【導(dǎo)讀】中國礦業(yè)大學(xué)2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）第1頁

　　

【正文】 積于二迭系下統(tǒng)的大苗莊組，基本上屬陸相沉積，由于沉積環(huán)境的復(fù)雜多變，對煤層厚度、結(jié)構(gòu)及其頂?shù)装寰a(chǎn)生一定的影響，并往往伴隨不同程度的河流沖刷。范各莊煤礦煤層特征表見表 11 中國礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 5 頁 表 11 范各莊煤礦煤層特征表 煤層 厚度、 傾角、結(jié)構(gòu)、間距 煤層名稱 煤厚 m 傾角 176。 結(jié)構(gòu) 層間距 m kM r 穩(wěn)定性 7 平均 4． 2 13 簡單 結(jié)構(gòu) 較穩(wěn)定 最小 最大 619 8 平均 2． 0 12 簡單 結(jié)構(gòu) 2． 8 較穩(wěn)定 最小 最大 518 11 平均 4． 94 13 簡單 結(jié)構(gòu) 10． 55 較穩(wěn)定 最小 最大 4． 75． 3 917 12 平均 8 簡單 結(jié)構(gòu) 15． 0 較穩(wěn)定 最小 最大 617 可采煤層特征 井 田內(nèi)兩層可采煤層及三層局部可采煤層結(jié)構(gòu)、 厚度及一般特征描述如下，井田內(nèi)主要煤層頂?shù)装遒x存情況表見表 13。 1） 5 號 煤層 5 號 煤層為簡單結(jié)構(gòu)煤層，煤層厚度 0～ 米，平均 米，厚度變化尚有規(guī)律，西北薄，東南厚。在北翼塔坨向斜區(qū)除一水平北一采區(qū)局部可采外，其余均不可采。在中部單斜區(qū)二水平的南二采區(qū)局部、三四水平南二石門以北 J2呂 3呂 1 831 等孔控制的范圍均為大面積不可采薄煤，煤層頂板多直接為砂巖， 屬成煤建造期內(nèi)沖刷造成的。另外，在一、二水平的南二采區(qū)和二水平的南三采區(qū)存在著內(nèi)生河流 沖刷，并沖蝕部分煤層。畢各莊向斜區(qū)除在南 8 剖面以南受大型斷裂構(gòu)造影響外，其余均在可采范圍，為較穩(wěn)定煤層。 煤巖類型以光亮型煤為主，間夾半亮型煤。內(nèi)生節(jié)理發(fā)育，性脆。煤的硬度 f=～ ，容重 。 2） 7 號 煤層 7 號 煤層為復(fù)雜結(jié)構(gòu)厚煤層。煤厚 ～ 米。煤層中夾有 2～ 3 層炭質(zhì)成分含量很高的粉砂巖夾矸（俗稱老碴），中間一層厚度較大，約 米，廣泛發(fā)育、比較穩(wěn)定。煤層厚度由北往南逐漸變薄。在畢區(qū)Ｓ 7 剖面以南煤厚多在 米以下，且受到Ｆ 4～Ｆ 12 大型斷裂構(gòu)造帶的影響。 煤巖類型以半亮型和半 暗淡型煤為主，中間夾 1～ 2 層暗淡型煤，底部為光亮型煤。煤層中節(jié)理裂隙發(fā)育，棱角狀斷口。煤的硬度 f=～ ，容重 。 7 號 煤與下部 8 號 煤層間距變化較大，間距 0～ 15 米。在井口區(qū) 8 號 煤層合群，往南間距逐漸增大，在井田北翼 8 號 煤層間距為 ～ 米。 3） 8 煤層 中國礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 6 頁 8 號 煤層為簡單結(jié)構(gòu)中厚煤層，南四石門以北煤層厚度 ～ 米，平均 米，煤層頂部為厚 ～ 米的劣質(zhì)煤。南三～南四石門之間局部受古河流沖刷，煤層厚度變化較大，出現(xiàn)小范圍無煤區(qū)。