小庄子煤矿资源开采技术条件改进可行性研究报告.doc

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1、临沂市小庄子煤矿煤炭资源开采技术条件改进研究报告目 录1 绪 论- 1 -1.1 项目来源与实施意义- 1 -1.1.1 任务由来- 1 -1.1.2 目的任务- 2 -1.1.3 区域研究程度- 2 -1.1.4 本次工作情况- 3 -1.2 矿井概况- 4 -1.2.1 地理位置- 4 -1.2.2 地形、地貌- 4 -1.2.3气象、水文- 4 -1.2.4 井田地质特征- 5 -1.2.5 矿井储量- 6 -1.2.6 矿井开拓方式与开采方法- 8 -1.3 矿井生产存在的问题- 8 -1.4 主要研究内容及研究方法- 8 -2 矿井地质条件研究- 10 -2.1 矿井煤岩层- 10

2、-2.1.1 矿井地层- 10 -2.1.2 矿井煤层及煤质- 11 -2.1.3 岩浆岩- 16 -2.1.4 地震- 18 -2.2 矿井地质构造- 18 -2.2.1 区域构造- 18 -2.2.2井田构造- 19 -2.3 矿井水文地质- 19 -2.3.1 区域水文地质概况- 19 -2.3.2 矿井充水条件- 20 -2.3.3 隔水层组- 22 -2.3.4 矿井涌水量- 23 -2.3.5 断层、各含水层之间的水力联系- 24 -2.4其它开采技术条件- 24 -2.4.1 开采方法及顶底板条件- 24 -2.4.2瓦斯、煤尘及煤的自燃- 25 -2.4.3地温和地压- 25

3、-2.4.4环境地质- 26 -2.5 煤层赋存条件对生产的影响分析- 28 -3 矿井开采现状及分析- 29 -3.1 矿井的开拓系统- 29 -3.2 矿井的采煤方法- 30 -3.2.1 采用的采煤方法- 30 -3.2.2 采煤工作面布置- 30 -3.2.3 回采工艺及技术装备- 30 -3.2.4 顶板支护与管理方式- 32 -3.2.5顺槽及端头顶板管理- 33 -3.3 矿井的掘进技术- 33 -3.3.1 凿岩方式- 34 -3.3.2 掘进机械配备- 34 -3.3.3 巷道支护- 34 -3.3.4 巷道掘进进度指标- 34 -3.3.5 装、运岩（煤）方式- 34 -3

4、.4 矿井的安全技术- 34 -3.4.1 通风系统- 34 -3.4.2 瓦斯防治- 35 -3.4.3 煤尘防治- 36 -3.4.4 矿井防灭火- 36 -3.4.5 通防及安全监测- 37 -4 小庄子煤矿开采方法研究- 38 -4.1 岩浆侵入对煤层分布的影响- 38 -4.2 不同条件煤层的采煤方法选择- 39 -4.3 壁式采煤方法- 41 -4.3.1 布置形式及作业顺序- 41 -4.3.2 采煤工艺- 42 -4.4 柱式采煤方法- 42 -4.5 其它采煤方法- 44 -4.5.1 岩浆侵入区煤包羽状探采法- 44 -4.5.2 急斜极不稳定煤层长炮孔爆破采煤法- 47

5、-5 巷道掘进与支护工艺技术参数优化- 50 -5.1 掘进工艺优化- 50 -5.1.1 凿岩方式- 50 -5.1.2 爆破工艺- 50 -5.1.3 装、运岩(煤)方式- 56 -5.1.4 管线及轨道敷设- 57 -5.1.5 设备及工具配备- 57 -5.2 巷道支护技术参数优化- 58 -5.2.1 巷道断面- 58 -5.2.2 支护方式- 59 -5.2.3 支护工艺- 61 -5.3 巷道煤柱优化设计- 63 -5.3.1 根据煤柱载荷确定煤柱尺寸- 64 -5.3.2 根据塑性区宽度计算煤柱尺寸- 67 -5.3.3 根据威尔逊(Wilson)公式确定煤柱尺寸- 67 -6

6、 矿井安全技术研究- 69 -6.1 矿井通风技术研究- 69 -6.2 矿井瓦斯防治- 70 -6.3 矿井水害防治- 71 -6.3.1 矿井充水因素分析- 71 -6.3.2 矿井排水- 71 -6.3.3 矿井涌水量- 71 -6.4 矿井冲击矿压的防治- 72 -6.4.1 冲击矿压影响因素分析- 72 -6.4.2 小庄子煤矿冲击矿压危险性分析- 77 -6.4.3 冲击矿压防范措施- 78 -6.5 矿井的其它安全技术- 79 -6.5.1 矿井提升系统安全措施- 79 -6.5.2 运输系统安全措施- 79 -6.5.3 压风系统安全措施- 79 -6.5.4 通讯与安全监测监

