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高瓦斯矿井瓦斯抽采技术发展.rar

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    瓦斯 矿井 技术发展
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    中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计目录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 ...................................................................................................................21.3 煤层特征 ...........................................................................................................................72 井田境界和储量 ...............................................................................................................102.1 井田境界 .........................................................................................................................102.2 矿井工业储量 .................................................................................................................103 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限 ...................................................................153.1 矿井工作制度 .................................................................................................................153.2 矿井设计生产能力及服务年限 .....................................................................................154 井田开拓 ...........................................................................................................................174.1 井田开拓基本问题 .........................................................................................................174.2 矿井基本巷道 .................................................................................................................275 准备方式— 带区巷道布置 ...............................................................................................375.1 煤层地质特征 .................................................................................................................375.2 带区巷道布置及生产系统 .............................................................................................395.3 带区车场选型计算 .........................................................................................................416 采煤方法 ...........................................................................................................................446.1 采煤工艺方式 .................................................................................................................446.2 回采巷道布置 .................................................................................................................627 井下运输 ...........................................................................................................................687.1 概述 .................................................................................................................................687.2 带区运输设备选择 .........................................................................................................697.3 大巷运输设备选 .............................................................................................................718 矿井提升 ...........................................................................................................................758.1 矿井提升概述 .................................................................................................................758.2 主副井提升 .....................................................................................................................759 矿井通风及安全 ...............................................................................................................809.1 矿井地质、开拓、开采概况 .........................................................................................809.2 矿井通风系统的确定 .....................................................................................................819.3 矿井风量计算 .................................................................................................................849.4 矿井阻力计算 .................................................................................................................909.5 选择矿井通风设备 .........................................................................................................979.6 安全灾害的预防措施 ...................................................................................................10010 设计矿井基本技术经济指标 .......................................................................................1021 煤矿瓦斯抽采技术的发展 ..............................................................................................1031. 1 煤矿瓦斯赋存条件 ....................................................................................................1031. 2 瓦斯抽采的目的 ........................................................................................................103中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计1. 3 煤矿瓦斯抽采量 ........................................................................................................1041. 4 煤矿瓦斯事故分析 ....................................................................................................1042 煤矿瓦斯抽采理念的发展 ...........................................................................................1062. 1 局部防突措施为主 ....................................................................................................1062. 2 先抽后采 ....................................................................................................................1062. 3 抽采达标 ....................................................................................................................1062. 4 区域防突措施先行 ....................................................................................................1073 煤矿瓦斯抽采指标、方法分类及选择 .......................................................................1083. 1 瓦斯抽采指标 ............................................................................................................1083. 2 瓦斯抽采方法分类 ....................................................................................................1083. 3 瓦斯抽采方法选择 ....................................................................................................1094 煤矿瓦斯抽采方法 .......................................................................................................1114. 1 地面钻井采前抽采瓦斯 ............................................................................................1114. 2 被保护层采前抽采瓦斯 ............................................................................................1114. 