高西沟露天煤矿年产90万吨初步设计说明书2文档格式.docx

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1.1.2矿区附近工农业、水源、电源等情况

高西沟露天煤矿地处鄂尔多斯高原，地形复杂，地表土壤不够肥沃，年降水量少，为干旱地区，不宜发展农业。

地下水源匮乏，地表水源主要为黄河水系。

煤矿附近现有若干热电厂，电源充足。

1.1.3矿床开采对国民经济意义

本区的农业受当地地理与经济状况的限制，耕作方式主要以传统的方式生产，农业生产落后。

本区的主要经济支柱为采矿业，随着东胜煤田的大规模开发，许多从事传统农业的农民也加入到煤炭采掘的工作中，成为煤炭工人，农村剩余劳动力不多。

随着采矿业的大力发展，当地第三产业也呈大力发展的趋势，带动了地方经济的进一步发展。

随着矿山企业的发展，当地的经济情况明显好转，当地居民的生活水平有了很大的提高。

政府财政收入有了很大提高，企业为当地创造了税收，当地经济发展速度加快。

1.2矿区地质概况

1.2.1矿区地文

高西沟煤矿煤层结构简单，局部含夹矸，煤层近水平赋存，厚度变化小。

煤质指标如下：

原煤灰分为（Ad）5.25%，发热量（Qnet.d）26.58MJ/Kg，全硫（St.d）0.23%，浮煤挥发分（Vdaf）为36.02%，煤种确定为不粘煤，由钻孔中煤心煤样的测试结果可知，煤质变化较小。

煤层顶板为粗砂岩，底板为炭质泥岩。

煤层构造倾角平缓，近似水平赋存，未见断层。

个别岩层硬度较大，f值超过7。

1.2.2矿区水文

潜水的补给方式是以垂向补给为主，在基岩覆盖区，局部为侧向补给。

承压水的补给受地质构造的控制。

地下水的补给主要以侧向补给为主。

本区的充水因素，潜水受地形地貌的控制，承压水受地质构造的控制，其次受地形及降雨量等因素的控制。

矿区主要充水分为二大段，其一是潜水的充水因素，其二是承压水的充水因素。

据伊旗气象局近30年的水文统计资料，当地年平均降水量为357.3毫米，降水集中在七、八、九3个月，占全年总降水量的60～70%左右，历年日最大降雨量为115.2毫米（75年月25日），大气降水除部分地表迳流外，其余均补给地下，这部分地下水除在沟谷、地势低洼处，有不同程度的地下潜水出露，流入区内的沟谷。

由于煤矿所处位置地形切割严重，煤矿开采范围内有沟谷穿过，坡度较大，且有煤层露头存在，山洪暴发时，可能会影响煤矿的正常生产。

在设计时，应考虑到防洪问题，采取相应的防洪措施，避免淹没煤矿，防止水灾的发生。

1.2.3矿区气候特征

该地区属北温带大陆性气候，早晚温差较大，全年只有100天的无霜期。

冬季较长，白雪皑皑。

夏季较短，绿草茵茵。

寒冷、多风、干旱，年平均气温1～2℃，无霜期90～120天。

年降水量从西北向东南为150～400毫米，属中温带半干旱、干旱大陆性季风气候。

该地区四季分明，春季气温回升迅速，风多风大雨量少；

夏季凉爽多雨，雨量变率较大；

秋季天气凉爽，天气晴朗，风力不大，气候稳定；

冬季漫长严寒，总降雪量一般在10～20毫米。

1.2.4矿区地震

依据“中国地震动参数区划图”得知：

本区所处地域地震动峰值加速度（g）为0.10，对照烈度为7度，据了解本区近年来未发生过地震。

第二章矿床地质特征

2.1矿床区域地质特征

2.1.1矿床地层层序

本次储量核实区位于铜匠川详查区的东南部，地形切割较为严重，约有50%的地段被第四系风积砂与黄土覆盖，其它为基岩出露，出露的地层为侏罗系中下统延安组，据钻孔资料揭露，区内地层由老到新有：