7、控安全措施- 79 -6.5.5 爆破管理- 80 -7 主要结论- 82 -参考文献- 83 -1 绪 论1.1 项目来源与实施意义近十几年来，随着国民经济的快速增长，我国对能源的需求越来越高。目前我国很多省份面临能源紧张的局面。以山东省为例，从能源蕴藏角度讲，属于能源大省，但目前煤炭资源仍然供不应求，远远满足不了经济建设快速发展的要求。临沂市为鲁东南一颗耀眼的明珠。该区盛产小麦、玉米、花生、地瓜等，林业资源比较丰富，其中果林发展最快，银杏为我国最大的生产基地。工业有机械、化工、五金、建材等。临沂市辖区内的矿产资源较为丰富，尤以煤和金刚石砂矿蕴藏量丰富。但辖区内的煤矿矿山地质条件复杂，岩浆岩

8、侵蚀严重，煤层赋存极不规律，难以实现正规化开采，矿井生产规模小，产量低，致使矿井存在掘进率高、回采率较低、材料消耗量大、工人劳动强度大、矿山排水费用增加，生产成本居高不下，经济效益低等问题。因此，不断改进地质条件复杂、赋存极不稳定煤层的开采技术条件，进一步提高煤炭资源的回收率已是当务之急。1.1.1 任务由来目前，临沂市财政部门、矿产资源管理部门特别重视矿产资源的开发与保护等工作。而且，山东省财政厅下发了“关于申报2007年度矿山环境治理和提高开采回收水平技术改造项目的通知”，配备专项资金用于矿山企业进行开采条件的技术改进研究工作，为该项目的顺利开展提供了资金保障。针对目前临沂市所属的煤矿企业

9、，本次选定临沂市小庄子煤矿作为研究工作的试点具有代表性，对临沂市小庄子煤矿煤炭资源开采技术条件改造进行综合研究，将为矿山的进一步健康发展提供科学的依据。根据临沂市财政局、临沂市国土资源局以临财建 200743号下达的“关于申报2007年度矿山环境治理和提高开采回收水平技术改造项目的通知”，2007年9月我院向临沂市财政局、临沂市国土资源局立项申请对“临沂市小庄子煤矿煤炭资源开采技术条件改进可行性研究”项目，临沂市财政局以临财建指 200757号 “关于下达2007年度市级矿山提高开采回收水平技术改造项目专项资金的通知”，批复了该项目的立项并下达了项目任务书。2008年1月临沂市财政局委托我院具

10、体负责该项目的实施。我院会同中国矿业大学、临沂市小庄子煤矿共同实施完成了该研究项目。在项目的实施过程中，得到了市区有关主管部门的大力支持和帮助，在此一并表示感谢！1.1.2 目的任务研究工作目的是通过对矿山的地质条件进行综合分析研究，结合矿井内实际开采过程中遇到的具体问题，类比目前国内外类似工程经验，优化开采方案，进行技术改进，以提高矿产回采率，达到最大限度的有效利用资源的目的。本次研究的主要任务是： 本次工作的主要任务如下：1 详细查明矿区地质、水文地质条件，构造发育情况等，为进一步研究工作提供依据；2 详细调查分析研究小庄子煤矿目前的开采现状，针对实际生产开采过程中存在的具体问题，参照国内

11、外当前类似条件煤矿开采经验，指出针对小庄子煤矿提高煤矿回收率的技术改进方法。1.1.3 区域研究程度小庄子煤矿位于临沂煤田东北部，煤田普查工作早在1919-1923年，谭锡畴和日本学者渡边久吉等曾进行调查，编制了煤田地质图，并进行了远景评价。解放以来到现在，陆续由数个地质单位对本区煤炭资源做过普查和勘探工作，先后由原山东省地质局124队，临沂矿务局地质勘察队，枣庄市煤田地质勘探队，华东石油地质局第六勘探队，冶金部山东地质局第四勘探队，淄博煤田地质勘探队对现有各井田做了详细普查或勘探，查明了本区煤系地层时空分布和含煤情况，编制了多份报告，煤田地质工作程度高。为本次工作提供了技术支持。（1）195

