1、毕 业 论 文论文题目： 煤矿开采矸石充填技术与应用 函授站: 肥城矿业集团培训中心 专业班级： 采矿工程 2010 级 8 班 撰写人： 老于 指导教师： 山东科技大学继续教育学院2011 年 9 月 25 日摘 要文章对济宁三号煤矿矸石充填方案进行了分析，确定了矸石充填的工艺流程，并对矸石充填的关键步骤以及输送机设备性能进行了详细阐述。济宁三号煤矿利用井下矸石做为充填体,力图解决“三下”压煤,实现“规模性”开采,矸石不升井,防止在地面堆积造成环境污染,改善井下矸石提升造成的矿井辅助运输紧张,形成了济宁三号煤矿充填开采新模式,取得了良好成效,为兖州矿区实现矿区资源与环境协调发展的绿色开采提供
2、了借鉴。关键词：矸石充填；充填设备；工艺流程山东科技大学继续教育学院 2010 级采矿工程专业论文第 1 页煤矿开采矸石充填技术与应用1 矿区概述及井田地质特征1.1 矿区概述1.1.1 交通位置济宁三号煤矿位于山东省西南部济宁市南郊，距济宁市 14 km，北与济宁二号煤矿毗邻，东距兖矿集团有限公司所在地邹城 40 km。本区交通方便，铁路、公路及水路运输均很发达，济宁三号煤矿交通位置如图 1.1。铁路有兖(州)新(乡)铁路通过济宁市，向东 32 km 至兖州站，与京沪线相接，向西在菏泽站与京九线相接，在新乡与京广线相接轨。通往日照煤港的兖(州)石(臼所)支线全长316 km。京沪铁路和京福高
3、速公路通过邹城市，南下华东用煤中心上海市 812 km，北上山东省省会济南市 156 km；兖州矿区内铁路专用线早己建成，铁路运输四通八达。兖州、济宁、邹城的公路己成环形，济东矿区公路也己形成。该公路横贯井田北部，公路运输甚为便利。京杭运河由北向南流经井田西部，河宽 6080 m，平均水深 2 m，全年除一、二月份因水浅不能通航外，其余时间均可通航。西靠京杭大运河的济宁港，又有济三煤矿新建煤运码头，南北水上运输主航道建成在即，公路和水上运输十分便利。 兖 州 市小 雪邹 城 市曲 阜 市济 宁 市南 阳 湖泗 水 县泗河泗 河 至 日 照至 日 照至 新 乡至 新 乡 至 南 京至 天 津至
4、徐 州至北京白马河河运京 杭城 前店 子泉 林泗 张界 河京沪铁 路新 兖 铁 路 兖铁 路石日 东 高 速京福高 速汶 上 县济 宁 三 号 煤 矿 济 宁 济 南 北 京 徐 州 上 海 日 照 港 新 乡济 宁 156km82193km81230km图 1.1 济宁三号煤矿交通位置图1.1.2 地形地貌山东科技大学继续教育学院 2010 级采矿工程专业论文第 2 页本井田地形系由湖区及滨湖冲积平原组成。地势东高西低，滨湖冲积平原地势平坦，沟渠纵横。地面标高+32.53+37.78 m，地势东高西低，自然坡度 0.4；西部南阳湖区，标高+31.68+35.99 m。泗河口冲积处稍高，一般在
5、+33+35 m 左右；湖堤堤高一般+36.42+38.22 m。1.1.3 气象本区气候温和，属温带季风区海洋大陆性气候。据济宁气象局 1959 年至 1995 年观测资料：(1)降水量：历年平均降雨量 677.2 mm，年最大降雨量 1186 mm(1964 年),日最大降雨量 183.7 mm(1993 年 8 月 5 日)，年最小降雨量 441.9 mm (1966 年)。降雨量多集中在7、8 月份，春季少雨，时有春旱。(2)蒸发量：年平均蒸发量 1785.2 mm，年最大蒸发量 2228.2 mm(1960 年)，年最小蒸发量 1451.1 mm(1964 年)。(3)气温：历年平均
