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高承压水对采动地板破坏的影响分析.rar

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    编号:20180910134745558    类型:共享资源    大小:5.33MB    格式:RAR    上传时间:2018-09-10
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    高承压水 地板 破坏 影响 分析
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    中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 1 页2 井田境界与储量2.1 井田境界2.1.1 井田境界划分的原则。2.1.2 井田境界根据以上划分原则以及淮北煤田宿县矿区的整体规划以及祁东煤矿的实际情况,周围边界为:南:上石炭系第一层灰岩的隐伏露头;东:33 勘探线;北:-950 m 底板等高线的地面垂直投影;西:祁南矿接壤;矿井设计生产能力为 2.4 Mt/a,根据上述标准和开采技术水平确定。井田东西走向长度约为 3.80~9.01 km,平均为 8.48 km,南北倾向宽约 3.02~3.58 km,平均为 3.51 km。煤层倾角一般为 8°~15°,浅部与深部的倾斜角大致相同,平均倾角为 13°。水平面积为 30.285 km2,倾斜面积为 31.093 km2。井田赋存状况示意图如图 2-1 所示。图 2-1 井田赋存状况示意图2.2 矿井储量计算2.2.1 井田勘探类型精查地质报告查明了本井田的煤层赋存情况、构造形态、煤质及水文地质条件。井田勘探类型为中等。2.2.2 矿井地质储量本矿井设计中对 61和 71煤层进行开采设计,煤层倾角平均 α=13°,6 1和 71煤层平均容重 1.40 t/m3。边界煤层露头线为 -300 m,-1000 m 以下的煤炭储量目前尚未探明,作为矿井的远景储量。矿井工业储量:中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 2 页由煤层产状、厚度、煤质都相对稳定,因此本储量计算采用地质块段法,即以块段面积乘以块段平均煤厚和煤层视密度,即得该块段的储量。根据地质勘探情况,大致将矿体划为四个块段分别为 A、B、C、D,本矿储量计算块段划分如图 2.2 所示,在各块段范围内,采取算术平均法求得每个块段的储量,煤层总储量即为各块段储量之和。图 2-2 块段划分示意图61煤层A 块段水平面积为 5.477 km2,倾角为 13°,平均厚度 3.6 m;B 块段水平面积为 11.200 km2,倾角为 12°,平均厚度 3.3 m;C 块段水平面积为 6.393 km2,倾角为 13°,平均厚度 3.4 m;D 块段水平面积为 7.188 km2,倾角为 14°,平均厚度 3.3 m。按下式计算:Z= S×r×H 煤厚 /cos(θ) (2-1)式中:H 煤厚 —— 各块段煤层平均厚度,m;r —— 煤层容重,1.40 t/m 3;S —— 各块段水平面积,km 2;θ—— 各块段煤层倾角;把各块段的数值带入式 2-1 得:ZA=3.6×1.40×5.477/cos13°=28.34 MtZB=3.3×1.40×11.200/cos12°=52.91 MtZC=3.4×1.40×6.393/cos13°=31.24 MtZD=5.6×1.40×7.188/cos14°=34.24 Mt则 61煤层总的地质储量:Z6 =ZA+ZB+ZC+ZD=146.73 Mt北-402-40 -350 -50 -450 -60 -50-70 -650 -80 -750 -70-50-40 -60 -50 -50 -450 -40 -450 -450 -50 -50-50 -50 -650-70 -50 -60-450- 40 -350-650 -7508 -70-60-80-50 -50 -60 -5-750 -60 -50-50 -450 -40 -350-80 -750- 70 -650 -60-50 -50 -450 -40 -35-450-70 -50 -605 -80 -750 -50 -450-80 -60-30 -40 -40 -350 -450 -450-60 -50 -50 -650 -750 -70 -350 -50 -50 -50 -70 -650 -750 -60 -650-80 -70 -70 -750 -80 -850 -850 -80 -850¡Á¡Á¡Á¡Á¡Á¡Á¡Á¡Á¡Á¡Á¡Á¡Á¡Á¡Á¡Á¡Á¡Á¡Á¡Á¡Á¡Á¡Á¡Á¡Á¡¡Á¡Á¡Á¡Á¡Á¡Á¡Á¡Á¡Á¡Á¡Á¡Á¡Á¡Á¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡Á¡Á¡Á¡¡Á¡Á¡Á¡Á¡Á¡Á¡Á¡Á¡Á¡Á¡Á¡ÁDF5-21∠ 