12、4年6月地质普查委员会所属303队，在临沂等地大面积进行了系统地质测量，绘制了1：5万基岩地质图。（2）1962年，山东省地质局124勘探队在本矿区施工44个钻孔，并提交了普查总结地质报告，是本矿建井的主要依据。（3）1972年4月至1977年12月，临沂矿务局勘探队在原山东省地质局124勘探队1962年提交的普查总结地质报告的基础上，对本矿区进行补充勘探，共施工10个钻孔，对井田内构造进行初步控制。并于1977年12月提交 山东省临沂煤田塘崖区详查最终地质报告。最终提交煤炭地质储量（D级）2172.403万吨。1978年，山东省革命委员会煤炭工业局以（78）鲁煤基字第875号文批准了该报告。

13、（4）1992年由枣庄市煤田地质勘探队在沙沟井田北端补充勘探，共施工4个钻孔，总工作量2257.30m。提共 “92-1、92-2、92-3、92-4”四个钻孔的柱状图及测井资料，控制哦井田北端深部块段的主要构造和煤层的赋存情况。（5）1995至1996年由石油部华北石油勘探局第六物探队对沙沟井田F11断层以北进行了地震勘探。物探布线控制面积1.62km2。由于井田地质条件复杂，煤系地层受岩浆岩侵入严重，煤变质程度高，地震勘探提出的成果准确程度都比较差，仅供参考。（6）1996年至1997年初冶金山东地质局第四勘探队，在本矿区施工4个钻孔，工程量2063.48m，由临沂矿务局地质队施工测井。提

14、供“ZK1、ZK2、ZK3、ZK4” 四个钻孔的柱状图及部分测井资料，对井田北部块段进行了构造控制和煤层赋存情况的进一步了解。（7）1997年淄博煤田地质勘探队在本矿区中部施工7个钻孔，工程量2935.06m，构成了三条勘探线。对矿区中部F5和F10之间的煤层赋存情况控制程度比较高，对主要断层基本控制。提供出7孔柱状图及电测资料、钻孔综合成果、二煤、三上、三下煤层储量计算图、第1、2、3勘探线剖面图。补勘资料计算地质总储量298万吨。（8）1998年临沂市煤炭工业局和小庄子煤矿依据以往地质勘探资料及开采开拓工程揭露煤层情况，编制了山东省临沂煤田塘崖勘探区沙沟井田补充勘探综合地质资料，该报告对本

15、矿区内的沙沟井田内的地层、构造、岩浆岩进行了详细的论述，对矿井内煤层特征进行论述，阐明了矿井内水文地质特征。最终对沙沟井田内的煤炭资源储量进行了计算。经估算，沙沟井田内地质储量347.60万吨，其中工业储量206.50万吨，表外储量66.60万吨。（9）2003年8月小庄子煤矿提交了“山东上临沂煤田临沂宇光矿业有限责任公司（小庄子煤矿）生产矿井地质报告”。（10）2004年10月山东省第七地质矿产勘查院编制完成并提交了“山东省临沂煤田小庄子煤矿资源储量核实及扩界扩层地质报告”。另外，还包括建矿初期的初步设计说明书、技术改造工程方案设计说明书、矿山生产过程中的开拓资料等。以上这些资料为本次综合研

16、究工作奠定了坚实的基础1.1.4 本次工作情况本次工作共分三个阶段进行。1.2008年1月，收集资料、编写设计及设计审查阶段，并做好野外工作准备。2.2008年2月2008年6月，进行外业工作及对所取得的调查、研究资料进行资料整理、分析、研究、质量检查及成果制图工作。3.2008年7月2008年12月，在充分分析研究已取得资料的基础上，拟编图件、编写报告及报告审查，2008年12月底提交综合研究成果报告送审稿。1.2 矿井概况1.2.1 地理位置1 矿区范围临沂市小庄子煤矿位于临沂市南约13km处，行政区划属于临沂市罗庄区册山办事处管辖。矿区范围：西起F5、F7断层，东到F10断层；南自第6勘

17、探线，北至F17断层。东西长约1.2km，南北长约3.0km，面积3.794km2，扩界区位于井田东侧，面积0.31km2。地理坐标： 东经：11820441182200北纬：3454233456412 交通位置矿区向东约3km与临册公路（临沂册山）相接，西约5km与临（沂）黄（山）公路相通，向北约13km直通临沂市火车站和汽车站，向南约58km为陇海新沂火车站，交通十分便利（图1-1见交通位置图）。3 经济概况当地工农业发达，村镇企业众多，以采矿业为主，农产品丰富，人口稠密，劳动力充足。1.2.2 地形、地貌矿区内地势平坦，北部略高于南部，绝对标高+58+55m，相对高差3m。矿区西部边界以