3 井下本煤层采前抽采瓦斯 ........................................................................................1184. 4 井上下采中抽采瓦斯 ................................................................................................1214. 5 采后抽采瓦斯 ............................................................................................................1234. 6 竖井揭煤前抽采瓦斯方法 ........................................................................................1234. 7 石门揭煤前抽采瓦斯方法 ........................................................................................1244. 8 煤矿瓦斯综合抽采方法 ............................................................................................1255 结 论 ...........................................................................................................................126英语原文 .............................................................................................................................128MECHANISM AND CONTROL OF GROUND RESIDUAL DEFORMATION......1281. INTROD UCTION ..........................................................................................................1282. RUPTURE ROCK MASS STRUCTURE AND RESID UAL DEFORMATION CHARACTERIS TIC OVER LONGWALL GOAF ...................................................................129FIG. 1 RUPT URE ROCK MASSST RUCT URE OVER LONGWALL GOAF.......1293. TREATMENT OF RUPTURE ROCK MASS OF SHALLOW LONGWALL GOAF ...1304. DESIGNING MEASURES OF ANTI2DEFORM ATION STRUCTURE .....................1315 .PROJECT INSTANCE ....................................................................................................1326. CONCL USIONS.............................................................................................................133中文译文 .............................................................................................................................134长壁开采采空区上部地表残余变形的机理与控制 .........................................................1341.导言 ..................................................................................................................................1342.长壁采空区上岩石破碎结构与残余变形特性 ..............................................................1343 浅部采空破碎岩体的处理 ..............................................................................................1354 抵抗变形建筑物的设计措施 ..........................................................................................1365 工程实例 ..........................................................................................................................1366.结论 ..................................................................................................................................137中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计致 谢 ...................................................................................................................................139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116°40′~116°45′,北纬 33°21′~33°26′。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 疃 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 矿图 1-1 矿井交通位置图1.1.2 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 交通条件本井田位于淮北平原,地形平坦,矿区铁路专用线青芦支线在井田北约 9km 通过,本矿井铁路专用线在该支线的任庄站接轨,专用线长度 9.3km 已投入运营。宿(州)蒙(城)公路在井田的东部边界外通过,许(疃)赵(集)公路与其相连,本矿井进场公路接自许(疃)赵(集)公路,长度 2.2km。故本矿井的交通运输较方便。中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 2 页1.1.4 气候、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~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 750~910mm,雨量集中在 7、8 两个月。无霜期 208~220 天,冻结期一般在 12 月上旬至次年的 2 月中旬。根据安徽省地震局资料,本区历史上未发生过大的地震。按照《建筑抗震设计规范》(GB50011—2001)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。1.1.5 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。1.1.6 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。1.1.7 水源、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 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(O 2l-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(C 3t)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总厚 40.46m,占该段厚度的 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。中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 3 页3)二迭系下统山西组(P 1s)位于骆驼脖子砂岩底板至太原组一灰顶界之间,厚度 95~130m ,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(P 1xs)位于 K3 砂岩底板至骆驼脖子砂岩底板之间,厚度 220~260m,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、5 1、5 2、7 1、7 2、8 2 六层。其中 72、8 2煤层为本井田主采煤层,8 2 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(P 2ss)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),3 2 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(N 2)地层厚度 122~315m,平均厚度 245m。底部以残积坡物和洪积物为主,厚度0~63m,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 85~185m ,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)第四系(Q)地层厚度 64~116m,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 20~23m 普遍含有一层厚 1~2m 的灰黑色富含腐植砂质粘土。上部在垂深 3~5m 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 2012 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421.670426.13594.2837940.973564.97251460.37463.18469.5473.10685523741651401309220197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 。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 , 430.5米 以 下 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 1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 , 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 68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 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 8°~25°,一般为 8°~16°。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。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 72~75 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 65~66 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63~6615 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成的压性断裂;属于北西西~东西向的断层有 10 条,由东西向压应力而形成的张扭性和压扭性断裂;于第三系时有继承性活动,如板桥断层和某断层等。属于北西向的断层有 4 条,全为张扭性断裂。属于北东东向的断层只有 F18 一条,属张性断裂。根据国家能投计(1991)612 号文件要求,为进一步查明该矿井首采区的小构造,淮北矿务局委托安徽省煤田地质局物探测量队进行地震补勘。补勘范围为:北起某断层,南至 F11 断层,东以 F5 断层为界,西至 82 煤层露头,面积约 35km2。本次补勘全区共发现断点 169 个,利用断点 134 个,组合断层 28 条(包括补勘前发现的 10 条断层)。未能组合成断层的孤立断点 35 个,其落差均小于 10m。28 条断层中,正断层 8 条。控制可靠的断层 21 条,较可靠的 6 条,控制不足断层 1 条。本次补勘对以前发现的断层进行了进一步控制,修改了 F15、F5-1 断层,改变了 F6 断层的组合方式,F9 根据钻探资料作为保留断层处理,其余 6 条断层与原来基本一致,新发现断层 18 条。从补勘结果来看,该区褶曲及断裂构造很发育,其特征及规律表现如下:(1)逆断层发育,以压性断裂为主且落差大,正断层少且落差小。(2)断层走向多数以北东向为主,且倾向南东,如 F5、F6 、F15 走向北西以某断层和 F11 为代表。(3)补勘区北部断层相对较少,且表现为走向北西;南部断层相对较为发育,且现为走向北东。(4)煤层露头浅部和-800m 深部断层较少,多数断层分布于井田深度的中部地段。(5)在地层产状变化的地段是褶曲加小断层。根据精查勘探和地震补勘的结果,本井田为一走向南北、向东倾斜的
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