张双楼煤矿2.4Mta新井设计

第 I 页 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 矿区地理位置 1 1 1 2 矿区气候条件 1 1 1 3 矿区的水文情况 1 1 1 4 矿区经济状况 1 1 1 5 矿区电力供应 2 1 1 6 地震 2 1 2 井田地质特征 2 1 2 1 地层 2 1 2 2 构造 4 1 2 3 水文地质特征 4 1 3 煤层特征 6 1 3 1 煤层埋藏条件 6 1 3 2 煤层群的层数 7 1 3 3 煤层的围岩性质 7 1 3 4 煤的特征 7 2 井田境界和储量井田境界和储量 9 2 1 井田境界 9 2 1 1 井田范围 9 2 1 2 开采界限 9 2 1 3 井田尺寸 9 2 2 井田地质勘探 9 2 3 矿井地质储量 10 2 3 1 储量计算基础 10 2 3 2 矿井地质储量计算 10 2 3 3 矿井工业储量计算 11 2 3 4 矿井可采储量 12 2 4 2 工业广场保护煤柱 12 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 14 3 1 矿井工作制度 14 3 2 矿井设计生产能力及服务年限 14 3 2 1 矿井设计生产能力 14 3 2 2 井型校核 14 4 井田开拓井田开拓 16 4 1 井田开拓的基本问题 16 4 1 1 确定井筒形式 数目 位置 16 4 1 2 阶段划分和开采水平的确定 17 第 II 页 4 1 3 井田划分 17 4 1 4 主要开拓巷道 18 4 1 5 开拓方案比较 18 4 2 矿井基本巷道 23 4 2 1 井筒 23 4 2 2 井底车场及硐室 26 4 2 3 大巷 28 4 2 4 巷道支护 30 5 准备方式准备方式 采区巷道布置采区巷道布置 32 5 1 煤层地质特征 32 5 1 1 采区位置 32 5 1 2 采区煤层特征 32 5 1 3 煤层顶底板岩石构造情况 32 5 1 4 水文地质 32 5 1 5 地质构造 32 5 2 采区巷道布置及生产系统 32 5 2 1 采区位置及范围 32 5 2 2 采煤方法及工作面长度的确定 33 5 2 3 确定采区各种巷道的尺寸 支护方式及通风方式 33 5 2 4 煤柱尺寸的确定 33 5 2 5 采区巷道的联络方式 33 5 2 6 采区接替顺序 33 5 2 7 采区生产系统 34 5 2 8 采区内巷道掘进方法 34 5 2 9 采区生产能力及采出率 35 5 3 采区车场选型设计 36 5 3 1 确定采区车场形式 36 5 3 2 采区主要硐室布置 37 6 采煤方法采煤方法 39 6 1 采煤工艺方式 39 6 1 1 采区煤层特征及地质条件 39 6 1 2 确定采煤工艺方式 39 6 1 3 确定工作面长度 39 6 1 4 回采工作面破煤 装煤方式 40 6 1 5 进刀方式 40 6 1 6 移架方式 40 6 1 7 移运输机方式 40 6 1 8 放煤方式 41 6 1 9 采煤工艺 42 6 2 设备 42 6 2 1 液压支架 42 6 2 2 采煤机 44 6 2 3 工作面主运输设备 44 6 3 顶板管理 47 第 III 页 6 3 1 支护设计 47 6 3 2 工作面顶板管理 47 6 3 3 工作面上 下端头及出口的顶板管理 49 6 4 劳动组织和工作面成本 49 6 4 1 劳动组织 49 6 4 2 工作面成本 50 6 5 回采巷道布置 52 6 5 1 回采巷道布置方式 52 6 5 2 回采巷道参数 52 7 井下运输井下运输 54 7 1 概述 54 7 1 1 井下运输的原始条件和数据 54 7 1 2 井下运输系统 54 7 2 煤炭运输方式和设备选择 54 7 3 辅助运输方式和设备选择 55 7 3 1 选择电机车 55 7 3 2 设备选择 56 8 矿井提升矿井提升 57 8 1 矿井提升概述 57 8 2 主副井提升 57 8 2 1 主井提升 57 8 2 2 副井提升 59 9 矿井通风及安全矿井通风及安全 61 9 1 矿井通风系统选择 61 9 1 1 矿井概况 61 9 1 2 矿井通风系统的基本要求 61 9 1 3 矿井通风方式的确定 61 9 1 4 主要通风机工作方式选择 62 9 1 5 采区通风系统的要求 63 9 1 6 工作面通风方式的选择 63 9 1 7 回采工作面进回风巷道的布置 64 9 2 采区及全矿所需风量 64 9 2 1 采煤工作面实际需要风量 64 9 2 2 掘进工作面需风量 65 9 2 3 硐室需风量 66 9 2 4 其它巷道所需风量 67 9 2 5 矿井总风量计算 67 9 3 6 风量分配 67 9 3 矿井通风总阻力计算 68 9 3 1 矿井通风总阻力计算原则 68 9 3 2 确定矿井通风容易和困难时期 68 9 3 3 矿井最大阻力路线 68 9 3 4 矿井通风阻力计算 68 第 IV 页 9 3 5 矿井通风总阻力 69 9 3 6 两个时期的矿井总风阻和总等积孔 69 9 4 选择矿井通风设备 75 9 4 1 选择主要通风机 75 9 4 2 电动机选型 76 9 4 3 矿井主要通风设备及装备要求 77 9 5 防止特殊灾害的安全措施 78 9 5 1 瓦斯管理措施 78 9 5 2 煤尘的防治 78 9 5 3 预防井下火灾的措施 