何家塔煤矿上行开采研究.pdf

西安科技大学 硕士学位论文 何家塔煤矿上行开采研究 姓名张建忠 申请学位级别硕士 专业采矿工程 指导教师张恩强 2011 论文题目何家塔煤矿上行开采研究 专业采矿工程 硕 士 生张建忠（签名） 指导教师张恩强（签名） 摘要 煤层群层间、厚煤层分层间，一般采用下行式开采，但在一些特殊情况下采用上行 开采式开采则可能会收到更好的效果。 何家塔煤矿有三层可采煤层， 从上到下依次为 3-1 煤、4-2煤和 5-2煤，其中 3-1煤和 4-2煤属薄煤层，5-2煤为厚煤层。如果采用传统的下行 开采，即按 3-1煤→4-2煤→5-2煤顺序开采，初期开采为薄煤层，产量低、效率低、效益 差。相反，如果采用上行开采，即先开采 5-2煤、再开采 3-1煤、4-2煤，初期产量大、效 率高、效益好，有利于矿井的发展。本文就何家塔煤矿上行开采的可行性进行了研究。 通过相似模拟实验研究，5-2煤开采后出现三带，冒落带高度为 18m，裂隙带高度 54m，4-2煤处在 5-2煤开采后的弯曲下沉带内，受 5-2煤的采动影响较小。通过数值模拟 研究，5-2煤开采后在 4-2煤底板处应力和位移变化不大，最大应力为 0.25MPa 小于底板 岩层的抗拉强度 2MPa； 工作面沿垂直方向最大下沉值 0.09m； 塑性区没有演化到 4-2煤 。 5-2煤的开采不影响上部 4-2、3-1煤的正常开采，上行开采可行。理论分析得出，冒落带 高度为 11.26m，裂隙带高度 55m，上行开采必要的围岩平衡高度为 42.5m，而 4-2煤与 5-2煤之间最小层间距为 93.7m，说明 5-2煤开采后 4-2煤位于平衡岩层之上，上行开采可 行。综合以上分析得到 5-2煤开采对上部的 4-2、3-1煤影响不大，得出在何家塔煤矿采用 上行开采是可行的。为解决类似问题的上行开采提供了参考依据和借鉴。 本次上行开采的尝试，不仅丰富了上行开采的理论和实践，同时对于提高何家塔煤 矿的煤炭资源回收率有重要的实际价值和现实意义。 关 键 词煤层群；上行开采；相似模拟；可行性研究 研究类型应用研究 SubjectSubjectSubject Subject StudyStudyStudy Study ononon on AscendingAscendingAscending Ascending MiningMiningMining Mining ininin in thethethe the MineMineMine Mine ofofof of H H H H ejiataejiataejiata ejiata SpecialtySpecialtySpecialty Specialty MiningMiningMining Mining EngineeringEngineeringEngineering Engineering NameNameName Name ZhangZhangZhang Zhang JianzhongJianzhongJianzhong Jianzhong （（SignatureSignatureSignature Signature ）） InstructorInstructorInstructor Instructor ZhangZhangZhang Zhang EnqiangEnqiangEnqiang Enqiang （（SignatureSignatureSignature Signature ）） ABSTRACTABSTRACTABSTRACT ABSTRACT In the group layers of coal seams and the layering thick coal seam, we generally use the descending coal mining in every coal