0°H=~3m F21∠ 6°~ 7H=~ 8mF∠ 7°H=~ 9mF2∠ 5°~ 7H=3~ 8m F1∠ 50°~ 6H=2~ m37045395140 3951039510395120395120395103951039510395103950395039508395083950739507395063950639503950313531231831013293429-3026-7126718265212562725124-5728428 279272412472413-70.8421-79.420-8.609-74.260-2.80956-549.26-678.1541.57 25-9-379.12-4.81932补-59.0-750.914-0.5167-6.815-43.0168.054-76.489-586.139-34.10-860.4393.0160.91-89.07-3.068-10.77 370 1370 5370 369 50369 0369 850369 80750 369 750369 80369 850369 0369 50370 370 5370 1 1高 54实 际 收 集皖 北 煤 电 集 团 公 司 祁 东 煤 矿编 制微 机 制 图审 核科 长总 工 程 师7 煤 储 量 计 算 及 等 高 线 图QDMK-CL8矿 长比 例 尺图 号资 料 来 源成 图 日 期1:2.王 干王 干 -850-850 -850-90 -90 -90 -90 -90 9 -90-90 -90 -850 85 5 -70-70-950-30 -30 -30 -30 -350 -350 -40 -40 -40 -40 -450 -450 -0 -50 -350 -350 -350 -30 -30 -30-950 -950中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 3 页71煤层A 块段水平面积为 5.477 km2,倾角为 14°,平均厚度 3.1m;B 块段水平面积为 11.200 km2,倾角为 12°,平均厚度 3.2 m;C 块段水平面积为 6.393 km2,倾角为 13°,平均厚度 3.3 m;D 块段水平面积为 7.188 km2,倾角为 12°,平均厚度 3.2 m。按下式计算:Z= S×r×H 煤厚 /cos(θ) (2-1)式中:H 煤厚 —— 各块段煤层平均厚度,m;r —— 煤层容重,1.40 t/m 3;S —— 各块段水平面积,km 2;θ—— 各块段煤层的倾角;把各块段的数值带入式 2-1 得:ZA=3.1×1.40×5.477/cos14°=24.41 MtZB=3.2×1.40×11.200/cos12°=51.31 MtZC=3.3×1.40×6.393/cos13°=30.32 MtZD=5.6×1.40×7.188/cos12°=33.20 Mt则 71煤层总的地质储量:Z7=ZA+ZB+ZC+ZD=139.24 Mt则 6171煤层总的地质储量:Z= Z6+ Z7 =285.97 Mt2.2.3 矿井工业资源储量根据勘探地质报告,本矿井地质资源分类如下表 2.2 所示:表 2.2 地质资源分类表探明的资源储量 控制的资源储量 推断的资源量经济的基础储量边际经济的基础储量经济的基础储量边际经济的基础储量推断的储量111b 2M11 121b 2M22 333地质资源储量60% 30% 10%中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 4 页则矿井工业资源储量为:Zg=Z×60%+Z×30%+Z×10%×0.9=0.99×285.97=283.11Mt。2.2.4 安全煤柱留设原则表 2.1 工业场地占地面积指标井型(Mt/a) 占地面积指标(ha/0.1Mt)2.4 及以上 1.01.2~1.8 1.20.45~0.9 1.50.09~0.3 1.82.2.5 矿井可采储量矿井设计资源储量按式(2-3)计算:Zs=(Zg-P 1) (2-3)式中 ——矿井设计资源/储量sZ——断层煤柱、防水煤柱、井田境界煤柱、地面建筑煤柱等永久煤柱损失1P量之和。按矿井工业储量的 3%算。则:Zs=(Zg-P 1)=283.11-283.11×3%=274.61Mt。矿井设计可采储量Zk =(Zs-P2)C式中 Zk——矿井设计可采储量;——工业场地和主要井巷煤柱损失量之和,按矿井设计资源/储量的 2%算;2PC——采区采出率,厚煤层不小于 75%;中厚煤层不小于 80%;薄煤层不小于85%。此处取 0.80。则:Zk=(Zs-P2)C=(274.61-274.61×2%)×0.80=215.30Mt。中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 5 页(1)井田边界煤柱(2-3)rmLHP式中:P——井田边界保护煤柱损失,Mt。