第一章 井田概况及地质特征

第一节  井田概况

一、交通位置

井田位于甘肃省武威市民勤县花儿园乡红沙岗矿区，有河（西堡）～雅（布赖）三级公路从井田西侧以外南北通过，民（勤）～阿（右旗）公路从井田南侧以外东西通过。矿井南距金昌市67km，东至民勤县城72km，西至阿右旗71km，经阿右旗至山丹县城约130km，经山丹县至张掖市约190km。区内地形平坦，交通比较方便。

附：交通位置图。

二、地形、地势

勘探区地处巴丹吉林沙漠南缘，潮水盆地北缘东段，北大山南麓山前冲积平面上，呈典型的戈壁沙漠地貌景观。区内地形平坦，略呈北高南低之势，海拔在1450m左右，地面坡度高差不超过5m。北侧发育剥蚀残丘和低山地貌—北大山，海拔1500～1700m，高差小于200m。

区内无常年性地表迳流，仅发育一些南北向季节性的沙沟和冲沟。山前冲积扇前缘及沙河冲沟地带有井泉分布，系第四系潜水溢出，局部可供当地人畜饮用。

三、气象、地震

区内属较典型的温带干旱荒漠气候。冬季漫长而严寒，元月份平均-8℃，最低气温-25.6℃；夏季短暂而酷热，日照时间长，七月份平均20.8～25.4℃，最高气温38.1℃。全年干旱少雨，平均降水量114mm，平均蒸发量3358mm。冰冻期一般在每年的10月～翌年的4月上旬，最大冻土深度100～124cm，风力一般4～7级，最大9～10级，春冬多为西北风，夏秋季多为东南风，每年4～5月常有“龙卷风（沙尘暴）”发生。

根据《中国地震烈度区划图》（1990），本区地震烈度定为7度。

四、区内工农业情况

勘探区内地广人稀，仅有红沙岗村一百多人居住，蒙汉杂居，主要以牧业为主。区内无生产矿井及小窑开采，也无其他工业。

五、矿区规划概况

我院于2005年4月编制了《甘肃省民勤县红沙岗矿区总体规划(修改本)》，矿区总规模为420万t/a，红沙岗煤田被划分成二个井田，其中一号井240万t/a、二号井180万t/a。矿区规划兴建宁远堡至矿区变电所110kV供电线路及矿区110kV区域变电所、水源与供水管路及矿区水厂、金川公司铁路专用线至红沙岗铁路专用线、矿区外部三级公路、金昌市至矿区通信线路，计划建设矿区辅助及附属企业、还计划建设电厂（4×15万kW）、煤化工、炭素厂、石墨加工等非煤产业。规划到2010年矿区基本建成。目前，矿区开发正在进行前期准备工作。

国家发展改革委员会已发文批准矿区总体规划。

六、交通运输条件

矿井工业场地西距河（西堡）～雅（布赖）公路约７km，南距阿（右旗）～民（勤）公路约3km，区内地形平坦，施工用道路易修费用少，矿井建设的运输条件较好。

七、电源条件

金昌市宁远堡110kV变电所供雅布赖盐场的35kV供电线路平行于河雅公路从井田西侧通过，“T”接后可以作为矿井的施工用电，距离约７km，已建好35kV变电所一座，以10kV线路向一号井工业场地供施工用电。矿井永久电源取自矿区110kV区域变电所，以35kV线路引来二回，距离约4km。矿井建设的电源条件较容易解决，相对投资较低。

八、水源条件

区内有第四系潜水层，据了解有水，无断水现象，据推测可满足矿井施工要求。永久水源取自矿区水厂，再从水厂铺设供水管路到一号井工业场地。计划从金昌污水处理厂引中水到矿区水厂。

