目录
一般部分
1 矿区概述及井田地质特征 (1)
1.1矿区概述 (1)
1.1.1 交通位置 (1)
1.1.2 地形地貌 (1)
1.1.3 河流与水系 (1)
1.1.4 气象及地震 (2)
1.1.5水文地质 (2)
1.2 井田地质特征 (3)
1.2.1 地质构造 (3)
1.2.2 井田地层 (4)
1.2.3水文地质特征 (6)
1.3煤层特征 (8)
1.3.1 煤层 (8)
1.3.2 煤质 (9)
2 井田境界和储量 (17)
2.1.井田境界 (17)
2.1.1 井田划分的依据 (17)
2.1.2 井田范围 (17)
2.1.3 井田尺寸 (17)
2.2矿井工业储量 (18)
2.2.1 储量计算基础 (18)
2.2.2 井田地质勘探 (18)
2.2.3 工业储量计算 (18)
2.3矿井可采储量 (20)
2.3.1 安全煤柱留设原则 (20)
2.3.2 矿井永久保护煤柱损失量 (21)
2.3.3 矿井可采储量 (23)
3 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限 (24)
3.1矿井工作制度 (24)
3.2矿井设计生产能力及服务年限 (24)
3.2.1确定依据 (24)
3.2.2矿井设计生产能力 (24)
3.2.3矿井服务年限 (24)
4 井田开拓的基本问题 ................................... 错误！未定义书签。
4.1井田开拓的基本问题.................................. 错误！未定义书签。
4.1.1矿井开采水平.................................. 错误！未定义书签。
4.1.2 影响本井田开拓的主要因素...................... 错误！未定义书签。
4.1.2井田开拓方案的提出及比较...................... 错误！未定义书签。
4.2矿井基本巷道........................................ 错误！未定义书签。
4.2.1井筒.......................................... 错误！未定义书签。
4.2.2井底车场及硐室................................ 错误！未定义书签。
5 准备方式——带区巷道布置............................ 错误！未定义书签。
5.1煤层的地质特征...................................... 错误！未定义书签。
5.1.1带区位置...................................... 错误！未定义书签。
5.1.2带区煤层特征.................................. 错误！未定义书签。
5.1.3煤层顶底板岩层构造情况........................ 错误！未定义书签。
5.1.4水文地质...................................... 错误！未定义书签。
5.1.5地质构造...................................... 错误！未定义书签。
5.1.6地表情况...................................... 错误！未定义书签。
5.2巷道布置及生产系统.................................. 错误！未定义书签。
5.2.1带区准备方式的确定............................ 错误！未定义书签。
5.2.2带区式巷道布置................................ 错误！未定义书签。
5.2.3带区生产系统.................................. 错误！未定义书签。
5.2.4带区内巷道掘进方法............................ 错误！未定义书签。
5.2.5带区的生产能力及采出率........................ 错误！未定义书签。
5.2.6带区车场的确定................................ 错误！未定义书签。
5.2.7带区变电所的设计.............................. 错误！未定义书签。
6 采煤方法............................................... 错误！未定义书签。
6.1采煤工艺方式........................................ 错误！未定义书签。
6.1.1带区煤层特征及地质条件........................ 错误！未定义书签。
6.1.2采煤方法的选择................................ 错误！未定义书签。
6.1.3回采工作面参数................................ 错误！未定义书签。
6.1.4回采工作面破煤装煤方式的确定.................. 错误！未定义书签。
6.1.5 综采工作面的设备选型及配套.................... 错误！未定义书签。
6.1.6各工艺过程注意事项............................ 错误！未定义书签。
6.1.7 采煤工艺...................................... 错误！未定义书签。
6.1.8回采工作面正规循环作业........................ 错误！未定义书签。
6.2回采巷道布置........................................ 错误！未定义书签。
6.2.1回采巷道布置.................................. 错误！未定义书签。
6.2.2巷道断面及支护形式............................ 错误！未定义书签。
7 井下运输............................................... 错误！未定义书签。
