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炮采工作面高产高效研究毕业设计.rar

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    工作面 高产 高效 研究 毕业设计
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    中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计目 录一般设计部分1 矿区概述及井田地质特征 ..........................................................................................11.1 矿区概述 ..........................................................................................................................11.2 井田地质特征 ..............................................................................................................101.3 煤层特征 .......................................................................................................................192 井田境界与储量 ..........................................................................................................282.1 井田境界 ........................................................................................................................282.2 矿井储量计算 ..............................................................................................................283 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限 .........................................................343.1 矿井工作制度 ...............................................................................................................343.2 矿井设计生产能力及服务年限 .............................................................................344 井田开拓 ........................................................................................................................364.1 井田开拓的基本问题 ................................................................................................364.2 井口及工业场地位置选择 ......................................................................................364.3 井田开拓方式的确定 ................................................................................................384.4 井田水平划分 ..............................................................................................................424.5 矿井基本巷道 ..............................................................................................................435 准备方式—— 带区巷道布置 ....................................................................................465.1 首采区域的选择 ..........................................................................................................465.2 带区巷道布置及生产系统 ......................................................................................476 采煤方法 ........................................................................................................................526.1 采煤工艺方式 ..............................................................................................................527 井下运输 ........................................................................................................................667.1 概述 ..................................................................................................................................667.2 带区运输设备选择 .....................................................................................................677.3 大巷运输设备选 ..........................................................................................................688 矿井提升 ........................................................................................................................728.1 矿井提升概述 ...............................................................................................................728.2 副井提升设备选型 .....................................................................................................729 矿井通风及安全 ..........................................................................................................75中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计9.1 概况 ..................................................................................................................................759.2 矿井通风 .......................................................................................................................759.3 矿井防灭火系统 ..........................................................................................................879.4 灾害预防及安全装备 ................................................................................................9310 设计矿井基本技术经济指标 .................................................................................96参考文献 ................................................................................................ ........ 99专题设计部分炮采工作面高产高效技术研究 ..................................................................................101 1 绪论 ........................................................................................................................................1011.1 问题的提出 .................................................................................................................1011.2 国内外研究现状 ........................................................................................................1021. 3 论文研究的主要内容 .............................................................................................1022 工作面支护系统优化 .......................................................................................................1042.1 工作面概况 .................................................................................................................1042.2 支护设计的理论依据 ..............................................................................................1053 块煤率提高 ..........................................................................................................................1083.1 提高块煤率的爆破机理 .........................................................................................1083.2 提高炮采面块煤的松动预裂微差爆破新技术 ...............................................1093.3 工程实例 ......................................................................................................................1103.4 爆破效果评价 ............................................................................................................1104 炮采工作面生产系统可靠性 ........................................................................................1124.1 工作面生产系统有效度 .........................................................................................1124.2 工作面生产系统优化 ..............................................................................................113结论 .......................................................................................................................................114翻译部分英文原文 .............................................................................................................................117中文译文 .............................................................................................................................123致 谢 .......................................................................................................................................130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 矿区地理位置郭家河井田位于陕西省麟游县北部,行政区划属丈八、招贤、天堂和两亭四个乡镇管辖。井田东南距西安 150km,其西有 S210 省道(宝鸡~灵台)相通,距宝鸡二电厂 80km,距宝鸡 100km;中部丈八乡至麟游县及各乡镇有县级公路相通;东部阁头寺至崔木与 S306 省道(两亭~麟游~永寿) 、312 国道和福(州)~银(川)高速公路相接。新规划的凤翔经麟游至铜川的高等级公路从矿井南部通过。陇海铁路从矿区南侧东西向通过,宝鸡~中卫铁路从矿区西侧南北向通过,在宝鸡市陈仓与陇海线相接,并在凤翔县长青镇设有编组站。凤翔至井田的矿区铁路已纳入陕西省“ 十一五 ”规划。总体而言,矿井交通条件尚属便利。矿井交通位置详见图 1-1-1。1.1.2 矿区地形地貌本井田位于页岭以北,属陇东黄土高原南部边缘地带,总的地形特征呈南高北低态势。南部页岭平均海拔 1450m,最高海拔 1528m(高庙),北部山岭逐渐降低,平均海拔 1300m,河谷最低,海拔 1040m(岭家沟)。相对高差一般200m 左右。本井田属沟岭相间的残塬沟壑梁峁相间复杂的地貌类型。复杂多样的地貌形态是由新构造运动和外营力作用造成的,表现为强烈切割,山川蜿蜒曲折,延绵不断。1.1.3 矿区气候情况本井田地处西北内陆,属温带半湿—湿润季风气候区,立体气候显著,热量分布不足,干湿度变化明显,温差大,致使有些地区无夏季。四季分明,夏短冬长。春季冷热交替,多寒潮、霜冻、大雾天气;夏季凉爽,降水较集中,多大暴雨、冰雹并伴有大风;秋季气温下降迅速,多连阴雨、大雾;冬季干燥寒冷,多西北风,降水稀少。据麟游县气象局 1960~2001 年观测资料,区内年平均气温 8.9℃,极端最高气温 37.5℃,最低气温-22.1℃。多年平均降水量 641.6mm,最大降水量 987mm(1984 年),最小降水量374.5mm(1987 年)。受海拔高度和植被的影响,海拔高度越高,降水量越大。每年自 4 月份开始,降水量迅速增加,10 月份明显减少,7、8、9 三个月相对多雨,历年 4~10 月年内降雨量 292.6~889.6mm,占全年降雨量的81.1%~ 97.0%。1.1.4 矿区水文情况中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计第 2 页区内较大河流为常村河,庵川河属泾河Ⅲ级支流,据本次观测结果,常村河流量 0.0062~0.1597m3/s(2004.08.08) ,庵川河流量 0.004-0.015m3/s(2004.08.08),无色、无味、无嗅、清澈、透明,水质类型 HCO3—Ca·Mg,矿化度 0.217g/L。因地处上游河段,动态不甚稳定,只能作为煤矿建设的临时性水源。本地区是严重缺水地区,随着矿井开采矿井排水量有逐步增大趋势。建设节水型社会,是解决水资源短缺问题最根本、最有效的措施,将矿井排水处理回用是达到节水与治污同步,实现水资源可持续利用,提高水资源利用效率的正确抉择,符合国家的节能减排政策。