78 9 5 4 防水措施 78 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 81 参考文献参考文献 83 专题部分专题部分 浅埋煤层保水开采技术研究浅埋煤层保水开采技术研究 84 1 1 问题的提出问题的提出 84 2 2 国内外研究现状国内外研究现状 84 2 1 保水开采的提出与内涵 84 2 2 国内研究现状 84 2 3 国外研究现状 85 3 3 榆神府矿区主要地质条件榆神府矿区主要地质条件 86 3 1 典型沙基型浅埋煤层 以神东矿区为例 86 3 2 含粘土隔水层浅埋煤层 以榆树湾矿区为例 87 4 4 保水开采技术措施保水开采技术措施 89 4 1 典型沙基型浅埋煤层技术措施 89 4 1 1 保水开采分类条件中开采高度的确定 89 4 1 2 保水开采分类条件中开采速度的确定 90 4 1 3 以开采速度确定工作面长度范围 90 4 1 4 保水开采分类条件中顶板支护力的确定 90 4 1 5 保水开采分类条件中的局部处理措施 91 4 1 6 各分类保护煤柱的确定 93 4 1 7 沙基型浅埋煤层保水开采技术体系 95 4 2 含隔水粘土层浅埋煤层保水开采技术 96 4 2 1 基于粘土隔水层采动隔水性的保水开采途径 103 4 2 2 长壁工作面快速推进 103 4 2 3 局部降低采高 104 4 2 4 局部充填减沉 105 5 5 保水开采技术工程实践保水开采技术工程实践 105 5 1 补连塔 32201 工作面保水开采结论 105 5 2 大柳塔 12404 工作面保水开采结论 106 第 V 页 6 结论结论 106 6 1 含粘土隔水层保水开采技术研究结论 106 6 2 沙基型浅埋煤层保水开采技术研究结论 106 参考文献参考文献 108 翻译部分翻译部分 外文原文外文原文 109 INVESTIGATIONS OF WATER INRUSHES FROM AQUIFERS UNDER COAL SEAMS JINCAI ZHANG 109 中文译文中文译文 117 煤层下含水层突水机理研究煤层下含水层突水机理研究 117 致致 谢谢 124 一 般 部 分 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 84 页 1 矿区概述及井田地质特征 1 1 矿区概述 1 1 1 矿区地理位置矿区地理位置 张双楼煤矿位于徐州市西北 距徐州市约 79 km 在江苏沛县安国镇境内 东距大屯 煤电公司 6 5 km 南距沛县城 16 5 km 其地理坐标为 东经 116 45 18 116 52 27 北纬 34 46 56 34 49 05 东有沛屯铁路和陇海线相连 矿区的徐沛公路北上山东 南达上海 交通甚为便利 交通位置如图 1 1 图图 1 1 张双楼煤矿交通位置图张双楼煤矿交通位置图 1 1 2 矿区气候条件矿区气候条件 本区属南温带黄淮区 气象具有长江流域的过渡性质 接近北方气候特点 冬季寒 冷干燥 夏季炎热多雨 春季有干旱及寒潮 霜冻等自然灾害 但四季分明 气候温和 降水量 年平均降水量 811 7 mm 最大年降水量 1178 9 mm 最小年降水量 550 mm 成武 单县 金乡山山 虞城 艾邑 砀山 萧县 徐州 邳县 大运河 苍 山 枣庄 滕州 皇台 丰县 大屯 沛 县 微 山 湖 邵 阳 湖 张张双双楼楼矿矿 东东省省 河河 南南 省省 安安 徽徽 省省 江江 苏苏 省省 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 85 页 降水多集中于 7 8 9 月份 占全年降水量的 50 70 1 2 3 月份为枯水季节 蒸发量 年平均蒸发量 1873 5 mm 年最小蒸发量 1273 9 mm 气温 年平均气温 13 8 最高气温 40 7 最低气温 21 3 主导风向 全年以东南 偏东风为最多 年平均风速 3 2 m s 本区属季节性大陆性气候 1 1 3 矿区的水文情况矿区的水文情况 本井田地表属黄泛冲积平原 地面平坦 地面标高 37 39 m 地势西高东低 地表 水系不发育 区内东缘微山湖 东有徐沛河 南有丰沛河京杭大运河注入微山湖 1 1 4 矿区经济状况矿区经济状况 矿区工业发展迅速 已形成铸造 酿酒 缫丝 纺织 塑编 木材加工 机械制造 等八大工业体系 工业产品 100 余种 张双楼工业园区 形成了板皮加工 塑料编织 铸造加工 机械制造四大主导产业 矿区农副产品资源丰富 有优质小麦 无公害水稻 高蛋白玉米 等粮食作物 7 4 万亩 芸豆 5000 亩 黄皮洋葱 1000 亩 脱毒土豆 1000 亩 东北毛茄 1000 亩 越冬甘兰 1000 亩 大沙河无籽西瓜 14000 亩 优质红富 干苹果 4000 亩 桑园 5000 亩 有年出栏 300 万羽的肉鸭养殖基地 年出栏 150 万羽 的合同鸡养殖基地 有大型的波尔山羊养殖基地 1 1 5 矿区电力供应矿区电力供应 矿井 110 kV 主电源引自沛县 220 kV 变电站 备用电源引自大屯 110 kV 变电站 由 110 kV 线路送至距矿井 110 kV 变电站 1 1 6 地震地震 自公元 462 年以来 根据不完全统计 本区共记载有感地震 30 余次 其中影响较大 的有 1968 年 7 月 25 日山东莒县郯城 8 5 级地震 1937 年 8 月 1 日山东菏泽 