云冈矿三下采煤在地质方面的论证.pdf

云冈矿“三下”采煤在地质方面的论证 刘善斌1，燕文2，李占文1 （1. 大同煤矿集团 云冈矿，山西 大同 037017；2. 大同煤矿集团 马脊梁矿，山西 大同 037027） ［摘要］从地质方面入手，论述了云冈井田“三下”压煤的特征，并对云冈井田“三下”压 煤的开采作出了可行性分析。 ［关键词］“三下”压煤； “三下”采煤；地质特征；可行性分析 ［中图分类号］TD163［文献标识码］B ［文章编号］1006-6225（2002）03-0022-03 Argumentation of mining under building，water and railroad in Yungang Mine ［收稿日期］2002 - 01 - 09 ［作者简介］刘善斌（1965 - ） ，男，山西怀仁县人，工程师，1990 年毕业于山东矿业学院地质系，一直从事煤矿地质、煤质技术工作。 云冈矿始建于 60 年代中期，1973 年正式投产， 原设计生产能力 270 万 t/a。曾在 1989 ～ 1991 年连 续 3 年突破原煤产量 400 万 t，创出了全国单井口 年出煤量的最高纪录。然而，由于近几年的大强度 开采，再加上周边小煤窑的严重破坏，矿井的可采 储量急剧减少。而云冈井田内河床下、铁路下、建 筑物下压着大量的 2 ，3 ，7 层的优质煤且连成 一片，呈东西向横贯于井田中央。被压煤不仅量 大，运输距离短，开拓准备条件便利，生产集中， 最主要的是这 3 层煤均属于低灰、低硫煤，可作为 优质动力煤出口销售，又可作为其它煤质较差的煤 的配煤，以改善我矿煤炭质量、利于销售。因此， 很有必要对“三下”压煤进行开采。 1井田内建筑物、铁路和水体情况 云冈井田内的压煤体有建筑物、铁路和水体。 建筑物以 1030 大巷为界，将“三下”压煤 区分为东西两翼。西翼十里河床内有上深涧煤炭集 运站及铁路，地面上有工业广场、11 层办公大楼、 17 层单身公寓等多栋高层建筑，并有姜家湾村和 白庙村。东翼地表有云冈矿家属楼、中学、新开路 小学、局第三职工医院、十里河大桥、吴官屯村 等。工业广场内房屋较规则，多为四层楼房，也有 少数五层和六层楼房。楼身最大长度 100m，砖结 构。吴官屯村依北山而建，为片石结构，部分为石 窑，房屋总体质量较差，建筑年代不一。 铁路井田内有大同至新高山运煤铁路专线和 109 国道，分别沿十里河南北边缘横穿井田中央。 水体本区地表水体为十里河。 2井田内地层、煤层及顶底板岩性 2.1地层 本区赋存的对“三下”采煤有影响的地层从新 到老有第四系冲积层及黄土、侏罗系中统云冈 组、侏罗系中统大同组。地层赋存情况见表 1。 2.2“三下”煤层的赋存特征 表 1 “三下”压煤区地层赋存情况 地层名称岩性描述平均厚度 /m备注 第四系黄土及冲积层 黄土5分布于十里河床两侧 冲积层由卵石、砂砾、粗砂岩组成10分布于十里河床内 侏罗系中统云冈组（J2y） 上部为紫红色中粗砂岩和粉砂岩； 中部为灰白色中粗砂岩， 并夹有粉砂岩； 底部为灰白色砂岩、 砂砾岩， 并夹有中粗砂岩。 160与下伏地层大同组呈平行不整合接触 侏罗系中统大同组（J2d） 灰色粉砂岩、细砂岩及中砂岩，底部局部为细砾岩或 含砾岩或含砾砂岩 185 为主要含煤地层与下伏地层永定庄组呈 平行不整合接触 本区下伏大同组含煤 19 层之多，其中可采及 局部可采煤层 11 层，总厚度平均 16.4m，含煤系 数 8.79。本次“三下”采煤主要针对 2 ，3 ， 7 煤质较好的煤层。 2.2.12 煤层 为 2-1和 2-2 合并层，煤层厚度 0.17 ～ 8.0m， 平均 2.84m，煤层结构简单，由西向东变厚。