7.1概述................................................ 错误！未定义书签。
7.1.1井下运输的原始条件和数据...................... 错误！未定义书签。
7.1.2 井下运输系统.................................. 错误！未定义书签。
7.2带区运输设备的选择.................................. 错误！未定义书签。
7.2.1 工作面及平巷运输设备选型...................... 错误！未定义书签。
7.2.2 辅助运输设备的选型............................ 错误！未定义书签。
7.3大巷运输设备的选择.................................. 错误！未定义书签。
7.3.1 确定大巷的运输方式............................ 错误！未定义书签。
7.3.2主运输系统与设备.............................. 错误！未定义书签。
7.3.3 辅助运输方式的选择............................ 错误！未定义书签。
7.3.4运输设备能力验算.............................. 错误！未定义书签。
8 矿井提升............................................... 错误！未定义书签。
8.1矿井提升概述........................................ 错误！未定义书签。
8.2主副井提升.......................................... 错误！未定义书签。
8.2.1主井提升...................................... 错误！未定义书签。
8.2.2副井提升设备选型.............................. 错误！未定义书签。
8.2.3 井上下人员运送................................ 错误！未定义书签。
9 矿井通风及安全....................................... 错误！未定义书签。
9.1矿井通风系统选择.................................... 错误！未定义书签。
9.1.1 矿井概况...................................... 错误！未定义书签。
9.1.2矿井通风系统的基本要求........................ 错误！未定义书签。
9.1.3矿井通风类型的确定............................ 错误！未定义书签。
9.1.4主要通风机工作方法的确定...................... 错误！未定义书签。
9.1.5 带区通风系统的要求............................ 错误！未定义书签。
9.1.6 回采工作面通风方式............................ 错误！未定义书签。
9.2矿井风量计算........................................ 错误！未定义书签。
9.2.1 风量计算的标准及原则.......................... 错误！未定义书签。
9.2.2采煤工作面需风量.............................. 错误！未定义书签。
9.2.3掘进工作面需风量.............................. 错误！未定义书签。
9.2.4各种峒室需风量................................ 错误！未定义书签。
9.2.5井下胶轮车供风量.............................. 错误！未定义书签。
9.2.6其它巷道所需风量.............................. 错误！未定义书签。
9.2.7全矿总风量的计算.............................. 错误！未定义书签。
9.2.8风量分配...................................... 错误！未定义书签。
9.2.9通风构筑物.................................... 错误！未定义书签。
9.3矿井通风阻力计算.................................... 错误！未定义书签。
9.3.1计算原则...................................... 错误！未定义书签。
9.3.2确定矿井通风容易时期和困难时期................ 错误！未定义书签。
9.3.3矿井最大阻力路线.............................. 错误！未定义书签。
9.3.4矿井通风阻力计算.............................. 错误！未定义书签。
9.3.5矿井通风总阻力................................ 错误！未定义书签。
9.3.6两个时期的矿井总风阻和总等积孔................ 错误！未定义书签。
9.4选择矿井通风设备.................................... 错误！未定义书签。
9.4.1选择主要通风机................................ 错误！未定义书签。
9.4.2电动机选型.................................... 错误！未定义书签。
9.5安全灾害的预防措施.................................. 错误！未定义书签。
9.5.1预防瓦斯爆炸的措施............................ 错误！未定义书签。
9.5.2预防煤尘爆炸的措施............................ 错误！未定义书签。
9.5.3预防井下火灾的措施............................ 错误！未定义书签。