6、气温 13.6 ，月平均最高气温 29 (1959 年 7 月)，日最高气温41.6 (1960 年 6 月 21 日)，月平均最低气温-4.1 (1967 年 1 月)，日最低气温-19.4 (1964 年 2 月 18 日)，多年最低平均气温月为 1 月，平均气温-2 。(4)风向及风速：春、夏两季多东及东南风，冬季多西北风，平均风速 2.3 m/s，最大风速 22.7 m/s(1979 年 6 月 25 日)。(5)冻土深度：历年最大积雪厚度 0.15 m；最大冻土深度 0.31 m。1.1.4 自然地震国家地震局、建设部震发办1992160 号文“关于发布中国地震烈度区划图1990 和
7、中国地震烈度区划图1990 使用规定的通知”：济宁市任城区烈度为 7度。1.1.5 水源及电源井田内可供选择的水源有：第四系冲积层水，第四系上段砂砾层含水丰富，单位涌水量达 1.5211 L/s.m，矿化度 0.67 g/L 左右，水质属 HCO3-Ca.K+Na 型，水质符合生活饮用水标准。以及处理后的矿井井下排水。利用地下水水质易保证且处理简单，利用矿井排水符合节水政策，因此，设计中两个水源均考虑利用，建井初期生产及生活用水利用新近系砂砾石层地下水，矿井生产期间生产、生活及选煤厂洗煤用水利用处理后的矿井排水。山东科技大学继续教育学院 2010 级采矿工程专业论文第 3 页本区现有济宁电厂，
8、装机容量 300 MW；邹县电厂，装机容量 2400 MW。两厂发电量可满足本区用电负荷的需要。井田周围有济宁二号煤矿 110kV 变电所、接庄 110 kV 变电所和济东新村电厂以及济宁二号煤矿电厂。为确保矿井供电质量及可靠性，设计利用济宁二号煤矿 110 kV 变电所和邹县电厂作为矿井双回路供电电源。矿井负荷分别单独由两回路独立的电源供电，满足煤矿安全规程的要求。1.1.6 矿区经济概况济宁人杰地灵，是全国商品粮基地，盛产小麦、玉米、棉花、花生、果品、瓜菜、畜产品和渔湖产品。矿产资源分布广、品种多、储量大，主要有煤、铁、铜、铅、大理石等三十多种。济宁是全国八大煤炭基地之一，已探明的储量 2
9、00 多亿吨，稀土储量 1300 多万吨。拥有全国最大的坑口电厂邹县发电厂。济宁是山东省淡水资源最丰富的地区。微山湖水面 1260 平方公里，是全国十大淡水湖之一，北引黄河、南饮长江，储水量达 30 亿立方米。另有丰富的地下水资源，淡水资源占全省的六分之一。济宁市素以“孔孟之乡” 、“江北小苏州”而著称。多年来，兖矿集团大力实施“以煤为主，煤与非煤并重”发展战略，形成了以煤炭、煤化工、电解铝为主体，发电、矿井基建、建筑建材、机械加工、外经外贸等多产业综合经营的格局。1.2 井田地质特征1.2.1 地质勘探程度济宁煤田发现于 1957 年底，1959 年 12 月提出山东省济宁第煤田综合普查报告
10、 。1968 年 10 月提出山东省济宁煤田(东区)总体详查地质报告 。1980 年 11 月开始对本井田进行精查勘探，1983 年 11 月提出山东省济宁煤田三井田精查地质报告 。普、详、精查三个阶段共在本井田施工钻孔 236 个，工程量 167390.47 m。1983 年 12 月经山东省煤炭工业局审查认为：该报告勘探与研究程度较高，已基本达到煤炭资源地质勘探规范有关大型精查地质报告的要求，可以提供设计部门作为矿井初步设计的依据，并以 (83)鲁煤基字第 1210 号文批准该报告。1.2.2 井田地层井田内地层包括中、下奥陶统，中石炭统本溪组、上石炭统太原组、下二迭统山西组、下石盒子组，
11、上二迭统上石盒子组、上侏罗统蒙阴组及第四系。由老而新分述如下：(1)奥陶系中、下统(O12)：据井田东部兖西水源勘探区 3-2 号钻孔资料，总厚 742 山东科技大学继续教育学院 2010 级采矿工程专业论文第 4 页m。分为下统和中统，下统厚 72.1 m，以白云质灰岩为主；中统厚 669.9 m，主要为灰及棕灰色厚层状石灰岩、豹皮灰岩夹泥灰岩及钙质泥岩等。(2)中石炭统本溪组(C2b)：厚 20.2564.75 m,平均 44.43 m。北部厚往南渐变薄。主要由杂色铝质泥岩及薄层石灰岩组成，偶夹薄层煤，但无经济价值。含灰岩二至三层(十二、十三、十四灰)，十二灰为薄层灰岩，不稳定，仅井田北部
