红星煤矿改扩建方案关键技术研究.pdf

西安科技大学 硕士学位论文 红星煤矿改扩建方案关键技术研究 姓名王景 申请学位级别硕士 专业矿业工程 指导教师柴敬 论文题目红星煤矿改扩建方案关键技术研究 专 业矿业工程 硕 士 生王 景 （签名） 指导教师柴 敬 （签名） 摘 要 随着我国经济的快速发展，对煤炭资源的需求量日益增大。新疆作为煤炭资源大省 在煤炭工业发展进程中占据重要地位，然而受地质条件和外运条件的制约，新疆煤矿规 模普遍较小，存在设备老化、技术落后、配套设施不完善和安全状况差等不利因素，给 矿井的进一步发展带来诸多困难。因此，对小型矿井进行技术改造具有非常重要的现实 意义。 本论文在分析红星煤矿井田的地形条件、 地质条件、 煤层赋存条件、 水文地质条件、 开采技术条件和外部现状的基础上，提出了生产能力由现在 9 万 t/a 矿井改扩建成生产 能力为 90 万 t/a 矿井的实施方案。采用方案比较法和数学分析法，对矿井改扩建中的开 拓系统、采煤工艺和设备选型进行研究。为了提高矿井的生产能力和安全性，开拓系统 确定为主提升反斜井开拓方案；采煤方法选择走向长壁综合机械化放顶煤采煤法，采用 预先深孔爆破弱化技术对顶煤进行弱化；并对主井提升设备进行选型分析，确定适合矿 井生产能力的提升设备。在保证安全生产的前提下最大限度地降低矿井基建投资，提高 矿井的经济效益，为该研究具体工程实践可行性提供了较为充分的前提条件。 通过本文的研究，为解决红星煤矿技术改造关键问题提供了技术支持，推动了新技 术在红星煤矿的应用，同时降低了工人的劳动强度和改善了作业环境，为实现以人为本 的治矿理念奠定了基础，同时也为相似矿井技术改造提供了有益参考。 关 键 词煤矿开采；矿井改扩建；开拓系统；采煤方法；设备选型 研究类型应用研究 Subject Study on the Key Technology of Expansion in the Coal Mine of Hongxing Specialty Mining Engineering Name Wang Jing Signature InstructorChai Jing Signature ABSTRACT With the development of Chinese economic rapidly, the demand to coal resource becomes increasing. Xinjiang as a province has rich coal resources, it occupies an important position in the development process of the coal industry. Because of the limit of geological conditions and sinotrans conditions. Coal mines in Xinjiang have some unfavorable factors which have brought a lot of difficulties to the further development of the mine, small-scale generally, aging equipment, backward technology, inadequate facilities, poor security situation and so on. Therefore, the technological transation to small mines has very important practical significance. Based on the analysis of topographic conditions, geological conditions, coal seam conditions, hydrogeological conditions, mining conditions and the external current situation in Hongxing coal mine, it proposed an implementation that