seam, however, in some special cases adopt ascend mining may receive better results. Hejita coal mine has a three-tier of minable coal seam, the layer are 3-1,4-2,5-2from top to bottom, among them, the coal-tier of 3-1, 4-2are thin coal seam and the 5-2coal is thick coal seam. If adopt the traditional production of descending coal mining, coal is by 3-1→4-2→5-2coal mining coal sequence, the initial exploitation of the thin coal seams, low output, low efficiency and poor benefit. Conversely, if adopt the ascend mining. first coal mining 5-2, then mining 3-1coal ,4-2coal , initial yield large output, high efficiency and rich benefit, conducive to the development of mine. In this paper, study ascend mining feasibility of Hejita coal mine. Through the simulation experiment research,after 5-2coal mined appear three zones,that height of the caving zone is 18m,Highly fractured zone is 54m, 4-2coal is in the curve subsidence zone after 5-2coal mined,show that 5-2coal mining have little influence 4-2coal. Through numerical simulation research, 5-2after the coal mining in 4-2coal floor place stress and displacement, the maximum stress little change for 0.25MPa less than floor rock tensile strength 2Mpa; along the vertical direction mining maximum lowering value 0.09m; the plastic zone is not evolution to 4-2coal. 5-2coal mining does not affect the upper 4-2, 3-1the normal mining ,conclude that ascending mining feasible. the conclusion of that height of the caving zone is 11.26m,highly fractured zone is 55m,and ascending mining necessary Surrounding balance height is 42.5m, while the minimum space is 93.7 m between 4-2coal