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大采高综采工作面煤壁片帮控制技术.rar

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    编号:20180910134552237    类型:共享资源    大小:2.26MB    格式:RAR    上传时间:2018-09-10
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    大采高综采 工作面 煤壁片帮 控制 技术
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    中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 1 页1 井田概况及地质特征1.1 矿区概述1.1.1 交通位置凉水井井田地处陕西省榆林市以北、神木县以南,属于榆神矿区,行政区划隶属神木县西沟乡、麻家塔乡及瑶街镇管辖。210 国道西(安)—包(头)段从矿区西侧通过,榆神府二级公路(204 省道)和西(安)—包(头)铁路并行从井田南缘的矿井工业场地南侧通过。矿井北至神木县城 16km、大柳塔镇 76km、包头 340km,东经神木到府谷90km,南距榆林市 94km、西安市 770km。区内各县、乡之间均有公路相通,并与省内“米”字型公路网相连,向省外辐射,与蒙西、晋北以及宁北地区形成四通八达的公路网。西(安)—包(头)铁路神延段通过矿井南部,在本矿井附近设有锦界车站、凉水井车站,神(木)—黄(骅)铁路神朔段在神木北站与 西包铁路接轨,矿井交通十分方便。榆林机场已开通榆林至西安、榆林至包头航线,航空运输快捷方便。36°109° 10° 1° 12°13°637°38°39°40° 37°38°39°40°109° 10° 12°13°1°三三 三三三 三三三三三三三三三 三三三三三三三三 三三三 三三三三三三三三三三三 三 三三三三三 三 三三三三三 三三三三三三 三三 三三20三210三210三109三 109三204304三三210图 1.1 凉水井交通位置1.1.2 地形、地貌井田位于陕北黄土高原北部,毛乌苏沙漠之南缘,属丘陵区。东部为黄土梁峁沟谷地貌,西部为波状沙丘地,地势开阔,井田南部、北部黄土冲沟发育,梁峁区及沙丘区植被覆盖良好,主要以沙柳、沙蒿、柠条、沙打旺等为主。地势总体呈西高东低、中部高南北低的特点,最高处位于西部东小阿包,标高 1326.40m,最低处位于东南角碱房沟一中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 2 页带,标高 1100.00m 左右,最大高差 226.40m,一般标高 1275.00m 左右。1.1.3 河流井田所在位置属黄河一级支流窟野河流域。西部边界大致为窟野河与秃尾河之分水岭。井田北部的麻家塔沟流和南部的西沟沟流为窟野河一级支流,均为长年性流水,受区内东西向分水岭制约,两沟分别于神木县城北、南两地注入窟野河内,据长观资料,麻家塔沟流量一般为 528.75L/S,西沟流量一般为 256.80L/S。井田内其它沟流均属季节性,流量随季节变化明显。1.1.4 气象及地震本井田属中温带半干旱大陆性气候,冬季寒冷,夏季炎热,昼夜温差悬殊。当年 11月至次年 3 月为冰冻期,冻土最大深度 146cm;最大积雪厚度 12cm;元月初至 5 月初为季风期,多为西北风,多年平均风速 2.5m/s,最大风速 25m/s,年平均气温 8.5℃,极端最高气温 38.9℃,极端最低气温 _ 28.5℃,年平均降雨量 436.7mm,且多集中于 7、8、9三个月;年平均蒸发量 1907.2~2122.7mm,是降雨量的 4~5 倍。