12、与二井田相邻地区局部地段发育。十三、十四灰厚度较大，全区稳定，为良好标志层。本组底部常以一层浅灰色为主、夹紫红等色的铝铁质泥岩，相当于 G 层铝土岩和山西式铁矿层，它与下伏奥陶系中统石灰岩为假整合接触。(3)上石炭统太原组(C3t)：厚 71.00190.30 m，平均 170.54 m。由深灰色、灰黑色粉砂岩、泥岩、灰色砂岩、石灰岩及煤层组成。含薄层石灰岩 12 层(一、二、三、四、五、六、七、八、九、十上、十下、十一灰)，以三、十下灰最为稳定，为重要标志层。其它各层石灰岩按其岩性、厚度及其与其它各层岩石的组合关系，均可作为岩、煤层对比的标志层。含煤 22 层(4、5、6、8 上、8 下、9
13、、10 上、10 下、11 、12 上、12 中、12 下、14、15 上、15 下、16 上、16 下、17、18 上、18 中、18 下、19)，可采与局部可采者 6 层(6、10 下、12 下、15 上、16 上、17)。本组主要为过渡相及浅海相沉积，相环境稳定，旋回结构与粒度韵律清晰，易于对比，含较多动植物化石。(4)下二迭统山西组(P1s)：厚约 8 m。主要由浅灰、灰白及灰绿色砂岩，深灰、灰黑色粉砂岩、泥岩及煤层组成。含煤 5 层(1、2、3 上、3 上 1 、3 下)，可采者二层(3 上、3 下)，尤以 3 下煤层为主，厚度大，储量丰富，是本区主要含煤地层。本组粗碎屑颗粒含量比例
14、较高，以过渡相沉积为主。(5)下二迭统下石盒子组(P1X)：厚约 50 m。保存于井田中、北部及西部，东及南部则因侵蚀使之变薄或缺失。由灰绿色砂岩、杂色铝质泥岩、灰及深灰色泥岩与粉砂岩等组成，为内陆河床及湖泊相沉积。(6)上二迭统上石盒子组(P2sh)：最大残厚 185.8 m。保存于井田中、北部及西部，东及南部则大部被侵蚀。由灰绿色砂岩及杂色粘土岩组成，为内陆河床及湖泊相沉积。以底部 B 层铝土岩下的粗砂岩与下石盒子组分界。(7)上侏罗统蒙阴组(J3m)：最大残厚 684.9 m，平均 272.82 m。残存厚度东及南部薄，西部厚。蒙阴组按岩性特征分为上、下二个亚组，下亚组含一、二、三段；上
15、亚组含四、五段，分段叙述如下：山东科技大学继续教育学院 2010 级采矿工程专业论文第 5 页下亚组：第一段：厚 0218 m。以砖红色粘土质细至中粒砂岩为主，含铁质，胶结较松散。底部常发育有一层砾岩，成分以石英岩为主，石灰岩次之，铁泥质胶结 ，较坚硬，具裂隙，构成上侏罗统红砂岩内第三含水段，单位涌水量为 0.07640.1293 L/sm。第二段：厚 0173.7 m。为暗紫、紫红色细至中粒砂岩，下部夹泥岩薄层，底部处常含有砂砾岩或砾岩层。单位涌水量 0.184200.00466 L/sm。第三段：厚 0256m。主要为紫灰、暗紫色中、细粒砂岩，顶部含较多的粉、细砂岩，且常夹有灰及灰绿色岩层
16、。本段中、下部侵入有灰绿色辉长岩层状侵入体，呈岩床存在，厚 0150 m，平均 89.36 m，主要含角闪辉长岩及橄榄辉长岩等。岩浆岩顶底部及其邻近的本段砂岩内裂隙较发育，砂岩受岩浆岩烘烤而变硬，颜色变浅形成含水段。底部含水段的单位涌水量为0.00060.0888 L/sm。上亚组：第四段：厚 0435.70 m。为灰、深灰、灰绿色粉细砂岩互层，以粉砂岩为主，夹泥质粉砂岩、泥岩和较多的泥质条带，尤以下部为多，且常夹有紫灰色岩层。第五段：厚 0266.30 m。为较单一的灰、灰绿色粉细砂岩互层，以细砂岩为主，多为泥、钙质胶结，下部含数十米厚的叶肢介化石层，并常见鱼化石。主要化石有：狼鳍鱼(未定种