and 5-2coal above surrounding balance,conclude that ascend mining is feasible. The above analysis conclude that the coal-tier 5-2have little effect to its upper coal-tier 3-1and 4-2coal, and conclude that the ascend mining is feasible in the Hejita coal mine.The research provided a reference for ascend mining and opened up a new way for resolving the similar issues. The attempts of the ascend mining, its not only enriches the theory and practice of ascend mining, while have important practical value and practical significance for improving the resource recovery rate in Hejiata coal mines. KeywordsKeywordsKeywords Keywords Coal SeamsAscend MiningResemble SimulationFeasibility Study ThesisThesisThesis Thesis Applying Research 1 绪论 1 1 绪论 1.1 研究的背景 合理的煤层群层间，厚煤层分层间开采顺序应该是在考虑各煤层采动影响关系的前 提下，保证开采水平、采区、采煤工作面的正常接续，保证矿井持续稳产高产；便于防 治灾害，保证生产安全可靠；最大限度提高煤炭资源回收率；减少巷道掘进及维护工作 量；合理集中生产，充分发挥设备能力；提高技术经济效益。由于先采上部煤层后采下 部煤层，上部层煤的开采一般对下部层煤没有影响或影响很小，对下部层煤的巷道掘进 维护和开采工作有利。 煤层群层间，厚煤层分层间，各层之间一般采用下行开采，在特定的地质和开采技 术条件下，由于安全、技术、经济方面某种原因，煤层群采用上行开采会更为有利。煤 层群上行开采是一种特殊开采顺序。根据长壁采煤工作面顶板管理方法不同，可分为垮 落法上行开采、充填法上行开采。我国煤矿采空区处理基本都是采用全部垮落法。煤层 群层间，厚煤层分层间上行开采时，下部煤层先采后，上部煤层的整体性不能遭受到严 重破坏，上部煤层仍然处于整体连续分布状态，也就说不能由于下部煤层的先行开采而 造成上部煤层难以开采。 在上行开采的成功实例中，其中相当一部分是下部煤层采用房柱式开采方法或条带 式开采方法。 开采实践和研究表明 在某些煤层赋存条件下， 只要采取合理的开采技术 ， 长壁垮落方法可以成功地进行上行开采。 何家塔煤矿拟采用长壁垮落方法开采下部的 5-2 煤，这会造成上部 4-2煤及其顶底板发生移动甚至破坏，因此对 4-2煤上行开采的可行性 进行研究十分必要。 何家塔煤矿具有三层可采煤层，从上到下分别是 3-1煤、4-2煤、5-2煤，3-1煤、4-2 煤均属薄煤层， 如果按照传统的下行开采方式， 建井初期的产量低， 经济效益将会较差 。 考虑到初期投资和建井初期的经济效益，提出了先开采 5-2煤，再依次开采 3-1煤和 4-2 煤从整体上形成上行开采的方案。但 5-2煤先行开采会不会对 4-2煤造成破坏，破坏程度 如何。为此，本文就上行开采采场覆岩运动规律、影响上行开采的因素等进行了分析研 究。 