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浅谈我国煤矿底板突水的机理及防治.rar

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    编号:20180910134556119    类型:共享资源    大小:11.39MB    格式:RAR    上传时间:2018-09-10
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    浅谈 我国 煤矿 底板 机理 防治
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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 ...................................................11.1.4 矿区的地震情况 ...................................................11.2 井田地质特征 .........................................................21.2.1 矿井地层 .........................................................21.2.2 水文地质特征 .....................................................51.2.3 井田地质构造 .....................................................81.3 煤层特征 .............................................................91.3.1 煤层在含煤地层中的分布及组合特征 .................................91.3.2 可采煤层 ........................................................101.3.3 煤的特征 ........................................................112 井田境界与储量 ............................................202.1 井田境界 ............................................................202.2 矿井工业储量 ........................................................212.3 矿井设计可采储量 ....................................................242.4 工业场地煤柱 .........................................................243 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限 ...........................273.1 矿井工作制度 ........................................................273.2 矿井设计生产能力及服务年限 ..........................................273.2.1 确定依据 ........................................................273.2.2 矿井设计生产能力 ................................................273.2.3 矿井服务年限 ....................................................273.2.4 井型校核 ..........................................284 井田开拓 ................................................294.1 井田开拓的基本问题 ..................................................294.1.1 确定井筒形式、数目、位置及坐标 ..................................294.1.2 工业场地的位置、形状和面积 ......................................314.1.3 开采水平的确定及带区、采区的划分 ................................324.1.4 主要开拓巷道 ....................................................324.1.5 开拓方案比较 ....................................................334.2 矿井基本巷道 ........................................................414.2.1 井筒 ............................................................414.2.2 井底车场 ........................................................454.2.3 大巷 ............................................................465 准备方式— 带区巷道布置 ......................................495.1 煤层地质特征 ........................................................495.1.1 带区位置 ........................................................495.1.2 带区煤层特征 ...................................................495.1.3 煤层顶底板岩石构造情况 ..........................................495.1.4 水文地质 .......................................................495.1.5 地质构造 .......................................................505.2 带区巷道布置及生产系统 ...............................................505.2.1 