许疃煤矿1.8Mta新井设计-煤矿水砂充填采煤技术分析-煤矿火灾控制的最近发展和实践.doc
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1、目 录 一般部分一般部分 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 地理位置.1 1.1.2 地形、地貌.1 1.1.3 气象、地震.1 1.1.4 水文情况.2 1.1.5 矿区经济概况.2 1.1.6 水源及电源.2 1.2 井田地质特征.2 1.2.1 井田煤系地层.2 1.2.2 井田地质构造.4 1.2.3 井田水文地质特征.5 1.3 煤层特征.7 1.3.1 可采煤层赋存特征.7 1.3.2 煤质.8 1.3.3 煤层开采技术条件.9 2 井田境界和储量井田境界和储量.10 2.1 井田境界.10 2.1.1 井田范围.10 2.1.
2、2 开采界限.10 2.1.3 井田尺寸.10 2.2 矿井工业储量.10 2.2.1 储量计算基础.10 2.2.2 井田地质勘探.11 2.2.3 矿井工业储量计算.11 2.3 矿井可采储量.12 2.3.1 安全煤柱留设原则.12 2.3.2 矿井保护煤柱损失量.13 2.3.3 矿井设计可采储量.14 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.16 3.1 矿井工作制度.16 3.2 矿井设计生产能力及服务年限.16 3.2.1 矿井设计生产能力.16 3.2.2 确定依据.16 3.2.3 服务年限.17 3.2.4 井型校核.17 4 井田开拓
3、井田开拓.19 4.1 井田开拓基本问题.19 4.1.1 确定井筒(硐)形式、数目、位置及坐标.19 4.1.2 工业场地的位置.20 4.1.3 开采水平的确定及带区、采区的划分.21 4.1.4 主要开拓巷道.21 4.1.5 开拓方案比较.21 4.2 矿井基本巷道.29 4.2.1 井筒.29 4.2.2 井底车场及硐室.29 4.2.3 主要开拓巷道.34 5 准备方式准备方式带区巷道布置带区巷道布置.38 5.1 煤层地质特征.38 5.1.1 带区位置.38 5.1.2 带区煤层特征.38 5.1.3 煤层顶底板岩石构造情况.38 5.1.4 水文地质.38 5.1.5 地质构
4、造.38 5.2 带区巷道布置及生产系统.38 5.2.1 带区准备方式的确定.38 5.2.2 带区位置及范围.39 5.2.3 带区巷道布置.39 5.2.4 带区生产系统.39 5.2.5 带区内巷道掘进.41 5.2.6 带区生产能力及采出率.41 5.3 带区车场选型计算.43 5.3.1 带区车场的形式.43 5.3.2 带区车场的调车方式.43 5.3.3 带区主要硐室布置.44 6 采煤方法采煤方法.45 6.1 采煤工艺方式.45 6.1.1 带区煤层特征及地质条件.45 6.1.2 确定采煤工艺方式.45 6.1.3 回采工作面参数.46 6.1.4 回采工艺及工作面设备选
5、型.46 6.1.5 采煤工作面支护方式.49 6.1.6 端头支护及超前支护方式.51 6.1.7 各工艺过程注意事项.52 6.1.8 回采工作面正规循环作业.54 6.2 回采巷道布置.55 6.2.1 回采巷道布置方式.55 6.2.2 回采巷道参数.56 7 井下运输井下运输.58 7.1 概述.58 7.1.1 井下运输设计的原始条件与数据.58 7.1.2 运输距离和货载量.58 7.1.3 井下运输系统.58 7.2 带区运输设备选型.59 7.2.1 设备选型原则.59 7.2.2 带区运输设备的选型及能力验算.59 7.3 大巷运输设备选型.62 7.3.1 运煤设备.62
6、 7.3.2 辅助运输设备选择.63 8 矿井提升矿井提升.66 8.1 矿井提升概述.66 8.2 主副井提升.66 8.2.1 主井提升.66 8.2.2 副井提升.68 9 矿井通风及安全矿井通风及安全.71 9.1 矿井通风系统选择.71 9.1.1 矿井概述.71 9.1.2 矿井通风系统的确定.71 9.1.3 带区通风系统的确定.73 9.1.4 矿井通风容易与困难时期的确定.74 9.2 带区及全矿所需风量.75 9.2.1 采煤工作面实际需风量.75 9.2.2 掘进工作面实际需风量.78 9.2.3 硐室需风量.79 9.2.4 其它巷道需风量.80 9.2.5 矿井所需总
