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“三下”压煤开采技术研究.rar

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    编号:20180910134551221    类型:共享资源    大小:21.16MB    格式:RAR    上传时间:2018-09-10
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    金币
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    开采 技术研究
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    目 录一般部分1 矿区概述及井田地质特征 .......................................11.1 矿区概述 ..................................................11.1.1 矿区地理位置........................................ 11.1.2 矿区气候条件 ..........................................11.1.3 矿区的水文情况 ........................................11.2 井田地质特征 ..............................................11.2.1 煤系地层 ..............................................11.2.2 水文地质特征 ..........................................11.3 煤层特征 ..................................................11.3.1 可采煤层 ..............................................11.3.2 煤的特征 ..............................................11.3.3 瓦斯,煤尘及自燃 ......................................12 井田境界和储量 ...............................................12.1 井田境界 ..................................................12.1.1 井田范围 ..............................................12.1.2 开采界限 ..............................................12.1.3 井田尺寸 ..............................................12.2 矿井工业储量 ..............................................12.2.1 储量计算基础 ..........................................12.2.2 井田地质勘探 ..........................................12.2.3 工业储量计算 ..........................................12.3 矿井可采储量 ..............................................12.3.1 安全煤柱留设原则 ......................................12.3.2 矿井永久保护煤柱损失量 ................................12.3.3 矿井可采储量 ..........................................13 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限 .........................13.1 矿井工作制度 ..............................................13.2 矿井设计生产能力及服务年限 ................................14 井田开拓 .....................................................14.1 井田开拓的基本问题 ........................................14.1.1 井筒形式的确定 ........................................14.1.2 井筒位置的确定采(带)区划分 ..........................14.1.3 工业场地的位置 ........................................14.1.4 开采水平的确定 ........................................14.1.5 矿井开拓方案比较 ......................................14.2 矿井基本巷道 ..............................................14.2.1 井筒 ..................................................14.2.2 井底车场及硐室 ........................................14.2.3 主要开拓巷道 ..........................................14.2.4 巷道支护 ..............................................15 准备方式—— 带区巷道布置 .....................................15.1 煤层地质特征 ..............................................15.1.1 带区位置 ..............................................15.1.2 带区煤层特征 ..........................................15.1.3 煤层顶底板岩石构造情况 ................................15.1.4 水文地质 ..............................................15.1.5 地质构造 ..............................................15.1.6 地表情况 ..............................................15.2 带区巷道布置及生产系统 ....................................15.2.1 带区准备方式的确定 ....................................15.2.2 带区巷道布置 ..........................................15.2.3 带区生产系统 ..........................................15.2.4 带区内巷道掘进方法 ....................................15.2.5 带区生产能力及采出率 ..................................15.3 带区车场选型设计 ..........................................16 采煤方法 .....................................................16.1 采煤工艺方式 ..............................................16.1.1 采煤方法的选择 ........................................16.1.2 回采工作面长度的确定 ..................................16.1.3 工作面的推进方向和推进度 ..............................16.1.4 综采工作面的设备选型及配套 ............................16.1.5 回采工作面采煤机、刮板输送机结构参数校核 ..............16.1.5 各工艺过程注意事项 ....................................16.1.6 工作面端头支护和超前支护 ..............................16.2 回采巷道布置 ..............................................16.2.1 回采巷道布置方式 ......................................16.2.2 回采巷道参数 ..........................................17 井下运输 .....................................................17.1 概述 ......................................................17.1.1 矿井设计生产能力及工作制度 ............................17.1.2 煤层及煤质 ............................................17.2 带区运输设备选择 ..........................................17.2.1 设备选型原则: ........................................17.2.2 带区运输设备选型及能力验算 ............................17.3 大巷运输设备选 ............................................17.3.1 主运输大巷设备选择 ....................................17.3.2 辅助运输大巷设备选择 ..................................17.3.3 运输设备能力验算 ......................................18 矿井提升 .....................................................18.1 概述 ......................................................18.2 主副井提升 ................................................18.2.1 主井提升 ..............................................18.2.2 副井提升 ..............................................19 矿井通风及安全 ...............................................19.1 矿井地质、开拓、开采概况 ..................................19.1.1 矿井地质概况 ..........................................19.1.2 开拓方式 ..............................................19.1.3 开采方法 ..............................................19.1.4 变电所、充电硐室、火药库` .............................19.1.5 工作制、人数 ..........................................19.2 矿井通风系统的确定 ........................................19.2.1 矿井通风系统的基本要求 ................................19.2.2 矿井通风方式的选择 ....................................19.2.3 矿井通风方法的选择 ....................................19.2.4 带区通风系统的要求 ....................................19.2.5 带区通风方式的确定 ....................................19.3 矿井风量计算 ..............................................19.3.1 通风容易时期和通风困难时期采煤方案的确定 ..............19.3.2 各用风地点的用风量和矿井总用风量 ......................19.3.3 风量分配 ..............................................19.4 矿井阻力计算 ..............................................19.4.1 计算原则 ..............................................19.4.2 矿井最大阻力路线 ......................................19.4.3 计算矿井摩擦阻力和总阻力: ............................19.4.4 两个时期的矿井总风阻和总等积孔 ........................19.5 选择矿井通风设备 ..........................................19.5.1 选择主要通风机 ........................................19.5.2 电动机选型 ............................................19.6 安全灾害的预防措施 ........................................19.6.1 预防瓦斯和煤尘爆炸的措施 ..............................19.6.2 预防井下火灾的措施 ....................................19.6.3 防水措施 ..............................................110 设计矿井基本技术经济指标 ....................................1参考文献 .......................................................1专题部分 “三下”压煤开采技术研究 .......................................10 引言 .........................................................11 国内外现状 .................................................11.1 建筑物下采煤 ............................................11.2 铁路下采煤 ................................................11.3 水体下采煤 ................................................12.地表移动变形的基本规律 .......................................12.1 岩体采动引起的围岩及地表变化 ..............................12.2 地表移动与变形参数的分类及计算 ............................12.2.1 变形参数 ..............................................12.3 主断面地表移动变形的计算 ..................................12.3.1 概述 ..................................................12.4 水平矿层半无限开采地表移动与变形计算 ......................12.4.1 移动变形曲线函数式 ....................................12.4.2 实用计算表 ............................................13.