因此,本设计确定将处理过的矿井排水作为矿井及选煤厂的供水水源,多余的矿井排水经处理后达标排放。1.1.5 地震据历史资料记载,1555 年至 1920 年,县域共发生地震七起,但强度不大,危害较轻,以小震居多。根据《中国地震烈度区划图》 (GB18306 —2001),麟游县地震基本烈度为Ⅶ度。1.1.6 经济概况麟游县隶属宝鸡市管辖,为全国重点贫困县。受自然条件制约,农村经济十分落后。当地群众多居于土窑洞,全县以农业、林业和牧业为主导经济,工业基础薄弱,矿产资源开发程度低,土地贫瘠,农业广种薄收,产量很低,加之伐木当薪,水土流失严重。农业生产在全县经济中占有重要地位,农业人口 7.6 万人,占总人口的86.8%,耕地面积 30.6 万亩,宜林荒山 130 万亩,宜牧草坡 70 万亩,发展林牧业的条件得天独厚;粮食作物以小麦、玉米、高梁和薯类为主,经济作物有油菜、胡麻等。目前井田内无工业布局,也无生产矿井。可以预见,随着矿区煤炭资源的开发和利用,区内经济必将得到迅速发展,人文环境也会得到较大改善。1.1.7 矿区煤炭生产及规划概况(一)井田勘查程度2000~2002 年,陕西省煤田地质局 186 队与陕西省煤田地质局物探测量队共同在麟游北部进行找煤勘查,并提交了《陕西省黄陇侏罗纪煤田麟游北部找煤地质报告》 。2003~2004 年 5 月,陕西省煤田地质局 186 队与陕西省煤田地质局物探测量队共同在找煤基础上进行普查。2004 年 6 月~12 月,陕西省煤田地质局 186 队与陕西省煤田地质局 物探测量队共同在普查基础上进行详查勘查,并提交了《陕西省黄陇侏罗纪煤田麟游北部勘查区详查地质报告》 ,经陕西省煤田地质局审批通过(陕煤地发(2005)23 号文) 。2008 年 3 月,陕西省煤田地质局一三一队提交了《陕西省黄陇侏罗纪煤田永陇矿区长益川井田详查地质资料》 。2008 年 6 月,陕西省煤田地质局 186 队提交了《陕西省黄陇侏罗纪煤田中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计第 3 页永陇矿区郭家河井田勘探地质报告》 。2008 年 8 月,国土资源部对勘探报告矿产资源储量评审进行了备案。(二)矿区总体规划郭家河井田属于黄陇侏罗纪煤田永陇矿区麟游区一部分, 《黄陇侏罗纪煤田永陇矿区麟游区总体规划》已经由国家发改委委托中国国际工程咨询公司评估,并经国家发改委批复,规划永陇矿区麟游区划分为 2 个井田,4 处勘查区,矿区规模为 11.0Mt/a。2 个井田分别为郭家河井田和丈八井田,4 个勘查区分别为1 号、2 号、3 号和园子沟勘查区。按先建设郭家河矿井后建设丈八矿井的顺序安排建设。其中郭家河矿井规划能力 6.0 Mt/a,丈八矿井规划能力 7.0 Mt/a。(三)井田周边开发现状目前本区域没有已生产和建设的煤炭矿山和企业,属于煤炭开发的新区。区外仅东南部十余公里的城铭窑、北马坊的地方小煤窑及小煤矿,开采历史较早,城铭窑因各种原因无法生产而停采。现生产矿井只有北马坊煤矿,生产能力 0.4Mt/a 左右,服务年限仅余 2~3a。1.1.8 电源条件永陇矿区位于陕西省宝鸡市北部,规划的麟游区位于麟游县境内。麟游县由于工农业发展落后,相应的电网比较单薄,但是其所属的宝鸡电网比较雄厚。宝鸡电网在岐山县雍城、扶风县段家镇分别设有 330kV 变电站。目前在在岐山县境内有岐山 110kV 变电站和祝家庄 110kV 变电站,在麟游县内有 1 座北马坊110kV 变电站。根据宝鸡电力部门制定的永陇矿区 110kV 变电站电网规划方案,确定在麟游县郭家河煤矿工业场地新建 1 座区域性郭家河 110kV 变电站。本次矿井工业场地拟新建 1 座郭家河煤矿 110kV 变电站,矿井 110kV 变电站 2 回110kV 电源均取自宝鸡电力部门规划的郭家河 110kV 变电站。2008 年 5 月,陕西郭家河煤业有限责任公司与宝鸡供电局签署了供用电协议。1.1.9 水源条件区内较大河流为常村河,庵川河属泾河Ⅲ级支流,据本次观测结果,常村河流量 0.0062~0.1597m3/s(2004.08.08) ,庵川河流量 0.004-0.015m3/s(2004.08.08),无色、无味、无嗅、清澈、透明,水质类型 HCO3—Ca·Mg,矿化度 0.217g/L。因地处上游河段,动态不甚稳定,只能作为煤矿建设的临时性水源。本地区是严重缺水地区,随着矿井开采矿井排水量有逐步增大趋势。建设节水型社会,是解决水资源短缺问题最根本、最有效的措施,将矿井排水处理回用是达到节水与治污同步,实现水资源可持续利用,提高水资源利用效率的正确抉择,符合国家的节能减排政策。因此,本设计确定将处理过的矿井排水作为矿井及选煤厂的供水水源,多余的矿井排水经处理后达标排放。2008 年 8 月,郭家河煤矿取得麟游县建设局建设用地的批复和麟游县水利中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计第 4 页局建设项目取水的批复。1.1.10 运输条件郭家河矿井位于宝鸡市麟游县。矿井向东南距西安 150km,向西南距宝鸡市约 100km,距离宝鸡二电厂(长青镇)80km。铁路:陇海铁路从矿区南侧东西向通过,宝鸡~中卫铁路从矿区西侧南北向通过,在宝鸡市陈仓与陇海线相接,并在凤翔县长青镇设有编组站。西安~平凉铁路从矿区北侧东西向通过,规划的宝鸡二电厂铁路专用线经过矿井。根据中铁第一勘察设计院集团有限公司编制的《麟游矿区至宝鸡二电厂铁路专用线预可行性研究》 (2008 年 6 月)可知该线从宝中线的凤翔车站接轨,沿途经过凤翔县陈村镇、南指挥镇、石落务、上郭店、田家庄,麟游县姚家沟镇、涧曲乡、招贤、天堂至本次方案研究终点麟游矿区桑园(现改为丈八)装车站,线路全长 75km。公路:西(西安)宝(宝鸡)高速公路从矿区南部东西向通过,S210 省道从矿区西部南北向通过,S306 省道从矿区南部东西向通过。矿区范围内现有道路等级较低。1.1.11 通信条件麟游县已经实现了程控电话、移动通讯覆盖全县,广播电视网络与省市连通。区内通讯条件便利。1.1.12 迁村及土地征用情况井田内村庄数量较多、分布分散,规模小。行政区划属麟游县天堂镇、丈八乡和招贤镇。井田边界外扩 500m 范围内共有 56 个村庄,1756 户,6194 人。村民住房一般为砖木结构和土木结构房屋,少量的砖混结构和窑洞,总体看来井田内村民房屋结构简单,各村间道路为土路联络,生活条件艰苦。