神華準能公司哈爾烏素露天礦二采區年產400萬噸開采設計方案摘要本次畢業設計為神華集團準能公司哈爾烏素露天礦二采區年產400萬噸開采設計。設計根據境界剝采比小于等于經濟合理剝采比（nj=8m3/t）的原則，圈定了露天礦開采境界。計算了開采境界內的煤量和巖量，確定了露天礦合理邊坡角。設計采用的工藝系統為挖掘機采裝——汽車運輸——推土機排土的間斷式工藝，開拓方式選取公路移動坑線開拓。前期外排，后期內排的排土方法。選用YZ—55型牙輪鉆機對巖層和煤層進行中深孔爆破，采裝設備選用191M和WB—600型挖掘機采裝，運輸設備選用LN-392型自卸汽車和BEJIA3-7521型自卸汽車運輸，排土設備選用T2-120SH排土。計算了各種設備的生產能力和數量。設計確定了開采方法和開采參數，經過技術比較，選取了開采方案，確定了拉溝位置。對生產剝采比進行了均衡，編寫了礦山工程進度計劃，列出露天礦主要技術經濟指標。制定了礦山工作制度。關鍵詞：露天開采、公路開拓、設備選型、剝采比均衡、進度計劃。Usingtheprinciplethattheboundarystrippingratioisnotbiggerthantheallowablestrippingratiotoselecttheboundaryofsurfaceminingexcavatorloaded-automotivetransportation–WB—600摘要 IAbstract II第一章礦區概況 11.1礦區簡介 11.1.1位置與交通 11.1.2礦區給水、排水工程 21.1.3對國民經濟的意義 31.2自然地理 41.2.1地形地貌 41.2.2水文 51.2.3氣象 51.2.4地震 7第二章礦床地質特征 82.1礦區地質特征 82.1.1區域地層 82.1.2哈爾烏素露天區地層 102.1.3區域構造 132.1.4哈爾烏素露天區構造 142.2礦體賦存要素 152.2.1區域含煤性和煤層 152.2.2哈爾烏素區煤層 172.3礦區水文地質特征 192.3.1區域水文地質概況 192.3.2對露天開采的影響 202.4礦床勘探程度 20第三章露天礦合理幫坡腳確定 223.1礦區工程地質特征 223.1.1礦區工程地質 223.2原始資料與計算方法的選擇 233.2.1計算基礎 233.2.2計算數據的選擇 243.3邊坡穩定計算 24第四章露天開采境界、儲量計算 274.1開采境界的確定 274.1.1開采境界的確定 274.1.2開采境界的圈定 274.1.3哈爾烏素露天礦南部境界圈定計算過程驗算 294.1.4最終開采深度的確定 304.2儲量計算 304.2.1可采儲量計算方法及原則 304.2.2二采區境界可采儲量計算 314.2.3二采區境界內剝巖量的計算 32第五章礦田開拓 345.1生產工藝的選擇 345.1.1開采工藝概述 345.1.2開采工藝論證 345.1.3開采工藝選擇 355.2采掘、運輸方式及設備類型 355.2.1確定技術上可行的開拓方案 355.2.2設備類型 365.3掘溝工程 425.3.1拉溝位置 425.3.2確定開拓坑道及開段溝的規格 44第六章開采參數與開采程序 486.1開采程序和開采方法 486.2主要開采參數的確定 486.2.1臺階劃分 486.2.2臺階高度 486.2.3采掘帶寬度的確定 486.2.4最小工作平盤寬度 49第七章露天礦生產能力 557.1露天礦生產能力 557.1.1礦山工作制度 557.2均衡生產剝采比 557.2.1均衡的必要性 557.2.2均衡的可能性 567.2.3均衡生產剝采比 567.3驗證露天礦生產能力 577.3.1驗證露天礦生產能力 577.3.2礦山各生產期煤、剝離物的年、日、班生產能力 58第八章穿孔爆破 598.1選擇穿孔爆破方法 598.2鉆孔設備選擇計算 598.2.1鉆孔設備選型 598.2.2確定鉆機的生產能力及臺數 598.3確定爆破參數 608.3.1鉆孔直徑和鉆孔深度 608.3.2底盤抵抗線 618.3.3孔距a與行距b的計算 628.3.4超鉆 638.3.5填塞長度計算 638.3.6單孔裝藥量計算 638.4二次爆破 658.4.1二次爆破的設備選擇 658.4.2鑿巖機生產能力及數量計算 658.5爆破器材及爆破方法 668.5.1起爆方法 668.5.2特殊情況的處理 67第九章排土 689.1選則排土場的原則及位置 689.1.1選擇排土場的原則 689.1.2排土場位置的確定 689.2排土量計算 689.2.1排土場主要參數 689.2.1外排土場排土容量計算 699.3排土方式及設備選擇 699.3.1排土方式 699.3.2排土設備選型 69第十章礦山采掘進度計劃 7110.1礦山采掘進度計劃編制方法及依據 7110.1.1編制原則 7110.1.2編制依據及方法 7110.2編制礦山采掘進度計劃圖表 72第十一章企業總平面布置 7311.1總平面布置的原則 7311.2總平面布置 7311.2.1工業廣場 7311.2.2炸藥庫 73第十二章露天礦主要技術經濟指標 74參考文獻 76附錄A 77附錄B 83致謝 98第一章礦區概況1.1礦區簡介1.1.1位置與交通準格爾煤田位于內蒙古自治區鄂爾多斯市準格爾旗東部。其范圍東起煤層露頭，西至6號煤層600m底板等高線，東西寬21km，北至煤層露頭，南至黃河之濱，南北長65km，面積1022km2。煤田范圍內有準格爾旗所轄四鎮四鄉（東孔兌鎮、薛家灣鎮、魏家峁鎮、馬柵鎮、窯溝鄉、哈岱高勒鄉、海子塔鄉、長灘鄉）。煤田北部隔黃河與內蒙古自治區呼和浩特市托克托縣、清水河縣相鄰，東部、南部分別與山西省偏關縣、河曲縣相鄰，西南部與山西省府谷縣相鄰，西部與鄂爾多斯市達拉特旗、東勝區和伊金霍洛旗相接。哈爾烏素礦田位于準格爾煤田中部，與已經建成生產的黑岱溝露天煤礦毗鄰，地理坐標為東經111o10'～111o22'30〃，北緯39o39'45〃～39o44'15〃。見圖1-1-1。薛家灣鎮是準格爾旗政府和神華集團準格爾能源有限責任公司所在地，位于煤田北部中間位置，北距呼和浩特市127km，東南距黃河萬家寨水利樞紐工程49km，西距鄂爾多斯市120km。均有2級、3級公路相通。大（同）準（格爾）電氣化鐵路全長264km，向東與大（同）秦（皇島）線接軌；準（格爾）東（勝）鐵路東起大準鐵路薛家灣站，西接包（頭）神（木）鐵路巴圖塔站，全長145km。將要修建的準（格爾）河（曲）鐵路，與神（木）朔（州）鐵路、朔（州）黃（驊港）鐵路相連，全長84km。礦區內公路、鐵路交通已形成網絡，交通十分方便。交通位置圖如圖1.1。圖1.1交通位置圖1.1.2礦區給水、排水工程（1）黃河小沙灣水源工程該工程為地表水水源，設計取水能力1.5m3/s，供水能力1.2m3/s，設河上10000m3幅流式沉沙池2座，容積為50000m3的安全水池3座，110kV變電站及兩條長（2）陳家溝門和唐公塔地下水水源工程陳家溝門水源供水能力30000m3/d，供水管線56.4km，輸電線路唐公塔水源供水能力為24000m3/（3）排水工程礦區排水工程主要由污水處理廠及來自中心區、坑口電廠、露天礦的排水管道組成，設計污水處理能力為12500m3/d。其工藝采用鼓風、曝氣二級處理加深度處理，排水管道為25.9km，輸電線路5.1km，建筑面積礦區給、排水工程完成投資4.45億元。1.1.3對國民經濟的意義哈爾烏素露天礦主要產品為長焰煤，用戶主要為周邊電廠。近幾年，周邊電廠發展迅速，隨著西部大開發，特別是“西電東送”工程的實施，新電廠的建設對煤炭需求量將急劇增加。隨著國家加大環境保護的力度，限制高硫煤的燃用，哈爾烏素的中灰、特低-低硫、低磷、高揮發分、中高發熱量、煤灰高軟化溫度優質動力煤的市場優勢將得到發揮。