刘桥二矿煤矿1.8 Mta新井设计浅析大采高综采面矿压显现特征与控制.doc
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1、中国矿业大学2009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11.3 煤层特征72 井田境界与储量162.1井田境界162.2 矿井储量计算163 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限213.1矿井工作制度213.2矿井设计生产能力及服务年限214 井田开拓234.1井田开拓的基本问题234.2 矿井基本巷道325 准备方式带区巷道布置405.1煤层地质特征405.2 带区巷道布置及生产系统415.3带区车场选型设计476 采煤方法486.1 采煤工艺方式486.2回采巷道布置647 井下运输667.1概述667.2带区运输设备选择67
2、7.3大巷运输设备选698 矿井提升738.1矿井提升概述738.2主副井提升739 矿井通风及安全779.1矿井地质、开拓、开采概况779.2矿井通风系统的确定789.3矿井风量计算819.4矿井阻力计算899.5选择矿井通风设备949.6安全灾害的预防措施9910 设计矿井基本技术经济指标101参考文献103专题设计部分浅析大采高综采面矿压显现特征与控制1050 引言1051 国内外研究现状1071.1大采高综采技术现状1071. 2大采高综采工作面矿压显现规律研究现状1082 大采高综采工作面矿压观测1112. 1沙曲矿24101大采高综采工作面概况1112.2 24101大采高综采工作
3、面矿压观测方案1132. 3 24101大采高综采工作面矿压显现规律1143 大采高综采工作面矿压显现特征分析1193. 1沙曲矿大采高综采工作面矿压特征分析1193.2康家滩矿大采高综采工作面矿压特征分析1213.3寺河矿大采高综采工作面矿压特征分析1234 大采高综采工作面煤岩组合力学模型及其控制1254. 1大采高综采工作面煤岩组合力学模型的建立1254.2大采高综采工作面煤岩组合力学模型计算实例129结论131翻译部分英文原文135中文译文142致 谢148一 般 部 分 中国矿业大学2009届本科生毕业设计 第149页1 矿区概述及井田地质特征1.1矿区概述1.1.1 矿区地理位置刘
4、桥二矿位于安徽省淮北市濉溪县刘桥镇境内。西以省界与河南省永城市毗邻,东距濉溪县约10km,东北距淮北市约13km。其地理坐标为:东经:11637301164115北纬:335430335800矿井东东南浅部以土楼断层和刘桥一矿为界,西西北以省界与河南省永城市的新庄煤矿相接。矿井交通十分方便,濉溪县至永城市公路从矿区通过,可直接接通河南省和安徽省内公路网。矿井铁路专用线经濉溪站转接京沪、陇海和京九三大干线通往全国各地,交通极为便利,如图1-1所示。1.1.2 矿区气候条件本区气候温和,属北温带季风区海洋大陆性气候。气候变化明显,四季分明。冬季寒冷多风,夏季炎热多雨,春秋两季温和。据淮北市气象局1
