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孤岛工作面巷道围岩变形规律研究.rar

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    编号:20180910134553247    类型:共享资源    大小:2.36MB    格式:RAR    上传时间:2018-09-10
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    孤岛 工作面 巷道 围岩 变形 规律 研究
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    中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计目 录1 矿区概况及井田地质 ....................................................11.1 矿区概述 .........................................................11.1.1 地理位置、交通情况 ..........................................11.1.2 地形及地貌 ..................................................11.1.3 河流及水体 ..................................................11.1.4 气象及地震 ..................................................11.2 井田地质特征 .....................................................21.2.1 井田地质构造 ................................................22 井田境界和储量 .......................................................103 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限 .................................173.1 矿井工作制度 ....................................................173.2 矿井设计生产能力及服务年限 ......................................174 井田开拓 .............................................................194.1 井田开拓的基本问题 ..............................................194.2.2 开拓巷道 ..................................................284.2.3 井底车场及硐室 ............................................284.2.2 井底车场 ................................................314.2.3 主要开拓巷道 ............................................324.2.4 巷道支护 ................................................325 准备方式—— 带区巷道布置 .............................................345.1 煤层地质特征 ....................................................345.1.1 带区位置 ..................................................345.1.2 带区煤层特征 ..............................................345.1.3 煤层顶底板岩石构造情况 ....................................355.1.4 水文地质 ..................................................355.1.5 地质构造 ..................................................355.1.6 地表情况 ..................................................365.2 带区巷道布置及生产系统 .........................................375.2.1 带区准备方式的确定 ........................................375.2.2 带区位置及范围 ............................................375.2.7 带区内巷道掘进方法 ........................................395.2.8 带区生产能力及采出率 ......................................405.3 带区车场选型设计 ................................................416 采煤方法 .............................................................426.1 