近年來，電力工業煤炭消費勢頭不斷上升,而電力工業是我國煤炭產品的最大工業用戶。電煤消費占煤炭總產量的比重約為50％。1998年電力行業煤炭消費量為527Mt,預計2005年需求量將達到630Mt以上。預計“十五”期間全國電力需求的平均增長速度為5％，平均年需增用煤炭20Mt。隨著國家“西電東送”工程的實施和城市環保工程推進，到“十一五”期間，華北地區電力呈快速增長勢頭。這將加大國內煤電市場容量，為哈爾烏素煤炭在國內提供更為廣闊的銷售市場。在國際市場方面，世界煤炭消費量繼2000年度增長10.3％后，2001年比2000年增長6.5%左右。其中動力煤消費量增長9.3％，煉焦煤增長0.3％。亞洲地區2001年動力煤需哈爾烏素露天礦主要產品為長焰煤，用戶主要為周邊電廠。近幾年，周邊電廠發展迅速，隨著西部大開發，特別是“西電東送”工程的實施，新電廠的建設對煤炭需求量將急劇增加。隨著國家加大環境保護的力度，限制高硫煤的燃用，哈爾烏素的中灰、特低-低硫、低磷、高揮發分、中高發熱量、煤灰高軟化溫度優質動力煤的市場優勢將得到發揮。近年來，電力工業煤炭消費勢頭不斷上升,而電力工業是我國煤炭產品的最大工業用戶。電煤消費占煤炭總產量的比重約為50％。1998年電力行業煤炭消費量為527Mt,預計2005年需求量將達到630Mt以上。預計“十五”期間全國電力需求的平均增長速度為5％，平均年需增用煤炭20Mt。隨著國家“西電東送”工程的實施和城市環保工程推進，到“十一五”期間，華北地區電力呈快速增長勢頭。這將加大國內煤電市場容量，為哈爾烏素煤炭在國內提供更為廣闊的銷售市場。在國際市場方面，世界煤炭消費量繼2000年度增長10.3％后，2001年比2000年增長6.5%左右。其中動力煤消費量增長9.3％，煉焦煤增長增長0.3％。亞洲地區2001年動力煤需求量增長10.5％，焦煤需求穩定。三個最大的煤炭進口用戶是東亞地區的日本、韓國、我國臺灣地區，占據國際煤炭需求量42％的份額。日本，韓國和中國臺灣2000年進口煤炭154Mt,香港進口煤炭6Mt，中國進口煤炭2Mt。中國已成為世界煤炭市場的主力。2001年中國鞏固了其能夠對煤炭市場產生重要影響的主要煤炭出口國地位。中國煤炭出口量增長速度驚人，4年來國際市場份額擴大了1倍，1998年為6％，2001年已經達到13％。2001年我國出口煤炭80％銷往北亞地區，在北亞的市場占有份額從2000年的19％上升至2001年的24％。2000年，韓國是最大的中國煤炭進口國,從中國進口動力煤17.5Mt，煉焦煤2.4Mt，無煙煤1.3Mt，總計21.20Mt。日本是中國的第二大煤炭進口國，2000年從中國進口動力煤11.7Mt，煉焦煤3.6Mt，無煙煤0.9Mt，總計16.22Mt。與澳大利亞、南非和加拿大等競爭對手相比，中國出口煤在北亞地區占有運輸方面的優勢。從中國和澳大利亞銷售到日本的煤炭，在離岸價相同的情況下，中國出口煤有US$6.25/t的運輸費率優勢，在韓國市場中國也具有同樣的優勢。中國煤炭在國際市場所占比重的不斷擴大，主要是西部地區煤炭出口量增加，這將為哈爾烏素煤炭在國內市場和國際市場的銷售提供更大的銷售空間。1.2自然地理1.2.1地形地貌哈爾烏素露天區位于鄂爾多斯黃土高原，除黑岱溝、不連溝、哈爾烏素溝有基巖出露外，其余煤田均為30m左右的黃土所覆蓋，在北部沙洞至皮達旦以及暖水溝一帶有大片風積沙堆積。由于風蝕、水流向源侵蝕造成黃土高原的復雜地形地貌，V字型溝谷縱橫交錯，樹枝狀的沖溝十分發育，原始黃土高原地貌被肢解的支離破碎。露天區地形南高北低，最高海拔標高為1225m(管子梁)，最低海拔標高為970m(黑岱溝口)，比高250m，區內一般海拔標高1150m。區內主要溝谷有：黑岱溝沿北部境界貫穿全區通過；南坪溝、不連溝、哈爾烏素溝由南向北橫穿全區，流入黑岱溝后向東匯入黃河。深溝之中多有泉水涌出，形成溪流，流量不大。但雨季山洪暴發時，流量大而歷時短促。1.2.2水文黃河是煤田北、東、南緣的最大地表水體。煤田東緣黃河峽谷段長約98km，比降1.33‰，河寬100m～300m，水深平均2m～3m，流速平均不大于2m/s。煤田北緣黃河水位標高最高990.67m，最低984.52m，年平均987.04m～987.98m。煤田東緣黃河水位標高最高950.67m～953.09m，最低944.67m～947.09m。黃河萬家寨水利樞紐工程建成后，煤田東緣黃河水位上升到980m，水位回至前房子、喇嘛灣一帶。黃河最大流量5310m3/s，最小流量39.8m3/s，最大年平均流量1390m3/s，最小年平均流量392m3/s，多年平均流量778m3/s。最大流量多出現在8、9月份，其中9月份占最大流量出現年份的32%，最小流量多出現在冬、春季節，其中5、6月份占最小流量出現年份的33%。黃河多年平均含沙量6.67kg/m3，年平均輸沙量151Mt，其中7月至10月份輸沙量占全年的82%，12月至2煤田其它地表水系屬于黃河支流，多數是季節性河流。龍王溝位于煤田北部區，長度28km，中上游河床寬度100m～300m，下游較窄，最窄處寬度5m，流域面積270km2。年平均流量0.39m3/s，年逕流量12.29Mm3，年輸沙量2.50Mt。1986年7月，實測一次降雨最大流量180m3/s。雨后流量很快降到0.2m黑岱溝是煤田南、北區的分界河流，長度23km，流域面積261km2。年平均流量0.37m3/s，年逕流量11.70Mm3，年輸沙量2.30Mt十里長川位于煤田西部邊界附近，由北向南流經海子塔和長灘后向西南匯入皇甫川流入黃河，河流長約60km，流域面積644km2（西岸支流已出煤田范圍），最大流量619m3/s，最小流量157m3/s，年逕流量38.64Mm1.2.3氣象準格爾煤田位于半干旱地區，屬于大陸性半干燥氣候。總的氣候特點是冬季寒冷，夏季炎熱，春秋兩季氣溫變化劇烈，晝夜溫差大。降水量較小，蒸發量較大，常有春旱現象。雨水多集中在7、8、9月，占全年降水量的60%～70%。20世紀50～80年代，最高氣溫39.4℃（1955年7月23日），最低氣溫-34℃（1954年2月28日）。年平均氣溫5.3℃～8.2年降水量231mm～634.7mm，多年平均408mm。月最大降水量247.5mm。1日最大降水量96mm（1959年8月3日）。1小時最大降水量44mm（1979年6月29日）。10分鐘最大降水量19.8mm（1981年）。一次最大降水量88.1mm，延時25小時54分（1973年8月）。最長連續降水日數分別為7天和8天，降水量分別為74mm（1977年9月年蒸發量1324.7mm～2896.1mm，多年平均在2100mm左右。蒸發量是降水量的5倍。最熱月平均蒸發量357.9mm，最冷月平均蒸發量31.9mm。最熱月平均相對濕度60.4%，最冷月平均相對濕度54.5%。結冰期為10月中旬至翌年4月下旬，約200天。最大凍土深度1500mm。積雪厚度2cm～15cm。無霜期約150天。初霜日一般在9月30日煤田內受季風影響，冬季春季多風，春季多為4～6級，3、4月份為大風期。風向以西風為主，冬季有西北風，夏季有偏東、偏南和東南風。近地面大氣受地形起伏的影響，會出現風向不定的現象。最大風速24m/s。全年超過17m/s風速的天數約28天。年平均風速2.3m/s。全年日平均風速不小于8m/s的天數為1～13天，瞬間風速不小于17m/s的天數為14～29天。年平均揚沙日32.8天。年平均沙暴日15.2天。年平均雷暴日41.8天。進入90年代，氣候有所變化。1991年至1999年，氣溫有不同程度逐年偏高的趨勢，各季節氣溫差異逐年減少，年平均氣溫8.1℃。