本井田地壳活动相对微弱,基本烈度为Ⅵ度,据史料记载,自公元 1448 年和 1621年府谷、榆林、横山发生过 5 级地震以后再未发生过 4 级以上地震。1996 年 5 月 3 日,距本井田 350km 的包头发生的 6.4 级地震本井田也仅有震感而已。1.1.5 水源、电源西北电网 330kv 供电线路已分别送至榆林和神木,榆林至神木、榆林至店塔镇的两条 110kv 电源线路已经建成使用。从榆林镇北台变电站出线的矿区 110kv 供电线已送至锦界,并已在锦界建成二座 110/35kv 变电站,矿井电源可锦界 110/35kv 变电站接取。矿井永久水源为锦界水厂,其上次水源取自瑶镇水库蓄水,瑶镇水库已于 2004 年建成,从水库通往锦界水厂的供水管网也已建成投运,故矿井水源可靠。1.1.6 矿区规划为确保矿井安全生产,2007 年 5 月国土资源部国土资矿划字 2007019 号文对凉水井井田边界范围进行了调整,将井田边界附近上述 4 个小煤矿全部划出本井田开采范围,调整后的井田范围缩小至东西长 11km,南北宽 8.4km,面积 61.34km。普查地质储量 4.12 亿吨。1.1.7 矿区经济状况神木县位于榆林市以北,地处陕西最北端。区内煤矿资源十分丰富。自改革开放以来,经过几十年的飞速发展,目前神木县已从国家级贫困县发展成为陕西五强县之首,矿区农作物主要有小麦、谷子、玉米,经济作物一豆类为主,矿区工业主要以煤炭生产为主,其余有电力、纺织、建材等工业。1.2 井田地质特征1.2.1 地质构造凉水井井田位于榆神矿区东北部,井田内地层平缓,倾角不足 1°,构造总体趋势为倾向 NWW 的单斜构造,在此基础上发育一些极其宽缓的小型波状起伏,未见岩浆岩。小型波状起伏,未见岩浆岩。从 5-3 煤层底板等高线图上可以看到,在井田西部 P120-L10-LK21 号钻孔连线一带为南北向波峰,在 LK7-L7 号钻孔连线一带为南北向波谷,最大起伏 44.68m。该波峰在上部各煤层底板等高线图上均有反映,具继承性,但在幅度及中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 3 页规模上变得越来越小;中部相对平坦;东部相对抬升,起伏 10m 左右,坡角小于 1°。1.2.2 地层特征本井田基本被第四系覆盖,仅在北部、东部沟谷中有基岩出露。根据地质填图成果及钻孔揭露,本井田地层由老至新依次为:三迭系上统永坪组(T 3y),侏罗系中统延安组(J2y)、直罗组(J 2z),新近系上新统保德组(N 2b)、第四系中更新统离石组 (Q2L)、上更新统萨拉乌苏组(Q 3S)、全新统风积沙(Q 4eol) 及冲积层(Q 4al)。现分述如下:1.2.2.1 三迭系上统永坪组(T 3y)该套地层是陕北侏罗纪煤田含煤地层的沉积基底,区内未出露,其岩性为一套巨厚层状浅灰绿色、灰绿色细-- 中粒长石、石英砂岩,含大量云母及绿泥石,成分以石英、长石为主,分选性及磨园度中等,泥质或泥钙质胶结,具交错层理和水平层理,局部含石英砾、灰绿色泥质包体、煤屑及黄铁矿结核,厚度不详。1.2.2.2 侏罗系中统延安组(J 2y) 为本井田的含煤地层,全区分田南部的四卜树沟、梁家湾沟,北部的石板台、山榆树圪崂、梁家沟,东部的碱房沟等沟谷中有出露,按含煤性、沉积旋迴自下而上分为五段。该套地层由于受沉积后期冲刷及剥蚀,第五段缺失,第四段仅井田西南缘残存,第三段井田西部保存完整,东部大范围内保存不全,第二段井田东部局部地段亦有剥蚀现象,第一段全井田分布。全组地层一般厚度 77.97(L1)--180.10m(P120),平均 142.68m,总体趋势是井田中部 LK6 号钻孔一带及西部较厚,厚度大于 150m,Ⅰ--Ⅰˊ勘探线东部变薄,厚度 100m 左右。