production capacity increase from 90,000t/a to 900,000t/a in the paper. Comparison with the program and mathematical analysis, give a research in reconstruction and extension of the mine development system, coal mining technology and equipment selection. In order to improve mine productivity and security, selectting the main counter-shaft develop program; mechanized longwall caving mining , using advance deep blasting technology to weaken the top coal ; and selection analysis to the main shaft hoisting equipment is determined by the capacity of lifting equipment for mine. On the condition of safety production, minimize the mine infrastructure investment, improve the economic benefits of mining, provided a sufficient precondition for the feasibility study on engineering practice. Through this research, it will provide a technical support to solve key issues of technological transation in Hongxing mine, promote new technologies in the Star Mine, while reduce labor intensity and improve the operating environment, at the base of the realization of people-centered governance mine concept, but also provides a useful reference for transation of the similar mine. Keywords Coal Mining Mine Extension Development System Mining s Equipment Selection Thesis Application Study 1 绪论 1 1 绪论 1.1 选题背景和研究意义 1.1.1 选题背景 随着我国经济的快速发展，对能源的需求量日益增大，煤炭作为目前主要的能源， 其开采速度和数量在一定程度上决定经济的发展速度。 我国的一些小煤矿普遍存在着设 备老化、技术落后、配套设施不完善、安全状况差等不利因素，为实现矿井生产能力的 提高带来了困难。因此对小型矿井进行扩建技术改造具有非常大的现实意义。 新疆煤炭资源储量丰富， 对新疆煤炭资源的合理开发和利用对我国经济的发展有一 定的推进作用，然而受运输条件和地质条件的影响，新疆煤矿规模普遍较小。昌吉市三 屯河红星煤矿生产能力 9 万 t/a，该矿的生产现状存在诸多问题 （1）采掘工艺极为落后。工人劳动强度大，安全事故频发，安全状况不好。 （2）通风系统复杂，矿井生产接续紧张。由于矿井开采工艺落后，单面生产能力 低，采掘工作面数量多，采掘工作面布置困难，采掘工作面经常出现串联通风，通风设 施工作量大，工作面准备巷道多，矿井通风系统十分复杂，可靠性低，生产接续十分紧 张。 （3）提升系统复杂，设备老化，生产影响多。 （4）采掘工艺落后，生产系统复杂，造成井下作业人员多，安全管理和设备管理 难度极大。 