7 级地震等 本区属于华北地震区 据郯庐断裂 100 余公里 该断裂为一长期活动的断裂带 亦 为强地震带 郯城至新沂一带具有发生强地震的地质构造背景 1 2 井田地质特征 1 2 1 地层地层 张双楼煤矿地层属华北型 煤系地层为石炭 二迭系 均为第四系或侏罗 白垩系 所覆盖 区内揭露的地层有奥陶系下统肖县组 未揭穿 马家沟组 奥陶系中统阁庄组 八陡组 石炭系中统本溪组 石炭系上统太原组 二迭系下统山西组和下石盒子组 二 迭系上统上石盒子组 侏罗 白垩系 第四系 由老至新概述如下 1 奥陶系 O 地层厚度 461m 为肖县组 O1x 马家沟组 O1m 阁庄组 O2g 和八陡组 O2b 下统肖县组 O1x 本区仅一个钻孔揭露 最大揭露厚度 125m 岩性为灰 灰白色微带肉红色白云岩 灰质白云岩 夹灰黑色微晶灰岩 泥砾灰岩 下统马家沟组 O1m 本区仅一个钻孔全层揭露 全组厚度约 198m 岩性上部为灰色或呈浅褐色隐晶质灰 岩夹薄层白云岩和含白云质灰岩 下部为似豹斑状灰岩 夹泥质条带 与下伏肖县组地 层呈整合接触 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 86 页 中统阁庄组 O2g 本区仅个别钻孔揭露 全组厚约 113m 岩性由浅灰 灰白或浅褐色微晶状白云岩 灰质白云岩夹薄层泥灰岩 灰岩组成 与下伏马家沟组地层呈整合接触 中统八陡组 O2b 本区仅个别钻孔揭露 全组厚约 25m 由灰 棕灰色厚层状质纯隐晶质灰岩夹薄层 灰绿色泥岩组成 与下伏阁庄组地层呈整合接触 2 石炭系 C 地层厚度 188m 为本溪组和太原组 中统本溪组 C2b 本区仅少数钻孔揭露 全组厚约 20 38 29m 为海陆交替相沉积 中 上部主要由 浅灰色致密状灰岩夹灰绿色 杂色泥岩组成 下部为绛紫色泥岩及褐黄色铝土质泥岩 偶含薄层灰岩 底部为一层绛紫色铁质泥岩与下伏奥陶系中统八陡组地层呈假整合接触 产 Fusulinella bocki 薄克氏小纺锤蜓 Beedeina yangi 扬氏比德蜓 Pseudowedekindellina prodixa 伸长假魏特肯蜓 Eostaffella quasiampla 似丰满始史塔夫蜓 Chonetes of carbonifera 石炭戟贝 相似种 上统太原组 C3t 本区大多数钻孔揭露 全组厚 145 179 159m 本组地层为海陆交互相沉积 是本区 主要含煤地层之一 沉积旋回清晰 标志层明显 发育了薄 厚层灰岩十三层及十一层薄 煤 其中 一 四 十二灰是全区标志层 本组主要由灰色细 中粒砂岩 灰黑色泥岩 砂泥岩 灰岩和煤组成 一 二灰为生物化学岩 常具方解石晶体 四灰最厚 平均 8 21m 且含燧石 十二灰中下部富含蜓科化石及燧石 无名灰上 九灰下赋存 17 煤 十二灰下赋存 21 煤 为本区主要可采煤层 底部以一层铝质泥岩与下伏本溪组地层分界 呈整合接触 产 Neuropteris ovata 卵脉羊齿 Taeniopteris 多脉带羊齿 Chonetes 石炭戟贝 Lengula sp 燕海扇 未定种 Schizodus sp 裂齿蛤 未定种 Schwagerina 希瓦格蜓 3 二叠系 P 下统山西组 P1s 本区主要含煤地层之一 整合于太原组地层之上 全组厚 93 185 113m 本组地层 属过渡相沉积 即由泻湖海湾波浪带 泻湖海湾 滨海沼泽相组成 沉积旋回明显 大 体可分为三个沉积旋回 含煤 1 5 层 其中 7 9 煤为本区主采煤层 现将岩性分旋回 自下而上分述如下 第一旋回 厚 21m 灰黑色海相泥岩 深灰色砂泥岩 灰白色细粒砂岩 9 煤 海相 泥岩 致密性脆 含少量动物化石及黄铁矿 偶夹钙质透镜体 顶部常呈砂泥岩 9 煤沉 积较稳定 第二旋回 厚 34m 灰白色厚层中 细粒砂岩 灰色砂泥岩 7 煤 7 煤沉积较稳定 第三旋回 厚 58m 灰色砂泥岩 浅灰 浅灰白色细 中粒砂岩 深灰色砂泥岩 泥 岩 本旋回下部偶含 5 煤或 6 煤 产 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 87 页 Pecopteris kativenosa 厚脉栉羊齿 Pecopteris arcuata 弯脉栉羊齿 Sphenophyllum oblongifolium 长椭圆形楔叶 Alethopteris ascendens 细脉座延羊齿 Lingula sp 舌形贝 未定种 Rhacopteris bertrandii 裂扇羊齿 下统下石盒子组 P1xs 为本区含煤地层之一 全组厚 161 247 220m 本组为内陆湖泊沼泽相沉积 上段由 杂色泥岩 砂泥岩间夹灰白 灰绿色粉细砂岩等组成 底部为一厚层状浅灰 灰白色中 细粒砂岩 局部为粗粒砂岩 柴砂 下段由灰色或灰绿色夹紫红色斑点泥岩 砂泥岩及 灰色砂岩组成 局部发育有 1 2 层薄煤 均不可采 底部为一层灰白 灰绿色中粗粒砂 岩 俗称分界砂岩 全区稳定 为本区对比标志层 本组地层与下伏山西组地层呈整合 接触 产 Cladophlebis sp 枝脉蕨 未定种 Sphenophyllum oblongifolium 长椭圆形楔叶 Pecopteris arcuata 弯脉栉羊齿 Lingula sp 舌形贝 未定种 Chiropteris kawasakii 脊掌蕨 上统上石盒子组 P2SS 本区揭露残留地层厚度 12 175 101m 上部由杂色泥岩 砂质泥岩为主 间夹薄层 