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1、本科生毕业设计姓 名： 学 号: 学 院：应用技术学院专 业：安全工程设计题目：古书院煤矿210万t/a新井通风系统设计专 题：矿井水害防治技术研究指导教师： 职 称：讲 师 2009年6月 摘 要本设计包括三个部分：一般部分、专题部分和翻译部分。一般部分是古书院矿210万吨新井通风系统设计。全篇共分为五章：矿区概述及井田地质特征、井田开拓、采煤方法及带区巷道布置、矿井通风和矿井安全技术措施。古书院矿位于山西省晋城市，矿井总面积是35平方千米，矿井主采煤层是九号煤层，平均厚度是6米，角度平均是5度，矿井的工业储量是22163.7574万吨，可采储量是20570.4万吨，矿井的正常涌水量是118
2、 m3/h，最大涌水量是406 m3/h，矿井绝对瓦斯涌出量28.37m3/min，相对瓦斯涌出量4.47m3/t，因此本矿为低瓦斯矿井。古书院矿设计年生产能力为210万t/a，服务年限为70年。矿井工作制度为“四六”制。矿井的采煤方法主要为长壁综合机械化放顶煤开采。矿井开拓方式为斜井单水平开拓。矿井布置一个工作面生产，一个工作面备用，年生产能力为210万t/a。工作面长度为175 m。运输大巷采用胶带运煤，大巷辅助运输采用采用无轨胶轮车运输材料和矸石。矿井通风方式为中央分列式通风方式，矿井初期采用中央分列式通风，后期同样采用中央分列式通风。专题部分主要介绍的是矿井水害防治技术研究。翻译部分主
3、要介绍的是大采高放顶煤开采技术及其发展前景。关键词：工业储量；工作制度；采煤方法；走向长壁综合机械化放顶煤开采；矿井通风；快速掘进全套CAD图纸，联系 153893706 ABSTRACTThis design book consists of three parts: the general part, the special part and the translation part.The general part is a 210 new design of Gushuyuan colliery. It contains fine chapters: summarize of the
4、mine field geological character, mining field deploitation, the excavating coal method and disposal of laneway in mining area , mine ventilation and safety of the mine.The Gushuyuan colliery lies in Jincheng city of Shanxi province. The total area of the mine is 35 km2. The main exploitation coal se
5、am is 9, the average thickness is in turn 6 m. Its obliquity is 5 degree on average. The industry reserves of the mine field are 22163.7574w tons and the useable reserves are 20570.4w tons. The normal effusing water of mine is 118 m3/h on average. The comparative effusing of gas is 406 m3/h , and it
6、 is a low gassy mine. The design throughput of mine is 2.1million tons per year, and its service life is 70 years. The labor system of the mine is “four-six. The mining method of the mine is fully-mechanized top-coal caving face with longwall in the strike. The deploitation manner is two slopes with
7、 one levels .There is one working face in the mine, and the other is for preparation. The throughput of mine is 2.1 million tons per year. The length of the longwall face is 175 m. Tlexible belt conveyor is used in the coal transportation. The materials and refuse are transported by tramcars tons in
8、 the ancillary transportation. The method of mine ventilation in this shift is central ventilation. In the early period, the central ventilation, at last, the central ventilation is used. The special part mainly introduces The research about mine water hazard prevention and control technology.The tr
9、anslation part mainly introduces Large mining high-caving mining technology and its development prospects.Keywords: industry reserve;vertical shaft development;labor system;mining method;fully-mechanized top-coal caving face with longwall in the strike; speedy drivag.目 录一般部分1 矿区概述及井田地质特征11.1 矿区概述11.
