第一章井田概述和井田地质特征.docx
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第一章井田概述和井田地质特征
第一章井田概述和井田地质特征
第一节井田概况
一、交通位置
霍州矿物局李家昴煤矿位于洪洞县与蒲县的交界处，行政区划上跨山西省洪洞县左木乡、山头乡和蒲县乔家湾乡。
地理座标：
北纬36°21′27″-36°25′39″，东经111°21′20″-111°24′49″。
二、自然地理
霍州矿物局李家昴煤矿位于吕梁山脉东麓，地势高低起伏，森林多覆盖于山峰之顶及山的阴坡。
总观全区中部低东西两侧高，最高点位于井田东南角底，海拔标高为1301m，相对高差240m，属中高山区。
区内的中社沟、多是小溪青流，自西向东流，据推测总流量为0.02m³/s，夏、秋季流水量较大，受季节影响明显。
区内气候为大陆性气候，四季分明，具有冬季严寒、少雪多风，夏季暑热干旱，春季多风，秋季凉爽多雨等特点。
年平均气温8.5-10℃,最热月气温21-23℃，最冷月气温-5__-7℃，极端最高气温35.5-38.5℃，极端最低气温-20.5—23.5℃，无霜期170-195d，霜冻期为10月上旬至来年四月中旬，冻土深度103cm，每年7、8、9三个月为雨季，年降水量为600mm左右。
据有关历史记载，该区地震频繁。
在六百年前的1303年9月17日元大德年间，曾发生过烘洞、赵城8级大地震；1695年，襄陵、临汾发生8级大地震，涉及洪洞一带。
地震烈度据《中国地震烈度区划图》确认为7度。
三、水源情况
本井田末进行过专门的水文地质及专门水文孔钻探，因此，结合以往资料以及生产矿井实际情况，本次工作又进行地面调查和坑下调查。
经调查，开采11号煤层，矿井充水因素为煤层顶板渗水，与季节有关，本次将山西组水文地质条件定为简单类型，因太原组水文地质资料欠缺，现暂难做出评价。
第二节地质特征
一、地层
李家峁煤矿区位于山西地台吕梁山背斜的东翼，霍西煤田的西南部，在井田范围内出露的地层由老至新为：
奥陶系中统、石炭系中统本溪组、上统太原组、二叠系下统山西组与下石盒子组、上统上石盒子组及第四系中更新统、上更新统、全新统。
地层层序见表2-1。
现由老至新叙述如下：
一、奥陶系中统（O2）
在井田东部外围沙洼煤窖附近有出露，岩性以深灰色中厚层状石灰岩及白云质石灰岩为主，多致密坚硬，含较多方解石细脉，在井田范围内未出落。
厚度>100m。
二、石炭系中统本溪组（C2b）
以平行不整合覆盖于奥陶系中统之上，在井田内未出露，为海陆交互相的沉积构造。
底部往往为不稳定的窝子状山西式铁矿及铁铝质泥岩，下部多为铝土泥岩，只在南部有鲕状铝土矿出现，厚度小，变化大，质量差；中部为深灰色泥质灰岩，在井田北部较发育，南部尖灭，产小纺锤蜓，似筒形纺锤蜓及海百合茎等动物化石；上部为灰，灰黑色泥岩，偶夹煤线，泥岩中夹不稳定的结核状菱铁矿，产卵脉羊齿、鳞木等植物化石。
本组厚度17.92-30.65m平均22.00m.