本文通过煤岩力学实验，相似材料模拟实验，数值模拟实验结合“三带”判别理论 、 比值判别法、围岩平衡判别法和数理统计对何家塔煤矿煤层采用上行开采进行研究。 1.2 研究的目的和意义 作为我国的主要能源，煤炭在一次性能源结构中所占的比重一直在 67以上，煤炭 西安科技大学硕士学位论文 2 工业在我国国民经济中占有举足轻重的地位。就是在能源发展日趋多样化的现在和不久 的未来，煤炭在我国的能源消费结构中仍然占据主体地位。据预测，2020 年全国煤炭需 求量约占一次性能源消费的 60[1,2]。这就需要我们节约煤炭资源，提高煤炭资源的回 收率，而事实上在现有生产矿区，很多采空区上方都遗弃了一些可采煤层，原因多种多 样有的矿井因生产任务及经济效益问题，必须先开采主要煤层，先采下部煤质好、生 产能力大的主采煤层；有的矿井在设计时，因常规开采与采区布置和生产能力之间产生 了矛盾，而丢弃了上部次要煤层。对于上述丢弃的煤炭资源，采取一定的措施仍然可以 回收，特别是对一些储量不足的老矿区，开采这些遗弃的煤炭资源，提高资源回收率、 提升经济效益、缓减企业压力等更具有重要的现实意义。因此，在某些条件下，采用上 行开采，对提高产量，提高建井初期的的经济效益都具有重大意义。 何家塔煤矿煤层赋存特殊，3-1煤、4-2煤均属薄煤层，而 5-2煤是厚煤层，采用常规 的下行开采顺序，建井初期的产量低，经济效益将会较差。为了稳定煤炭产量、提高生 产效率和经济效益，必须从自身的客观实际出发，依靠科技进步提高生产力水平。提高 资源回收率，必须对何家塔煤层实行上行开采。 总而言之，研究上行开采，对何家塔煤矿具有重要的工程实际意义，同时还可以丰 富和发展在煤矿中进行上行开采经验，为具有类似条件的矿井提供借鉴。 1.3 国内外上行开采研究现状 上行开采时，由于其下层煤己回采完毕，下层煤的上覆岩层必然产生变化，可能会 对上煤层顶底板造成一定的影响，甚至煤层的结构也可能产生变化。这均依赖于下层煤 顶板垮落的特性以及两层煤的层间距及其间的岩性。当两煤层的层间距达到一定厚度， 同时其间岩性的强度满足一定的条件时，下层煤层开采后可能对上层煤层的开采影响不 大。国内外上行开采工程实践始于 20 世纪 70 年代，在世界采矿界广泛关注和研究的同 时，有计划的进行试采。尤其是在前苏联、波兰、中国等为代表的国家进行了相应的研 究与实践，取得了一些值得肯定的成果，也曾创造过较为可观的技术经济效益，积累了 一定的实践经验。上行开采法作为一种特殊的开采顺序，在特殊的条件下将具有极强的 优越性和适用性[3,4]，主要有 （1）当上煤层顶板坚硬、煤质坚硬不易采出时，采用上行开采，可消除或减轻上 煤层开采时发生的冲击地压和周期来压强度。我国有许多矿井采空区顶板岩石长时间不 冒落，造成悬顶。有的矿井工作面悬空面积达 1 万 m2以上，当采空区面积达到顶板稳 定的极限时，一定厚度的岩层会发生整体性折断或突发性冒落，这种压力对工作面正常 生产构成严重威胁，综采工作面将发生液压支架损坏、弯曲折断、缸体爆裂，以及其它 构件的变形破坏。在如此地质条件下，如采用上行开采法，则可使上部煤层和顶板受到 损伤，从而清除或减轻上煤层开采时发生的冲击地压和周期来压强度。 1 绪论 3 （2）当上煤层含水量大、顶板淋水，工作面工作条件困难时，先采下煤层可疏干 上煤层含水。在下行开采法中，一些矿井煤层覆岩中含水量大、顶板出现淋水，造成工 作面生产环境恶劣，影响工人的身体健康，采区上（下）山胶带输送机所输煤流下滑， 大巷运输矿车粘底，减小了矿车的有效容量。更为严重的是有些矿井因为顶板淋水较大 而被迫停产。如枣庄矿务局甘霖矿黄贝井 1702 工作面，煤层顶板为 1.5m 厚的灰岩，含 裂隙溶洞水，正常涌水量为 6～18m3/h。由于淋水较大，1975 年经批准注销了工作面剩 余产量。该井由于采用了上行开采法，1983 年重新开采 1702 工作面时，发现工作面无 滴水现象，多采出煤炭 2.63 万 t。