矿山机械认识实习报告资料

第一节    井田位置、范围和交通条件

一、井田位置与范围

凤凰山矿位于晋城市区北侧5km处,  行政区区划属晋城市城区北石店镇和泽州县巴公镇管辖。据山西省国土资源厅20##年10月14日为该矿发放的1000000220021号采矿许可证，井田范围由28个坐标点连线圈定（拐点坐标详见附表15）。井田北以杨庄－北堆村连线为界，南和古书院矿相接，东与王台铺矿为邻，西至白马寺逆断层，井田东西宽约4.3km，南北长约7.5km，面积29.3485km2。

凤凰山矿井田北与巴公井田毗邻，为白马寺Ⅰ区和四义井田的一部分。上述历次勘探成果为凤凰山矿的资源开发和进一步勘探、研究提供了丰富的资料，亦为本次地质报告的编制提供了可靠依据。

凤凰山矿周围分布有两个大型生产矿井，即东界外为王台铺矿，南界外为古书院矿，均为晋城蓝焰煤业股份有限公司所属矿，现开采3、9号煤层，采用机械化综采，为现代化国有大型煤矿。

实习要求

 在关老师的介绍下我们初步了解煤矿的生产技术状况及发展情况使我认识和了解煤矿井上、下概貌了解原煤的生产工艺过程及矿井各主要生产环节认识井田开拓方式和主要生产系统了解采取巷道布置和采煤工艺初步熟悉井巷工程的施工、支护等工艺为今后有关课程的学习创造了条件打下了好的基础。 (2) 观看矿井建设、井田开拓、采准系统等录像    在学校的A5阶梯教室观看有关矿井建设、井田开拓、采准系统等录像了解矿区开发、建设和生产概况矿区与井田地质概况井田开拓方式及生产系统煤矿的矿井概况熟悉工业广场设施、各类建筑把握工业广场各工艺流程学习和了解矿井建设的有关知识。

(3) 参观并讲解采矿相关模型    在学校的实验室由关玉顺老师讲解了巷道的开拓方式并在关老师的指导和介绍下观看了单一煤层采区巷道布置模型、近水平煤层带区联合准备模型、近距离煤层群采区联合准备模型、近距离煤层群石门盘区联合准备模型、近距离煤层群上山盘区联合准备模型、综采放顶煤工作面布置模型、急倾斜煤层柔性掩护支架采煤法模型、厚煤层一次采全厚综采工作面及设备布置、立井刀式环形井底车场模型、立井折返式底卸式矿井井底车场模型、斜井井底车场模型、立井多水平上下山开拓模型、斜井多水平采区式划分开拓模型等模型。 (4) 绘制采矿图件    在观看完有关矿井模型后关老师要求画出斜井主要巷道的平面图及剖面图、立井刀式环形井底车场、斜井井底车场的平面图 (5) 宁煤培训中心模拟现场实践 在宁煤培训中心首先由现场解说的老师进行了详细细致的安全教育并对培训中心的综采工作面设备及采煤工艺进行简单的介绍。 在模拟巷道里由解说老师详细介绍综采工作面运输系统、综采工作面供电系统、综掘设备及生产工艺、液压支架及泵站的知识了解了巷道的通风系统、风门的作用以及瓦斯断电仪器的作用并逐个介绍各零件的运作原理和所起的作用使我们收益颇丰。最后培训中心的老师启动整个工作面机器并由2、3名学生辅助操作机器运转让我们对矿井的运转进行了全面了解巩固了所学专业理论知识初步掌握采煤工作面的生产组织和管理知识。

第三章   矿井地质

第一节 地层

凤凰山井田位于沁水煤田东南部、晋城矿区东部，井田内广为第四系黄土覆盖，基岩出露面积约占井田面积的25％，主要分布于中南部的山梁及部分沟谷地段，大部分为下石盒子组及上石盒子组中、下部地层。现结合区域资料与钻探资料，由老至新分述如下：