“三下”采煤技术的发展 .......................................13.1 建筑物下采煤及地表保护措施 ................................13.1.1 留宽与采宽的计算 ......................................13.1.2 消除或减少开采影响的叠加 ..............................13.1.4 协调开采 ..............................................13.1.5 消除开采边界的影响 ....................................13.1.6 提高回采速度 ..........................................13.2 水体下采煤 ................................................13.2.1 覆岩破坏规律 ..........................................13.2.2 水体下采煤的技术措施 ..................................13.3 铁路下采煤 ................................................13.3.1 地下开采对路基及上部建筑的影响 ........................1翻译部分英文原文 .......................................................1中文译文 .......................................................1致 谢 .........................................................1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 矿区地理位置许厂煤矿位于济宁煤田的东北部,行政区划属山东省济宁市高新区所辖。地理坐标为: 东经 116 36 00“~116 43 00“北纬 35 24 00“~35 31 00“许厂煤矿距济宁市 8 km。连接京沪、京九两大南北铁路干线的新(乡)~菏(泽)~兖( 州) ~石(臼港) 铁路,从本区南侧通过,区内有孙氏店及兖州西站。由济宁市东行 30 km 至兖州,与京沪铁路相接,向西 109 km 至菏泽站与京九铁路相接,菏泽至新乡 190 km 与京广铁路相连。济北矿区铁路专用线从本区中部通过,在兖州西站与京沪铁路接轨。327 国道及日荷高速公路分别从矿区南北侧通过。京杭大运河由北向南流经济宁市构成重要的水上运输要道。交通极为便利,如图 1-1 所示。本区为冲积、湖积平原,地形平坦,地势呈东北高,而西南低,地面标高为 35.20~41.44 m,自然地形坡度为 0.04%。1.1.2 矿区气候条件本区气候温和,属北温带季风区海洋~大陆性气候。气候变化明显,四季分明。冬季寒冷多风,夏季炎热多雨,春秋两季温和。据淮北市气象局1980~2000 年 观 测 资 料 , 年 平 均 气 温 14.3℃ , 最 高 气 温 40.3℃ ( 1988 年 7 月8 日) ,最低气温-10.9℃(1988 年 12 月 16 日) 。年平均降雨量 785mm,雨量多集中在 7、8 月份。最大冻土深度 0.17m,年平均风速 2.2m/s,最大风速达20 m/s,主导风向东~ 东北风。无霜期 210~240 天,冻结期一般在 12 月上旬至次年 2 月中旬。1.1.3 矿区的水文情况本井田内河流稀少,水系不甚发育,主要河流有两条:一条为洸府河,系人工河,位于井田中部、由北向南流入南阳湖,河宽 230~400 m,汛期洸府河最大洪水位为 39.3 m,最大流量为 400 m³/s(1964 年 9 月 1 日) ,枯水季节河水减少甚至断流;另有一条为洸府河支流杨家河,亦为季节性人工河流。1.2 井田地质特征本矿井位于南北向的济宁地堑构造内,孙氏店断层构成矿井的东部及东北部边界。由于受区域性构造的控制,致使区内发育一组走向北东、向南西倾伏中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 2 页的宽缓褶曲及走向近南北的西倾高角度正断层组,使煤系地层向西呈阶梯式下降,构造类型属中等,局部偏复杂或偏简单。井田南北长约 10km,东西宽约 6km,井田面积为 56.6 ,开采深度为-km2120m~-1000m。图 1-1 许厂煤矿交通位置图1.2.1 煤系地层井田内地层包括中、下奥陶统,中石炭统本溪组、上石炭统太原组、下二叠统山西组、下石盒子组,上二叠统上石盒子组,上侏罗统蒙阴组及第四系。在矿井的中、南部,即第 4~16 线之间,地层产状变化较小,其走向一般为北东 30°左右,孙氏店支 2 断层西侧则为东倾,孙氏店支 2 断层以东则为西倾,地层倾角一般为 2~8°。在第 16 线以南地层走向逐渐转成东西向。在矿井的北部,即第 4 勘探线以北由于受次一级褶曲的影响,致使地层走向变化较大,即北东~南北~北西向,地层倾角变化较大,局部块段地层倾角可达20~32°。地层厚度 14.18~23.10m。岩性以浅灰色到暗红色的杂色含铝泥岩为主,夹有少量的泥质灰岩。含铝泥岩为中厚层状,含有铁质结核及菱铁鲕粒。与下中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 3 页伏奥陶系地层呈假整合接触。(1)上石炭统太原组(C3t)本组地层厚 141.70~176.20m,平均 162.66m,地层厚度变化不大。主要由深灰、灰黑色粉砂岩、泥岩、粘土岩、灰色细砂岩、夹薄层灰岩及煤层组成。泥质含量较高,砂岩比率较低,属海陆交互相沉积。为太原组主要含煤段,以深灰、灰黑色粉砂岩、泥岩及粘土岩为主,夹 11 层石灰岩(十一、十下、十上、九、八、七、六、五、四、三、二)及 22 层煤(18 下、18 中、18 上、17、16 下、16 上、15 下、15 上、14、12 下、12 中、12 上、11、10 下、10中、10 上、9、8 下、8 上、6、5、4) ,16 上、17 煤层为稳定可采煤层,15 上煤层属局部可采煤层;其余为不稳定煤层,均不可采。(2)下二叠统山西组(P1s)本组地层厚 59.90~114.70m,局部有剥蚀现象,平均 78.57m,为含煤地层中的主要含煤组,具有经济价值的 3 上、3 下煤层就赋存于本组的中上部及下部。本组由砂岩、粉砂岩、粉、细砂岩互层、粘土岩、煤层组成,以灰~灰白色、灰绿色砂岩为主,砂岩含量高,多以厚层状分布于煤层的顶板及底板,以 3 上与 3 下煤层间的砂岩最为发育,该砂岩为浅灰~灰白色、灰绿色,厚层状,以石英为主,长石次之,分选中等至较好,次棱角状~次园状,孔隙式~接触式胶结,以硅质、粘土质胶结为主,局部为钙质胶结,具交错层理、斜层理及韵律层理,含大量粉砂岩、泥岩包裹体及镜煤屑。