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综采放顶煤回采巷道支护技术.rar

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    综采放顶煤 回采 巷道 支护 技术
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    中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 I目 录一般部分1.矿区概述及井田地质特征 ..........................................................................................................21.1 矿区概述 ..........................................................................................................................21.2 地质特征 ..........................................................................................................................21.3 煤层特征 ..........................................................................................................................22.井田境界和储量 ..........................................................................................................................22.1 井田境界 ..........................................................................................................................22.2 矿井工业储量 ..................................................................................................................23.矿井工作制度、设计生产能力及服务年限 ..............................................................................23.1 矿井工作制度 ..................................................................................................................23.2 矿井设计生产能力及服务年限 ......................................................................................24.井田开拓 ......................................................................................................................................24.1 井田开拓的基本问题 ......................................................................................................24.2 矿井基本巷道 ..................................................................................................................25.准备方式—— 采区巷道布置 ......................................................................................................25.1 煤层地质特征 ..................................................................................................................25.2 采区巷道布置及生产系统 ..............................................................................................25.3 采区车场选型设计 ..........................................................................................................26.采煤方法 ......................................................................................................................................26.1 采煤工艺方式 ..................................................................................................................26.2 回采巷道布置 ..................................................................................................................27.井下运输 ......................................................................................................................................27.1 概述 ..................................................................................................................................27.2 采区运输设备选择 ..........................................................................................................27.3 大巷运输设备选择 ..........................................................................................................28.矿井提升 ......................................................................................................................................28.1 概述 ..................................................................................................................................28.2 主副井提升 ......................................................................................................................29.矿井通风及安全 ..........................................................................................................................29.1 矿井通风系统选择 ..........................................................................................................29.2 采区及全矿所需风量 ......................................................................................................29.3 矿井通风总阻力计算 ......................................................................................................29.4 矿井通风设备选型 ..........................................................................................................29.5 防止特殊灾害的安全措施 ..............................................................................................210.矿井基本技术经济指标 ............................................................................................................2专题部分综采放顶煤回采巷道支护技术 .....................................................................................................21.绪论 ..............................................................................................................................................21.1 综采放顶煤巷道围岩稳定性的研究意义 ......................................................................21.2 综采放顶煤研究现状 ......................................................................................................21.3 本文研究内容与方法 ......................................................................................................22.综放回采巷道锚杆支护设计研究 ..............................................................................................2中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 II2.1 锚杆支护设计方法的确定 ..............................................................................................22.3ANN-ES 智能决策系统的构造 .......................................................................................22.4 本章小结 ..........................................................................................................................23.