与下伏三迭系上统永坪组呈平行不整合接触。1.2.2.3 侏罗系中统直罗组(J 2z)除井田西部边缘一带仅存 9.50--12.25m 的中-粗粒砂岩外,全区均被剥蚀,与下伏延安组呈平行不整合接触。岩性以巨厚层状黄灰、黄绿色、局部紫杂色中-粗粒长石砂岩,分选性中等,滚园度以次棱角状为主,钙质胶结,不显层理1.2.2.4 新近系上新统保德组(N 2b)出露于北部孟家石庙、黄家庙、山榆树屹崂、上榆树峁及碱房沟一带,地表最大出露厚度 54.06m,据钻孔揭露,其厚度 2.90-74.50m,平均厚度 31.61m。岩性主要为浅红色、棕红色粘土及亚粘土,含不规则的钙质结核,呈层状分布。局部地段底部为 10-30cm 厚的砾石层,砾石成份多为石英砂岩、砾岩等,钙质胶结,坚硬致密。本组地层因含动物骨骼化石而称为“ 三趾马粘土 ”。与下伏侏罗系中统直罗组呈不整合接触。1.2.2.5 第四系中更新统离石组(Q 2L)区内广泛分布,主要出露于井田中、东部,地表最大出露厚度 34.78m,,据钻孔揭露,厚度 0-60.00m,平均厚度 26.43m。岩性以灰黄色、棕黄色亚粘土、亚沙土为主,其中夹多层古土壤层,含分散状钙质结核,砾径一般 3-5cm,最大 10cm,发育垂直裂隙。与下伏地层呈不整合接触1.2.2.6 第四系上更新统萨拉乌苏组(Q 3S)井田内局部分布,主要出露于响水河、凸扫沟、海子沟一带,。据填图资料,厚度一般 8-10m,最大 18m;据钻孔揭露,厚度 0-18.60m,平均厚度 8.56 m。岩性主要由灰黄色、灰绿色、灰褐色及灰黑色粉沙、细沙、中沙组成,夹亚沙土、亚粘土和泥炭层。局中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 4 页部底部含有豆状钙质结核。与下伏地层呈不整合接触。1.2.2.7 第四系全新统风积层(Q 4eol)及冲积层(Q 4al)。冲积层:主要分布于沟谷中,岩性以灰黄色、灰褐色细沙、粉沙、亚沙土和亚粘土为主,含少量腐植土,底部多数含有砾石层,砾石直径 3-4cm,分选性、滚园度均差,一般厚度 1.5-5.0m 左右。与下伏地层呈不整合接触。风积沙层:广泛分布于本井田西部,以固定沙丘、半固定沙丘形式覆盖于其它地层之上。岩性主要为浅黄色、褐黄色细沙、粉沙,质地均一,分选性好,磨园度较差,厚度 0-30.76m,平均厚度 6.69m。与下伏地层呈不整合接触。1.3 井田的水文地质特征1.3.1 地表水井田地处黄河一级支流窟野河流域。西部边界部位为窟野河与秃尾河分水岭,北部的麻家塔河流和南部西沟河流为窟野河支流,均为长年流水。井田中部东西向分水岭将地表水划分为南北流域。南部流域西沟河流量 256.80L/s,较大的沟流为凸扫沟,流量 43.28-156.96 L/s(5-11 月)。北部麻家塔流量 528.75 L/s。较大的沟流为王家石庙沟流,流量 53.089 -186.46 L/s(5-11 月)。其余支沟沟流均属季节性流水。北部沟谷中建有多处水库。其中孟家石庙水库库容较大,库容量 109200m3。1.3.2 含(隔) 水层划分 (由上而下)依据赋水特征将井田地下水划分为孔隙潜水含水层和基岩裂隙含水层两种含水类型。1.3.2.1 孔隙潜水含水层(1)新生界松散层孔隙潜水含水层 主要分布于井田西部,岩性为粉沙-中沙,厚度 0-30.76m,平均厚度 6.69 m,透水性能好,不含水或含水微弱,与下伏地层组成单一含水层,水位埋深 3.50m,泉流量一般在 0.14-0.325L/s,属弱富水,水质类型属 HCO3-Ca、Mg、 Na 型水,矿化度 0.248g/L,在基岩掩盖区与基岩风化裂隙承压水组成复合含水层。