丁集煤矿1.5Mta新井设计

中国矿业大学 2011 届毕业生设计 1 目录目录 1 1 11 1 1 交通位置交通位置 1 1 1 21 1 2 地形与河流地形与河流 2 1 1 31 1 3 气象气象 2 1 1 41 1 4 地震地震 2 1 1 51 1 5 矿区开发情况矿区开发情况 2 1 1 61 1 6 矿井水源 电源及其他情况矿井水源 电源及其他情况 3 2 2 电源 电源 3 3 3 建筑材料 建筑材料 3 4 4 村庄及土地占用情况 村庄及土地占用情况 3 1 2 11 2 1 地层地层 4 1 2 2 构造构造 6 1 北部潘集背斜区 北部潘集背斜区 7 2 2 中部盆状构造区 中部盆状构造区 7 3 3 南部平缓区 南部平缓区 7 4 4 西部宽缓褶曲挤压区 西部宽缓褶曲挤压区 7 1 2 31 2 3 岩浆活动岩浆活动 7 2 下第三系砂砾岩含水组 下第三系砂砾岩含水组 8 4 太原组灰岩岩溶裂隙含水层 太原组灰岩岩溶裂隙含水层 8 5 奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层 奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层 9 6 岩浆岩含水层 岩浆岩含水层 9 7 矿床水文地质类型 矿床水文地质类型 9 8 矿井涌水量初步预计 矿井涌水量初步预计 9 1 2 5 工程地质工程地质 9 中国矿业大学 2011 届毕业生设计 2 1 3 煤层特征 10 2 井田境界及储量 13 2 1 井田境界 13 2 2 矿井储量计算 13 1 1 防水煤柱 防水煤柱 16 2 2 断层煤柱 断层煤柱 16 3 3 井田境界煤柱 井田境界煤柱 16 1 1 工业场地保护煤柱 工业场地保护煤柱 16 工业场地保护煤柱为工业场地保护煤柱为 6 4MT6 4MT 16 图图 2 32 3 工业广场保护煤柱工业广场保护煤柱 17 2 2 开采损失 开采损失 17 4 井田开拓井田开拓 19 4 1 井田开拓的基本问题 19 4 1 1 确定井筒形式 数目 位置及坐标 19 4 1 2 工业场地的位置 21 4 1 3 开采水平的确定及采采区划分 21 4 1 4 主要开拓巷道 22 4 1 5 矿井开拓延伸及深部开拓方案 22 4 1 6 开采顺序 22 4 1 7 方案比较 22 4 2 矿井基本巷道 27 4 2 1 井筒 27 4 2 2 井底车场及硐室 27 5 准备方式准备方式 带区巷道布置带区巷道布置 36 5 1 煤层地质特征 36 5 1 1 带区位置 36 5 1 2 带区煤层特征 36 5 1 3 煤层顶底板岩石构造情况 36 5 1 4 水文地质 36 5 1 5 地质构造 36 5 1 6 地表情况 37 5 2 带区巷道布置及生产系统 37 5 2 1 带区准备方式的确定 37 5 2 2 带区巷道布置 38 5 2 3 带区生产系统 39 5 2 4 带区内巷道掘进方法 40 5 2 5 带区生产能力及采出率 41 中国矿业大学 2011 届毕业生设计 3 5 3 带区车场选型设计 42 6 采煤方法采煤方法 43 6 1 采煤工艺方式 43 6 1 1 采煤方法的选择 43 6 1 2 回采工作面长度的确定 43 6 1 3 工作面的推进方向和推进度 43 6 1 4 综采工作面的设备选型及配套 44 6 1 5 各工艺过程注意事项 51 6 1 6 工作面端头支护和超前支护 52 6 2 回采巷道布置 58 6 2 1 回采巷道布置方式 58 6 2 2 回采巷道参数 58 7 井下运输井下运输 60 7 1 概述 60 7 1 1 矿井设计生产能力及工作制度 60 7 1 2 煤层及煤质 60 7 2 带区运输设备选择 61 7 2 1 设备选型原则 61 7 2 2 