红星煤矿有丰富的煤炭资源储量，调查表明保有储量约 1.4 亿 t，优良的煤质，稳定 可采的地质条件，畅通的运输条件，有集团公司作资金的后盾。根据自治区“十一五”煤 炭工业结构调整规划和淘汰落后生产能力产业政策的要求，实施“西煤东运”战略，2015 年全区煤炭生产能力达到 4-6 亿 t，2015 年底将淘汰 30 万 t/a 规模以下的小煤矿。 鉴于红星煤矿的发展现状，为了提高矿井的安全性和生存能力，对该矿进行矿井改 扩建研究是完全有必要的。 1.1.2 研究意义 （1）为认真贯彻执行国家安全生产的方针，提高矿井机械化开采水平，改善井下 工人的工作环境，降低工人的劳动强度。 （2）为保障煤矿的安全生产和煤矿职工的人身安全，减少煤矿安全事故的发生， 针对井下煤层开采条件及不安全因素，采取有效的防治措施。 （3）依靠科技进步，积极推广各项行之有效的先进技术和工艺。 西安科技大学工程硕士学位论文 2 （4）贯彻改革精神，在公共设施方面，坚持高能低耗，有利生产，方便生活和环 保的原则。 （5）优化井下开拓布署，减少井巷工程量，多做煤巷，少做岩巷，力求低投入高 产出。 （6）尽量利用矿井现有生产、生活设施。 根据自治区煤炭工业结构调整总规划和淘汰落后生产能力产业政策的要求，2015 年底将淘汰 30 万 t/a 规模以下的小煤矿。为了实现矿井生产的规模化和集约化，满足市 场需求，结合昌吉市屯河红星煤矿现有的生产规模和装备，进行 90 万 t/a 改扩建是十分 必要的，也是唯一可行的出路。对昌吉市屯河红星煤矿 90 万 t/a 生产规模改扩建关键技 术项目的分析研究是具有深远的意义。 1.2 矿井改扩建研究现状 一个合理的矿井设计直接关系到矿井投产后的安全生产和经济效益， 所以很多设计 单位和设计工作者对矿井的开拓系统及提升、运输、通风、排水等系统进行了深入的研 究[1-5]。 张集矿井设计是在我国经济体制转换过程中煤炭基本建设转换建设模式， 深化改革 的关键阶段进行的，进行了许多深入探讨和研究，针对矿井特点，不断优化，确定矿井 合理建设规模和开拓方式，分区开拓、分区通风、合理集中生产。在矿井信息化、自动 化、安全监控等方面有许多创新[6]。 寺河矿井在新形势下，结合矿井具体情况，在原设计基础上，改革开拓部署，新增 西斜井缩短建井工期，使矿井一翼采区提前出煤，实现边产边建，自我造血，滚动发展 [7]。 蔡高现、庞玉歧对现代化矿井建设中存在的设计问题进行了综合分析，系统地介绍 了矿井优化设计对节省投资、矿井实现高产高效的重要作用，综合阐述了优化设计在鲁 西煤矿的应用带来的经济效益和社会效益[8]。 龙口矿务局北皂煤矿包寿胜等人通过对矿井二水平的煤层结构、采煤方法、巷道层 位、采区划分等四个方面的优化，提高了矿井的煤炭质量、减少了井巷工程及巷道的支 护和维护费用，使矿井实现了高产高效[9]。 曹自由结合实际，对山西省基建矿井设计优化进行了分析，说明学习新集经验，对 建设项目进行设计优化，是煤炭基本建设改革的主要措施[10]。白振才、吕光华应用灰色 关联决策法， 对某矿井设计方案进行了计算、 分析和优选实践证明， 这种分析方法简单、 明确、实用。它在煤矿设计、生产和管理中具有广泛的应用前景[11]。 大型矿井建设是一项系统工程，如何快速、高效地得以实现这一目的是我国煤炭工 业正在探索的问题，孙希奎、马长友从设计优化、前期准备、施工方法到组织管理等入 1 绪论 3 手，简要介绍了建井过程中，依靠科技创新，优质快速建设的一些做法[12]。 针对崔家寨矿井的地质地形条件及煤炭赋存情况， 聂光辉阐述了崔家寨矿井设计优 化与创新的技术及措施，客观评价了这些优化与创新所产生的经济效益和社会效益，可 供其它同类矿井借鉴[13]。 以安家岭井工矿为例，张永成、王长友介绍了平朔矿区高产高效矿井设计经验，从 采煤工艺和工作面设备两方面阐述了石炭二叠纪煤层高产高效矿井设计的一般规律和 基本原则。实践证明，放顶煤采煤方法完全适应石炭二叠纪煤层赋存条件，是值得在石 炭二叠纪煤田推广的高产高效建设模式[14]。 岱庄矿井是在我国改革开放新形势下设计和建设的。 在设计中坚决贯彻党的基本路 线和两个根本转变的战略决策，依靠科学技术进步，以提高经济效益为中心，对设计不 断优化和积极创新，经过设计、施工、建设等单位的共同努力，已建成为投入少、工期 短、质量优、效率高、效益好、环境优美的现代化矿井[15]。 