以 1030 大巷为界，西翼煤层零星不可采区，而东翼 煤层厚度稳定，整体属较稳定煤层。 2.2.23 煤层 3 煤层与 2煤层层间距为 20.91 ～ 28.96m， 平均厚 25.07m。煤层厚度 1.70 ～ 3.20m，平均厚 2.44m，煤层结构简单，不含夹矸。全区赋存稳 定，全部可采，属稳定煤层。 2.2.37 煤层 7 煤 层 与 上 伏 3煤 层 层 间 距 为 36.55 ～ 49.64m。平均厚 40.5m。本区大部分以 7-2层和 7- 3 层合并出现，仅在东部出现分叉。煤厚 1.93 ～ 2.72m，平均厚 2.29m。属较稳定煤层。 2.3煤层顶底板岩性特征 各煤层顶底板情况详见表 2。 表 2 各煤层顶底板岩性特征 煤层顶底板岩性特征厚度 /m 2 直接顶灰白色砾岩，砾石成分为石英岩、砂质岩，大小为 2 ～ 12cm，磨圆度好，粘土质胶结或硅质胶结。4.55 ～ 11.46 直接底深灰色粉砂岩 3 直接顶深灰色粉砂岩、灰白色细砂岩，具水平层理20.9 ～ 28.9 直接底深灰色粉砂岩、局部夹薄层细砂岩 7 直接顶上部为灰白色粉砂岩；中部为中粗砂岩；下部为灰色细砂岩，深灰色粉砂岩25 ～ 48 直接底灰色粉砂岩互层，胶结致密，坚硬 3地质构造 云冈井田位于大同煤盆地东北部，处于大同煤 田北部，NW 向斜地轴西翼，东邻青磁窑逆冲断 层。井田内“三下”压煤区地层平缓，总体为西高 东低，赋存断裂构造 3 条，褶曲构造 4 个。 断层3 条断层均为正断层，倾角分别为 60， 80，80，落差分别为 5m，15m，45m。 褶曲 “三下”压煤区的 4 个褶曲构造中，其 中一拗陷、一穹窿、两向斜，大部被断层切割。 4水文地质 4.1充水水源 包括大气降水、地表水、地下水和老窑及采空 区积水。 大气降水本区大气降水集中在每年的 7 ～ 9 月份，年均降水量 400mm，雨量集中，对矿井充水 有一定的影响。 地表水十里河是本区内唯一的一条河流，从 西向东流经本区中部，属桑干河二级支流。河谷宽 300～ 600m，一般流量 0.5 ～ 2.0m3/s ，洪讯期增 大，历史上最大洪流量达 745m3/s。近几年，河道 时有干枯现象。 地下水影响本区生产的地下含水层主要有松 散岩类孔隙水、侏罗系中统云冈组砂岩裂隙水和侏 罗系中统大同组砂岩裂隙水。松散岩类孔隙水主要 靠大气降水及十里河渗漏补给。其水位高于 2 煤 层顶板云冈组粗砂岩含水层的水位，可直接补给砂 岩含水层，是矿井充水的间接水源。裂隙水含水层 在地表出露有限，接受降水补给条件差，又因含水 层厚度薄，富水性弱，对矿井充水影响不大。 老窑及采空区积水本区煤炭开采历史悠久， 开采强度大，老窑和近代采空区较多，很多老窑都 有积水。这些积水给开采下部煤层和老窑附近的本 煤层带来危害。就目前而言，老窑和采空区积水是 矿井生产的主要水害。 4.2充水通道 围岩裂隙本区煤层顶底板岩性较脆，受构造 运动的影响产生大量的裂隙，这些裂隙成为矿井充 水的最基本的通道。 断层本区断层多数是高角度正断层，张开性 好，导水性强，尤其在断层交叉或与褶曲轴部斜交 部位，岩层破碎，预计在开采断层附近煤层时，河 床水会沿这些部位涌入矿井。 人为通道人为放顶及采空区顶板冒落，产生 的裂隙及地表塌陷，也可成为大气降水、地表水的 贮存场所和进入井下的通道。 5“三下”压煤的储量分布 5.1储量分布 本区构造比较简单，影响储量级别的主要因素 是煤层的稳定性，本区域 2 ，3 ，7 煤层稳定程 度评价见表 3。 表 3“三下”压煤区各煤层稳定性评价 煤层号煤层变异系数 r / 可采性指数稳定程度 238.80.92 较稳定 324.41 稳定 726.51 较稳定 5.2煤质 “三下”压煤区赋存的 2 ，3 ，7 层煤质较 好，其 灰 分 6.46 ～ 8.82，硫 分 1.03 ～ 1.08，发热量 33.60 ～ 34.07MJ/kg。