9.5.4防水措施...................................... 错误！未定义书签。
9.5.5顶板事故的预防................................ 错误！未定义书签。
10 设计矿井基本技术经济指标........................... 错误！未定义书签。专题部分
矸石充填开采技术的新进展............................... 错误！未定义书签。
1 研究的基本概况....................................... 错误！未定义书签。
1.1研究的目的和意义.................................... 错误！未定义书签。
1.2研究现状与文献综述.................................. 错误！未定义书签。
1.2.1工程实践...................................... 错误！未定义书签。
1.2.2理论研究...................................... 错误！未定义书签。
1.3研究内容与研究方法.................................. 错误！未定义书签。
1.3.1论文研究的主要内容............................ 错误！未定义书签。
1.3.2论文的研究方法及技术路线...................... 错误！未定义书签。
2 新查庄煤矿充填区域采矿技术条件..................... 错误！未定义书签。
2.1井田地质概况........................................ 错误！未定义书签。
2.1.1井田范围...................................... 错误！未定义书签。
2.1.2地层.......................................... 错误！未定义书签。
2.1.3构造.......................................... 错误！未定义书签。
2.1.4水文地质 (27)
2.1.5矿井瓦斯、煤尘爆炸及煤层自燃倾向性 (30)
3充填区域煤层可采厚度预计 (30)
4风力充填工艺 (31)
5 充填巷两侧煤柱宽度设计 (31)
5.1矸石力学性能测试 (31)
5.2充填巷两侧煤柱宽度设计 (32)
6充填巷合理开掘顺序优化 (34)
7贮矸空间的锚杆支护原则 (35)
7.1贮矸空间支护方案的提出 (37)
8 矸石井下充填系统设计 (38)
8.1矸石充填方案优选 (38)
8.2矸石井下处理设备研制及选择 (38)
8.2.1矸石充填机的研制 (38)
8.2.2 设备的选择 (39)
8.3矸石井下处理工艺 (39)
9 经济效益分析 (39)
10 主要结论 (40)
翻译部分
英文全文 (42)
中文全文 (48)
致谢 (53)
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
孙家壕煤矿位于内蒙古自治区准格尔旗境内，行政区划隶属准格尔旗薛家湾镇管辖。具体位置在准格尔煤田牛连沟详查区的第3～第8勘探线之间和准格尔煤田牛连沟煤矿接续井勘探范围内。地理坐标为：
东经111°18′43″～111°20′38″
北纬39°53′40″～39°56′49″
孙家壕煤矿位于准格尔旗薛家湾镇境内，矿区中心南距薛家湾约15km，距唐公塔集装站22km，北通过103省道距呼和浩特市125km。西通过109国道距鄂尔多斯市160 km，东距丰准铁路5km。矿区交通条件便利，煤炭外运也非常方便。如图1-1所示。
1.1.2 地形地貌
孙家壕煤矿位于鄂尔多斯高原与陕北黄土高原的交接处，地表被黄土层覆盖，由于受水流风蚀等影响，沟谷纵横交错，水土流失严重，植被极不发育，具典型的黄土高原地貌特征。地形起伏不平,南北高中部低。最高处位于孙家壕煤矿南部店梁附近，海拔标高1297m；最低处位于中部S10号钻孔附近，海拔标高1160m；最大高差137m。
1.1.3 河流与水系
孙家壕煤矿属黄河水系，黄河流经其东缘,最大流量为5150m3/s,干枯季节最小流量为48m3/s,一般流量在230～3390m3/s,水位标高968.53m。孙家壕煤矿最大的沟谷有哈拉七太沟、纳林沟，它们均为黄河的支沟，属季节性沟溪，一般旱季干涸无水或有少量溪流，雨季可形成洪水，水流汇入黄河。
图1-1 孙家壕矿交通位置示意图
1.1.4 气象及地震
孙家壕煤矿属干旱、半沙漠的高原大陆性气候，冬季寒冷且时间长，夏季炎热且时间短，温差变化大，据鄂尔多斯市气象局提供的气象资料：准格尔旗最高气温39.5℃，最低气温-30.9℃，年平均气温6.1℃～8.8℃。全年降水量小且多集中在7～9月份,占全年总降水量的60～70%，降雨次数少，多为大雨或暴雨，年降水量273.7㎜（1980年）～544.1㎜（1989）。蒸发量大，年蒸发量1749.7㎜（1964年）～2436.2㎜（1972年）。冬、春季多风，一般风速在10～15m /s，最大风速20m/s（1983年4月）。无霜期短，一般165天。霜冻、冰冻期长，有195天，结冰期一般从11月开始，次年3月份开始解冻，最大冻土深度1.50m。
本区无地震历史资料，据《中国地震动峰值参数区划图》（GB13806-2001），孙家壕煤矿所处区域地震动峰值加速度为0.10g，地震烈度为7度，据了解近年来未发生过地震，在历史上无破坏性地震记载。
孙家壕煤矿地理位置偏僻，居民多以从事农业为主，农业受当地地理与经济状况的限制，基本以传统的耕作方式生产，且由于水土流失严重、土地贫瘠，农业生产十分落后。
本区经济以采矿业为主，服务业为辅，随着准格尔煤田的大规模开发与近几年煤炭市场的进一步好转，当地的经济也呈向上走势。区内外有许多大、中、小型矿井开采，许多从事传统农业的农民也加入到煤炭采掘的工作中，成为煤矿工人，农业剩余劳动力不多。区内除煤炭开采外，无其它工业企业。
1.1.5水文地质
准格尔旗水利局已向孙家壕煤矿发出用水承诺函，孙家壕煤矿建成后生活用水可在窑
沟水源地钻深水井，解决矿井生活用水，核准年用水量为35万m3。本矿井涌水量较大，预计矿井正常涌水量在70m3/h,矿井涌水经净化处理后可满足矿井生产的需要。
