山脚树煤矿1.8Mta新井设计-沿空掘巷技术研究-Movement characteristics of Karst water in a deep mining area.doc
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1、中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 目目 录录 一般部一般部分分 1 矿区概述及井田地质特征矿区概述及井田地质特征 .1 1.1 矿区概述1 1.1.1 矿区地理位置 .1 1.1.2 矿区气候条件 .1 1.1.3 矿区地形地貌及水文情况 .1 1.2 井田地质特征2 1.2.1 煤系地层 .2 1.2.2 水文地质特征 .3 1.3 煤层特征 .4 1.3.1 可采煤层 .4 1.3.2 煤质 .5 1.3.3 煤层开采技术条件 .7 2 井田境界与储量井田境界与储量 .10 2.1 井田境界10 2.2 矿井储量计算 .10 2.2.1 构造类型 .10 2.2.2 矿井工业储量
2、.10 2.23 勘探程度 10 2.2.4 矿井地质储量计算 .11 2.2.5 矿井工业储量计算 .12 2.3 矿井可采储量 .13 2.3.1 井田边界保护煤柱 .14 2.3.2 工业广场煤柱 .14 2.3.3 断层和井筒保护煤柱 .16 2.3.4 矿井可采储量 .17 3 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限矿井工作制度、设计生产能力及服务年限 .18 3.1 矿井工作制度18 3.2 矿井设计生产能力及服务年限18 3.2.1 确定依据 .18 3.2.2 矿井设计生产能力 .18 3.2.3 矿井服务年限 .18 3.2.4 井型校核 .19 4 井田开拓井田开拓 .21
3、中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 4.1 井田开拓的基本问题21 4.1.1 井筒形式的确定 .21 4.1.2 井筒位置的确定采(带)区划分 .24 4.1.3 工业场地的位置 .25 4.1.4 开采水平的确定 .25 4.1.5 主要开拓巷道 .25 4.1.6 矿井开拓方案比较 .26 4.2 矿井基本巷道34 4.2.1 井筒 .34 4.2.2 井底车场及硐室 .38 4.2.3 主要开拓巷道 .40 5 准备方式准备方式带区巷道布置带区巷道布置 .45 5.1 煤层地质特征45 5.1.1 带区位置 .45 5.1.2 带区煤层特征 .45 5.1.3 煤层顶底板岩石构造
4、情况 .45 5.1.4 水文地质 .45 5.1.5 地质构造 .45 5.2 带区巷道布置及生产系统45 5.2.1 带区准备方式的确定 .46 5.2.2 带区巷道布置 .46 5.2.3 带区生产系统 .47 5.2.4 带区内巷道掘进方法 .48 5.2.5 带区生产能力及采出率 .49 5.3 带区车场选型设计50 6 采煤方法采煤方法 .51 6.1 采煤工艺方式 .51 6.1.1 采煤方法的选择 .51 6.1.2 回采工作面长度的确定 .51 6.1.3 工作面的推进方向和推进度 .51 6.1.4 综采工作面的设备选型及配套 .51 6.1.5 各工艺过程注意事项 .60
5、 6.1.6 工作面端头支护和超前支护 .62 6.1.7 循环图表、劳动组织、主要技术经济指标 .63 6.1.8 综合机械化采煤过程中应注意事项 .68 6.2 回采巷道布置69 6.2.1 回采巷道布置方式 .69 6.2.2 回采巷道参数 .69 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 7 井下运输井下运输 .71 7.1 概述71 7.1.1 矿井设计生产能力及工作制度 .71 7.1.2 煤层及煤质 .71 7.1.3 运输距离和辅助运输设计 .71 7.1.4 矿井运输系统 .71 7.2 带区运输设备选择72 7.2.1 设备选型原则: .72 7.2.2 带区运输设备选型及
6、能力验算 .73 7.3 大巷运输设备选74 7.3.1 主运输大巷设备选择 .74 7.3.2 辅助运输大巷设备选择 .75 7.3.1 选择电机车 .75 7.3.2 设备选择 .76 7.3.3 运输设备能力验算 .77 8 矿井提升矿井提升 .78 8.1 矿井提升概述78 8.2 主副井提升78 8.2.1 主井提升 .78 8.2.2 副井提升 .81 9 矿井通风及安全矿井通风及安全 .83 9.1 矿井通风系统选择83 9.1.1 矿井概况 .83 9.1.2 矿井通风系统的基本要求 .83 9.1.3 矿井通风方式的确定 .84 9.1.4 主要通风机工作方式选择 .85 9