一、  奥陶系中统（O2）

1.下马家沟组（O2x）

以中厚层状石灰岩为主，下部夹泥质灰岩和含石膏的泥质角砾状灰岩，中下部岩溶发育，呈蜂窝状小溶洞相互连通，一般可见岩溶比较发育的层段1～3层，溶洞内可见黄褐色沉淀物。最高的岩溶层距奥灰顶界264.27～377.00m，岩溶层段总厚8.70～64.59m，平均31.69m。本组钻探揭露最大厚度178.32m。

2.上马家沟组（O2s）

以浅灰～深灰色致密性脆的厚层状石灰岩为主，次为泥质灰岩，具方解石细脉。本组厚177.04～254.13m，平均207.96m。

3.峰峰组（O2f）

以深灰色坚硬致密的厚层状石灰岩及角砾状灰岩为主，砾石成分较复杂。本组厚42.79～86.13m，平均68.38m。出露于白马寺逆冲断层以西。

二、  石炭系（C）

1.中统本溪组（C2b）

以灰白色铝土质泥岩为主，夹薄层砂质泥岩及细粒砂岩，局部夹薄层灰岩。为一套以泥岩为主的泻湖海湾相沉积。底部为山西式铁矿。本组厚4.06～22.25m，平均9.65m。与下伏峰峰组呈平行不整合接触。

本组灰岩中产较丰富的动物化石：

2.上统太原组（C3t）

为井田主要含煤地层之一，由深灰色～灰黑色泥岩、砂质泥岩、砂岩、石灰岩、煤层组成，属三角洲和碳酸盐岩台地沉积。含煤11层，一般6～8层，可采2层（9号、15号）。含石灰岩5～10层，一般5层。本组厚59.73～98.77m，平均83.23m。底部以K1砂岩与本溪组呈整合接触。

三、  二叠系（P）

1.下统山西组（P1s）

为井田主要含煤地层之一。由灰白色～深灰色砂岩、灰黑色泥岩、砂质泥岩、煤层组成，属三角洲平原和泻湖、湖沼沉积。一般含煤4层，其中3号煤层为主要可采煤层。本组厚46.94～78.22m平均64.25m。底部以k7砂岩与太原组呈整合接触。

2.下统下石盒子组（P1x）

由灰色、灰绿色砂岩、砂质泥岩、泥岩组成，局部夹1～2层煤线及铁锰质结核。属淡水的浅湖～滨湖相沉积。顶部含铝质泥岩，富含鲕粒，俗称“桃花泥岩”，层位稳定，分布广泛，是良好的标志层。底部为灰、深灰色细～中粒长石石英砂岩（K8）。本组厚68.22～97.53m，一般78.12m。与下伏山西组呈整合接触。

3.上统上石盒子组（P2s）

本组属陆相河流和湖泊沉积。据岩性组合可分为三段：

一段（P2s1）：井田中部广为分布。由黄绿、灰绿、紫红色细粒砂岩、砂质泥岩、泥岩组成。底部为中～粗粒长石石英杂砂岩（K10），泥质胶结，具交错层理。与下伏下石盒子组呈整合接触。本组厚72.10～90.01m，一般85.78左右。

二段（P2s2）：井田内广泛出露。由杏黄色、灰绿色砂岩、砂质泥岩、泥岩组成，夹数层中厚层状粗粒长石石英杂砂岩。中部夹厚0～0.50m的锰铁矿层。本段厚90.60～98.31m，一般96.51m。