矿井建设的水源条件较好。

九、通信条件

有线通信已通至红沙岗村。移动电话已开通。

从金昌市架设专用通信线路到矿区信息中心，再通到一号井工业场地总机房。

十、材料供应

矿井建设的材料应由金昌市供应，距离较近，品种齐全。

第二节  地质条件

一、地层

1、区域地层

隶属华北地层区（Ⅳ）阿拉善地层分区（Ⅳ1）雅布赖—吉兰泰小区，地层自上而下有新生界第四系、上第三系、侏罗系、下元古界。

2、勘探区地层

勘探区地层发育不全，由新至老为第四系、上第三系上新统临夏组、上侏罗系沙枣河组、中侏罗统芨芨沟群、下元古界北大山群。

井田内地层发育不全，由海西期岩浆岩构成盆地沉积基底，其上沉积了中生界侏罗系地层，地层及基底受构造影响抬升并遭受剥蚀作用，其上直接为新生界第四系松散层掩盖。

3、含煤地层

中侏罗统青土井群是本区的主要含煤地层，出露于勘探区北部东侧，全区赋存。依其岩性、岩相、古生物化石和含煤性划分为上、中、下三个岩组。

（1）上岩组：

为不含煤段，岩性以灰白色、灰绿色、灰黑色炭质泥岩、泥质粉砂岩为主，夹泥质灰粗粒砂岩。属滨湖～浅湖相沉积。厚度84.15～202.16m，平均164.8m，整合于中岩组。

（2）中岩组：

为青土井群含煤段，是本区主要含煤段，顶部发育有全区稳定的油页岩，一般厚13m，全区稳定的K3标志层，中部夹灰白、灰绿色、灰黑色的泥岩、粉砂岩、细砂岩、煤1组、煤2层和煤3层，底部以粗粒砂岩为主，次为中细粒砂岩。整合于下岩组。属河流相～滨湖相沉积。地层厚度38.84～78.02m，平均55.47m，区内一般厚度为50～65m，总体呈由西向东逐渐变厚。

（3）下岩组：

为主要含煤段，岩性由灰白、灰绿色、灰黑色的泥岩、粉砂岩、细砂岩～粗粒砂岩、煤4组、煤5层、煤6层组成。顶部为粉砂岩和泥岩，中部由砂岩、粉砂岩、泥岩夹煤4组～煤6层组成，底部为中粗粒的长石英砂岩和巨厚的细～中砾岩为主，其标志层为“鸽子蛋”砾岩，也是煤6层底部标志层，属河流相沉积。地层厚度172.32m～200m之间，估计平稳厚度为186m左右，有自西向东变厚趋势，与下伏芨芨沟群呈假整合接触。

下侏罗统芨芨沟群为本区次要含煤地层，埋藏在900～1000m以下，仅有红201孔钻遇，含2～4层可采煤层，由于工作程度较低，本次勘查工作未将其列入工作对象。

二、构造

在区域构造的控制下，井田受边界断裂的挤压影响，整体呈北东—南西方向展布的背斜形态。

受边界断裂F1和矿区边界断裂F5和F6近东西向的挤压，井田边界及其内部发育看两组方向的逆断裂，一组是近东西向的盆缘断裂F1、F1′逆断裂和F13断裂，另一组是近北北东向的井田边界断裂F9和F10逆断裂，区内伴有稀疏的小断裂DF1、DF2、DF3、DF4断层，并发育有宽缓的褶皱—芨芨沟背斜和芨芨沟向斜。

1、断裂构造

井田边界及井田内共发育大小不等的十一条断层，其特征详见断层特征表（表1-2-1）。

表1-2-1

2、褶皱构造

井田受边界断裂构造活动的作用，区内地层发生褶皱，褶曲以宽缓的芨芨沟背斜形态为主，东部小范围发育由宽缓到紧闭的芨芨沟向斜，附褶皱一览表（表1-2-2）。

表1-2-2

3、岩浆岩

区内岩浆岩系海西晚期二期花岗岩，构成区内中生界沉积基地，主要岩石类型为肉红色中粗粒多石英钾长花岗岩，对中侏罗系地层及煤层没有影响，但对下侏罗统地层及煤层会产生一定影响。

三、煤层

1、含煤性

井田内共含6个煤层组,自上而下编号为煤1～煤6组。其中煤1组、煤4组、煤6层层位稳定，分布面积广，为主要可采煤层，煤2、煤3、煤5为全区局部可采煤层。

井田内含煤性较好，F12断层以南煤层总厚5～30m，含煤系数大于2～11%，富煤中心位于井田西北部F12断层以南，沿东西方向展布，自富煤中心向东西两侧及向南煤层总厚度逐渐变薄，几乎以同心椭圆状分带向四周变薄。