综放巷道支护效果现场实测研究 ..............................................................................................23.1 试验巷道的地质开采技术条件 ......................................................................................23.2 现场观测 ..........................................................................................................................23.3 数据整理与分析 ..............................................................................................................23.4 本章小结 ..........................................................................................................................24.FLAC 数值模拟验证与分析 .......................................................................................................24.1FLAC 软件概述 ................................................................................................................24.2 数值模拟计算模型的建立 ..............................................................................................24.3 岩体力学参数的选取 ......................................................................................................24.4 数值模拟方案的确定 ......................................................................................................24.5 应力分布规律 ..................................................................................................................24.6 本章小结 ..........................................................................................................................25.结论 ..............................................................................................................................................25.1 主要结论 ..........................................................................................................................25.2 今后的努力方向 ..............................................................................................................2翻译部分英文原文 ................................................................................................................................2中文译文 ................................................................................................................................2致 谢 .............................................................................................................................................2中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 1 页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 矿区地理位置姚桥煤矿座落在江苏省沛县和山东省微山县境内,昭阳湖西畔,距江苏省徐州市西北大约 82km,距沛县县城约 17km,距微山县县城约 10km。区内铁路交通方便,有徐(州)沛(屯)铁路专用线,在沙塘与陇海铁路线接轨,支线直达姚桥煤矿。姚桥矿井工广距沛屯集配站 8km。沛屯集配站距各大城市距离见表 1-1-1。表 1-1-1 沛屯集配站距各大城市距离铁路沛屯集配站至单位: km沙塘 徐州 连云港 上海 浦口 北京 兖州 石臼 所63.3 82.4 305 833 422 893 243.4 543.4区内公路交通也十分方便,徐州至济宁省级公路从矿井西侧穿过,东与京沪高速公路相连。京杭大运河从矿区东部通过,可供 100 吨级机船常年航行,水路交通也较为方便。矿井交通位置图见图 1-1。1.1.2 矿区水文情况姚桥井田地貌属黄淮冲积平原,为第四系地层覆盖地区,矿井陆地部分地势平坦,略向东倾斜,陆地地面高程 33.54~37.47m,东部昭阳湖湖底高程为 30.00~33.00m ,湖内常年积水。井田内较大的地表水体有:1、东部昭阳湖二级坝以北,井田所及部位长年积水,水位标高一般为33.00~34.00m,最高水位 36.90m,湖水面积 602km2,湖容量为 3817Mm3,最低水位32.02m,湖水面积 87km2,湖容量 18 Mm3,每年 1 月份湖面冰封,5~7 月份湖水减少难以通航。