18、外500m处有青云山，为中奥陶统石灰岩出露区，绝对标高为+174m左右（照片1）。1.2.3气象、水文1 气象工作区内气候属暖温带季风气候区，略受海洋性气候影响。春季干燥，夏季湿热多雨，四季分明。据临沂市气象站19582004年资料，多年平均气温13.2。全区多年平均降水量866.90mm，最大年降水量1503mm（1960）年，最小年降水量373.8mm(1981)年，1992200年平均降水量为855.8mm。降水多集中在68月份，占降水量的65%左右，7月份更集中，占年降水量的30.1%，多年平均蒸发量为1359.74mm，46月份蒸发量远远大于降水量，78月份蒸发量小于降水量，多年平均

19、无霜期为198天。照片1 矿区地形地貌2 水文矿区内有陷泥河，自北而南流经矿区，呈南北方向经五寺庄煤矿以东，流入武河。矿区西部分布有灌溉渠。1.2.4 井田地质特征井田地层自上而下有第四系、白垩系、侏罗系、二叠系、奥陶系。含煤地层为石炭二叠系的山西组和太原组，平均厚度319.4m。含煤15层，总厚度3.85m，含煤系数1.2%，其中可采、局部可采3层（2、3、14），平均总厚2. 5m。可采含煤系数0.78%。2煤层平均厚0.9m，为不稳定煤层。3煤层平均可采厚度2.04m，为较稳定不稳定煤层。14煤层为不稳定较稳定煤层，煤厚01.04 m，平均0.6m。可采范围内平均厚度0.8m。可采煤层平

20、均灰分23.240.0%，属中灰富灰煤。硫分含量0.092.5%，属特低硫中硫煤。磷分含量较低。煤层发热量较高，属高热值煤。由于岩浆岩活动强烈，大部分煤层变成无烟煤或天然焦，影响较小地段为肥煤。可做炼焦及动力用煤，天然焦可用于水泥、化肥工业及民用。井田总体呈单斜构造，由南向北地层走向由近南北转向北东方向。断层以走向断层为主，区内已发现断层11条，其中落差大于50 m的8条，50 m以下者3条。区内岩浆岩侵蚀严重，以岩床、岩脉形式大面积侵入山西组煤层，使之变成天然焦或全部被吞蚀。井田水文地质条件属简单类型，矿井正常涌水量55 m3/h。煤层顶板为砂岩，为稳定类型顶板，底板为粘性土、泥岩，质软易碎

21、，对支护不利。煤层瓦斯含量较低，属低瓦斯矿井。2煤层煤尘具有爆炸危险性，煤层二类自燃，3煤层煤尘无爆炸危险性，煤层不易自燃。地温属正常区。小庄子煤矿1970年底开工建设，设计生产能力5万吨/年，1972年7月投产，1990年改扩建至9万吨/年，现设计生产能力15万吨年，核定生产能力12万吨。本矿井采用一对立井开拓，主井混合提升，风井回风。共设三个水平开采，第一水平在-100m，第二水平在-265m，第三水平在-380m。浅部-100m水平以上已经采完，现生产工作面主要集中在-265m、-310m和-380m水平。截止2003年底，累计动用储量328.0万吨，其中采出量278.8万吨，损失量49

22、.2万吨。1.2.5 矿井储量(1) 矿井边界小庄子煤矿法定边界共由15个拐点圈定：点号 X坐标 Y坐标 1、 3865180 20623975 2、 3866150 20624170 3、 3866115 20624135 4、 3867095 206242805、 3867035 206243056、 3867990 20624375 7、 3867920 20623585 8、 3868228 20622942 9、 3869332 20623510 10、 3869390 20624645 11、 3869375 20624830 12、 3868587 20624855 13、 38

23、67950 20624850 14、 3866200 2062457015、 3865130 20624430开采二、三层煤。开采深度：由30米至-500米标高。(2) 矿井储量：据山东省临沂煤田小庄子煤矿资源储量核实及扩界扩层地质报告表明，截止2004年6月底，小庄子煤矿矿区内保有煤炭资源储量270.70万吨。其中，可采储量(111)11.25万吨，预可采储量(122)38.24万吨，探明的(可研)经济的基础储量(111b)13.23万吨，控制的(预可研)经济基础储量(122b)44.99万吨，探明的(可研)次边际经济资源量(2S21)6.10万吨，控制的次边际经济资源量(2S22)154.