1.上三叠统延长组：

（T3Y）

岩性特征为灰绿、灰白色中粒石英砂岩，含较多的云母及少量的暗色矿物，中上部夹煤线或油页岩，该组地层为煤系地层的沉积基底。

2.中下侏罗统延安组（J1－2Y）

该组为本区主要含煤地层，岩性主要为灰、灰白色砂岩及深灰色泥岩、砂质泥岩和煤组成，该组地层的上部含煤性较好，发育的煤层厚度大，层位稳定，本矿所采的3－1煤层就位于延安组的中上部，下部含煤性也较好，5－1煤层厚度较大，平均5.37米，为全区可采的稳定煤层，其它煤层为大部可采的较稳定与不稳定煤层。

该组地层平均厚度为206.22米，与下伏地层呈假整合接触。

3.中侏罗统直罗组：

（J2Z）

该组地层岩性为一套杂色的细、中粒砂岩，泥质或粘土质胶结，较疏松，含有铁质结核和硅化木。

区内所有钻孔揭露，由于遭受后期剥蚀，厚度在横向上变化较大，为2.02～152.23米，平均厚度119.52米，与下伏地层呈假整合接触，该组地层仅在核实区西北角残存并出露。

4.第三系上新统（N2）

区内零星赋存，主要岩性下部为灰色、棕黄色砾岩夹棕红色砂岩，呈半胶结状态，松散；

上部为粉红色砂质粘土、亚砂土，含白云母碎片及钙质结核，该层不整合于老地层之上，厚度3.44～12.52米，平均7.68米。

5.第四系（Q）

区内广泛分布，不整合于老地层之上，底部为更新统马兰组黄土（Q3m），岩性为淡黄色亚砂土，柱状节理发育，含钙质结核，厚约12米；

下部为更新统淤积层（Q3a12）岩性为砂、粉砂及黑色土壤层，局部赋存；

上部为全新统风积砂（Q4eol），在区内大面积覆盖。

2.1.2矿床地质构造

本区位于铜匠川矿区东南部，其构造特征和铜匠川矿区相一致，为一向SW倾斜的单斜构造，地层倾角1～3°

褶曲与断层均不发育，无岩浆活动，为简单构造地区。

2.2煤层赋存情况

2.2.1煤层赋存特征

在高西沟露天煤矿境界范围之内，煤层近水平分布。

在延安组含煤地层中，自上而下各岩段均有煤层赋存。

由于各煤层所处环境位置不同，致使各岩段煤层发育情况及含煤性亦各不相同。

延安组含煤地层中含煤10～18层，一般为14～16层；

含煤总厚度为12.99～28.41米，平均20.57米。

含可采煤层6层，可采煤层总厚度10.14～20.98米，平均15.36米。

延安组地层平均厚度为206.22米，该组地层总含煤系数为10%，可采含煤系数为8.2%。

依据延安组各岩段的环境及岩性特征、煤层自身的发育情况及其组合关系，将区内煤层自上而下划分为2、3、4、5、6五个煤组，11个分煤层。

其中2号煤组位于上岩段（J1－2y3），内含2－1及2－2两个煤层，2－1煤层在本区遭受剥蚀，不发育，2－2煤层也遭受剥蚀，在区内大部残存。

上岩段中含煤1～7个分层，一般为2～3层。

含煤总厚度3.62～11.92米，平均7.92米。

上岩段地层总厚度平均为67.65米，岩段含煤系数11%；

3～4号两个煤组位于中岩段（J1－2y2）。

主要含3－1、4－1煤层。

该岩段中含煤2～8层，一般3～5层。

含煤总厚度6.25～11.26米，平均8.83米。

中岩段地层平均厚度为62.81米，其含煤系数为14%；

5、6号两个煤组位于下岩段（J1－2y1）。

两煤组自上而下可分出5－1、5－2、6－1中、6－1下、6－2中、6－2下六个主要煤分层。

下岩段中含煤4～15层，一般8～11层。

含煤总厚度为1.45～7.82米，平均3.82米。

该岩段含煤系数为5.3%。

2.2.2煤层夹石及分布

根据《内蒙古自治区东胜侏罗纪煤田铜匠川区煤矿详查报告》资料反映，本区含煤地层中自上而下发育有2、3、4、5、6、五个煤组。

2号煤组赋存于延安组上岩段之中，含2－1、2－2煤层，核实区内2－1煤层已全部被剥蚀，2－2煤层也遭受剥蚀，大部残存。

其中，2－2煤层位于上岩段（J1－2Y3）的中部，在核实区西部及东部赋存，区中部约1/2的面积遭受剥蚀，煤层露头线自核实区中部通过，煤层残存可采地段位于矿区范围内，矿区内可采面积比为51%，仅117号孔和861号孔揭露该煤层，煤层厚度分别为1.35米和0.26米，结构简单，顶板岩性一般为砂质泥岩，底板岩性为细粒砂岩，据报告反映：