2、京杭大运河位于湖陆交界处,本井田范围内与湖水贯通。3、杨屯河贯穿井田中部,水面宽 40~50m,全年可通航。4、沿河位于井田西端,大部分时间干枯。中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 2 页图 1-1 姚桥煤矿交通位置示意图中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 3 页1.1.3 气象姚桥煤矿所在地气候属北温带鲁淮区气候,具有长江流域和黄河流域过渡性特点。冬季多在大陆性冷高压控制下,天气寒冷干燥;春季冷暖气团交错,天气多变,干旱少雨夏季处于副热带高压边缘,高温多雨;秋季阳光充足,天高气爽,四季分明。年平均降雨量 789.2mm,平均降水日 81.8d,雨季开始 6~7 月,极端降水1178mm/a(1971 年)和 492.4mm/a(1981 年) ,最大日降水量 393mm/d(1971 年) 。年平均气温 13.8℃,七月最热(27℃) ,一月最冷(-1.1℃)霜期约 170d。1.1.4 地震姚桥煤矿位于大地构造体北断块区的南部,秦岭东西构造带东段,新华夏系第二隆起带的西侧,东距郯城庐江断裂带约 150km,西距聊城断裂带约 160km,附近有丰邳断裂、沛县断裂、微山断裂等次一级断裂构造。矿区具有发生五级左右地震的条件。较大地震条件不明显,造成破坏性影响的主要是来自邻区的大震。国家地震局 1976 年9 月地震烈度区划资料本区属七度地震区。1.2 地质特征1.2.1 井田位置、边界范围、拐点坐标、井田面积及相邻矿井边界关系井田处于江苏省沛县杨屯镇与山东省微山县张楼乡境内,北以 F19 断层为界与上海大屯能源股份有限公司龙东煤矿接壤;南以 F14 断层为界与上海大屯能源股份有限公司徐庄煤矿相邻;西北以 F19 断层为界与徐州矿务集团三河尖煤矿毗邻,东为山东微山崔庄煤矿。姚桥井田的范围:以国土资源部 2009 年 2 月 19 日批准的采矿许可证中 25 个拐点坐标圈定的范围为准,井田面积走向长度 10km,倾斜长度 3.5 km,采矿登记面积为 36km2,开采深度为-135m~-1300m。由于本井田范围第四系冲积层较厚,无小煤矿及老窑。姚桥煤矿矿区范围拐点坐标见表 1-2。表 1-2 姚桥煤矿矿区范围拐点坐标点号 X Y点号 X Y点号 X Y5 3861085 39498000 3 3863500 39498000 1 3864850 394980004 3862000 39498000 2 3864500 39498000 03 3865250 3949800004 3865100 39496070 06 3865500 39491920 89 3863250 3948800005 3865950 39483600 90 3864090 39490000 88 3862810 39486500G 3863135 39486305 I 3862687 39482945 18 3862100 39482940H 3862970 39485813 K 3862245 39482385 19 3861160 3948450020 3859500 39485270 22 3858230 39487100 87 3859540 39480500中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 4 页21 3858270 39486590 23 3858700 39489250 86 3860170 3948125085 3860670 394932001.2.2 地层该井田第四系冲积层广泛分布,为全掩盖式煤田,最老地层为寒武系凤山组(∈3f ) ,最新地层为第四系(Q) 。现将地层由老至新分述如下:1、寒武系凤山组(∈3f):最大厚度 60.78m,岩性主要为浅灰~灰色泥晶灰岩、鲕粒灰岩、夹少量竹叶状灰岩。与上覆地层整合接触。2、奥陶系(O):奥陶系地层最大厚度为 569.30m,灰色、厚~中厚层状,以白云岩、白云质灰岩为主,多具水平层理。与上覆地层假整合接触。3、石炭系(C)(1)、本溪组(C2b ):两极厚度 26.64m~41.46m,平均厚度 37.40m 左右,中下部由泥岩、砂质泥岩组成,夹薄层灰岩;上部以浅灰~灰白色石灰岩为主,夹薄层灰绿色泥岩。与上覆地层整合接触。(2)、太原组(C3t ):本组地层两极厚度为 146.29m~182.63m,平均厚度 160m 左右,为一套海陆交互相含煤沉积地层。本组有灰岩 14~15 层,全井田稳定。可采煤层17 号和 21 号位于本组中下部。与上覆地层整合接触。4、二迭系(P )(1)、山西组(P11sh):该组地层为井田内主要含煤地层,两极厚度64.16m~130.83m,平均厚度 105m 左右,砂岩、砂质泥岩、泥岩和煤组成,富含植物化石,含煤 4 层,其中 7、8 号煤层位于本组地层中下部,为井田内主要可采煤层。与上覆地层整合接触。(2)、下石盒子组(P21xs):该组地层两极厚度 200.57m~297.13m ,平均厚度242m 左右,岩性主要由砂质泥岩、泥岩及砂岩组成,底部是一层厚而稳定的中、粗砂岩,平均厚度 10m 左右,下距山西组 7 号煤层 60m 左右。与上覆地层整合接触。(3)、上石盒子组(P12ss):该组地层最大残厚为 211.95m,岩性以砂质泥岩、泥岩为主;底部发育一厚层状中、粗粒砂岩。与上覆地层不整合接触。5、下白垩~上侏罗统(K1+J3)井田内该地层最大残厚为 448.76m,为一套干燥气候条件为主的内陆盆地沉积。与上覆地层不整合接触。6、第四系(Q)井田内该地层两极厚度为 80.60m~226.86m,平均厚度 163m 左右,自东向西,由南至北,该地层有逐渐增厚的趋势,岩性主要由粘土、砂质粘土、混粒土及各种粒级的砂组成。1.2.3 地质构造井田内断裂构造较发育,落差≥2m 的断层共有 378 条,其中落差≥5m 的断层共有 138 条,5m~20m 有 88 条,落差≥20m 有 50 条,大多数为高角度正断层,逆断层中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 5 页较少只有 6 条。姚桥井田由于受区域构造的影响,断裂构造较发育,南、北、西边界皆为落差较大的断层,总体为一向北西倾斜的单斜构造,地层走向在陆上的西部为 N15°E 左右,中部和东部为 N30°~40°E,靠近北部袁堂断层附近为 NE 向。湖区次一级褶曲较发育,地层在走向和倾向上均有起伏变化。从采掘资料来看,以 7 勘探线为界,西翼浅部地层倾角为 12°~16°,中部及湖区地层倾角为 5°~8°。