5、9802000年观测资料,年平均气温14.3,最高气温40.3(1988年7月8日),最低气温-10.9(1988年12月16日)。年平均降雨量785mm,雨量多集中在7、8月份。最大冻土深度0.17m,年平均风速2.2m/s,最大风速达20 m/s,主导风向东东北风。无霜期210240天,冻结期一般在12月上旬至次年2月中旬。1.1.3 矿区的水文情况本矿地处淮北平原中部。矿区内地势平坦,地表自然标高+30m+32m左右,有自西北向东南倾斜趋势。基岩无出露,均为巨厚新生界松散层覆盖。本区属淮河流域。区内有王引河、丁沟、任李沟、曹沟等小型沟渠自西北向东南经矿区后,再经沱河注入淮河。矿区内农用灌
6、沟纵横,零星坐落这几个村庄。地表下潜水丰富,一般居民生活用水及部分工业用水皆取于此。1.2 井田地质特征矿井东东南浅部以土楼断层和刘桥一矿为界,西西北以省界与河南省永城市的新庄煤矿相接。井田走向长度为5.085.71km,平均走向长度为5.62km,倾斜宽为2.383.63km,平均为3.26 km,平均倾角为7.13度,井田水平宽度为2.713.04 km,水平面积为18.05平方公里。图1-1 刘桥二矿交通位置示意图1.2.1 煤系地层刘桥二矿属于淮北煤田濉肖矿区,位于淮北煤田中西部,在地层区划分上属于华北地层区鲁西地层分区徐宿小区。本区地层出露甚少,多为第四系冲、洪积平原覆盖。矿井范围内
7、无基岩出露,均为新生界松散层所覆盖,经钻孔揭露地层有奥陶系(O1+2)、石炭系(C2+3)、二叠系(P)、第三(N)和第四系(Q),地层厚度大于1500m,见图1-2,由老至新概述如下:(1)奥陶系(O)奥陶系中、下统老虎山组马家沟组(O2l-O1m),层厚度118.89m。岩性为浅灰色厚层状的石灰岩,质纯、性脆、微晶结构,局部含白云质,高角度裂隙发育。(2)石炭系(C)地层厚度129.73m,为本溪组和太原组。1)中统本溪组(C2b)地层厚度14.1823.10m。岩性以浅灰色到暗红色的杂色含铝泥岩为主,夹有少量的泥质灰岩。含铝泥岩为中厚层状,含有铁质结核及菱铁鲕粒。与下伏奥陶系地层呈假整合
8、接触。2)上统太原组(C3t)地层厚度115.55m。岩性以深灰色的泥岩、粉砂岩及灰色的砂岩为主,灰到深灰色的石灰岩次之,夹少量的薄煤层。泥岩、粉砂岩中多见有炭屑或植物化石碎片 。下伏本溪组地层呈整合接触。(3)二叠系(P)1)下统山西组(P1s)下部以太原组顶部一灰之顶为界,上界为铝质泥岩之底。地层厚度84.00124.00m,平均108.50m。岩性由砂岩、粉砂岩、泥岩和煤层组成。含2个煤层(组),其中6煤层为本矿井主要可采煤层之一。2)下统下石盒子组(P1xs)下界为4煤层下铝质泥岩底界面,上界为K3砂岩底界面,地层厚度201.80248.20m,平均227.10m。岩性由砂岩、粉砂岩、
9、泥岩、铝质泥岩和煤层组成,为本矿井主要含煤段。含4个煤层(组),除3煤层为局部可采煤层、4煤层为矿井主要可采煤层外,其余均为不可采煤层。与下伏地层呈整合接触。3)上统上石盒子组(P2SS)下界为K3砂岩之底,未见上界,最大厚度约为298.58m,岩性由砂岩、粉砂岩和泥岩组成,自下而上,泥岩、粉砂岩颜色变杂,紫色绿色增多。含3个煤层(组),均不可采。与下伏地层呈整合接触。(4)上第三系(N)总厚5.9067.20m,平均厚度28.94m。不整合于二迭系地层之上。图1-2 综合地质柱状图(5)第四系(Q)1)更新统(Q1-3)总厚38.8093.70m,平均厚度63.97m。与第三系呈假整合接触。
