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复合顶板条件下的回采巷道支护问题探讨.rar

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    编号:20180910134552298    类型:共享资源    大小:2.84MB    格式:RAR    上传时间:2018-09-10
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    复合 顶板 条件下 回采 巷道 支护 问题 探讨
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    中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 I 页摘 要本设计包括三个部分:一般部分、专题部分和翻译部分。一般部分为新源煤矿 0.9Mt/a 新井设计。共分 10 章:1.矿区概述及井田地质特征;2.井田境界和储量;3.矿井工作制度及设计生产能力、服务年限;4.井田开拓;5.准备巷道布置;6.采煤方法;7.井下运输;8.矿井提升;9.矿井通风与安全技术;10.矿井基本技术经济指标。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,行政区划隶属于山西省长治市管辖。井田南北宽 4.3~5.6km,东西长 2.82~3.23km ,面积约17.88km2。主采煤层为 2 号煤,2 号煤平均厚 3.0m,井田地质条件简单。矿井工业储量为70.683Mt,可采储量 53.753Mt。矿井正常涌水量为 7.5m3/h,最大涌水量为 10.83m3/h。矿井瓦斯涌出量低,为低瓦斯矿井。矿井为立井单水平开拓,大巷采用胶带输送机运煤,辅助运输采用无极绳绞车,矿井通风方式为中央并列式通风。矿井年工作日为 330d,每天净提升时间 16h。矿井工作制度采用“三八 ”制,两班生产、一班准备。专题部分题目是复合顶板下的回采巷道支护技术研究。翻译部分主要内容是以兖州煤矿的现状为基础,通过对煤层突水风险的评估,总结出经验公式以确保较深部煤层开采的安全。英文题目为:Comprehensive evaluation of water-inrush risk from coal floors.中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 II 页ABSTRACTThis design includes three parts: the general part, the special subject part and the translated part.The general part is a new design for Xinyuan mine. This design includes ten chapters. 1. An outline of the mine field geology. 2. Boundary and the reserves of mine. 3. The service life and working system of mine. 4. development engineering of coalfield. 5. The layout of panels. 6. The method used in coal mining. 7. Transportation of the underground. 8. The lifting system of the mine. 9. The ventilation and the safety operation of the mine. 10. The basic economic and technical norms.Xinyuan mine is located nearby Liyuan of Changzhi in Shanxi province. The length of the mine field is 4.3~5.6 km, the width is about2.82~3.23 km,and the total area is17.88 km 2. The No.2 coal seam is the main coal seam,The thickness of the three main coal is about 3.0m respectively. The geologic structure of this coalfield is simple. The normal flow of the mine is 7.5 m3 percent hour and the max flow of the mine is 10.83 m3 percent hour. The mineral gas gushes the deal lower, and it is a low gas mineral mine.The mine is a single level in two shafts to develop. The central laneway uses Belt Conveyor to transit coal, and trolley wagons are used for accessorial transportation in the roadway. The ventilation mode of this mine is center juxtapose form. The “three-eight” working system is used in the Xinyuan mine. It produces for 330 days a year.Special subject part of topics is Analysis and Control About Stability of Compound Roof on the Coal Mine Returns Picks the Tunnel The main content of the translation part is about obtaine the order of the factors affectingwater-inrush from coal floors and recalculated data on depths of destroyed floors by multiple linear regression analysis and obtained new empirical formulas. The English title is “Comprehensive evaluation of water-inrush risk from coal floors”.中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 III 页目 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 井田地质特征 ..........................................................................................................41.3 煤层特征 ..................................................................................................................82 井田境界和储量 ...............................................................................................................122.1 井田境界及储量 ....................................................................................................122.2 矿井工业储量 ........................................................................................................132.3 矿井可采储量 ........................................................................................................143 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限 ...................................................................163.1 矿井工作制度 ........................................................................................................163.2 矿井设计生产能力及服务年限 ............................................................................164 井田开拓 ...........................................................................................................................174.1 井田开拓的基本问题 ............................................................................................174.2 矿井基本巷道 ........................................................................................................245 准备方式—— 采区巷道布置 ...........................................................................................315.1 煤层地质特征 ........................................................................................................315.2 采区巷道布置及生产系统 ....................................................................................315.3 采区车场选型设计 ................................................................................................346 采煤方法 ...........................................................................................................................376.1 采煤工艺方式 ........................................................................................................376.2 回采巷道布置 ........................................................................................................507 井下运输 ...........................................................................................................................527.1 概述 ........................................................................................................................527.2 采区运输设备选择 ................................................................................................537.3 大巷运输设备选择 ................................................................................................568 矿井提升 ...........................................................................................................................578.1 概述 ........................................................................................................................578.2 主副井提升 ............................................................................................................579 矿井通风与安全技术 .......................................................................................................609.1 矿井通风系统选择 ................................................................................................609.2 