煤层总厚度：4.59～33.88m，平均17.15m，其中中岩组2.58～14.15m，平均7.62m；下岩组1.78～21.70m，平均9.54m。

可采总厚度：0.94～33.65m，平均12.68m。

2、可采煤层

本井田主要可采煤层为煤1-1、煤4-2、煤6，局部可采煤层有煤1-2、煤1-3、煤2、煤3、煤4-2上、煤5层。

四、煤质

井田可采煤层煤质为中灰（19.75～26.25%）、低中富高硫（1.18～4.85%）、低——特低磷、中等发热量（23.49～24.72MJ/kg）之长焰煤。

附：煤质特征表（表1-2-3）。

表1-2-3

煤质特点是含硫高，但精煤灰分低、平均值为6.83～8.06%，洗选后精煤含硫可降到3%以下。矿井产煤主要作为动力及气化用煤，亦可用为民用燃煤。焦油产率平均在8.73～10.5%之间，属富油煤，可作为低温干馏炼油原料。煤层具有良好的化学活性。

五、瓦斯、煤尘、自燃、地温

1、瓦斯

各可采煤层瓦斯总含量均很低，煤1-1层最小0.14ml/g可燃质，最大0.58ml/g可燃质；煤4-2层最小0.05ml/g可然质，最大0.49ml/g可燃质；煤6层平均0.05ml/g可燃质。

自然瓦斯成分均以氮气为主，煤1-1、煤4-2、煤6平均为75.38%、93.92%、94.40%；甲烷气体含量煤1-1、煤4-2、煤6平均为15.31%、2.33%、2.7%；CO2气体含量平均为6.32%、2.83%、2.9%。

根据煤层瓦斯成分划分：煤1-1层属N2～CH4带、煤4-2层属CO2～N2带、煤6属CO2～N2带。

因此，初步确定井田内煤层为低沼气煤矿，矿井属低瓦斯等级矿井。在未来矿井开采时要做瓦斯检测工作，准确确定瓦斯等级。

2、煤尘

经钻孔煤样鉴定资料，井田主要可采煤层煤尘爆炸性试验火焰长度均＞400mm，抑制煤尘爆炸最低岩粉量均＞75%，故各煤层煤尘均有爆炸危险性。

3、燃的自燃倾向性

各煤层原煤着火点（T2）平均在293～318℃之间，还原煤着火点（T1）均大于305℃，平均在321～338℃之间；氧化煤着火点（T3）平均值为273～308℃。煤1-1、煤4-2、煤6层△T1-3介于40～25°之间，属易自燃煤，煤1-2、煤1-3层均＞40℃，属很易自燃煤。

4、地温

大多数钻孔的平均地温梯度小于3℃/100m，一般属地温正常区。地温值均随深度加大而增高，煤4-2、煤6在404孔周围存在着＞31℃的一级热害区，但此处煤4-2、煤6层属不可采范围，因此本井田地温对煤层开采没有大的影响。

六、煤层顶底板

煤1-1：顶板为油页岩，全区稳定，厚度5.14～22.38m，平均14.16m；底板以粉砂岩和泥岩为主，局部为粗砂岩，厚度1.6～6.2m，平均2.9m。

煤1-2：顶板以粉砂质泥岩和泥岩为主，粉砂岩和泥质粉砂岩次之，厚度0.9～5.4m，平均3.5m，属不稳定顶板；底板以粉砂岩、泥岩为主，厚度1.0～4.6m，平均2.7m，属不稳定底板。

煤1-3：以粉砂岩为主，局部为炭质泥岩、细粒砂岩或细砂岩，厚度0.6～4.6m，平均2.3m，较稳定；底板以细粒砂岩为主，局部为粉砂岩、中粒砂岩和炭质泥岩，厚度0.6～7.6m，平均2.7m，不稳定。

煤4-2上：顶板以泥岩和泥质粉砂岩为主，粉砂岩次之，厚度0.8～4.7m，平均2.4m，稳定性较差；底板以泥岩为主，粉砂岩次之，厚度0.2～6.9m，平均2.4m，稳定性较差。