南四石門至整個畢各莊區(qū)域，除局部有 煤呈孤島狀賦存外，其余全部為無煤區(qū)。受河流強烈沖刷， 8 號 煤及頂?shù)装鍖游蝗看院[粗砂巖。孤島狀的煤層因無法形成生產(chǎn)系統(tǒng)而不能開采。 煤巖類型以光亮型和半光亮型為主，中間夾有透鏡狀的半暗淡型煤，煤層內(nèi)生節(jié)理發(fā)育。煤的硬度 f＝ ～ ，容重 。與下伏 9 號 煤層間距為 ～ 米，平均 米。 4） 9 號 煤層 9 號 煤層為復(fù)雜結(jié)構(gòu)的中厚煤層。煤層厚度 ～ 米，平均 米。含有 1～ 2層泥巖、粉砂巖夾石。夾石分布廣泛，變化較大，由北往南逐漸增厚，由 米至 米，在南二至南三石 門，由于夾石厚達 米，將煤層分為兩層。 9 號 煤層厚度的變化較大，多是由于煤層底板起伏變化較大和煤層頂板小型斷層比較發(fā)育造成。 煤巖類型以光亮型為主，下層以半亮型為主，界線明顯。內(nèi)生節(jié)理發(fā)育，玻璃光澤。煤的硬度 f=～ ，容重 。與下伏 11 煤層間距 ～ 米，平均 米。 5） 11 號 煤層 11 號 煤層為單一結(jié)構(gòu)厚煤層。煤厚 ～ 米，平均 米。 煤巖類型以光亮型為主，夾有薄層半光亮型煤。內(nèi)生節(jié)理發(fā)育，貝殼狀斷口，油脂光澤。 煤的硬度 f= ，容重 。與下伏 12 煤的 層間距為 ～ 米，平均 15 米。層間距由北往南逐漸增大。 6） 12 號 煤層 12 號 煤層為厚煤層，煤層厚度 ～ 米，平均 米。中上部含有 2～ 3 層黃鐵礦結(jié)核層，呈細條帶或串珠狀分布，比較穩(wěn)定，煤層中部一層結(jié)核厚度可達 米。距底板約 米，普遍含有一層 ～ 米厚的松軟泥巖夾石。煤層厚度由北往南逐漸增厚。 煤巖類型以光亮型和半光亮型為主。內(nèi)生節(jié)理發(fā)育，玻璃光澤，貝殼狀斷口。煤的硬度 f=～ ，容重 。與下伏 12 號 半煤的層間距為 35 米。 7） 12 號 半煤層 12 號 半 煤層為井田內(nèi)局部可采煤層。由北至南二道半石門范圍內(nèi)，由于基底的不均衡沉降逐漸分離，煤厚 ～ 米，平均 米，為單一結(jié)構(gòu)煤層。由于基底起伏變化造成煤層厚度變化較大，局部呈現(xiàn)底鼓，給回采造成很大困難。煤巖類型為半光亮型和半暗淡型。容重 。 煤層圍巖性質(zhì) 表 12 井田內(nèi)主要煤層頂?shù)装遒x存情況表 煤層 頂?shù)装? 巖性 厚度 特征及賦存情況 5 煤 偽頂 粉砂巖 0～ 巖石破碎，夾多層煤線，南三剖面以南出現(xiàn)煤線 直接頂 粉砂巖 水平層理，層理面附大量植物化石，富含 泥質(zhì)結(jié)核，成細層狀或串珠狀分布。 老頂 砂巖 硅質(zhì)膠結(jié)，局部含鈣質(zhì)。 直接 粉砂 ～ 含大量植物根化石。 中國礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 7 頁 底 巖 老底 細砂巖 ～ 水平層理，分布穩(wěn)定。 7 煤 偽頂 泥巖 ～ 一般在 米以下，巖性破碎，局部增厚可達 米，相變?yōu)榉凵皫r或細砂巖。中夾一層煤線，頂部一層煤線與直接頂相隔。 直接頂 粉砂巖 ～ 水平層理，含植物化石。井田中部厚度增大至 6～ 8米，北翼及深部局部被沖蝕掉。 老頂 中砂巖 ～ 硅質(zhì)膠結(jié)，堅硬。北 翼及深部局部直接沉積于煤層 上。 直接底 粉砂巖 ～ 南一石門以北厚度小于 米，松軟破碎，含大量植物根化石，同時 8 煤層頂板，北翼局部缺失，直接為 8 煤層，即 8 煤層合群。