10、1.1 交通位置11.1.2 地形、地貌21.1.3 河流及水体21.1.4 气象及地震21.1.5 矿区经济概况21.1.6 水源及电源31.2 井田地质特征31.2.1 井田地质构造31.2.2 井田地质勘探71.2.3 水文地质101.3煤层特征111.3.1 煤层111.3.2 煤层顶、底版121.3.3 煤的特征131.3.4 瓦斯161.3.5 煤尘及煤的自燃172 井田境界和储量182.1 井田境界及可采储量182.1.1 井田境界182.1.2 可采储量202.1.3 矿井设计生产能力及服务年限232.2 井田开拓252.2.1 井田开拓的基本问题252.2.2 矿井基本巷道3
11、42.2.3 大巷运输设备选择442.2.4 矿井提升473 采煤方法及带区巷道布置523.1 煤层的地质特征523.2 带区巷道布置及生产系统523.2.1 采煤方法及工作面长度的确定523.2.2 带区巷道的联络方式533.2.3 分带煤柱的留设533.2.4 煤层的开采顺序和工作面的接替顺序533.2.5 带区主要生产系统543.2.6 确定带区生产能力和采出率553.2.7 带区主要硐室布置563.3 采煤方法573.3.1 采煤工艺方式573.3.2 回采巷道布置674 矿井通风及安全694.1 矿井通风系统选择694.1.1 矿井通风系统的基本要求694.1.2 矿井达产后，确定矿
12、井通风容易时期和困难时期的开采位置704.1.3 矿井通风方式的确定704.1.4 确定矿井主扇的工作方法744.2 带区通风744.2.1 确定回采工作面通风754.2.2 通风构筑物764.2.3 回采工作面所需风量764.2.4 带区通风系统评价784.3 掘进通风794.3.1 局部通风方法和布置方式794.3.2 风筒材料、规格及接头形式794.3.3 掘进工作面需风量的计算804.3.4 掘进通风设备的选型814.3.5 掘进通风的技术管理和安全措施834.4矿井所需风量854.4.1 确定矿井通风容易时期和困难时期的矿井用风地点854.4.2 矿井通风容易和困难时期的通风网路图及
13、立体图854.4.3 确定矿井所需风量904.4.4 确定矿井通风容易时期和困难时期矿井所需风量914.4.5 确定采区、全矿的风量分配及矿井所需的总风量914.5 矿井通风阻力934.5.1 确定矿井通风容易时期和困难时期的最大阻力路线934.5.2 矿井通风容易时期和困难时期井巷摩擦阻力及通风阻力计算934.5.3 矿井总风阻及总等积孔的计算964.6 矿井主要通风机选型974.6.1 确定风机设计工况点974.6.2 矿井主扇选择的两条原则1004.6.3 电动机的选择1024.6.4 主扇设备装置要求1034.7 矿井反风措施及装置1034.8概算矿井通风费用1044.9 防止特殊灾害
14、的安全措施1064.9.1 井下防尘1064.9.2 瓦斯预防1064.9.3 火灾预防1074.9.4 水灾预防1074.9.5 避灾线路1075 矿井安全技术措施1085.1 矿井安全技术概况1085.2 矿尘防治1105.2.1 矿井粉尘的危害1105.2.2 防尘制度1125.2.3 防尘措施1135.2.4 煤层注水防尘设计115专题：矿井水害防治技术研究1211 基本概念及理论概述1211.1 矿井水灾及其对生产的影响1212 矿井防治水1262.1 地面水防治技术1262.2 井下防治水技术1272.2.1 做好矿井水文观测与水文地质工作1272.2.2 井下探水1282.2.3