24、55万吨，控制的内蕴经济资源量(332)51.83万吨。1.2.6 矿井开拓方式与开采方法（1）开拓方式本矿井采用一对立井开拓，主井混合提升，风井回风兼作安全出口。共设三个水平开采，第一水平在-100m，第二水平在-265m，第三水平在-380m。浅部-100m水平以上已经采完，现生产工作面主要集中在-265m、-310m和-380m水平。（2）开采方法采煤面采用普通炮采，由于一水平煤层受岩浆岩侵蚀严重，赋存形态特殊，根据本矿地质特征及多年的开采经验，以走向短壁式放炮落煤采煤法为主，现二水平煤层赋存较稳定，二层煤-380m水平以下均可形成正规壁式开采工作面，局部受岩浆影响区段采用留煤岩柱重开切

25、眼方式，确保工作面正常推进。1.3 矿井生产存在的问题通过对小庄子煤矿的实际考察，发现矿井生产主要存在以下几个问题：（1）井田内岩浆岩分布广泛，井田内的三个可采煤层（煤2、煤3、煤14）均受到岩浆岩不同程度的破坏和影响。（2）井田由于岩浆岩侵蚀，对各煤层破坏严重，部分区域煤层稳定性差，且老钻孔钻探资料质量低劣，有的孔尚未测井或测井参数不够，因而煤厚难免有出入。生产时期要加强井下观测，随时注意煤层变化。（3）由于可采煤层受岩浆岩侵蚀严重，地质条件复杂，以及矿井自身技术条件的限制，不能采用比较先进的采煤方法，矿井的采掘比也比较低。（4）2煤层煤尘具有爆炸危险性，煤层二类自燃，严重威胁着矿井的安全生

26、产。1.4 主要研究内容及研究方法针对矿井生产存在的问题，本次工作主要研究如下内容：（1）矿井地质条件研究；（2）矿井开采现状及分析；（3）矿井采煤方法研究；（4）巷道掘进与支护工艺技术参数优化；（5）矿井安全技术研究。研究的技术路线是：充分收集和利用区内已有的资料，对各种已有资料作深入细致地研究和综合分析。在综合研究已有成果资料的基础上，参照与小庄子煤矿相似的国内外矿山的先进生产经验、技术方法等，初步确定煤矿的技术改进方案，并进行理论分析，从而逐项进行深入细致的研究工作。2 矿井地质条件研究2.1 矿井煤岩层2.1.1 矿井地层临沂煤田属石炭二迭系煤系，华北型沉积。小庄子井田（包括沙沟井田）

27、位于临沂煤田的东北部，青云山地垒东翼含煤条带的北部，东边紧靠临沭断裂带。矿区地层由老到新有下古生界中奥陶统石灰岩地层，上古生界石炭、二迭系海陆交互相煤系地层，中生界火山碎屑岩地层，第四系冲积黄土和流砂层。地层分布见区域地层简表2-1。 表2-1 区域地层简表地层系统主要岩性特征第四系（Q）由松散的粘土、砂和河卵石组成的地层，平均厚10.43m。表土层为冲积含砂黄土层，分布普遍，厚度较均一，流砂层，大部为灰黄色石英、长石沙砾，见有少量褐铁矿结核。底部为石英岩和其它岩石组成的卵石层，厚度07.24m，平均3.43m。白垩系（K）下统青山组（K1）全厚306.88m，岩性以火山碎屑岩为主，下部夹有紫

28、红色粉砂岩、泥岩薄层。有呈凝灰质砾岩，砾石有石英岩、石灰岩、砂岩和安山角砾岩；形状多以次滚圆状为主，少量安山岩砾石为角砾状，个别砂岩和紫红色粉砂岩亦呈现角砾状，砾石直径3mm，大小不一，杂乱堆积，分选性较差。二迭系(P)上石盒子组（PS()2）该系地层平均66.24m，为一套松散的紫红色砂岩、砂泥地层，夹有一层沙砾岩，斜层理发育，分选极差，含铁质丰富，可能为河床相沉积。下石盒子组（PS()1）该组全厚103.29m，顶到奎山砂岩顶，底到紫色层底，该组以B层铝土分上下两段，下段以紫红、灰色粘土岩为主，夹绿白色砂岩；上段以灰白色中细沙岩、泥岩为主，局部有A层铝土矿。该段含煤一层，即柴煤或叫上煤。山