江道罴通过对兖州矿区南屯矿、兴隆庄矿及济宁3号矿设计和建设的实践充分意识 到矿井设计和建设的全过程是系统工程。基于这种观点，提出了矿井设计和建设的全过 程中要解决好的“五个环节”与“整体十化”的问题，以此保证矿井顺利设计和建设并在全 过程取得最佳效果[16]。 张锦鹏采用模糊优先理论解决矿井设计方案选择这一多目标优化问题，运用兼顾 主、客观偏好的综合权值法解决其中的权值分配问题，并用实例验证了该方法是简便可 靠的，而且具有一定的实用性[17]。 白锦胜在沙曲矿井设计以及建设过程中介绍了随开采技术条件变化和采矿技术进 步在开拓方式、井筒断面、井筒功能、辅运系统、巷道布置、采掘方法、巷道支护方式、 通风系统、 瓦斯抽放等方面的设计优化经验， 提出了采用先进开拓方式、 缩小井筒断面、 优化井筒功能、优化辅助运输系统等矿井设计优化实践， 可供条件类似矿井设计建设 借鉴[18]。 严贤红根据梁宝寺矿井的具体条件， 全面讨论了该矿井设计中进行设计优化与改革 的技术及措施，客观评价了这些优化与改革所产生的经济效益和社会效益[19]。 于新胜、 王育才根据煤矿建设的特点及中煤国际工程集团武汉设计研究院近几年来 对不同类型矿井的设计优化实践， 初步提出了矿井设计优化的主要内容和做好设计优化 的几点体会[20]。 祁东矿井表土层厚、煤层埋藏深，针对祁东矿井具体条件，设计合理确定矿井生产 能力、 开拓方式、 井筒施工方法及井壁结构形式； 矿井设计与当地村镇规划有机相结合； 改变矿井办社会的老路子，将居住区设在宿州市内，依托城市设施，减少矿井投资，提 高职工生活质量[21]。 徐州矿务集团三河尖煤矿通过设计的改革与创新，实现跳跃式发展，提高矿井的综 西安科技大学工程硕士学位论文 4 合生产能力[22]。 煤炭工业部南京设计研究院学习新集经验，在田庄矿井设计中对井口位置、井底车 场、 大巷运输方式、 采区、 工业场地、 场外公路和地面生产系统进行全面优化的情况[23]。 王勇结合两淮矿区建设， 从工程咨询和设计上对在深井复杂地质条件下建设安全高 效的现代化矿井进行了分析和探讨，并介绍了煤炭工业合肥设计研究院在矿井开拓部 署、新型井壁结构、快速建井技术、矸石连续运输工艺、井塔基础人工解冻技术、深井 热害治理技术、循环经济、矿井综合信息化、瓦斯治理措施等方面所取得的自主创新成 果[24]。 通过对邢东矿井工业场地位置、井底车场层位及其布置、采区巷道布置以及噪声治 理等方面设计的优化，使矿井投产时的设计工程量由原设计的10612m减至6641m，矿井 建设概算投资由5.1亿元减至3.7亿元，建设工期由57个月减至36个月，优化设计成效显 著[25]。 刘开第等人对矿井的不同设计建立了选优决策的未确知测度模型。 在未确知测度空 间基础上，根据评价空间的有序性建立评分准则，并对矿井设计方案优劣排序[26]。 新汶矿业集团公司孙村煤矿进入深部开采，所剩资源有限。利用有限的资源， 优 化设计系统改造，减少设计损失，增加煤炭可采储量，提高煤炭回收率，延长了矿井服 务年限，取得了较好的社会效益和经济效益[27]。 DEA方法是评价具有多投入多产出决策问题相对有效性的有效方法。 它不受指标性 质和因次量的限制。卢宗华利用该方法对矿井设计方案进行了评价和优选，取得了非常 理想的结果[28]。 于新胜以告成矿井为例，介绍了矿井在建设和施工过程中，建设、施工和设计单位 密切配合，根据地质条件的不断变化，合理优化矿井设计的主要内容及认识和体会[29]。 通过对济宁二号矿井设计优化，工作面产量增加，工作面装备水平的提高，采区和 工作面各减少一个，矿井实现了集中生产；井下辅助运输实现从井底车场到采煤工作面 一条龙运输；取消部分引进设备，减少矿井投资，增强矿井还贷能力；完善矿井监测系 统，提高自动化水平，实现矿井高产安全；提高生产效率，减少定员[30]。 矿井设计中通常需要提出多个方案以待优化，而设计方案受建井工程、建筑费用、 煤柱损失、建井工期、安全技术等多种因素限制。韩桂武等人分别应用灰色系统的关联 度理论和模糊数学的择近原则的理论， 运用合理的优选方法对多个矿井设计方案进行优 选，并对两种方法做一简单对比[31]。 花家湖矿井之所以能成功地从150万t/a规模开始起步建设，用3年时间将矿井建成， 并在矿井投产后迅速自我滚动发展到300万t/a终期规划规模。