三、石炭系上统太原组（C3t）
与下伏本溪组为整合接触，分布于井田的东部边缘，是一套海陆交互相沉积构造，为本井田主要含煤地层之一。
主要岩性由深灰色中细粗粒的石英砂岩，沙质泥岩、石灰岩、泥质灰岩、泥岩、粘土岩、灰质泥岩夹煤线和煤层等组成。
具有多次的海侵海退韵律。
本组厚度90.50-106.28m，平均98.00m.太原组中几个主要标志层由下而上分别为K1、K2、K3、K4、K5和K6,其中K1、K5为砂岩，K2、K3、K4、K6一般为石灰岩或泥质灰岩，局部相变纬纱岩或泥岩。
各标志层之中以K1和K2最为稳定。
本组沿走向略有北薄南厚的变化趋势，而在倾向上变化较小。
表1—2—1地层层序表
地层单位
填图单元
备注
系
统
组
名称
最小~最大/平均厚（m）
代号
第
四
系
全新统
0~5.00
Q4
上更新统
0~8.00
Q3
中更新统
0~31.00/6.84
Q2
二
叠
系
上
统
上石
盒子
组
一段
42.00~220.50/180.00
P2s1
一段下部
标志层
0.80~10.94/5.55
K10
下
统
下石
盒子
组
64.95~115.10/95.00
P1x
P1x底部
标志层
1.10~8.54/5.09
K8
骆驼脖子砂岩
山西
组
21.64~30.55/27.00
P1s
底部标志
层
0.50~6.17/2.34
K7
北岔沟砂岩
石
炭
系
上
统
太
原
组
二、三段
48.52~67.84/59.98
C3t2+3
二段下部
标志层
0~9.18/4.45
K2
一段
24.55~45.61/37.63
C3t1
一段下部标志层
0.40~5.17/2.45
K1
晋祠砂岩
中
统
本溪
组
17.92~30.65/22.00
C2b
奥陶
系
中
统
>100
O2
四、二叠系下统山西组（P1s）
在井田东部广泛出露，与下覆太原组呈整和接触，自K7砂岩之底至K8长石石英砂岩底面，为一套黄绿，灰白色的长石石英砂岩及灰、灰褐色砂质泥岩、泥岩、炭质泥岩夹菱铁矿结核及煤层、煤线等交互出现的岩性组合，基本反映出湖沼相沉积建造。
为井田内主要含煤地层之一，赋存有1、2、3号煤层。
地层厚度21.64~30.55m，平均30.00m.在走向上呈出北厚南薄，而沿倾向则有着东厚西薄的变化规律。
1号煤层顶板泥岩及砂质泥岩中产三角织羊齿、截楔轮生楔叶等植物化石等。
五、二叠系下统下石盒子组（P1x）
大面积出露于井田的东部、东北部及北部的沟谷中，与下伏地层呈整和接触，底部以K8长石石英砂岩（骆驼脖子砂岩）为分界标志。
本组岩性由灰白、黄绿色长石石英砂岩、灰色泥岩、紫白色砂质泥岩及泥岩交互组成，基本为一套河湖相的沉积建造。
底部K8砂岩呈灰白色、淡黄白色，全区稳定，厚度1.10~8.54m，平均5.09m,下部夹1-2层煤线，反映出下部有短暂的湖沼相沉积，砂质泥岩与泥岩中富产朝鲜丽羊齿、简脉栉羊齿、粗枝栉羊齿、畸楔叶、椭圆斜羽叶等植物化石。
上部或近顶部有杂色（紫红、粉、葡萄红、黄绿色）泥岩或粘土岩，局部夹薄曾铁猛矿，由于多种颜色混杂，貌似桃花，故称“桃花泥岩”，全区稳定。
本组厚度64.95-115.10m，平均95.00m.
六、二叠系上统上盒子组（P2s）
井田内保留一段。
广泛分布于井田的西部和中部，与下伏地层连续沉积，为一套黄绿、杏黄色长石石英砂岩及黄绿、紫红色砂质泥岩与泥岩叠次出现，互为夹层的广阔湖盆河流相沉积。
上部夹1-2层猛铁矿薄层。
砂岩中常含猛铁矿透镜体，含砾砂岩中砾石成分为滚圆度良好的各色石英岩及燧石。
泥岩或砂质泥岩中的紫红、暗紫红与灰绿、黄绿色不规则团斑相互混杂为特征。
区内保留地层厚度42.00-220.50m，平均180.00m.
七、第四系（Q）
由中更新统、上更新统和全新统组成，岩性为黄土、红色土及残、坡、冲积松散物组成，在森林及灌木覆盖区以内以腐植土为主，分布于山梁及各沟谷中。
中更新统为浅红色亚砂土、亚粘土，厚度0-31.00m，平均6.84m。
上更新统为土黄色亚砂土、亚粘土，厚度0-8.00m.
全新统为杂色砂、砾石堆积物，厚度0-5.00m.