该煤层为局部可采的不稳定煤层。

与3号煤层间距为38.98米。

3号煤组赋存于延安组中岩段，区内表现为一单煤层，编号为3－1煤层，层位稳定，厚度较大，煤厚有一定的变化，煤厚为1.40～4.52米，平均3.59米，煤层结构简单，含夹矸0～1层，夹矸岩性为砂质泥岩、泥岩、局部为粉砂岩，在区北部及东南部遭受剥蚀，致使煤层连续性变差，局部地段失去工业开采价值，为大部可采的较稳定煤层。

顶板岩性主要为砂质泥岩、粉～粗砂岩，底板岩性为砂质泥岩及泥岩。

与4－1煤层间距为17.52～35.52米，平均28.66米。

4号煤组赋存于延安组中岩段，核实区内表现为二层，即4－1、4－2中煤层。

其中，4－1煤层区内工程点多数见煤，煤厚为0.23～2.66米，平均1.57米，煤厚由北向南呈变薄趋势。

可采区位于矿区北部。

该煤层结构简单，含夹矸0～1层，夹矸岩性为泥岩及粉砂岩，为大部可采的不稳定煤层。

顶板岩性为泥岩、砂质泥岩以及细砂岩，底板岩性多为泥岩、砂质泥岩及粉砂岩。

与4－2中煤层间距为1.10～12.19米，平均6.58米。

4－2中煤层位于4－1煤层之下，煤厚为0.48～0.80米，煤层平均厚度为0.57米，为不可采煤层，与5－1煤层间距为22.48～33.00米，平均为27.49米。

5号煤组位于延安组下岩段，核实区内含煤二层，为5－1、5－2煤层。

5－1煤层全区可采，煤层厚度较大，变化较小，煤厚为4.72～6.02米，平均为5.37米，为全区可采的稳定煤层，与5－2煤层的间距为2.37～7.22米，平均为3.81米。

5－2煤层区内大部发育，区内工程点均不可采，局部地段尖灭，煤厚为0.12～0.43米，平均为0.32米，为不可采煤层，与6－1中煤层的间距为6.40～8.17米，平均为7.30米。