带区准备方式的确定 ..............................................505.2.2 带区巷道布置 ....................................................505.2.3 带区生产系统 ...................................................515.2.4 带区内巷道掘进方法 ..............................................525.2.5 带区生产能力及采出率 ...........................................535.3 带区车场选型设计 ....................................................546 采煤方法 ................................................556.1 采煤工艺方式 ........................................................556.1.1 带区煤层特征及地质条件 .........................................556.1.2 确定采煤工艺方式 ................................................556.1.3 回采工作面参数 ..................................................566.1.4 采煤工作面破煤、装煤方式 .......................................566.1.5 采煤工作面支护方式 ...............................................586.1.6 端头支护及超前支护方式 ..........................................596.1.7 各工艺过程注意事项 ..............................................616.1.8 回采工作面正规循环作业 ..........................................616.2 回采巷道布置 ........................................................636.2.1 回采巷道布置方式 ................................................636.2.2 回采巷道支护参数 ................................................637 井下运输 ................................................667.1 概述 ................................................................667.1.1 井下运输原始数据 ................................................667.1.2 井下运输系统 ....................................................667.2 煤炭运输方式和设备的选择 ............................................677.2.1 煤炭运输方式的选择 .............................................677.2.2 带区煤炭运输设备选型及验算 ......................................677.2.3 运输大巷设备选择 ...............................................697.3 辅助运输方式和设备选择 ..............................................697.3.1 辅助运输方式选择 ................................................697.3.2 辅助运输设备选择 ................................................708 矿井提升 ................................................738.1 矿井提升概述 ........................................................738.2 主副井提升 ..........................................................738.2.1 主井提升 ........................................................738.2.2 副井提升 ..........................................769 矿井通风与安全 ............................................799.1 矿井概况、开拓方式及开采方法 ........................................799.1.1 矿井地质概况 ....................................................799.1.2 开拓方式 ........................................................799.1.3 开采方法 ........................................................799.1.4 变电所、充电硐室、火药库 ........................................799.1.5 工作制、人数 ....................................................799.2 矿井通风系统的确定 ..................................................809.2.1 矿井通风系统的基本要求 ..........................................809.2.2 矿井通风方式的选择 ..............................................809.2.3 矿井主要通风机工作方式的选择 ....................................819.2.4 带区通风系统的要求 ..............................................819.2.5 工作面通风方式的选择 ............................................829.3 矿井风量计算 ........................................................839.3.1 工作面所需风量的计算 ............................................839.3.2 备用面需风量的计算 ..............................................849.3.3 掘进工作面需风量 ................................................849.3.4 硐室需风量 ......................................................859.3.5 其它巷道所需风量 ................................................869.3.6 矿井总风量计算 ..................................................869.3.7 风量分配 ........................................................869.4 矿井通风阻力计算 ....................................................879.4.1 容易和困难时期矿井最大阻力路线确定 ..............................879.4.2 矿井通风阻力计算 ...............................................909.4.3 矿井通风总阻力计算 ..............................................919.4.4 矿井总风阻和等积孔计算 ..........................................919.5 选择矿井通风设备 ....................................................929.5.1 选择主要通风机 ..................................................929.5.2 电动机选型 ......................................................949.5.3 主要通风机附属装置 ..............................................959.6 安全灾害的预防措施 ..................................................959.6.1 预防瓦斯爆炸的措施 ..............................................959.6.2 煤尘的防治措施 ..................................................969.6.3 火灾的预防措施 ..................................................969.6.4 水灾的预防措施 ......................................969.6.5 其他安全措施 ........................................9710 设计矿井基本技术经济指标 ...................................98专题部分浅谈我国煤矿底板突水的机理及防治 ................................101参考文献 ..................................................125翻译部分英文原文 ..................................................128中文译文 ..................................................134致 谢 ...................................................139一般部分中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 1 页1 矿区概述及井田地质特征1.1 矿区概述1.1.1 矿区地理位置葛亭煤矿中心距济宁市 14 km,105 国道(北京-珠海)从本矿井东 1.97 km 处通过,327国道( 一级公路) 从矿区南部横贯东西,兖州、济宁、邹城的公路已成环形,并与 104 国道相连,公路运输极为便利。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,从本矿井南部通过,设有济宁、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矿井东南部通过,从兖州西站接轨,煤炭铁路外运十分方便。著名的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,河宽 60~80 m,平均水深 2 m ,全年除一、二月份因水浅不能通航外,其余时间均可通航。根据水利交通部门规划,京杭运河将建成为南北水上运输的主要航道。经疏通后年通过能力为 2500 万 t。矿区交通极为便利,如图 1.1 所示。1.1.2 矿区气候条件本矿区气候温和,属温带季风区海洋~大陆性气候。据济宁气象站 1959 年 1 月到2010 年 12 月的观测资料:气温:历年平均气温 13.5 ℃,月平均最高气温 34.3 ℃(1957 年 7 月) ,日最高气温41.6℃(1960 年 6 月 21 日) ,月平均最低气温-9.8℃(1963 年 1 月) ,日最低气温-19.4℃(1964 年 2 月 18 日),多年来最低平均气温月为 1 月,平均最高气温月为 7 月。降水量:年平均降水量 688.86 mm,年最大降水量为 1186.0mm(1964 年),年最小降水量为 347.90 mm(1988 年),日最大降水量 177.1 mm(1965 年 7 月 9 日),降水多集中于每年的 7、8 月份。一般春季雨量少,时有春旱。年平均蒸发量 1751.7mm,年最大蒸发量2228.2 mm(1960 年),年最低蒸发量 1493.0 mm(1984 年)。风向、积雪厚度及冻土深度:春夏两季多东及东南风,冬季多西北风,最大风力大于 8 级,平均风速为 2.3 m/s。历年最大积雪厚度 0.15 m,最大冻土深度 0.31 m。1.1.3 矿区的水文情况本井田内为冲积、湖积平原,地形平坦,地势呈东北略高,西南稍低,地面标高为+37.04~+41.28 m,平均高程为+38.00 m,自然地形坡度为 0.7‰。井田内河流稀少,水系不甚发育,仅有农灌排涝的沟渠。矿井以西有京杭大运河,汛期有记录的最高洪水位标高为+36.67 m,最大流量为 626 m3/s(1964 年 9 月 6 日) ,枯水季节河水减少甚至断流。