采煤工艺方式 ...................................................426.1.1 采煤方法的选择 ...........................................426.1.2 回采工作面长度的确定 .....................................436.1.3 工作面的推进方向和推进度 .................................43中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 1 页16.1.4 综采工作面的设备选型及配套 ...............................436.1.5 各工艺过程注意事项 .......................................476.1.6 工作面端头支护和超前支护 .................................496.2 回采巷道布置 ....................................................566.2.1 回采巷道布置方式 ..........................................566.2.2 回采巷道参数 ..............................................567 井下运输 .............................................................587.1 概述 ............................................................587.1.1 矿井设计生产能力及工作制度 ................................587.1.2 煤层及煤质 ................................................587.2 带区运输设备选择 ................................................597.2.1 设备选型原则: ............................................597.2.2 带区运输设备选型及能力验算 ................................597.3 大巷运输设备选 ..................................................617.3.1 主运输大巷设备选择 ........................................617.3.2 辅助运输大巷设备选择 ......................................617.3.3 运输设备能力验算 ..........................................638 矿井提升 .............................................................648.1 矿井提升概述 ....................................................648.2 主副井提升 ......................................................648.2.1 主井提升 ..................................................648.2.2 副井提升设备选型 ..........................................679 矿井通风及安全 .......................................................709.1 矿井地质、开拓、开采概况 ........................................709.1.1 矿井地质概况 ..............................................709.1.2 开拓方式 ..................................................709.1.3 开采方法 ..................................................709.1.4 变电所、充电硐室、火药库` .................................719.1.5 工作制、人数 ..............................................719.2 矿井通风系统的确定 ..............................................719.2.1 矿井通风系统的基本要求 ....................................719.2.2 矿井通风方式的选择 ........................................729.2.3 矿井通风方法的选择 ........................................739.2.4 带区通风系统的要求 ........................................739.2.5 带区通风方式的确定 ........................................749.3 矿井风量计算 ....................................................749.3.1 通风容易时期和通风困难时期采煤方案的确定 ..................749.3.2 各用风地点的用风量和矿井总用风量 ..........................749.3.3 风量分配 ..................................................78中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 2 页29.4 矿井阻力计算 ....................................................799.4.1 计算原则 ..................................................809.4.2 矿井最大阻力路线 ..........................................809.4.3 计算矿井摩擦阻力和总阻力: ................................809.5 选择矿井通风设备 ................................................849.5.1 选择主要通风机 ............................................849.5.2 电动机选型 ................................................879.6 安全灾害的预防措施 ..............................................879.6.1 预防瓦斯和煤尘爆炸的措施 ..................................879.6.2 预防井下火灾的措施 ........................................889.6.3 防水措施 ..................................................8810 设计矿井基本技术经济指标表 ..........................................89专题部分 ...............................................................95英语原文 ..............................................................112中文译文 ..............................................................117致谢 ..............................................................120中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计一般部 分中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 1 页1 矿 区 概 况 及 井 田 地 质1.1 矿区概述1.1.1 地理位置、交通情况王庄煤矿位于山西省长治市郊区故县,距市中心 30 公里,其地理坐标为:东经112°58′25″~113°03′21″,北纬 36°14′04″~36°24′35″。北距太原市 230公里,南到焦作市 220 公里,东距邯郸市 183 公里。地处潞安矿区的东南部,跨长治市郊区和屯留县两个行政区。208 国道由北向南穿越井田,东距王庄矿工业广场约 6 公里,309 国道横贯矿区。王庄矿铁路专用线至长治北站 14 公里,与太(原)焦(作)及长(治)邯(郸)铁路相接,通往全国各地。区内各村镇均有公路相通。交通极为方便。如图 1.1图 1-1 王庄煤矿交通位置图1.1.2 地形及地貌王庄矿地处上党盆地西北部,属高原内部断陷堆积盆地。盆地北部黄土冲沟发育,局部有基岩出露,南部为山前斜坡地带,区内地势起伏不平,均被较厚的第四系黄土所覆盖,井田北部较高,南部较低,最大标高 1024..7m,位于王-1 与王-2 钻孔之间的寒山煤矿附近;最小标高 898m,位于扩区东部边界一带,最大相对高差为 127m 左右。1.1.3 河流及水体区内地势平缓,地表水系较为发育,其中绛河为本区的主要地表水系,该河流为浊漳河南源主要分支,一般旱季流量 0.5 m3/s 左右,最大流量为 58.10 m3/s,由西向东横贯井田后备区中部,汇入东部的漳泽水库。1.1.4 气象及地震(1)气温:井田地处黄土高原,区域气候属暖温带半干旱大陆性气候区,年温差和长 治 市太 原 市 晋 中 市 阳 泉 市 石 家 庄 市邢 台 市邯 郸 市 安 阳 市鹤 壁 市新 乡 市焦 作 市晋 城 市临 汾 市吕 梁 市 太 长 高速京昆高速 二广高速 青 兰 高 速G208G207G207G309王 庄 煤 矿中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 2 页2日温差变化较大,夏季午间较热,晚间较凉。年平均最低气温 7.8℃,年平均最高气温为9.7℃,19 年平均气温为 9.15℃。(2)降水:井田内,蒸发量为降水量的 3 倍多。年最高蒸发量 1996.3mm,年最低蒸发量为 14938mm,20 年平均蒸发量为 1731.84mm。年最高降水量为 917.00mm,年最低降水量为 311.8mm,年平均降水量为 558.8mm。(3)风况:夏季多为东南风,冬季为西北风。年平均风速为 2.48m/秒。最大风速为 14 一 16m/s。(4)冰冻:冰冻期是每年 10 月至次年的 4 月,最大冻土深度为 75cm。(5)地震:据长治市地震局介绍,晋东南地区除 1890 年武乡县曾发生过 5.5 级(烈度 7 度)地震外,尚未发生过4级以上地震。而4级以下的小震比较频繁。