6号煤组分为6－1、6－2两个分煤组，6－1分煤组又可分为6－1中、6－1下两个煤层，6－2分煤组又可分为6－2中、6－2下两个煤层。

6－1中煤层基本全区可采，煤厚为0.70～1.07米，平均为0.92米，为较稳定煤层，与6－1下煤层的平均为4.26米。

6－1下煤层大部发育平均厚度0.31米，为不可采煤层，与6－2中煤层的平均间距为13.77米。

6－2中煤层全区发育，可采区位于矿区北部，平均厚度1.13米，煤厚由北向南呈变薄趋势，至130号孔尖灭。

为大部可采的不稳定煤层，与6－2下煤层平均间距为1.19米。

6－2下煤层位于延安组下岩段的下部，区内零星发育，平均为1.17米，为零星可采煤层。

2.2.3煤岩物理力学性质

此露天矿煤呈黑色、条痕褐黑色，一般呈暗淡光泽或沥青光泽。

呈细条带～宽条带状结构，层状构造，参差及阶梯状断口。

局部含有粘土质结核。

各煤层均致密坚硬，容重为1.3左右。

各煤层容重及平均厚度见表2.1.。

表2.1煤层特征表

煤层编号

容重t/m3

平均厚度m

2－2

1.24

1.2

3－1

3.59

4－1

1.25

1.57

5－1

5.37

6－2中

1.13

6－2下

1.27

1.17

此矿煤的燃点在300℃左右。

2－2、3－1、6－2中煤层由暗煤、亮煤、丝炭、镜煤组成，一般为暗淡型或半暗淡型煤，其它煤层由亮煤、暗煤、丝炭、镜煤组成，以半暗型煤为主，暗淡型与半亮型煤较少。

丝炭含量高是本区煤的一个主要特点。

2.3矿床水文地质特征

2.3.1矿床水文地质

矿区位于干旱地区，水文地质比较简单。

该区地下水的补给、迳流、排泄条件，三者相互依存，条件简单。

主要充水以第四系松散层补给2－2煤顶部潜水。

其次是以裂隙为主的承压水。

区内水文地质条件简单，可划为一类一型，但沟谷地段为一类二型。

地下潜水的补给条件：

铜匠川详查区的水文地质条件与区域水文地质条件相一致。

以2－2号煤顶板为界，上为潜水段，下为承压水段。

潜水分两种形式补给，一是受大气降水的直接补给，二是大气降水的间接补给。

基岩潜水的补给一般是以间接补给为主，但在基岩裸露区为直接补给。

因而，潜水的补给方式是以垂向补给为主，在基岩覆盖区，局部为侧向补给。

地下承压水的补给条件：

区内承压水的补给受地质构造的控制。

承压水的补给区远，同区域补给构造相一致，由于区内水源补给不充沛，补给量小，相应的地下水补给量也小。

第四系松散层潜水迳流，决定于地貌形态及地表的植被多少，而基岩潜水的迳流，决定于裂隙的发育程度，分布于裂隙发育密集处，上覆岩层透水性好的部位，基岩潜水流经路径长，不完全按照地表形态流动，地下水流具有一定的方向性。

承压含水层的迳流，决定于地质构造、含水层的岩性及地下水动力条件。

含水层分布较为分散，迳流条件差，地下水的运移速度慢，迳流好、地下水流集中的部位，往往在含水岩性突变处，承压含水层地下水运移的方向受井田构造控制，大体为东偏北向西偏南方向运移，但迳流速度小，水力联系差，形成一个层状分布的迳流体系。

此外，区内各大沟谷均为潜水的排泄点，而杨森～高西沟以及随地形相一致的洼地、冲沟等，既为区内的排泄点又为迳流分布带，地表排泄区域明显。

承压水的运移，主要受地质构造的控制。

本区为一单斜构造，岩层平缓，迳流条件差。

因而在区内的西北部，岩性变化急剧处及一些岩层转折的凹地，为本区的承压水排泄点。

2.3.2水文地质条件对露天矿开采的影响

水会给露天开采带来不利影响。

大量积水会降低穿孔速度，给装药带来不便。

会降低采装效率。

高西沟露天煤矿地处干旱地区，水文地质条件简单，对露天矿开采影响不大。

地面水源距矿区距离较远，不会对开采产生大的影响，不需要疏干排水。

但在开采深部煤层时，坑内会出现积水。

开采时，视采场涌水情况，在坑底超挖蓄水坑，利用水泵排水。

炮孔内存有积水时，爆破时采取防水措施，或者采用抗水的乳化炸药。

2.4矿床勘探

2.4.1矿床勘探类型及程度

本区为向南西倾斜的单斜构造，地层倾角1～30，断裂不发育，无岩浆活动，属于构造简单类型。

主要可采煤层5－1层位稳定，对比可靠，全区可采，故煤层稳定程度确定为稳定类型。

次要可采煤层3－1、6－1中煤层厚度有一定的变化，对比可靠，大部可采，为较稳定煤层。

其它可采煤层均为不稳定煤层。

由于5－1号煤层厚度较大，资源储量在核实区内占优势，故矿区基本勘查类型确定为一类一型。

由于勘查面积较大，煤层在局部范围内十分稳定，但在大区内煤层的厚度呈一定的变化趋势，煤层的稳定类型最高为较稳定型，勘探类型为一类二型。

勘查工程基本网度为1000×

1000米。

较稳定煤层以1000×

1000米的网度圈定B级储量，以2000×

2000米的网度圈定C级储量，大于此网度圈定D级储量。

2.4.2矿石储量计算工业指标

本区煤层倾角平缓，仅在3o以内，构造简单，参加资源储量估算的煤层层位稳定，厚度、煤质及水文地质条件变化小，勘探工程分布均匀，故用地质块段法进行储量计算，其计算公式为：