灰绿 绛紫色砂岩 内含大量铝土质和菱铁质鲕粒 下部由紫红 灰绿色中细粒砂岩为 主 间夹杂色砂质泥岩及蛋青色薄层铝土质泥岩 砂泥岩组成 底部为紫色或灰白色 中 粗粒含砾石英砂岩 奎山砂岩 与下伏下石盒子组地层呈整合接触 产 Lobatannularia ensifolia 剑形瓣轮叶 Sphenopteris tenuis 纤弱楔羊齿 Lobatannularia multifolia 多叶瓣轮叶 Chiropteris reniformis 肾掌蕨 4 侏罗 白垩系 J K 本区内揭露残留地层最大厚度 509m 13 2 孔 平均 290m 上部由深灰 暗紫色泥 岩 砂泥岩夹砂岩组成 下部由绛紫色 紫红色砂泥岩 灰绿色细砂岩夹砾岩组成 底 部常有一层较厚的绛紫色 紫红色含砾砂岩 砾石成份为石英岩 灰岩等 砾径 1 6mm 厚 度变化大 局部相变为砂泥岩或砂岩 与下伏地层呈不整合接触 5 第四系 Q 为一套松散沉积物 由粘土 砂质粘土 细中粗砂及砂砾层组成 与下伏各系地层 呈不整合接触 厚度 196 319 250m 在井田走向上由东北向西南增厚 倾向上中深部最 薄 向两侧逐渐增厚 其岩性特征 上部 上段由棕黄 棕灰色粉砂夹薄层粘土 砂质粘土组成 下段由棕黄 灰绿色 粘土 砂质粘土夹细 中粗砂层组成 粘土中常含砂姜 厚约 90m 中部 由灰白 灰绿 土黄色细中粗砂夹灰褐色粘土 砂质粘土组成 粘土中常含 砂姜及铁锰质结核 厚约 74 m 下部 主要由灰白 灰绿及灰褐色粘土 砂质粘土组成 夹 2 5 层细中粗砂透镜体 厚约 72m 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 88 页 底部常有一层砂砾层 砾石成份为石英 灰岩 砾径 2 4cm 滚圆良好 充填物为 粘土及砂 厚约 14m 1 2 2 构造构造 全井田共发现 3 条断层 皆为正断层 按断层落差分 最大落差大于等于 100m 的 1 条 小于 100m 而大于等于 50m 的 1 条 小于 50m 大于等于 30m 的 1 条 断层的延展方 向以北西西和北西向为主 次为北东向 本井田构造复杂程度属简单类型 1 2 3 水文地质特征水文地质特征 张双楼地区基岩含水层 包括煤系地层含水层和奥陶系灰岩水层均有隐伏露头 即 为第四系地层直接覆盖 虽然各含水层是来自大气降水入渗 且第四系第一段砂岩层含 水量较大 但第四系下部有一层厚达 14 4 m 的粘土隔水层段 底砾层多为砂泥质充填 含水性小 故其顶部可视为弱水边界 本地区地下水为一个四周隔水 顶部弱透水的相对封闭的水文地质单元 区内随着 矿井排水 各含水层水位持续下降 说明都在消耗静储量 单元内部奥灰水作为水库不 断向煤系地层含水层补给 含水层 1 第四系砂岩或砂砾层空隙含水层 第四系为一套松散的沉积物 井田内厚度 30 80 m 平均 70 m 大体分为五段 包 括三个含水层 一个弱透水层和一个隔水层组 从上至下依次为 第一段砂层空隙潜水含水层组 含 本段厚 6 19 m 平均为 17 6 m 主要由棕黄 棕灰色粉砂 粘土质砂夹薄层粘土 砂质粘土组成 据水文孔抽水试验资料 水质为 HCO3 K Na 型 矿化度为 0 75 0 84 g l 富水性中等 是当地居民生活的主要水源 第二段粘土 砂质粘土及砂层弱透水层组 透 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 89 页 本段厚 9 8 15 4 m 平均为 10 4 m 主要由黄褐色 棕褐色及灰绿色粘土 砂质粘土 图图 1 2 综合地质柱状图综合地质柱状图 组成 常夹 2 6 层细砂 粘土质砂 局部为中粗粒砂 砂层犬牙交错 总厚度为 1 4 9 m 平均为 3 3 m 约占本段厚度的 31 7 本段可视为弱透水层组 第三段砂层孔隙承压水层组 含 本段厚 13 26 2 m 平均为 24 8 m 由灰白 灰绿 土黄色 中 粗砂及粘土质砂夹 薄层粘土 砂质粘土组成 粘土总厚度 3 2 4 8 m 平均为 3 52 m 占本段厚度的 23 8 据流量测井资料 k 2 106 m d 本层水是目前张双楼矿区的工业和生活水源 据水 源井取水和水质资料 出水量大于 60 m3 h 水质类型为 SO4 K Na 本层属于富水性中 等含水层组 第四段粘土隔水层组 隔 本段厚度 12 7 16 3 m 平均 14 4 m 井田内东薄西厚 总体上比较稳定 主要灰白 灰绿及灰褐色粘土 砂质粘土组成 局部夹 2 5 层砂层透镜体 该层作为隔水层组 对 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 90 页 控制上部 1 含 3 含垂直向下入渗补给 5 含起到了抑制作用 第五段砂砾层承压含水层组 含 本段常称作底砾层 厚 0 7 8 m 平均为 2 8 m 井田东部普遍发育 西部有大面积 缺失 其上部以灰黄色含砾粗砂或粘土质砂为主 下部以杂色砂砾为主 夹不稳定薄层 粘土 砾石成分主要为石英砂 粒径 2 4 cm 滚圆良好 隙间充填物为粘土及砂 含量 达 50 60 本层属于中等含水层 2 二迭系砂岩裂隙含水层 二迭系地层包括上石盒子组 12 175 101 m 下石盒子组 165 247 220 m 山西组 93 185 112 m 总厚度 433 m 主要由泥岩 砂质泥岩加沙岩石组成 砂岩含水层据其 厚度和富水情况主要由上石盒子组底部奎山砂岩 