15、 疏放排水1332.2.4 截水1363 结论139英文原文142中文译文146参考文献150致 谢1511 矿区概述及井田地质特征1.1 矿区概述1.1.1交通位置古书院矿位于山西省东南部，沁水煤田的东南缘，其地理座标为东经1124834- 1125256，北纬353033353415，行政隶属晋城市管辖。位于晋城市城北。该井田西受白马寺断层控制，北与凤凰山、王台铺井田相接，西南为北岩井田，东西长7公里，南北宽5公里，面积25.418平方公里。井田东部有太原焦作铁路经过。本矿专运线5公里与晋城北站接轨，向南经月山，新乡分别与焦枝，京广线相通。207国道从井田东部经过，与207国道平行的有晋（
16、城）长（治）高速公路，晋（城）阳（城）、晋（城）焦（作）、长（治）邯（郸）高速公路已建成通车，晋（城）济（源）高速公路正在建设中；省级公路四通八达，交通甚为方便（见图11）。图1-1 交通位置图1.1.2地形、地貌井田内地形以构造剥蚀中低山为主。西北高，东南低，最高峰方山海拔1054.8米，一般标高在700800米之间。由方山向东南经向马寺山、大岭头一线为地表分水岭，其东北部为北石店盆地，西南部为钟家庄盆地，地表北部一般为基岩出露，南部为黄土覆盖，地貌属低山丘陵。1.1.3河流及水体晋城市属黄河流域沁河水系。井田内无常年迳流的地表水系，均为季节性河流。雨季流量较大，西南部大气降水经晋城西河、古
17、书院河、晋城东河流入钟家庄盆地，经白水河流经孔庄注入丹河，东北部大气降水汇入刘家川河、司徒河向东于背荫汇流经水东注入丹河。1.1.4气象及地震本区属太行山西侧山间盆地，属暖温带大陆性气候。四季分明，温和宜人，日照充足。秋季多西北风，春夏季多东南风。年最小降雨量296mm，最大降雨量1010mm，平均686.10mm。降雨量集中在7、8、9三个月。蒸发量一般为降雨量的23倍。气温一般较高，日最高温度达38.6，最低气温22.8，平均气温达11。无霜期较长，全年约180天。冻结期为11月至次年2月，最大冻土深度一般为43cm，最大积雪厚度为21cm。风力不大，一般34级，最大6级。历年地震资料及文
18、献记载，晋城地区未发生过5级以上的破坏性地震。外围强震的波及曾对本区造成房屋倒塌，人畜伤亡。据山西省地震局1978年省震字第29号文关于颁发山西省地震基本烈度区划图及说明的通知，将本区划为六度地震烈度区。1.1.5矿区经济概况整个晋城矿区跨越晋城市和阳城、沁水两县，面积为6795km。1985年底统计资料人口为1184000人。本区处于太行山西坡，土质比较肥沃，主要农作物有玉米、谷子、小麦和高梁，由于农田水利基本建设发展较快，亩产水平逐年提高。工业主要有冶炼、化肥、水泥、发电、农机、副食品加工及手工业等。尤其近几年地方小煤矿发展较快，1985年资料统计小煤矿民发展到468处，原煤产量达到970
19、.1万t。1.1.6水源及电源古书院矿现有自备水源井6眼，分别是下平房水源井（3号）、水塔水源井（14号）、西风井水源井（15号）、南风井水源井（26号）、34号家属楼南水源井（28号）、32号家属楼东水源井（1号）。6个水源井全部采用深井潜水泵吸取中奥陶统深层水作为永久水源，日均取水量约为8000m，年提水量约为292万m。古矿现供水情况地面由1号、3号、14号、28号水源井供给，井下用水由15号、26号水源井供给，并于2001年对该矿地面和井下用水进行了互联网。当地面和井下任何一方用水出现紧张时，可由另一方进行补充，从而缓解了用水紧张的状况。根据晋城市水环境监测中心分析测试结果报告单，除西
20、风井总硬度、硫酸根稍高以外，其余测定项目全部符合GB574985生活饮用水标准。各水井情况详见表11。表1-1 古书院矿水源井情况一览表编号水源井位置涌水量（m3/h）近期取水量（m3/h）成井时静水位（m）近期静水位（m）水位升降（m）3下平房90110121.78167.3444.5614水塔60110152.50181.3028.8015西风井6260213.80238.3024.5026南风井7460276.55297.6021.0528东区34号楼南8080168.26178.4110.15132号楼东6060129.00137.048.041.2井田地质特征1.2.1井田地质构造古