据《建筑抗震设计规范》 (GB50011-2001) ,本区地震设防烈度为7度。1.1.5 矿区经济概况矿区东面为长治钢铁公司,王庄煤矿与长治钢铁公司两大企业组成本区一片规模较大的煤铁工业区,与之配套的各种服务行业也比较发达。1.1.6 电源工业广场 35KV 变电所两回电源线路为 LGJ-185/3.1KM,由崔蒙 35KV 变电所 332、337转送至工业广场 35KV 变电所的高压开关 351、352 送至两段 35KV 母线,经 353、354 送至两台 SFZ9-10000KVA 主变,降压为 6KV 后,由 640、631 两回路配出,分两段母线运行,供矿井提升、运输、洗煤等生产系统用电。1.2 井田地质特征 1.2.1 井田地质构造井田走向长度为 13.08~17.2km,平均走向长度为 17.2km,倾斜宽为2.38~3.63km,平均为 3.26 km,平均倾角为 7.13 度,井田水平宽度为 3.22~4.86 km,水平面积为 77.7 平方公里王庄井田位于潞安矿区的中部东缘,处于文王山南断层与二岗山北断层之间。总体为一走向为北西向,倾向南西的单斜构造,地层倾角一般在 2°~6°,最大倾角达16°。(1)褶曲:井田中褶曲宽缓,在井田北部和中部,褶曲大致沿东西向展布,在井田南部,以宽缓的背向斜为主,区内构造线方向近南北向。大多数褶曲的两翼地层倾角较平缓,发育的规模也不尽相同,有的褶曲延伸长,有的延伸短。(2)断层:井田内断层主要为故县断层、刘家畛断层、安昌断层和二岗山北正断层。这些断层在井田内均延伸较长,甚至贯穿整个井田东西区域,而且在井田内呈一定间隔分布,对井田内的断裂构造起着主导作用。其产状见表故县正断层:位于井田的中北部,断层的走向变化较大,在 N70°~95W°间变化,倾角 70°~80°,断层的倾向随走向由 NNE 变为 NNW,断层的落差 H=20~48m,断层穿越井田的东、西边界,向西延伸至常村井田内。在西边界处,据王-89 孔,该孔发现两条断层,落差分别为 17m 和 21m,倾向相同,应是断层发生分叉现象。王-9 号孔见到了该断中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 3 页3层的破碎带,在孔深 44 米以下,岩石倾角突然变大,砂岩及泥岩碎快紊乱出现,破碎带厚约 5m,王-9 号孔附近断层落差 44m,断层面倾角 70°。王-33 号孔打到了断层上,钻孔穿过上盘地层,在孔深 164.52m 遇破碎带,破碎带中见有泥岩和顶板岩石碎块,过破碎带,在孔深 171.0m 见下盘 3 号煤,见煤已到煤层中部,故煤厚 3.25m。该断层的推断依据还有王-44 孔、西风井、北大巷、常-39 孔、常-40、常-22 孔以及 2012 号孔。 断层向东部井田外延伸呈逐渐尖灭迹象,在王庄井田内共延伸 4000 余米。刘家畛断层:位于井田的中南部,贯穿井田的东西边界,断层是在精查勘探阶段查明的,断层的走向 58°,倾向 148°,断层的落差 H=20-50m,倾角 75°,在井田内延伸长度为 3700m。安昌正断层:位于井田的中南部,贯穿井田的东西边界,是在勘探阶段发现的,断层的走向 56°东,倾向 150°,倾角由西向东变陡,一般 70°~75°,断距为130m~230m,西段为 130m,东段为 140m,中段 536 孔一带为 165m,局部达 250m。536 号孔在 518.10~554.43m 见断层破碎带,断失太原组底部和本溪组以及峰峰组上部地层。0505 孔在 584.10~668.02m 见断层破碎带,断失整个太原组和本溪组地层。该断层落差70~170m 之间,在井田内延伸长度为 3700m。二岗山北正断层:为井田南部边界。井田内长 4600 m。断层的走向北 63°东,倾向北西 152°,倾角 70°。断距由东向西逐渐变小,156 号孔在 362.87 m 见该断层,上石合子组地层与中奥陶统峰峰组石灰岩接触,落差为 350 m。西端 1202 孔在 611.80~618.50 m 见破碎带,太原组中段(C 3t2)下部地层与中奥陶统上马家沟组上段(O 2s3)接触,断距为300 m。在扩区内有地震剖面 4 条(断 8、联 9-1、联 8、主-4)控制。(3)陷落柱:王庄井田内基本无陷落柱。(4)河流冲刷带:王庄井田内基本无同沉积河流冲刷带表 1-1 井田内主要断层产状走向 倾向 倾角 长度 落差故县断层N70°~95W°NNE 变为 NNW70°~80° 4000m20~48m刘家畛断层N58°E NW148° 75° 3700m 50m安昌断层 N56°ENW150°70°~75° 3700m70~170m二岗山北断层N63°E NW152° 70° 4600m 350 m1.2.2 地层本井田主要含煤地层为二迭系下统山西组地层(P1S)和石炭系上统太原组中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 4 页4(C3t) 。(1)二叠系下统山西组(P1S):地层厚 46.59-99.31 米。平均厚 73.70 米,含煤1-4 层。单孔煤层总厚 6.97-7.52 米,平均厚 7.09 米,含煤系数 9.7%。其中 3 号煤层为全区稳定可采煤层,其余煤层为局部发育,不稳定,不可采煤层。(2)石炭系上统太原组(C3t):地层厚 89.08-134.23 米。平均厚 112 米,含煤7-15 层,一般 13 层。单孔煤层总厚 6.70-7.8 米,平均厚 7.25 米,含煤系数 6.5%。其中 15-2、15-3 号煤层为较稳定、全区可采煤层,9#、10#、13#、15-1#为大部或局部可采煤层,其余煤层均为不可采煤层。图 1-2 主采煤层综合柱状图1.2.3 水文地质井田内水文地质条件简单,工作面涌水量基本上不影响工作面的正常回采,矿井主要含水层为Ⅶ号、Ⅷ号老顶砂岩含水层,矿井最大涌水量 292m3/h,多数工作面涌水量很小,一般为 2-4m3/h,且回采结束后涌水量越来越小,甚至不出现涌水。