下石盒子组中部砂岩 下石盒子组底 部分界砂岩 下部 7 9 煤顶砂岩含水层 第一段 上石盒子组底部奎山砂岩裂隙承压水含水层 厚 10 22 41 7 m 平均为 21 63 m 分布广泛 立井井筒揭露该层时用水量达 126 m3 h 富水性中等 由于该含水层距离 7 煤较远 对井田煤层开采无直接充水影响 第二段下石盒子组中部砂岩裂隙承压含水层 厚 14 49 1 m 平均为 34 00 m 分布在 6 线以西 主井井筒揭露该层时用水量达 104 m3 h 富水性中等 该含水层对矿井煤层开采无直接影响 第三段下石盒子组底部分界砂岩裂隙承压水层 厚 2 76 26 60 m 平均为 11 06 m 分布在 7 线以西 主井接露时用最大涌水量 70 80 m3 h 副井清理斜巷揭露时最大用水量 69 4 m3 h 富水性小 据水位观测资料 500 m 水平以上该含水层以呈半疏干状态 3 山西组下部砂岩裂隙承压含水层 7 煤顶板砂岩含水层 厚度 1 20 39 60 m 平均为 18 93 m 为 7 煤老顶或直接顶 据抽水试验资料 q 0 0026 L m s k 0 0014 m d 综合勘探和生产揭露情况分析 富水 性属小 中等 水质类型为 SO4 Ca K Na 型 矿化度为 3 186 4 544 g L 本层为开采 7 煤 直接充水含水层 矿井的历年涌水量的变化范围为 20 340 m3 h 水文地质属于简单型 全井田最大涌 水量为 340 m3 h 正常涌水量为 320 m3 h 1 3 煤层特征 1 3 1 煤层埋藏条件煤层埋藏条件 走向 东西走向 倾向 北偏西 倾角及其变化 14 25 煤层的露头深度 211 m 风化带深度 218 m 1 3 2 煤层群的层数煤层群的层数 本区主要含煤地层为石炭二迭系 其中 石炭系太原组 C3t 二迭系山西组 P11 总厚度 272 m 含煤 16 层 平均累计厚度 9 30 m 含煤系数 3 40 含主要可采煤层 1 层 平均总厚度 9 5m 山西组 本组厚 113 m 含煤 1 5 层 平均累计厚度 6 63 m 含煤系数 3 5 含主 要可采煤层 1 层 即 7 煤 平均总厚度 9 5 m 太原组 本组厚 159 m 含煤 9 11 层 平均累计厚度 3 70 m 含煤系数 3 3 无可 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 91 页 采煤层 1 3 3 煤层的围岩性质煤层的围岩性质 7 煤顶板多为泥岩 砂泥岩 底板多为灰色粉砂岩 煤层顶底板具体情况见表 1 1 表表 1 1 煤层顶底板情况一览表煤层顶底板情况一览表 顶底板 名称 岩石 名称 厚度 m 特性描述 基本顶细砂岩8 57浅灰 浅灰白色 有厚脉栉羊齿化石 直接顶砂泥岩4 55灰色 含长椭圆形楔叶化石 直接底砂泥岩4 19深灰色 含少量动物化石及黄铁矿 偶夹钙质透镜体 基本底细砂岩24 69 灰白色 致密坚硬 以石英长石为主 钙质胶结 斜层理为 主 1 3 4 煤的特征煤的特征 本区 7 煤呈油脂 半暗淡光泽 鳞片状及厚薄不等的条带状结构 硬度 II III 内生 裂隙发育 性脆易碎 为光亮 半暗型煤 7 煤容重测定值 1 31 1 55 本矿采用 1 42 煤 质稳定 各主要指标变化很小 为中变质程度的气肥煤 可作为电力 船舶 锅炉用煤 及其它工业用煤 并且可作为良好的炼焦配煤 煤层具体特征见表 1 2 1 3 1 4 1 5 表表 1 2 煤层特征表煤层特征表 煤 层 厚 度8 6 10 4m 加权平均厚度为 9 5 m 为厚煤层 煤 层 倾 角14 25 平均 18 为倾斜煤层 煤层硬度系数f 2 3 表表 1 3 可采煤层元素分析统计表可采煤层元素分析统计表 煤层煤种Cdaf Hdaf Ndaf Odaf 7气煤 81 39 84 81 83 62 21 5 02 5 77 5 50 21 0 68 1 50 1 42 21 8 34 11 59 9 53 21 表表 1 4 可采煤层煤芯煤样工业分析成果表可采煤层煤芯煤样工业分析成果表 发热量 MJ kg 煤层 Qb adQgr dQnet d 原 煤 19 90 31 06 27 19 33 20 24 32 08 27 79 33 0 68 1 50 1 42 10 7 精 煤 29 32 31 55 30 82 6 30 75 31 85 30 68 6 29 05 31 83 30 46 6 表表 1 5 主要煤质指标分级一览表主要煤质指标分级一览表 原煤灰分 煤层精煤挥发份 Ad熔融性 原煤含硫原煤发热量粘结性数码 738 15中灰高 难溶特低中高中等44 瓦斯 区内先后共采集了 10 个瓦斯钻孔 瓦斯含量测定成果见表 1 6 和表 1 7 表表 1 6 可采煤层钻孔瓦斯含量测定成果统计表可采煤层钻孔瓦斯含量测定成果统计表 煤层CH4 m3 g C02 m3 g N2 m3 g C2H6 m3 g 备注 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 92 页 70 1 0 169 1 74 0 507 7 0 01 表表 1 7 可采煤层钻孔瓦斯自然成分统计表可采煤层钻孔瓦斯自然成分统计表 煤层CH4 C02 N2 C2H6 备注 7 2 94 1 74 4 11 2 10 6 50 45 26 21 8 44 28 89 35 72 75 8 0 05 