17、)Lycoptera sp.，东方叶肢介(多种)Eosestheria sp.等。(8)第四系(Q)：厚 116.67255.9 m，平均 184.57m。由粘土、砂质粘土及砂砾层等组成，地层东薄西厚，井田内按岩性及其结构变化可分为上(Q 上)、下(Q 中+下)二段。下段(Q 中+下)：厚 72.68147.61 m。由灰绿、灰白色砂砾、粘土质砂砾、粘土、砂质粘土等组成，含 03 层高岭土，上部偶夹少量黄、灰黄色粘土、砂质粘土。上段(Q 上)：厚 55.0290.40 m。以黄、灰黄色粘土、砂质粘土及细中、砂为主，有时为灰及灰绿色。井田地质综合柱状图见图 1.2。山东科技大学继续教育学院 20
18、10 级采矿工程专业论文第 6 页176上12上十 五十 四十 三7.80-960.-0.2中 砂粉 砂3 煤上统组由 灰 白 色 岩 ，杂 色 粘 土 岩 ，铝 铁 质 泥 质 岩 ，铝 土 岩 等 组 成 。水 位 标 高 +36.12 +40.m。由 深 灰 色 泥 质 岩 、 粉 沙 岩 、 灰 色 粘 土 、 灰 绿 色 砂岩 组 成 ， 其 中 夹 有 灰 岩 9层 和 薄 煤 层 20层 ， 第 16号、 17号 煤 层 位 居 下 部 ， 为 全 区 可 采 薄 煤 层 第 号、 5号 和 18号 等 层 为 局 部 可 采 煤 层 。水 位 标 高 +34.16 +40.2m
19、。本 井 田 主 要 含 煤 岩 层 ， 以 浅 色 、 灰 白 色 以 及 浅 灰绿 色 砂 岩 为 主 ， 由 深 灰 、 灰 黑 色 粉 沙 岩 、 泥 岩 以及 煤 层 组 成 ， 其 含 煤 4层 (1、 2、 3上 、 3下 )， 1、 2、 层 煤 不 稳 定 ， 3上 、 3下 煤 层 较 稳 定 ， 为 井 田 内主 要 可 采 煤 层 。上 石 盒 子 组 ： 杂 色 铝 质 泽 岩 ， 粉 沙 岩 以 及 灰 绿 色砂 岩 组 成 ， 厚 度 为 0 185.0m下 石 盒 子 组 ： 以 灰 绿 色 砂 岩 ， 杂 色 铝 质 泥 岩 为 主 ，厚 度 为 6.08 9
20、5.64m又 上 而 下 有 紫 红 色 砂 岩 ， 暗 绿 色 组 粉 沙 岩 ， 紫 红色 硕 岩 ， 灰 紫 ， 灰 褐 ， 灰 绿 的 细 砂 岩 等 组 成 。第 一 段 ： 厚 0 218m第 二 段 ： 厚 73.1第 三 段 ： 厚 0 260m第 四 段 ： 厚 435.7第 五 段 ： 厚 0 26m岩 性 有 粘 土 ， 砂 质 粘 土 及 沙 硕 层 等 组 成 ， 东 薄 西厚 。 以 黄 灰 黄 色 粘 土 ， 砂 质 粘 土 及 细 、 中 砂 为 主 ，厚 度 为 5.02 90.4m,q=0.4895 6.281m,水 平标 高 为 +348 +3;（ 0中
21、0下 ） ： 有 灰 绿 ， 灰 白 色 沙 硕 ， 粘 土 ， 砂 质粘 土 组 成 ， 厚 度 为 72.68 147.61m,q=0.453.891m岩 性 描 述 及 水 文 特 征统组厚度 标志图 煤层赋存 岩组柱状岩性柱状十 二十 一十 灰九 灰八 灰五 灰七 灰三 灰二 灰古生界 石炭系二叠系本溪群太原群 17.9259.065.0845.440.山西组上石盒子组0684.7/2.82蒙阴组侏罗纪中生界16.725.90/184.520.0第四纪新生代 下组中组上组系带地 层 系 统图 1.2 井田地质综合柱状图1.2.3 井田地质构造本井田位于南北向的济宁地堑构造内，属济宁煤田
