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断层破碎带巷道支护.rar

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    编号:20180910091948521    类型:共享资源    大小:4.97MB    格式:RAR    上传时间:2018-09-10
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    断层 破碎 巷道 支护
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    中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计目 录一般部分1 矿区概述及井田地质特征 ................................................................................11.1 矿区概述 ..................................................................................................11.2 井田地质特征 ..........................................................................................31.3 煤层特征 ..................................................................................................92 井田境界和储量 ..............................................................................................142.1 井田境界 ................................................................................................142.2 矿井工业资源储量 ................................................................................142.3 矿井可采储量 .......................................................................................162.4 工业广场煤柱 ........................................................................................163 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限 ..................................................183.1 矿井工作制度 ........................................................................................183.2 矿井设计生产能力及服务年限 ............................................................184 井田开拓 ..........................................................................................................204.1 井田开拓的基本问题 ............................................................................204.2 矿井基本巷道 ........................................................................................275 准备方式——采区巷道布置 ..........................................................................335.1 煤层地质特征 ........................................................................................335.2 采区巷道布置及生产系统 ...................................................................345.3 主要硐室 ................................................................................................376 采煤方法 ..........................................................................................................386.1 采煤工艺方式 .......................................................................................386.2 回采巷道布置 ........................................................................................497 井下运输 ..........................................................................................................537.1 概述 ........................................................................................................537.2 采区运输设备选择 ................................................................................547.3 大巷运输设备选择 ................................................................................558 矿井提升 ..........................................................................................................588.1 概述 ........................................................................................................588.2 主副井提升 ............................................................................................589 矿井通风及安全 ..............................................................................................639.1 矿井通风系统选择 ................................................................................639.2 采区及全矿所需风量 ...........................................................................679.3 矿井通风总阻力计算 ............................................................................719.4 选择矿井通风设备 ................................................................................789.5 防止特殊灾害的安全措施 ....................................................................81中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计10 矿井基本技术经济指标 ................................................................................83参考文献 ......................................................................................................85专题部分断层破碎带巷道支护 ..........................................................................................870 引言 ..................................................................................................................871 国内外研究现状 ..............................................................................................871.1 国内外巷道围岩注浆技术的研究现状 ...............................................871.2 国内外处理位于破碎带中的巷道围岩稳定性现状 ...........................901.3 研究的主要内容与方法 .......................................................................911.4 研究技术路线 .......................................................................................912 固庄矿 15 号地质破碎带基本情况及巷道围岩力学试验 ............................922.1 煤层概况及巷道支护现状 ...................................................................922.2 目前支护形式存在的问题分析 ............................................................952.3 煤及顶底板岩石力学试验及结果 ........................................................982.4 固庄煤矿 15 号煤层顺槽褶曲构造段围岩稳定性分类 ....................1003 破碎带支护理论与参数研究 ........................................................................1013.1 构造破碎带 ..........................................................................................1013.2 破碎带注浆补强理论 .........................................................................1023.3 巷道松动圈计算 .................................................................................1033.4 沉积岩系的工程类比与锚索支护 .....................................................1053.5 根据巷道围岩稳定性分类的工程类比设计方法 .............................1064 锚注方式及其参数研究 ................................................................................1074.1 注浆材料的规格、性能及其选择 ......................................................1074.2 注浆参数确定 ......................................................................................1094.3 注浆工艺 ..............................................................................................1134.4 注浆设备 ..............................................................................................1135 