（2-1）

其中：

Q——为煤层地质储量，单位：

吨

S——为块段面积，单位：

平方米

M——参与储量计算的煤层利用厚度，单位：

米

d——煤层的平均容重，单位：

吨/立方米

其中，块段面积S的确定利用CAD计算。

其精度高，误差小，计算结果可靠。

参与储量计算的煤层利用厚度M的确定，煤层中单层厚度小于0.05米的夹矸，与煤分层合并计算采用厚度。

煤层中夹矸厚度等于或大于煤层最低可采厚度时，煤分层分别视为独立煤层分别估算资源储量，夹矸厚度小于煤层最低可采厚度，且煤分层厚度均等于或大于夹矸厚度时，将上下煤层厚度相加，作为采用厚度。

本区煤层倾角平缓，均小于3°

，利用煤层的伪厚度估算资源储量。

煤层的平均容重d，是根据原报告利用钻孔所采的容重样试验成果经汇总计算求得的。

表2.2地质储量表

储量（万吨）

83

1083

379

2018

277

262

合计

4102

第三章露天矿合理帮坡角确定

3.1矿区工程地质特征

矿区第四系松散层覆盖面积广，厚度一般为9.05米。

基岩岩层一般为砂岩类、粉砂岩、泥岩类。

从试验成果可知，松散层比重为2.69g/cm3；

渗透系数为5.6×

10－3m/s，不均匀系数为2.18，含水量为2.4%；

孔隙度为39%，天然休止角在干燥状态为40度，含水状态为30度。

岩层一般为中硬或硬岩。

个别岩层遇水易软化。

泥岩软化后易碎，砂岩类吸水后，抗压强度减弱，只有原来的一半，将改变原有的自然状态。

3.2岩石性质

3.2.1岩体力学性质

根据测试结果，将岩石分为三类：

砂岩类、粉砂岩、泥岩类。

按照抗压强度的大小，分别确定岩石的坚硬级别。

砂岩类岩石力学性质：

容重一般为2.341g/cm3。

孔隙率一般为10.66%。

凝聚力为3.48～10.96兆帕。

抗剪强度随着角度的增加正应为18.4～4.3兆帕。

抗压强度一般为31.85兆帕，属硬～特硬级。

粉砂岩类：

一般为2.432g/cm3。

其它各项指标近于砂岩类。

一般为35.99兆帕，属软～特硬级。

泥岩类岩石：

容重一般为2.420g/cm3。

孔隙率一般为7.57%。

而泥岩类的软化系数为0.41，为遇水易软化的岩层。

属软～特硬级。

煤岩石力学性质：

容重一般为1.306g/cm3。

孔隙率一般为6.56g/cm3。

抗压强度为17.7～26.2兆帕，一般为22.2兆帕，属硬岩级。

3.2.2影响边坡稳定性因素

第四系松散层疏松，且休止角小，对边坡的稳定性不利。

区内软岩层～粘土岩层及砂质粘土岩层分布较少，且很快相变为泥岩、砂质泥岩类。

仅3－1号煤底板有一定范围的粘土岩及砂质粘土岩分布。

所以在开采3－1号煤时，底部进水后易软化，对边坡稳定性不利。

在开采时，应根据粘土岩及砂质粘土岩的分布范围，做好防护工作。

区内岩层的横向变化大，根据不同的部位，不同的岩性应予以区别对待。

如：

砂岩类吸水后，抗压强度减弱，只有原来的一半，将改变原有的自然状态。

3－1号煤底板的粘土岩，吸水后使岩石软化为粘土质的软泥，对边坡稳定不利。

在生产中要加强对这些工作的研究，及时采取预防措施，以免造成危害。

基岩大都属硬～特硬级岩层，利于边坡维护，可以适当加大边坡角，减少剥岩量。

但泥岩软化后易碎，在开采时应予以注意。

区内软岩层～粘土岩层及砂质粘土岩层分布较少，但是会很快相变为泥岩、砂质泥岩类，需做好防护工作，防止出现滑坡现象。

3.3确定合理边坡角及制定防滑措施

3.3.1确定合理边坡角

高西沟沟露天矿边坡岩体整体强度较高，根据现有的地质资料，在采掘场没有明显的弱层，因此目前认为，采掘场边坡滑坡模式是纯圆弧滑动。