其重要方面，就是合肥煤 炭设计研究院在花家湖矿井设计中， 根据矿井资源条件和建设单位具体情况， 遵重科学、 结合实际，按照市场经济对煤矿建设的要求，坚持“以经济效益为中心，本着能省则省、 1 绪论 5 能少贷不多贷、能迟花不早花和确保前期、兼顾后期”的设计原则、紧紧围绕矿井建设 投资、工期、效益这三大敏感性要素积极动脑筋、想办法，做到既大胆又慎重地对设计 进行创新和优化[32]。 1.3 课题研究的基本内容及方法 1.3.1 研究内容 （1）红星煤矿生产现状及地质条件分析研究； （2）红星煤矿 90 万 t/a 改扩建开拓系统研究； （3）红星煤矿 90 万 t/a 改扩建采煤方法及设备选型研究。 1.3.2 研究方法 根据红星煤矿井田的地形条件、地质条件、煤层赋存条件、水文地质条件、开采技 术条件和外部现状，采用方案比较法和数学分析法，对生产能力由现在 9 万 t/a 矿井改 扩建成生产能力为 90 万 t/a 矿井方案中的开拓系统、采煤工艺和设备选型进行研究。 西安科技大学工程硕士学位论文 6 2 矿井概况及生产现状分析 2.1 矿井概况 新疆昌吉三屯河红星煤矿位于新疆昌吉市硫磺沟镇以西约 37km 的三屯河上游西岸 的中低山区。北距昌吉市约 75km，东距乌鲁木齐市约 74km，距 312 国道 60km，从乌 鲁木齐市和昌吉市均有通往硫磺沟镇的沥青公路，国防公路（省道 101）自东而西从煤 矿区以北通过， 外部交通方便。 沿三屯河边的简易公路到煤矿约 1.2km 与 101 省道相接， 交通条件较为方便。交通位置图见图 2.1。 图 2.1 交通位置图 （1）矿井境界 井田呈北西-南东向，走向长约 3.4km，宽约 4.9km，面积约 16.66km2。根据新国土 资采划[2006]350 号“划定矿区范围批复”，批准矿区范围由 11 个拐点圈定，开采深度由 2 矿井概况及生产现状分析 7 1000m 至 650m 标高。矿区范围拐点坐标见表 2.1。 表表 2.1 矿区范围拐点坐标矿区范围拐点坐标 拐点 X Y 1 4843210 29491814 2 4842822 29493619 3 4842000 29493620 4 4842000 29492927 5 4841491 29492927 6 4841491 29493255 7 4841040 29493253 8 4841040 29492926 9 4840679 29492636 10 4840649 29492400 11 4840909 29491277 （2）储量情况分析 根据地质报告精查深度及根据新疆维吾尔自治区矿产资源储量评审中心新国土资 储评[2005]220 号评审意见书， 按 GB/T17766-1999 固体矿产资源/储量分类 国家标准， 该报告批准矿界内（950m～650m 水平）资源储量（111b）（122b）（333） 9708 万 t。 其中探明的经济基础储量（111b） 4021 万 t； 控制的经济基础储量（122b） 3091 万 t； 推断的内蕴经济资源量（333） 2796 万 t。 另外，报告还探求了矿区境界内采动影响区资源量 79 万 t，采空区下界预留保安煤 柱资源量 681 万 t。 根据自治区国土资源厅下发的新国土资办发[2006]350号文“关于对新疆昌吉市三屯 河红星煤矿井田范围的批复”将新疆昌吉市三屯河红星煤矿井田范围调整为11个拐点圈 定，开采下限定在350m 水平。根据新疆昌吉市三屯河红星煤矿详地质报告调查深度 1000m～650m 水平，据此计算的各煤层资源量见表 2.2，煤柱损失量见表 2.3。 表表 2.2 矿井可采储量汇总表矿井可采储量汇总表 单位万单位万 t 水平 设计储量 （111b122b333） 煤柱损失开采损失 可采储量 服务年限 1000m～800m 2981 286 667.3 2027.7 17.3 800m～650m 6727 116 1636.9 4974.1 42.5 合计 9708 402 2304.2 7001.8 59.8 西安科技大学工程硕士学位论文 8 表表 2.3 各类煤柱损失资源量明细表各类煤柱损失资源量明细表 单位万单位万 t 煤柱分类 煤柱损失 采动影响 煤柱损失 合 计 井筒及工业广场保护煤柱 38 采空区隔离煤柱 105 边界煤柱 35 轨道下山保护煤柱 224 合 计 73 329 402 2.2 矿井地质概况 2.2.1 区域地质概况 （1）区域地层 煤矿区位于天山北麓、准噶尔盆地南缘的乌鲁木齐中生代山前坳陷的中偏西部，根 据西北地区域地层表，本区属天山兴安岭地层区中的准噶尔地层分区，玛纳斯地层小 区。