煤4-2：顶板以粉砂岩和细砂岩为主，东南为细粒砂岩—粗粒砂岩—细中砾岩，厚度0.7～9.3m，平均3.3m，岩石完整性较好；底板以粉砂岩为主，粉砂质泥岩和泥岩次之，厚度0.5～11.9m，平均3.2m，稳定性较差。

煤5：顶板以细砂岩～中粗砂岩和粉砂岩为主，局部为泥岩，厚度1.4～13.4m，平均4.3m，不稳定；底板以粉砂岩和细砂岩为主，局部为中砂岩，厚度1.2～5.8m，平均2.1m，不稳定。

煤6：顶板以细砂岩和中砂岩为主，粉砂岩次之，厚度0.6～8.8m，平均3.7m，较稳定；底板以粗砂岩和细砂岩为主，厚度0.8～7.1m，平均2.3m，岩石完整性较好。

七、水文地质

1、区域水文地质

矿区属河西走廊北侧潮水盆地的东盆地范围。区内地形北高南低，降水少，蒸发量大，气候干燥，无常年性地表水流，水文地质条件简单。区内地下水平时接受大气降水和北大山基岩裂隙水的补给，主要有第四系更新统湖积平原孔隙潜水，沟谷和山前倾斜平原孔隙潜水，地下水化学成分以SO、C、N离子为主，水化学类型主要为C1·SO4-Na及SO4·C1-Na·Mg型，普遍具有高矿化度、高硬度和高氟的特征。

2、井田水文地质

（1）含水层和隔水层

井田内有五个含水层和四个隔水层。

第一含水层：第四系全新统砂砾层孔隙潜水含水层。

第二含水层：侏罗系沙枣河群砂岩、砾岩承压含水层。

第三含水层：中侏罗统青土井群上部（煤1-1顶板以上）砂岩承压含水层。

第四含水层：中侏罗统青土井群下部（煤6底板以下）～下侏罗统芨芨沟群中部以上砂岩、砾岩承压含水层。

第五含水层：加里东湖、海西期花岗岩裂隙含水层。

以上含水层均属弱含水层，补给条件差，其中第二、三、四含水层水质对混凝土具有弱～中等腐蚀性，对钢铁具中等腐蚀性。

第一隔水层：侏罗系沙枣河群上、中岩组隔水层。

第二隔水层：中侏罗统青土井群上岩组隔水层。

第三隔水层：中侏罗统青土井群下岩组隔水层。

第四隔水层：侏罗系下统芨芨沟群下岩组隔水层。

（2）断裂构造的含水性及对矿井充水的影响。

F1、F1′、F9、F10、F6、F13属压性断裂，断层两侧为软岩～较软岩，断裂带裂隙不发育，断裂带导水性差，构成了井田含水层的隔水边界。

F12、DF1、DF2、DF3、DF4断层断距小，两侧的含水层未完全错开，断层两侧的同一含水层仍然属一个连道的整体。

预测断裂构造带不会成为矿井和其它含水体直接沟通的通道，对矿井的涌水不会产生大的影响。

（3）井田水文地质勘探类型

主采煤层顶底板直接充水含水层含水量小，单位涌水量小于0.1L/s·m，充水含水层埋深大，地表水系不发育，大气降水量少，按《煤、泥炭地质勘查规范》判定，该井田水文地质勘探类型应为“一类一型和二类一型”，属于以孔隙、裂隙充水为主，水文地质条件简单的矿床。

（4）矿井涌水量

根据本井田勘探地质报告计算结果，矿井总涌水量为3034m3/d，并且具有矿井开采初期由于含水层的弹性释放，矿井涌水量较大，后期减少并趋于相对稳定这一特征，涌水量后期有减少到2000m3/d以下的可能。

矿井设计中采用正常涌水量为127m3/h，最大涌水量为140m3/h。

经检测本区各可采煤层煤尘均有爆炸危险。

一、井田境界

《甘肃省民勤县红沙岗矿区总体规划》确定的红沙岗一号井井田境界为：东以F10断层为界，西以煤1-1层400m底板等高线为界，北以F1和F1′断层为界，南以F13断层为界。南北走向长5km，东西倾斜宽2.5～6km，井田面积约20km2。