7、.1.5 带区通风系统的要求 .85 9.1.6 工作面通风方式的选择 .86 9.1.7 回采工作面进回风巷道的布置 .86 9.2 矿井风量计算87 9.2.1 工作面需风量计算 .87 9.2.2 掘进工作面需风量 .89 9.2.3 硐室需风量 .90 9.2.4 其它巷道所需风量 .90 9.2.5 矿井总风量 .91 9.2.6 风量分配 .91 9.3 矿井阻力计算92 9.3.1 矿井最大阻力路线 .93 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 9.3.2 矿井通风阻力计算 .94 9.3.3 矿井通风总阻力 .98 9.3.4 两个时期的矿井总风阻和总等积孔 .98 9.4
8、 选择矿井通风设备99 9.4.1 选择主扇 .99 9.4.2 电动机选型 .100 9.5 安全灾害的预防措施101 9.5.1 预防瓦斯和煤尘爆炸的措施 .101 9.5.2 预防井下火灾的措施 .101 9.5.3 防水措施 .102 10 设计矿井基本技术经济指标设计矿井基本技术经济指标 .104 参考文献106 专题部分专题部分 .107 沿空掘巷技术研究沿空掘巷技术研究 .108 0 引言108 1 沿空掘巷技术在我国的发展分为以下几个阶段108 2 沿空掘巷的理论概述109 3 沿空掘巷围岩活动规律 111 4 沿空掘巷窄煤柱设计概论113 5 沿空掘巷围岩控制技术117 6
9、工程实例119 翻译部分翻译部分 .131 英文原文英文原文 .132 2.1 盆地周边地貌特征 .141 2.2 新构造运动和断层构造的分布特征 .142 2.2 垂直渗漏补给模式 .143 3.3 断层构造的水运动 .144 4.1 恒定离子的分布特征 .144 4.2 饱和指数和溶解物的特征 .145 4.3 稳定同位素的分布特征 .145 4.4 发射同位素的分布特征 .145 结束语 .146 参考文献 .147 致致 谢谢 .148 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 一 般 部 分 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 1 页 1 矿区概述及井田地质特征 1.1 矿
10、区概述 1.1.1 矿区地理位置矿区地理位置 山脚树矿位于贵州省六盘水市盘县特区断江镇境内,界于老屋基矿和月亮 田矿之间。地理坐标: 东经 10429451043243 北纬 255133255425 井田东西长约 3.5 km,南北宽约 5.3 km,面积 18.27 km2。本井田内陆路 交通较为便利。红果至水城铁路干线和盘(县)水(城)公路从矿区通过,距盘县 30km,水城 169km,贵阳 365km,昆明 336km,贵港 806km,南宁市 632km,交通极为方便,如图 1-1 所示。 1.1.2 矿区气候条件矿区气候条件 本井田所在地属低纬度亚热带高原气候,冬无严寒,夏无酷暑。
11、 该地区气候湿润,雨量充沛,夏季温和但多暴雨,秋季凉爽但阴雨连绵, 春冬两季则有间歇性冰冻。年降雨量 763.8mm1469.7mm,雨量多集中在 59 月份,占全年降雨量的 2/3。年平均气温 12.3,最高气温 31.6,最低 气温-2。全年最大风最大风速为 22m/s,瞬时风速可达 35m/s。全年日照总 数为 1560 小时,日照率 35%。 1.1.3 矿区地形地貌及水文情况矿区地形地貌及水文情况 本井田内地形复杂,为一剥蚀山地地貌,沟谷走向与地层走向基本一致, 最高点位于井田南部白马梁子、标高+2117.7m,最低点位于井田西部的拖长 江河床内,标高+1537m,相对高差为 580
12、 余米。井田西部出露有峨眉山玄武 岩,煤系地层为龙潭组,上覆飞仙关、永宁镇组地层,由于岩性差异,在井田 东部形成陡壁峭崖,而在西部则形成单面剥蚀坡。 拖长江为本区纵惯南北的唯一河流,为北盘江上游南部之支流,发源于南 部的石家庄附近的哮天龙,经老屋基矿流入本区,往北流经土城等地,汇入北 盘江。历史最高洪水位为 1548.23m(1991 年 7 月 11 日) ,最低洪水位为 1543.6m。最大流量为 294.08 m3 /s,最小流量为 0.809 m3 /s,正常流量为 1727 m3 /s。 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 2 页 图图 1-1 山脚树矿交通位置示意图山脚树