7、风量.80 9.2.6 风量分配及风速验算.80 9.3 全矿通风阻力的计算.81 9.3.1 矿井通风总阻力计算原则.81 9.3.2 矿井最大阻力路线.82 9.3.3 矿井通风阻力计算.82 9.3.4 矿井通风总阻力.83 9.4 矿井通风设备选型.84 9.4.1 主要通风机选型.84 9.4.2 电动机选型.86 9.4.3 主要通风机附属装置.87 9.5 防治特殊灾害的安全措施.87 9.5.1 预防瓦斯灾害的措施.87 9.5.2 预防煤尘灾害的措施.88 9.5.3 预防井下火灾的措施.89 9.5.4 预防井下水灾的措施.89 10 设计矿井基本技术经济指标设计矿井基本技
8、术经济指标.90 参考文献.92 专题部分专题部分 煤矿水砂充填采煤技术分析煤矿水砂充填采煤技术分析.93 一、煤矿水砂充填采煤技术综述一、煤矿水砂充填采煤技术综述.93 1. 煤矿水砂充填采煤技术简介.93 2. 国内外研究概.93 1) 国外研究现状93 2)国内研究现状94 二、煤矿水砂充填采煤技术存在的主要问题.94 1.煤矿水砂充填采煤技术在设计方面的问题和缺点.94 过去我们设计水砂充填工程中,通常存在着以下主要缺点:94 2.煤矿水砂充填采煤技术在实际生产中出现的问题.94 3.煤矿水砂充填采煤技术的相关理论知识.94 3.1 圆管两相流的阻力计算95 3.2 最小水砂比界限的确
9、定.98 3.3 最大流砂量的确定.101 3.4 管材强度及平盆长度对流砂量的限制.103 3.5 管路布置.103 4. 提高水砂充填体的支撑能力.106 三水砂充填采煤工艺评价及适用条件.108 参考文献.108 翻译部分翻译部分 英文原文英文原文.109 中文译文中文译文.116 参参考考文文献献.120 致致谢谢.121 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 矿区概述 1.1.1 地理位置地理位置 许疃矿位于安徽省宿州市西南部,地处蒙城县板桥镇某乡境内。其地理坐标为东经 1164011645,北纬 33213326。
10、井田中心位置距东北方向的宿州市约 37km,距西南方向的蒙城县约 28km。井田东 部有宿州至蒙城公路;京沪铁路、青阜铁路及京九铁路分别在井田外东、西部通过,青 芦支线联接青阜铁路,井田距青芦支线上的任庄站 9.3km。自京沪线宿县车站至各城市的 距离为:徐州 75km,北京 886km,南京 271km,上海 574km。矿井交通位置见图 1-1。 许许疃疃矿矿 许疃矿井 京 沪 铁 路 江 苏 省 徐州市 陇 海 铁 路 夹河寨 孟庄矿 朔里矿 石台矿岱河矿 相王庄矿 杨庄矿 前岭狂 朱仙庄矿 芦岭矿 骑路孙矿 邹庄矿 桃园矿 祁南矿 祁东矿 邹庄矿 任楼矿 界沟矿 五沟矿 童亭矿 临涣矿
11、 图 1-1 矿井交通位置图 1.1.2 地形、地貌地形、地貌 井田内地势平坦,北部略高于南部,海拔标高在+24.5+26.5m 之间,一般为+25.5m 左右。 1.1.3 气象、地震气象、地震 本区属季风暖温带半湿润气候,春秋季多东北风,夏季多东东南风,冬季多北 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计第 2 页 西北风。年平均风速 3m/s,最大风速可达 18m/s。年平均气温 14.7,一月份最低可达- 23.2,7 月份最热可达 41。年平均降雨量为 750910mm,雨量集中在 7、8 两个月。 无霜期 208220 天,冻结期一般在 12 月上旬至次年的 2 月中旬。 根据安徽省
12、地震局资料,本区历史上未发生过大的地震。按照建筑抗震设计规范 (GB500112001)附录 A我国主要城镇抗震设防烈度设计基本地震加速度和设计地震 分组划分,本区地震烈度为 6 度。 1.1.4 水文情况水文情况 井田南部外围仅有一条可通木船的北淝河,自西北流向东南,至怀远县流入淮河。 一般水位低于地表。在井田北部外围,有一条自西向东流的懈河;在井田内有白马河及 跃进河。 井田范围内地面农灌沟渠较多,纵横交错,主要有:白马沟、玉亭沟、菜花沟、公 益沟、双村沟、纲要沟等,组成农田排灌系统。 1.1.5 矿区经济概况矿区经济概况 许疃矿地处平原,土地肥沃,农作物生长良好,产量较高,农作物主要有小