全矿井相对瓦斯涌出量 0 77 m3 t d 绝对瓦斯涌出量 1 84 m3 min 按照 煤矿安全 规程 规定 日产一吨煤瓦斯涌出量在 10 m3以下的矿井为低瓦斯矿井 本矿为低瓦斯矿 井 煤尘 本区综采 机掘的最大最小煤尘浓度和平均浓度为 337 8 mg m3 136 8 mg m3 189 4 mg m3 煤尘爆炸性指数在 43 左右 均属于有煤尘爆炸危险性煤层 煤的自燃倾向 区内共采取 5 个煤层自燃倾向试验样本 煤层自燃倾向试验成果见 表 1 8 表表 1 8 煤层自燃倾向试验成果表煤层自燃倾向试验成果表 煤层采样点数T1T2T3 T 1 3 煤的自燃倾向系数 75 336 370 346 5 327 343 332 5 319 339 327 5 9 44 20 5 不易自燃 井田内煤层的自燃发火期一般为 3 6 个月 为不易自燃煤层 地温 井田内在地面进行了 10 个地质钻孔的测温工作 其中近似稳态测温孔 2 个 其它均为简易测温孔 地温梯度及相同深度岩温对比见表 1 9 表表 1 9 地温梯度及相同深度岩温对比表地温梯度及相同深度岩温对比表 深度 300 m 地温 500 m 地温 800 m 地温 1000 m 地温 地温梯度 100 m 地温率 m 变化范围21 8 23 524 0 25 727 4 29 129 6 31 32 25 2 8136 6 44 3 平均23 024 828 130 81 1239 8 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 93 页 2 井田境界和储量 2 1 井田境界 2 1 1 井田范围井田范围 矿井东起 F1 大断层 西到 F24 井田边界 南自太原组 7 煤层露头线 北到 1200m 水 平 7 煤层底板等高线 水平标高为 200m 1200 m 井田走向长 7 6 km 倾斜宽 2 7 km 面积约 20 8km2 地面地形平坦 标高一般在 38 39m 2 1 2 开采界限开采界限 本井田共含煤 4 层 分别为 7 9 17 21 煤层 其中 7 煤为主要可采煤层 9 17 21 煤为不可采煤层 7 煤层平均总厚 9 5m 由于 7 煤层厚度大 赋存条件较好 故本设计矿井仅考虑 7 煤层 2 1 3 井田尺寸井田尺寸 井田的走向平均长度为 7 6km 井田的倾斜方向平均长度为 2 7km 煤层的倾角最大为 25 最小为 14 平均为 18 井田的水平面积按下式计算 S H L 2 1 式中 S 井田的水平面积 m2 H 井田的平均水平宽度 m L 井田的平均走向长度 m 则井田的水平面积为 S 7 6 2 7 20 52 km2 井田赋存状况示意图如图 2 1 所示 图图 2 1 井田赋存状况示意图井田赋存状况示意图 2 2 井田地质勘探 井田南部钻孔分布均匀 地质勘探类型为精查 北部的东半部分钻孔分布均匀 为 详细勘探区 西半部钻孔较少 为普查区 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 94 页 井田内断层南部以及断层北部东大半部分属 111b 1 级储量 断层附近及露头附近属 122b 级储量 其它区域为 111b 2 级储量 高级储量占94 15 符合煤炭工业设计规范要 求 7 号煤层最小可采厚度为 8 6 m 最大可采厚度为 10 4m 平均 9 5 m 2 3矿井地质储量 2 3 1 储量计算基础储量计算基础 1 根据本矿的井田地质勘探报告提供的煤层储量计算图计算 2 根据 煤炭资源地质勘探规范 和 煤炭工业技术政策 规定 煤层最低可采 厚度为 0 70m 原煤灰分 40 3 依据国务院过函 1998 5 号文 关于酸雨控制区及二氧化硫污染控制区有关 问题的批复 内容要求 禁止新建煤层含硫份大于 3 的矿井 硫份大于 3 的煤层储量 列入平衡表外的储量 4 储量计算厚度 夹石厚度不大于 0 05m 时 与煤分层合并计算 复杂结构煤层 的夹石总厚度不超过每分层厚度的 50 时 以各煤分层总厚度作为储量计算厚度 5 井田内主要煤层稳定 厚度变化不大 煤层产状平缓 勘探工程分布比较均匀 采用地质块段的算术平均法 2 3 2 矿井地质储量计算矿井地质储量计算 矿井可采煤层为 7 煤 由于矿井井田形状规整 本区矿井储量采用网格法 将井田 分为 A B C D 四个块段 根据等高线疏密程度划分面积小块 具体分块情况见图 2 2 井田地质储量计算面积划分示意图 根据每个面积小块的等高线水平间距和高差计算出 面积小块的煤层倾角 用 CAD 命令计算面积小块的水平面积 由此可计算得出每个块段 的不同储量 矿井地质总储量即为各块段储量相加之和 再根据 2 2 cosSrmZ 式中 Z 矿井地质储量 t S 井田块段面积 m2 m 煤层平均厚度 煤层的容重 1 42 t m3 各块段煤层的倾角 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 95 页 图图 2 2 矿井块段划分图矿井块段划分图 由式 2 2 及矿井块段划分图 得各块段地质储量计算见下表 2 1 表表 2 1 矿井地质储量计算表矿井地质储量计算表 煤层厚度 m 块段名称倾角 面积 m2 7 煤 储量核算 Mt A1863924459 590 772719 B1464123239 589 177564 C2546031729 568 238231 D2243495069 