(2)第四系全新统冲积孔隙潜水含水层主要分布于较大沟岸阶地及沟谷漫滩,岩性为细沙、中粗沙、亚沙土及沙砾石层组成,孔隙大,补给条件优越,富水性较好,厚度 1.5-5.0 m,水位埋深 0.2-9.0 m,泉流量一般 0.08-9.375 L/s,属弱到中等富水,水质类型属 HCO3-Ca、Mg、Na 型水,矿化度0.265g/L。(3)第四系上更新统萨拉乌苏组孔隙潜水含水层区内分布极不均一,在中西部出露,东部黄土沟壑梁峁区缺失,厚度变化大,岩性为灰黄色、灰褐色、灰黑色中—细沙,厚度 3.00-18.60m,平均厚度 8.56m。详查阶段在L4、L8 二个钻孔松散层进行抽水试验,试抽前恢复水位资料显示,潜水位较低,富水性极弱,为一透水层。在西沟河流域阳塔村 6 号民井(不完整井)作了简易抽水试验,资料显示补给差,富水性弱;本次勘探在先采地段布设了 6 个水文地质调查孔,2 个松散沙层抽水孔,据 LK9、LK13′、LK18 三个水文孔松散沙层抽水资料和地震折射解释资料分析,松散沙层在先采地段大部分地区不含水,为一透水层,地下水潜水位低于松散沙层底界。在沟谷区底部或沟谷斜坡地带松散沙层潜水位较低,呈片状流排泄在汇流区组成中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 5 页湿地泉群,在北部麻家塔河流域王家石庙沟脑,泉量较大,流量 32.22l/s,井田西南地段西沟河流域、松散沙层水与基岩风化裂隙承压水相沟通组成复合含水层,形成井田南、北边缘地带二块地下水富水性中等的水文地质单元。在中部 LK13′钻孔附近响水河沟脑地段,地下水潜水沿沟谷排泄,形成汇流湿地组成片状泉群,泉流量 0.14-5.618L/s。先采地段北部 LK20′号钻孔松散沙层抽水资料显示,水位 4.00m,松散沙层水柱高度 3.80m,抽水连续 12 小时后,水泵不出水,用恢复水位资料计算涌水量 0.0196L/s,富水性弱,水质类型属 HCO3-Ca.M.Na 型水,矿化度 0.328L/s。综上所述,本井田松散沙层富水性的强弱受隔水层段起伏形态控制,在沙丘、滩地区,地下水潜水位低于松散沙层底界,富水性弱。而在地下水泾流区,沟谷斜坡地段,松散沙层潜水以片流形式沿沟谷两侧向低洼处汇集,形成一流量泉群,富水性中等。1.3.2.2.中更新统离石组黄土相对隔水层与新近系上统保德组粘土隔水层出露于东部梁区,郝家圪崂、黄家庙盆堰一带,离石黄土以亚粘土、亚砂土为主,呈互层状,局部含分散状钙质结核薄层,厚度 1.50-60.00m,平均厚度 26.43m,在沟谷阶地区底部,有一层分散状砂砾层,水位埋深 6.20-9.00m,泉流量 0.14-0.454L/s,富水性极弱,为一层相对隔水层,保德组粘土以粘土为主,结构致密、坚硬,厚度 2.9-74.0m,平均厚度 31.61m,是本区主要的隔水层。1.3.2.3.基岩裂隙含水层(1)侏罗系中统直罗组基岩裂隙含水层仅分布井田西部边缘一带,厚度 9.5-12.25 m,岩性为灰黄绿、灰白色厚层状中、粗粒砂岩,局部夹粉、细砂岩,岩芯疏松碎裂,少数钙质胶结,砂岩硬度大,裂隙发育,具有较好渗透性和储水条件。据相临井田钻孔抽水试验资料:平均单位涌水量为0.0402L/s·m,平均渗透系数 0.142m/d,富水性弱,水质 HCO3-Ca、Mg、Na 型水,矿化度6mm 灰渣平均结渣率在 3.6-27.0%之间。鼓风强度为 0.2m/s 时, >6mm 灰渣平均结渣率在 1.7-30.6%之间。鼓风强度为 0.3m/s 时, >6mm 灰渣平均结渣率在 2.5-32.4%之间,属难结渣-强结渣煤层。4-4 煤层当鼓风强度为 0.1m/s 时,>6mm 灰渣平均结渣率为 8.3%。鼓风强度为 0.2m/s时,>6ppm 灰渣平均结渣率为 5.8%。鼓风强度为 0.3m/s 时, >6mm 灰渣平均结渣率为 3.0%。