三段（P2s3）：出露于井田山梁处。以灰绿色、紫红色砂质泥岩、泥岩为主，夹薄层状细粒砂岩。顶部泥岩中夹燧石条带。因受剥蚀，所见最大厚度为23.00m左右。

四、  第三系上新统（N2）

由红色粘土和亚粘土组成。土质细腻，塑性好。含锰铁质结核。厚0～10m。与下伏地层呈角度不整合接触。

五、  第四系（Q）

1、中更新统（Q2）

由红色亚粘土、砂砾层组成，砂砾层呈半胶结或不胶结，分选不良，磨圆度差。厚0～25m。与下伏地层呈角度不整合接触。

2、上更新统（Q3）

由黄色、灰白色、灰黑色亚粘土、亚砂土及砂土组成，垂直节理，含多量腐植质及钙质结核。厚0～15m。与下伏地层呈角度不整合接触。

3、全新统（Q4）

分布于较大沟谷之中。由亚砂土、砾石组成，分选不好。厚0～10m。与下伏地层呈角度不整合接触。

第二节     含煤地层

井田内含煤地层主要为上石炭统太原组（C3t）和下二叠统山西组（P1s）。

一、太原组（C3t）：为井田主要含煤地层之一，由深灰色～灰黑色泥岩、砂质泥岩、砂岩、石灰岩 、煤层组成 。含煤11层，每层石灰岩之下均有煤层赋存，是良好的对比标志。本组厚59.73～98.77m，平均83.23m。据岩性、岩相组合可分为三段：

（一）一段（K1砂岩底～K2灰岩底）：厚度4.50～16.90m，平均8.54m。

1、K1砂岩：厚0～2m，平均0.80m。。灰～深灰色细粒石英砂岩，硅质胶结，坚硬。在本井田不甚发育，有时相变为砂质泥岩、泥岩。

2、K1砂岩顶～15号煤层底：厚0～9.40m，平均4.27m。灰色铝土质泥岩、灰黑色砂质泥岩、泥岩，构成15号煤的直接底。

3、15号煤层：俗称“臭煤”。厚1.35～5.50m，平均2.33m。为井田内主要可采煤层之一。

本段主要为泻湖、潮坪、潮道及沼泽沉积。

（二）二段（K2灰岩底～K4灰岩顶）：厚度22.83～42.12m，平均31.90m。

4、K2石灰岩：厚1.28～17.85m，平均9.11m。深灰色，致密性脆，夹燧石条带，中部含泥质。裂隙中充填有方解石细脉。含丰富的动物化石。厚度大且稳定，是岩、煤层对比的主要标志层之一。

5、K2灰岩～K3灰岩底：厚2.10～17.05m，平均5.18m。上部为灰色细粒砂岩，含石英、云母及黑色矿物；中下部为黑灰色砂质泥岩、泥岩互层夹煤线，有时相变为细粒砂岩或粉砂岩。顶部夹0～0.50m煤线（13号煤），极不稳定。

6、K3石灰岩：厚0～5.50m，平均2.68m。深灰色，致密坚硬，偶夹燧石条带，含黄铁矿。裂隙被方解石充填。产动物化石。有时相变为砂质泥岩。

7、K3灰岩顶～K4灰岩底：厚4.10～27.28m，平均8.46m。深灰～灰黑色细粒砂岩与砂质泥岩互层。顶部含不稳定的11号煤，厚0～0.46m。中部含不稳定的12号煤，厚0～0.44m。