南二石門以南逐漸增厚。 老底 細砂巖 0～ 層狀結(jié)構(gòu)，南二石門以南逐漸增厚。 8 煤 偽頂 粉砂巖 ～ 松軟破碎，節(jié)理發(fā)育，頂部發(fā)育煤線與直接頂相隔， 南一石門以南逐漸出現(xiàn)，北部既為 7 煤層底板。 直接頂 粉砂巖 深灰色，由南一石門往南逐漸發(fā)育并增厚。南二道半石門以北分布不穩(wěn)定。 老頂 砂巖 0～ 層狀層理，自南二石門以南出現(xiàn)并逐漸增厚。 直接底 粉砂巖 ～ 含大量根化石，普遍發(fā)育。 老底 細砂巖 硅質(zhì)膠結(jié)，呈塊狀結(jié)構(gòu)，堅硬，普遍發(fā)育。 9 煤 偽頂 無偽頂。 直接頂 粉砂巖 含炭質(zhì)成分及菱鐵礦結(jié)核，小斷層、節(jié)理十分發(fā)育，比較破碎。北三石門以北相變?yōu)榧毶皫r。 老頂 細砂巖 水平層理，層理面附炭質(zhì)薄膜，分布穩(wěn)定。 直接底 粉砂巖 局部缺失。頂部含大量植物根化石。井田中部較厚。 老底 細砂巖 硅質(zhì)膠結(jié)，堅硬 ，局部相變?yōu)榉凵皫r。 11 煤 偽頂 無偽頂。 直接頂 粉砂巖 水平層理含大量泥質(zhì)結(jié)核，順層分布，巖石致密。南四采區(qū)局部相變?yōu)楦噘|(zhì)泥巖。 老頂 細砂巖 即為 9 煤層老底。 直接底 泥巖 褐灰色，含雜亂根化石，松軟。 老底 細砂巖 粘土質(zhì)膠結(jié)，松軟，遇水風(fēng)化膨脹，極易底鼓。 12 煤 偽頂 無偽頂。 直接頂 泥巖 ～ 炭質(zhì)含量很高，呈腐泥質(zhì)泥巖，褐色條痕，分布比較穩(wěn)定，與老頂之間存在明顯層見滑動。南四以南炭中國礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 8 頁 質(zhì)成分逐漸減少成致密泥巖。 老 頂 粉砂巖 致密，塊狀結(jié)構(gòu)。含結(jié)核，順層呈串珠狀分布。 直接底 粉砂巖 ～ 南二石門以北較薄，松軟含化石。南二至南五較厚，巖石完整，為灰色塊狀結(jié)構(gòu)。下為 12半煤層。南五石門以南 12 煤與 12 半煤基本合群。 12 半 煤 偽頂 無偽頂。 直接頂 12 煤層直接底板。 直接頂 粉砂巖 灰色，含大量結(jié)核，頂部含大量根化石。 老底 砂巖 為巨厚砂巖。 煤的特征 煤質(zhì) 井田內(nèi)各主要可采煤層的煤種均為結(jié)焦性良好的 1 號、 2 號肥煤和氣肥煤。煤質(zhì)受沉積環(huán)境的 影響，各煤層變化較大，賦存于趙各莊組的 12 號 煤，煤質(zhì)較好，灰分低，發(fā)熱量高 ,個別工作面的生產(chǎn)灰分則達到了 40％～ 50％以上。造成原煤生產(chǎn)灰分增加的主要原因： 一是生產(chǎn)管理過程中的產(chǎn)品質(zhì)量意識差，產(chǎn)煤中人為混入大量矸石； 二是由于個別煤層特殊的賦存條件，形成的大量矸石混入煤中； 三是煤層不能合理配采， 7 號 煤、 8 號 煤為等高灰分煤層，造成全礦井原煤生產(chǎn)灰分增高，發(fā)熱量降低。