13、麦、玉 米、大豆、棉花等。近几年乡镇企业发展迅速,某乡发展的乡镇企业有农机厂、木器厂、 面粉加工厂、瓶盖厂等。 主要建筑材料供应:钢材、水泥、木材供应充足;砖瓦主要由当地供应;石料主要 由符离集供应;砂主要来源于嘉山县及山东滕州市,建筑材料供应渠道畅通。 1.1.6 水源及电源水源及电源 井田内新生界松散层第一、第三含水层上段埋藏深度浅,分布广,水量丰富,水质 容易达到“饮用水卫生标准” 。矿井工业场地及居住区的生活、生产、消防用水取自新生 界一、三含水层。井下用水水质要求低于饮用水水质标准,选择用处理后的井下排水作 为井下供水水源,水源充沛。 矿井电源取自南坪集变电站,工业场地内已建成一座
14、35kv 变电所,S11-10000/35 主 变两台,已使用 9 年,电源是可靠的。 1.2 井田地质特征 1.2.1 井田煤系地层井田煤系地层 本井田煤系地层属石炭系、二迭系。根据井田内钻孔揭露的地层,自老至新叙述如 下: 1)奥陶系中下统老虎山-马家沟组(O2l-O1m) 井田内揭露最大厚度 117.22m,岩性为灰色、深灰色中厚厚层豹皮状白云质灰岩及 灰岩,细晶质结构,方解石自形程度高。 2)石炭系上统太原组(C3t) 据 706 孔揭露,地层厚度 133.49m,岩性由石灰岩,碎屑岩和薄煤层组成。共含 8 层 灰岩,总厚 6l.87m,占本组地层厚度的 46.3%。上段一灰至六灰灰岩
15、总厚 40.46m,占该 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计第 3 页 段厚度的 65%。下段含两层灰岩,总厚 21.41m,占该段厚度的 49%,含薄煤层,位于灰 岩下,不作为开采对象。 3)二迭系下统山西组(P1s) 位于骆驼脖子砂岩底板至太原组一灰顶界之间,厚度 95130m,平均 111m,由海 陆交互相沉积的砂岩、砂泥岩互层、粉砂岩、泥岩和煤层组成。含 10、11 两个煤层(组) ,其中 101煤层在某断层以北厚度稳定,为可采煤层,在某断层以南出现大面积沉积缺失。 112煤层较薄,为局部可采煤层。 4)二迭系下统下石盒子组(P1xs) 位于 K3 砂岩底板至骆驼脖子砂岩底板之间
16、,厚度 220260m,平均 245m。由过渡 相砂岩、砂泥岩互层、粉砂岩、铝质泥岩、泥岩和煤层组成。是本井田主要含煤地层, 含 4、5、7、8 四个煤层(组) ,可采煤层为 42、51、52、71、72、82六层。其中 72、82煤 层为本井田主采煤层,82煤层下的铝质泥岩为本区中部地层的重要标志层。 5)二迭系上统上石盒子组(P2ss) 位于 K3 砂岩底板以上,井田内揭露最大厚度 644m。由过渡相陆相砂岩、粉砂岩、 泥岩和煤层组成。含 1、2、3 三个煤层(组) ,32煤层为本井田主采煤层,K3 砂岩为本区 上部地层重要标志层。 6)下第三系(E) 分布在井田南部及东南部,井田内揭露最
17、大厚度 492.59m。岩性由紫红色粉砂质胶结 的砾岩及砖红色少量云母的粗砂和少量细砾组成。 7)上第三系上新统(N2) 地层厚度 122315m,平均厚度 245m。底部以残积坡物和洪积物为主,厚度 063m,平均厚度 20m,主要分布在 71 线以北。岩性为砾石、粘土砾石、砂砾、砂及粘 土质砂,夹薄层粘土、砂质粘土及粘土夹砾石。 中下部以湖相沉积的灰绿色、综红色粘土和砂质粘土为主。厚度 85185m,平均 140m。厚度大,可塑性好,膨胀性强,是井田内主要隔水层组。 中上部多河湖相沉积的棕黄色、浅红色及灰白色细、中砂。顶部以综黄色及灰绿色 粘土和砂质粘土为主,粘土可塑性强,分布稳定。 8)
18、第四系(Q) 地层厚度 64116m,平均厚度 90m 左右。 更新统下部砂层与粘土或砂质粘土呈互层状,以河间阶地沉积物为主,平均厚度 37m 左右。 更新统上部以土黄色、棕黄色粘土和砂质粘土为主,平均厚度 22m 左右。 全新统平均厚度 31m 左右。下部以细粉砂、粉砂为主。中部在垂深 2023m 普遍含 有一层厚 12m 的灰黑色富含腐植砂质粘土。上部在垂深 35m 为砂质粘土,富含钙质 结核及锰铁质结核,为近代淮北平原的剥蚀面。近地表 0.5m 左右为褐黑色耕植土壤,在 井田的西南部沉积有近代黄泛淤积的综红色粘土层,厚 1m 左右。 矿井地质综合柱状图见图 1-2。 中国矿业大学 201