21、书院井田内地层受新华夏构造控制，主体走向与构造相一致，倾向北西西，倾角210度，靠近构造线附近地层倾角最大可达30多度，甚至70多度。西部受白马寺逆断层影响而形成自西向东的几个连续的向、背斜，东部以短轴褶曲为主。现将井田内主要构造分述如下：(1) 褶曲1)、二仙掌向斜： 位于白马寺逆断层东侧，轴向NE1222，南起晋普山井田，经北岩井田，进入该区，向北伸入凤凰山井田，全长20000m。西翼陡而狭，倾角526，东翼平缓，倾角5，受白马寺逆断层上升盘牵引成为极不对称的向斜。2）、石城沟背斜：轴向NE1222，南起寨上，经北岩井田东部，进入本井田牛山、石城沟、长条岭西部，全长5000m，两翼倾角57
22、。3）、方山向斜：位于张岭、牛山、老王圪套经杨庄进入凤凰山井田，纵贯古书院、凤凰山两井田，主体走向NE1030，两翼倾角35，全长12000m。4）、大张村背斜：位于井田东部大张村附近，走向近南北，两翼倾角3左右，全长2500m。5）、王谷坨背斜：位于王谷坨村东，走向近东西向，两翼倾角46，全长1500m。6）、七岭向斜：位于大张村背斜东南（红庙岭一带），走向北西转近南北，全长2000m。两翼倾角平缓，34。7）、孙村向斜：位于大张村与孙村之间。主体走向北东约25，两翼倾角5左右，全长2000m，向北延入王台铺井田。（2）地层古书院井田地层出露中常，基岩分布面积约占三分之一，主要分布于井田北部
23、、西北部山梁及沟谷零星地段，新生界覆盖面积约占三分之二，主要分布在井田南部、东部的丘陵、低洼地带及沟谷两侧。奥陶系灰岩为煤系地层之基底。区内地层由老至新分述如下：1）奥陶系中统（O2）仅出露于白马寺逆断层西侧上升盘，断层附近山势陡立，走向NNESSW，出露厚度约150米，其岩性接近顶部多为角砾状灰岩，砾石成分复杂，风化后呈黄色，其下为深灰色，质纯而性脆，并含方解石脉的厚层状灰岩。2）石炭系（C）中统本溪组（C2b）大部出露于白马寺逆断层之东侧下降盘西部边缘。由含铝质较高的红色及灰白色泥岩组成，中夹薄层砂质泥岩、细砂岩。底部为山西式铁矿。本组厚0.7085.5米，平均43.1 米，与下伏奥陶系呈
24、平行不整合接触。上统太原组（C3t）出露于白马寺断层东侧，为井田主要含煤地层之一。由黑深灰色砂质泥岩、灰黑色砂岩、石灰岩和煤层等组成。底部有一层鲕状结构的砂质泥岩，全组厚51.23米116.17米，平均83.70米，与下伏地层呈整合接触。3）二叠系（P）下统山西组（P1s）为本区主要含煤地层之一。井田内出露较多，但均零星不完整。以灰白色砂岩为主，中夹灰色及深灰色泥岩、砂质泥岩及煤层。底部为一层不太稳定的中粒砂岩。本组厚38.02米81.21米，平均54.48米，与下伏地层整合接触。下统下石盒子组（P1x）主要出露在井田内较高的山腰处。由灰色的细中粒砂岩，灰白色的砂质泥岩和泥岩组成。风化后多呈灰
25、绿色或黄绿色，底部为一层厚5米左右的中粗粒长石石英砂岩，为与山西组的分界，俗称骆驼脖子砂岩（k8）。本组厚20.07118.60米，平均53.86米。上统上石盒子组（P2s）主要分布于井田北部的白马寺山、方山、二仙掌等地的较高处。岩性以灰黄色砂质泥岩为主，夹较厚的黄绿、紫红、蓝紫色砂岩和黄色泥岩组成。下部有一层铝土质泥岩或含铝质的砂质泥岩，见铁质浸染，具鲕状结构。风化后鲕粒脱落成小孔，地面易识别，其颜色鲜明，呈桃红色，俗称桃花泥岩。为与下石盒子组分界的辅助标志层。其下为一层不稳定的中粗粒石英砂岩（k10）。井田内钻孔揭露厚度可达197.88米（144孔）。与下伏地层呈整合接触。4）第三系上统（