8、K4石灰岩：厚0～4.99m，平均1.48m。深灰色，坚硬致密，质不纯，具星点状黄铁矿。有时相变为泥岩。含丰富的动物化石。

本段主要为下三角洲平原～前缘和碳酸盐台地沉积。

（三）三段（K4灰岩顶～K7砂岩底）

9、K4灰岩顶～9号煤层底：厚0.66～12.33m，平均2.51m。灰黑色砂质泥岩，炭质高岭石粘土岩，遇水易软化膨胀。

10、9号煤层：俗称“半香煤”。厚0.80～6.00m，平均1.70m。黑色，以半亮煤为主。为主要可采煤层之一。

11、K4上石灰岩：厚0～3.65m，平均0.96m。深灰色，为9号煤直接顶，不稳定，有时相变为砂质泥岩。含植物化石。

12、中粒砂岩：

厚3.77～13.71m，平均6.21m。灰～深灰色，上部夹砂质泥岩。

13、砂质泥岩：厚0.82－2.50m,平均1.12m。深灰～灰黑色。

14、8-2号煤层：厚0～0.50m。

15、砂质泥岩、砂岩：厚1.15～5.20m，平均2.78m。下部为灰色细粒砂岩或中粒砂岩；上部为灰黑色砂质泥岩。底部有时含不稳定的石灰岩或泥质灰岩。

16、8-1号煤层：厚0～0.45m。

17、砂岩、砂质泥岩、泥岩：厚8.73～23.21m，平均12.72m。灰～黑灰色，底部有时含1～2层很不稳定的石灰岩(K5下)。

18、7号煤层：厚0～0.45m。

19、K5石灰岩：厚0.40～10.89m，平均3.58m。深灰色，致密坚硬，含方解石脉及小斑晶，产丰富的动物化石。层位稳定，为良好的标志层之一。

20、K5灰岩顶～K6灰岩底：厚2.13～13.28m，平均9.57m。以灰黑色砂质泥岩为主，夹薄层泥岩及细粒砂岩。顶部有一薄煤（5号煤），厚0～0.40m。产植物化石。

21、K6石灰岩：厚0～3.02m，平均0.86m。深灰色，夹似层状燧石。不稳定，有时相变为细～中粒砂岩、砂质泥岩或硅质层。

22、K6灰岩顶～K7砂岩底：厚0.49～7.42m，平均4.37m。灰黑色粉砂岩、砂质泥岩、泥岩，薄～中厚层状，中部夹一层不稳定薄煤层（5号煤层），含植物碎片化石。

本段又可分为三个层段，即K4顶～K5顶、K5顶～K6顶、K6顶～K7底，前两部分为完整的海退～海进层序，后者与山西组构成一个海退型层序。K4顶～K5顶属三角洲平原～前缘及局限台地沉积，煤层发育与三角洲河道的迁移废弃关系密切，9号煤层为发育在三角洲平原上的泥炭沼泽沉积，一般在支流间湾处发育较好，废弃河道上煤层较薄。K5顶～K6顶属低能的河口湾、潮坪、泻湖沉积。K6顶～K7底前三角洲沉积。

本组总的说来，属三角洲相和碳酸盐台地相沉积。

K1砂岩为分流河道沉积，向上逐渐过渡到泻湖、湖沼环境，最后形成闭流沼泽，发育了15号煤层。由于水流不畅，处于还原环境，利于黄铁矿的形成，所以15号煤含硫量较高。

随着海侵范围逐渐扩大，三角洲停止向前生长，破坏了三角洲平原的发育，形成了碳酸盐台地相沉积。以后海水退却，岸进作用加强，碳酸盐台地逐渐变成以河流搬运为主的三角洲相沉积，其顶部为三角洲泥炭沼泽沉积，形成一些厚度不大、层位稳定的煤层。当海侵开始，又逐渐变为碳酸盐台地的浅海环境。由于当时地壳振荡运动频繁，形成了多个三角洲－碳酸盐台地相的沉积旋回。

二、山西组（P1s）

为井田主要含煤地层之一。由灰白色～深灰色砂岩、灰黑色泥岩、砂质泥岩、煤层组成。含煤4层，自上而下编号为1、2、3、4号，其中3号煤为主要可采煤层。本组厚46.94～78.22m，平均64.25m。

本组属三角洲平原亚相和泻湖、湖沼相沉积。

K7砂岩为分流河道沉积。随着海平面的下降，沉积了一套以泥岩、粉砂岩为主的细粒沉积物。后由于地壳相对稳定，为煤炭沉积提供了良好的条件，发育了稳定性好、厚度大、含硫低的3号煤层。以后，地壳相对上升，被上三角洲平原分流河道、决口扇、溢岸沉积所覆盖。这些溢岸、决口沉积对分流间湾进行充填，沉积物以细～中粒砂岩为主，间夹砂质泥岩和不稳定之煤层，由于泥炭沼泽分布有限，又近碎屑岩沉积体系，故形成薄而不连续的煤层（1、2号煤），不具工业价值。