10、下部主要由浅黄色及浅灰绿色、灰白色细、中砂组成,其中夹12层粘土或砂质粘土;部主要由棕黄色夹浅灰绿色粘土、砂质粘土组成,夹13层砂或粘土质砂,顶部含有较多钙质或铁锰质结核。2)全新统(Q4)厚度为20.1839.80m,平均厚度32.79m。以褐黄色细砂、粉砂、粘土质砂为主,夹粘土及砂质粘土,含螺蛳、蚌壳化石,近地表为耕植土壤,属现代河流泛滥相沉积。1.2.2 水文地质特征本矿为第三、四系松散层覆盖下的裂隙充水矿床。根据含水层赋存介质特征自上而下划分为第三、四系松散层孔隙含水层(组),二叠系煤系砂岩裂隙含水层(段),太原组石灰岩岩溶裂隙含水层(段),奥陶系石灰岩岩溶裂隙含水层(段)。各含水层(
11、组、段)之间又分布有相应的隔水层(组、段),因此各含水层(组、段)自然状态下补给、迳流、排泄条件显著不同,从而在水化学特征上也存在明显的差别。根据钻探及测井、抽(注)水试验、简易水文观测、水文长观孔及巷道、工作面实际揭露的水文地质资料,对本矿主要含水层水文地质特征叙述如下:(1)新生界松散层含、隔水层(组)1)第一含水层(组)一般自地表垂深35m起,底板埋深28.0041.60m,平均33m。含水层主要由浅黄色粉砂、粘土质砂及细砂组成,夹薄层砂质粘土,局部含有砂礓块。含水砂层厚度为15.0028.60m,平均22m。2)第一隔水层(组)底板埋深53.5086.60m,平均深度72m,由棕黄色夹
12、浅灰绿色斑块的粘土及砂质粘土组成,其中夹25层砂或粘土质砂。粘土类两极厚度14.0045.60m,平均厚度29.50m。粘土塑性指数为14.2026.80。粘土类质纯致密,可塑性较强。该层(组)分布稳定,隔水性能较好,能阻隔其上、下的含水层的水力联系。3)第二含水层(组)底板埋深72.30105.60m,平均埋深88m,由浅黄色及浅灰色绿色、灰白色细、中砂夹14层粘土或砂质粘土组成。含水砂层厚3.7031.70m,平均11.00m。砂层分布不稳定,厚度变化大,局部地段仅有相应的层位,无明显的含水砂层存在,由于含水砂层发育分布不均,富水性也相对强弱不一。4)第二隔水层(组)底板埋深99.3012
13、0.00m平均埋深105m,隔水层厚度4.9022.60m。岩性以棕黄色、浅灰绿色的粘土或砂质粘土为主,部分夹13层砂或粘土质砂,呈透镜状分布。5)第三含水层(组)底板埋深112.60170.60m,平均138m。岩性以灰白色、浅黄色细砂、中砂及少量粗砂为主,夹13层粘土或砂质粘土。含水砂层分布不稳定,两极厚度5.843.70m,平均厚度21.60m。6)第三隔水层(组)本层(组)底部深度112.00191.80m。其不整合于二迭系之上,主要由灰绿色、浅黄色粘土及砂质粘土夹13层砂层组成,偶夹钙质及铁锰质结核。隔水层两极厚度037m,平均厚度11.80m。粘土层可塑性好,膨胀性强,塑性指数18
14、.221.0,隔水性良好。本矿内三隔在大部分地带均能起到较好的隔水作用,使三含之水不能成为矿井的直接充水水源。(2)二叠系煤系含、隔水层(段)1)五含上隔水层(段)除部分地段该层位缺失外,厚度为68215.59m,一般大于100m,岩性为泥岩、粉砂岩、砂岩相互交替,以泥岩、粉砂岩为主,砂岩裂隙不发育,穿过该层段的钻孔冲洗液只有02-1、03-4等少数孔发生漏失现象,说明该层段的隔水性能较好。2)第五含水层(段)(K3砂岩裂隙含水层)岩性主要由灰白色中、粗砂岩组成,厚约30m,岩体刚性强,是岩层受力区构造破裂极为发育的介质条件。该层段厚度大,分布稳定,垂直裂隙发育。在钻探过程中曾多次发生涌漏水现
