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浅析巷旁充填技术的研究与应用.rar

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    编号:20180910134557293    类型:共享资源    大小:2.80MB    格式:RAR    上传时间:2018-09-10
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    金币
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    浅析 充填 技术 研究 应用
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    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 ................................................................................................................................21.3 煤层特征 .......................................................................................................................................72 井田境界与储量 ............................................................................................................................142.1 井田境界 .....................................................................................................................................142.2 矿井储量计算 ..............................................................................................................................153 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限 ................................................................................203.1 矿井工作制度 ..............................................................................................................................203.2 矿井设计生产能力及服务年限 ......................................................................................................204 井田开拓 ........................................................................................................................................224.1 井田开拓的基本问题 ....................................................................................................................224.2 矿井基本巷道 ..............................................................................................................................315 准备方式—— 带区巷道布置 ........................................................................................................395.1 煤层地质特征 ..............................................................................................................................395.2 带区巷道布置及生产系统 ............................................................................................................405.3 带区车场选型设计 .......................................................................................................................446 采煤方法 ........................................................................................................................................456.1 采煤工艺方式 ..............................................................................................................................456.2 回采巷道布置 ..............................................................................................................................607 井下运输 ........................................................................................................................................617.1 概述 ............................................................................................................................................617.2 带区运输设备选择 .......................................................................................................................627.3 大巷运输设备选 ...........................................................................................................................638 矿井提升 ........................................................................................................................................678.1 矿井提升概述 ..............................................................................................................................678.2 