矿井风量计算及风量分配 ....................................................................................639.3 矿井通风阻力 ........................................................................................................689.4 矿井通风设备选型 ................................................................................................719.5 矿井灾害的防治措施 ............................................................................................7410 设计矿井基本技术经济指标 .........................................................................................79中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 IV 页参考文献 .......................................................................................................................80专题部分复合顶板条件下的回采巷道支护问题探讨 .......................................................................820 复合顶板的概念及其特点 ...............................................................................................820.1 复合顶板的概念 ....................................................................................................820.2 复合顶板的特点 ....................................................................................................821 在采动影响范围内的回采巷道矿压显现特征 ................................................................822 复合顶板下回采巷道围岩和支护作用关系分析 ...........................................................843 巷道围岩控制方法 ...........................................................................................................843.1 锚杆的作用 ............................................................................................................843.2 锚索的应用 ............................................................................................................853.3 金属网的作用 ........................................................................................................854 目前解决复合顶板下回采巷道支护问题的方法和技术 ...............................................854.1 复合顶板下回采巷道采用锚杆支护的技术 ........................................................854.2 复合顶板条件下回采巷道采用锚网索联合支护的技术 ....................................874.3 复合顶板条件下回采巷道的钢带锚网支护技术 ................................................934.4 回采巷道特殊复合顶板的支护技术 ....................................................................985 小结 .................................................................................................................................100翻译部分Comprehensive evaluation of water-inrush risk from coal floors .......................................1041 Introduction ......................................................................................................................1042 General hydrogeological situation of mining area ...........................................................1053 Evaluation of factors affecting waterinrush from coal floors...........................................1053.1 Standardization process of hydrogeological data ..................................................1054 Evaluation of water-inrush risk from Ordovician limestone aquifer................................1084.1 Depth of destroyed floor formula ..........................................................................1084.2 Evaluation by water-inrush coefficient method.....................................................1084.3 Evaluation by fuzzy clustering method .................................................................1094.4 Comprehensive evaluation of water-inrush risk from Ordovician limestone aquifer.............................................................................................................................................1105 Conclusions ......................................................................................................................111煤层突水风险的综合评价 .................................................................................................1131 引言 ..................................................................................................................................1132 一般矿区的水文地质情况 ..............................................................................................1133 对影响煤层突水的因素的评价 ......................................................................................1143.1 水文地质资料的标准化进程 ...............................................................................1143.2 煤层突水因素的影响评价 ...................................................................................1144 从奥陶纪灰岩含水层突水风险评估 ..............................................................................1154.1 摧毁底板的深度公式 ...........................................................................................115中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 V 页4.2 突水系数法评价 ...................................................................................................1154.3 模糊聚类方法的评价 ...........................................................................................1154.4 奥陶系灰岩含水层突水风险的综合评价 ...........................................................1165 结论 ..................................................................................................................................116致谢 .....................................................................................................................................117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 2 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 地形地貌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。1.1.3 河流水系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 气象及地震本区属大陆性气候,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。据中华人民共和国标准 GB50011-2001《建筑抗震设计规范 》 ,本区地震基本烈度为 7度。1.1.5 水源矿井现供水水源取自工业场地附近李元河河谷浅层地下水,以两眼大口井汲取,日出水量 400~500m 3。矿井技术改造后,现有水源不能满足生产要求,必须重新考虑水源。矿井永久供水水源取用奥灰岩溶水,以一眼深井汲取。1.1.6 电源本矿现有一座 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 3 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 4 页1.2 井田地质特征1.2.1 地质构造一、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。现结合井田及地层综合柱状图(见图 1-2)揭露资料,对井田内的地层自下而上分述如下:1. 奥陶系(O)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。(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)中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 5 页(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。二、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 (C3t2)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(K 2、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,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
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