19、2 届本科生毕业设计第 4 页 系 煤 细砂岩 泥岩 泥岩 泥岩 泥岩 煤 泥岩 细砂岩 中砂岩 碳质泥岩 泥岩 中砂岩 7-1煤 7-2煤 8-2煤 8-2煤 421.67 422.40 426.10 431.59 433.28 434.79 440.97 443.97 445.64 445.95 447.25 451.15 460.37 463.18 463.36 469.55 473.10 476.85 5.02 0.73 3.70 5.49 1.69 1.51 1.34 3.00 1.67 0.31 1.30 3.90 9.22 2.81 0.18 6.19 3.55 3.75 灰到浅
20、灰色,薄到中厚层状,中细粒结构,主要由石英组成,含少量暗 色矿物。 测井资料。 灰色,薄到中厚层状,含粉砂质结构,发育有斜楔型层理,见有少量裂隙 ,并见有方介石脉状充填。 深灰色,块状构造,顶部稍含粉砂质,430.50米以下0.35米菱 铁鲕粒岩。 黑色,以末状为主,夹有少量细碎块状,局部见有鳞片状,属半亮型煤。 深灰色,块状构造,泥质结构,含少量结核,产多量的植物化石,顶部0 .20米底部0.10米为黑灰色的含炭泥岩。 黑色,以粉末状、细碎块为主,夹少量块状、粒状、条带状,内生裂隙发 育。 深灰色,块状,泥质结构,产植物化石。 测井资料。 深灰色,块状,含粉砂质结构。 浅灰色,薄到中厚层状,
21、细粒结构,分选中等,泥质胶结,常见与深灰色 的粉砂质组成互层。 浅灰色,中厚层状,细中粒结构,主要由石英组成,含少部分暗色矿物 或岩屑,分选差,钙质胶结,层面有炭质或云母分布,含少量菱铁鲕粒。 黑色,以粉状、细碎块状为主,夹少量块状、粒状,局部见少量鳞片状。 深灰色,块状构造,中部部分含少量鲕粒,下部见有少量结核,底部0. 20米含大量的粉砂质,自上而下化石碎片渐少。 浅灰色,块状构造,细中粒结构,主要由石英组成,含少量长石、云母 及其它暗色矿物或岩屑,分选差,泥质胶结。 细砂岩439.634.84 灰到浅灰色,薄到中厚层状,中细粒结构,主要由石英组成,含少量暗 色矿物。 黑色,以粉状、细碎块
22、状为主,夹少量块状、粒状,局部见少量鳞片状。 统组 地 层综合 柱状 岩 性 描 述 细砂岩 累计厚度 名称 /m 厚 度 /m 二 迭 系 下 统 下 石 盒 子 组 深灰色,块状,含粉砂质结构。 深灰色,块状,含粉砂质结构。 图 1-2 矿井地质综合柱状图 1.2.2 井田地质构造井田地质构造 区域构造最主要、最突出的形象是新华夏构造和淮阴弧形构造。 该井田位于童亭背斜的南端,为走向南北,向东倾斜的单斜构造,地层倾角北缓南 陡 825,一般为 816。 童亭背斜又位于淮阴弧形构造的南部,背斜南端以板桥断层与东西走向的固镇蒙 城凸起相接。由于该井田所处的特定位置,其构造成分必与区域构造相对应
23、。 1)褶曲 邵于庄向斜位于井田东北界外,是五沟向斜的南延部分。 于大庄背斜在邵于庄向斜东部,与向斜连成一个完整的起伏状态。 本井田内,沿走向呈波状起伏,有两处较显著: 一处在 7275 线之间 5 煤露头呈波状起伏,与临近煤层露头的走向不一致。虽经 72-735、73-746、74-756 孔查证,也未见断层。另据地震补勘资料,在 73 至 76 勘探线间, F6 断层的尾部,在 72煤层中发现了 DF10、DF11、F24、DF12、DF13、DF14、DF15 等 断层。由于受断层作用,该地段地层产状发生较大变化在 DF11、F24 断层间呈现为反 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设
24、计第 5 页 向的小褶曲。沿走向分别在 70、72、74、76 勘探线处形成小向斜,其间向背斜相互交替, 小褶曲呈串珠状十分发育。 另一处在 6566 线浅部,该段地层沿走向发生强烈扭曲,呈明显的向背斜形态,经 636615 八个钻孔及 5 条地震测线控制,它是受南北向的挤压和某断层的牵引作用所致。 2)断层 根据某井田精查地质报告,井田内共查出断层 23 条,其中正断层 11 条,逆断层 12 条。断层落差大于 100m 的 5 条,断层落差大于 30m 而小于 100m 的 8 条,断层落差小于 30m 的 10 条。 从断层组合关系看,属于北东向的断层有 8 条,是由东西向的压应力挤压而
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