563 091221 资源总储量311 279736 则矿井地质储量 Mt 3 311 Z 2 3 3 矿井工业储量计算矿井工业储量计算 矿井工业储量是指在井田范围内 经过地质勘探 煤层厚度与质量均合乎开采要求 地质构造比较清楚 目前可供利用的可列入平衡表内的储量 矿井工业储量是进行矿井 设计的资源依据 一般也就是列入平衡表内的储量 矿井工业储量 地质资源量中探明的资源量 331 和控制的资源量 332 经分类得出的 经济的基础储量 111b 和 122b 边际经济的基础储量 2M11 和 2M22 连同地质资源量中 推断的资源量 333 的大部 归类为矿井工业储量 工业资源 储量 333k 次边际经济的资源量2S22 边际经济的基础储量2M22 经济的基础储量122b 次边际经济的资源量2S11 边际经济的基础储量2M11 经济的基础储量111b 推断的资源量333 控制的资源量332 探明的资源量331 地质资源量 储量的分配探明储量 控制储量 推断储量按 6 3 1 分配 经济基础储量 边际 经济基础储量按 90 10 分配 次边际经济基础储量不计 各种储量分配见表 2 2 表表 2 2 矿井工业储量计算表矿井工业储量计算表 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 96 页 探明储量 Mt控制储量 Mt 类别 经济储量边际储量经济储量边际储量 推断储量 Mt 数量168 10218 67884 0519 339 合计186 7893 39 31 13 Zg 111b 122b 2M11 2M22 333k 2 3 其中 k 0 8 Zg 168 78 18 678 84 051 9 339 31 13 0 8 305 074 Mt 2 3 4 矿井可采储量矿井可采储量 矿井设计资源储量按式 2 3 计算 Zg s Z 1 P 式中 矿井设计资源 储量 s Z 断层煤柱 防水煤柱 井田境界煤柱 地面建筑煤柱等永久煤柱损失 1 P 量之和 按矿井工业储量的 3 算 则 Zg Zg Zg 3 305 074 305 074 3 295 92 Mt s Z 1 P 矿井设计可采储量 2 kk ZZP C 式中 矿井设计可采储量 k Z 工业场地和主要井巷煤柱损失量之和 按矿井设计资源 储量的 2 算 2 P C 采区采出率 厚煤层不小于 75 中厚煤层不小于 80 薄煤层不小 于 85 此处取 0 75 则 295 92 295 92 2 75 217 5 Mt 2 kk ZZP C 2 4 2 工业广场保护煤柱工业广场保护煤柱 工业广场的占地面积 根据 煤矿设计规范中若干条文件修改决定的说明 中第十 五条 工业场地占地面积指标见表 2 3 表表 2 3 工业广场占地面积指标表工业广场占地面积指标表 井型 Mt a 1占地面积指标 ha 0 1Mt 1 2 4 及以上1 0 1 2 1 81 2 0 45 0 91 5 0 09 0 31 8 矿井井型设计为 2 4Mt a 因此由表 2 3 可以确定本设计矿井的工业广场为 0 24km2 本设计取 0 83 的系数 则工业广场的面积约为 0 2km2 工业广场属于 级保护 需要留 设 15m 宽的围护带 本设计选定工业广场长为 500m 宽为 400m 新生界松散层厚度 196 319m 平均 250m 结合本矿井的地质条件及冲积层和基岩移动角 表 2 4 采用垂 直剖面法计算工业广场的压煤损失 表表 2 4 地质条件及岩层移动角地质条件及岩层移动角 煤层倾角 煤层厚度 m广场中心深度 m 149 5 5045757565 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 97 页 由此根据上述以知条件 画出如图 2 3 所示的工业广场保护煤柱的尺寸 图图 2 3 工业广场保护煤柱工业广场保护煤柱 由图可得出保护煤柱的尺寸为 由 CAD 量的梯形的面积分别是 1260506 0620m2 S7 煤 1260506 0620 cos14 1299094 727m2 则 工业广场的煤柱量为 Z工 S M R 式中 Z工 工业广场煤柱量 万吨 S 工业广场压煤面积 M 煤层厚度 7 煤 9 5 m R 煤的容重 1 42t m3 则 Z工 1299094 727 9 5 1 42 10 4 1752 47 万吨 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 98 页 3 矿井工作制度 设计生产能力及服务年限 3 1 矿井工作制度 按照 煤炭工业矿井设计规范 中规定 参考 关于煤矿设计规范中若干条文修改的 说明 确定本矿井设计生产能力按年工作日 330 天计算 三八制作业 两班生产 一班 检修 每日两班出煤 净提升时间为 16 小时 3 2 矿井设计生产能力及服务年限 3 2 1 矿井设计生产能力矿井设计生产能力 因为本井田设计丰富 主采煤层赋存条件较简单 井田内部大断层探测清楚 且走 向与煤层走向大致平行 对开采影响较小 比较合适布置大型矿井 经校核后确定本矿 井的设计生产能力为 240 万吨 年 3 2 2 井型校核井型校核 下面通过对设计煤层开采能力 辅助生产能力 储量条件及安全条件等因素对井型 加以校核 1 矿井开采能力校核 张双楼煤矿 7 煤层为厚煤层 煤层平均倾角为 18o 地质构造简单 赋存较稳定 矿 井瓦斯含量很小 