这充分说明，采用上行开采能使溶洞水通过裂缝渗透 到下部煤层的采空区，起到疏干上煤层含水的作用。 （3）当上部为煤与瓦斯突出煤层时，先将下部煤层作为保护层开采，可减轻或消 除上煤层的煤与瓦斯突出的危险，确保矿井安全生产。 （4）当煤层赋存不稳定，上部为劣质、薄及不稳定煤层，开采困难，长期达不到 矿井设计能力。可先采下煤层，或上下煤层及薄厚煤层搭配开采，能很快达到矿井设计 能力。由于煤层赋存不稳定的原因，一些井田虽然储量丰富，适合建设大型矿井，但有 的煤层上薄下厚，上、下层之间存在着压荐关系，如果采用下行开采法，为了保证矿井 的产量，就得多布置工作面，如果采用超前工作面布置，会带来巷道布置和生产管理方 面的困难。类似于上薄下厚的煤层或上、下层煤质不一样的煤层，设计中可以在矿井一 翼用下行开采法，另一翼采用上行开采法。此种布置可以解决矿井均衡生产及煤质不同 的问题。 1.3.1 国外上行开采研究现状 （1）前苏联煤矿上行开采的研究现状[5] ①前苏联杜鲍斯夫卡亚矿在层间距 4.2m， 上煤层为长壁综采的情况下， 工作面及顺 槽状况良好，共出煤 150 万 t。 ②前苏联加伊铜矿业进行了上行开采的工业试验。 ③乌克兰金属矿山科学院也正在积极研究上行开采[6]。 ④库兹巴斯矿区是生产优质炼焦煤的基地，过去采用下行开采程序开采煤层群，限 制了矿井生产能力和新井建设的发展；后来采用上行开采，获得了丰富的上行开采的实 践经验及科学研究成果。 前苏联采用上行开采缓倾斜煤层的成功实例表明开采缓倾斜和倾斜煤层时，在受 下部一个煤层采动的影响下，当采动影响倍数K10 时，上行开采成功；开采急倾斜煤 层群，当下部开采一个煤层时，当采动影响倍数K8 时，上煤层可正常开采。开采缓倾 斜和倾斜煤层时，在层间距为 18～85m 的情况下，上、下煤层开采的间隔时间约为 3～ 12 个月。开采急倾斜煤层时，在层间距为 8～70m 的条件下，上、下煤层开采的间隔时 西安科技大学硕士学位论文 4 间约为 3～10 个月。 前苏联学者研究认为，足够的层间距是上行开采的基本条件，代表性观点有[7] ①T.B.达维江茨认为，上、下煤层层间距与采高成正比，即 （1.1）20HM ②A.п.基里雅奇科夫研究了顿巴斯矿区上行开采实例后认为，当下部开采一个煤层 时，上煤能否正常开采，应按下式计算层间距 （1.2） 2 123.5HMM ③r.H.库兹聂佐夫认为，层间距与下煤层采高及岩石碎胀系数有关，即 （1.3） 3 1.5 1    P M HM K ④B.д.斯列沙烈夫认为，当层间距大于冒落带高度，可以进行上行开采，并用下式 计算 （1.4） 1cos   P M HM K （2）波兰上行开采的研究现状 煤炭是波兰国民经济的主要支柱产业之一。 波兰建筑物下压煤量达 110 亿 t以上 （埋 深 1000m 以上） 。为了采出建筑物下的压煤，早在 1920～1930 年，就有计划地试采上西 里西亚煤田建筑物下的保护煤柱。 1945 年以后， 开始大规模的开采城市建筑物及铁路下 的保护煤柱，取得了特殊开采的丰富实践经验。其在建筑物及铁路下采煤时，有的矿区 采用下行开采顺序，但也有的矿区采用上行开采顺序。顶板管理有全部垮落法，水砂充 填法，也有两者兼而用之。 波兰研究上行开采时，常把上、下煤层之间的层间距（H）与下煤层采高（M）之 比（K）称为采动影响倍数。 波兰采用上行开采顺序成功开采缓倾斜煤层的实例表明当下部开采一个煤层时， 采动影响倍数K6， 可成功进行上行开采； 当K6.3，可以成功进行上行开采； 当上部煤层位于下煤层开采后的冒落带之上时，一般可正常进行上行开采；上下煤层的 开采必须有足够的时间间隔。 从上述例子可以看出，有的是处于已采区裂隙带顶部，如鸡西立新矿；有的是处于 裂隙带的中部，如唐家庄矿、兖矿集团济三煤矿；而吕家沱矿开采的 7、8合并区及永 定庄开采的 9煤层则处于下部煤层开采的裂隙带中下部。 