1.2.2 水文地质特征矿井水文地质特征取决于第四系、奥陶系及矿井边界断层水文地质特征。许厂煤矿水文地质条件属于中等类型,其中上组煤充水含水层富水性中等、补给条件不良;下组煤充水含水层富水性中等、补给条件良好。本矿井充水因素为含水层充水,基本不受地表水影响。区内主要含水层有第四系砂砾层、山西组 3 煤层顶底板砂岩、太原组第三层、第十下层及奥陶系石灰岩含水层。矿井正常涌水量 610 /h 左右,预计最大涌水量 1100 /h 左右。3m3m(1)井田水文地质概况。本井田水文地质边界东以孙氏店支 1 断层为界,西至八里铺断层,南起八里营断层,北至孙氏店断层。由此四条断层包围形成封闭的地质小块段,构成独立的水文地质小单元。井田水文地质条件属中等类型,其中上组煤含水层富水性中等,补给条件不良,下组煤含水层富水性中等,补给条件良好。(2)含水层与隔水层。中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 4 页井田内主要含水层有第四系,三灰,十下灰及奥灰含水层,第四系除为图 1-2 综合地质柱状图统太原组灰 白 色 , 厚 层 状 , 成 分 以 石 英 为 主 , 长 石 次 之 , 含 少 量 暗 色 矿 物 , 钙泥 质 胶 结 , 较 坚 硬 , 分 选 性 一 般 , 具 大 型 层 理 , 层 间 夹 镜 煤 条 带 或 粉砂 岩 、 页 岩 薄 层 ,常 呈 透 镜 状 局 部 发 育 , 含 粉 砂 岩 包 裹 体 , 高 角 度 裂隙 发 育 ,富 水 性 强 , 是 3下 煤 的 直 接 充 水 含 水 层 。深 灰 色 , 薄 层 , 极 易 破 碎 , 遇 水 变 软 , 局 部 为 细 砂 岩灰 白 色 细 砂 岩 深 灰 色 粉 砂 岩 互 层 , 参 差 状 断 口 ,具 水 平 层 理 , 层 面 见 黄 铁 矿 班 晶 。亮 型 , 以 亮 煤 、 暗 煤 为 主 , 夹 少 量 镜 煤 条 带 , 内 生 裂 隙 发 育 , 充 填 少黑 到 黑 灰 色 , 沥 青 、 油 脂 光 泽 , 碎 块 状 至 条 带 状 结 构 , 煤 岩 类 型 为 半量 钙 质 和 黄 铁 矿 薄 膜 。以 泥 岩 为 主 , 深 灰 色 , 薄 层 块 状 , 含 大 量 植 物 根 茎 化 石 , 遇 水 易 膨 胀 变 软 。灰 黑 色 , 浑 浊 状 层 理 发 育 , 含 丰 富 的 植 物 化 石 和 黄 铁 矿 薄 膜 。平 及 缓 波 状 层 理 , 且 含 植 物 化 石 及 黄 铁 矿 薄 膜 。灰 黑 色 , 中 厚 层 粉 砂 岩 与 薄 层 细 砂 岩 互 层 , 中 部 以 粉 砂 岩 为 主 , 具 水深 灰 色 至 灰 黑 色 ,以 粉 砂 岩 、 泥 岩 为 主 , 夹 部 分 浅 灰 色 细 砂 岩 , 水 平波 状 层 理 发 育 , 含 植 物 根 部 化 石 , 韵 律 层 序 发 育 , 为 典 型 的 海 陆 交 互相 沉 积 。灰 色 , 厚 层 状 , 坚 硬 , 隐 晶 质 结 构 为 主 , 含 大 量 海 百 合 茎 化 石 , 局 部 见 波 状 层 理 。下 煤粉 砂 岩粉 砂 岩粉 细 砂 岩石上炭三 灰地层 层 间 距 层 厚 柱 状 层号下迭统山二组西岩 性 描 述岩 石 名 称中 砂 岩泥 岩 粉 砂 岩互 层粉 细 砂 岩互 层砂 质 页 岩中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 5 页含水层外,还是良好的隔水层。此外,石盒子组及奥灰压盖岩层组均是良好隔水层。(3)边界水文地质条件与断层导水性。许厂井田水文地质边界完全由断层构成。西部边界阻水,南部比较弱导水,井田内各含水层主要在北部及东南部接受井田外强富水奥灰水的补给,其中,上组煤系含水层只在孙氏店断层长约 2 km 开口段接受补给,补给面积较小;下组煤系含水层大范围地接受奥灰水补给,补给条件良好。纵向比较,孙氏店支断层以东含水层接受补给较支断层以西强。根据济宁煤田奥灰岩溶水专门水文地质勘探报告及许厂矿井达产采区地震(水文)补充勘探报告,本矿井各断层导水性见表 1-3。(4)奥灰底鼓水对开采下组煤的影响。地质部门按规程公式计算的安全隔水层厚度(开采-480 m 第二水平下组煤时)分别为 33.50 m 及 34.65 m,小于正常地段奥灰压盖隔水层厚度35.21~76.90 m。且还有以下因素有利于阻止奥灰水底鼓:下组煤首先开采16,煤层其与奥灰之间的压盖隔水层厚度,抵抗奥灰水底鼓的能力强。1.3 煤层特征1.3.1 可采煤层本井田含煤地层为下二迭统山西组和上石炭统太原组,平均总厚 246.33 m,共含煤 25 层,平均总厚 17.27 m,含煤系数 7.2%。其中稳定可采的仅有3 下煤层,占可采煤层总厚的 79%,主要煤层中 3 下煤层厚度较大,平均厚度为 3.53 m,且埋藏浅,储量丰富,是本井田首采,主采煤层。按各主要煤层在含煤地层中的位置,地质报告中将 3 下煤划分为可采煤组。现将各煤层赋存情况分述如下:(1)3 上煤层:煤厚 0~2.71m,平均 0.75m,属不稳定煤层,位于山西组的中上部,上距 P2 底界 52.38m~85.92m,平均 64.49m,下距 3 下煤层11.70~67.31m,平均 41.08m。煤层厚为本煤层在原始沉积时成煤条件不利,区内大部分地区沉积缺失或不可采,煤层主要赋存于第 10 勘探线以西,煤层的可采性指数为 15%,煤层厚度的变异系数为 166.8%。(2)3 下 煤层:煤厚 0~8.04m,平均 2.37m;可采范围内,煤层厚度为0.70~8.04m,平均厚 3.53m,结构较简单,一般不含夹石,个别点含 1~3 层夹石,夹石多为炭质泥岩或粉砂岩,属较稳定煤层,位于山西组的下部,下距太原组第三层石灰岩 39.61~73.92m,平均 49.60m。煤层主要赋存于矿井的东部及东北部,西部出现了无煤区及煤层不可采区。全区煤层厚度的变异系数为
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