井田中部,南北为故县断层与王庄断层所隔,东部有浊漳河直接补给,补给量较大,属水文地质中等类型。井田中部,故县与安昌断层之间,地表水发育,含水层有充足的补给,补给量大。加之该区段东南部 3 号煤层上覆基岩较薄,预计导水裂隙带能达到第四纪冲积层内,对煤层开采有很大影响,水文地质条件相对复杂。中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 5 页515 号煤层因受奥灰水突水威胁,水文地质条件属复杂类型。15 号煤层直接顶板为 K2 灰岩裂隙岩溶水层,随着煤层回采冒落从而成为直接充水含水层。该含水层单位涌水量为 0 .012L/s.m,含水性较弱。对 15 煤层具有底板突水威胁的是奥灰强含水层。它不仅富水性强,水压高,而且其间距一般只有 20m 左右,在南北边界因断裂构造以及陷落柱的影响,局部地段可能成为 15 号煤层直接充水的含水层。漳泽水库的扩建将体本井田三分之一的面积处于水库淹没区。由于水库蓄水,回水的影响,将使本区各含水层,特别是松散层的水文地质条件发生变化,从而使矿井水文地质条件变得复杂。矿区地下水产要是中奥陶统碳酸盐裂隙岩溶水和第四系冲洪积层孔隙水。石炭二叠系基岩风化带及砂岩裂隙含水层等具有贮水条件的地下水。基岩含水层主要有:二叠系基岩风化带,基岩风化带,砂岩裂隙含水层及石炭系灰岩岩溶裂隙含水层。基岩风化带因受地质构造,岩性,埋藏深度,季节性补给条件等诸多因素的制约,其富水程度差异较大,单位涌水量为 0.00497~1.6731/SM。一般时间属弱富水程度,在雨季补给期补给条件好的情况下可达强富水程度。砂岩裂隙含水层可以 K8 砂岩作为代表(即 8 号含水层)实验 9 值,0.003——0.8141/SM。K7 砂岩与 3 号煤顶板砂岩一般含水性较弱,试验 9 值为 0.00084—0.4361/ SM。太原组 K2—K5 灰岩含水层,除 K2 灰岩外,其余各层均含水极弱或不含水,K2 灰岩实验 Q 值0.00046—0.351L/SM奥陶系中统峰峰组与上马家沟组灰岩岩溶裂隙含水层,为本区主要含水层,岩层总厚 400—600 米,富水性强,随盖层的增厚其富水性也发生相应变化,实验 Q 值 0.083—52L/S.M本区地质较平坦,地表冲沟不发育,采区南部有一条小河。采区内没有布置专门的水文孔。根据以往的含水层划分方法,自下而上分为十一层含水层。充水因素分析: 3 号煤层回采破坏顶板后,其导水裂隙带高度为 70~80 米,而 3 层煤层顶板距Ⅶ号含水层 5 米,距 VIII 号含水层 53.45 米。故影响 3 号煤层开采的主要充水因素为Ⅶ、VIII 号含水层的水顺导水裂隙全部或部分涌入工作面,对生产有一定的影响。1.2.4 地质勘探程度本区于 1959~1985 年山西 144 队,山西 114 队,山西省地矿局 212 队,山西省地方煤矿地质勘探公司等单位进行过普、详、精勘查工作。山西省地方煤矿地质勘探公司提交了南寨精查地质报告,面积约 243km2,占 7.36%。1.3 煤层特征 1.3.1 煤层本区含煤地层为下二叠统山西组(P 1S)和上石炭统太原组(C 3t)下二叠统山西组(P 1S)厚 50.78-70.58m,平均 59.00m,灰黑色,深灰色中、细粒石英杂砂岩与泥岩、粉砂岩,含煤 1~3 层,编号为 1、2、3 号,中下部的 3 号煤为全区稳定的厚煤层。上石炭统太原组(C 3t) ,厚 63.85~151.86 m,平均 105.24m,含煤 7-12 层,编号从5、6、7、8、9、10、11、12、13、15-1、15-2 和 15-3 号,下部含煤性好。中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 6 页6井田内可采及局部可采煤层有 6 层(3 号,8-2 号,9 号,15-1 号, 15-2 号,15-3 号),煤层总厚度 12.2m。3 号煤层,为主要开采煤层,厚 3.52~5.59m,平均厚度 4.42m,含夹矸 0-5 层,总厚 0-1.18 米,结构一般较简单,夹石成份多为炭质泥岩或泥岩。煤层走向近南北,倾向西,倾角 2-6°,属近水平煤层。该煤层厚度变异系数Y=10.59%。其可采指数Km=1,故该煤层属稳定煤层9 号煤层,在扩区编号为 8-2 号煤层(114 队编号) ,最小厚度为 0.06m,最大厚度2.05m,平均厚度 0.68m。局部可采。该煤层的可采性指数 Km=0.32,煤层厚度变异系数γ=48.85%。由于主要指标 Km55%,故评价其煤层稳定性为“极不稳定煤层” 。15-1 煤层,旧称3号煤,本地俗称“二节煤” ,上距 K1 底板 6.86m,据 173 个钻孔统计,煤层厚度 0.19~2.30m,平均厚度 0.82m,在潞安矿区为主要可采煤层之一,含夹矸,该煤层在井田北部分布较多,在井田中部,部分地区呈东西向条带被河流冲刷破坏了煤层的完整性,多呈零星分布,在扩区,大部分地区均无该层煤。15-2 煤层,旧称 2 号煤,本地俗称“底节煤” ,上距 15-1 煤 1.74m,下距 15-3 煤层底板 2.86m,一般不含夹矸,偶见 0.2~0.4m 厚的夹矸,煤层厚度 0.04~2.10m,平均厚度 0.63m,煤层的顶底板均为泥岩或砂质泥岩,局部为粉砂岩或炭质泥岩。15-3 号煤层,旧称 1 号煤,本地俗称“四节煤” ,位于太原组底部,上距 15-2 号煤1.3m 左右,厚度变化在 0.20~4.58m,平均厚度 1.72m,煤层结构较复杂,有 1-3 层泥岩或炭质泥岩夹矸,局部夹矸较厚。煤层顶底板为泥岩、炭质泥岩。煤层层位全局稳定,大部可采,冲刷带仅限于南部,从厚度变化来看,从南向北煤厚逐渐变小,中南部略有变薄趋势。
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