矿区总体规划根据煤层赋存自然状 况，将F13断层以北独立块段划分为一个井田，其走向长度与倾斜宽度均适中，对开拓布置及开采都有利，故一号井井田的划分是可行的、也是合理的。

F13断层以南划分为二号井，与本井田无开采压荐关系。本井田周边无古窑，也无开采中和基建中的小煤窑。

国土资源部划定矿区范围批复中批复红沙岗矿区北部矿区由5个拐点圈定，矿区面积约51.83km2。

附表：井田境界拐点坐标表（表2-1-1）。北部矿区拐点坐标表（表2-1-2）。

表2-1-1

表2-1-2

二、矿井资源/储量计算

1、矿井地质资源量

矿井共有地质储量17222.65万t，其中(331)级储量6259.1万t、(332)级3284.5万t、(333)级7679万t，(331+332)级9543.6万t，(331+332)占全部储量比例为55.4％。另外，井田内还有油页岩储量31592万t。

根据地质报告储量计算结果，矿井地质资源量见矿井地质资源量汇总表（表2-1-3）。

表2-1-3

2、矿井资源/储量分析

在局部可采煤层中，煤2、煤3层厚度小，储量少，分布范围小，勘探程度低，经过测算开采成本高于售价，属于开采不经济的储量，本次设计不考虑开采。

矿井的主采层为煤1-1、煤4-2、煤6，共有储量13346万t，占全部储量的77.5%。

由于高硫煤赋存不集中，且经洗选后可脱硫至1%左右，所以考虑统一开采，以利于巷道布置和节约资料。

由于煤1-2、煤1-3距煤1-1层间距较近，考虑与煤1-1联合开采。

附表：矿井资源/储量分析表（表2-1-4）。

表2-1-4                                                                  单位：万t

表中：111b—探明的（可研）经济基础储量；

      2M11—探明的（可研）边际经济基础储量；

      2S11—探明的（可研）次边际经济资源量；

      122b—控制的经济基础储量；

      2M22—控制的边际经济基础储量；

      2S22—控制的次边际经济基础储量。

3、矿井工业资源/储量

矿井工业资源/储量为(331+332+333)储量。

煤1-1：5947.7万t；

煤1-2：1207.6万t；

煤1-3：779.3万t；

煤4-2上：709.8万t；

煤4-2：5102.1万t；

煤5：673.5万t；

煤6：2545.2万t；

合计：16965.2万t。

4、矿井设计资源/储量

永久煤柱损失主要是井田境界煤柱、断层保护带煤柱，本井田在深部边界400m水平不留境界煤柱，其余境界煤柱与断层保护带煤柱合二为一。断层保护带煤柱（井田境界煤柱）按30m宽留设，井田中小断层保护带煤柱按20m宽留设。

断层保护带煤柱及井田境界煤柱储量为：煤1-1为137.5万t；煤1-2为30.2万t；煤1-3为24.9万t；煤4-2为104.3万t；煤6为40.4万t；合计为337.3万t。油页岩约为505.5万t。

矿井设计资源/储量为16627.9万t。另有油页岩约31087万t。

5、矿井设计可采储量

矿井工业场地及主要井巷均不压煤，采区回采率：煤1-1、煤4-2为厚煤层，取75%；煤1-2、煤1-3、煤4-2上为薄煤层，取85%；煤5、煤6为中厚煤层，取80%。

共有煤炭可采储量12982.2万t，其中探明的可采储量（111）为10091.5万t、推断的可采储量（122）为2890.7万t。

本井田计有油页岩31592万t，虽然储量级别低（地质工作不够），但由于所有钻孔均见油页岩，厚度2.4～19.5m，其资源量是可靠的，且芨芨沟向斜以东还有大量油页岩未统计，所以井田内油页岩可采储量建议按31087×60%=18652计入。