1.2井田地质特征
1.2.1 地质构造
表1-1 准格尔煤田区域地层一览表
1.2.2 井田地层
孙家壕煤矿地表大部被第四系风积砂与黄土覆盖，基岩仅在沟谷中零星出露，根据区内钻孔及邻区钻孔揭露并结合野外观察结果综合分析，孙家壕煤矿地层由老至新特征如下：
A、中下奥陶统（O1）：
上部为浅黄色、黄色中厚层状白云质灰岩，夹薄层状泥质、钙质白云岩，呈自形～半自形细晶结构，中含黑色、棕黑色燧石结核及条带。下部为灰黄色薄层状白云质灰岩、白云岩，夹竹叶状白云岩，常见氧化褐铁矿斑点，孔隙、小溶洞发育，常见方解石脉充填，钻孔揭露厚度0.24～16.73米，平均7.06米，与上覆地层为假整合接触。
B、上石炭统太原组（C2t）
为一套浅海～过渡相～陆相碎屑岩沉积，是本区的主要含煤地层，含煤5层为6上、6、8、9上、9号煤层，假整合于奥陶系之上。出露于黄河沿岸及较大沟谷中，区内无出露。
a、下岩段（C2t1）
下部为浅灰、暗紫色铝土岩及铝土质粘土岩，块状构造，相当于华北G层铝土矿，层厚0～6m，不稳定，常相变为砂泥岩、泥岩，底部富含铁质结核，局部形成鸡窝状铁矿层，相当于著名的山西式铁矿，其下为风化壳。
中部为灰黑色砂泥岩、泥岩、灰白色细～粗粒石英砂岩，含铁质，硅质胶结，坚硬致密。
上部以深灰色、灰黑色泥岩、粘土岩为主，夹透镜状灰岩、泥灰岩1～2层，偶夹1～2层煤线，粘土岩富含黄铁矿结核。灰岩呈黄褐色、富含海相动物化石及生物碎屑。
钻孔揭露厚度为4.58～43.67m，平均为15.65m。
b、中岩段（C2t2）
从太原组底部砂岩（K1）底板至6号煤底部砂岩（K2）底板，岩性由灰白色、浅黄褐色的厚层～巨厚层状粗砂岩、细砂岩、以及灰黑色～深灰色泥岩、砂质泥岩、粘土岩组成。含煤4层，为8、9上、9、10号煤层。其中9号煤层厚度较大，结构复杂，层位稳定。该段岩性及厚度在走向上、倾向上变化均很大。
底部为深灰、灰白色细～粗粒石英砂岩（K1），较稳定，硅质胶结，富含铁质，坚硬致密，属滨海相沉积，是太原组与本溪组分界标志层。
该段厚度为44.33～55.97m，平均为49.38m。与下伏地层呈整合接触。
c、上岩段（C2t3）
从6号煤底部砂岩（K2）底板至6号煤顶部粗砂岩（K3）底板, 岩性以6号煤组及其顶底板粘土岩、砂质泥岩为主，夹灰色透镜状砂岩。含煤性较好，含煤2层，为6上、6号煤层。6号煤层为本区的主要可采煤层，该煤层厚度大、结构复杂、层位稳定。可作为对比标志层。
本段地层厚度为18.84～39.38m，平均厚度为27.42m。与下伏地层呈整合接触。
C、下二叠统山西组（P1S）
为陆相碎屑岩沉积，亦为孙家壕煤矿的主要含煤地层，含煤性较差，含煤2层，为3、5号煤层，该组地层沿倾向及走向均有一定的变化，据其岩性岩相组合可分为3段，在较大的沟谷（如哈拉七太沟、东沟）中可见该组地层出露。
a、下岩段（P1S1）
从6号煤顶部粗砂岩（K3）底板至5号煤层顶板（5号煤不存在时，为砂岩～粘土岩或砂质粘土岩），岩性以灰白色、黄褐色粗粒长石、石英砂岩为主，局部为砂砾岩，具大型斜层理，磨圆度及滚圆度均较好，分选性较差，砾径一般为0.5～1cm，最大可达3cm左右，含岩屑或煤线，粘土质胶结，坚硬致密。浅部局部地段遭受风化后呈疏松状。砂岩中上部夹深灰、灰黑色砂质泥岩、泥岩及5号煤层。该层砂岩（K3）全区较稳定，局部地段与6号煤呈冲刷接触，是山西组与太原组分界的标志层。含煤1层，为5号煤层。
该段地层厚度为9.82～50.00m，平均为24.00m，与下伏地层呈整合接触。
b、中岩段（P1S2）
从5号煤顶板之上的砂岩至3号煤层顶板（3号煤不存在时，为砂岩～粘土岩或砂质粘土岩），大部为粗碎屑岩沉积，主要岩性为灰白色、灰黑色中细粒砂岩，次为砂质泥岩、粘土岩和泥岩，砂岩坚硬、致密，含菱铁矿结核，泥岩、粘土岩含大量植物化石。含煤1层，为3号煤层。该煤层区内零星发育，见煤点均不可采。
该段地层厚度为0～44.11m，平均25.61m，与下伏地层呈整合接触，由于遭受后期冲刷该岩段地层局部剥蚀殆尽。
c、上岩段（P1S3）
从3号煤层顶板之上的砂岩至下石盒子组（P1x）底部粗砂岩（K4）底板。岩性为深灰、灰白色中粗粒砂岩，夹粘土岩、泥岩及粉砂岩，砂岩致密坚硬，含云母片及菱铁矿结核。顶部发育一层粘土岩或砂质粘土岩，深灰～杂色、具鲕状结构。
该段地层厚度为0～95.61m，与下伏地层呈整合接触，由于遭受后期冲刷该岩段地层大部分剥蚀殆尽。
D、下二叠统下石盒子组（P1x）
为陆相碎屑岩沉积，下部为黄褐色砂岩与紫色、杂色粘土岩互层，粘土岩具鲕状结构，品位不高。底部为含砾粗砂岩（K4），厚层～巨厚层状，斜层理发育，胶结中等，与山西骆驼脖砂岩相当，是下石盒子组与山西组分界的标志层。上部以紫色、黄绿色泥岩、砂质泥岩为主，夹中厚层状砂岩。
本组地层遭后期剥蚀，残存厚度为29.33～211.24m，一般121.49m，该组地层零星出露于区内较深的沟谷中，与下伏地层呈整合接触。
E、下白垩统志丹群（K1Zh）
上部由浅紫色、紫红色砾岩、砂砾岩、砂泥岩互层。中下部由浅紫色、紫红色巨厚层状、厚层状砾岩、砂砾岩与薄层泥岩、砂泥岩互层。砾石成分复杂：花岗、花岗片麻岩等变质岩，偶见沉积岩碎屑、角砾，砾径0.02～0.15米，甚至更大。
钻孔揭露该组地层厚度为18.95～119.94m，一般为69.68m，该组地层在南部缺失，向北增厚，与下伏地层呈不整合接触，出露于各大沟谷中。
F、第三系红土层（N2）
红色～棕红色钙质红土层，含钙质结核，层理明显，在区内零星发育，厚度0～26.10m 不等。不整合于一切下伏地层之上。
G、第四系（Q）
a、上更新统马兰组（Q3m）：淡黄色、黄褐色粉砂质黄土，夹粘土层，粒度均匀，垂直节理发育，含钙质结核。全全广泛分布，厚度0～85.40m，一般46.81m。
b、全新统（Q4）：为洪积、残坡积之松散砂粒、泥砂及风积砂。厚度不一，一般0～5m左右。
3．地质构造
窑沟背斜：位于孙家壕煤矿以东约1Km处，轴向NE23°，北起小鱼沟，经窑沟向SW 向延伸至唐公塔井田北部消失，轴长约10km，该背斜西翼倾角6～8°，东翼3～5°，中部隆起幅度较大，两端宽缓。
孙家壕煤矿位于窑沟背斜西翼，总体构造形态为单斜构造，地层走向与窑沟背斜轴向基本一致，倾向北西，地层倾角＜15°，孙家壕煤矿内未发现断层，构造复杂程度属简单类型。
1.2.3水文地质特征