属难结渣- 中等结渣煤层。5-2 煤层当鼓风强度为 0.1m/s 时,>6mm 灰渣平均结渣率在 1.7-27.8%之间。鼓风强度为 0.2m/s 时, >6mm 灰渣平均结渣率在 4.9-34.3%之间。鼓风强度为 0.3m/s 时, >6mm 灰渣平均结渣率在 4.2-29.4%之间,属难结渣-强结渣煤层。5-3 煤层当鼓风强度为 0.1m/s 时,>6mm 灰渣平均结渣率在 4.3-21.3%之间。鼓风强度为 0.2m/s 时, >6mm 灰渣平均结渣率在 2.9-37.1%之间。鼓风强度为 0.3m/s 时, >6mm 灰中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 10 页渣平均结渣率在 3.3-31.3%之间,属难结渣-强结渣煤层。1.4.2.4 煤的低温干馏及焦油产率各煤层原煤焦油产率(T ar,d ):变化在 7.2-15.8%之间,其综合平均值在 10.2-12.3%之间,属富- 高油煤。1.4.2.5 煤灰成分、灰熔融性及灰粘度(1)煤灰成分各煤层煤灰成分中硅铝酸盐矿物含量较高,主要为 SiO2 其值变化在 23.05-92.84%之间,其综合平均值在 42.77-75.09%之间。AI 2O3 其值变化在 0.00-29.01%之间,其综合平均值在 6.59-18.25%之间。其次为 CaO,其值变化在 1.34-30.80%之间,其综合平均值在5.70-19.23%之间。 Fe2O3 其值变化在 1.52-31.2%之间,其综合平均值在 5.86-12.00%之间。其余均为少量。(2)灰熔融性各煤层软化温度(ST)值变化在 980-->1500℃ 之间,其综合平均值在 1148-1393℃之间。其中 4-2、4 -3、5 -2、5 -3 号煤层综合平均值在 1148-1230℃之间,可属低熔灰分煤。4 -4 煤层综合平均值为 1393℃,可属高熔灰分煤。(3)灰粘度煤灰粘度是指煤灰在高温熔融状态下的流动特性,与煤灰成分和灰熔融温度密切相关。对于液态排渣的锅炉和气化炉,一般要求灰渣的流动温度(FT)小于 1250℃。FT 愈低的煤灰,愈有利于排渣。正常排渣粘度一般为 50-100Pa.s,最高不超过 250Pa,s,由此可见,煤灰熔融性及灰粘度是评价动力用煤质量的重要指标。(4)各煤层煤灰特征指数在粉煤锅炉的燃烧过程中,炉内灰沉积分为结渣和沾污两种类型,结渣指软化或熔融的灰粒碰撞在水冷壁和主要受辐射热的受热面上生成的熔渣;沾污指灰在高温下凝结于对流受热面上,继续粘结灰颗粒形成的高温粘结灰沉积。各煤层的结渣指数在 0.044-0.160 之间,积灰指数在 0.047-0.332 之间。属熔渣倾向低等和中等沾污程度。1.4.2.6 其它特征(1)煤中的碳酸盐 CO24-2、4 -3、4 -4、 5-2 煤层中碳酸盐 CO2 含量变化在 1.30-1.56%之间。5 -3 煤层中碳酸盐CO2 为 2.90%。(2)可磨性各煤层可磨性指数变化在 43-73%之间,其综合平均值在 57-64%之间。表明可磨性指数较小,属中等难磨--难磨煤层。(3)透光率经测试各煤层煤的透光率均在 90-98%之间,属长焰煤类。1.4.3 煤质基本特征本井田主要为长焰煤和不粘煤,镜质组最大反射率为 0.556-0.609%,属Ⅰ煤化阶段。煤的水分(Mad)为 3.55-9.15%,灰分(Ad)平均值小于 10%,属低灰;全硫(St.d)平均值小于0.4%,属特低硫;发热量 Qnet,d 平均值为 28.41-29.77MJ/Kg,属中高-高热值煤;抗碎强度高,化学反应性强,高热稳定性,煤中有害元素含量低,不具粘结性,较难磨,富油-高油。
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