涌水小 在做好防滑措施下工作面长度可以适当加大 2 辅助生产环节的能力校核 本矿井为大型矿井 开拓方式为立井开拓 主井提升容器为两对 8 吨底卸式提升箕 斗 提升能力可以达到设计井型的要求 工作面生产原煤一律用带式输送机运到采区煤 仓 运输能力很大 自动化程度很高 原煤外运不成问题 辅助运输采用罐笼 同时本 设计的井底车场调车方便 通过能力大 满足矸石 材料及人员的调动要求 所以辅助 生产环节完全能够满足设计生产能力的要求 3 通风安全条件的校核 本矿井煤尘具有爆炸性瓦斯含量相对较低 属于低瓦斯矿井 矿井涌水量小 矿井 通风前期采用中央并列式通风 后期采用两翼对角式通风 矿井达产初期对首采只需先 建一个风井即可满足矿井的通风需求 后期再建两风井 可以满足整个矿井通风的要求 本井田内存在若干断层 已经查到且不导水 不会影响采煤工作 所以各项安全条件均 可以得到保证 不会影响矿井的设计生产能力 4 储量条件校核 井田的设计生产能力应于矿井的可采储量相适应 以保证矿井有足够的服务年限 矿井服务年限的公式为 T Zk A K 3 1 其中 T 矿井的服务年限 年 Zk 矿井的可采储量 217 5Mt A 矿井的设计生产努力 240 万吨 年 K 矿井储量备用系数 取 1 4 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 99 页 则 T 217 5 100 240 1 4 64 73 年 本矿井的开采服务年限符合规范的要求 注 确定井型是要考虑备用系数的原因是因为矿井每个生产环节有一定的储备能力 矿井达产后 产量迅速提高 局部地质条件变化 使储量减少 有的矿井由于技术原因 使采出率降低 从而减少储量 为保证有合适的服务年限 确定井型时 必须考虑备用 系数 5 第一水平服务年限校核 根据 煤炭工业矿井设计规范 第 2 2 5 条规定 矿井的设计生产能力与服务年限相 适应 才能获得好的技术经济效益 井型和服务年限的对应要求见表 3 1 表表 3 1 我国各类井型的矿井和第一水平设计服务年限我国各类井型的矿井和第一水平设计服务年限 第一开采水平服务年限 矿井设计生产 能力万 t a 1 矿井设计服务年限 a 煤层倾角 45 600 及以上7035 300 5006030 120 24050252015 45 9040201515 9 30各省自定 由上表可知 煤层倾角低于 25 矿井设计生产能力为 1 2 2 4Mt a 时 矿井设计 服务年限不宜小于 50a 第一开采水平设计服务年限不宜小于 25a 本设计中 煤层平均倾角低于 25 设计生产能力为 2 4Mt a 矿井服务年限为 64 73a 第一水平服务年限为 30 14a 符合 煤炭工业矿井设计规范 的规定 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 100 页 4 井田开拓 4 1 井田开拓的基本问题 在此研究的是宏观主下行裂隙 裂隙粗糙度对其弥合性没有太大影响 因此假设粘 水隔水层形成的裂隙结构面是绝对光滑的 对于具有光滑结构面的裂隙 隙宽是指两壁 之间的法向相对距离 由此构造隙宽函数 B x y 单位为 mm 其中 x 为裂隙水平长度 y 为裂隙发展深度 由于隙宽函数具有非线性 相对复杂 无法得出理想的函数关系 在解决水在粘土隔水层中的渗流以及裂隙遇水膨胀问题中 对隙宽函数进行处理 得出 平均隙宽 B0 x y 即单位走向长度裂隙张开的距离 单位为 mm 用平均隙宽来表征裂 隙的几何尺度 基于粘土的渗透性和膨胀性的单指标裂隙弥合判据 在对上行裂隙和下行裂隙的性质充分分析发现 上行裂隙一旦贯通粘土隔水层与潜 水沟通以后 那么隔水层就会瞬间失稳 潜水会顺着贯通裂隙直达上覆基岩直到工作面 和采空区 虽然粘土具有渗透膨胀特性 但是隔水层的瞬间失稳导致粘土来不及与水进 行耦合反应 不可能进行膨胀弥合 隔水层彻底失去隔水性 而下行裂隙的发育与上行 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 101 页 裂隙有本质的区别 下行裂隙发育充分以后 如果没有贯通粘土层 那么隔水层处于相 对稳定的状态 地表潜水沿着裂隙开口向下流动渗透 在此过程中 潜水与粘土有充分 的时间进行耦合反应 并且我们发现 下行裂隙的形成总是一个由小到大的过程 是一 个缓慢发展的过程 有足够的时间让水与粘土进行充分的耦合反应 使粘土的渗透膨胀 特性达到充分展现 从以上的分析可以看出 利用粘土的渗膨胀特性对隔水层裂隙进行弥合评判 只能 针对下行裂隙而言 对下行裂隙进行理想化处理 把下行裂隙处理成一个长方形模型如 下图 4 8 所示 图图 4 8 裂隙理想化模型裂隙理想化模型 受采动的影响 上覆粘土隔水层形成裂隙 潜水顺着下行裂隙向下流失 由于裂隙 尚未贯通 在水头压力的作用下 潜水会向裂隙两边及下方渗透 使得粘土充分遇水进 行耦合 导致裂隙两侧粘土体不断的膨胀 最后达到裂隙弥合的效果 根据粘土遇水的 膨胀特性可以得出判别静态下行裂隙渗透膨胀的弥合公式 其中 为裂隙膨胀量 即弥合量 kT 为粘土渗透系数 e 为有侧限膨胀率 t 为裂隙遇水耦合时间 B0 为平均隙宽 根据对榆树湾煤矿粘土隔水层所做的膨胀性和渗透性实验可知 离石黄土渗透率为 kT 0 856m d 有侧限膨胀率为 e 16 1 以粘土遇水耦合的作用时间为 12 小时 代 入渗透膨胀公式计算可得 13 78cm 因此 当