上述矿井上行开采后所形成的 裂隙带及其以上的煤层是可以进行回采的。 1.4 研究内容和技术路线 有的矿井煤系地层可塑性极强，下层煤开采后上覆煤层、岩层会整体缓慢下沉，因 而不会影响上层煤的开采。一般矿井不具有这样的围岩条件，常常是为了解放某一煤层 （如高瓦斯煤层）而采取上行开采，或者由于矿井资源枯竭又重新开采原来遗弃的煤层 而形成上行开等等。在上行开采的成功实例中，其中相当一部分是下层煤采用房柱式开 采或条带式开采。开采实践和研究表明在特定煤层赋存条件下，只要采取合理的开采 技术，长壁垮落可以成功地进行上行开采。 尽管有了一定的关于上行开采的实践与认识，但是在上行开采的过程中，仍存在诸 如准确判定未采煤层的上行开采可行性以及下部煤层开采后上部煤层的覆岩运动规律 等难题[17-22]。 因此，本论文研究的具体内容是 （1）影响上行开采的因素分析； （2）研究 5-2煤开采后覆岩运动及断裂规律； 1 绪论 7 （3）5-2煤开采后的三带特征； （4）5-2煤开采后对上部煤岩的影响程度； （5）何家塔煤矿上行开采的可行性。 本论文主要采用煤岩力学实验、相似模拟实验、数值模拟以及理论分析相结合的方 法对何家塔煤矿上行开采进行研究，技术路线，如图 1.1 所示。 何家塔煤矿现场调研、收集资料和查阅文献 工程地质条件开采技术条件岩石力学参数 理论分析 数值模拟相似模拟实验 结论 上行开采研究 分析实验数据三带高度平衡岩层 图 1.1 技术路线图 西安科技大学硕士学位论文 8 2 地质条件及影响上行开采的因素分析 2.1 何家塔井田地质条件 何家塔井田地处陕西省神木县北部、神府矿区中部的何家塔村附近，位于乌兰木伦 河与悖牛川之间，行政隶属神木县大柳塔镇管辖。矿井南距神木县城 47km，北距大柳 塔镇 15km，东距府谷县城 90km。 井田位于陕北黄土高原北缘，毛乌素沙漠的东南缘，地貌单元属沙盖黄土丘陵区。 区内沟壑纵横，沟谷狭窄，梁峁间布，梁台支离破碎，且多被流沙所覆盖。地形总的趋 势是以井田中部大致南北走向的山梁为分水岭，坡向东西两侧的悖牛川与乌兰木伦河。 井田内最高标高位于分水岭北端，海拔1233.8m，最低处位于乌兰木伦河主河道，海拔 1019m，相对高差 215m。区内植被稀少，水土流失严重。 悖牛川与乌兰木伦河分别从井田外东西两侧通过，其历年最大流量分别为4850m3/s 和9760m3/s，年平均流量分别为3.97m3/s和7.19m3/s。打不兔沟、炭窑渠沟、东沙沙庙沟 与丁其沟、阿沙峁沟、油房梁沟、芦界村沟均为井田内较大支流，常年流水分别汇入乌 兰木伦河与悖牛川。支沟溪流主要由大气降水补给，其流量受季节性影响变化。 2.1.1 地层 （1）地层特征 神木北部矿区位于鄂尔多斯盆地的东北部，毛乌素沙漠的东南缘。区内广覆现代风 积沙及第三、第四系的红、黄土。基岩沿沟谷河床两岸自东往西由老到新依次出露。据 地表出露及钻孔揭露，井田内地层由老到新依次为三迭系上统永坪组；侏罗系下统富 县组、中下统延安组；第三系上新统；第四系中更新统离石组、上更新统萨拉乌素组、 全新统风积沙及冲洪积层。现由老到新分述如下 ①三迭系上统永坪组（T3Y） 为含煤地层的基底，据钻孔揭露，为厚-巨厚层状、 灰绿色粗-中粒长石岩屑砂岩，夹深灰色薄层粉砂岩及泥岩。本组地层厚度不详。 ②侏罗系下统富县组（J1f） 为含煤地层的下伏地层。据钻孔揭露，岩性具下粗上 细的特征。下部为灰白色细-中粒石英砂岩，发育块状及微波状层理，分选中等-好，次 圆状，泥质胶结。上部为灰黑色、黑色粉砂岩、炭质泥岩，局部地段夹一层薄煤，岩层 中有水平及小型交错层理，厚 2.00～24.24m，平均厚 13.17m，全井田分布，与下伏地 层假整合接触。 ③侏罗系中下统延安组（J1-2Y） 为井田含煤地层，零星出露于悖牛川与乌兰木伦 河两岸各沟谷之中。