结论与展望 ....................................................................................................114参考文献 ....................................................................................................116翻译部分英文原文 ....................................................................................................119中文译文 ....................................................................................................124致 谢 ................................................................................................................127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 矿区概述1.1.1 矿区地理位置新源煤矿位于山西省沁源县西南部,隶属于李元镇管辖。地理坐标为: 北纬 36°33′04″~36 °34′53″, 东经 112°12′31″~112 °14′33″,矿井工业场地位于山西省沁源县西部李元镇附近,距沁源县城约 17km。沁(源)~洪(洞 )公路从井田北部通过,向东 17km 至沁源县城接汾(阳)~屯(留)省级公路及沁( 沁源 )~沁( 沁县) 公路,煤矿距太焦线沁县火车站 76km,距 309 国道张店镇 54km , 距南同蒲线介休市 100km、距平遥县城 105km,向西南经古县约 75km 旧公路可至洪洞县与大( 同 )~运( 城) 高速公路或南同蒲洪洞火车站接运,交通条件比较方便。交通位置见图 1-1。1.1.2 矿区气候条件本区属大陆性气候,昼夜温差较大。据沁源县 1988~1997 年观测资料,年平均气温8.6℃,最高气温为 35.6℃(1995 年 7 月 5 日) ,最低气温-25.8℃(1990 年 2 月 1 日)。年平均降水量 634.0mm, 年平均蒸发量 1547.2mm。结冰期为十月下旬至次年 3 月中旬,最大冻土深度 80cm(1993 年 ),夏、秋季多东南风,冬、春季多西北风,最大风速 14m/s。1.1.3 矿区的水文情况新源煤矿位于太岳山区,山高沟深,地形复杂,森林、植被发育,最高点在井田西南角的马头山,海拔高程 1358.80m, 最低点位于东南角河床,海拔高程 1110.70m,相对高差 247.30m,属中山区。本区属黄河流域沁河水系。井田内各沟谷大多为南北走向,沟谷水均流入狼尾河,向东汇入沁河。1.1.4 矿区的电源供应本矿现有一座 10KV 变电所,两回 10KV 电源一回架空引自其所属沁新煤焦公司的35 KV 变电所,架空导线 LGJ-150,送电距离 3km;另一回架空引自沁新煤焦公司所属自备电厂,架空导线 LGJ-120,送电距离 0.53km。沁新煤焦公司 35KV 变电所安装有两台8000 KVA 变压器,两回 35KV 电源引自李元 35KV 变电所不同母线段,李元 35KV 变电所电源分别引自太岳 110/35KV 变电站及郭道 110/35KV 变电站;沁新煤焦公司所属自备电厂安装有一台 6300KVA 变压器。中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 2 页图 1-1 交通位置图中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 3 页1.2 井田地质特征1.2.1 井田地质构造(1) 地层井田位于沁水煤田的西部边缘,霍山隆起的东侧。井田内地层出露较好,区内出露的地层由老到新依次有上石盒子组下段、中段,第四系中、上更新统及全新统地层以不整合零星覆盖于各不同时代的地层之上。现结合井田及附近钻孔揭露资料,对井田内的地层自下而上分述如下:1) 奥陶系 (O)① 奥陶系中统峰峰组(O 2f)为煤系地层的沉积基底,主要为深灰色石灰岩、泥灰岩及泥质白云岩,下部夹似层状石膏,上部方解石细脉发育,具铁质浸染现象,厚度约 150m。2) 石炭系 (C)① 中石炭统本溪组(C 2b)与下伏峰峰组呈平行不整合接触,厚度 12.23~25.70m, 平均 19.19m,以灰、灰白色铝质泥岩、灰黑色泥岩、砂质泥岩为主夹石灰岩及薄煤层,底部多为以结核状黄铁矿为主的铁铝质岩。本组含植物化石鳞木、芦木及动物化石蜓科。② 上石灰炭统太原组(C 3t)为主要含煤地层之一,与下伏本溪组呈整合接触,厚度 101.79~119.10m,平均111.51m。由泥岩、粉砂岩、砂岩及石灰岩和煤层组成。按岩性组合可将本组分三段,详见本节含煤地层部分。3) 二叠系 (P)① 下统山西组(P 1s)为主要含煤地层之一,与下伏太原组呈整合接触,厚 38.80~52.43m,平均 41.60m。由砂岩、粉砂岩、泥岩及煤层组成。② 下统下石盒子组(P 1x)与下伏山西组整合接触,厚度 114.43~122.55m,平均 117.10m,根据岩性组合特征,可分为上、下两段:下段(P 1x1)厚度 38.40~50.26m,平均 44.62m,深灰色、灰色泥岩、 粉砂岩夹浅灰色细粒砂岩,下部夹极不稳定的薄煤层,底部 K8 为浅灰色中细粒砂岩,层面富含炭屑及白云母片,具交错层理,局部相变为粉砂岩。上段(P 1x2)厚度 42.79~75.53m,平均 57.08m,以浅灰色、灰绿色、 紫红色泥岩为主夹黄绿色中细粒砂岩,底部 K9 为灰绿色中细粒砂岩,顶部常为紫红、灰绿色含大量菱铁质鲕粒的铝质泥岩,俗称“桃花泥岩” ,是确定上石盒子组底界 K10 砂岩良好的辅助标志。中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 4 页图 1-2 地质综合柱状图5.10 (m) 120 12 3.60 3 1.404.2 5 2# 60.4 71.2 8 1.70 9 2.70 4.80 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 5 页③ 上统上石盒子组(P 2s)与下伏下石盒子整合接触,厚度 505m 左右,根据其岩性组合特征可分为上、中、下三段。下段(P 2s1)平均厚度 212.41m,浅灰、黄绿色、紫红色泥岩、粉砂岩、 夹灰白、灰绿色中细粒砂岩。底部 K10 为灰白色、黄绿色中细粒砂岩,大型交错层理发育。中段(P 2s2)井田内本段地层主要分布于井田南部和西部出露,厚度约 150m。底部 K12 为灰、灰白色中粗粒砂岩,含云母片,具大型交错层理,局部含细砾;下部为紫红色、黄绿色泥岩、砂质泥岩、细粒砂岩,上部为黄绿色细粒砂岩与黄绿色、紫红色泥岩互层。