1991年8月出現31.0℃的歷史平均氣溫最高值，形成夏季持續高溫干旱的現象。1994年4月至6月中旬氣溫偏高。1997年6月下旬至9月上旬，出現持續高溫，最高氣溫37.8℃。年平均降水量391.2mm，年平均蒸發量1926mm1991年降水主要集中在4月至6月，而8月份降水量僅為26.8mm，9月份為16.1mm。1993年全年降水量僅為262.1mm，其中3月至5月份降水量僅為14.3mm，8月15日至10月份降水量為38mm，出現春、夏、秋季連續干旱現象。1994年4月至6月中旬降水量較少，出現嚴重的春旱現象。1997年8月份降水量僅為22.4mm，9月份為10.6mm，全年降水量只有271.4mm。1999年6、7月份降水量只有68.8mm，8月份后半月降水量為64.7mm，出現伏天大旱現象。90年代每年6月至8月份有不同程度的洪澇和冰雹現象，且90年代初，冰雹災害嚴重。1993年無霜期132天，比正常年少12天。9月18日凌晨降霜，出現百年不遇的早霜凍害現象。90年代大風日數與80年代相比減少近4成，并有逐年遞減的趨勢。年平均風速14.7m/s。1991年至2000年，準格爾旗年平均氣溫8.0℃，與歷年相比，冬季氣溫偏低，夏季氣溫偏高。7月9日至28日，日最高氣溫在30℃以上，7月20日最高氣溫38.1℃。9月至10月氣溫偏高。年降水量只有251.1mm，其中1月至2月降水量23.5mm，6月至8月降水量183.6mm，7月份降水量只有31.5mm，8月10日一次降水2001年，準格爾旗年平均氣溫8.8℃，全年各月氣溫均偏高。年降水量340.4mm，1月偏多，2月偏少，4月正常，5月3.1mm，6月6.3mm，7月偏少，8月偏多，6月至8月202.6mm，8月16日至19日1次連續降水100.3mm，9月至10月偏多，11月至12月偏少。全年大風日數6天，最大風速12.7m/s（3月5日），年平均風速1.4m/s，風向以西北風為主，7月出現9m/s東北風（7月3日1.2.4地震據國家地震局地震地質大隊（77）地鑒字153號文《關于內蒙準格爾煤田范圍地震基本烈度意見》，喇嘛灣以北，包括黑城河口鎮為八度區，喇嘛灣以南包括前房子、寬灘為七度區。第二章礦床地質特征2.1礦區地質特征準格爾煤田地層沉積與華北石炭、二迭系各煤田基本相似，煤系基盤為古生界奧陶系灰巖。中石炭系本溪組海陸交互相地層整合沉積于中奧陶系和下奧陶系地層之上。其上部的上石炭系太原組和下二迭系山西組是本區主要含煤地層。2.1.1區域地層準格爾煤田區域地層從古生界到新生界均有分布。各勘探區地層大同小異，從下古生界奧陶系到上古生界二疊系的地層在各勘探區均有分布。古生界地層排列順序由東向西依次由老到新，下古生界奧陶系中統馬家溝組與上古生界石炭系中統本溪組地層之間呈平行不整合接觸關系。中生界三疊系地層分布于煤田西南部，即南部詳查區西南部和榆樹灣區西部。侏羅系上統-白堊系下統地層分布于煤田北部的東孔兌普查區和小魚溝精查區內，局部到達窯溝詳查區和牛連溝詳查區，且與下伏地層呈角度不整合接觸關系。以黃土為主的新生界地層廣泛覆蓋下伏地層，與下伏地層呈角度不整合接觸關系。由于黃土的覆蓋，使基巖地層只出露于黃河沿岸和各大溝谷中。由于溝谷切割和黃土與下伏基巖地層接觸面不平整的原因，使黃土厚度變化大，地形復雜。區域地層由老到新依次為：寒武系（∈）下統（∈1）：下部為肉紅色-灰白色細粒石英砂巖、泥質細粉砂巖；上部為紫灰色砂質頁巖、粉砂質灰巖、白云巖。地層厚度20m～70m。分布于煤田東部黃河以東地區。中統（∈2）：下部為深灰-灰紫-灰綠色含粉砂質白云巖，白云質粉砂巖；上部為灰-深灰色鮞狀灰巖、鈣質粉砂巖。地層厚度89m～142m。分布于煤田東部黃河以東地區。上統崮山組（∈3g）：為深灰-灰-雜色中厚層竹葉狀灰巖、生物碎屑灰巖、鮞狀灰巖，夾暗紫色鈣質泥巖。地層厚度90m上統長山組（∈3c）：為灰紫色中厚層狀灰巖，含白云質結晶灰巖，局部夾生物碎屑灰巖。地層厚度小于10m上統鳳山組（∈3f）：下部為白云質灰巖及竹葉狀灰巖、生物碎屑灰巖；中部為灰巖、泥灰巖及生物碎屑灰巖；上部為灰白-淺灰色薄層至厚層白云質灰巖和薄層泥質夾層，夾黃褐色中厚層竹葉狀灰巖。地層厚度86m奧陶系（O）下統冶里組（O1y）：為白色-黃褐色中厚層狀結晶白云巖、白云巖及白云質灰巖。地層厚度55m～63m。出露于煤田東部黃河沿岸。下統亮甲山組（O1l）：為淺灰、灰黃色中厚層狀白云巖及泥質白灰巖。地層厚度54m～66m中統馬家溝組（O2m）：為淺灰-棕灰色薄層泥質灰巖、厚層狀灰巖，間夾薄層結晶灰巖，局部為豹皮狀灰巖。地層厚度8m～98m石炭系（C）中統本溪組（C2b）：底部為雞窩狀山西式鐵礦，向上為鋁質粘土巖。在煤田南部富含黃鐵礦。上部為黃白色石英砂質和灰-灰黑色泥巖，夾兩層灰色泥灰巖，偶含有一層薄煤層。含豐富的動物化石。地層厚度5m～48m。出露于煤田東部黃河西岸。上統太原組（C3t）：底部為灰白色石英粗砂巖或含礫粗砂巖，層位穩定；中、下部為灰白-灰黃色砂巖、深灰-黑色砂質泥巖、泥巖和10、9、8號煤層，南部夾1～2層厚1m～2m的薄層灰巖；上部為灰白-灰黃色粗砂巖、粘土巖及6號煤層。地層厚度12m～124m，黑岱溝精查區和龍王溝詳查區西北部較薄，南部詳查區最厚。出露于煤田中東部。二疊系（P）下統山西組（P1s）：由灰白-灰黃色粗砂巖、灰色-淺灰色粉砂巖、泥巖、粘土巖及5至1號煤層組成。地層厚度21m～136m，有由北向南增厚的趨勢，煤田北部即東孔兌普查區、小魚溝精查區和煤田中西部即南部詳查區西北部較薄，煤田西南部即南部詳查區西南部最厚。出露于煤田中東部。下統下石盒子組（P1x）：為黃褐-黃綠色及紫色砂質泥巖、粘土巖和灰白-黃綠色砂巖。底部為灰-黃灰色含礫中、粗砂巖。地層厚度40m～120m。出露于煤田中部。上統上石盒子組（P2s）：為暗紫-褐紫色砂質泥巖、泥巖，間或夾灰綠-淺白色中、粗砂巖，含礫石及鐵質結核。地層厚度300m。出露于煤田中部及西部溝谷之中。上統石千峰組（P2sh）：為磚紅色砂巖、泥巖，黃綠色砂巖、礫巖和灰綠色粘土巖。地層厚度140m～460m。出露于煤田西部大飯鋪、海子塔及南部馬柵一帶。三疊系（T）下統劉家溝組（T1l）：為淺灰-粉紅色中砂巖、細砂巖、粗砂巖，夾棕紅-磚紅色砂質泥巖，偶夾灰黃色砂礫巖。膠結疏松。砂巖中斜層理、交錯層理發育。地層厚度257m～385m下統和尚溝組（T1h）：為棕紅-磚紅色粉砂巖、粉砂質泥巖，夾淺灰色中細砂巖。地層厚度大于165m。分布于煤田西南馬柵、東桃樹梁等地。侏羅-白堊系（J3-K1）志丹群（J3-K1zh）：底部為礫巖、巨礫巖，下部為紫紅色砂礫巖，上部為中厚層狀紫紅色砂礫巖及含礫粗砂巖。地層厚度0m～392m。分布于煤田北部東溝、楊四圪咀以北、以西地區。在礫巖中夾有一層厚約4m～20m的黑灰色、灰綠色細晶-隱晶質玄武巖，在煤田北部玻璃圪旦以北地區零星出露。第三系（N）上新統（N2）：為棕紅色鈣質紅土層，含砂質及鈣質結核，層理不明顯。地層厚度0m～97m。有由北向南增厚的趨勢，最大厚度位于大飯鋪—史家腦包之間。第四系（Q）更新統上階馬蘭組（Q3meol）：主要為淺黃-黃褐色粉砂質土，粒度均勻，含有大量鈣質結核，垂直節理發育。地層厚度0m～125m。全區廣泛分布。全新統（Q4eol）：風積沙、沖洪積砂礫層和殘坡積砂土石塊層。風積沙在煤田南部分布較廣，其它區域零星分布。沖洪積砂礫層分布于各大溝谷中。殘坡積砂土石塊層分布于基巖露頭附近。地層厚度0m～20m。2.1.2哈爾烏素露天區地層露天區內第四系黃土層廣泛覆蓋，黑岱溝、哈爾烏素溝、不連溝、南坪溝等溝內地層出露較好。區內地層情況由老到新為O1+2、C2b、C3t、P1s、P1x、P2s、Q+N2。太原組（C3t）及山西組（P1s）為本區含煤地層。