全井田分布，厚 64.64～217.40m，平均厚 169.60m，与下伏富县组 2 地质条件及影响上行开采的因素分析 9 整合接触。 ④第三系上新统三趾马红土（N2） 分布于梁峁之上，分为上、下两段。上段（N22） 为巨厚层状褐红色、棕红色块状亚粘土、砂质粘土，见白色钙质网脉，厚 0～32.23m， 平均厚 6.58m。与下伏地层不整合接触。 ⑤第四系中更新统离石组（Q2l） 为浅黄色亚粘土及亚砂土，夹数层古土壤层及钙 质结核层，柱状节理发育，厚 0～10m，零星分布。 ⑥第四系上更新统萨拉乌素组 （Q3S） 褐色、 灰色亚粘土， 粉砂及细砂， 厚0～3.15m， 零星分布于梁峁之上。 ⑦第四系全新统（Q4） 主要为风积沙，次为冲洪积层。风积沙呈流动（Q4eol）或 半固定（Q4gol）状态，为浅黄色中、细粒沙，厚 0～34.00m，全区广布；冲（Q4al）洪 （Q4pl）积层上部为粘土质粉砂或耕作土壤。下部为细-粗粒沙及砾石层，厚 0～10.20m， 分布于乌兰木伦河、悖牛川及主要沟谷中。 第四系诸地层之间与其下伏地层，均呈不整合接触。由于剥蚀及风化作用，井田内 基本被第四系风积沙覆盖，上更新统马兰黄土（Q3m）未见出露，钻孔亦未揭露。 （2）含煤地层 侏罗系中下统延安组（J1-2Y）为井田含煤地层，零星出露于乌兰木伦河、悖牛川两 岸及沟谷之中。属一套含煤的内陆碎屑湖泊三角洲沉积体系。因遭后期剥蚀，有不同程 度的缺失。自下而上划分成五段，除第五段因保留不全不含煤外，相应含 5、4、3、2 四个煤组，共含煤十层。部分层段因煤层自燃而发生不同程度的烧变，呈浅黄、浅红、 褐红、棕红色的烧变岩。现将该地层沉积特征、物性特征、烧变岩特征分述如下 ①第一段（J1-2Y1） 即第一旋回，始于延安组底界，止于 5-1号煤组的顶部。由灰 白色细-中粒砂岩、灰黑色粉砂岩和 5-2、5-1号煤层组成，井田内均有分布，厚 39.20～ 66.90m，平均厚 51.44m。该段又分为两个亚旋回，第一亚旋回始于延安组底界，止于 5-2号煤层顶。二元结构明显，下部为灰白色中、细粒砂岩，顶部为全区可采的 5-2号煤 层。该亚旋回属分支河道沉积，厚 9.80～25.89m，平均厚 18.26m；第二亚旋回始于 5-2 号煤层顶，上于 5-1号煤层顶。底部常为黑色粉砂岩。下部为灰白色细-中粒长石岩屑杂 砂岩， 中部为灰黑色粉砂岩夹灰白色细砂岩薄层。 该亚旋回属分支河道沉积， 厚 25.10～ 44.18m，平均厚 33.21m。 ②第二段（J1-2Y2） 即第二旋回，始于 5-1煤顶，止于 4-2 上煤层顶，由灰白色细-粗 粒砂岩、灰黑色粉砂岩、少量泥岩及 4-4、4-3、4-2、4-2 上煤层组成，井田内除河、沟谷外 均有分布，厚 0～71.85m，平均厚 60.32m。该段可分为三个亚旋回。 ③第三段（J1-2Y3） 即第三旋回，始于 4-2 上煤层顶，止于 3-1 煤层顶。由灰白色细- 中粒砂岩、少量灰黑色粉砂岩。黑色泥岩及 3-3、3-1煤层组成。井田内除河、沟谷外均 有分布，厚 0～46.62m，平均厚 37.41m。可分为两个亚旋回。第一亚旋回始于 4-2 上号煤 西安科技大学硕士学位论文 10 层顶，止于 3-1号煤组顶。属前三角洲→河口沙坝→分流间湾沉积，厚 0～24.33m，平均 厚 15.18m；第二亚旋回始于 3-3号煤组顶，止于 3-1号煤层顶，属滨湖沙滩→支流间湾沉 积，厚 0～29.55m，平均厚 23.46m。 ④第四段（J1-2Y4） 即第四旋回，始于 3-1号煤层顶，止于 2-2 上煤层顶。由灰白色 细-中粒砂岩、灰黑色粉砂岩及 2-2 上号煤组成。厚 0～48.36m，平均厚 33.06m。残留于 梁峁上部，可分为两个亚旋回。