26、N2）为深红色粘土，含砂量较多，可见褐铁矿黑色斑点，含钙质结核35层，该层脱水晒干后变得坚硬。在井田中部、北部丘陵地带零星出露，厚度08米，与下伏不同时代地层不整合接触。5）第四系（Q）分布范围较广，与地形起伏相一致，厚度由山梁向边坡递增，最厚达49.53米（205孔），沉积物以红土、黄土为主，冲积物为砂砾层。中更新统（Q2）位于黄土之下，多分布于丘陵高地，一般为赤红及紫酱色，可塑性强，腻滑似腊，在红土底部因受水解作用形成大量的钙质结核。本层与上部的黄土分界不甚明显，在颜色上由下而上由深而浅渐变。上更新统（Q3）主要为黄土。多分布于沟谷两侧，构成二级阶地，其厚度变化不一，一般520米，土质致密
27、。全新统（Q4）为砂卵石、砂土堆积的现代冲积层，厚度大小不一，主要分布于现代河谷中的河漫滩。古书院矿原勘探报告利用了标志层、古生物、岩性特征、岩相旋回、煤层的物性特征、煤质特征等一系列手段，认真地进行了岩煤层对比。所以井田内地层划分对比可靠。本井田含煤地层沉积类型和特征与晋东南其他地区大致相同，主要煤层及标识层亦可对比。为了与区域地质资料相一致，修编后报告仍沿用晋东南地区标志层对含煤地层进行划分。与本矿使用的编号有不同之处，现将其对应关系列表如下。见表12。表12 含煤地层沉积类型和特征对应关系表区域资料修编后报告矿方使用K4上石灰岩K4上石灰岩K4石灰岩K4石灰岩K4石灰岩K3石灰岩K3石灰
28、岩K3石灰岩K2石灰岩K2石灰岩K2石灰岩K1石灰岩（3）太原组含煤地层太原组（C 3t）：为井田主要含煤地层之一。由黑深灰色的砂质泥岩、灰黑色砂岩、石灰岩和煤等组成 。属海陆交替相沉积。含煤层、煤线八层，仅9号、15号两层煤可采。全组共含57层海相灰岩，由下而上具有标志意义的由K1-K4四层灰岩，含丰富的蜒、腕足类化石。泥岩、砂质泥岩中都含有丰富的植物化石碎片。底部有一层鲕状结构的砂质泥岩与本溪组相分。全组厚51.23米116.17米，平均83.70米，与下伏地层呈整合接触。K1灰岩:位于太原组中部，是9号煤层的底板，全区稳定，厚7.5411.38米，一般9米左右，深灰色，致密坚硬，顶部含似
29、层状燧石条带为其特征，中部含泥质，裂隙中充填有方解石细脉。含有丰富的动物化石。厚度大且稳定，是岩、煤层对比的主要标志层之一。K2灰岩:位于K1上部约6米，厚1.803.84米，一般厚3米，呈深灰色，性脆质硬，含少量燧石结核。裂隙被方解石充填，产动物化石。K3灰岩：位于太原组中上部，K3灰岩上距K4约17米，下距9号煤层仅隔一层薄煤和一层7米左右的泥岩，一般厚1米左右，最厚达2.8米，呈灰色，致密坚硬，含少量燧石结核。有时相变为钙质泥岩、砂岩。含丰富的动物化石。K4灰岩：区内多数钻孔见到，不太稳定，有时相砂岩或砂质泥岩等。上距3号煤层813米，厚0.50米左右。当山西组与太原组分界标志层不稳定时
30、，可作为划分地层的辅助标志层。（4）山西组含煤地层山西组（P1s）：为井田主要含煤地层之一，以灰白色砂岩为主，中夹灰色及深灰色泥岩、砂质泥岩及煤层。为陆相含煤沉积，砂岩多为中细粒砂岩，石英含量高。砂质泥岩与泥岩层理发育，含植物化石。底部一层不同稳定的中粒砂岩与太原组相分。本组共含煤层、煤线35层，仅3号煤稳定可采，平均厚1.55米。全组地层厚38.0281.21米，一般54.48米左右。（5）断层古书院井田内地表少见，井下揭露多为3号煤层中的层间错东正断层，较大的有：白马寺断层：为井田西北部的边界，出露不全，且无勘探工程控制，走向N1525E，倾角70，落差40m。三带区地堑：由两条平行的正断