現由老到新分述如下：1、中下奧陶統（O1+2）上部為淺灰色厚—中厚層狀石灰巖。中部為薄層狀土黃色灰巖、豹皮狀灰巖，含較多的砂質、泥質。下部為淺黃色、黃色中厚層狀白云質灰巖夾薄層狀泥質、鈣質白云巖。該地層下部為下奧陶統亮甲山組（O1L），中上部為中奧陶統馬家溝組（O2m出露厚度大于200m，分布于黑岱溝、哈爾烏素溝溝口及東部黃河岸邊。2、中石炭統本溪組（C2b）上部以深灰色、灰黑色砂泥巖、泥巖、粘土巖為主，褐灰色灰巖、灰色泥灰巖次之，偶夾1～2層薄煤層。砂泥巖中粘土礦物質占55%，粉砂粒級礦物占40%以上及少量有機質。泥巖中泥質占80%，有機質占10%，其余為石英、云母等。泥灰巖主要由微晶方解石、粘土礦物和不透明礦物、少量有機物組成，微晶結構，巖石中含海相生物化石，這些生物化石定向排列，已成為晶粒狀方解石。下部為淺灰、暗紫色鋁土巖和鋁質粘土巖，相當華北G層鋁土礦，底部含鐵質結核。本組地層厚7.88m～33.44m，平均18.1m3、上石炭統太原組（C3t）為本區主要含煤地層，含煤七層：6上、6、6下、8、9、9下、10號煤。本組地層可分為兩段，由下到上：C13t：以黑灰色砂質泥巖、粘土巖及多層砂巖為主，含8、9、10號煤層，底部為灰、灰白色中、粗砂巖（K1）。巖石主要由碎屑礦物（石英）和鈣質、硅質膠結物組成，富含鐵質。碎屑礦物—石英顆粒呈次圓至滾圓狀，分選中等。碎屑礦物占80%左右，膠結物占20%左右。K1砂巖層位比較穩定，可作為地層對比標志。C23t：以煤層及頂底板粘土巖、砂質泥巖為主，夾灰白色透鏡狀厚層砂巖，含6上、6、6下三層煤。該段巖性及厚度變化較大，6上煤頂板為深灰色粘土巖（N3）、砂質粘土巖和粉砂巖，富含植物化石；底板一般為砂質泥巖、常變相為灰白色砂巖。6上煤層為不穩定煤層，是6號煤的上分叉，在10線以北與6號煤合并，與6號煤所夾砂體逐漸尖滅，向南砂體增厚，6上煤漂起。向東南6上煤層尖滅。該砂體在南部詳查報告及以前各種報告中作為K3砂巖標志層，是山西組與太原組的分界線。本次根據煤層對比和孢粉鑒定成果，將K3砂巖和6上煤層劃歸太原組，山西組底界從6上煤上通過。6號煤層為巨厚煤層，厚0.40m～39.54m，平均21.01m，除淺部風化變薄外，全區可采。6下煤層為6號煤層下分叉，厚0.10m～7.61m，平均2.28m，屬不穩定煤層。分布于不連溝與哈爾烏素之間和116號～167號鉆孔一帶。其間砂體隨6下與6號煤層合并而尖滅。太原組地層厚37.97m～115.90m，平均75.55m。與下伏地層整合接觸，分布于哈爾烏素溝、不連溝、黑岱溝中。其厚度由南向北逐漸變薄。4、下二迭統山西組（P1s）：為陸相碎屑沉積，亦為本區主要含煤地層，含1、2、3、4、5號煤層。本組地層可大致分為三段。由老到新為：P11s：為厚層灰白、黃褐色長石、石英砂巖、中夾灰色砂質泥巖、泥巖或粘土巖薄層，局部為砂礫巖。泥質膠結。分選極差，含煤屑。具大型斜層理。局部地區對6號或6上煤有沖刷現象。淺部地區因風化呈疏松狀。P21s：為灰白、灰黑色細、粗砂巖、砂質泥巖和粘土巖，中夾1號、2號、3號、4號、5號煤層。砂巖堅硬致密，含菱鐵礦結核。泥巖和砂巖中含大量植物化石。1號、2號煤層極少見到，不可采。3號煤層極不穩定，大部不可采。4號、5號煤層主要發育在中西部，局部可采。P31s：為深灰色、灰白色中粗粒砂巖，夾粘土巖、泥巖及粉砂巖。砂巖致密堅硬，含小礫石及云母碎片。頂部發育一層粘土巖及砂質粘土巖，深灰至雜色，具鱗狀結構。本組（P1s）厚30.75m～97.83m，平均厚65.18m。與太原組（C3t）整合接觸。出露地區同（C3t5、下二迭統下石盒子組（P1x）：上部以黃綠色、紫色泥巖、砂質泥巖為主，夾雜色粘土巖和中厚層狀砂巖。下部為黃褐色砂巖和紫色、雜色泥巖、粘土巖互層。粘土巖具鱗狀結構，含磷質結核。底部為巨厚層狀含礫粗砂巖，斜層理發育。本組（P1x）厚30.25m～99.12m，平均64.28m。與下伏地層整合接觸。6、上二迭統上石盒子組（P2s）：上部為絳紫色泥巖、砂質泥巖、粉砂巖與灰白黃綠色砂巖互層。下部為灰白、黃綠色中、粗砂巖，有時含礫，夾薄層狀暗紫色泥巖和砂質泥巖，含鐵質結核。本組地層僅在不連溝上游大石節及南坪溝以西一帶零星出露，與下伏地層整合接觸。上部被剝蝕。區內鉆孔所見地層最大厚度為49.19m。7、第三系紅土層（N2）：紅色、棕紅色鈣質紅土層，含砂質及鈣質結核。厚0m～59.48m，平均11.03m8、第四系（Q）：由馬蘭組（Qeol3m）黃土層與風積沙（Qeol4）和沖洪積，殘坡積松散砂礫堆積物組成。黃土層為土黃色粉砂質黃土。粒度均勻，垂直節理發育，含有鈣質結核。由于長期雨水沖刷，多形成沖溝及陡坎之地貌。分布全區。風積沙為土黃色的粉砂，成份為石英、長石。顆粒均勻，由風力搬運堆積而成，多形成沙丘。分布于北部皮達圪旦、沙圪洞一帶及暖水溝西部地區。沖洪積物多在大溝底部，由砂、礫石組成。第四系厚度為0m～90.68m，平均27.29m在剖面圖上，第四系與第三系合并在一起，用Q+N2表示。2.1.3區域構造準格爾煤田地質構造為一簡單的單斜構造。地層走向近于南北，傾向西，傾角一般小于10°。在單斜構造上發育有次一級的寬緩褶曲和稀疏斷層。1、褶曲窯溝背斜：位于煤田北部偏東，軸向N23°E，延伸長度約10km。兩翼傾角不大，東南翼傾角3°～5°，西北翼傾角5°～10°。背斜將6號煤層在窯溝鄉附近抬起，露出地表。西黃家梁背斜：位于煤田中部，軸向N30°～50°E，延伸長度約12km。東南翼傾角一般小于10°，西北翼傾角較陡，一般在25°左右，局部達35°。背斜軸由北東向南西傾伏，傾伏角1°～3°。在張家圪旦一帶將6號煤抬起接近地表，為黑岱溝露天開采形成有利條件。老趙山梁背斜：位于煤田南部，軸向近EW。由東向西傾伏，傾伏角1°～3°。延伸長度約20km。北翼傾角5°～10°，南翼傾角10°～25°。軸部出露奧陶系灰巖，兩翼為煤系地層，產狀平緩。本背斜構成南部詳查勘探區與榆樹灣（即磁窯溝）勘探區的界線。田家石畔撓折斷裂帶：從煤田南端的榆樹灣，向N40°～60°W延伸，總長度近40km。從地表可見到巖層傾角從平緩到陡立的急劇變化帶，傾角達70°～80°，撓曲幅度達300m。在伏路墕，撓曲發生轉折，方向轉為NE，經長灘至西坪溝，撓曲幅度逐漸減小。在田家石畔至榆樹灣電廠一帶，撓曲局部產生斷裂。雙棗子向斜：位于老趙山梁背斜南部的榆樹灣區，軸向近EW，延伸長度大于10km。傾角小于10°，南翼寬緩，北翼較陡。軸部為石盒子組地層，有利于煤系地層的保存。田家石畔背斜：位于本區西南部，軸向N50°W，區內延伸長度約8km。傾角小于22°，為一西南翼陡，東北翼緩的不對稱背斜。軸部出露太原組、本溪組。2、斷層龍王溝正斷層：位于龍王溝口至陳家溝門一帶，走向近EW，傾向S，傾角75°～85°，落差20m～40m。延伸長度約5km。奧陶系地層與本溪組地層接觸。斷層對煤層影響不大。焦稍溝正斷層：位于焦稍溝口，走向N35°E，傾向SE，傾角70°，落差20m～80m，延伸長度約4km。斷層的東北段為奧陶系地層與本溪組地層接觸，西南段與太原組的不同層位接觸，使6號煤層和9號煤層缺失或變薄，且落差逐漸變小。石圪咀正斷層：位于煤田中部偏東，走向N25°～45°E，傾向SE，傾角60°～70°，落差15m～50m，延伸長度約10km。斷層兩盤為山西組地層與太原組地層接觸。柱狀陷落斷層：主要在煤田北部窯溝區，發現有5個陷落柱，面積一般不大，最大的帳房墕陷落柱長270m，寬280m，軸向NE，陷落深約60m。3、巖漿巖在東孔兌勘探區東部，志丹群底部有玄武巖。在喇嘛灣，志丹群上部有玄武巖。在哈爾烏素勘探區東北部，6號煤層底部有類似玄武巖的巖石，一種認識認為是玄武巖，另一種認識認為是煤層自燃形成的“燒變巖”。