第三节  构造

一、区域构造简述

山西省地处华北古板块西部，根据《山西省区域地质志》按断块构造学说的划分方案，晋城矿区位于吕梁－太行断块沁水块坳东部次级构造单元沾尚－武乡－阳城北北东向褶带南段。

沁水块坳是山西省最大的四级构造单元，总体呈北北东向展布。沁水块坳是一个被断裂围限的矩形断块，主体部分出露二叠系和三叠系，周缘翘起，下古生界出露。沁水块坳形成于中生代，是受水平挤压形成的坳陷。相对周缘构造单元而言，沁水块坳较稳定，变形强度由边缘向内减弱。块坳主体部分发育开阔的北北东向短轴褶曲，两翼岩层倾角一般小于20°，边缘断层多为逆冲性质，尤其是东西两侧边缘均向外侧逆冲，显示了水平挤压特征。

本井田处于沁水块坳东南侧，紧靠晋获断裂带东缘，而白马寺逆冲断层即井田的西部边界，构造形态与其密切相关。

二、井田构造

受区域性东西向水平挤压运动影响，井田内除西部边界处白马寺逆冲断层外，主要构造形迹为北北东向的宽缓褶曲，伴生有落差5m以下小型断层和陷落柱（见构造纲要图）。现分别叙述如下：

（一）褶曲

井田内褶曲比较发育，共发育中小型褶曲9条，其中3条背斜，6条向斜。由于受近东西向挤压运动影响，褶曲轴向大都呈北北东向，仅个别为北北西向。褶曲幅度一般不大，两翼地层较为平缓，倾角多在2～5°之间，局部可达12～25°。（二）断层

井田较大的断层为西部边界处的白马寺逆断层，南端由晋城以南晋普山区延至本井田，向北又伸展到巴公井田，为井田边界断层，断层落差40m，属区域较大断层。断层处均被第四系黄土覆盖，但根据井田西南边界处李家庄和柏揭坪村东西两侧地层出露情况，其西侧200m处为奥陶系灰岩，而东侧300m处则为上下石盒子组地层，推测中间应有断层通过。为了控制断层走向位置，勘探时布置了231A、凤37、凤51、凤53、凤16和514号等构造控制孔，使该断层在井田处的走向延伸位置大致得到了控制。

除上述较大逆断层外，凤矿在3、9号煤层开采中还发现了40余条小断层，大部属正断层，少量为逆断层，走向延伸长度70～480m不等，垂向延展深度不大。据3、9号煤层揭露情况，所见断层并无上下对应延伸关系，均属垂向延伸有限的层间小断层。初步分析推测，当时地壳在遭受东西向水平挤压应力的作用下，伴随着一系列中小型褶曲的形成，在岩性相对较为软弱的煤层处，当应力超过煤层及其顶底板可塑性极限时便产生了大量小的断裂和错动，当巨大的水平挤压力在井田西部边界处形成纵向延伸数公里的白马寺大型逆冲断层后，随着地壳运动能量的释放，水平挤压力逐渐减弱消失，于是便形成了众多水平延伸长度不大，纵向延展深度有限的小型断裂，由于错动作用主要发生在构造应力减弱消失的过程中，故小断层大部属正断层，其中12条为逆断层。现将落差2.4m以上断层列表如下（表3－2）。

（三）陷落柱

井田内陷落柱较发育，在开采3号煤层时发现40个陷落柱（X1～X40），开采9号煤层时发现10个陷落柱（X41～X50）（见表3－3）。


陷落柱集中分布在井田中东部，局部密集，开采时曾在一个工作面连续发现5个陷落柱，陷落柱水平断面大都呈椭圆形，个别为近圆形，陷落范围大小不一，长轴多在10～133m之间，短轴为5～61m左右，单个水平断面积可达120～7145m2。陷落柱纵断层一般为倒锥体状，上小下大，陷壁角为60～80°左右。陷落中心岩性杂乱，岩块多具棱角状，大小不一，与陷壁地层界线清晰。据开采情况，陷落柱体内一般无水，陷壁与陷落柱体接触紧密，未见明显导水作用。