孙家壕煤矿位于准格尔煤田北段中西部。地表大面积被黄土层覆盖，由于受水流风蚀等影响，区内沟谷纵横交错，水土流失严重，植被极不发育，具典型的黄土高原地貌特征。区内地形起伏不平,南北高中部低。最高处位于孙家壕煤矿南部店梁附近，海拔标高1297m；最低处位于孙家壕煤矿中部S10号钻孔附近，海拔标高1160m，最大高差137m。基岩出露于地形切割较深的沟谷之中，主要为下白垩系志丹群（K1zh）地层。孙家壕煤矿内居民点分散，饮用水多为旱井储存雨水或取于沟谷出露的少量泉水。
黄河流经孙家壕煤矿的东侧,雨季最大流量为5150m3/s,干枯季节最小流量为48m3/s,一般流量在230～3390m3/s,水位标高968.53m。孙家壕煤矿内最大的沟谷为哈拉七太沟、纳林沟，均为黄河的支沟，属季节性沟溪，一般旱季干涸无水或有少量溪流，雨季可形成洪水，水流最终汇入黄河。
区内水井较少，多为旱井。水井水位一般在1～3.5m，水深2～9m，出水岩层为下白垩系志丹群（K1zh）和二叠系下石盒子组（P1x）砂岩。泉水各沟谷均有出露，流量较小，一般为0.014～0.325L/s。水库零星分布于较大沟谷中，规模较小，水源来自各沟谷上游泉水和大气降水。
井田主要隔水层
1）松散层孔隙潜水含水层：
?第四系风积砂（Q4eol）：区内广泛分布，厚度一般在0～5m左右，成分以石英颗粒及砂土为主，随风流动性较大。该层直接覆盖在第四系马兰黄土（Q3m）之上，由于受风蚀、风化等作用，该两层在表层局部地区混为一体，难以详细区分，该层透水不含水。
?第四系冲洪积层（Q4al+pl）：主要分布于哈拉七太沟、纳林沟一带，分布面积小，厚度一般为0～5m,岩性为土黄色不同粒度的砂、砂砾、泥砂等，含有孔隙潜水。
?第四系黄土层（Q3m）：区内广泛分布，为淡黄色、黄褐色粉砂质黄土，夹粘土层，粒度均匀，垂直节理发育，含白色钙质结核。由于被沟谷切割较深，厚度极不均匀，钻孔揭露厚度0～85.40m，平均46.81m。该层直接接受降雨补给，但不具备储水条件，在沟中与基岩接触面有泉水出露，流量0.014～0.325L/s。
?第三系红土层（N2）：区内零星分布，岩性以红色～棕红色粉砂质粘土为主，未固结成岩，较疏松，含钙质结核，层理明显，钻孔揭露厚度0～26.10m。该层基本不含水，为良好的隔水层。
2）碎屑岩类孔隙、裂隙含水层
?下白垩统志丹群（K1Zh）：上部由浅紫色、紫红色砾岩、砂砾岩、砂泥岩互层。中
下部由浅紫色、紫红色巨厚层状、厚层状砾岩、砂砾岩与薄层泥岩、砂泥岩互层。
钻孔揭露该组地层厚度为18.95～119.94m，平均为69.68m，该组地层在孙家壕煤矿南部缺失，向北增厚，出露于区内各大沟谷中，含有孔隙、裂隙潜水及承压水。
?二叠系下石盒子组（P1x）：上部以紫色、黄绿色泥岩、砂质泥岩为主，夹中厚层状砂岩。下部为黄褐色砂岩与紫色、杂色粘土岩互层，粘土岩具鲕状结构。底部为含砾粗砂岩（K4），厚层～巨厚层状，斜层理发育，胶结中等。本组地层遭后期剥蚀，残存厚度为29.33～240.06m，平均124.91m，零星出露于区内较深的沟谷中，含水微弱。
?二叠系山西组（P1s）：该组为孙家壕煤矿主要含煤地层，岩性由灰白～黄褐色中粗粒砂岩、深灰～灰黑色砂质泥岩、泥岩、粘土岩及3号、5号煤组成。钻孔揭露厚度12.39～127.02m，平均57.44m，厚度变化较大。该组地层孔隙、裂隙较发育，下部含水性较好，但很不均一。区内大部分钻孔钻至该组下部粗砂岩时漏水严重，简易水文观测大部分钻孔无水位。
?石炭系太原组（C2t）：为孙家壕煤矿主要含煤地层，地表未见出露，钻孔揭露厚度35.24～93.37m，平均71.23m。岩性由灰白、灰黄、深灰及灰黑色砂岩、砂质泥岩、泥岩、粘土岩及6上、6、8、9上、9煤组成。其中6上、6煤层厚度大，裂隙较发育，局部含水性较好，但很不均一。区内大部分钻孔钻至6号煤时漏水严重，简易水文观测大部分钻孔无水位。
本次施工的S4、S14号钻孔分别对该组6号煤底板以上（包括山西组及下石盒子组）地层进行了抽水试验，单位涌水量0.00523～0.00601L/s·m，水量较小，说明地下水补给水源贫乏，含水微弱，以静储量为主。水质为HCO3-Mg·Ca型～CL·HCO3-Ca·Mg型，矿化度0.25～0.64g/L，PH值8.1～8.9，（钻孔抽水试验成果，详见附表五）。
山西组和太原组砂岩是孙家壕煤矿矿床充水的直接含水岩层，两组地层之间局部无稳定的隔水层，尤其是6上煤顶板局部地段为冲刷接触，砂岩与煤层直接接触，且裂隙较发育，故有水力联系。太原组下部：岩性上部以深灰色、灰黑色泥岩、粘土岩为主，夹透镜状灰岩及泥灰岩，灰岩富含海相动物化石及生物碎屑；中部为灰黑色砂质泥岩、泥岩及灰白色石英砂岩；下部为浅灰色铝土质粘土岩。地表未见出露，钻孔揭露厚度4.58～43.67m，平均15.65m。综合邻区资料，该层为良好的隔水层。
?下奥陶统(O1)：据邻区资料地层厚度＞100m,孙家壕煤矿内钻孔揭露厚度0.24～16.73m，平均7.06m。由于区内仅个别钻孔揭露了该层，而且揭露厚度小，故根据准格尔煤田窑沟露天精查资料作一简单介绍。岩性上部为灰黄、黄色白云岩、白云质灰岩，含裂隙溶洞水很不均匀，一般地表只见有岩溶现象，未见地下水露头，在焦稍沟、敖包沟沟口有微量裂隙水，流量0.01～0.053L/s；黄河东岸老牛沟一带泉流量最大为800 L/s，并有承压现象。水质为HCO3-Mg·Ca型，矿化度0.235g/L。
井田涌水量
通过调查了解，煤田内大部分生产小窑矿坑涌水量很小或无水。根据对原孙家壕煤矿调查资料，该矿开采层位为6号煤，正常生产时，4寸泵每天连续抽水8小时（约合涌水量720m3/d，平均30 m3/h），该煤矿目前已停产，现每隔一天4寸泵连续抽水5小时。因此，孙家壕煤矿因老窑积水和其它生产矿井开采带来的充水隐患较小。但位于孙家壕煤矿内的原牛连沟煤矿由于井下涌水量大，多次出现突水事故而停产，在未来的开采过程中，应加强对该煤矿及周边新增矿井的监察工作，防止该煤矿给相邻矿井开采带来水患。