第一亚旋回始于 3-1号煤层顶，止于 2-2号煤层顶，属滨 岸湖泊→分支河道→沼泽沉积，厚 0～38.00m，平均厚 27.18m；第二亚旋回始于 2-2号 煤层顶，止于 2-2 上号煤层顶，属滨岸湖泊→沼泽沉积，厚 0～19.05m，平均厚 12.36m。 ⑤第五段（J1-2Y5） 即第五旋回，因后期剥蚀、零星残留于梁峁的顶部。底部为灰 色薄层泥岩，上部为厚-巨厚层状中、粗粒砂岩，发育块状、大型交错层理，与下伏地 层呈冲刷接触。厚 0～21.84m，平均厚 9.45m。 综上所述，延安组全组地层厚度 64.04～217.40m，平均厚 169.60m。与下伏富县组 整合接触。 2.1.2 构造 （1）断层 神木北部矿区位于鄂尔多斯台向斜的陕北斜坡上，矿区构造简单，仅有为数不多的 断裂构造。本井田位于矿区中部东侧，地层近于水平（倾角1） 。在井田北部有一走向 北东-南西，宽 3700m，长 4600m，幅度近 18m 的平缓凹陷。在井田中、南部具有波状 起伏，南凹北凸，其轴向近东西，幅度 30m。在井田内长为 2.5～3km，分别延伸出井 田东西边界。井田内未发现较大的构造及岩浆侵入，仅有二条断距小于 20m的正断层。 断层特征如下 F2断层位于井田西北部，断层线已被新生界地层掩盖，断层两侧附近的岩层在打不 兔沟口有明显错位。F5断层位于井田西南部，该断层在补连沟附近出露，主要断层特征 见表 2.1。 表表 2.12.12.1 2.1 主要断层特征表主要断层特征表 （2）煤层 延安组为本井田含煤地层，其共含煤 10 层，自上而下编号依次为 2-2 上、2-2、3-1、 3-3、4-2 上、4-2、4-3、4-4、5-1、5-2。 其中 3-1、4-2、5-2为可采煤层，其余煤层因零星分布或厚度太小为不可采煤层。3-1～ 断层编号 走 向 （） 倾 向 倾角 （） 落差 （m） 断距 （m） 延展长度 （m） 分 类 F2100南西西8016.35～10.81未测2150正断层 F511575～7610～157～10750正断层 2 地质条件及影响上行开采的因素分析 11 4-2煤层间距基本稳定在 36m 左右；4-2～5-2煤层间距基本稳定在 100m 左右。 井田内煤层总厚平均 11.53m，含煤地层总厚 159.60m，含煤系数 6.3。各煤层的 厚度、结构、层间距、分布范围及可采程度见可采煤层特征表 2.2。 表表 2.22.22.2 2.2 可采煤层特征表可采煤层特征表 （3）煤质 ①煤的物理性质 除少数露头煤层和自燃残留煤为褐黑色外，井田各煤层均为黑色，粉末为褐黑色。 断口为阶梯状、参差状、少量平坦状。光泽为弱沥青到沥青光泽。内生裂隙较发育，以 条带状和线理状结构为主，呈层状与似层状结构，局部块状结构、质脆、易燃。 ②煤岩特征 3-1、4-2煤层宏观煤岩组分一般由亮煤、暗煤、镜煤和丝炭组成。宏观煤岩类型 3-1 号煤层以半亮型煤为主，半暗煤次之，光亮型煤少量；4-2煤层以半亮型煤为主，半暗煤 次之；5-2煤层以半暗和暗淡型煤为主，半亮型少量。煤中无机组分以碳酸盐矿物为主， 粘土次之，硫化物与氧化物少量，井田内开采煤属Ⅰ变质阶段的低变质煤。 根据中国煤炭分类国家标准 （GB5751-86） ，井田内煤层为长焰煤（41）和不粘 煤（31） 。井田内所采煤属特低～低灰、特低硫、特低～低磷，高热值的富油煤，可作 为炼油用煤。其灰溶性、化学反应性、结渣性等项指标尚能满足气化用煤要求，乃是动 力及生活用煤的理想燃料。 另外，砷含量小于 3PPm，可做为酿造食品工业用煤。 （4）水文地质 ①地表水 井田地处陕北高原与毛乌素沙漠的接壤地带，区内沟壑纵横，梁峁间布，地表大部 为第四系松散沙层覆盖。 梁界、东沙沙庙为井田内地表分水岭，分水岭西侧的打不兔沟、炭窑渠沟、东沙沙 庙沟之流水汇入乌兰木伦河，分水岭东侧丁其沟、油房梁沟之流水汇入悖牛川。悖牛川 与乌兰木伦河