第六章 开采技术条件

第一节   顶底板条件

煤层顶板为深灰色厚层石灰岩（K2灰岩），致密，坚硬，夹有燧石条带，节理裂隙较发育，厚度1.28～17.85m，平均9.11m，层位稳定。据王台铺矿矿井地质报告资料，单向抗压强度平均47.00Mpa，单向抗拉强度平均4.00Mpa；抗剪强度平均3.70Mpa。属坚硬类不易冒落顶板。

底板为灰黑色泥岩或铝质泥岩，局部有炭质泥岩伪底，厚度0.25～9.40m，平均4.27m。属软质岩层。铝质泥岩底板单向抗压强度为11.40Mpa，单向抗拉强度为0.76Mpa，抗剪强度2.49Mpa,膨胀率为0.63％。这种岩层遇水易膨胀变软，增加了管理难度。

第四节 地温和地压

一、地温

据凤凰山矿开采3、9号煤层情况，井下温度一般在14℃～18℃之间，常年变化不大。根据有关资料，晋城矿区地温梯度为1.64℃/100m。据此推算，凤凰山矿开采15号煤层时井下温度不会超过20℃，对井下生产影响不大。

二、地压

井田内无地压测试资料。一般规律，地压随着开采深度的加深而增大，而且地压与巷道围岩物理力学性质关系明显，煤层松软，或底板岩层松软，巷道压力就会大。对地压的防治措施一是释放，二是加强巷道支护管理。井田内15号煤层最大埋深小于400m，根据3、9号煤层开采情况，地压对15号煤层开采不会带来大的影响。

第五节  环境地质

一 、环境地质条件

凤凰山矿位于北石店小盆地北部低山丘陵区，井田中北部大部为第四系黄土覆盖，南部局部有二叠系上下石盒子组地层出露。井田内沟谷发育，地形复杂。井田南北两侧分别发育四义河和车渠河，水量很小。均属季节性河流。井田内山梁坡度较缓，少见黄土滑坡和岩石崩塌现象。在黄土冲沟处，因受雨季洪水冲蚀作用，多见有黄土陡坎分布，但由于沟谷大都开阔无水，不具备形成泥石流等不良地质现象的条件。

二、环境地质问题及治理

随着工农业生产、采矿业的发展，原始生态环境遭到不同程度的破坏。针对煤矿开采造成的环境地质问题分别采取了不同的治理措施。

1、采空区引起的地表裂隙、塌陷等：

随着煤层的开采和采空区的扩大，地表出现了一些裂缝和塌陷现象，为了了解和今后分析这些因采空区引起的地表裂缝和塌陷的主要特征和分布规律，从1970年开始，进行了岩层移动观测工作，在不同埋深、不同采煤方法及不同地质地形条件下，先后设观测站4个，除1个报废外，有2个取得了观测结果，初步获得了在采动过程中岩层移动和地表表现的基本特征及主要技术参数：1级基岩移动角δ＝73°58′，边缘角（采用）d0＝60°，裂缝角平均80°20′。采空区地表地裂缝3处，20##年10月发生1处，影响范围40000m2，20##年11月发生2处，影响范围分别为50000 m2、70000 m2。

2、矸石山

采煤产生的矸石约40万t/a，用双道前卸式箕斗排矸方式堆积到北入风井东北的荒地矸石堆上。地表煤矸石等固体废物场占地面积0.1685km2，累计堆积1450万t。重介质车间洗矸20万t/a，堆弃地在北回风井西南的荒山坡地，矸石堆位于工业广场及居住区的下风向。矿上用矸石造地100多亩，现9号煤矸石经过特殊处理也用来造地。3号煤的硫分低，如果减少矸石中的杂夹煤，矸石山不自燃。煤矸石等固体废物综合利用量2.5万t/a，井下采空区矸石充填，截至20##年底，采空面积4.13km2，治理面积4.07km2。

巷道布置

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