主副井提升 ..................................................................................................................................679 矿井通风及安全 ............................................................................................................................719.1 矿井地质、开拓、开采概况 .........................................................................................................719.2 矿井通风系统的确定 ....................................................................................................................729.3 矿井风量计算 ..............................................................................................................................749.4 矿井阻力计算 ..............................................................................................................................819.5 选择矿井通风设备 .......................................................................................................................859.6 安全灾害的预防措施 ....................................................................................................................8910 设计矿井基本技术经济指标 ......................................................................................................91参考文献 ...........................................................................................................................................92专题设计部分浅析巷旁充填技术的研究与应用 ....................................................................................................941 巷旁充填无煤柱沿空留巷技术应用 .............................................................................................941.1 沿空留巷 .....................................................................................................................................941.2 沿空留巷试验方案 .......................................................................................................................941.3 留巷矿压观测及分析 ....................................................................................................................951.4 效益分析 .....................................................................................................................................972 高水材料巷旁充填矿压观测与研究 ............................................................................................972.1 概 述 .........................................................................................................................................972.2 矿压观测 .....................................................................................................................................972.3 观测结果与分析 ...........................................................................................................................983 高水速凝材料巷旁充填试验研究 ...............................................................................................1013.5 沿空留巷的技术经济效果 ...........................................................................................................1024 沿空留巷高水灰渣速凝材料充填技术分析 ..............................................................................1034.1 沿空留巷 ...................................................................................................................................1034.2 高水灰渣速凝材料 .....................................................................................................................1044.3 充填工艺 ...................................................................................................................................1054.4 社会经济效益 ............................................................................................................................1055 大采高工作面沿空留巷巷旁充填支护实践 ..............................................................................1065.1 地质及采矿条件 .........................................................................................................................1065.2 巷旁充填支护材料参数的选择及工程流程 ..................................................................................1075.3 巷旁充填支护矿压显现 ..............................................................................................................1096 综放开采巷旁充填沿空留巷技术探讨 ......................................................................................1106.1 几个技术问题 ............................................................................................................................1106.2 巷旁充填沿空留巷技术分析 .......................................................................................................1116.3 高水速凝材料巷旁充填体作用机理 .............................................................................................1126.4 巷旁支护体支护阻力 ..................................................................................................................112结论 .................................................................................................................................................114翻译部分英文原文 .......................................................................................................................................117中文译文 .......................................................................................................................................129致 谢 ............................................................................................................................................139一 般 部 分 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 0 页1 矿区概述及井田地质特征1.1 矿区概述1.1.1 矿区地理位置矿井位于平顶山矿区中部,工业广场紧临平顶山市区北部程平路中段,行政区隶属平顶山市湛河区管辖。地理坐标东经 113°16′30″至 113°19′30″,北纬 33°45′00″至 33°46′00″。主井口坐标: X:3736839.31、Y:38435325.73、Z:+120。矿井工业广场,南距平顶山火车站约 4km,该站向东至孟庙火车站约 70km 与京广线相接,向西至宝丰火车站约 28km 与焦枝线相连。平煤集团专用铁路通过矿口,并在宝丰和市郊与国铁接轨。以平顶山市为中心,分别有高速公路、高等级公路通往许昌、郑州、南阳、洛阳与国道相连,同临近县及乡镇均有公路相通,交通极为便利,见图 1-1。石 龙 区 宝 丰 县 平 顶 山 市叶 县 襄 城 县禹 州 市汝 州 市 郏 县鲁 山 县 孟宝 线焦 柳 线国 道 国 道国 道国 道国 道许南高速白 龟 山 水 库昭 平 台 水 库北 汝 河沙 河颖 河平 河二 矿图 1-1 二矿交通位置图1.1.2 矿区气候条件区内属暖温带大陆性半湿润气候,夏季炎热,冬季寒冷,四季分明,据平顶山气象站历年资料:最高气温 42.6℃(1966 年 7 月 19 日) ,最低气温-18.8℃(1955 年 1 月 30 日) ,历年平均气温为 14℃。年最大降雨量 1461.6mm(2000 年) ,最小降雨量 373.9mm(1966 年) ,中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 1 页年平均降雨量 742.6mm,月最大降雨量 481.3mm(2000 年 7 月) 。最大连续降雨天数 9 天(1964 年 4 月 13 日~21 日) 。雨季集中在 7、8、9 三个月。年最大蒸发量 2825mm(1959年) ,最小蒸发量 1490.5mm(1964 年) 。月最大蒸发量 408.9mm(1959 年 7 月) ,月最小蒸发量 40.7mm(1957 年 1 月) 。蒸发量大于降雨量。平均绝对湿度 13.5mm,平均相对湿度 67%。冰冻期一般是 11 月到来年 3 月。最大冻土深度 14cm(1977 年 1 月 30 日) 。最大风速24m/s,平均风速 2.8m/s。风向北西、北北西和北东,常年主风向以北东向为主。1.1.3 矿区的水文情况井田内无常年性地表水体,受地形的影响,近南北向冲沟发育,夏季多雨季节有少量水流汇入井田南缘湛河。南部有湛河、沙河向东流入淮河,沙河最大流量 3000m3/s,旱季流量0.8m3/s,河床宽阔,坡降较小。1.2 井田地质特征本矿井井田边界与相邻矿井曾多次进行调整,西部浅部与三环公司、深部与四矿相邻;北部与一矿开采的五、四(丁、戊)煤段煤层呈压茬关系;东部与天力公司吴寨矿相邻,南部止煤层露头风氧化带。走向长 4.9km,倾向宽 5.2km,面积约 25.25km2。地面地形平坦,标高一般在 100~490m。1.2.1 煤系地层平顶山煤田属华北地层区豫西分区渑池~确山小区,经调查与勘探揭露,区域内发育的地层由老到新有:太古界变质岩系、上元古界震旦系、下古生界寒武系、上古生界石炭~二叠系、中生界三叠系及新生界第三~第四系,见表 3-1。其中石炭~二叠系为区内主要含煤地层。区内大部分被第四系地层所覆盖,太古界变质岩系与上元古界震旦系,零星出露于平顶山煤田南部鲁叶断层以北和宝丰至鲁山一线以西。寒武系主要出露于平顶山煤田西部韩庄至梁洼以西,常王村四周及白龟山水库北侧,石炭~二叠系在低山区有零星出露,三叠系仅零星出露于李口向斜核部南翼,由平顶山-落凫山-马棚山-龙山组成的低山顶部。井田位于李口向斜南翼的平顶山矿区中部,基本为一向北倾斜的单斜构造,除龙山一带有二叠系上统地层有零星出露外,地表多被第四系覆盖,经钻探揭露和邻区资料,自下而上地层有:寒武系,石炭系、二叠系、第三系、第四系。其中含煤地层主要为石炭系太原组、二叠系山西组和下石盒子组。见图 1-2,由老至新概述如下:1)寒武系( ∈)(1)中统徐庄组(∈ 2x)下部为灰、青灰色中厚层状泥质条带灰岩、白云质灰岩、鲕状白云质灰岩与黄绿色砂质泥岩,底部为褐色海绿石石英细砂岩;中部为灰~深灰色中层状泥质条带白云质灰岩,鲕状白云质灰岩与黄绿色砂质泥岩互层;上部为灰~深灰色厚层状灰岩,间夹绿色页岩、鲕状灰岩、致密灰岩及含海绿石砂岩、灰岩,厚 50~250m 。(2)中统张夏组(∈ 2Zh)下部为灰~深灰色厚层鲕状灰岩,间夹致密块状灰岩、泥质条带灰岩、豆状灰岩;上部为深灰色厚层状白云质灰岩、具不明显鲕状灰岩。厚 60~220m 。中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 2 页(3)上统固山组(∈ 3g)灰~深灰色厚层状白云质灰岩,具不明显细鲕状结构,顶部风化后呈灰黑色,产三叶虫化石,钻孔揭露厚度>25m ,产化石:Blackwelderia Sinesis (中国蝴蝶虫)2)石炭系(C)地层平均厚度 66.2m,为本溪组和太原组。