22、(东区)的中部。东西二侧分别为南山东科技大学继续教育学院 2010 级采矿工程专业论文第 7 页北向的区域性断裂孙氏店断层和济宁断层，井田内断层则以受此区域性断裂控制的南北向断层为主。井田的褶曲形态北部以宽缓褶皱为特点，往南逐渐转成北东向、向北西倾伏的单斜构造，构造中等偏简单。(1)地层产状及主要褶曲本井田煤系地层东及东南浅，西部深。由北至南为一近南北走向、向西倾伏逐渐转成北东走向向北西倾伏的单斜构造。浅部具宽缓褶皱的特点,形成次一级的向背、斜构造。地层倾角平缓，一般在 58左右，唯东部孙氏店支一断层西侧，因受断层牵引影响，倾角局部变陡可达 18以上。井田内褶曲构造因地层倾角平缓，褶曲幅度又不
23、大，所以形态不甚明显。资源勘探(精查)阶段控制的主要褶曲有北北西向一组，发育于井田的东部。为李二庄向斜、南王背斜。它们的产状、特征如下：李二庄向斜位于井田东部，向斜轴分布在朱庄东、李二庄、北王庄、程堂、麦店一线。北北西走向，与孙氏店支一断层相平行，延展长在 10 km 以上。该向斜东南浅、西北深，为一倾伏向斜。向斜幅度 30190 m，跨度 12 km。以井田东南角的麦店庄处表现最明显,形成下组煤在井田东南角的凸出缘。二翼倾角 518，东翼稍陡，西翼缓，一般在 58左右。南王背斜位于李二庄向斜西侧，为与之相伴的一背斜构造。北起黑土店，经宋庄，邬庄、黄庄、南王庄至仲浅一线。东南浅，西北深，为一倾
24、伏背斜。北北西走向，延展长在 10 km 以上。背斜幅度 080 m，跨度 0.82 km。以东南仲浅庄处表现明显，在井田中部 5、6 线处表现不清楚。二翼倾角 69，较为平缓。(2)断层井田内断层具有明显的规律性，其中为主的南北向断层组，多为东升西降的正断层，因而使井田地层自东向西呈台阶下降。另一组北东至东西向的正断层，分布不甚规律。主要断层特征具体见表 1.1。(3)岩浆岩井田内普遍有燕山期的岩浆活动，呈层状侵入于上侏罗统红砂岩内。侵入层位较为稳定，主要在上侏罗统下亚组第三段的中下部，厚 0150 m,平均 91.36 m。东部薄，西部山东科技大学继续教育学院 2010 级采矿工程专业论文
25、第 8 页厚。全区普遍发育，缺失厚度系受侵蚀所致。岩性以橄榄辉长岩为主，也有角闪辉长岩等。灰绿色，等粒状晶质结构，岩层中部颗粒较粗，结晶及自形程度好。据薄片鉴定资料：主要矿物为基性斜长石(拉长石)、辉石、橄榄石及角闪石，付矿物有少量磷灰岩、磁铁矿及黑云母等。岩石因次生蚀变，橄榄石有蛇纹石化，辉石、角闪石发生绿泥石化。岩浆岩下距上侏罗统红砂岩底界 99.30259 m，平均 151.31 m。距 3 上煤层最小距离也在 127 m以上，对煤层与煤质均无影响。表 1.1 主要断层特征表断层产状断层名称断层性质 走向 倾向 倾角落差m 延展长度 km孙氏店断层 正 NNW W 70 450 全长：4
26、6区内：6八里铺断层 正 SN W 70 030 7.4董庄断层 正 SN E 70 35325 4.51.2.4 水文地质济宁三号井田上覆地层第四系平均厚 184.57 m，上侏罗统(包括岩浆岩)平均厚272.82m，3 上煤层顶板砂岩之上有平均厚 70.87 m 的二迭系隔水层。因此，大气降水、南阳湖以及泗河等地表水很难下渗补给煤系各含水层，与矿井涌水量无直接关系。最下一层可采煤层与奥灰之间沉积有比较厚的压盖隔水层，平均厚 61.76 m，在正常情况下，能够阻止奥灰水底鼓。上组煤直接充水含水层 3 上煤层顶底板砂岩富水性较弱，补给条件不好，水文地质条件属简单类型；3 下煤层冒裂带高度达到上侏罗统底砾岩的块段，由于底砾岩水的影响，水文地质条件为中等类型。下组煤直接充水含水层十下灰埋藏深，富水性弱中等；正常情况下，奥灰不会发生底鼓突水；断层导水性弱。因而，下组煤水文地质条件属简单中等类型。(1)含水层井田内含水层自上而下主要有第四系砂砾孔隙含水层、上侏罗统砂砾岩裂隙含水层、3 煤层顶底板砂岩裂隙含水层、太原组第三、十下层石灰岩溶裂隙含水层、奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层。含水层由上向下简述如下：