2.1.4哈爾烏素露天區構造哈爾烏素露天區構造與整個煤田構造特征基本一致，仍為構造簡單區。區內地層傾角均小于10°。一般為5°左右；在哈爾烏素溝以東露頭區，傾角約為30°。為一地層走向NNW～SSE向西傾斜的單斜構造，區內斷層稀少，斷距不大，在東北角有基性巖漿噴出。1、斷層（1）石圪咀正斷層：斷層位于本區西部，由東北到西南斜穿全區，斷層走向N30°～45°E。傾向SE，長約10km，在區內長約4.5km。在黑岱溝內由于斷層的影響使上升盤煤層露頭與下降盤的6號煤頂板砂巖直接接觸。斷距約15m，傾角75°。由于斷層的影響，使斷層下盤的煤層抬高，有利于露天開采，但也使煤層的連續性發生破壞，斷層帶附近煤層風化。如667號鉆孔煤層全風化，189號、682號鉆孔6號煤層部分風化等，給開采帶來不利影響。（2）虎石圪旦正斷層：斷層位于本區東部，哈爾烏素溝西坡，北從16線開始，走向以S25°W向西南延伸，過22線440號孔后轉向正南，走向長約3km。傾向ES，傾角約70°。F1斷層：小斷層，大致NNE方向。F2斷層：小斷層，大致NNE方向。（3）永紅礦正斷層：位于皮達圪旦北。走向近于EW，傾向N，傾角70°。斷層對露天開采影響不大。2、褶皺井渠溝向斜：位于黑岱溝北坡，走向NEE—SWW。長約1km。兩翼出露地層為P1S和C3t,兩翼傾角約10°。該向斜對露天開采影響不大。3、巖漿巖在本區東北角的五里溝，6號煤層缺失，其頂板為粘土巖、泥巖、砂巖等。由于外來熱力的影響，成為板巖、燒變砂巖等。巖石特別破碎。在燒變巖周圍或頂板砂巖的裂縫中見到有玄武巖，說明五里溝燒變巖的產生，6號煤層的燃燒殆盡，皆與玄武巖噴出有關。玄武巖的出現對露天開采影響不大。2.2礦體賦存要素2.2.1區域含煤性和煤層準格爾煤田含煤地層為山西組和太原組，自上而下含1～10號煤層。煤層平均總厚度32.08m，含煤地層平均厚度133.75m，含煤系數24%。其中山西組含1～5號煤層，煤層平均總厚度3.58m，煤系地層平均厚度67m，含煤系數5.4%；太原組含6～10號煤層，煤層平均總厚度28.50m，煤系地層平均厚度68m，含煤系數42%。煤層特點是層數多，且各煤層厚度和穩定性差異大。厚煤層的結構復雜，如6號煤層夾矸可達20多層。厚煤層的分岔現象也較為顯著，中間常夾有巨厚砂巖體。砂巖體的發育，使煤層厚度變小。薄煤層穩定性差，發育范圍小，尖滅現象普遍，常呈零星分布狀態。1號煤層：位于山西組頂部。煤層厚度0m～1.70m，平均0.25m。煤層極不穩定，零星分布于煤田北部，只有少數點可采。下距2號煤層3.15m～40.12m，平均18.10m。2號煤層：位于山西組上部。煤層厚度0m～1.62m，平均0.40m。煤層極不穩定，零星分布于龍王溝一帶，不可采。下距3號煤層3.55m～18.40m，平均10.90m。3號煤層：位于山西組中部。煤層厚度0m～4.27m，平均0.74m。零星分布，主要分布于煤田西部偏北的局部和西南部。局部可采。下距4號煤層2.80m～34.86m，平均10.14m。4號煤層：位于山西組中部。煤層厚度0m～7.51m，平均1.35m。煤層極不穩定至不穩定，磁窯溝一帶發育較好，局部可采。下距5號煤層5.33m～31.82m，平均11.85m。5號煤層：位于山西組中下部。煤層厚度0m～7.14m，平均2.36m。主要分布于煤田西部，其次分布于東部的局部。一般厚度2m左右，在西部偏南地段最厚，厚度4m～6m。局部可采。下距6號煤層2.56m～36.85m，平均15.82m。6號煤層：位于太原組上部。煤層厚度0.51m～42.12m，平均23.06m。煤層較穩定，結構復雜，全區發育，為煤田內主要可采煤層。厚度變化趨勢為東薄西厚，南薄北厚。煤層在龍王溝和黑岱溝之間中西部以及煤田西南部最厚，厚度大于30m；龍王溝以北和黑岱溝以南，厚度一般為20m～30m。黑岱溝以南東部和煤田南部局部，厚度小于20m。下距7號煤層1.03m～13.68m，平均4.38m。6號煤層自上而下，可劃分為6個煤分層：6Ⅰ煤分層：一般厚度1m～3m，由3層薄煤層組成，上薄下厚，中、下分層在大部分地區可達可采厚度。上覆巖層為泥巖和粘土巖，全區分布。6Ⅱ煤分層：一般厚度2.5m～5m，結構極復雜，煤和泥巖呈薄層狀互層，小分層薄至數十厘米至數毫米，俗稱“千層餅”。分布于龍王溝和黑岱溝之間及黑岱溝南側局部。在龍王溝以北和黑岱溝以南大部分地段則相變為砂巖、泥巖。在龍王溝以北，泥巖分布在東部，砂巖分布在西部，砂巖一般厚度10m～20m；在黑岱溝以南，大部分相變為砂巖，砂巖厚度0m～60m，一般30m～50m。6Ⅲ煤分層：一般厚度2m～3m，單一煤層。與6Ⅱ煤分層以夾矸或煤質變化劃分（當6Ⅱ煤分層為高灰分煤時）；與6Ⅳ煤分層間距0.5m～1.5m，為一層硬質粘土巖夾矸，稱為1號夾矸。全區大部分地段分布，只在南部詳查區中西部缺失。當6Ⅱ煤分層層位砂巖厚度顯著增大時，則6Ⅲ煤分層也被砂巖取代。6Ⅳ煤分層：為6號煤層的主體分層，一般厚度15m～20m，有數層夾矸，一般不穩定。下部一層較穩定的夾矸為2號夾矸,全區分布。6Ⅴ煤分層：一般厚度1m～2m，結構復雜，煤和泥巖互層。分布于煤田北部區大部和南部區西部地段。在北部區東北部、南部區東部和南部區西北部局部相變為砂巖、泥巖。砂巖一般厚度5m～10m，最大厚度20m，分布于北部區東部局部和南部區西北部局部。6Ⅵ煤分層：一般厚度2m左右，為單一煤層或中間有一層夾矸。6號煤層6Ⅰ～6Ⅵ各煤分層在龍王溝和黑岱溝之間發育完整，基本為一整體。7號煤層：位于太原組中部。煤層厚度0m～8.25m，平均0.75m。煤層極不穩定，零星分布于煤田西北部，只有少數鉆探點可采。下距8號煤層0.65m～14.67m，平均6.38m。8號煤層：位于太原組中部。煤層厚度0m～2.15m，平均0.75m。一般厚度1m左右。有2個分層，上分層厚度0.20m左右，下分層厚度0.60m左右。煤層不穩定，分布于龍王溝一線以南。局部可采。下距9號煤層0.18m～16.26m，平均4.63m。9號煤層：位于太原組中下部。煤層厚度0.15m～14.67m，平均3.65m，煤層較穩定，結構復雜，全區發育，為煤田內僅次于6號煤層的可采煤層。在煤田東部，由北向南煤層由厚到薄，由14m到2m；在煤田西部，由北向南煤層為“薄—厚—薄—厚—薄”的變化情況，變化范圍2m～5m。在煤田東部和西部之間有一南北向薄條帶，厚度小于2m。下距10號煤層0.54m～17.95m，平均4.70m。9號煤層自上而下，可劃為4個煤分層：9Ⅰ煤分層：為單一煤分層，厚度小。9Ⅱ煤分層：一般為2個薄分層，厚度和結構變化不大。9Ⅰ和9Ⅱ煤分層又合稱為9上煤層。9上煤層分布于煤田中部、東部局部和南部局部。9Ⅲ煤分層：為薄煤分層，不發育，有的地段與9Ⅳ煤分層合并。9Ⅳ煤分層：比較發育。9Ⅲ和9Ⅳ煤分層又合稱為“9號煤層”。“9號煤層”分布范圍較廣。“9號煤層”分布與9上煤層分布呈互補關系，即9上煤層發育地段缺失“9號煤層”。反之亦然。9上煤層和“9號煤層”之間一般為一層厚夾矸。在黑岱溝以北，“9號煤層”發育，9上煤層局部發育；在黑岱溝以南，9上煤層發育而“9號煤層”不發育且相變為砂巖。10號煤層：煤層厚度0m～6.99m，平均0.80m。煤層極不穩定，局部發育，零星分布，僅有個別點可采。2.2.2哈爾烏素區煤層1號、2號、3號、4號煤層為極不穩定煤層，分布于山西組（P1s）上部。2號煤層：距1號煤層1.51m～12.59m，平均7.66m。層間巖性多以粗砂巖、泥巖為主。煤層最大厚度1.21m，最小厚度0.10m，平均0.29m。煤層結構簡單，其頂底板以砂質泥巖為主。3號煤層：距2號煤層3.70m～12.80m，平均6.86m，層間巖性多以泥巖、砂質泥巖為主。煤層最大厚度2.08m，最小厚度0.05m，平均0.39m。