孙家壕煤矿煤系地层为上石炭统太原组（C2t）及下二迭统山西组（P1s），岩性由粒度不同的砂岩、砂质泥岩、泥岩、粘土岩及煤层组成。各岩层不同程度的发育着孔隙、裂隙，充水空间较发育。但因补给水源比较贫乏，主要充水含水层富水性弱，钻孔抽水试验单位涌水量q＜0.01L/s·m，地下水位多在百米以下。且孙家壕煤矿内地质构造简单，地层平缓，无断层及岩浆岩侵入煤层现象。孙家壕煤矿附近无大的地表水体，大气降水为孙家壕煤矿地下水的主要补给来源，但冲沟发育，坡度较大，有利于地表水的排泄。可采煤层虽位于当地侵蚀基准面以下，但煤层埋藏较深，地表水对矿床影响不大。据邻区资料奥陶系（O1）石灰岩虽然含水，但含水性因地而异，且该地层埋深大，位于本溪组地层以下，没有大断裂与其沟通，对矿井充水影响较小。
综合分析，孙家壕煤矿水文地质勘探类型应属第二类，第一型，即以裂隙含水层为主的水文地质条件简单的矿床。
1.3煤层特征
1.3.1 煤层
1．含煤性
太原组（C2t）为本区的主要含煤地层，含煤5层且均为可采煤层，即6上、6、8、9上、9号煤层，6号、8号、9号煤层全区可采；6号煤层为赋存区全部可采煤层；9上煤层由9号煤层分叉形成，为赋存区全部可采煤层；本组煤层平均总厚为38.52m，地层平均总厚为71.27m，含煤系数为54％，含煤性好。
2．可采煤层
（1）6上煤层
位于太原组（C2t）的上岩段的上部，由6号煤层分叉形成，在孙家壕煤矿中部至北部发育，煤层厚度为2.75～15.52m，平均为7.6m。煤层结构简单至复杂，含0～13层夹矸，一般含4层夹矸，夹矸岩性一般为泥岩和粘土岩，赋存区全部可采。
该煤层赋存范围内厚度变化较大，结构简单至复杂，煤类单一，煤层层位稳定，煤层稳定程度为较稳定型。
煤层顶板岩性为砂质泥岩、泥岩、粘土岩；底板岩性为砂岩、泥岩、砂质泥岩。
该煤层与6号煤层间距为0.90～15.70m，平均为 2.98m。煤层埋藏深度229.65～359.20m。
（2）6号煤层
位于太原组（C2t）的上岩段的中部，全区发育，煤层厚度为 5.82～27.96m，平均为10.94m。为全区可采煤层。煤层结构复杂，含3～19层夹矸，一般含10层夹矸，夹矸岩性一般为泥岩和粘土岩。
6号煤层厚度变化较大、结构复杂、煤类单一，煤层层位稳定，煤层稳定程度为较稳定型。
煤层顶板岩性为砂质泥岩、泥岩、粘土岩；底板岩性为砂岩、泥岩、砂质泥岩。
该煤层与8号煤层间距为 2.49～23.10m，平均为11.49m。煤层埋藏深度67.95～378.25m。6号煤层厚度分布示意图（图1-2-2）。
（3）8号煤层
位于太原组（C2t）的下岩段的上部，全区发育，煤层厚度为0～6.50m，平均为2.28m。
煤层结构简单，含0～4层夹矸，一般含2层夹矸，夹矸岩性一般为泥岩。可采面积8.79平方公里，占孙家壕煤矿面积的86%，为大部可采煤层。
8号煤层厚度变化较大、结构简单、煤类单一，煤层层位稳定，煤层稳定程度为较稳定型。
煤层顶板岩性为砂岩、砂质泥岩、粘土岩；底板岩性为砂岩、泥岩、砂质泥岩。
该煤层与9上煤层间距为1.20～16.85m，平均为4.27m。煤层埋藏深度86.10～399.30m。8号煤层厚度分布示意图（图1-1-2）。
（4）9上号煤层
位于太原组（C2t）的下岩段的中部，为9号煤层的上分层，煤层厚度为1.51～9.10m，平均为4.22m。煤层结构复杂，含0～6层夹矸，一般含2层夹矸，夹矸岩性一般为泥岩和粘土岩。可采面积8.22平方公里，占该煤层赋存面积的95%，为赋存区全区可采煤层。
赋存区内9上号煤层厚度变化较大、结构复杂、煤类单一，煤层层位稳定，煤层稳定程度为较稳定型。
煤层顶板岩性为砂岩、砂质泥岩、泥岩、粘土岩；底板岩性为砂岩、泥岩、砂质泥岩。
该煤层与9号煤层间距为0.80～13.60m，平均为5.30m。煤层埋藏深度96.60～405.20m。9上号煤层厚度分布示意图（图1-2-4）。
（5）9号煤层
位于太原组（C2t）的下岩段的下部，全区可采，煤层厚度为 1.10～10.69m，平均为4.22m。煤层结构复杂，含0～11层夹矸，一般含3层夹矸，夹矸岩性一般为泥岩和粘土岩。
煤层厚度变化较大、结构复杂、煤类单一，煤层层位稳定，煤层稳定程度为较稳定型。
煤层顶板岩性为砂岩、砂质泥岩、泥岩；底板岩性为砂岩、
泥岩、砂质泥岩。
该煤层与10号煤层间距为0.80～4.20m，平均为 1.78m。煤层埋藏深度102.43～411.10m。
1.3.2 煤质
1．煤的物理性质
孙家壕煤矿煤呈黑色，沥青光泽，条带状结构，层状构造，参差状断口，偶见贝壳状断口，并夹有黄铁矿薄膜,内生裂隙发育。
表1-2 可采煤层特征一览表
2．煤的化学性质
?水分（Mad）
孙家壕煤矿主要可采煤层6上号煤层共有10个样品测试了原煤的水分（Mad），其值在2.95～6.42%，平均值为4.56%；有10个样品测试了浮煤的水分（Mad），其值在3.71～8.83%，平均值为5.49%，洗选后水分有所增高。
孙家壕煤矿主要可采煤层6上号煤层共有10个样品测试了原煤的水分（Mad），其值在2.95～6.42%，平均值为4.56%；有10个样品测试了浮煤的水分（Mad），其值在3.71～8.83%，平均值为5.49%，洗选后水分有所增高。
6号煤层共有30个样品测试了原煤的水分（Mad），其值在3.24～9.82%，平均值为5.60%；有26个样品测试了浮煤的水分（Mad），其值在3.59～9.46%，平均值为5.79%，洗选后水分有所增高。
8号煤层共有24个样品测试了原煤的水分（Mad），其值在2.91～6.72%，平均值为
4.56%；有21个样品测试了浮煤的水分（Mad），其值在2.74～9.36%，平均值为
5.32%，洗选后水分有所增高。
9上号煤层共有22个样品测试了原煤的水分（Mad），其值在3.08～7.65%，平均值为5.01%；有20个样品测试了浮煤的水分（Mad），其值在3.26～9.21%，平均值为5.90%，洗选后水分有所增高。
9号煤层共有28个样品测试了原煤的水分（Mad），其值在2.82～7.35%，平均值为5.26%；有25个样品测试了浮煤的水分（Mad），其值在2.86～8.94%，平均值为5.72%，洗选后水分有所增高。
?灰分(Ad)
a、煤层灰分
区内主要可采煤层6上煤层共有10个样品测试了原煤的灰分(Ad)，其值在12.00～33.37%，平均值为21.95%；据GB/T15224.1-2004国家标准确定为中灰煤（MA）。有10个样品测试了浮煤的灰分(Ad)，其值在5.39～9.72%，平均值为6.82%，洗选后灰分大大降低。