带区运输设备选型及能力验算 61 7 3 大巷运输设备选 63 7 3 1 主运输大巷设备选择 63 7 3 2 辅助运输大巷设备选择 63 7 3 3 运输设备能力验算 65 8 矿井提升矿井提升 66 8 1 矿井提升概述 66 8 2 主副井提升 66 8 2 1 主井提升 66 8 2 2 副井提升设备选型 67 9 矿井通风及安全矿井通风及安全 70 9 1 矿井地质 开拓 开采概况 70 9 1 1 矿井地质概况 70 9 1 2 开拓方式 70 9 1 3 开采方法 70 9 1 4 变电所 充电硐室 火药库 71 9 1 5 工作制 人数 71 9 2 矿井通风系统的确定 71 9 2 1 矿井通风系统的基本要求 71 9 2 2 矿井通风方式的选择 71 9 2 3 矿井通风方法的选择 72 9 2 4 带区通风系统的要求 72 中国矿业大学 2011 届毕业生设计 4 9 2 5 带区通风方式的确定 73 9 3 矿井风量计算 73 9 3 1 通风容易时期和通风困难时期采煤方案的确定 73 9 3 2 各用风地点的用风量和矿井总用风量 74 9 3 3 风量分配 78 9 4 矿井阻力计算 79 9 4 1 计算原则 79 9 4 2 矿井最大阻力路线 79 9 4 3 计算矿井摩擦阻力和总阻力 79 9 5 选择矿井通风设备 84 9 5 1 选择主要通风机 84 9 5 2 电动机选型 87 9 6 安全灾害的预防措施 88 9 6 1 预防瓦斯和煤尘爆炸的措施 88 9 6 2 预防井下火灾的措施 88 9 6 3 防水措施 88 10 设计矿井基本技术经济指标设计矿井基本技术经济指标 90 参考文献 92 英文原文英文原文 112 中文译文中文译文 122 煤层巷道富含水顶板的稳定性控制煤层巷道富含水顶板的稳定性控制 122 1 引言 122 2 梅花井煤矿的工程情况 122 2 1 地质条件 122 2 2 巷道支护情况 123 3 巷道围岩的变形特征 124 4 巷道围岩裂隙的发育 124 5 顶板围岩破裂原因的分析 125 5 1 多数岩层的物理性质 125 5 2 围岩的膨胀 126 5 3 水的流失和顶板破坏之间的关系 126 6 分阶段控制技术 126 6 1 围岩控制关键技术 126 6 2 技术计划 127 6 3 应用效果 127 7 结论 128 鸣谢 128 参考文献 128 致 谢 129 中国矿业大学 2011 届毕业生设计 5 1 矿区概况及地质特征 1 1 矿区概况 1 1 11 1 1 交通位置交通位置 丁集矿井位于安徽省淮南市西北部 距淮南市洞山约 50km 行政区划隶属淮南市 潘集区和凤台县境内 地理坐标为东经 116 33 16 116 42 37 北纬 32 47 26 32 54 31 凤台 蒙城公路穿越井田中部 且与凤台 淮南等公路相接 沿凤蒙公路至凤台 港与淮河水运相接 淮南 阜阳铁路从井田南缘通过 矿井中心距凤台车站约 10km 该车站东到蚌埠约 110km 西至阜阳约 100km 分别与京沪 京九铁路相接 矿区铁 路专用线和矿区公路在矿井南部经过 交通极为便利 交通位置见图 1 1 1 中国矿业大学 2011 届毕业生设计 6 1 1 21 1 2 地形与河流地形与河流 丁集矿井地处淮河中游 属淮河冲积平原 区内地形平坦 地面标高一般在 21 23m 东北高 西南低 架河在本区由西北流向东南 注入淮河 河床宽 30 40m 两岸地势低洼 雨季淮河水位上涨易成内涝 淮河水位标高一般为 15m 历史最高洪水位为 25 63m 1954 年 7 月 29 日 1991 年为 24 03m 两岸筑有大堤 最 大堤距 3000 3500m 右堤顶高 26 61m 左堤顶高 27 11m 此外区内遍布人工开挖 的渠道 用以灌溉 防洪 排涝 该地区百年一遇内涝水位标高为 24 