煤層結構簡單，其頂底板以砂泥巖為主。4號煤層：位于山西組下部，距3號煤層1.59m～23.48m，平均8.70m。層間巖性多以粗、細砂巖為主。屬于不穩定煤層，其自然厚度0.14m～3.15m，平均厚度0.81m。煤層結構簡單，夾矸層數0～3層。煤層屬不穩定煤層，其自然厚度0.12m～5.75m，平均1.39m。主要分布于石圪咀正斷層以西及不連溝與石圪咀正斷層之間9線以南地區，不連溝以東地區5號煤層多不可采。煤層結構尚屬簡單，夾矸層數0～6層，巖性主要為炭質泥巖、泥巖和砂質粘土巖。6上煤層：位于太原組頂部，距5號煤層2.75m～29.86m，平均12.24m。層間巖性以粗砂巖為主，頂板多為粘土巖。該煤層為6號煤的上分叉，屬不穩定煤層，其自然厚度0.20m～7.27m，平均2.83m。主要分布于11線以南及30線以西地區，在30線以東、10線以北地區6上與6號煤層合并。虎石圪旦正斷層兩側及以東地區6上煤層相變為粘土巖、泥巖等。煤層結構尚屬簡單，夾矸層數0～6層。夾矸巖性多為泥巖、炭泥巖、砂泥巖等。煤層頂底板多為泥巖。6下煤層：為6號煤層的下分叉，距6號煤層0m～20.88m，平均9m。在不連溝以西及東部煤層露頭區，6下與6號煤層合并。該層屬于不穩定煤層，其自然厚度0.10m～7.61m，平均2.35m。主要分布在哈爾烏素溝、井子溝以西、29線以東區域。煤層結構比較簡單，夾矸0～5層。頂板巖性多為泥巖，占30%，砂巖占29%。底板巖性多為泥巖，占93%。8號煤層：位于太原組下部，距6下煤層0.94m～25.86m，平均3.65m。層間巖性以泥巖為主。該煤層雖層位穩定，但其厚度大都在最低可采厚度以下變化。所以定為不穩定煤層，自然厚度為0.08m～2.04m，平均0.69m。全區普遍分布。煤層結構簡單，夾矸0～2層。頂底板巖性以泥巖為主，可占85%。9號煤層：位于太原組下部，距8號煤層0.40m～12.61m，平均1.97m。層間巖性以泥巖為主。該煤層屬較穩定煤層，其自然厚度為0.22m～9.08m，平均厚度4.08m。全區發育，以不連溝以東發育較好，厚度一般在5m左右。井子溝兩側，煤厚>6m，不連溝以西厚度逐漸變薄。9下煤層：為9號煤層的下分叉，分布零星，主要在黑岱溝鄉一帶，7線以北地區。全區僅個別點達到可采厚度。自然厚度0m～2.75m，平均0.71m。無開采價值。10號煤層：位于太原組底部，距9號煤層2.29m～17.23m，平均8.92m。其底部K1是太原組與本溪組的分界砂巖，地層對比標志明顯。該煤層自然厚度0m～2.72m，平均0.52m。全區分布零星，該煤層無工業價值。2.3礦區水文地質特征2.3.1區域水文地質概況準格爾煤田為黃土沖溝地形，地形總趨勢是西北高、東南低，所有溝谷都是黃河西岸的支溝。地表植被稀少，地面坡度較大，易于地表水的排泄。降水多集中在7、8、9月份，占全年降水量的70%，形成集中補給、集中排泄，大部分以地表逕流注入黃河。～～基巖含水一般比較微弱，但又表現出不同地段、不同深度的差異性。侏羅-白堊系地層分布于煤田北部、西北部，含水性不均一。北部區泉流量小于0.001L/s；西北部含水豐富，鉆孔揭露地下水承壓水位高出地表43.92m～159.81m，地表泉流量0.016L/s～2.00L/s，最大達29.7L/s。寒武系、奧陶系地層為區域含水地層，含有豐富的巖溶地下水，黃河東岸地表泉流量0L/s～19.64L/s，表現出極大的不均一性。其它基巖地層地表泉流量在0.01L/s～1.00L/s之間，最大達3.5L/s（二疊系上石盒子組）。2.3.2對露天開采的影響黃土、紅土為輕亞粘土。黃土自然坡角一般為36°，溝壁自然坡角為45°～60°。黃土垂直節理發育，沿節理面崩落現象普遍，常形成溝深壁陡的沖溝。黃土在水的作用下沿相對隔水層面重力滑坡現象較多。巖石為半堅硬—堅硬巖石，抗壓強度8.14MPa～50.80MPa（83kgf/cm2～518kgf/cm2），一般大于9.81MPa（100kgf/cm2），大部分大于19.61MPa（200kgf/cm2）。普氏硬度系數1.93～5.90。內摩擦角29o22'～41o15'。凝聚力2.45MPa～16.97MPa（25kgf/cm2～173kgf/cm2）。抗剪強度10.10MPa（103kgf/cm～471kgf/cm2）。煤的抗壓強度為6.47MPa～14.32MPa（66kgf/cm2～146kgf/cm2），普氏硬度系數1～3。6號煤頂部砂巖層膠結疏松，常在陡壁處產生自重崩落。6號煤層上部具有層位穩定的軟質粘土巖，可塑性強。巖石裂隙為構造裂隙和構造風化裂隙，主要有2組，EW向1組和NE向1組，傾角75°～90°，裂隙率0.0112%～0.49%。煤層瓦斯含量低。煤塵爆炸指數，實驗室測定為44%～44.8%，爆炸火焰長度由火星至50mm，有爆炸危險。煤層易自燃，小煤窯內和露天場地堆放的散煤常有自燃現象。2.4礦床勘探程度1987年8月，全國儲委全儲字（1987）128號決議書批準的“內蒙伊克昭盟準格爾煤田哈爾烏素露天礦勘探地質報告”（精查）；1984年9月，煤炭部地質局煤地地字第277號文批準的“準格爾旗煤田南部勘探區詳查報告”；1983年8月，煤炭部地質局（83）煤地地字271號文批準的“準格爾煤田黑岱溝露天精查補充勘探報告”；1994年3月，煤田地質總局批準的“準格爾煤田哈爾烏素露天首采區精補報告”。本可研擬開發的哈爾烏素露天煤礦地跨三個勘探區，可利用的施工鉆孔497個，其中黑岱溝勘探報告21個鉆孔；首采區精補勘探報告21個鉆孔；南部詳查勘探報告5個鉆孔；哈爾烏素精查勘探報告450個鉆孔。哈爾烏素露天勘探區（精查），勘探面積51km2，先后經歷五次地質勘探，總計完成450個鉆孔，工程量82135.44m。其中甲級孔227個，乙級孔193個。甲級孔率51%，乙級孔率42%。勘探工程質量可靠，全區共見儲量利用煤層點1138層次。其中甲級煤層點607層次，占59%；乙級煤層點407層次，占36％。提供儲量計算的煤層原始數據可靠。露天區地質構造簡單，主要可采煤層穩定。250m×250m網距圈定A級儲量；500m×500m網距圈定B級儲量；1000m×1000m網距圈定C級儲量。對斷層、風化帶加密工程控制。露天區儲量計算面積45.6km2（6號煤層）。對4、5、6上、6、6下、8、9號煤層進行了儲量計算。獲得煤炭總儲量1534Mt，其中A級儲量169.0Mt，B級儲量694.8Mt，A+B級儲量占總儲量的56％。各地質報告儲量計算準確，煤質確定可靠，均滿足設計工作需要。第三章露天礦合理幫坡腳確定3.1礦區工程地質特征3.1.1礦區工程地質露天區內第四系黃土廣泛覆蓋。黑岱溝、哈爾烏素溝、不連溝、南坪溝等溝內地層出露較好。區內地層出露情況由老到新為：中下奧陶統、中石炭統本溪組、上石炭統太原組、下二迭統山西組、下二迭統下石盒子組、上二迭統上石盒子組、第三系紅土層、第四系黃土。現由老到新分敘如下：一、中下奧陶統上部為淺灰色厚、中厚層狀石灰巖。中部為薄層狀土黃色灰巖、豹皮狀灰巖，含較多的砂質、泥質。下部為淺黃色、黃色中厚層狀白云質灰巖夾薄層狀泥質、鈣質白云巖。該地層下部為下奧陶統亮甲山組，中上部為中奧陶統馬家溝組。二、中石炭統本溪組上部以深灰色、灰黑色砂泥巖、泥、粘土為主，褐色灰巖、灰色泥灰巖次之，偶夾1－2層薄煤。砂泥巖中粘土礦物占55%，粉砂粒級礦物占40%以上，含少量有機質。泥巖中泥質占80%，有機質占10%，其余為石英、云母等。泥灰巖主要由微晶方解石、粘土礦物和不透明礦物、少量有機物組成。下部為淺灰、暗紫色鋁土巖和鋁質粘土巖。三、上石炭統太原組本組地層可分為兩段，由下到上分述：下部以黑灰色砂質泥巖、粘土巖及多層砂巖為主，含8號、9號、10號煤層，底部為灰、灰白色中、粗砂巖。