区中新代地层非常发育。煤矿区及其周围出露的地层有侏罗系的八道湾组（J1b） 、 三工河组（J1s） 、西山窑组（J2x） 、头屯河组（J2t） 、齐古组（J3q） 、喀拉扎组（J3k） 、 白垩系的吐谷鲁群（K1tg）和东沟组（K2d） ，以及第四系全新统（Q4）冲洪积地层， 除第四系外，其他地层按照由新到老、从北向南依次排列，现就各地层按新到老顺序分 述如下 1）第四系（Q4） 煤矿区内第四系按成因可分为第四系全新统冲洪积层、 坡积层和第四系上更新统风 成黄土层。 ① 第四系全新统冲洪积层（Q4a1p1） 主要分布于现代河床及其两侧的河漫滩内， 由砂、砂砾石及漂石等组成。 ② 第四系全新统坡积层（Q4d1） 主要分布于半山坡至坡脚部位，由风化岩块等组 成。 ③ 第四系全新统黄土层（Q3e01） 主要分布于煤矿区中东部低山顶部，主要岩性为 风成亚砂土、砂土（黄土） 。与下伏地层不整合接触。 －－－－－－－－－－－－－－不整合接触－－－－－－－－－－ 2）中生界 ① 白垩系下统吐谷鲁群（K1tg） 由一套灰绿色、红色、紫黄色细砂岩、泥制粉砂 岩、砾岩等组成，厚 856～1192m。 －－－－－－－－－－－－－整合接触－－－－－－－－－－－－－－ ② 侏罗系上统喀拉扎组（J3k） 由一套河流相的砾岩、砂砾岩、粗砂岩和粉砂岩组 成，厚 10～683m。 2 矿井概况及生产现状分析 9 －－－－－－－－－－－－－整合接触－－－－－－－－－－－－－－ ③ 侏罗系上统齐古组（J3q） 分布于矿区北部，由一套紫红色砂质泥岩，泥质粉砂 岩、岩屑砂岩下部夹玫瑰红色凝灰质细砂岩，含动物化石，厚 593～1221m。 －－－－－－－－－－－－－整合接触－－－－－－－－－－－－－－ ④ 侏罗系中统头屯河组（J2t） 分布于矿区南部和北部，由一套河流相的砾岩、砂 砾岩、粗砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩组成，含少量植物化石及介形虫化石， 厚 250～800m。 －－－－－－－－－－－－－整合接触－－－－－－－－－－－－－－ ⑤ 侏罗系中统西山窑组（J2x） 为河流相、湖泊相及沼泽相含煤建造，由一套中粗 粒长石岩屑砂岩、砂砾岩、细砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩、煤层组成，含丰富植物化石 和动物化石，厚 179～800m。 －－－－－－－－－－－－－整合接触－－－－－－－－－－－－－－ ⑥ 侏罗系下统三工河组（J1s） 分布于矿区南部塔西河与呼图壁河之间，岩性主要 为泥制粉砂岩，粉砂质泥岩、泥岩、细砂岩、砂岩，含动物化石及植物化石，厚 171～ 796m。 －－－－－－－－－－－－－整合接触－－－－－－－－－－－－－－ ⑦ 侏罗下统八道湾组（J1b） 分布于矿区的南部山区，主要由砂砾岩、粗砂岩、细 砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、炭质泥岩含少量煤屑及菱铁矿组成，厚 171～ 1000m。 （2）区域构造 煤矿区在区域构造上处于天山北麓准噶尔分地南缘的中低山区， 属于乌鲁木齐中生 代山前凹陷之中偏西部，区内的含煤地层为侏罗系中统西山窑组，为陆相含煤地层，与 下伏之三工河组和上覆头屯河组均为整合接触。煤矿区位于昌吉背斜的南翼，为一向北 东方向倾斜的单斜构造， 地层平缓。 昌吉背斜是区域性长轴状宽缓背斜， 延伸近百公里， 对该区侏罗系地层的分布起一定的控制作用。 （3）矿区地层概况 矿区内分布的地层有第四系全新统冲洪积层（Q4a1p1） 、坡积层（Q4d1）和上 更新统黄土（Q3e01） 、侏罗系中统西山窑组（J2x） ，西山窑组下伏的三工河组（J1s） 在井田东南角有出露，而头屯河组（J2t）则分布于井田东北部。