15m 1 1 31 1 3 气象气象 本区属过渡带气候 为季风温暖带半湿润气候 季节性明显 夏季炎热 冬季寒 冷 据凤台县气象局观测资料 年平均气温 15 1 极端最高气温 41 4 1959 年 8 月 24 日 极端最低气温 22 8 1966 年 1 月 31 日 年平均降雨量 926 3mm 最 大 1723 5mm 1954 年 最小 471 9mm 1966 年 日最大降雨量 320 44mm 小时最大降 雨量 75 3mm 降雨多集中在 6 7 8 三个月 约占全年的 40 年平均蒸发量 1610 14mm 水面 最大 2008 1mm 1958 年 最小 1261 2mm 1980 年 蒸发量大于降雨量 潮湿系数近似 0 5 相对湿度最大 78 最小 10 14 平均 为 74 初雪一般在十一月上旬 终雪在次年三月中旬 雪期 72 127 天 最长 138 天 最短 26 天 最长连续降雪 6 天 日最大降雪量 16cm 冻结及解冻无定期 一般夜冻日解 冻结深度 4 12cm 最大冻结深度 30cm 春季多东南风 夏季多东南及东风 秋季多东风 东北风 冬季多东北风 西北 风 风速一般为 2 8 3 5m s 平均 3 3m s 最大风速 22m s 1978 年 8 月 8 日 南 风 1 1 41 1 4 地震地震 根据国家标准 GB50011 2001 建筑抗震设计规范 本区抗震设防烈度为 度 设计基本地震加速度值为 0 05g 1 1 51 1 5 矿区开发情况矿区开发情况 淮南煤田是我国东部最大的矿区之一 淮南矿业集团现有生产矿 公司 井 9 对 中国矿业大学 2011 届毕业生设计 7 设计总能力 22 25Mt a 核定能力 31 50 Mt a 2005 年实际产量 3095 万吨 矿区分 为老区和新区 老矿区分布在淮河以南 开发历史较久 先后建有大通 九龙岗 新 庄孜 谢一 谢二 谢三 李一 李二 毕家岗 李咀孜 孔集等 11 对矿井 其中 大通 九龙岗 谢三 毕家岗等四对井先后已报废或并入它矿 由于生产系统复杂 资源不足等原因 一部分矿井批准破产 重组 现有生产矿 公司 为 新庄孜矿 谢 一矿 谢李公司 谢二井 李一井 李二井 孔李公司 孔集井 李咀孜井 潘谢矿 区为新区 分布于淮河以北 七十年代开始建井 现有潘一 潘三 谢桥 张集 张 北五对大型生产井和潘东公司 原潘二矿 正在建设的还有顾桥 顾北 潘北等矿井 1 1 61 1 6 矿井水源 电源及其他情况矿井水源 电源及其他情况 1 水源 本井田地下水资源十分丰富 新生界含水层水质均符合饮用水标准 含水组砂层 较厚 水量丰富 水质优良 可作为矿井饮用水等生活用水水源 另外 矿井井下排 水量较大 正常涌水量为 480m3 h 经深度净化处理后也可满足矿井生产用水的要求 2 电源 供电电源可靠 矿井地面设 110kV 变电所 1 座 其 2 回供电电源 1 回接自芦集 220kV 区域变电所 另 1 回接自丁集 220kV 区域变电所 淮南矿业 集团 公司已与 淮南供电部门签订了供电协议 因此矿井供电电源可靠 3 建筑材料 矿井建设所需钢材 木材 水泥及其它土产材料 均可由当地供应 4 村庄及土地占用情况 本区地处冲积平原 土地比较肥沃 村庄较多 农副业生产比较发达 主要农作 物有小麦 玉米及稻谷 从目前矿井开采情况来看 只要认真执行国家有关政策 合理规划和安排 采用 先进的科学技术 在有关部门的协作配合下 占地和地面村庄对煤炭开采的影响问题 将会得到妥善解决 中国矿业大学 2011 届毕业生设计 8 1 2 井田地质特征 1 2 11 2 1 地层地层 本区地处黄淮平原 淮南煤田位居广阔的平原之中 全部被第四系覆盖 唯有煤 田南北两翼边缘的低山残丘 出露前震旦系变质岩 震旦 寒武 奥陶系等古老地层 丁集井田属全隐蔽含煤区 地层由下而上依次有奥陶系 石炭系 