二、地质构造
霍州李家昴煤矿区位于霍西煤田西南部，在区域构造上处于祁吕弧翼外带的西缘，在南王家萍至马家庄和吉家庄至山头区域大段裂西侧，居克城碾子腰向斜中的王家庄向斜中段。
井田构造线方向同区域构造线方向一致，成北北东——北东向。
井田内只有褶曲构造发育，褶曲开阔平缓，伴有次一级波状起伏。
井田内地层总体产状为走向N25-30°E,倾角5-10°，局部可达26o。
先将井田内的3个主要褶曲构造简述如下：
1、杏凹向斜（S78）:
位于井田的中部，自井田南部进入本区，轴向南西-北东，井田内长度3000m,地表两翼岩层倾角3-10°，为井田的主要向斜之一。
2、后麻峪背斜（S79）:
位于杏凹向斜之东，呈北东向沿展，大致同杏凹向斜相平行，井田内延伸3300,两翼倾角3-10度，为井田内主要褶曲之一。
3、金山沟向斜：
位于井田东部，呈北东-北北东向延伸，本向斜波状起伏较明显，于井田东北部变缓后，再向北称为S9向斜，井田内延伸4200m.向斜倾角，西翼5-10°，局部最大为14°左右，东翼8-15°，局部达26°，具有西缓东陡的形态特征，为井田内又一次级褶曲。
总的说来，该区以方向单一的宽缓褶曲为主要构造形态，少见断层和陷落柱，构造属于一类偏复杂类型.
三、煤层及煤质
（一）煤层
1、含煤性
该井田内含煤地层主要为二叠系下统山西组和石系上统太原组。
山西组含煤3层，分别为1，2，3号煤，其中3号煤层不稳定，1、2号煤层为稳定煤层；山西组煤层平均厚度6.64m.地层平均厚度30.00m.含煤系数为13.1%
2、可采煤层
井田内含煤地层共含有12层煤，其中含可采煤层4层：
山西组的1，2煤层为全井田可采煤层，太原组的11号煤层为基本可采煤层，太原组的10号煤层为大部分可采煤层，现将设计的11号煤层叙述如下：
11号煤层：
位于太原组的下部，距10号煤层底板1.70-3.00m。
煤层厚度3.11-4.98m，平均3.75m。
为层位稳定、全井田可采煤层。
煤层顶底板均为泥岩、砂质泥岩。
表1-2-2煤层特征表
地层
单位
煤层号
及标志
层编号
厚度（M）
最小~最大
平均
间距（M）
最小~最大
平均
煤层
结构
稳定性
可采
情况
顶板
岩性
底板
岩性
标志层
岩性
下石
盒子
组
K8
1.10-8.54
5.09
长石石
英砂岩
0-13.80
4.50
山
西
组
1
0.79-2.59
1.89
简单
稳定
全井田
可采
泥岩、
砂质泥
岩
泥岩、
砂质泥
岩
0.52-12.00
2
3.5-5.6
4.2
简单
稳定
全井田可采
泥岩、
砂质泥
岩
泥岩、
砂质泥
岩
3
0-0.30
0.15
简单
不稳定
不可采
泥岩
砂质泥
岩
K7
0.50-6.17
2.34
中细
砂岩
太
原
组
5
0-0.30
0.10
简单
不稳定
不可采
砂质
泥岩
泥岩
6
0-0.40
0.20
简单
不稳定
不可采
泥岩
细砂岩
6下
0-0.55
0.30
简单
不稳定
不可采
细砂岩
泥岩
K4
0-3.80
1.80
泥质
灰岩
7
0-0.50
0.30
简单
不稳定
不可采
泥质
灰岩
砂质泥岩
7下
0-0.97
0.50
简单
不稳定
不可采
细砂岩
细砂岩
K3
1.00-7.90
4.00
灰岩
8
0-0.20
0.10
简单
不稳定
不可采
灰岩
细砂岩
K2
0-9.18
4.45
灰岩
9
0-0.92
0.60
简单
不稳定
局部
可采
灰岩
泥岩
9.20-33.70
21.74
10
0-4.64
1.80
较简
单
稳定
大部
分可
采
细砂岩
砂质泥
岩
泥岩、
砂质泥
岩
1.70-3.00
2.60
11
3.11-4.98
3.75
较简
单
稳定