1.2.4 水文地质姚桥井田南、北、西三面被大断层切割,为补给不畅的相对隔水边界,但在袁堂断层局部及井田东南、西南煤层露头区存在水源补给,为一相对独立的封闭~半封闭的水文地质单元。井田内主要含水层自上而下有:第四系松散砂层含水层、下白垩上侏罗统砾岩含水层、下石盒子组底部分界砂岩含水层、7 煤顶底板砂岩裂隙含水层、太原组灰岩含水层、奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层。第四系粘土层发育,其中 3 隔、4 隔岩性主要为粘土,厚度平均为33.56m、13.79m,且分布稳定,隔水性强,有效地阻隔了大气降水、地表水、第四系中上部砂层水与第四系底部含水层水、基岩地下水的水力联系。井田内 7、8 煤层距 L4灰距离较大,其间地层主要为砂质泥岩、细砂岩、粉砂岩、泥岩、薄层灰岩组成,可以作为良好的隔水层,一般对 7、8 煤开采没有威胁。受袁堂断层的影响,断层下盘奥灰强含水地层与上盘煤系地层对接,奥灰含水层在袁堂断层局部区段与煤层顶板砂岩裂隙含水层及 L4 灰含水层产生水力联系,对矿井充水。由上述可知,矿井不仅接受直接揭露的含水层水的补给,同时也接受与之有水力联系的其它含水层水的间接补给。矿井历年年平均涌水量为 325m3/h,年平均最大涌水量为 465m3/h,1993 年以来年平均涌水量为 355m3/h。矿井月平均最大涌水量 577m3/h。-400m 水平平均涌水量200m3/h,最大涌水量 577m3/h;-650m 水平平均涌水量 100m3/h,最大涌水量193m3/h。排水系统根据 2003 年矿井地质报告预计正常涌水量为 508m3/h,最大涌水量为 609m3/h。井田水文地质条件复杂程度,综合评定为中等类型。1.3 煤层特征姚桥井田含煤层有太原组、山西组、下石盒子组,平均地层总厚 503 米,含煤 20余层,煤层总厚 15.42m,可采煤层有山西组 7、8 号煤和太原组 17、21 号煤,含煤系数 3.1%。截至 2005 年底查明资源储量 56543.8Mt。1.3.1 各可采煤层分述如下:7 煤层两极厚度 1.38m~9.86m,平均厚度 8.5m,煤厚变异系数 24%,7 号煤层厚度大多在 4.5m~5.5m 之间,7 号煤层结构简单,局部含夹矸 2~3 层,厚度0.04~2.42m,夹矸层位一般位于 7 号煤层中下部,为全井田可采的稳定型厚煤层。8 煤层位于山西组地层下部,煤层厚度 0~5.95m,平均厚度 3.32m,煤厚变异系数35%,煤层厚度变化无明显规律,煤层结构简单,多为一层,局部为两层,夹矸两极厚中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 6 页度为 1~2.73m,为局部可采的较稳定煤层。17 煤层厚度 0~2.65m,平均厚度 1.14m,煤层可采性指数为 0.70,结构简单,夹矸一层,局部两层,厚度 0.05~0.92m,岩性多为泥岩、炭质泥岩,为大部分可采的较稳定煤层。21 煤层厚度 0~2.66m,平均厚度 1.36m,以中厚煤层为主,21 号煤层结构简单,一般含夹矸一层,少数含矸两层,厚度 0.20~0.30m ,岩性以泥岩为主,为大部分可采的稳定煤层。1.3.2 煤质姚桥井田可采煤层为 7、8、17、21 号煤层,煤性脆,易碎成粉末状,坚硬程度多为松软级。天然焦为黑色~钢灰色,光泽暗淡,硬度大,变质程度高者不染手。姚桥井田煤层属于中等偏低变质的烟煤,各层挥发份产率普遍较高,7 号煤的平均挥发份产率为 38.88%,8 号煤的平均挥发份产率为 36.56%,17 号煤的平均挥发份产率为 42.89%,21 号煤的平均挥发份产率为 44.92%。姚桥井田各煤层原煤水分含量为1.30~1.67% ,属低水分煤层。各煤层原煤灰分普遍较低,7 号煤层平均灰分为14.31%,8 号煤层平均灰分在 11.57%左右,17 号煤层平均灰分在 15.87%左右,21 号煤层平均灰分 12.52%,以上各煤层均为低灰煤。原煤中的硫分主要以有机硫和黄铁矿形式存在。7 号煤层原煤全硫含量为 0.74%,为低硫煤;8 号煤层原煤全硫含量为 0.93%,为中硫煤;17 号煤层原煤全硫含量均 2.08%,为中高硫煤层;21 号煤层全硫含量 3.86%为高硫煤层。7 号煤层高位发热量为 28.03MJ/Kg;8 号煤层高位发热量为 29.35MJ/Kg,17 号煤层高位发热量为 28.34MJ/Kg;21 号煤层高位发热量为 29.76MJ/Kg;各煤层的发热量均属特高热值煤。煤的工业分类按照《中国煤炭分类国家标准(GB5751--86) 》进行分类确定。7、8、17 号煤层为气煤(QM) 。21 号煤层为肥煤(QF) 。7、8 号煤层可作为炼焦配煤和良好的动力用煤。17、21 号煤层的工业用途基本与 7、8 号煤层相同。但由于两煤层含硫分较高,应采取相应的脱硫措施。1.3.3 开采技术条件(1)、7 号煤层的直接顶板为灰黑色、深灰色砂质泥岩或泥岩,局部为中、细砂岩,一般厚度为 3~4m,其上多发育一层灰~灰白色中细粒砂岩, 7 号煤层顶板稳定性较好,以中等稳定为主,局部为稳定型。底板一般为深灰色砂质泥岩、泥岩,厚度一般为2~6m,以中等稳定型为主。(2)、8 号煤层直接顶板多为泥岩、砂质泥岩或炭质泥岩,局部为中细砂岩,以中等稳定型为主,局部为稳定型;直接底板为泥岩、砂质泥岩或泥岩,个别孔为细砂岩,一般厚度 3m 左右,以中等稳定型为主,局部为稳定型。(3)、17 号煤顶板岩性为灰黑色泥岩,一般厚度 3~6m 左右,为不稳定型;老顶为L9 灰岩,平均厚度 1.48m 左右,抗压强度高;底板岩性多为灰岩,局部为泥岩、粉砂岩,一般厚度 3m 左右,为稳定~中等稳定型底板。中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 7 页(4)、21 号煤直接顶板为 L12 灰岩,厚度一般 5.0m 左右,为稳定型顶板;底板一般为泥岩、砂质泥岩,厚度 2.5m 左右,为中等稳定~不稳定型底板。1.3.4 瓦斯、煤尘及煤自燃和地温1.瓦斯姚桥矿矿井瓦斯成份以二氧化碳为主,甲烷含量很低。瓦斯相对涌出量远远小于10m3/t,属低瓦斯矿井。2.煤尘爆炸性姚桥煤矿各主要可采煤层的可燃基挥发分都较高,均有爆炸性危险,且太原组各主要可采煤层的可燃基挥发分的平均较大,因此煤尘爆炸性更大。3.煤的自燃姚桥矿投产至今,已发生多次煤层自燃现象,发火原因多是因为采空区封闭不好、漏风等引起煤层自燃,处理方法多采用封闭、注浆、注水等方法灭火。4.矿井地温恒温带深度为 30m,恒温带的温度为 16℃。地温梯度平均约为 2.35℃/ 百米,属于地温正常区。
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