二叠系 第三系和 第四系 一 奥陶系中下统 O1 2 根据邻区资料 所见石灰岩由浅灰 浅紫红色灰岩 白云质灰岩组成 隐晶致 密 细晶结构 夹角砾状灰岩和紫红 灰绿色页岩 水平 缓波状层理 下部裂隙溶 洞发育 二 石炭系 1 中统本溪组 C2 根据邻区资料 本溪组平均厚 3 05m 主要为浅灰绿色铝铁质泥岩及泥岩 含较 多黄铁矿 本溪组假整合于奥陶系之上 2 石炭系上统太原组 C3 太原组平均厚 96 75m 由 13 层灰岩 生物碎屑灰岩 泥灰岩与泥岩 砂岩组成 含不稳定薄煤层 7 层 不可采 太原组整合于本溪组之上 三 二叠系 二叠系平均总厚 1002 72m 分上 下统四个组 其中山西组 上 下石盒子组 为含煤地层 平均厚 742 72m 含煤 29 层 总厚 27m 含煤系数为 3 6 可分 7 个含 煤段 上部石千峰组为非含煤地层 底部以灰岩与太原组分界 二叠系整合于太原组 之上 1 二叠系下统山西组 P1sh 第一含煤段 平均厚 83 54m 含 1 3 二层可采煤层 含煤系数为 5 底部为灰 黑色海相泥岩 1 煤下以细砂岩为主 互层状 水平层理 缓波状层理发育 3 煤上 中国矿业大学 2011 届毕业生设计 9 以细中砂岩为主 次为粗砂岩 局部含砾及泥质包体 时而冲刷煤层 上部为粉砂岩 砂质泥岩 2 二叠系下统下石盒子组 P1x 第二含煤段 平均厚 130 40m 含煤 9 层 4 9 煤组 其中可采煤层 5 层 4 1 4 2 5 1 7 2 8 煤为主采煤层 含煤系数 10 5 底部为中粗砂岩 是与下伏山 西组的分界 其上为泥岩和花斑状泥岩 全区稳定 是煤层对比的主要标志层 4 煤 与 5 煤之间粉细砂岩互层极为发育 5 煤层顶底多薄层状砂泥岩互层 3 二叠系上统上石盒子组 P2S 地层平均厚 527m 分五个含煤段 第三含煤段 平均厚 100m 含煤 3 层 编号为 11 煤组 其中 11 2煤为主采煤 层 含煤系数 2 48 底部砂岩是上 下石盒子组的分界 下部以砂岩 石英砂岩为 主 夹砂质泥岩 少有花斑 中部以泥岩 砂质泥岩为主 常见含菱铁鲕粒及椭球状 菱铁结核并有花斑状泥岩 中上部含煤三层 上部为砂质泥岩夹细中砂岩 第四含煤段 平均厚 115m 含煤 4 层 编号是 12 15 煤 其中 13 1煤是主要 可采煤层 含煤系数 3 7 下部以中细砂岩 石英砂岩为主 其上为紫红色含鲕花斑 状泥岩 分布稳定 为主要对比标志层 中部为煤组层位 由泥岩和煤层组成 中上 部以泥岩类为主 夹砂岩 内有 2 3 层泥岩 第五含煤段 平均厚 75m 含煤 4 5 层 编号为 16 17 煤 不可采 含煤系 数 1 5 本段多呈青灰色 灰绿色 以泥岩 砂质泥岩为主 夹细砂 砂泥岩互层 底部以石英砂岩 细中砂岩与第四含煤段分界 其上有 1 4 层花斑泥岩 第六含煤段 平均厚 90m 含煤 4 层 编号为 18 21 煤 均为不稳定薄煤层 含煤系数 0 83 岩性以青灰色砂质泥岩为主 下部以中厚层状细中砂岩为主 夹薄 层状泥岩 18 19 煤间夹有 1 3 层薄层硅质海绵岩及硅质泥岩 煤层底部具鲕状铝 质泥岩 第七含煤段 平均厚 90m 含煤 4 层 编号为 22 25 煤层 均属不稳定不可采 煤层 常尖灭或相变为炭质泥岩 含煤系数 0 3 下部以灰绿色砂岩或砂质泥岩组成 中部以砂岩为主 上部以深灰色砂质泥岩为主 夹薄层状砂岩 4 二叠系上统石千峰组 P2sh 中国矿业大学 2011 届毕业生设计 10 地层平均厚度 260m 为杂色非含煤地层 由泥岩 粉砂岩 中细砂岩 含砾石砂 岩组成 底部为含砾中粗砂岩与上石盒子组分界 四 三叠系 P 是一套红色碎屑岩 由棕红 紫红色砂岩 粉砂岩 泥岩组成 厚度不详 与下 伏石千峰组呈整合接触 五 第三系 R 1 下第三系 E 厚 0 180 75m 分布在井田西北部 由一套紫红色为主的杂色砂砾岩组成 砾石 