6号煤层共有30个样品测试了原煤的灰分(Ad)，其值在10.95～29.43%，平均值为18.90%；据GB/T15224.1-2004国家标准确定为中灰煤（MA）。有26个样品测试了浮煤的灰分(Ad)，其值在4.85～9.69%，平均值为6.27%，洗选后灰分大大降低。
8号煤层共有24个样品测试了原煤的灰分(Ad)，其值在7.29～38.14%，平均值为25.94%；据GB/T15224.1-2004国家标准确定为中灰煤（MA）。有21个样品测试了浮煤的灰分(Ad)，其值在4.10～36.70%，平均值为8.51%，洗选后灰分大大降低。
9上煤层共有22个样品测试了原煤的灰分(Ad)，其值在10.59～38.85%，平均值为26.16%；据GB/T15224.1-2004国家标准确定为中灰煤（MA）。有20个样品测试了浮煤的灰分(Ad)，其值在4.82～10.47%，平均值为7.21%，洗选后灰分大大降低。
9号煤层共有28个样品测试了原煤的灰分(Ad)，其值在8.72～37.19%，平均值为21.81%；据GB/T15224.1-2004国家标准确定为中灰煤（MA）。有25个样品测试了浮煤的灰分(Ad)，其值在4.76～8.21%，平均值为6.38%，洗选后灰分大大降低。
b、顶底板、夹矸灰分
区内6上煤层顶板灰分为89.63%；夹矸灰分为78.45%；底板灰分为75.86%。
6号煤层顶板灰分在58.32～85.76%，平均值为72.45%；夹矸灰分在56.64～85.22%，平均值为72.21%；底板灰分在78.49～92.43%，平均值为85.58%。
8号煤层顶板灰分在76.37～92.48%，平均值为83.43%；夹矸灰分在68.03～75.98%，平均值为72.14%；底板灰分在62.22～78.33%，平均值为69.48%。
9上号煤层顶板灰分在66.46～89.88%，平均值为82.38%；夹矸灰分在60.37～74.56%，平均值为67.01%；底板灰分在62.33～93.25%，平均值为79.66%。
9号煤层顶板灰分在48.48～93.44%，平均值为73.54%；夹矸灰分在60.43～80.29%，平均值为69.44%；底板灰分在60.43～90.56%，平均值为78.36%。
?挥发分(Vdaf)
孙家壕煤矿主要可采煤层6上煤层共有10个样品测试了原煤的挥发分(Vdaf)，其值在
35.54%～38.13%，平均值为36.56%；有10个样品测试了浮煤的挥发分(Vdaf)，其值在
36.41～40.13%，平均值为37.98%，减灰后的浮煤测值据MT/T849-2000国家标准确定挥发
分产率分级为高挥发分煤（HV）。
6号煤层共有26个样品测试了原煤的挥发分(Vdaf)，其值在34.38%～38.55%，平均值为36.42%；有26个样品测试了浮煤的挥发分(Vdaf)，其值在35.44～40.63%，平均值为38.05%，减灰后的浮煤测值据MT/T849-2000国家标准确定挥发分产率分级为高挥发分煤（HV）。
8号煤层共有21个样品测试了原煤的挥发分(Vdaf)，其值在32.90%～39.95%，平均值为37.06%；有21个样品测试了浮煤(Vdaf)的挥发分，其值在36.41～42.41%，平均值为37.84%，减灰后的浮煤测值据MT/T849-2000国家标准确定挥发分产率分级为高挥发分煤（HV）。
9上煤层共有19个样品测试了原煤的挥发分(Vdaf)，其值在34.68%～42.00%，平均值为37.34%；有20个样品测试了浮煤的挥发分(Vdaf)，其值在35.33～42.04%，平均值为38.37%，减灰后的浮煤测值据MT/T849-2000国家标准确定挥发分产率分级为高挥发分煤（HV）。
9号煤层共有25个样品测试了原煤的挥发分(Vdaf)，其值在33.91%～43.61%，平均值为36.55%；有25个样品测试了浮煤的挥发分(Vdaf)，其值在36.24～47.29%，平均值为38.61%，减灰后的浮煤测值据MT/T849-2000国家标准确定挥发分产率分级为高挥发分煤（HV）。
②煤中有害元素
A、全硫（St，d）
孙家壕煤矿主要可采煤层6上煤层原煤全硫（St，d）在0.45～1.74%，平均值为0.91%，据GB/T15224.2-2004国家标准确定为中硫煤（MS）；浮煤全硫（St，d）在0.55～1.20%，平均值在0.85%，洗选后硫分略有下降。
6号煤层原煤全硫（St，d）在0.64～1.94%，平均值为1.01%，据GB/T15224.2-2004国家标准确定为中硫煤（MS）；浮煤全硫（St，d）在0.61～1.18，平均值为0.88%，洗选后硫分略有下降。
8号煤层原煤全硫（St，d）在0.37～1.66%，平均值为0.97%，据GB/T15224.2-2004国家标准确定为中硫煤（MS）；浮煤全硫（St，d）在0.63～1.21%，平均值为0.86%，洗选后硫分略有下降。
9上号煤层原煤全硫（St，d）在0.49～1.75%，平均值为0.99%，据GB/T15224.2-2004国家标准确定为中硫煤（MS）；浮煤全硫（St，d）在0.51～1.22%，平均值在0.85%，洗选后硫分略有下降。
9号煤层原煤全硫（St，d）在0.42～1.72%，平均值在1.00%，据GB/T15224.2-2004国家标准确定为中硫煤（MS）；浮煤全硫（St，d）在0.29～1.21%，平均值为0.79%，洗选后硫分略有下降。
区内煤中硫成分以有机硫（So.d）为主，硫铁矿（Sp.d）次之,硫酸盐硫（Ss.d）含量甚微。
B、磷(Pd)
孙家壕煤矿主要可采煤层6上煤层磷(Pd)含量原煤在0.009～0.127%，平均为0.039%，据MT/T562-1996国家标准确定为低磷分煤（LP）。
6号煤层磷(Pd)含量原煤在0.008～0.097%，平均为0.028%，据MT/T562-1996国家标
准确定为低磷分煤（LP）。浮煤磷(Pd)含量在0.006～0.015%，平均为0.010%。
8号煤层磷(Pd)含量原煤在0.003～0.070%，平均为0.017%，据MT/T562-1996国家标准确定为低磷分煤（LP）。浮煤磷(Pd)含量在0.005～0.089%，平均为0.042%。
9上号煤层磷(Pd)含量原煤在0.003～0.085%，平均为0.022%，据MT/T562-1996国家标准确定为低磷分煤（LP）。