31、层组成，呈NEE向延伸，全长2000m， 宽250450m，落差2.314.5m，倾角4549，局部34。一带区正断层：西起301采面东北端，经后期回风巷，付井大巷，斜贯一带区中部，走向近东西向，倾向北，延伸长度700余米，倾角7080，落差0.843.7米，中间大，两端小。1.2.2井田地质勘探该区的地质研究，自30年代开始就有许多地质老前辈开始，勘探工作自56年由华北煤田地质勘探局普查一分队提交有白马寺区普查报告，而古书院井田内只有4个普查孔，进尺549.58米。精查勘探是华北煤田地质局152队于1957年完成。在原普查报告的基础上，增加钻探及野外调查工作量，直接进入精查，于同年12月提交
32、有白马寺一区精查地质报告，并经国家储委165号决议批准作为煤矿设计的依据，精查阶段，古书院井田内共施工钻孔53个，总进尺5281.39米。古书院矿自1958年7月开始建设，在建设过程中，煤层底板起伏变化较大，原勘探程度不足，由114队对该区进行了精查补充勘探，共施工44个钻孔，进尺4421.48米，其中潞安地质队大巷检查孔9个，进尺866.36米。并提交有生产补充勘探报告。在矿井生产阶段，到86年底，由原晋城矿务局勘探队先后施工43个生产补孔和6个永久水源井，其进尺11416.24米。1987年，由原晋城矿务局组成较强的技术力量，将古书院建矿以来大量的地质资料，进行了一次较全面系统的分析整理，
33、共收集16000多个数据，重编26钟图，汇编七大类表格，绘制195个钻孔柱状图。用一年多的时间，于1988年1月编制成古书院矿井生产地质报告（修改补充）。该报告于1988年12月9日经山西煤炭工业管理局煤矿生产地质报告评审组评审通过。1988年1990年，由114队对古书院矿下组煤进行了补充勘探，共施工钻孔23个，进尺6217.81米，并提交了古书院矿下组煤补充勘探地质报告截止2002年底，古书院井田内共施工173个钻孔，总进尺27886.50米。本次修改地质报告，共利用井田内钻孔168个。补22、补23为废孔未利用。补42与古补72孔位重合也未利用。另外在井田外还利用了27个钻孔。所有这些钻
34、孔，经多年的开采实践证实，其准确率达到98以上，可为生产报告利用。井田内北部边界附近、西部边界附近以及南部边界附近属B级储量，断层附近属C级储量，其他区域为A级储量。高级储量占99.6%，符合煤炭工业设计规范要求。煤层最小可采厚度为0.8米。9号煤层最小可采厚度为2.81米，最大可采厚度为9.19米，平均6.0米。图1-2 煤层综合柱状图1.2.3水文地质晋城矿区位于沁水煤田向斜的东南翼，三面环山，东为太行山，南为晋普山、西为五门山。晋普山与五门山为地表分水岭，将丹河与沁河两大水系分开。东归丹河水系，西归沁河水系。丹河是沁河的最大支流，发源于高平县越庄北丹株岭，流经高平、晋城，在河南省沁阳县北
35、金村汇入沁河。河道总长120km，流域面积3620km，上游修建水库百余座，其中任庄水库最大，控制流域面积1240 km，总库容量8400万m，沿途出露有小会泉、白洋泉、郭壁泉、三姑泉等地下水露头。西部沁河发源于沁源北端山东泉岭，流经沁源、安泽、沁水、阳城、晋城等地，在河南省武陟县南注入黄河，沿河有马山泉、赵良泉、黑水泉等地下水出露。晋城矿区的东、南部广泛出露奥陶系灰岩，大气降水沿裂隙岩溶垂直渗漏，成为矿区地下水的主要补给途径，高平县北部有近EW向的背斜构造，为地下分水岭，形成南北两个水文地质单元，北为辛安泉域，南部受晋长断裂带的影响，又形成东西两个次级水文地质单元，西为马山泉域，东为三姑泉域