29、西组（PS()1）该层为主要的含煤地层，下界为一灰，上界为紫色层，厚度为150m左右。该组岩性大致分为两段，从3煤到一灰，为灰色到深灰色过渡相砂泥岩、泥岩、粘土岩地层，含有两层煤，即4、5两薄煤层，极不稳定；自3煤往上为一套中细砂岩和粗砂岩夹砂质粘土岩地层，含煤三层，即1、2薄煤层，3煤为厚到巨厚，属较不稳定煤层。太原群（CPyT）本群平均厚度169.42m，由砂岩、砂泥岩、砂质泥岩、泥岩、粘土岩和煤层组成。本沉积韵律清晰、旋回明显，地层对比容易。共含煤层十二层，编号为6煤、7煤、8煤17煤，14煤为该区煤层中的主要煤层，局部可采。其他仅有层位或为煤线。石炭系(C)本溪群（CyB）本群最小厚度

30、56.44m，最大厚度为76.51m，平均66.48m。自下而上主要岩性有含铁质泥岩和铝质泥岩，俗称“山西式残余铁矿”，厚10.3623.24m。向上有十四、十三、十二灰岩，间夹灰绿色粘土岩。奥陶系(O2)该层揭露地层岩性均为石灰岩，顶部岩性主要是灰到暗灰色微带红色层状石灰岩，层面及附近多含泥质；中下部主要为白云质石灰岩，未发现化石。2.1.2 矿井煤层及煤质1 含煤地层本井田主要含煤地层为石炭、二叠系煤系中的山西组和太原组，主要可采或局部可采煤层是2、3、14层煤，含煤岩系残余最大厚度为448.57m，含煤系数0.78。下二叠统和上石炭统为本区重要含煤地层，含煤15层，自上而下编于为上煤，1

31、、2、317煤。以下将主要煤系地层叙述如下：太原组（C3）：本组全厚169.42m，两极值在100-220m左右。由砂岩、砂泥岩、砂质泥岩、泥岩、粘土岩、石灰岩和煤组成，本组地层旋回清晰，韵律性强，标志层鲜明，地层对比容易。本组共含石灰岩十一层，编号为一灰、二灰、三灰十一灰。其中三、八、九、十灰为该组的主要标志层。煤层共含12层，编号为6煤、7煤、8煤17煤，14层煤为该区主要煤层，局部可采，其他仅有层位或为煤线。山西组（P1）本组全厚150m左右，其中岩浆岩占34.68m。上界紫色层底下界一灰。该组岩性大致分两段，从3煤到一灰，为灰色到深灰色过渡相砂泥岩、泥岩、粘土岩地层，含有两层煤，即4、

32、5两薄煤层，极不稳定；自3煤往上为一套中细砂岩和粗砂岩粘土层地层，含煤3层，即1、2薄煤层，3煤为厚到巨厚，属较不稳定煤层。2 可采煤层本可采煤层是2、3、14层煤，现将2、3、14层煤特征分述如下：（1）第2层煤：为本区主采煤层之一，位于山西组上部，上距本组顶部50.1m，下距3煤15.4390.00m。可采厚度为0.80-2.25m，平均可采厚度为1.12m，厚度变化较大，为不稳定煤层。中间夹0.5m侵入岩。由于侵入岩的侵蚀作用，煤层常分成2-3个分层，煤层结构属简单到较复杂型。该煤层顶板多为0.5m厚的侵入岩，底板多为9.84m厚的中粗砂岩。煤层分布在矿区北部和中部，呈南北条带状，北部和

33、南部由于侵入岩破坏严重，可采性较差。中部-310水平以上煤层较稳定，可采性较好。（2）第3层煤：为本矿区主采煤层之一，位于山西组的中下部。可采厚度0.8-7.02m，平均可采厚度为2.04m，平均厚度1.61m。本煤层为较稳定到不稳定煤层。根据该层煤常被侵入岩分成多层的特点和该层煤原始沉积有夹石层的特点，将3煤分成四个分层，即老顶砂岩与伪顶砂泥岩间所含的煤，为“顶分层”；伪顶以下与侵入岩间常有一层，为“上分层”；夹石层之间的，或者夹石层以上或有较厚侵入岩分割的煤层，为“中夹层”；夹石层以下，与老底之间的煤层为“底分层”。“顶分层”：很不稳定，只局部可见，顶板为中粒砂岩，底板为“上分层煤”的伪顶