成分以石英砾岩和各级石英砂岩为主 胶结物为泥质和粉砂质 2 上第三系 N 中新统 N11 厚 0 110 55m 以中细砂 含泥质的砂砾层 粘土砾石及薄层粘土 砂质粘土组成 直接覆盖在煤系之上 中新统 N12 厚 32 2 131m 以粘土和砂质粘土为主 全区分布稳定 上新统 N2 厚 105 50 192 22m 以细中砂为主 含少量砾石 六 第四系 Q 平均厚 103 45 133 60m 平均 110m 下部以灰黄色松散中 细砂夹多层砂质粘 土和粘土 含铁猛结核 上部由土黄夹青灰色薄层细粉砂和砂质粘土 富含砂礓和铁 猛结核与蚌壳碎片 1 2 21 2 2 构造构造 本区位于淮南复向斜中北部 井田东段为潘集背斜西缘 井田西段为陈桥背斜东 翼与潘集背斜西缘的衔接带 潘集背斜轴及地层走向近东西展布 井田北部为宽缓背 斜 形态较为完整 两翼地层倾角 5 10 背斜南翼为井田主体部分 总体为一单 斜构造 地层走向呈波状曲线变化 井田东段有岩浆岩侵入影响煤层 井田西段位于 陈桥背斜东翼与潘集背斜西部的衔接带 总体构造形态为走向南北 向东倾斜的单斜 构造 地层倾斜平缓 倾角 5 10 本井田地层走向变化和构造特征 取决于区域构造背景 受潘集 陈桥背斜的控 制 潘集 陈桥背斜均为北西走向 然而它们呈错位排列 轴位错开约 6km 潘集 陈桥背斜的排列形式 构成了背斜南翼地层走向呈北西 南北 北西的 S 形态 中国矿业大学 2011 届毕业生设计 11 根据构造形态 地层产状和断层发育特征的差异 本区可分为四个构造分区 划 分出 北部潘集背斜构造区 中部丁集盆状构造区 南部平缓区 三十一线西为西部 宽缓褶曲挤压区 1 北部潘集背斜区 本区属潘集背斜的最西段 轴长约 5 2 6km 轴部 13 1煤层遭受风化剥蚀 轴部 东段 2 3km 有岩浆岩侵入 并覆盖在背斜之上 背斜北翼地层走向北西 50 60 向北倾斜 倾角 10 15 向斜轴部 13 1煤 层埋深 550 620m 南翼倾角为 12 15 北翼倾角 5 10 形态宽缓 背斜南翼地层走向总体呈北西 65 走向线呈波状曲线变化 一般倾角 10 15 东部逆断层带和西部 4 13 煤露头区地层倾角为 30 40 13 1煤层在关店隆起的埋 深为 650 1000m 2 中部盆状构造区 位于井田中部 相当于 13 1煤层埋深在 720 1000m 的范围 煤层等高线以丁集 为中心 在东 西 北三面呈盆状圈闭 盆底 13 1煤层埋深为 1080m 丁集盆状区地 层平缓 倾角一般仅有 3 5 极个别断层附近可达 15 盆底外围有幅度极小的 起伏 致使煤层等高线呈舒缓波状 3 南部平缓区 该区面积约 13km2 区内仅 13 1煤层在勘查深度以内 本区钻孔稀少 就已掌握 的资料可知 区内 13 1煤层厚度较大 一般为 5m 左右 埋藏在 900 1000m 之间 煤层十分平缓 近似水平状态 构造简单 4 西部宽缓褶曲挤压区 位于井田西部 地层向东倾斜 倾角平缓 为 5 15 因次级褶曲发育 使地 层走向呈波状形态 次级褶曲有小陈庄背斜 胡桥子向斜 后老庄背斜 它们起伏幅 度不大 常被断层切割 形态宽缓 褶曲向东倾伏 延伸距离短 然而轴向较清楚 为北西西 东西方向 与丁集东北部的次级褶曲轴向相同 1 2 31 2 3 岩浆活动岩浆活动 岩浆岩呈岩盘状以露头形式出露于井田东部 分布在潘集背斜轴部及其两侧 消 失于二十线 东西长 2300m 南北宽 1200 2000m 岩体上覆松散层 下伏煤系地层 中国矿业大学 2011 届毕业生设计 12 在煤系中呈岩床和岩脉产出 侵入于 4 煤 20 煤层位 且由东向西侵入层位逐渐增高 钻孔所见岩体最大厚度为 145 55m 岩性为细晶岩和正长斑岩 绝对年龄 1 1 亿年 属燕山期产物 煤层受其影响发生变质 局部为天然焦 无烟煤 贫煤 局部煤层被 岩体全部吞蚀 亦有变薄者 