15、象,有些孔漏失严重,据主检孔抽水试验资料,平均q=0.1613l/s.m,K=12.07m/d,水位标高+0.04m,水化学类型为SO4.Cl- Na. Ca类型,矿化度为1.97g/L。3)K3砂岩下隔水层(段)主要由泥岩、粉砂岩夹少量砂岩组成,除少数孔缺失该层段外,厚度为5085m,穿过该层位的钻孔只有个别钻孔冲洗液发生漏失现象,说明该层(段)的隔水性是好的。4)第六含水层(段)(区域5煤上下砂岩裂隙含水层)六含主要由13层灰白色中、细粒砂岩夹泥岩或粉砂岩组成。砂岩厚度330m,一般厚度15m左右,其岩性致密,坚硬,裂隙发育,据风检和副检孔抽水试验资料,平均q=0.00240.7563l/
16、s.m,K=0.007512.89m/d,水化学类型为SO4-K+ Na. Ca类型,矿化度为2.1782.242g/L。以上资料说明,六含砂岩裂隙发育不均一,局部裂隙发育好,富水性中等。5)4煤上隔水层(段)此层(段)间距3381m,主要由泥岩、粉砂岩夹12层砂岩组成,岩性致密完整,裂隙不发育,只有个别孔出现冲洗液漏失现象,此层(段)隔水性能较好。6)4煤上、下砂岩裂隙含水层岩性以灰白色中、细粒砂岩为主,夹泥岩、粉砂岩。七含砂岩厚度4.5041.20m,平均20.20m,见表5107。七含在本矿中部和9线以北砂岩厚度较大,含水性相对较强。据钻孔抽水试验资料q=0.04360.0921l/s.
17、m,K=0.10090.1897m/d,富水性弱。水化学类型为SO4-K+ Na类型,矿化度为2.3173.412g/L。以上资料表明该含水层富水性较好,但含水性、导水性很不均一,局部较强。其地下水处于封闭半封闭环境,以储存量为主。是开采4煤层的直接充水水源。7)4煤下铝质泥岩隔水层(段)此层段厚度为2065m。一般厚度为25m左右,岩性以铝质泥岩为主,局部夹薄层砂岩,该铝质泥岩为浅灰灰白色,含紫色花斑,性脆含较多菱铁鲕粒,岩性特征明显,层位、厚度稳定,是中、下部煤组的分界。其岩性致密,隔水性能较好。8)6煤上下砂岩裂隙含水层该含水层砂岩厚度5.2049.87m,平均21.50m左右。岩性以灰
18、白色中、细砂岩为主,夹灰色粉砂岩及泥岩。砂岩裂隙发育不均,局部多发育垂直裂隙。6煤上砂岩在14勘探线以北厚度较大,含水较丰富。在勘探施工时,曾发生多次冲洗液消耗量大或漏失现象。据12-13-1孔抽水试验,q=0.0104l/s.m,K=0.0383m/d,水化学类型为SO4-K+ Na类型,矿化度为3.693g/L。据2005年04-4(水17)钻孔流量测井资料,八含水位标高为-147.204m, K=1.13m/d。6煤上下砂岩裂隙含水层流量测井资料。6煤上下砂岩裂隙含水层是开采6煤层时矿井直接充水含水层。本矿井最大涌水量为683.40m3/时,正常涌水量为525.44 m3/时。1.3 煤
19、层特征1.3.1 可采煤层本矿井可采煤层有4、6两个个煤层,其煤层特征见表1-1。(1)4煤层位于下石盒子组下部,上距3煤层012.30m,平均5.50m。下距分界铝质泥岩2460.50m,平均37.50m。煤层结构简单,无夹矸。煤层厚05.54m,平均3.2m,属中厚煤层。可采性指数91.0%,变异系数39%,可采区内平均厚度为3.2m,可采面积占92.7%,属较稳定煤层。煤层顶板以泥岩为主,粉砂岩次之,中部为少量砂岩;底板以泥岩为主,次为粉砂岩。(2)6煤层位于山西组中部,上距铝质泥岩3970m,平均55.5m;下距太原组第一层灰岩40.565m,平均53.4m。煤层结构简单,以单一煤层为
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