34、，为砂泥岩。“上分层”：厚0-9.03m，平均1.67m，侵入岩严密控制着该煤层，煤层常呈鸡窝状、串珠状、翁状及不规则状；常沿走向和倾向突然变化。“中夹层”：煤层0-6.69m，平均1.67m，该层煤同样受侵入岩控制，形成很不规则的煤层，该煤层属极不稳定煤层。“底分层”：一般煤厚在0.894.23m，平均1.48m，底分层是3煤层中的主要煤层，煤层的稳定性同样受侵入岩的控制，该层煤属较稳定到不稳定的厚煤层到特厚煤层。从全层看，3煤层顶板为中粒砂岩、细砂岩等，伪顶为砂泥岩互层，或为泥岩。底板一般为砂质泥岩或砂泥岩互层含植物化石丰富，沉积稳定，厚度均一。（3）第14层煤：为较稳定到不稳定煤层，两极

35、值厚度01.04m，平均厚度0.60m，可采厚度0.801.04m，顶板为灰岩，底板为粘土岩，煤质多为天然焦。总之，矿井内2、3煤可采性最好，为本区主采煤层，14煤次之。由于受岩浆岩及断层影响，煤层不稳定，结构复杂，加之煤层赋存较深，使煤层的可采程度降低。现将矿井内可采煤层的特征列表如下（表2-2）：表2-2小庄子煤矿可采煤层特征一览表煤层 项目煤种平均厚度（m）可采厚度（m）稳定性标志层结构2煤烟煤0.901.12不稳定B层铝土简单到较复杂3煤天然焦1.612.04较稳定至不稳定一灰、三灰简单到较复杂14煤天然焦0.600.95较稳定至不稳定八灰简单到较复杂3 煤质（1）煤的物理性质及煤岩特

36、征本井田岩浆活动剧烈，对煤质影响特别严重，大部分变质成无烟煤或天然焦，只有在岩浆活动较轻微的地方，保存了一部分肥焦煤。肥焦煤：一般为、玻璃光泽，条痕棕褐灰褐色，层状结构，条带状结构明显，垂直节理发育，平坦状断口，石炭纪煤层的层理和节理面上有黄铁矿薄膜，硬度小，易碎，煤岩成分以亮煤为主，暗煤和镜煤次之。天然焦：呈钢灰色，光泽暗淡，条痕灰褐色或深灰色，垂直节理发育，煤层结构致密，硬度大，比重大，断口不平坦，多呈块状，与岩浆岩直接接触，互成条带状、串珠状、鸡窝状，或与岩浆岩混在一起互相渗透为一体，煤层难分，开采苦难。（2）煤层风氧化带深度情况本区在白垩系青山组及第四系沉积之前都遭受到不同程度的风化剥

37、蚀，青山组厚0109.27m，由东向西变薄。第四系厚度5.5417.00m，平均15 m，东厚西薄。根据工程揭露情况看，风氧化带深度在地表以下30 m左右。（3）煤质通过取样化验，煤层由于岩浆侵入强烈，大部分变成无烟煤、天然焦，仅在井田中北部存在一定数量的烟煤。本矿区煤的元素分析成果见表2-3，各煤层灰分、灰熔点各项指标见表2-4表2-3 煤层元素分析成果表煤层原净煤Cr（%）Hr（%）Nr（%）Or+Sr（%）柴煤原煤88.4094.6791.54（2）2.583.573.08（2）1.151.181.17（2）1.606.854.23（2）2煤原煤94.7697.6496.3（3）0.88

38、1.291.14（4）0.604.111.51（4）1.07（1）3煤原煤84.4195.6393.660.924.421.94（14）0.531.821.02（14）0.539.843.58（14）14煤原煤90.3295.9193.12（1）1.333.662.50（2）1.441.010.73（2）1.745.883.81（2）表2-4 各煤层灰分、灰熔点各项指标综合表煤层名称上煤2煤3煤14煤取样数量33315分析项目原煤工业分析33315净煤工业分析19元素分析128低温干馏灰成分1104灰熔点1136磷136各种硫5瓦斯测定2容重313比重5铀ppm1锗8钍1热稳定性3胶质层mm1

39、（4）煤的有害成分： 灰分：区内各煤层原煤平均灰分23.2145.64，柴煤原煤为富灰（3级）；2煤原煤为中富灰、（23级）；3煤原煤为低富灰（13级）；16煤原煤分为低高灰（14级），其中主要以23级灰分为主，净煤灰分10。2煤灰份Al2O3+SiO2（60.09），灰熔点达1214.，属中熔点灰；3煤灰份Al2O3+SiO2(61.56)，灰熔点达1220以上，属中熔点灰；16煤灰分Al2O3+SiO2（56.05）；灰溶点达1500以上，属难熔灰。 硫分：柴煤为特低中流，原煤全硫0.222.19%，平均1.21%。2煤为特低硫，原煤全硫0.10.47%，平均0.21%，皆属特低硫，3煤肥