属低灰、低 硫、高发热量的优质动力煤。 6“三下”压煤特征分析 云冈矿“三下”压煤的特征是 （1）三种压煤连成一片，采动所需保护的受护 体多，保护等级高； （2）煤层赋存浅、煤层赋存多、表土层薄； （3）煤层顶底板坚硬。 受护体多，要求全面综合分析；保护等级高， 限制了采出率，特别是工业广场上的楼房，其长度 和宽度比较大，比较容易导致开裂破坏。本区的农 村房屋，由于其质量差，也易破坏。 煤层赋存浅和煤层层数多，埋深埋厚比小，采 动对地表影响大。 表土层薄或基岩裸露区域，采动变形缺少表土 层的缓冲调节，使基岩面上的采动变形直接施加在 建筑物和铁路上，加大了保护难度；表土层薄会使 地表裂缝与浅部采空区连通，且长期不能闭合，有 水体涌入井下的危险。 煤层顶底板坚硬，具有双重性。若采用全部跨 落法管理顶底板或煤柱留设不当，均会出现顶板大 面积一次性突然冒落，引起地表陷落性大裂缝，这 对于建筑物、铁路和水体都是不利的。但是，煤层 顶底板坚硬却也是应用房柱式或条带式开采控制岩 移的有利条件。 7“三下”采煤的可行性 综上所述，本区“三下”采煤的可行性为 煤层厚度2 ，3 ，7 煤层厚度稳定，变化 小，满足开采要求。 煤质三层煤均属低灰、低硫的优质动力煤， 7 层虽含 2 ～ 3 层夹矸，但经过洗选，基本能满足 用户需要。 水文地质本区水文地质条件简单，大气降水 少，地表无大的水体，地下无大的含水层，充水条 件差，威胁矿井生产的主要水害就是老窑和采空区 积水。因此，只要采取合理的采煤方法，就能控制 采空区顶板塌陷及下沉的幅度，使其不致产生大的 裂隙，导通水体。另外，在被大断层切割地段，以 及在小窑采空区附近采掘时，要加强水文地质管 理，在其周边留设一定宽度的隔水煤柱，就可保证 河床附近采煤的顺利进行。这种情况下，有小煤窑 在河床下开采的经验作为参考。 地质构造本区煤层起伏不大，断裂构造不太 发育，特别是东翼区域综合条件较好。 储量本区 2，3 ，7 煤层总储量 3696.0 万 t，扣除暂不能开采的 2 煤层西翼的煤炭储量 670.3 万 t，矿界煤柱、断层煤柱和薄煤层不可采 区域的储量 211.5 万 t，可供开采的剩余储量为 2814.2 万 t，按平均采出率 37计，预计可采煤量 1041.3 万 t，煤量相当可观。 鉴于本矿“三下”压煤的地质特点，结合上述 分析可以得知，采取一些措施后，从压煤区采出部 分压煤是切实可行的，再结合国内外“三下”采煤 的经验，采用房柱式连续采煤机方案是本矿“三 下”压煤开采的最佳选择。 8结论 云冈矿作为一个高度机械化的特大型现代化矿 井，随着上部煤层储量逐渐减少，转移到下部煤层 的开采。由于下部煤层煤质差，成本高，不适应目 前的煤炭经济市场。“三下”却压着浅层的 2 ， 3 ，7 层的优质动力煤，通过研究分析，从地质 角度考虑，从“三下”压煤区采出部分煤是可行 的。 ［责任编辑刘霞］ （上接 21 页） 墙解决了漏风问题，同时，取消了巷内支护的金属 可缩支架，只用锚杆挂金属网，降低了成本，减轻 了工人的劳动强度。由于巷道内支护完整，不用维 修即可复用。该技术在本矿应用效果较好，也为有 相似条件的矿井或采区提供了技术参考。 另外， 由于加强了对工人的专业技术培训和工 作面设备的技术管理， 坚持按循环图表作业， 执行检 修制度， 充分发挥了机械效能， 保证了高产、 稳产。 ［参考文献］ ［1］徐永圻 . 中国采煤方法图集［M］. 徐州中国矿业大学出版 社，1990. ［2］钱鸣高，王庆康 . 采煤工艺学［M］. 徐州中国矿业大学出 版社，1992. ［责任编辑邹正立］