按地表移动对地面建筑的影响评价,井田 56 个村庄中有 27 个村庄受到Ⅳ级严重破坏,需考虑搬迁,其余 29 个村庄均在无煤区或井田以外,未受开采影响。首采区内有 3 个村庄,即太贤沟老村、太贤村、大坪村,三个村庄人口共240 人。在首采区开采过后,全部受到Ⅳ级严重破坏,需考虑搬迁。根据麟游县规划局对矿区内村庄搬迁的指导思想,设计首采区三个村庄集中一次搬迁至天堂镇,其它村庄根据开采顺序计划,就近搬迁至所属乡镇所在地。村庄迁入的各乡镇所在地交通、电力、水源和通讯等基础设施建设相对比较完善,使得原井田内居民生活条件得到了很大程度上的改善,同时对于各迁入地各乡镇来说,人口的增加也将促进各城镇发展,总体来看,将井田内受沉陷影响较大的居民搬迁至其所在乡镇集中安置,对迁出农民生活质量、迁出地生态建设和迁入地乡镇建设均具有积极的促进作用。 1.1.13 主要建筑材料供应条件中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计第 5 页矿区建设所用沙石可就地解决;水泥和钢材等可由麟游县或宝鸡市购进。中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计第 6 页图 1-1-1 矿 井 交 通 位 置 图中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计第 7 页1.2 井田地质特征1.2.1 区域地质1、地层矿区地层区划属华北地层区鄂尔多斯盆地分区。根据地质填图及钻孔揭露,矿区地层由老到新有:三叠系、侏罗系、白垩系、第三系及第四系。2、构造永陇矿区位于鄂尔多斯盆地南部渭北挠折带北缘。鄂尔多斯盆地在晚三叠世从华北地台分离出来,形成一个独立的构造单元。渭北挠褶带属盆地Ⅰ级构造单元,根据石油系统划分意见,以蒿店—御驾宫大断裂为界,以南称铜川凸起,以北称庙彬凹陷,属盆地Ⅱ级构造单元。庙彬凹陷又以构造特征及煤层发育程度的差别,进一步分为彬长坳陷与麟游折带,属盆地Ⅲ级构造单元,其界线东以太峪背斜为界,向西至阁头寺、两亭背斜一线。1.2.2 井田地质(一)地层井田内大部分地区被第四系黄土及第三系红土所覆盖,沿主要沟谷出露白垩系下统洛河组,仅在两亭折灵沟及阁头寺北菊花沟内出露侏罗系中统安定组。依据钻孔揭露及地质填图资料,井田内地层由老至新依次有:三叠系上统铜川组(T2t ) ,侏罗系下统富县组(J1f) 、中统延安组( J2y) 、直罗组(J2z) 、安定组(J2a ) ,白垩系下统宜君组(K1y) 、洛河组(K1l ) ,上第三系(N)及第四系更新统(Q2-3) 、全新统(Q4) 。现由老至新分述如下:1、三叠系中统铜川组(T2t)下部为灰绿~黄绿色块状~厚层状中、细粒长石石英砂岩,夹灰绿色~灰色泥岩。上部为灰绿色中厚层状中、细粒长石石英砂岩与灰~灰绿色粉砂岩、泥岩互层,向上渐以泥岩为主,夹灰黑色页岩与煤线,产软体动物及蕨类植物化石。2、侏罗系下统富县组(J1f)岩性多为紫杂色花斑状含铝质泥岩夹铝质粉、细砂岩,含菱铁质鲕粒。底部常见角砾岩,角砾成分多为三叠系砂岩及泥岩碎块,一般厚 10~20m ,最大67.25m(5-4 孔 )。3、侏罗系中统延安组(J2y)延安组为含煤地层。岩性为灰~深灰色泥岩、砂质泥岩、粉细砂岩与灰白色中粗粒砂岩互层,中夹炭质泥岩及煤层。厚度 0~95.58m(G15-4 孔),平均48.50m,与下伏富县组呈平行不整合接触,或超覆于三叠系之上。4、侏罗系中统直罗组(J2z)根据岩性、岩相旋回分为上下两段:下段为泥质中~粗粒砂岩夹砂质泥岩、中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计第 8 页粉细砂岩。颜色以灰绿色为主,多带黄绿色,底部为一层灰白色含砾中粗粒砂岩或细砾岩,特征显著,比较稳定,是划分直罗组与延安组界限的标志层。上段为砂质泥岩、泥质粉砂岩夹细~中粒砂岩。颜色以灰绿色为主,常见杂色泥岩夹层,偶见泥质灰岩薄层,顶部较细,颜色较深。本组厚度5.63~76.63m(G34-3 孔),平均 39.44m。与下伏延安组呈平行不整合接触或超覆三叠系之上。5、侏罗系中统安定组(J2a)地表出露于折灵沟、菊花沟内。下部为暗紫红色砂质泥岩,夹灰绿色各种粒级的砂岩,底部为一层厚度较大的灰紫色含砾粗砂岩及细砾岩与直罗组为界;上部为紫红色泥岩、砂质泥岩,夹中~粗粒砂岩及粉红色钙质泥岩,富含钙质结核。本组厚度 73.15~194.41m(X27 号孔),平均 144.15m,下与直罗组平行不整合接触。6、白垩系下统宜君组(K1y)西部由外围的林家河依次向东出露于西川沟的毛鹿山、折灵沟沟口南北两侧及东部的菊花沟等地。为氧化环境下洪积相与河流相沉积。岩性为灰紫~紫红色巨厚层状粗砾岩夹砂砾岩及粗砂岩薄层或透镜体。砾石成分以花岗岩为主,变质岩次之,含少量石英岩与石灰岩。砾径一般 5~8cm,最大 50cm 以上,分选差,次园状,钙质胶结,坚硬。本组厚度不稳定,厚度 6.48~127.13m(G35-5孔),平均 37.84m。横向上,岩性与厚度变化较大,下与安定组呈平行不整合接触。7、白垩系下统洛河组(K1l)出露于各主要沟谷两侧陡坡地带,为干旱氧化环境下的平原河流相沉积。岩性为棕红色中~细砂岩,夹同色砂砾岩及砾岩层。砂岩成分为石英、长石,分选较好,胶结疏松。具板状层理及大型交错层理,夹暗棕红色泥岩薄层,东北部的常村河见褐黄色与淡黄色砂岩。砾岩为巨厚层状粗砾岩。砾石成分与宜君砾岩相同,砾径较大,一般 0.20~2m,分选极差,以次圆状为主,亦见次棱角~棱角状者。砾石表面因砂泥质充填呈紫红色,胶结疏松。本组由南到北,厚度增大。由东往西,由南而北岩性变化大,一般向北向西,砾岩减少,向东向南,砾岩增多。地表呈峡谷或陡坎,厚 35.83~338.09m(C1 号孔) ,平均162.65m。常因相变与宜君组接触关系不清。8、白垩系下统华池组(K1h)出露于井田西部长益川。岩性为紫红色、紫灰色与灰绿色泥岩、砂质泥岩夹粉—细砂岩,间夹蓝灰色,为黄褐色与紫杂色等,局部地段夹有巨厚层状中—粗粒砂岩。泥质岩具水平层理及变形原理,见有龟裂纹,裂隙面有石膏薄层,为干旱环境下的湖泊相沉积夹河相沉积,地表出露可见厚度约 30m。9、上第三系(N)全区广泛出露。岩性为浅棕红色亚粘土、粉砂质粘土,含钙质结核及石英小砾石、夹多层钙质结核层,底部有厚度不稳定的底砾岩沉积。区内无完整剖
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