京杭大运河在该矿井西南 4 km 处向南注入南阳湖。南阳湖有历史最高湖水位标高为+36.86 m(1957 年 7 月 15 日) 。矿井井口标高为+40 m,高于区内地表水体历史最高洪水位。1.1.4 矿区的地震情况据《中国地震资料年表》 ,自公元前 618 年至 1937 年间,本区共发生地震 128 次,中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 2 页其中破坏性地震 11 次。1970 年 8 月 10 日曲阜、汶上一带地震,震级 5.5 级;1971 年 11月 5 日,曲阜地震震级 3 级,本区所属地震动峰值加速度分区为 0.10 g。图 1-1 葛亭矿交通位置示意图1.2 井田地质特征1.2.1 矿井地层本矿井地层由老到新发育有中、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。属全隐蔽的华北型石炭二叠纪煤田,煤系以中奥陶统为基底,现将矿区内地层及其特征自下而上分述如下:1、奥陶系中、下统(O 1-2)据邻区钻孔揭露地层总厚 800 m 左右,本区最大揭露厚度 155.53 m,主要岩性为灰中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 3 页及棕灰色厚层状石灰岩、豹皮灰岩,夹多层白云质灰岩、白云岩及薄层泥岩,岩溶较发育,为本区主要含水层。2、中石炭统本溪组(C 2b)厚 20.00~53.45 m,平均 35.01 m,主要由紫红色、灰绿色泥岩,粉砂岩和薄层石灰岩组成,偶见 19 煤层。含石灰岩四层(十二、十三、十四、十五灰) 。底部常为一层灰紫、紫红等杂色铝铁质泥岩(山西式铁矿层) ,与下伏中、下奥陶统为假整合接触。3、上石炭统太原组(C 3t)全矿井普遍发育,有剥蚀现象,有闪长岩侵入体。正常厚度 133.25~225.37 m,平均172.43 m,为本矿井主要含煤地层之一。由灰~灰黑色粉砂岩、泥岩、浅灰色中、细砂岩、石灰岩及煤层组成。含石灰岩 12 层,其中三、十 下 灰厚度大且稳定;五、七、八灰较稳定,其他石灰岩局部发育,有相变现象。含煤 22 层,其中 16、17 煤层为较稳定煤层,全矿井大部分可采;6、15 上 煤层为部分可采煤层,并有沉缺现象。本组地层为典型的海陆交互相沉积,岩相旋回明显,粒度韵律清楚,主采煤层、标志层层位稳定,易于对比。以十二灰顶界为本组底界并与下伏地层呈整合接触。4、下二叠统山西组(P 1s) 正常厚度 53.79~92.80 m,平均 72.20 m,是本区主要含煤地层,有剥蚀现象,有闪长岩侵入本组。主要由浅灰、灰白色中、细粒砂岩及黑色粉砂岩、泥岩和煤层组成,砂岩含量较高。上部以泥岩、粉砂岩为主,夹薄层砂岩。中下部以砂岩为主,夹泥岩、粉砂岩薄层及煤层,砂岩含量较高。斜层理发育,含海绿石。底部泥质含量增多,常为细砂岩、粉砂岩、砂质泥岩,且细砂岩中见有粉砂岩泥岩包裹体。波状及浑浊状层理发育,见底栖动物通道,为一良好标志,与下伏太原组顶部的黑色海相泥岩、泥质粉砂岩为连续沉积。本组内含煤 5 层,分别为 1、2(2 上 、2 下 ) 、3 上 、3,其中 3 煤层厚度大,储量丰富,为本区主采煤层。本区为从海陆交互相向陆相发展的过渡相沉积,与下伏太原组为整合接触。5、下二叠统下石盒子组(P 1x)揭露厚度 11.60~85.00 m,平均 53.37 m,由黄绿、紫灰、灰等杂色泥岩、粉砂岩及灰绿色砂岩组成。属温湿、干热过渡条件下的内陆河湖相沉积,中下部所夹细、中粒砂岩不甚稳定,常相变为粉砂岩、泥岩。与下伏山西组地层呈整合接触。6、上二叠统上石盒子组(P 2s)最大残留厚度 273.70 m,平均 122.57m,矿井中部保留较厚。主要由灰、灰绿色中、细砂岩和黄绿、灰紫等杂色泥岩与粉砂岩组成, 近底部发育有一层铝土岩,俗称“B 层铝土岩”,厚 0~ 5.87 m,平均 2.00 m,是较好的标志层。其下发育有一层中细粒砂岩,以此砂岩作为上、下石盒子组的分界。本组属干热条件下的河湖相沉积。7、上侏罗统蒙阴组(J 3m)本组地层钻孔揭露最大残厚 594.59 m,主要分布在矿井的南部,以 N3-1 号孔为中心,向周围变薄。分上下两个亚组。中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 4 页上亚组主要由灰、深灰至灰绿色粉、细砂岩组成,夹泥岩和泥质条带。下亚组主要为一套紫灰色、暗紫色和砖红色中、细砂岩,夹粉砂岩和泥岩,在 N4-1、N4-5 孔中,地层中,上部有一岩浆岩(辉长岩类)侵入体,呈岩床状,钻孔揭露厚度分别为 0.40 m、2.10 m。 本组地层底部多有紫红色砂砾岩,与下伏地层呈角度不整合接触,易于区分。8、第四系(Q)厚 190.70~270.90 m,平均 235.95 m。中部厚,向四周变薄。由粘土、钙质粘土、砂质粘土、砂及砂砾层组成,分为上、中、下三段。本系属河湖相沉积与下伏地层呈角度不整合接触。上段:厚 79.50~100.00 m,由棕黄、灰黄色粘土与黄褐色砂层相间沉积,砂层松散且透水性好。中段:厚 63.00~90.00 m,多为灰白色、灰绿色粘土、砂质粘土分隔灰黄色、褐色砂层沉积,上部砂层多而薄,下部砂层少而厚。本段属强富水段。下段:厚 64.50~90.00 m,以灰绿、灰白色粘土、钙质粘土为主,次为粉砂、细砂,少量中砂,底部多为粘土或钙质粘土。粘土局部含团块状石膏晶体,砂层多含风化长石及白色粘土。表 1.1 矿井地层表地层系统 主要岩性特征 厚度第四系(Q)黄褐、棕、灰等杂色粘土,粘土质砂、砂、砂砾层。分布于全区,东北薄、西南厚。 0~350 m侏罗系上统蒙阴组 (J3m)上部为灰绿色粉、细砂岩互层夹泥岩。下部为红色砂岩,并有燕山晚期岩浆岩侵入,底部有不稳定的砾岩。 0~1300 m上统上 石 盒子 组杂色泥岩、粉砂岩和灰色砂岩,含植物化石,底部含 B 层铝土岩。 0~500 m下 石 盒子 组 灰绿色砂岩和杂色泥岩、粉砂岩,富含植物化石。 65 m二叠系(P) 下统 山 西 组 浅灰、灰白色中、细粒砂岩及深灰色粉砂岩、泥岩夹煤层。为本区主要含煤地层。 80 m上统 太 原 组以深灰、灰黑色粉砂岩、泥岩为主,夹灰色砂岩、石灰岩 8~13层、煤 17~23 层,为本区主要含煤地层,属海陆交互相沉积,厚度稳定。 170 m石炭系(C) 中统 本 溪 组 以杂色泥岩为主,夹石灰岩 2~4 层,上部夹不稳定薄煤 1~2层,底部具 G 层铝土岩及山西式铁矿层。 35 m八陡组:为浅海相厚层白云岩夹豹皮灰岩、泥灰岩。 65~121 m中统阁庄组:为浅海相白云质灰岩、白云岩、豹皮灰岩。 105~ 127 m马 家 沟 组 :为 浅 海 相 中 厚 层 灰 岩 ,豹 皮 灰 岩 夹 泥 灰 岩 ,白 云 质 灰 岩 。 202~ 227 m北庵庄组:为浅海相灰岩、豹皮灰岩、泥灰岩、白云质灰岩。 198~ 282 m奥陶系(O) 下统纸坊庄组:为泻湖相白云岩、白云质灰岩,含燧石结核。 86~117 m
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