵蚀基准面以上以潜水形式向沟 (河 )谷排泄。 寒武奥陶石灰岩则以承压水形式，自 E(或 SE)向 W(或 NW)，南部南端王家岭区自 NE而 SW 流动，泄于黄河或鄂尔多斯台坳。 在深埋区为滞流区。 据勘探资料，井田东王家岭区奥灰水位标高为 ～。 3)区域构造对水文地质条件的控制作用 中国矿业大学（北京） 2020 级本（专）科生毕业设计（论文） 7 自禹门口至根底，山西断隆发育寒武系，二叠系地层，其总体构造为走向 NE～ SW，倾向 NW 的单斜构造组成。 马头山断裂在禹门口一带寒武、奥陶系灰岩中同台头～禹门口断褶带相交。 台头～禹门口断隆内灰岩地下水呈复杂的单向辐射运动形式。 形成了 NE～SW向地下分水岭。 水文地质 1)井田地表水体及河流 本区属黄河流域。 井田内地表无大的河流，各沟谷平时基本干枯无水，雨季汇集洪水沿沟排泄往西汇入黄河。 2)井田含水层 ⑴第四系孔隙含水层 松散含水层在井田内不甚 发育，零星出露于沟谷梁塬上，不整合堆积在不同的基岩风化面上。 直接受大气降水补给。 含水微弱。 ⑵上石盒子组顶部砂岩 (K13)～裂隙孔隙含水层 该砂岩在井田中西部出露，黄绿色中～粗粒，厚层状，风化裂隙发育，一般厚。 泉流量 ～ ，含水性尚好，为山区主要饮用水，对矿井开采无影响。 ⑶上石盒子组中部砂岩裂隙含水层 黄绿色～灰白色中、细粒砂岩，由于各层零星出露，厚度不一，受大气降水及地表水补给差，含水性差异较大。 呈泉水出露，流量 ～ L/s。 个别钻孔有涌水现象。 王家 岭井田 13 号孔涌水量 L/s， 1138 号孔涌水量 L/s。 ⑷下石盒子组砂岩 (K9)及山西组砂岩 (K8)裂隙含水层 该含水层位于 3号煤层之上，为直接充水岩层。 岩性为灰白色，浅黄灰色，厚层状，局部变为薄层状，裂隙不发育，平均厚。 由于地形影响，受大气降水及地表水补给差异性较大，井田东北部及外围泉流量 ～ L/s。 钻孔抽水试验，单位涌水量 ～ L/s，水位标高 ～ ，为较弱含水层。 ⑸太原组石灰岩岩溶裂隙含水层 以深灰色致密 坚硬之 K2石灰岩为主要含水层，溶蚀不强烈，岩溶不甚发育，而垂直风化裂隙尚发育，井田南部外围地表泉流量 ～ L/s，钻孔抽水试验单位涌水中国矿业大学（北京） 2020 级本（专）科生毕业设计（论文） 8 量 ～ L/，水位标高 ～ ，富水性弱，为 10号煤层直接充水含水层。 ⑹太原组底砂岩－裂隙承压含水层 灰白色～粗粒石英砂岩，厚度变化大，有分叉现象，一般厚。 地表未见泉水出露。 钻孔抽水试验单位涌水量 ～ L/；水位标高 ～ ，属弱含水层，为 12 号煤层直接充 水岩层。 补充勘探施工有补 2 号水文孔，根据其太原组抽水资料，太原组水位埋深为 ，水位标高 ，单位涌水量平均 /sּ m，渗透系数 ，影响半径 ，水质类型为 HCO3 SO4Na K型，总矿化度。 ⑺奥陶系石灰岩岩溶裂隙含水层 奥陶系石灰岩出露于井田南部外围，露头所见溶洞、裂隙，节理比较发育，杜家沟平硐中见有古溶洞。 补充勘探施工有补 2 号水文孔，根据其奥陶系抽水资料，奥陶系水位埋深为 ，水位标高 ，单 位涌水量平均 /sּ m，渗透系数，影响半径 ，水质类型为 HCO3Na Mg 型，总矿化度。 井田西北部运城寺塔煤矿 2020 年施工 ZK202 号文孔，分别对奥陶系、太原组和山西组进行抽水，奥灰水水位埋深为 ，水位标高 ，单位涌水量平均 /sּ m，渗透系数。 ⑻中寒武系石灰岩岩溶裂隙含水层 寒武系中统，在井田东南外大片出露，受大气降水补给条件良好。 地下水以泉的形态出露，北午芹泉出露于张夏组鲕状石灰岩 中，最大流量 50L/s（ 71 年 5月），最小流量 38L/s（ 71年 7 月），月平均流量 ，为一稳定性好的含水层。 西硙口泉出露于徐庄组石灰岩裂隙中，泉流量。 3)井田隔水层 井田内各含水层之间有较多的优良隔水层段。 使各水层之间呈相近平行的储水系统，互不影响，井田内起主要作用的隔水层段有三层段： ⑴山西组顶部泥岩隔水层段 中国矿业大学（北京） 2020 级本（专）科生毕业设计（论文） 9 山西组顶部泥岩层段，为泥岩、粉砂岩组成隔水层段，层位厚度稳定，为 2 号煤层上部含水层与下石盒子组含水层之间良好的隔水层段，起到良好的相对隔水作用，使各含水层无水力联系。 ⑵ 太原组顶部与 K4灰岩顶之间泥岩隔水层段 太原组顶部至 K4灰岩顶之间的泥岩层段，主要为泥岩、粉细砂岩、煤组成隔水层段，有良好的隔水作用，使山西组含水层和太原组岩溶含水之间无水力联系，起到相对隔水作用。 ⑶太原组底部及本溪组与奥灰侵蚀面之间的泥岩隔水层段 太原组底部及本溪组为良好的泥岩、粉细砂岩、铝土泥岩组成良好的隔水层段，使奥灰岩溶水与太原组岩溶水之间及 K1砂岩含水层之间无水力联系，起到良好的相对隔水作用。 