13、矿交通位置示意图 1.2 井田地质特征 根据山脚树矿采矿许可证 ,该矿区范围拐点坐标由 25 个拐点圈定,开 采深度:+1654+1000m 标高。井田走向长度为 3.955.95km,平均走向长度 为 5.30km,倾斜宽为 3.004.80km,平均为 3.50 km,平均倾角为 7,井田 水平宽度为 3.805.40 km,水平面积为 18.27km2。 1.2.1 煤系地层煤系地层 井田内地层自下而上为:古生界二迭系下统茅口灰岩、二迭系上统峨嵋 山玄武岩组、龙潭煤组、中生界三迭系下统飞仙关组、永宁镇组、三迭系中统 关岭组下段及新生界第四系。 (1)古生界二迭系下统(P1)茅口组(P1m
14、):为深灰色厚层状石灰岩, 富产蜒类化石,厚约 800 米,同上覆、下伏岩层呈整合接触,分布于井田西部。 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 3 页 (2)古生界二迭系上统(P2) A、峨嵋山玄武岩(P2),该地层全厚 340m 左右,分为三段: 下段(P21):为暗色致密坚硬具气孔、杏仁状构造的玄武岩,风化为黄褐 色,具球状风化,厚为 120m 左右。距茅口灰岩百余米处有一组 10 米左右的 煤系,含薄煤层 3 至 4 层。 中段(P22):为灰绿色致密、坚硬之玄武岩,风化后呈黄褐色,并具球状 风化,厚 170m。 上段(P23):为暗紫灰色玄武质火山块集岩,中夹 0.1 至 0.
15、3 米大小黄褐 色透镜状碎块,风化后呈黄色,厚 40 余米。 顶部有 6 米左右紫红色具白色斑点、含铝土质致密、细腻之凝灰岩。 B、龙潭煤组(P2L):与下伏地层假整合接触,全厚 220-260m,平均 240m,从西往东略有增厚,含煤 4060 层,煤层总厚约为 30m。主要可采层 分布在煤组上部和中部,煤组下部仅 20#层可采。岩性以泥岩、砂质泥岩、粉 砂岩及砂岩组成。根据沉积条件,一般上组岩性较中下组为好。 (3)中生界三迭系下统(T1) A、飞仙关组(T1f):厚 600m 左右,分为上下两段,下段(Tp)为绿色层, 厚 150m 左右,岩性为绿色砂岩。上段(T1f)为紫色层,厚 38
16、5m 左右,岩性为 紫色砂质泥岩、粉砂岩。 B、下三迭永宁镇组(T1y):全厚 135m,分为上下两段。下部(T1y1)为灰 色,浅黄色钙紫质砂岩;中部为深灰或紫灰色薄层蠕虫状泥灰岩,中厚层状褐 色、青灰色石灰岩。上部(T1y2)为纯灰岩,含克氏蛤化石。 (4)中生界三迭系中统(T2): 关岭组下段(T2g1):灰色、灰白色石灰岩,该段厚度为 118 米至 182 米, 整合覆于下伏地层之上。 (5)新生界第四系:为坡积、残积、冲积物组成,岩性为碎石亚砂土及 砂石亚粘土。西区较厚,一般为 20m,东区因地貌抬起,第四系不发育。 1.2.2 水文地质特征水文地质特征 矿床开发充水的有关地层有飞仙
17、关、龙潭组和峨眉山玄武岩组,这些地层 富水性、透水性弱,它们既是煤矿床弱含水层,又起到阻隔富水性较强的永宁 镇组、茅口组地下水的作用。一般情况下大气降水是矿井的主要充水水源。 (1)井田范围内的主要地表水源 井田内的主要充水水源为拖长江最大流量为 294.08 立方米/秒,最小流量 0.809 立方米/秒,经井田南部拖长江公路桥旁设站(BM4)观测,拖长江最高 水位为 1548.23 米,另外,井田内溪流较多,雨后水量增加多数自东向西汇入 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 4 页 拖长江。对矿床开采无影响。 (2)断层含水性及导水性 井田内共发现大小断层 39 条,其中地表出露 1
18、8 条,其余为隐伏断层,较 大的为 F18、F19、F20 断层均穿过拖长江,据井巷揭露,断层均为封闭性端, 断层破碎带一般已胶结,无水。 (3)相邻矿井开采及报废后对矿井充水影响 山脚树矿北临月亮田矿南三采区,以 F15-1 断层(落差约 200m,南北走 向宽度约 500m)为界,其涌水量为 80.5 至 360 立方米/小时,开采中在井田 边界已按技术规范留设了保安煤柱,因此,在矿井开采过程中,在边界允许范 围内该矿井开采和报废后都不对矿井充水发生影响。 (4)井田内老窑及小煤矿对矿井充水的影响 矿区内采煤历史较为悠久,无证非法开采小窑已关闭,目前井田范围内有 3 对合法小型煤矿,分别是