巖石主要由碎屑礦物和鈣質、硅質膠結物組成，富含鐵質，碎屑礦物。上部以煤層及頂底板粘土巖、砂質泥巖為主，夾灰白色透鏡狀厚層砂巖，含6上、6號、6下三煤層。該段巖性及厚度變化較大，6上煤頂板為深灰色粘土巖、砂質粘巖和粉砂巖，底板為砂質泥巖。四、下二迭統山西組本組地層可大致分為三段。由老到新分別敘述。下部為厚層灰白、黃褐色長石、石英砂巖、夾灰色砂質泥巖、泥巖或粘土巖，砂巖常含粒，局部為砂礫巖。泥質膠結。分選極差，含煤屑。具大型斜層理。中部為灰白、灰黑色細、粗砂巖、砂質泥巖及粘土巖，中夾1號、2號、3號、4號、5號煤層。砂巖堅硬致密，含菱鐵礦結核。上部為深灰色、灰白色中粗粒砂巖，夾粘土巖、泥巖及粉砂巖。砂巖致密堅硬，含小礫石及云母碎片。頂部發育一層粘土巖及砂質粘土巖。深灰－雜色，具鮞狀結構。五、二迭統下石盒子組上部以黃綠色、紫色泥巖、砂質泥巖為主，夾雜色粘土巖和中厚層狀泥巖。下部為黃褐色砂巖和紫色、雜色泥巖、粘土巖互層。粘土巖具鮞狀結構。含磷質結核，底部為巨厚層狀礫粗砂巖，斜層理發育。六、上二迭統上石盒子組上部為絳紫色泥巖、砂質泥巖、粉砂巖與灰白、黃綠色砂巖互層。下部為灰白、黃綠色中、粗砂巖，有時含礫，夾薄層狀暗紫色泥巖和砂質泥巖，含鐵質結核。七、第三系紅土層紅色、棕紅色鈣質紅土層，含砂質及鈣質結核。與下伏各地層不整合接觸。八、第四系由馬蘭組黃土層與風積沙和沖洪積，殘坡積松散砂礫堆積而成。黃土層為土黃色粉砂質黃土。粒度均勻，垂直節理發育，含有鈣質結核。由于長期雨水沖刷，多形成沖溝及陡坎之地貌。分布全區。風積沙為土黃色之粉砂，成份為石英、長石。顆粒均勻，由風力搬運堆積而成，多形成沙丘。沖洪積物多在大溝底部，由砂、礫石構成。3.2原始資料與計算方法的選擇3.2.1計算基礎1、尋優方法邊坡穩定系數是一個與內摩擦系數、凝聚力、邊坡的巖層構成、分布、地下水的水位、地震等因素有關的值，它沒有解析解，只有數值解，且因涉及的因素眾多，邊坡穩定系數是多極值的，在這種情況下，求最小值是一個工作量比較繁重的工作。且在這種情況下，任何簡化造成的誤差都是不可估計的。在一般情況下，求極值可分為兩種情況：一種是蒙特卡洛式的隨機求解方法，如：0.618法和網格法；一種是數值法中的最優化方法，如：單純形法和方向加速法。蒙特卡洛式的方法就是取大量的點進行試算，從中選出最小值的點，這種方法的算法簡單，但結果的準確程度是隨著計算點數量增加而提高的，且計算量過于龐大，時間太長，并且沒有充分利用已有的計算結果。數值法中的最優化法是先給出幾個初始點，根據幾個初始點的結果，選取下一步的計算值，這樣最終可計算出極小值。這一方法編程復雜，但計算量小，充分利用了已有的結果，但在多峰值的情況下，不易求到最值。2、滑坡模式哈爾烏素露天礦邊坡煤巖互雜，巖體整體強度較高，根據現有的工程地質資料，在采掘場未發現明顯的弱層，因此采掘場邊坡滑坡模式是純圓弧滑動。3.2.2計算數據的選擇采掘場的邊坡穩定取決于巖體的強度，巖體的強度、巖塊的強度和節理的密度有關。哈爾烏素礦區工程地質資料較少，有兩個工程地質剖面，但距離二采區較遠，可參考性較差。本次可研參照黑岱溝露天區勘探資料、地質報告所提供的數據和相類似礦山的設計經驗。確定巖體強度如表3.1。表3.1巖石物理力學指標表巖石名稱密度kg/m3內摩擦角(O)凝聚力(KPa)黃土195029.545.1泥巖244030.01275.3砂質泥巖245030.02256.3細砂巖245031.03237.3中砂巖227031.52452.5粗砂巖224032.01760含礫粗砂巖226033.03924煤140035.018513.3邊坡穩定計算采掘場邊坡上部黃土高度較大，黃土本身強度較低，黃土邊坡穩定性較差，因此黃土邊坡應單獨進行計算校核。采掘場整體邊坡為煤層、巖層、土層混合類型的邊坡，整體邊坡高度大，穩定性差，是本次設計的重點。為此對不同高度、角度的黃土邊坡穩定性進行計算分析，在穩定系數恒定的情況下，黃土邊坡高度與角度呈曲線關系。圖3.1所示為穩定系數1.3、1.5兩種情況下，黃土邊坡高度與角度之間的曲線關系。圖3.1黃土邊坡高度與角度之間的曲線關系同時也作了黃土邊坡高度恒定的情況下，邊坡角與邊坡穩定系數之間的關系。圖3.2所示為黃土邊坡高度在20m、40m、60m、80m、圖3.2表土邊坡高度恒定穩定系數與邊坡角度關系曲線采掘場邊坡巖層構成較復雜，巖層種類較多，巖層厚度分布不均，二采區缺少工程地質資料，邊坡內部是否存在弱層也無確切的資料，巖體節理不清，地下水賦存狀況不明，尤其是因采礦工程和排土場的設置，導致周邊地區形成幾處人工水庫，將對采掘場邊坡和排土場邊坡造成影響。哈爾烏素露天礦有內排土場、外排土場。內排土場基底較平緩，基底巖性為砂巖或砂質泥巖，強度較高。外排土場的地形坡度為5～10°，基底為黃土，強度較低。排棄物的內摩擦角為23°，凝聚力為30Kpa，密度為1.8t/m3。經過計算分析，當內排土場邊坡高度為100～120m時，內排土場總邊坡角度為20°時，可保持基本穩定；當外排土場邊坡高度為100～120m時，外排土場總邊坡角度為6號煤層頂板以上巖石強度大，且根據現有工程地質資料沒有發現弱層，因此，一般穩定性較好。為了校核高段排土臺階的穩定性，本次設計重點分析了排土臺階的穩定性。排土臺階存在時間較短，巖層強度受風化影響較小，其強度一般較高。排土臺階巖層的計算強度主要是根據鉆孔不同巖層強度進行加權平均得出的，并考慮了其存在時間短，強度受風化影響較小的因素。排棄物料主要是砂巖、泥巖，強度較高。經分析比較，排棄物綜合強度為：內摩擦角為33°，凝聚力為20kPa，密度為1.80t/m3。排土臺階可能的滑面為圓弧滑面。由于倒堆剝離臺階和排土臺階存在時間較短，因此，發生滑坡的可能性比較小。上述分析計算是在認為巖石臺階為均質的基礎上得出的結果，如果巖石臺階本身節理傾向采場，且節理交叉形成楔形滑體，有可能造成局部滑坡。因此在開采時，應密切注意巖石臺階的節理變化，如有節理交叉形成的楔形體，應先對楔形體進行誘滑處理，處理完成后，再進行采礦作業。哈爾烏素露天礦相對缺水，地下水、地表降水較少，故穩定邊坡角度較高。如果地下水水位升高，或地表降水量較大，導致邊坡中的地下水位升高，將導致采礦場、排土場邊坡穩定性急劇降低，尤其是排土場邊坡，由于排土動荷載的因素，可能導致排土場基底強度降低，引起滑坡。哈爾烏素露天礦采掘場邊坡角度較大，邊坡穩定性對巖石節理、弱層、斷層的敏感性較高，在生產時應密切注意巖石節理、弱層、斷層的產狀與礦坑邊坡的關系，一旦出現對邊坡不利的情況，應立即采取抗滑工程措施，防止邊坡滑坡。第四章露天開采境界、儲量計算4.1開采境界的確定4.1.1開采境界的確定（一）開采境界確定的依據及原則1、依據的地質勘探報告如下：1）內蒙古革[79]煤基字第65號文批準的《準格爾煤田窖溝礦區黑岱溝露天精查地質報告》；2）原煤炭部地質局以煤地審字第8302號批準書批準的《內蒙古自治區準格爾旗煤田黑岱溝露天精查補充勘探地質報告》；3）全國儲委全儲決字（1987）128號決議書批準的《內蒙古伊克昭盟準格爾煤田哈爾烏素露天礦勘探地質報告》；4）原煤炭部地質局煤地地字第277號文批準的《準格爾旗煤田南部勘探區詳查報告》。2、上述地質報告中的工程地質資料所確定的邊坡穩定參數。3、勘探區內煤層露頭、風化煤邊界及現有小煤窯開采邊界等條件。4、依據本設計確定的開采工藝，首采區位置和開采技術條件。5、境界剝采比為8m3/6、露天礦深部境界至6煤底板，6下煤和9煤不采。其主要原因是由于這兩個煤層賦存不穩定，僅局部可采，厚度較小，經設計比選后劃到境界外。4.1.2開采境界的圈定1、北部境界由黑岱溝露天煤礦初步設計確定的黑岱溝露天煤礦南部深部境界最大向北擴417m，為本礦北部境界，并以370幫坡角上推圈定地表境界。