9号煤层磷(Pd)含量原煤在0.002～0.110%，平均为0.034%，据MT/T562-1996国家标准确定为低磷分煤（LP）。浮煤磷(Pd)含量在0.012～0.077%，平均为0.030%。
C、砷(As)
孙家壕煤矿各主要可采煤层砷(AS)含量平均值在5～12ppm之间，相当于0.05～0.12×10-4%之间，据MT/T803-1999国家标准确定为一级含砷煤（ⅠAS），符合食品工艺燃烧用煤之需求。
D、氟(F)
孙家壕煤矿各可采煤层氟含量平均在169～232ppm之间。
E、氯(Cl)
孙家壕煤矿各可采煤层氯(Cl)含量平均在0.028～0.036%之间，据MT/T597-1996国家标准确定为特低氯煤（SLC1），对工业利用影响甚微。
③元素分析
A、碳（Cdaf）
孙家壕煤矿主要可采煤层6上号煤层的原煤碳（Cdaf）含量在78.72～79.44%，平均值为78.97%；浮煤碳（Cdaf）含量在78.85～79.62%，平均值为79.24%。
6号煤层的原煤碳（Cdaf）含量在77.57～80.88%，平均值为78.71%；浮煤碳（Cdaf）含量在75.89～80.64%，平均值为79.22%。
8号煤层的原煤碳（Cdaf）含量在78.86～81.36%，平均值为79.97%；浮煤碳（Cdaf）含量在78.38～80.95%，平均值为79.55%。
9上号煤层的原煤碳（Cdaf）含量在77.69～79.13%，平均值为78.34%；浮煤碳（Cdaf）含量在78.62～79.54%，平均值为79.09%。
9号煤层的原煤碳（Cdaf）含量在77.28～79.14%，平均值为78.40%；浮煤碳（Cdaf）含量在77.42～81.20%，平均值为79.28%。
B、氢（Hdaf）
孙家壕煤矿煤的氢（Hdaf）含量较低，6上煤层原煤氢（Hdaf）含量在4.81～5.16%，平均值为5.00%；洗选后略有增高，浮煤氢（Hdaf）含量在5.32～5.38%，平均值为5.35%。
6号煤层原煤氢（Hdaf）含量在4.67～5.73%，平均值为5.10%；洗选后略有增高，浮煤氢（Hdaf）含量在4.78～5.82%，平均值为5.26%。
8号煤层原煤氢（Hdaf）含量在5.10～5.55%，平均值为5.32%；洗选后略有增高，浮煤氢（Hdaf）含量在5.22～5.85%，平均值为5.45%。
9上号煤层原煤氢（Hdaf）含量在4.69～5.02%，平均值为4.90%；洗选后略有增高，浮煤氢（Hdaf）含量在4.97～5.83%，平均值为5.33%。
9号煤层原煤氢（Hdaf）含量在4.64～5.63%，平均值为5.08%；洗选后略有增高，浮煤氢（Hdaf）含量在5.08～6.03%，平均值为5.47%。
C、氮（Ndaf）
孙家壕煤矿煤的氮（Ndaf）含量很低，6上煤层原煤氮（Ndaf）含量在1.57～1.80%，平均值为1.67%；洗选后略有下降，浮煤氮（Ndaf）含量为1.37～1.40%，平均值为1.39%。
6号煤层原煤氮（Ndaf）含量在1.38～1.60%，平均值为1.50%；洗选后略有下降，浮煤氮（Ndaf）含量在1.27～1.42%，平均值为1.35%。
8号煤层原煤氮（Ndaf）含量在1.07～1.84%，平均值为1.41%；洗选后略有下降，浮煤氮（Ndaf）含量在1.19～1.42%，平均值为1.30%。
9上号煤层原煤氮（Ndaf）含量在1.43～1.65%，平均值为1.55%；洗选后略有下降，浮煤氮（Ndaf）含量在1.19～1.44%，平均值为1.35%。
9号煤层原煤氮（Ndaf）含量在1.25～1.75%，平均值为1.43%；洗选后氮含量略有下降，浮煤氮含量在1.31～1.62%，平均值为1.38%。
D、氧（Odaf）
孙家壕煤矿煤的氧（Odaf）含量较高，6上煤层原煤氧（Odaf）含量在12.71～13.46%，平均值为13.17%，洗选后氧含量略有变化，浮煤氧（Odaf）含量在12.64～13.56%，平均值为13.09%。
6号煤层原煤氧（Odaf）含量在13.01～15.68%，平均值为14.18%，洗选后氧含量略有变化，浮煤氧（Odaf）含量在12.45～15.02%，平均值为13.41%。
8号煤层原煤氧（Odaf）含量在12.54～13.33%，平均值为12.96%，洗选后氧含量略有变化，浮煤氧（Odaf）含量在13.05～14.46%，平均值为13.55%。
9上煤层原煤氧（Odaf）含量在13.10～14.49%，平均值为13.86%，洗选后氧含量略有变化，浮煤氧（Odaf）含量在12.99～14.29%，平均值为13.61%。
9号煤层原煤氧（Odaf）含量在13.01～15.64%，平均值为14.51%，洗选后氧含量略有变化，浮煤氧（Odaf）含量在11.83～14.95%，平均值为13.36%。
以上数据表明：组成可燃物的元素以碳和氢为主，6上煤层原煤碳氢比在15.40～16.37%，平均值为15.79%，浮煤碳氢比在14.80～14.82%，平均值为14.81%。
6号煤层原煤碳氢比在14.12～16.61%，平均值为15.43%，浮煤碳氢比在13.86～15.88%，平均值为15.06%。
8号煤层原煤碳氢比在14.66～15.46%，平均值为15.00%，浮煤碳氢比在13.84～15.02%，平均值为14.60%。
9上号煤层原煤碳氢比在15.76～16.57%，平均值为15.99%，浮煤碳氢比在13.64～15.82%，平均值为14.84%。
9号煤层原煤碳氢比在14.06～16.66%，平均值为15.43%，浮煤碳氢比在13.47～15.24%，平均值为14.49%。
3．煤质评价及工业用途
A、煤质评价
根据本区煤样测试成果，对区内煤层煤质做出如下评价。
?煤变质程度低，为低变质的烟煤Ⅰ阶段。煤种以长焰煤(CY41）为主，零星点出现不粘煤（BN31）。
?水分（Mad）含量低、灰分(Ad)产率为中灰煤（MA），挥发分产率为高挥发分煤（HV）。组成元素以碳、氧为主。
?稀散元素低，无工业利用价值。
?煤岩组分中以镜质组为主，丝质组含量较高。
?煤的发热量为中热值煤（MQ）；气化性能差。
?煤中焦油产率，为含油煤～富油煤，煤中腐值酸含量较低，工业利用价值一般。
?煤灰为硅质与铝质灰分、熔点高，大部属于高～较高软化温度灰和较高流动温度灰。
B、煤的工业利用方向
孙家壕煤矿煤具有中热值煤（MQ）、中硫（MS）和低磷（LP）等特点，是良好的动力用煤。