4) 第四系 (Q)① 中更新统(Q 2)厚度 0~10m,为红黄色、棕红色亚粘土、亚砂土夹古土壤及钙质结核,底部夹砂砾透镜体。② 上更新统(Q 3)厚度 0~7m,为浅黄色亚砂土,结构疏松,具垂直节理, 顶部偶夹褐色古土壤,含零星钙质结核。③ 全新统(Q 4)厚度 0~5m,上部为浅黄色砂土、亚砂土;下部为浅黄色、 浅灰色分选磨圆均较差的砂砾层。(2) 含煤地层本井田含煤地层为石炭系中统本溪组、上统太原组和二叠系下统山西组、下石盒子组,其中太原组和山西组为主要含煤地层,本溪组和下石盒子所含煤层为极不稳定的薄煤层,无开采价值。现只将太原组、山西组地层分述如下:1) 石炭系上统太原组(C 3t)① 下段(C 3t1)K1 砂岩底至 K2 石灰岩底,厚度 35.87~47.67m,平均 41.00m 。由泥岩、粉砂岩、铝质泥岩、中细粒砂岩、石灰岩及煤层组成。K1 砂岩为灰白色中细粒石英砂岩,交错层理、脉状层理发育 ,K1 砂岩顶至 11 号煤层底由黑灰色粉砂岩、黑色炭质泥岩、浅灰色铝质泥岩、泥灰岩及不稳定的薄煤层组成,含丰富的黄铁矿结核及少量的动植物化石,主要系泻湖沉积。11 号煤层系海退后于废弃泻湖上发育的泥炭沼泽沉积。11 号煤层顶至 10 号煤层底由深灰色-黑灰色泥岩、粉砂岩、2~3 层中细粒砂岩及 10 下 号薄煤层组成,含大量不完整的植物化石,系三角洲平原及前缘沉积。9+10 号煤层系废弃的下三角洲平原上发育的盆控型泥炭沼泽沉积。② 中段(C 3t2)K2 石灰岩底至 K4 石灰岩顶,厚度 24.52~32.41m,平均 28.16m。由石灰岩(K2、K 3、K 4)、泥岩、细粒砂岩和煤层 (7 号、8 号)组成。三层石灰岩灰至灰黑色,含蜓类化石,系开阔台地沉积,K 2 石灰岩与 K3 石灰岩间,以砂岩为主,多为细粒状,波状、脉状层理发育,层面含植物碎屑化石,系前三角洲及三角洲前缘沉积,顶部为 7 号煤层,中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 6 页系三角洲平原上泥炭沼泽沉积。③ 上段(C 3t3)K4 石灰岩顶至 K7 砂岩底,厚度 29.61~38.45m,平均 32.00m 。由泥岩、粉砂岩、砂岩、煤及泥灰岩组成。K4 石灰岩顶至 6 号煤底,主要由灰黑色泥岩组成,含丰富的植物化石,含少量黄铁矿结核,系三角洲平原沉积。6 号煤层为三角洲洪泛平原上发育的泥炭沼泽沉积。6 号煤层顶至海相泥岩( 偶为泥灰岩)底由灰黑色泥岩及不稳定的砂岩组成, 系三角洲平原沉积。海相泥岩( 或泥灰岩) 为黑色,含海百合、网格长身贝、舌形贝等动物化石,系泻湖、海湾沉积,其上至 K7 砂岩底由黑灰色泥岩、粉砂岩组成,含丰富植物化石,系三角洲平原沉积。2) 二叠系下统山西组(P 1s)K7 砂岩底至 K8 砂岩底,厚度 38.80~52.43m,平均 41.60m。 底部 K7 砂岩以灰色细粒砂岩为主,局部相变为粉砂岩或中粒砂岩,波状及脉状层理发育,层面含白云母及丰富的植物化石碎屑,系三角洲前缘(席状砂)沉积。K 7 砂岩至 3 号煤层底为灰黑色泥岩、 粉砂岩及灰色细粒砂岩及不稳定薄煤层,系三角洲间湾沉积。3 号煤层为海退后废弃的分流间湾上发育的泥炭沼泽沉积。3 号煤层顶至 2 号煤层底为黑灰色泥岩,砂质泥岩、粉砂岩及浅灰色细粒砂岩,含丰富的植物化石,系浅水三角洲前缘沉积。2 号煤层系浅水三角洲前缘上发育的泥炭沼泽沉积。2 号煤层顶至 1 号煤层底由深灰、灰黑色泥岩、粉砂岩夹浅灰色中、细粒砂岩及薄煤层组成,含丰富的植物化石,系三角洲平原沉积。1 号煤层系洪泛平原上发育的泥炭沼泽沉积。1 号煤层顶至 K8 砂岩底,由深灰色、灰黑色泥岩、粉砂岩、浅灰色中粒砂岩及薄煤层组成。系三角洲平原沉积。本组含植物化石多脉带羊齿。(3) 地质构造本井田地处沁水煤田西缘,霍山隆起以东,总体构造形态为一走向北东,倾向南东的单斜构造,并伴有两对走向北北东的背向斜构造。地层倾角变化不大,一般在 7~2°左右,构造形态符合区域构造特点。区内断层不发育,综述本区构造应属简单类。现将褶曲及陷落柱情况分述如下:1.褶曲S1 背斜:位于井田西北部,向北延伸出矿界,走向 N40°E。两翼倾角 7~12°,核部地层为上石盒子组下段地层。区内延伸长度约 0.92km。S2 背斜:位于井田中西部,向北延伸出矿界,走向 N40°E。两翼倾角 7~15°,核部地层为上石盒子组下段、中段地层。区内延伸长度约 2.7km。S3 向斜:位于井田东部,向北延伸出矿界,走向近南北,两翼倾角 12~15°,核部地层为上石盒子组中段,区内延伸长度约 3km。S4 向斜:位于井田西北部,S2 背斜左侧,向北延伸出矿界,走向 N40°E,两翼倾角5~7°,核部地层为上石盒子组下段地层,区内延伸长度约 2.9km。2.断层断层走向 NE,倾向 SE,倾角 70°,落差 15m 的正断层,区内延伸 1200m。为开采2 号煤层时揭露的正断层。地表未见出露,为隐伏断层。中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 7 页综上所述,井田内构造属简单类。1.2.2 水文地质特征(1) 区域水文地质1) 区域含水层① 奥陶系石灰岩溶裂隙含水层区域西部广泛出露且为地下水补给区,本含水层含水丰富,水质好,为区域主要含水层。② 上石炭统石灰岩溶裂隙含水层组主要为太原组三层石灰岩含水层,其含水性随埋藏深度和所处构造位置不同而变化,为区域主要含水层之一。③ 二叠系砂岩裂隙含水层区域内广泛出露,多见有小泉水出露,具有一定含水性,但一般富水性较弱。④ 第四系冲积洪积含水层多分布于较大沟谷及两侧一级阶地,大多含水性较好,为村镇工农业用水的重要水源之一。2) 区域隔水层隔水层有本溪组铝土质泥岩或铝土岩,2 号煤层底板至 K2 灰岩之间的粉砂岩、泥岩等;山西组顶界以上泥岩、粉砂岩等组成。3) 地下水的补给、径流、排泄① 岩溶地下水的补给主要是西部裸露区,接受大气降水和地表水流补给,其它上部砂岩含水层,通过地质构造越流补给,向南或北径流,于大泉处排泄。② 砂岩地下水的补给,在裸露地带接受大气降水补给,或接受风化基岩带裂隙水的补给,经短距离径流,在地形切割地段以泉的形式排泄或补给其它含水层。③ 冲洪含水层的补给主要是大气降水补给或矿坑排水,一般向河流的下游径流排泄。(2) 矿井充水条件1) 矿区地表河流矿区地表河流主要为较大冲沟,雨季具有流水,向东南流入李元河,向南于县城汇入沁河,属黄河水系。由于有隔水岩层的存在,且在矿区北部边缘,因此,对矿井开采影响极小。2) 含水层矿区的含水层自上而下有:① 第四系砂砾层孔隙潜水含水层第四系全新统 Q4 及上更新统 Q3,分布在矿区外围山间河谷地带,岩性为灰白色砂质粘土、亚粘土砂砾层及砾石层,厚度变化大,层位不稳,依地形而异,该层渗水性含水性均好,由于受大气降水和地表水补给条件好,为地下水较丰富的孔隙潜水含水层。② 上石盒子组底部(K 10 砂岩)裂隙含水层砂岩含水层较稳定,多呈透镜体,岩性为黄绿色,浅灰绿色中-细粒厚层状石英长
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