基本全
井田可
采
泥岩、
砂质泥
岩
砂质泥
岩、泥
岩
K1
0.40-5.17
2.45
细砂岩
（二）煤质特征
11号煤层：
水分Mad原煤1.39﹪精煤1.28﹪;
灰份Ad原煤11.62﹪精煤7.18﹪;
挥发份Vdaf原煤36.72﹪精煤34.68﹪;
全硫St.d原煤0.39﹪精煤0.38﹪;
固定碳Fod原煤55.93﹪精煤58.14﹪;
焦渣特征原煤7，洗煤7；
粘结指数GR。
I98.8；胶质层最大厚度Y22.0mm
原煤发热量Qgr.v.d31.15MJ/kg
因此，11号煤为低灰、特低硫肥煤、1/3焦煤。
四、瓦斯、煤尘爆炸性及煤的自燃性
本次工作对矿井瓦斯进行了调查，该矿开采11号煤层，矿井瓦斯相对涌出量为3.06-5.20m3/t每天，属低瓦斯矿井。
山西省煤炭地质勘探一队于1997年对该矿开采的上号煤层取样，委托山西省煤田地质研究所对其煤尘爆炸性及煤的自燃倾向性作了试验分析，结果如下：
11煤层煤尘爆炸性测试：
火焰长度〈400mm，加岩粉量80.0﹪，煤尘无爆炸性。
11煤层的自燃倾向性测试：
还原样（Ｔ１）366°，原样（Ｔ２）363°，氧化样（Ｔ３）356°，则：
△Ｔ１－３＝Ｔ１-Ｔ３＝10°<20°，为不自燃。
五、地温
根据生产实际调查，该井田地温无异常现象。
该井田可采煤层大多含有薄厚不等的薄的夹矸，尤其是下组煤层中含有大小不等的黄铁矿结核，因此随着煤矿的开采，夹矸堆积越来越多，对环境造成不可估量的污染，且黄铁矿是炼硫的原料，要考虑加以利用岩。
六、水文地质
（一）、主要含水层
1、奥陶系中统石灰岩含水层
奥灰岩岩溶裂隙含水层是煤系下伏的主要含水层，在井田外东部有出露，直接受大气降水及地表水补给，此含水层厚度大，裂隙较发育，根据区域水文地质资料推测，井田内奥灰水水位在600m左右，远低于可采煤层底板标高，奥灰水对开采太原组10、11号煤层无影响。
２、太原组石灰岩溶隙含水层
该组具有3层石灰岩Ｋ4、K3、Ｋ2。
Ｋ4灰岩不稳定，为泥质灰岩，Ｋ3、Ｋ2灰岩在井内较为发育，为富水含水层。
Ｋ2灰岩为9号煤层的直接顶板，其下距离１０、１１号煤层约30m，对开采10、11号煤层有影响。
据所收集的资料，Ｋ3灰岩含水层流量为13.36L/s,K2灰岩含水层流量为1L/s。
３、山西组底部砂岩含水层
山西级底部砂岩由灰白色中粒石英砂岩组成，胶结致密，坚硬，地表出露的泉水不多，其流量较小，为弱含水层。
４、下石盒子组中部及底部砂岩含水层
该组砂岩皆为中粗粒长石石英砂岩，泥钙质胶结，井田内出露的泉水不多，流量＜1.05L/s，为透水性弱含水层。
５、上石盒子组中部及底部砂岩含水层
该组砂岩岩性以黄绿色中粗粒长石石英砂岩组成，泥质、钙质胶结，矿区内出露的泉不多，底部砂岩含水层流量＜8L/s，中部砂岩含水层流量＜0.11L/s,为透水性弱含水层。
（二）、水文地质类型
由于受区域地质构造的影响，井田内形成了以北北东-北东向的宽缓开阔褶曲，以井田东部金山沟向斜为主体，向斜轴部的含水层为富水含水层。
综合各方面的因素和条件，本次工作将山西组煤层和太原组煤层水文地质条件均定为简单类型。
（三）、矿井充水因素分析
井田内矿井涌水量与褶曲构造关系密切。
背斜轴部矿坑涌水量较小，而向斜轴部矿坑涌水量较大。
奥灰水水位标高远低于11号煤层底板标高，对井田内的各煤层的开采无影响。
K2、K3灰岩溶隙含水层为一富水含水层，但由于缺少其水文地质资料，难以给予准确评价。
K2、K3灰岩溶隙含水层与山西组煤层间有良好的隔水层，一般对开采山西组煤层无影响。
大气降水作为充水水源对矿井开采有一定影响。
区内地形中部高，东西两侧低，沟谷发育，沟谷溪流于下游流量减小，并通过节理风化裂隙渗入基岩孔隙中，最终运移汇集于向斜轴部，作用于向斜轴部煤层的开采，使得向斜轴部的煤层矿坑涌水量增大。