(1)中统本溪组(C2b )底界自寒武系灰岩顶面,顶界止于太原组 L7 灰岩底面,厚 2.05~12.1m,平均 5.2m,上部主要为灰~灰白色,具豆状及鲕状结构铝土泥岩;下部为紫褐色斑块状铝土泥岩,含黄铁矿结核,局部地段硫铁矿富集成矿。同下伏寒武系崮山组呈平行不整合接触。(2)上统太原组(C3t )自铝土质泥岩顶面止黑色海相泥岩或 L1、L2 灰岩顶面,地层厚 47~75m ,平均 61m。主要由深灰色灰岩、砂质泥质、泥岩、砂岩和煤层组成,间夹薄层菱铁质泥岩和含海绵骨针化石的硅质泥岩。含灰岩 4~11 层,常见 7 层,灰岩中含丰富的动物化石,泥岩中含丰富的植物化石;含煤 5~13 层,其中一 5(庚 20)煤为区内主要可采煤层。产动、植物化石主要有:Lepdodendron oculus-felis (猫眼鳞木),Sphaeraschwagerina moeueri (缪勒球希瓦格蜒),Schwagerina globosa (球形希瓦格务蜒).Quasijusulina longissina (长似幼锤蜒),Rugoso jusuline alpina (阿尔卑皱壁蜒,)Triticites simplex (简单麦粒蜒),Dictyoclostus taiyuanjuensi (太原府网格长身贝),Chonetes sp. (戟贝,未定种 )等.3)二叠系(P )(1)下统山西组(P1s)顶界为砂锅窑砂岩的底界面,厚 80~119m,平均 93.70m,主要由浅灰色细粒砂岩、粉砂岩、深灰色砂质泥岩和煤层组成。为本区重要的含煤地层,含煤 4~5 层,其中可采 3 层。顶部常见紫斑泥岩(小紫泥岩)。与下伏地层呈整合接触,产化石:Lingula sp. (舌形贝,未定种 )Lobatannularia sinensis (中国瓣轮叶),Sphenophyllum thonii (畸楔叶),Empplectopteris triangularis (三角织羊齿),Emplectopteridfum alatum (翅编羊齿),Cathaysiopteris whitei (华夏羊齿)等。(2)下统下石盒子组(P1xs)顶界为田家沟砂岩的底界面,厚 252~365m,平均 308.67m。下部以紫红色、暗紫色泥岩(大紫泥岩 )、粉砂岩及细~中粒砂岩为主,中上部由深灰色泥岩、粉砂岩、砂质泥岩、砂岩和煤层组成。含煤 12~20 层.其中,可采 5 层。与下伏地层呈整合接触。产化石:Lingula sp. (舌形贝.未定种 )中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 3 页Lobatanulatia ensijolia (剑瓣轮叶),L.singensis (中国瓣轮叶),L.Lingulata (舌瓣轮叶),L.Cathaysiana (华夏瓣轮叶).L.multijolia (多叶瓣轮叶 ),Neuroptridium Coreanicum (朝鲜羽羊齿),Gigantonclea Cathagsana (华夏单网羊齿)(3)上统上石盒子组(P2SS)顶界为平顶山砂岩的底界面,厚 246~370m,平均 316.29m。主要为灰至灰绿色泥岩、粉砂质泥岩、砂岩及薄煤层。含煤 6~19 层,均不可采。本组中部含有硅质海绵岩,横向分布稳定,地表特征明显,是对比上石盒子组的可靠标志层之一。与下伏地层呈整合接触。产化石:Lingula sp. (舌形贝,未定种 ),Leipidodendron cervicisum (鹅颈鳞木),Cladophlebis henanensis (河南枝脉蕨).Giganionoclea rasulata (莲座单网羊齿) .Gigantophteris sp (大羽羊齿,未定种)Chiropteris renjormis (肾掌蕨),Rhipidopsis panii (楔扇叶),Psygmophyllum multipartiium (多裂掌叶)等.中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 4 页组 煤 段 累 计 厚 度 煤 层 与标 志 层 岩 性柱 状下石子组山西组太原组崮山组二叠系系寒武系两 极 厚 度地 层 厚 度五煤段四煤段二煤段一煤段( m)石炭系岩 性 特 征六煤段617 ...........( ) 香 炭 砂 岩大 占 砂 岩小 紫 泥 岩..( )( ).砂 锅 窑 砂 岩大 紫 泥 岩四 3( 戊 9-10) 煤K5砂 岩..K4砂 岩..五 2 ( 丁 6)....K6砂 岩....一 5( 庚 20)L6+7L5L1~4二 1( 己 16~ 17)二 2( 己 15)>680.26-3.9 1519.403.15-0.9 69.05471.09-5.06 270.1-3.72 00-1.84121.2-8 5475.01-7.4.83101.65-2.69 10.6-1.39 234六 2( 丙 3)1五 2 ( 丁 5)灰 绿 -灰 白 色 ,厚 层 状 , 中 -细 粒 岩 屑 石英 砂 岩 和 长石 砂 岩浅 灰 -灰 白 色 中厚 层 状 细 -中粒 岩 屑 石 英 砂岩 、 长 石 石 英砂 岩长 石 岩 屑 石 英砂 岩 和 石 英 砂岩灰 色 细 -中 粒长 石 砂 岩细 -中 粒 石英 砂 岩灰 色 , 块 状 和 鲕 粒白 云 质 灰 岩230.5 g/L。据矿井开采揭露,仅见顶板滴淋水,属砂岩孔隙裂隙弱含水层。(4)二叠系四(戊)煤段顶板砂岩孔隙裂隙含水层(组)中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 6 页本组自四 2(戊 9-10)煤层底面至五 2(丁 5-6)煤层底面,主要由砂质泥岩、砂岩、泥岩和煤层组成,厚 80~95m。含水层主要由中、细粒长石石英砂岩组成,厚5.5~33.55m,平均 16.99m,孔隙裂隙不甚发育。据 33~9 孔抽水试验,单位涌水量0.00636L∕s·m,渗透系数 0.0685 m∕d,水化学类型主要为 HCO3~Na、Mg 型,据矿井开采揭露,涌水量一般在 50m3/h 以下,属砂岩孔隙裂隙弱含水层。(5)二叠系五(丁)煤段顶板砂岩孔隙裂隙含水层(组)本组自五 2(丁 5-6)煤层底面至六 2(丙 3)煤层底面,主要由砂岩、砂质泥岩、泥岩和煤层及煤线组成,厚 76~115m。含水层主要由中、细粒砂岩组成,厚 8.93~41.90m ,平均 27m,孔隙裂隙不甚发育。据 28-7 孔和 32- 8 孔抽水试验,单位涌水量为0.0151~0.1411L∕s·m,渗透系数为 0.07317~ 0.6465m∕d,水质类型主要为 HCO3~Na·Ca 和HCO3~ Ca·Mg 型,属砂岩孔隙裂隙弱含水层。(6)二叠系上统石千峰组平顶山砂岩孔隙裂隙含水层(组)平顶山砂岩为中~粗粒长石石英砂岩、夹薄层粉砂岩及细粒砂岩。岩性稳定,厚度大,垂直裂隙发育。主要分布于由平顶山至龙山组成的山岭顶部,抽水试验结果,单位涌水量0.011~1.927L∕s·m,渗透系数 0.135~4.37m∕d,水质类型主要为 HCO3~Ca 型,属砂岩孔隙裂隙弱-中等含水层。(7)第四系松散孔隙含水层主要由坡积和洪积物堆积的砂砾石组成,厚 0~43m ,在沟谷地带有季节性下降泉出露,泉流量 0.5~3L/s。据浅井抽水试验,单位涌水量 0.011-1.927 L∕s·m,渗透系数 0.135-4.37 m∕d,水质类型 HCO3~Ca 型,属孔隙裂隙弱~中等含水层。1.3 煤层特征1.3.1 可采煤层井田可采煤层由上至下包括:五 22、五 21、四 3、四 22、四 21、二 2、二 12、二 11 和一5(丁 5、丁 6、戊 8、戊 9、戊 10、己 15、己 16、己 17、庚 20) ,以及合并煤层五 2、四 2和二 1(丁 5-6、戊 9-10 和己 16-17) ,见表 4-3。1)五 22(丁 5)煤层位于下石盒子组五(丁)煤段中上部,煤厚 0.61m~1.39m ,平均 0.93m。煤层结构简单,仅局部见 1~2 层泥岩或炭质泥岩夹矸。顶板为砂质泥岩,底板为泥岩。煤层可采性指数 75%,属不稳定局部可采煤层。2)五 21(丁 6)煤层位于下石盒子组五(丁)煤段中部,上距五 22(丁 5)煤层底板 0.5~1.0m, 平均 0.8m。煤层两极厚 1.65~2.69m,平均 2.15m,可采性指数 100%,属局部可采煤层,可采区内属稳定煤层。煤层结构较复杂,含 1~2 层泥岩或炭质泥岩夹矸。煤厚变化规律走向上为西厚东薄,并在西部常与五 22(丁 5)煤层合并。煤层顶板主要为砂质泥岩,底板为砂质或炭质泥岩。
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