H——井田边界煤柱宽度,30 m;L——井田边界长度(因风化带一侧边界煤柱位于防水煤柱中,不作计算) ,m——煤层厚度,6.6 m;r——煤层容重,1.40t/m 3;代入数据得:P=30×25193.4867×6.6×1.40=6.99Mt(2)断层煤柱井田 6171煤层现已查明主要断层 F1、 F2、 D F5,断层可靠且可控制,故其两侧各留 30 m 保护煤柱,则其煤柱损失可由下式求得:Pf=L×2×m× ×20 (2-4)式中:P f——煤柱损失,t;L——断层长度,m;m ——煤层厚度,m;——煤层容重,t/m 3。已知 =1.40 t/m3 ,m=6.6 m,断层长度为 8640.7319 m,代入(2-4)可得:Pf =8640.7319×2×6.6×1.40×30×10 =4.79 Mt6则矿井设计资源量为:Zs=(Zg-P 1)=283.11 – 11.78=271.33Mt。(3)工业场地煤柱工业广场的占地面积,根据《煤矿设计规范中若干条文件修改决定的说明》中第十五条,工业场地占地面积指标见表 2-1。表 2-1 工业广场占地面积指标表井型/Mt·a -1 占地面积指标/ha·0.1Mt -12.4 及以上 1.01.2~1.8 1.20.45~0.9 1.50.09~0.3 1.8本矿井设计年生产能力为 2.4Mt/a,按上表,占地面积指标应取 1.0,占地面积为24×1.0=24.0×10 4 m2。由于考虑到近些年来建筑技术的提高,建筑物不断向空间发展,所以,工业广场的面积都有缩小的趋势,再加上本井田煤层埋藏较深,若取工广煤柱较大会造成大量的工广压煤,所以本设计取 0.85 的系数,则工业广场的面积约为20.4×104 km2。故设计工业广场的尺寸为 400×500 m2的长方形,面积为:20×10 4 m2。中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 6 页工业广场位置的煤层的平均倾角为 13°,工业广场的中心处在井田走向中央,倾向中央偏于煤层中部,该处表土层厚度约为 320 m。主井、副井、地面建筑物均在工业广场内。工业广场按大型矿井Ⅱ级保护,《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》第 14 条和第 17 条规定,Ⅱ级保护需要留设 15 m 宽的围护带。本矿的地质条件及松散层和基岩层移动角见表 2-2:表 2-2 矿井地质条件及松散层和基岩层移动角广场中心煤层深度煤 层 倾 角 α煤层厚度 松散层厚度松散层移动角Φ走向移动角 δ下山移动角 γ上山移动角 βm ° m m ° ° ° °-600 13 5.6 345 45 75 75 68由此根据上述已知条件,画出如图 2-3 所示的工业广场保安煤柱的尺寸,并由图得出保护煤柱的尺寸为:图 2-3 工业广场保护煤柱S 梯形 =1/2×(上宽+下宽) ×高=1/2×(1267.34+1436.96) ×1311.59= 1773466.4185 m2则工业广场压煤为:P1=S×M×r/cosα (2-2)=1773466.4185×3.4×1.40×0.974×10 -6=8.24 Mt(4)风井煤柱-9508 -7506 -504 -350中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 7 页按照《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程(2000 版)》中参数计算,取东西风井工业场地为 100 m×100 m,因其保护煤柱处于防水保护煤柱中,因而只需计算防水煤柱压煤量即可。风井保护煤柱即为 0。(5)防水煤柱按照《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中近水体采煤的安全煤岩柱设计方法,再根据本矿井实际情况,留取 100m 作为防水煤柱确定煤层开采上限距风化带垂高 25 m,图上测量得知风化带长度为 9461.0509 m,计算得防水煤柱损失为 4.54 Mt。(6)大巷煤柱取大巷保护煤柱的宽度为 15 m 计算可得大巷保护煤柱总量为:1.4 Mt表 2-3 永久保护煤柱损失量煤柱类型 储量/Mt工广煤柱 8.24井田边界煤柱 6.99断层煤柱 4.79风井煤柱 0防水煤柱 4.54大巷煤柱 1.4合计 25.963 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限3.1 矿井工作制度3.2 矿井设计生产能力服务年限3.2.1 确定依据3.2.2 矿井设计生产能力本井田储量丰富,设计开采煤层赋存稳定,煤层厚度大部分比较稳定,属中厚煤层(3.4 m),为缓倾斜煤层(倾角 11°~15°) 。矿井总的工业储量为 283.11 Mt,可采储量为 215.30 Mt。由地质构造简单,同时煤田范围较大,开采技术好的矿井应建设大型矿井,故本设计初步确定矿井的设计生产能力为 2.4 Mt /a。