煤質(zhì)主要特征及煤質(zhì)情況，見表 13，表 14 表 13 煤質(zhì)主要特征 項目 煤層 灰分（％） 硫分（％） 揮發(fā)分（ %） 發(fā)熱量（卡 /克） 灰 熔 融性 牌號 7 煤層 ～ ～ ～ 5520~7650 2 號肥煤為主，局部肥煤和氣肥煤 6060 11 煤層 ～ ～ ～ 5450~7180 1270～ 1500 2 號肥煤為主，局部肥焦煤 6954 12 煤層 ～ ～ ～ 5200~7572 1110～ 1500 2 號肥煤為主，局 部氣肥煤 7137 表 14 煤質(zhì)情況 物理特性 煤 層 光 澤 硬 度 容 重 煤巖類型 7 絲絹 ～ 光亮和半光亮 8 玻璃 ～ 光亮和半光亮 11 玻璃 ～ 光亮和半光亮 中國礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 9 頁 12 玻璃 ～ 光亮和半光亮 原煤 工業(yè)指標(biāo) 煤 層 A V S Q 工業(yè)牌號 7 6060 2 號肥煤 8 6345 2 號肥煤 11 6954 2 號肥煤 12 7137 2 號肥煤 瓦斯 賦存于煤層中的瓦斯是煤礦生產(chǎn)中的重大自然災(zāi)害之一，是隨著煤化作用產(chǎn)生的有害氣體。 煤層中的瓦斯含量一般受下述因素控制：煤的變質(zhì)程度、圍巖條件、地質(zhì)構(gòu)造、埋藏深度以及地下水活動等。 范各莊井田屬于低瓦斯礦井，根據(jù)范各莊礦 2020 年度礦井瓦斯等級鑒定等級報告，礦井瓦斯相對涌出量 m3/t，礦井的瓦斯等級鑒定為低瓦斯礦井。 CH CO2 的涌出量隨著礦井的逐步延深，二水平的 CH CO2 涌出量有逐漸增加的趨勢。從瓦斯成分上看， CH4 百分比含量值升高，即將接近瓦斯風(fēng)化帶下限。三水平南一石門揭露 12 煤層，瓦斯?jié)舛冗_到 10％以上。 煤塵 煤塵是在煤礦生產(chǎn)過程中，煤破碎后形成的粉末狀塵埃。煤塵除引起煤肺病，影響人的健康外，其主要危害在于懸浮于空氣中的煤塵，在一定條件下可引起燃燒或爆炸，造成巨大的井下事故。 范各莊井田具有發(fā)生煤塵爆炸的潛在危險，煤塵爆炸指數(shù)為 － 46％，隨著開采深度的增加，煤塵的爆炸性逐漸增強，最高值可達 ％。 煤層自然發(fā)火 殘留在采空區(qū)的碎煤和煤柱，存放在地面的煤堆，以及接近露頭的煤層，由于與空氣接觸而氧化生熱，在散熱條件下不暢的情況下，氧化生成的熱量大于向四周逸散的熱量，致使煤的溫度逐漸升高，一旦達到煤的燃點時，會發(fā)生煤自燃。 范各莊井田具有有自然發(fā)火煤層 12 號 煤層，發(fā)火期一般在 8－ 12 月之間。 12 號 煤層的自然發(fā)火期定為 11 個月，礦井發(fā)火等級定為四級。 另外，通過對各煤層的煤層組分及引發(fā)煤體自燃的黃鐵礦含量進行分析發(fā)現(xiàn)，煤層的自燃多發(fā)生在 12 號 煤層，主要有以下兩方面的原因： (１ )、煤巖組 分：煤巖組分的類別、含量和相互關(guān)系，是影響煤自燃傾向性的基本因素。不同煤巖組分的吸氧量，氧化速度和燃點明顯不同。如果按絲炭、鏡煤、亮煤、暗煤的排列順序，則吸氧量和氧化速度依次降低，燃點順序升高，自燃傾向性逐步減弱。 (２ )、煤中黃鐵礦含量：煤中黃鐵礦含量是影響煤自燃的重要因素。這是因為有水和氧同時參加的條件下，黃鐵礦發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成硫酸，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，可使煤層溫度升高。 同時，由于黃鐵礦轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩岫鴱拿簩又邢?，以及硫酸對煤物質(zhì)的溶蝕作用，致使煤結(jié)構(gòu)變得疏松，促進了煤的氧化進程，從而最終導(dǎo)致煤體自燃。中國礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)