井田的北、东两面有众多的生产矿井及小煤窑开采1号煤层，并己形成大面积的采空区，由于采空塌陷裂隙的存在，为含水层的水进入煤层提供了良好的通道，因此在开采过程中要加强采空区的水的预防工作，防止水害发生。
（四）、矿井涌水量
井田内没有专门水文地质孔，只根据生产矿井调查资料采用富水系数法计算如下：
Q＝KSP
式中：
Q——矿井涌水量（m3/d）
KS——吨煤含水系数
P——设计生产能力（t/d
井田内现采2号煤层，年产原煤180万t，其矿井涌水量为60m3/h，即：
1080m3/d；
第二章井田境界与储量
第一节井田境界
一.井田边界的描述
边界确定的依据及性质（即：
自然边界或认为边界，有无扩区的可能等）井田走向长度（包括最大和平均）、井田的面积。
霍州矿物局李家昴煤矿位于洪洞县与蒲县的交界处，行政区划上跨山西省洪洞县左木乡、山头乡和蒲县乔家湾乡。
。
其边界由六个拐点圈定（见表2-1-1，）井田南北走向长平均为5.52km,东西倾斜宽平均为7.02km,井田面积为29.67km2，准采11号煤层，开采深度为平均为180m。
。
表2-1-1井田境界拐点坐标表
拐点坐标
x
y
备注
1
4032162.
37533505.
2
4032145
37537136
3
4028697
37537123
4
4026532
37566023
5
4026532
37533369
6402951737530120
第二节地质储量的计算
一、储量计算范围和工业指标
该矿批准开采1.2.10.11号煤层，本次估算了11号煤层资源储量，井田面积为129.67km2。
其它煤层暂不参与本次计算。
计算范围与申请矿区范围一致.11号煤层：
水分Mad原煤1.39﹪精煤1.28﹪;
灰份Ad原煤11.62﹪精煤7.18﹪;
挥发份Vdaf原煤36.72﹪精煤34.68﹪;
全硫St.d原煤0.39﹪精煤0.38﹪;
固定碳Fod原煤55.93﹪精煤58.14﹪;
焦渣特征原煤7，洗煤7；
粘结指数GR。
I98.8；胶质层最大厚度Y22.0mm
原煤发热量Qgr.v.d31.15MJ/kg
因此，11号煤为低灰、特低硫肥煤、1/3焦煤。
二、储量计算方法
根据区内钻孔控制情况，11号煤层厚度变化不大，倾角平缓，产状较稳定，故选用地质块段法估算Qi＝S×H×D
式中：
Q—储量（kt）
S—块段储量计算面积（m2）
H—煤层平均伪厚度（m）
D—煤层平均容重（t／m3）
总的储量计算公式为：
Q=∑Qi
储量的进一步定义如下：
对于预可行性研究资源/储量类型及计算时。
矿井地质资源量指：
勘探地质报告提供的查明煤炭资源的全部。
包括探明的内蕴经济的资源量331、控制的内蕴经济的资源量和推断的内蕴经济的资源量333。
矿井的工业资源/储量指：
地质资源量中的探明的资源量331和控制的资源量332，经分类得出的经济的基础储量121b和122b，边际经济的基础储量2M21和2M22，连同地质资料中推断的资源量333的大部，归类为矿井工业资源/储量。
三、储量计算参数的确定
1、煤层可采边界
按2008002703号采矿许可证批准的井田范围估算资源/储量。
2、煤层厚度的确定
煤层厚度主要利用巷道见煤点和钻孔资料，各块段储量估算厚度为块段内及邻区各见煤点煤层厚度的平均值。
3、块段面积
在储量估算平面图上利用cad成图软件直接求得，结果准确可靠。
4、容重
本次资源储量估算所采用的容重：
11号煤层的容重均为1.40t/m3。
四、资源储量计算结果
获得11号煤层工业储量为15576万吨。
331级9413万吨，332级6163万吨.