采掘场的边坡稳定取决于岩体的强度，岩体的强度与岩块的强度和节理的密度有关。

根据地质报告所提供的数据和相类似矿山的设计经验。

结合此矿床的工程地质特征，选取露天矿最终帮坡角为36°

根据矿山规模，选用斗容为1.6m3挖掘机，最大挖掘高度8.2米，参考采矿设计手册及类似矿山设计资料，初步确定阶段高度8～10米。

根据煤岩工程地质特点，确定煤层及岩层的阶段台阶坡面角为65度。

采掘场边坡上部黄土层厚度较小，因此对于黄土边坡不进行单独设计。

根据黄土层工程地质特点，确定黄土层的台阶坡面角55度。

3.3.2制定滑坡防止措施

由于高西沟露天煤矿地处干旱地区，地下水缺乏，年降水量少。

水对边坡稳定性影响比较小。

经过分析，影响采场边坡稳定性的主要因素是爆破震动。

所以，采用控制爆破技术来防止采场滑坡。

矿山生产实践证明，不正确的爆破对到界边坡稳定性的影响尤为严重。

结合高西沟露天矿爆破特点，决定采用控制爆破技术。

主要采用微差爆破技术。

对于排土场边坡的稳定性，主要防滑措施有：

不同性质的岩土分类排弃，透水性好的岩土排到排土场底部，透水性差的排弃物排到排土场上部。

同时加强对边坡稳定性的监测，随时了解边坡的稳定性情况。

必要时做一些抗滑工程，如修建抗滑桩和抗滑挡墙等。

第四章露天开采境界

4.1开采境界的确定

4.1.1开采境界影响因素

开采境界的确定，影响因素很多，归纳起来可分为三类：

自然因素：

包括煤层埋藏条件，煤层和围岩性质，地形、地貌，工程地质和水文地质等。

技术组织因素：

包括开采的技术水平，装备水平，矿山附近的铁路公路等运输条件，主要建筑物构筑物等对开采境界的影响。

经济因素：

包括基建投资，基建时间和达产时间，煤炭的开采成本和销售价格，开采过程中资源的回收率及国民经济发展需要等。

除此之外，还有采矿权范围、经济合理剥采比、露天矿最终边坡角等因素。

4.1.2开采境界确定原则

1.保证露天采场内采出的矿石有盈利，即采用的境界剥采比不大于经济合理剥采比；

2.充分利用资源，尽可能把较多的矿石圈定在露天开采境界之内，发挥露天开采的优越性；

3.露天采场的帮坡角应等于露天边坡稳定所允许的角度，保证露天采场的安全生产；

4.用经济合理剥采比圈定的露天开采范围很大，服务年限太长时，应按矿山一般服务年限确定露天开采深度；

5.当矿体极不规则，矿体上部覆盖层较厚或地形复杂时，境界剥采比不大于经济合理剥采比，还用平均剥采比进行校核；

6.对于特厚的、剥采比很小的矿床，有时应根据勘探程度及服务年限确定露天开采境界，而不应按经济合理剥采比计算；

7.开采境界边缘附近有建筑物、构筑物、河流和铁路干线需保护或难于迁移至露天采场影响范围以外时，可适当缩小露天开采境界。

以保证总体经济效果最佳。

4.1.3开采境界的确定

在高西沟露天煤矿勘察范围之内，煤层厚度变化小，近水平分布，倾角小，赋存状态稳定。

在矿区范围之内，地面条件几乎没有限制，不会对露天开采境界造成影响。

所以，在采矿权范围之内，若开采各煤层的境界剥采比不大于经济合理剥采比，就可以划在境界范围之内。

根据目前的煤炭市场价格情况和高西沟煤矿露天开采的技术经济条件，确定经济合理剥采比为10m3/t。

由地质报告可知，煤层近水平赋存，其煤层厚度和相邻煤层的间距总结如下：

表4.1煤层赋存特征表

煤层厚度（m）

煤层间距（m）

说明

38.98

地面有露头

28.66

6.58

4－2

0.57

局部可采

27.49

露天开采主采煤层全层可采

3.81

5－2

0.32

不可采煤层

7.3

6－1中

0.92

不适合露天开采

4.26

6－1下

0.31

13.77

不适合露天开采煤层

1.19