2、東北部境界以黑岱溝與不連溝交匯處小煤窯開采邊界圈定東北部深部境界，并以370幫坡角上推圈定地表境界。3、東部境界以6煤風化邊界圈定深部境界，并以370幫坡角上推圈定地表境界。4、南部境界以境界剝采比8m3/t圈定6煤底板境界，并以370幫坡角上推圈定地表境界。5、西北部境界按設計確定的拉溝位置，由補充第4勘探線最大外推753m圈定6煤深部境界，并以370幫坡角上推圈定地表境界。6、西南部境界以6煤底板初始拉溝位置向南推進,到西南部境界后轉向東,然后再推進1700m溝底寬度即擴大到2000m。然后以370幫坡角上推圈定地表境界。7、西部境界以本勘探區西部勘探邊界圈定6煤底板境界，并以370幫坡角上推圈定地表境界。圈定后的露天礦深部境界見圖4.1。圖4.1哈爾烏素露天煤礦深部境界示意圖采掘場境界技術特征見表4.1。表4.1采掘場境界技術特征表序號項目單位深部地表1東西平均長度km8.959.592南北平均長度km2.002.013面積km217.919.274平均開采深度m153.554.1.3哈爾烏素露天礦南部境界圈定計算過程驗算哈爾烏素露天礦的境界圈定只有南部境界是根據境界剝采比圈定的，所以需對其進行驗算，南部境界圈定驗算圖見圖4.2。圖4.2南部境界圈定計算圖由境界剝采比≤經濟合理剝采比，得：nj≤njh，境界剝采比的公式nj=h/m（4.1）式中h代表巖土層厚度，m；m代表煤層厚度×煤的容重28-28’剖面線上的南部在圈定的底部境界上量的m=21.4m，nj=h/m=168.67/21.4/1.4=5.63<njh29-29’剖面線上的南部在圈定的底部境界上量的m=19.23,h=nj=h/m=143.13/19.23/1.4=5.31<njh30-30’剖面線上的南部在圈定的底部境界上量的m=20.21,h=nj=h/m=212.85/20.21/1.4=7.52<njh通過驗算三點均符合nj≤njh為保證采區形狀的規則，在此不在進行境界的調整，以原始設計最終境界為本次設計的境界。4.1.4最終開采深度的確定均以煤層底板為開采的最終深度（1）28-28’剖面圖上南開采深度：155m北開采深度：93.7則平均開采深度為：（155+93.7）/2=124.35m（4.2）（2）29-29’剖面圖上南開采深度：北開采深度：1則平均開采深度為：（166.4+116）/2=141.2m（4.3）（3）30-30’剖面圖上南開采深度：北開采深度：142.4則平均開采深度為：（247.8+142.4）/2=195.1m（4.4二采區平均開采深度（124.35+141.2+195.1）/3=153.55m（4.5二采區最終開采最大深度即195.1米4.2儲量計算4.2.1可采儲量計算方法及原則1、可采儲量計算方法依據有關地質資料，建立礦床地質模型，采用估值法用計算機對開采境界內可采儲量進行分煤層計算。2、可采儲量計算原則1）煤層最低可采厚度1.00m；2）6煤中的6Ⅱ煤，地質報告中列為暫不利用高灰煤，根據黑岱溝露天礦設計經驗，本設計認為這部分高灰煤發熱量較高，經洗選加工后可以滿足用戶要求，故本設計將6Ⅱ灰煤計算可采儲量，其灰分指標按原煤干基灰分小于50％計算。3）5、6上和6煤（除6Ⅱ煤外）灰分指標按原煤干基灰分小于40％計算。4）回采率a、全煤層頂底板按各損失煤厚0.2m計算；b、各分煤層回采率為98％。4.2.2二采區境界可采儲量計算將二采區劃分為六個小分區并計算其儲量。從地質地形圖上量取第一分區和第六分區的面積分別為1676902.65m2,8349218.46m2。根據28-28’,29-29’,30-30H=（h1+h2+…hi）（4.6）28-28’剖面煤層平均厚度H=（20.97+18.17+16.65+20.12+18.89+19.04+21.26+21.40）/8=19.56m29-29’H′=(19.23+19.62+18.12+20.33+18.34+28.94)/6=20.76m30-30’H〞=(24.50+20.47+21.89+11.73+20.21)/5=19.76m由地質地形圖和各剖面圖上的數據計算各分區的儲量得：Q=H×S×r（4.7）Q1=19.56×1676902.65×1.4=32800215.834tQ2=19.56×1615526.08×1.4=44239866.17tQ3=20.76×1615526.08×1.4=33538321.4tQ4=20.76×322475.3×1.4+=9372422.1Q5=19.76×7380154.68×1.4=204164599tQ6=19.76×8349218.46×1.4=230972779.5t二采區的地質儲量：Q總=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6=555088204.1t=555.0882Mt二采區的可采儲量：Q可采=Q工業×95%=527.33Mt4.2.3二采區境界內剝巖量的計算將二采區劃分為六個小分區并計算其剝巖量。從地質地形圖上量取第一分區和第六分區的面積分別為1676902.65mm2,8349218.46m2。從所有剖面圖上量取28-28’,29-29’,30-30’剖面的面積，分別如下：S28=247604.8121m2，S29=217346.1899m2從所有剖面圖上量取并計算28-28’,29-29’,30-30平均厚度計算公式：H=（h1+h2+…+hi）/i（4.8）28-28’剖面剝離巖層平均厚度H28=（78.6111+80.6831+108.0205+130.1203+147.6758+137.06+107.7+138.3312+104.6492+137.4988）/10=117.0329-29’H29=（85.3180+17.7904+89.8633+57.4893+122.5475+116.8559+64.0395+104.0378+158.1239+152.9751）/10=96.9m30-30’H30=（111.1694+159.7944+197.1615+172.9591+255.4486+183.8565+227.5613+184.8676+256.0403）/10=197.35m由地質地形圖和各剖面圖上的數據計算各分區的剝巖量得：V1=S1×H28=1676902.65×117.03=196247917.2V2=H28×1615526.08=117.03×1615526.08=189065917V3=H29×1615526.08=96.9×1615526.08=156544477.2V4=H29×322475.3=96.9×322475.3=31247856.6V5=H30×7380154.68=197.35×7380154.68=1456473526.1V6=S6×H30=8349218.46×197.35=1647718263.1二采區剝巖總量：V總=V1+V2+V3+V4+V5+V6=3677297957.2m3=36.8平均剝采比的計算：平均剝采比計算公式：（4.9）Np=v總/Q總=3677297957.2m3/555088204.1t服務年限的計算：=555.0882×0.98/4×1.15=118.2a（4.10）式中：Q—境界內工業儲量，555.0882Mt；η—礦石回采率，0.98；Ap—原礦生產能力，4Mt/a；K—儲量備用系數1.1～1.2。第五章礦田開拓5.1生產工藝的選擇5.1.1開采工藝概述露天開采工藝的選擇是礦山開發的一項重要決策，其選擇的合理與否將對其建設投資和日后的經濟效益產生重大影響，因此一定要慎之又慎。影響露天開采工藝選擇的因素眾多，較重要的有以下三個方面。1、礦區自然