对上述地层的岩性、厚 度、接触关系按由新到老的顺序叙述如下 1）第四系 ① 第四系全新统冲洪积层（Q4a1p1） 主要分布于头屯河河谷内，由砂、砂砾石、 漂石等堆积而成，砾石成分以火成岩和变质岩为主，砾径一般在10～30cm，最大可达 100cm以上，分选差，为次棱角状一次园状。与下伏侏罗系地层呈不整合接触，厚度一 西安科技大学工程硕士学位论文 10 般小于20m。 ② 第四系全新统坡积层（Q4d1） 主要分布于沟谷两岸，半山坡至坡脚地带，由风 化基岩碎块，粉土等堆积而成，多呈棱角状，分选极差，颗粒间多被泥沙充填，厚度0～ 20m。与下伏侏罗系地层呈不整合接触。 ③ 第四系上更新黄土层（Q3e01） 主要分布于煤矿区东北部山坡上，由棕褐色腐 植土构成，厚度约0.50～5.00m，与下伏侏罗系地层呈不整合接触。 2）中生界侏罗系 ① 侏罗系中统头屯河组（J2t） a.上段（J2t2） 分布于煤矿区以北，上部由暗红、紫红、灰褐色泥岩、细砂岩组成，下部由暗红、 紫红色粉砂岩夹灰绿色、黄绿色砂岩及凝灰岩组成。底部为黄绿色中砂岩，全区稳定， 为上下段分界标志。厚240m，与下伏地层整合接触。 b.下段（J2t1） 分布于煤矿区以东北部，上部由暗红、灰绿色泥岩、细砂岩组成，夹粉砂岩、炭质 泥岩及煤线。下部为黄绿色、紫红色泥岩、粉砂岩条带。底部为黄绿色中～粗砂岩，全 区稳定，厚180m作为与下伏地层的分界标志。 ② 侏罗系中统西山窑组（J2x） a.上段（J2x2） 分布于煤矿区中部，为一套湖滨相、湖泊相、泥炭～沼泽相沉积，岩性主要为灰绿 色、灰色砂岩、粗砂岩、含砾粗砂岩夹粉砂岩组成。下部为浅灰色厚层～巨厚层状含砾 中粗砂岩夹泥岩及薄煤层， 底部为浅灰色厚层～中厚层状中粗砂岩， 俗称“豆腐渣砂岩”， 为上下段分界标志。厚140.1～298.14m，与下伏地层整合接触。 b.下段（J2x1） 分布于煤矿区中部，岩性主要为灰色、灰黑色、粉砂岩、泥岩及灰白色厚层～中厚 层状中粗砂岩、炭质泥岩及煤层组成。含煤4～9层，总厚24.65～32.15m，底部为灰白色 粗砂岩～细砂岩，层位较稳定，作为与下伏地层的分界标志。厚220m，与下伏地层整合 接触。 c.侏罗系下统三工河组（J1s） 上段（J1s2） 分布于煤矿区南部，为一套湖泊相、湖滨相沉积，主要岩性为灰黄色、 黄绿色，灰绿色粉砂岩，细砂岩和泥岩组成，下部含2～4层煤线及紫红色泥岩，底部为 厚～巨厚层状，灰黄色粗砂岩为上下段分界标志，厚350m。 2.2.2 矿区地质构造 煤矿区位于昌吉背斜北翼， 为向北东倾斜的单倾构造， 地层倾向35左右， 倾角15～ 2 矿井概况及生产现状分析 11 25之间，煤层沿走向、倾向角度变化小，煤层产状稳定，在井田东南部有一条正断层， 编号F1，该断层走向105左右，倾向195左右，倾角80左右，推测铅直地层断距120m 左右，原生产矿井三水平、四水平、五水平见该断层，五水平穿越该断层，在该断层附 件有一些小的错动，地表断层两侧露头位置岩层产状有明显变化，断层以北（下盘）地 层状状倾向10左右，倾角20左右；断层以南（上盘）地层产状倾向30左右，倾角 20左右，煤矿区内没有岩浆侵入，煤矿区构造类别属于第二类“中等构造”。 2.2.3 煤层状况分析 （1）含煤性 煤矿区范围内侏罗系中统西山窑组为主要含煤地层，该组分上、下两段，下段为主 要含煤段，地层厚度220m，含煤4～9层，为可采和局部可采煤层，煤层总厚度33.65m， 含煤系数15。上段不含可采煤层，由河流相、湖泊相及沼泽相的灰白色中砂岩、粗砂 岩、砾岩、及黑色泥、泥质粉砂岩、炭质泥岩和煤线组成，平均厚度294.94m。该段除 含有数层煤线外，均无可采煤层存在。 （2）可采煤层特征 井田内共含三层可采煤层，经过对比，编号为B1、B2、B8，根据煤矿开采用新疆 准南煤田西段煤炭资源远景调查地质报告ZK251、ZK252钻孔资料，B1煤层3.75～ 3.88m，B2煤层10.34～10.60m，B8煤层11.20～13.89m。煤层倾角多在13～22之间，平 均17，属缓倾斜煤层，煤层赋存稳定，煤层结构简单，夹矸少，层理不发育，煤层顶 板以泥岩、粉砂岩为主，比较软，容易冒顶。主要可采煤层厚度多在2.05m～11.63m之 间，属中厚～巨厚煤层。