4)地下水的补给、径流、排泄条件 井田内沟谷出露的地层为上石盒子组，仅井田南部沟谷中局部出露下石盒子组 、山西组及太原组，第四系覆盖于沟谷的梁塬上，由于沟谷基岩裸露，“ V”字型沟谷发育，给地表水的排泄创造了良好条件，地表水很快流失，沿沟谷向西南流入黄河，使地下水接受大气降水的补给甚小，同时井田内各含水层之间又有良好的相对隔水层存在，将各含水层分割成相互平行近独立状态，在垂向上形成层间流动的含水层，使各含水层水各自沿层间裂隙向西运动于黄河排泄。 通过抽水试验，井田内含水层含水微弱，均为弱含水层。 5)水文地质类型 根据井田内补 2号孔水文资料，奥陶系石灰岩岩溶水水位标高为。 井田开采 10 号煤层， 2号煤层位于山西组下部，其直接充水含水层为顶板以上砂岩裂隙含水层，含水层水通过裂隙、采空冒落带、导水裂隙带入渗。 大气降水作为充水水源，主要通过岩层裂隙入渗，入渗量微弱， 2号煤层矿井涌水量主要为采空区积水渗入所致，井下开采 2 号煤层，几个坑口涌水量一般在 310400m3/d，均用 2台 4寸泵抽水，受季节性变化。 井田 2 号煤层最低底板标高为。 10 号煤层位于太原组下部，其直接充水含水层为 K2石灰岩岩溶裂隙含水层，含水层水通过裂隙、采空冒落带、导水裂隙带入渗，矿井涌水量 270350m3/d，井田西北 10号中国矿业大学（北京） 2020 级本（专）科生毕业设计（论文） 10 煤层最低底板标高为 ，远低于奥陶系石灰岩岩溶水水位，因此井田西北部 10 号煤层承受奥陶系石灰岩岩溶裂隙水的静压力较大。 据突水系数公式S PT=M 式中： Ts—— 突水系数， MPa/m； P—— 隔水层底板所能承受的水头压力， MPa； M—— 底板隔水层厚度， m； 2号煤层最大突水系数： Ts=(+) 103/=(MPa/m) 10 号煤层最大突水系数： Ts=(+) 103/=(MPa/m) 经计算 10 号煤层最大突水系数分别为： 、。 根据 2020 版《煤矿防治水规定》，底板受构造破坏块段安全突水系数一般不大于，正常块段，安全突水系数不大于 ，本井田为无构造破坏地区。 2 号煤层突水系数仅为 ， 10 号煤层突水系数仅为 ，均小于临界突水系数 ，没有突水危险，属安全区，井田 10 号煤层水文地质条件为中等类。 5)矿井充水因素分析 ⑴ 充水水源及其影响程度 ①大气降水对矿井充水的影响 大气降水是该矿矿井水的主要来源，即降水通过基岩裂隙及松散沉积物孔隙渗入地下，在岩石裂隙相互勾通的情况下进入井下巷道，在煤层露头附近直接接受大气降水的补给，据矿井调查， 2 号煤层主要充水水源为煤层顶板渗水，矿井涌水量具明显的动态变化特征。 ②采空区积水对矿井充水的影响 据矿方提供，该矿开采 2 号煤层，采空区积水量约 202000 m3， 10 号煤层采空区内无积水。 中国矿业大学（北京） 2020 级本（专）科生毕业设计（论文） 11 ③井筒水对矿井水的影响 因井筒开拓近于顺层巷道，揭露含水层较少，据本次调查，井筒向矿井渗水量不大。 ⑵现 根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》导水裂隙带公式计算 2 号煤层开采所产生的导水裂隙带高度 : 2 号煤层顶板为砂岩，采用公式如下： 公式一： 公式二： 20 +10mHM  冒落带最大高度： 1 0 0 MH m = 2 .24 .7 M + 1 9  式中 : Hli—— 导水裂隙带高度（ m）； Hm—— 冒落带高度（ m）； M—— 累计采厚（ m）。 2 号煤层平均厚度 ，一次采全高，计算后导水裂隙带为：公式一计算结果：～ ，公式二计算结果：。 冒落带高度 ～。 10 号煤层顶板为石灰岩，采用公式如下： 公式一： 公式二： 30 +10mHM  冒落带最大高度： 1 0 0 MH m = 2 .52 .1 M + 1 6  式中 : Hli—— 导水裂隙带高度（ m）； 100 177。 5 .61 .6 3 .6m MH M 100 177。 8 .91 .2 2 .0m MH M 中国矿业大学（北京） 2020 级本（专）科生毕业设计（论文） 12 Hm—— 冒落带高度（ m）； M—— 累计采厚（ m）。 10 号煤层平均厚度 ,一次采全高 ,计算后导水裂隙带高度为 : 公式一计算结果： ～ ，公式二计算结果：。 冒落带高度 ～。 2 号煤层距地表 ，故导水裂隙带未达地表，地表水体对煤层开采的影响较小，但在今后开采中一定不能轻视地表水体对煤层开采的影响。 10 号煤层距 2 号煤层平均为 ，小于导水裂隙带高度，因此开采 10。