附表：矿井设计可采储量汇总表（表2-1-5）。

6、水平储量

矿井以730m水平开拓全矿井，730m水平以上储量为9172.5万t，730m水平以下储量为7792.6万t。

附：水平储量汇总表（表2-1-6）。

三、煤柱留设方法

本井田为相对独立的井田，不留设井田境界煤柱。据国内矿井生产经验，断层安全煤柱留设为大断层留设20～30m宽安全煤柱、小断层留设10～20m宽安全煤柱。采区之间留设20m宽境界煤柱。

表2-1-5                                                              单位：万t

表2-1-6                                                              单位：万t

工业场地不压煤，不留设保护煤柱。跨煤层大巷根据所处位置计算留设煤柱。

煤层大巷、上下山两侧各留20m宽保护煤柱，但以后可回采。

第二节  矿井设计生产能力及服务年限

一、矿井工作制度

1、设计年工作日：330天；

2、日工作班数：4班；

3、每天净提升时间：16小时。

二、矿井设计生产能力

本矿井煤层赋存稳定，煤层倾角缓，主采层煤层生产能力大，适合建设现代化的大型矿井。

矿井处于甘肃河西走廊，是严重缺煤的地区，根据国家政策，可以加大生产能力，适当缩短服务年限。

考虑到矿井煤炭可采储量为12893.9万t，则矿井的生产能力有以下几种：

1、150万t/a，服务年限66a；

2、180万t/a，服务年限55a；

3、240万t/a，服务年限41a；

目前《煤炭工业设计规范》规定大型矿井服务年限不少于50年，这样150万t/a井型和180万t/a井型均可行，又考虑到矿井地处严重缺煤地区，240万t/a井型也可以。

综合考虑以上因素，矿井设计生产能力定为240万t/a较适宜，可以增加矿井规模效益，缓解河西地区缺煤局面。

三、设计服务年限

采用的储量备用系数为1.3。

（1）煤炭开采

A==41.3a

如备用系数取1.4，则服务年限为38.4a。

 

[1] 徐永圻.《采矿学》.徐州：中国矿业大学出版社，2003

[2] 林在康、左秀峰、涂兴子.《矿业信息及计算机应用》.徐州：中国矿业大学出版社，2000

[3] 张荣立、何国纬、李铎.《采矿工程设计手册》.北京：煤炭工业出版社，2003

[4] 戴绍城.《高产高效综合机械化采煤技术与装备》.北京：煤炭工业出版社，1997

[5] 东兆星、吴士良.《井巷工程》.徐州：中国矿业大学出版社，2004

[6] 钱鸣高、石平五.《矿山压力及控制》.徐州：中国矿业大学出版社，2003

[7] 岑传鸿.《采场顶板控制与检测技术》.徐州：中国矿业大学出版社，1998

[8] 综采设备管理手册编委会.《综采设备管理手册》.北京：煤炭工业出版社，1994

[9] 国家安全生产监督管理总局《煤矿安全规程》.北京：煤炭工业出版社，2011

[10] 中国煤矿专用设备成套服务公司.《采煤机械化成套设备参考手册》.煤炭工业部.北京：煤炭工业出版社，1984

[11] 刘吉昌.《煤矿施工设计基础》.太原：山西人民出版社，1983

[12] 中国统配煤矿总公司物资供应局.《煤炭工业设备手册》.徐州：中国矿业大学出版社，1992

[13] 武同振、赵宏珠、吴国华.《设备选型配套图集》.徐州：中国矿业大学采矿工程系，1993

[14] 林在康：《风机装置性能图册》，中国矿业大学出版社，2003

[15] 煤炭科技名词审定委员会.《煤炭科技名词1996》. 北京：科学出版社，1997

[16] 王德明.《矿井通风与安全》.徐州：中国矿业大学出版社，2005

[17] 《巷道断面图册》.徐州：中国矿业大学采矿工程系，2008

[18] 《井筒断面图册》.徐州：中国矿业大学采矿工程系，2008

[19] 《液压支架图册》.徐州：中国矿业大学采矿工程系，2008

[20] 《煤矿工业矿井设计规范》.北京：中华人民共和国建设部，2005

[21] 《中国采煤方法图集》.徐州：中国矿业大学出版社，1990

[22] 《综采技术手册》.北京：煤炭工业出版社，2001

[23] 《综采设备管理手册》.北京：煤炭工业出版社，1994