19、封家营煤矿、胜金山煤矿和聚保煤矿,其开采范围 没有越界。已经关闭的小窑开采深度为 50150 米左右,最低标高在 1530m 以上,而山脚树矿生产水平在 13701250 米标高之间,小窑开采范围距北采 区井筒最近的达 200m、距采掘工作面最近的达 600m 以上,故废弃小窑和生 产小煤矿对矿井充水、排水不会造成安全威胁。 综上所述,山脚树矿井的主要充水来源于大气降水、风化裂隙含水层中的 泉水及三叠系飞仙关组绿色层裂隙水、滑坡裂隙水,通过采空区裂缝、导水裂 隙、冒落带渗透到矿井,但矿区地表沟谷发育,地形坡度较大,泄洪条件较好, 上述充水水源绝大多数均以山洪的形式排泄,渗透量较小,渗透速度较慢
20、。矿 井水文地质属简单型。 2007 年矿井最大涌水量为 600 m3/h,正常涌水量 160 m3/h。 1.3 煤层特征 1.3.1 可采煤层可采煤层 本井田含煤地层属二迭系上统龙潭煤组,煤系地层厚约 220 米至 260 米, 平均 240 米左右,含煤 40 至 60 余层,可划分为 3 个含煤组。 上煤组:1#煤层顶板至 12#煤层顶板,厚 87 至 101 米,平均为 93 米,含 煤 13 至 23 层,含局部可采薄及中煤层 3 层,结构简单,层间距稳定。 中煤组:12#煤层顶板至 24 煤层顶板,厚 90 至 125 米,一般为 100 米, 含煤为 15 至 23 层,其中可
21、采和局部可采煤层 8 层,结构复杂,煤层厚度、煤 层层间距变化较大,煤层有分叉合并现象。煤系中的所有中厚煤层皆集中于本 段。 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 5 页 下煤组:24#煤层顶板至煤系底界,厚 37 至 57 米,平均 47 米,含煤线、 薄煤层 6 至 18 层,煤层间距小,结构复杂;煤层薄且极不稳定;煤层含硫高, 仅 24#煤层局部可采煤层。 主要可采煤层 12 层,其中可采和局部可采煤层共 12 层,其中:可采煤层 为 10#、12#、15#、18#、18-1#、19#、20#等 7 个煤层,主采煤层为 10#、12#、15#、18#、18-1#煤层。煤层特征详见
22、表 1-1。 煤层倾角 58.5 表表 1-1 主要可采煤层特征表主要可采煤层特征表 煤层厚度(m) 煤层 最小最大平均 下距煤层(m)稳定性结构可采性 10#0.602.641.4019较稳定简单全区可采 12# 0.374.973.1722稳定简单全区可采 15# 0.674.461.7729.64稳定简单全区可采 18# 1.1110.352. 601.36较稳定简单全区可采 18-1# 0.152.151.404较稳定简单全区可采 19# 0.152.461.34 7不稳定简单局部可采 20# 0.182.821.5814.22稳定简单全区可采 1.3.2 煤质煤质 本井田可采煤层煤质
23、较稳定,煤质牌号为气煤、气肥煤、肥煤及 1/3 焦煤。 原煤灰份中除 12#煤煤质层为 925的低灰煤,其余煤层灰份平均值为 25 左右的中灰、低硫、低磷煤; 10#、12#为炼焦用煤的基础煤,其中 12#煤层 为易选煤,其余煤层均为中等难选煤层。其主要可采煤层煤质特征见表 1-2。 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 6 页 表表 1-2 主要可采煤层煤质特征表主要可采煤层煤质特征表 煤 层 煤种 Mt(%) Ad(%) Vdaf(%) St.ad(%)Pad(%) 10#1/3JM 0723.17 1.67 15.2940.63 19.78 30.39375 33.39 0.19
24、1.01 0.58 0.0060.013 0.009 12# FM 1/3JM 1.101.37 1.23 12.0430.17 16.66 35.2837.16 35.92 0.651.38 1.01 0.0040.015 0.007 15#1/3JM 1.632.17 1.90 27.9045.22 36.56 35.9437.13 36.54 0.090.11 0.10 0.01180.06 0.0119 18#QF 0.872.55 1.48 17.7538.95 24.11 31.5936.11 24.33 0.162.40 1.01 0.0010.032 0.0015 18-1#Q
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