36、即晋城矿区所在泉域。晋城储水构造东侧给水边界，以太行山背斜轴为限，地下水汇集的总方向为岩层倾向即北西西向，西侧以晋长断裂带白马寺压性断层控制，由于西盘上升，使东盘奥灰易溶岩受到封闭，成为储水构造的西边隔水边界。根据地下水动态分析得知，本区水文地质单元中高平为补给区，晋城为经流区，郭壁为排泄区。古书院井田位于晋城矿区的东南部，区内由方山东南经白马寺大岭头之连线为地表分水岭，在其北部为北石店盆地，东南部为钟家庄盆地。（1）含水层1）主要含水层（组）按含水层含水性质，可分孔隙水、裂隙岩溶水、岩溶水三大类。孔隙水：主要分布在盆地及河谷地带。藏在卵石层、砂砾层、砂土、亚砂土等新生界松散沉积物中，渗透性强
37、，村民用水多取自此层。含水层厚2.7015.00米，水位深2.0013.00米。近年来，因矿山采动漏失及工农业用水量增加，水位逐年下降，涌水量也减少，部分已遭破坏，此层水主要由大气降水补给，水质属重碳酸、硫酸型钙镁水。裂隙岩溶水：主要指石炭二叠系含煤地层中的砂岩、灰岩裂隙接受大气降水垂直补给后溶蚀碳酸盐岩而扩大容水范围，成溶洞存水，仍属重碳酸、硫酸型钙镁水。煤层下部水质有时为硫酸、重碳酸型钙镁水，矿化度略有升高，此含水层富水程度不一，盆地及河谷附近富水性强。主要含水层为K3灰岩层。埋深1543米，富水性有上强下弱的规律，近年来，由于大量开采，水位有逐年下降趋势。岩溶水：主要指奥灰岩溶水。从钻孔
38、水位及泉水标高看，本区地下水位有由南向北增高之规律。含水层发育在上下马家沟底部。地下水区域流向自北向南，该井田内水位标高在500520米。该岩溶水补给范围广。在补给区接受大气降水后，对该区以侧向补给为主，水量充沛，沿岩溶层向南迳流，最终于郭壁泉及三姑泉一带排泄。据1987年229队对“晋城生产矿区水资源评价”报告：该层水饱和钙差大于零，为一相对缓滞流区，水质较好属微硬中性或弱碱性水，矿化度小于1克/升，适于工农业及生活用水、永久水源井。上述各含水层间，第三系粘土、本溪组之铝土泥岩与各时代地层的泥岩、砂质泥岩、粘土和亚粘土，当无裂隙和孔隙时，均为良好的隔水层。1.2.4其它有益矿物本溪组有铝土岩
39、，其下部有山西式铁矿。铝土岩可烧制陶瓷及耐火材料，铁矿石是地方小高炉及冶炼厂的主要原料。煤中风氧化带内的腐植酸可加工肥料及提取药物。石灰岩可供制造水泥，烧制石灰。煤矸石及石盒子组的砂岩可用作建筑材料。另外，煤层中还伴生有稀散元素锗、镓等，但其品位不高。15号煤层中的黄铁矿可提炼硫磺和黑矾。1.3煤层特征1.3.1煤层古书院井田含煤地层属石炭二叠纪。煤系地层总厚123.68142.04米。一般厚132.24米。共含煤10余层，煤层总厚1315米，含煤系数约10。其中石炭系太原组含煤八层，仅9号煤、15号煤二层稳定可采，二叠系山西组含煤五层，仅3号煤层稳定可采。煤层特征见表13。表13 可采煤层特
40、征表煤层号煤层厚度（m）最小最大一般夹石层数最少最多一般层间距（m）最小最大一般稳定程度及可采情况31.20 1.921.5502135.64-45.540.6稳定可采92.81 9.196.0051 2稳定可采15.10-22.0418.57150.743.662.20512较稳定可采（1）、3号煤层：位于山西组下部。下距K4灰岩9.61米左右，距9号煤层40.6米左右。煤层厚1.201.92米，平均1.55米左右，夹石12层，最多可达5层，多见于中下部，煤层厚度变化不大，全区稳定可采（见表14）。到目前为止，3号煤层已将近采完。其伪顶为黑色泥岩或炭质泥岩，直接顶板多为灰黑色的砂质泥岩或粉砂
41、岩，老顶多为灰色厚层状砂岩，底板一般为灰黑色粉砂岩或炭质泥岩。（2）、9号煤层：是主要可采煤层之一，位于太原组中部的K1与K2灰岩之间。下距15号煤层18.57米左右。煤层厚2.819.19米，平均6.0米，厚度变化较大。煤层顶板为K2灰岩，厚1.5米左右，底板为石灰岩，结构简单，全区稳定可采。（3）、15号煤层：位于太原组下部，煤厚0.743.66米，平均2.2米，厚度无明显变化规律，夹石12层，最多达5层，夹石厚度一般在0.5米以下。其直接顶板为砂岩，厚度6.92米左右。底板以黑灰色炭质泥岩、铝土质泥岩为主。全区大部可采，属较稳定煤层。表14 可采煤层稳定程度定量统计表煤层号煤层厚（m）最