3.2.3 井型校核下面按矿井的实际煤层开采能力,各辅助生产环节的能力,储量条件及安全条件因素对井型进行校核:(1)煤层开采能力中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 8 页矿井的开采能力取决于回采工作面和采区的生产能力,根据本设计第四章(矿井开拓)与第六章(采煤方法)的设计可知,该矿由于煤层地质条件较好,井田内 61和 71煤平均厚度 3.4 m 和 3.2 m 为中厚煤层,赋存稳定,厚度变化稳定。现代化矿井规范要求发展模式采用“一矿一井一面” ,因此本矿井布置一个综采工作面以满足保产要求。(2)辅助生产环节的能力校核本矿井核对为大型矿井,因此开拓方式采用立井开拓,主井提升容器选用两对 12 t底卸式提升箕斗,运煤能力以及大型设备的能够满足设计井型的要求。工作面生产的原煤通过强力胶带输送机运到带区(采区)煤仓,运输能力以及自动化程度都很高。辅助运输选用双层罐笼,大巷辅助运输采用胶带运输,同时本矿井井底车场调车方便,通过能力强,满足矸石,材料和人员的调动要求。因此各辅助生产环节完全能够达到设计生产能力的要求。(3)通风安全条件的校核本矿井采用两翼对角式通风系统,抽出式通风,东西两翼各布置一个回风井,可满足通风要求。(4)储量条件校核井型和服务年限的对应要求见表 3.1。表 3.1 我国各类井型的矿井和第一水平设计服务年限第一开采水平服务年限矿井设计生产能力万t/a 矿井设计服务年限 a 煤层倾角45°600 及以上 70 35 — —300~500 60 30 — —120~240 50 25 20 1545~90 40 20 15 159~30 各省自定由上表可知:煤层倾角低于 25°,矿井设计生产能力为 1.2~2.4 Mt/a 时,矿井设计服务年限不宜小于 50 a,第一开采水平设计服务年限不宜小于 25 a。矿井服务年限的计算:T=Z/(A×K) (3-1)式中:T——矿井设计服务年限,年;Z——矿井可采储量,215.30 Mt;A——矿井设计生产能力,2.4 Mt /a;K——储量备用系数;随矿井投产,产量不断提高,矿井各生产环节需要有一定的储备能力。例如地质条件变化或者矿井因为技术原因,导致采出率降低,从而减少了储量。因此,需要考虑储量备用系数。由 3-1 式得:T=215.30/(2.4×1.3)= 69.01a>50 a中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 9 页本设计中第一水平开采范围为-300m~-550m,第一水平服务年限的计算:由 3-1 式得:T=100.64/(2.4×1.3)= 28.39 a>25 a因此,本矿井的开采年限符合规范的要求。中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 10 页4 井田开拓4.1 井田开拓的基本问题4.1.1 影响井田开拓的主要因素4.1.2 井筒形式、位置、数目的确定(1)井硐形式的确定井筒形式有三种:平硐、斜井、立井,各井筒形式优缺点比较及适用条件见表 4-1。表 4-1 各井筒形式优缺点比较及适用条件井筒形式 优点 缺点 适用条件平硐①环节和设备少、系统简单、费用低②工业设施简单③井巷工程量少,省去排水设备,大大减少了排水费用④施工条件好,掘进速度快,加快建井工期⑤煤炭损失少。受地形影响特别大 有足够储量的山岭地带斜井与立井相比:①井筒施工工艺、设备与工序比较简单,掘进速度快,井筒施工单价低,初期投资少②地面工业建筑、井筒装备、井底车场简单、延伸方便③主提升胶带化有相当大提升能力,能满足特大型矿井的提升需要④斜井井筒可为安全出口。与立井相比:①井筒长,辅助提升能力小,提升深度有限②通风线路长、阻力大、管线长度大③斜井井筒通过富含水层,流沙层施工复杂。井田内煤层埋藏不深,表土层不厚,水文地质条件简单,井筒不需要特殊法施工的缓斜和倾斜煤层。立井①不受煤层倾角、厚度、深度、瓦斯和水文地质等自然条件限制②井筒短,提升速度快,对辅助提升特别有利③当表土层为富含水层的冲积层或流沙层时,井筒容易施工④井筒通风断面大,能满足高瓦斯、煤与瓦斯突出的矿井需风量的要求,风阻小,对深井开拓极为有利。①井筒施工技术复杂,设备多,要求有较高的技术水平②井筒装备复杂,掘进速度慢,基建投资大。对不利于平硐和斜井的地形地质条件都可考虑立井。祁东矿为深井开采,且为煤与瓦斯突出矿井,煤层倾角平均 13°,为缓倾斜煤层,主采煤层 61煤埋深平均-300~-950 m,表土层厚约 320 m,综上适合采用立井施工,井筒需采用特殊施工方法——表土段采用冻结法施工,基岩段采用地面预注浆施工。(2)主、副井井筒位置的选择本设计在选择井口位置时主要依据以下原则:(3)风井位置的选择4.1.3 工业广场的位置、形状和面积的确定工业场地的选择主要考虑以下因素:工业广场面积 20×104 m2,定为 400 m×500 m 的矩形。4.1.4 开采水平的确定
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