第三节可采储量的计算
一、煤柱的留设
井田边界线所留煤柱（无任何构造下）保留20米的煤柱损失：
S=10597701.42×3.75×1400
=5563432455千克
=556.3万吨。
（永久煤柱损失）
二、可采储量的计算
矿井设计资源储量＝（矿井工业资源/储量—永久煤柱损失）
=15576-556.3=15019.7万吨
永久煤柱损失包括井田边界煤柱及地质构造保护煤柱等。
根据中华人民共和国国家标准《固体矿产资源/储量分类》结合井田地质构造和煤层稳定程度，进行了预可采储量计算。
本井田构造属简单类型，煤层稳定，故采用下列公式估算可采及预可采储量：
设计可采储量=（设计资源/储量-工广和大巷保护煤柱）×采区回采率
矿井设计可采储量用下式计算：
式中：
──设计可采储量，万t；
Z──设计工业储量，万t；
P──工广及大巷等保护煤柱损失，万t；
C──采区回采率，取80%，。
按照可采储量的计算公式，经过计算，矿井设计资源储量10519.7万t,矿井可采储量为：
zk1=（z1-p1）c1=（15576-556.3）×80%=12015万吨。
第三章矿井工作制度及生产能力
第一节可采储量的计算
一、设计参数的选择
矿井设计年工作日为330d，采用四六制，每天三班生产，一班检修（准备），每班的工作时间是六小时，每天净提升时为16h。
第二节矿井生产能力及服务年限
一、确定矿井生产能力
矿井生产能力的确定，主要考虑以下几方面因素：
1．储量及煤层赋存因素：
矿井工业储量为15576万t,矿井可采储量为12015万t,储量较丰富，埋藏稳定，11号煤层厚度为3.11～4.98m，平均厚3.75m，倾角2～7°,不含夹矸,适合用一次采全高开采,回采工艺方式用综采。
2．开采能力因素：
本矿拟采的11号煤层为厚煤层，根据现有的生产技术水平和管理水平，工作面回采工艺方式采用综采，开采能力能够满足大型矿井的要求。
3．生产环节因素：
生产环节因素主要考虑矿井提升、运输和通风等方面的能力，经计算,矿井各生产环节的能力能够满足1.5Mt/a的要求。
4．市场需求因素：
本矿拟开采的11号煤层，煤质优良，市场需求前景较好，因此，适当加大开发力度不仅能产生显著的经济效益，而且能产生较好的社会效益。
综合考虑以上因素结合有关批文，经过技术分析比较后，确定矿井设计生产能力为1.5Mt/a。
二、井服务年限
根据井田可采储量计算矿井设计服务年限，阐明矿井生产能力与服务年限的关系应符合设计规范和煤炭工业技术政策的要求。
矿井服务年限按下式计算：
T=ZK/AK=12015/（180×1.4）=57.2a
式中：
T──矿井设计服务年限，a；
Zk──可采储量，万t；
A──矿井设计生产能力，万t/a；
K──储量备用系数，《煤炭工业矿井设计规范规定》，计算矿井及第一开采水平设计服务年限时，储量备用系数宜采用1.3-1.5，本设计取1.4。
对于《煤炭工业矿井设计规范规定》中规定，中型矿井的设计生产能力应分为大型、中型、小型三类，本设计中设计为大型矿井，其生产能力有1.2、1.5、1.8Mt/a。
相对应矿井设计服务年限和设计生产能力的关系表如下3-1-1。
表3-1-1新建矿井设计服务年限
矿井设计生产能力Mt/a
矿井设计服务年限a
第一开采水平设计服务年限
煤层倾角<25°
煤层倾角
25°-45°
煤层倾角
>45°
6.0及以上
70
35
-
-
3.0-5.0
60
30
-
-
1.2-2.4
50
25
20
15
0.45-0.9
40
20
15
15
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