40、焦煤原煤全硫为2.5%属中硫，其它为0.090.53%，平均0.28%，为特低硫。所以3煤为特低中硫煤。16煤原煤全硫0.432.74%为特低富硫。 磷分：该区柴煤、2煤、14煤原煤为特低低磷；3煤原煤为特低中磷。（5）煤质评价及利用方向由于岩浆岩侵入煤层内部严重，对煤质影响范围较大，工业牌号比较复杂，属肥焦煤、无烟煤到天然焦。煤的变质作用以岩浆变质作用为主，故挥发份与胶质层厚度变化无一定规律性。从煤质检测结果可知，煤质为低至高灰，低硫、低磷、高热值的肥焦煤到无烟煤、天然焦。肥煤可供炼焦及动力煤，无烟煤和天然焦主要是用于水泥、化肥行业及民用。2.1.3 岩浆岩矿区属岩浆岩发育区。岩浆岩呈岩床、

41、岩脉状大片面积侵入山西组煤层。该井田各块段中岩浆岩赋存形态不一，岩性也有较大差异。1 岩浆岩的种类矿区岩浆岩为燕山运动晚期侵入，主要种类为黑云母闪长斑岩、含石英闪长斑岩、细晶闪长岩及正长斑岩。 黑云母闪长斑岩：主要分布在北部和井田南部，斑径粗大，致密块状。以角闪石、黑云母为主。 含石英闪长斑岩：灰白、乳白色，细粒，致密块状，主要矿物有斜长石、绿泥石、石英和黑云母组成。 细晶闪长岩：绿灰色或暗灰色，隐晶质或细粒半晶质，致密块状，或为杏仁状构造。主要矿物有辉石、长石、角闪石等。该岩浆岩主要在白垩系凝灰质砂砾岩层中侵入。 正长斑岩：灰绿、肉红色，斑状结构，块状构造，斑晶为正长石，角闪石和大量的暗色矿

42、物，还有少量的黑云母。2 岩浆岩的分布特征 岩浆岩在各煤层中侵入的厚度有所不同。在二煤中侵入厚度一般为040.13m，平均5 m左右。在三煤中侵入厚度一般为15145.61m，平均3050m。 岩浆岩在煤层中侵入的形式多样，特别在三煤中，有沿煤层顶板侵入的；有沿煤层底板侵入的；还有在煤层中波浪式侵蚀煤层的。多呈巨型岩床状侵入煤层，给煤层造成严重的破坏。 岩浆岩以岩脉、岩墙状充填断层带。 岩浆岩厚度由北向南，呈由厚变薄的趋势，即北大南小的特点，这在三煤中变化趋势较为明显。3 侵入岩对主要煤层的影响由于煤层相对较弱，井田内的三个可采煤层2、3、14煤层均受到岩浆岩的破坏和影响，尤其是2煤、3煤最甚

43、。在矿区三个可采煤层中，除2煤一部分为烟煤外，其余大部分变质为天然焦和无烟煤，甚至全层被岩浆岩取代，大大降低了煤层的工业价值，同时使2煤和3煤出现了大面积的不可采块段。岩浆岩有强烈的控煤作用，自北向南岩浆岩由薄变厚，煤质由肥到瘦。由于岩浆岩的严重侵入，造成了本井田煤层的不稳定。4 岩床侵入体的分区和分类 侵入体的分区从较大的范围看，侵入体至少可分为三个区。上冲区：指岩浆通道及附近地区，这一地区岩浆活动剧烈，熔蚀和变质作用最强。对一个矿井来说，可能有一个或数个上冲区。而各上冲区的岩浆的活动强度也不尽相同，应该圈定它们的大致范围。扩散区：岩浆离开侵入中心后，依其压力和热量向外围扩散。在扩散区岩浆的熔蚀力和变质作用就有较大的不同，所以岩床就有远近、厚薄之分，在岩浆活动较弱的地区，往往残留可采煤层。波及区：有的地区找不到扩散的岩浆，但发现有夭然焦，这是受波及的地区。在扩散区的外部，高压的热气也可使煤层变质。 岩床的形态分类无论在上冲区或扩散区，岩床都不是均一的、等厚的。为了便于区分和认识，从生产角度考虑，可将侵入煤层的岩体，作如下分类:第一类：层状侵入体(图2-1a)。这类岩体发育在岩浆上升通道附近，煤层全部被熔蚀同化，其层位被岩浆岩代替，在较大面积内呈层状分布。偶见少量天然焦，但混杂着大量岩浆物质，燃烧性能很差。第二类：波状侵入