煤层间距离多在3.58～79m之间，为中近距离和远距离煤层群。 本矿目前开采B2煤层，属于全区可采的稳定煤层，煤层沿走向、倾向厚度变化小、 厚度稳定，结构简单；另外本矿区1、2号井曾开采B8煤层，煤层厚12.22m，含夹矸3层， 属于中等～复杂结构煤层；3号井开采B1煤层，煤层厚度3.75～3.88m。本矿区内三层煤 为全区可采、厚度稳定、结构简单～复杂的稳定煤层，煤层的稳定型别属于第一型“稳 定”型。 各煤层厚度、顶底板岩性见表2.4，煤层特征表见表2.5。 西安科技大学工程硕士学位论文 12 表表 2.4 各煤层厚度、顶底板岩性各煤层厚度、顶底板岩性 表表 2.5 煤层特征表煤层特征表 煤层厚度 煤层间距煤 层 编 号 统 计 点 数 最小-最大 平均 （m） 平均（m） 夹矸数 煤层 结构 可采 系数 煤层厚 度变异 系数 煤层稳 定性 B1 3 3.78-3.88 3.65 0 简单 1 95 稳定 可采 93.9 B2 7 10.20-10.60 10.500 0 简单 1 95 稳定 可采 9.20 B3 3 0.17-70.20 3.51 0 简单 0.2 38.24 不稳定 不可采3.63 B4 2 0-1.77 0.89 0 简单 0.2 27.42 不稳定 不可采1.18 B5 3 0-0.97 0.49 0 简单 0.3 13.82 不稳定 不可采4.14 B6 2 0-2.94 1.47 0 简单 0.3 不稳定 不可采3.72 B7 2 0-1.84 0.92 0 简单 0.2 不稳定 不可采 B8 3 11.15-13.89 12.22 1.13 3 中等- 复杂 1 97 稳定 可采 红星矿 ZK251 孔 煤 层 编 号 煤层厚度 顶板岩性 底板岩性 煤层厚度 顶板岩性 底板岩性 B1 3.70 粉砂岩 粉砂岩 3.88 粉砂质 粉砂质岩 B2 10.20 粉砂岩 粉砂岩 10.34 粉砂岩 细砂岩 B3 3.17 粉砂岩 粉砂岩 B4 1.77 细砂岩 细砂岩 B5 0.97 细砂岩 粉砂岩 B6 2.94 粉砂岩 粉砂岩 B7 1.84 炭制泥岩 泥岩 B8 1.90（0.75） 2.30（0.72） 6.00（0.50） 1.0 泥质 粉砂岩 泥质 粉砂岩 4.65（0.20） 1.35（0.06） 4.27（0.39） 0.85 粉砂质泥岩 泥岩 2 矿井概况及生产现状分析 13 2.3 矿井生产现状分析 2.3.1 开采技术条件 （1）生产矿井开采技术条件 该矿从上世纪 60 年代开始陆续建有 4 个斜井，由于种种原因，3 个井相继关闭，巷 道斜长 140～170m，垂深圳特区 55～66m 左右，1 号井采 B8煤层，3 号井采 B1号煤层， 现在只有 4 号井正常生产，斜长 290m，垂深 118m，采 B2号煤层。现已穿越河床后， 又前进了 32m。该主巷道不符合过河条件，存在着比较严重的突水事故隐患。该井现有 5 个开采水平，总面积 39.20km2，其中采空区面积 13.5km2。主采煤层 B2伪顶和伪底均 有薄层泥岩，并有垮落和底鼓现象。老顶为砂岩、较硬，不易垮落。该井主巷道和平巷 均无支护，采空区也未见陷落。总的来看，煤层顶板还是比较稳定的，但对伪顶也应注 意，必要时加强支护，对伪底也应尽量采取自然排水的方式供其底板尽量保持干燥，避 免底鼓现象的发生。 （2）岩石工程地质特征 该矿区岩体结构以块状、层状结构面为主，其它次之。块状结构及层状结构的岩石 均由厚层及中厚层的砂岩、砾岩及泥岩组成，性质坚硬，结构面以层理、层面为主，它 的结合力强弱及变形破坏主要受软弱结合面及层面控制。以块状、层状结构面为主的岩 体结构类型，岩石性质较坚硬，对矿井坑道稳定有利，大多无需支护。另外对松散结构 的第四系亚砂土及卵砾石层也不能忽视， 尤其在有地下水作用时容易使边坡失稳和松散物脱落。 B2煤层直接顶底板（0.20～0.50m）为粉砂岩，泥质含量较高，强度差，遇水有膨 胀性， 无法制样作力学试验， 属于软弱岩， 应该加强顶底板管理。 B2煤层老顶为中砂岩， 天然状态下单向抗压强度为 49.6MPa，属于硬岩层，强度较好，不易垮落，煤矿区多年 开采没有发生大面积顶板垮落但是也不能大意， 老顶虽然好但是遇到较大裂隙其强度就 会降低。B2煤层老底为细砂岩，天然状态下单向