42、小最大平均可采性指数标准差变异系数厚度分级稳定性31.201.921.551000.190.13中厚稳定92.819.196.01000.900.15厚稳定150.743.662.2970.730.37中厚较稳定（4）、煤层对比本区3号煤层位于山西组，属陆相沉积，9号、15号煤层位于太原组，属海陆交互相含煤沉积，各煤层厚度、层位、层间距稳定，煤质、物性、顶底板特征明显，对比依据充分，因此，本矿区内煤层对比十分可靠。1.3.2 煤层顶、底版（1）、3号煤层：从钻孔和生产揭露资料看，3号煤层普遍沉积有伪顶、直接顶和老顶。伪顶岩性为黑色泥岩或炭质泥岩，厚度0.100.20m。结构疏松，易碎，强度低，
43、不易支护，随采掘脱落。直接顶板多为黑色及灰色的砂质泥岩或粉砂岩，层理发育，致密坚硬，节理裂隙较发育，平均厚度2.70m。老顶岩性为灰白色中粒或细粒砂岩，平均厚度7.70m，致密坚硬，层理发育，节理裂隙较发育，呈半张开状，有方解石充填，老顶来压后可自行塌落。煤层上覆岩性，从伪顶、直接顶到老顶为软弱较硬坚硬型，再向上是软弱坚硬相间的平行复合结构。3号煤层直接底板为泥岩，厚度约1.00m，其下为砂质泥岩，厚约8.6米左右，开采中受压后，有时发生底鼓现象。（2）、9号煤层：9号煤层顶板岩性以K2石灰岩为主，有时为砂质泥岩，K2石灰岩厚约1.5 m左右，致密坚硬，较稳定，节理裂隙发育，有方解石充填。单向
44、抗压强度33.569.3Mpa，平均48.5Mpa；单向抗拉强度3.705.87 Mpa，平均4.44 Mpa，抗剪强度平均7.83 Mpa，老顶为砂质泥岩，厚约4.36m，节理裂隙发育，较硬。煤层上覆岩性，从直接顶到老顶属坚硬较坚硬型，再向上是硬较硬相间的平行复合结构。9号煤层直接底板为K1石灰岩，约1.00m,其下为黑灰色砂质泥岩（含高岭土），平均厚度10.65 m，强度低，稳定性差，单向抗压强度12.916.2Mpa，平均16.7Mpa；单向抗拉强度0.440.85 Mpa，平均0.66 Mpa，抗剪强度2.083.39Mpa,平均2.91 Mpa，膨胀率为1.763.64，平均2.91
45、，这种岩性遇水易膨胀和泥化，从而降低了底板的稳定性，属软弱坚硬型。（3）、15号煤层15号煤层直接顶板为砂岩，厚5.548.3m，平均6.92 m左右，深灰色，致密坚硬，顶部含似层状燧石条带，全区稳定，据相邻矿井（王台铺矿）测试，其单向抗压强度平均47.0Mpa左右；单向抗拉强度平均为4 Mpa左右，抗剪强度平均为3.70Mpa，属坚硬型顶板。老顶为砂质泥岩，深灰色，厚约10.65m。直接底板为砂质泥岩，平均厚度约12.75m，其下部为砂岩，平均厚度约为14.75m，再其下部为本溪组的铝土泥岩，厚约26.95 m，属软弱型。据相邻矿井（王台铺矿）测试，铝土泥岩单向抗压强度为11.4Mpa；单向抗拉强度为0.76 Mpa，抗剪强度为2.49 Mpa，膨胀率为0.63。这种岩层吸水性强，从而降低了底板的稳定性。1.3.3煤的特征（1）煤的物理性质3号煤层为黑灰色，金属光泽，贝壳状断口，致密坚硬，均一条带状结构，由亮煤和镜煤组成，宏观煤岩类型为光亮型。9号煤层为灰黑色，玻璃光泽，致密，性脆，由暗煤和亮煤组成，条带状结构，阶梯状断口，可见黄铁矿结核或呈星散状赋存于煤中。宏观煤岩类型为半光亮型。15号煤层为黑色，油脂光泽，以暗煤为主，夹镜煤条带，平坦状断口，条带状结构，块状结构，煤中富含黄铁矿结核，宏观煤岩类型为半暗淡型。（2）煤