岩体主要影响 11 2和 8 煤层 对中下部煤层影响甚微 1 2 41 2 4 水文地质水文地质 本区含水层 组 由新生界松散层砂层孔隙水 二叠系砂岩裂隙水和石炭系太原组 及奥陶系石灰岩岩溶裂隙水三部分组成 1 新生界松散层含隔水层 组 井田内松散层厚 346 75m 563 80m 其厚度变化随古地貌形态由东南向西北增厚 基本沿古地形向西北倾斜 局部地段稍有起伏 唯东南部十五13孔处出现一古丘 松 散层自上而下可分为三个含水层 组 一个隔水层 组 2 下第三系砂砾岩含水组 钻探揭露厚度 0 180 75m 底板埋深 414 07 737 85m 主要分布在井田的西北 部 东部有十九7 十九9两孔见砂砾岩 厚度小 分布范围有限 砂砾岩以石英岩 砾和各级石英砂岩砾为主 胶结物为泥质及粉砂质 砂砾岩裂隙不发育 据邻区单孔 抽水成果 q 0 0196L s m 富水性弱 正常情况下对矿坑充水无影响 3 二叠系砂岩裂隙含水层 组 和隔水层 组 含水层岩性以中 细砂岩为主 局部为粗砂岩和石英砂岩 分布于可采煤层及泥 岩之间 岩性厚度变化均较大 分布又不稳定 区内三次抽水试验 水位标高 9 85 26 68m q 0 000676 0 0342 l s m k 0 00226 0 207m d 水温 17 26 矿化度为 1 091 2 145g l 全硬度为 3 39 5 22 德国度 水质类型 HCO3 Cl Na 综上所述 煤系的富水性取决于砂岩裂隙的发育程度 开启大小和延展长度 而 裂隙发育的不均一性导致煤系富水性有很大差异 按钻孔单位涌水量 本区煤系富水 性弱 从抽水 Q S 曲线向 疏干 方向变化 停抽后 水位恢复缓慢 表明是以储 存量为主的不均一裂隙含水层 组 4 太原组灰岩岩溶裂隙含水层 太原组灰岩在本区埋藏较深 背斜轴部一般埋藏在 830m 以下 远离第一水平的 先期开采地段 据区域资料 地层总厚约 100 110m 含灰岩 13 层 除第 3 4 12 中国矿业大学 2011 届毕业生设计 13 等三层灰岩较厚外 其余均为薄层灰岩 灰岩岩溶裂隙发育不均一 一般在背斜轴部 岩溶发育 但多被方解石充填 简易水文未发现漏水和明显消耗 十九 4 孔抽水资料 水位标高 22 11m q 0 244L s m k 1 81m d 水质类型 Cl K Na 矿化度 2 425g L 水 温 31 5 富水性中等 5 奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层 本区无钻孔揭露 综合邻区资料 钻探最大揭露厚度 56 89m 岩性致密呈厚层状 岩溶裂隙不发育 水位标高 20 56 24 60m q 0 00369 0 0348L s m k 0 034 0 11m d 矿化度 2 30 2 4g L 全硬度 4 39 德国度 水温 23 29 水质 类型 Cl K Na 从区域性资料分析 奥陶系灰岩岩溶裂隙在中下部比较发育 因岩溶 裂隙发育不均一 各处富水性有一定差异 潘谢矿区奥灰富水性表现为弱 中等 6 岩浆岩含水层 岩浆岩呈岩盘状以露头出露在井田东部 分布在潘集背斜轴部及浅部断层密集区 岩体上覆松散层下部含水层 组 下伏煤系地层 岩性为细晶岩 钻孔揭露最大厚 度 145 55m 上部风化裂隙发育 沿裂隙面有水锈色 据邻区抽水资料 水位标高 19 952 19 668m q 0 00476 0 0412L s m k 0 0274 0 0494m d 矿化度 1 826 2 504g L 水质类型 Cl SO4 Na K 型水 富水性弱 7 矿床水文地质类型 本区在留设防水煤柱 一般 80m 条件下 开采 13 1煤层为裂隙充水矿床 水文 地质条件简单 8 矿井涌水量初步预计 丁集矿井第一开采水平 670m 经过计算开采 13 1煤层时 矿井正常涌水量 480m3 h 最大涌水量 540m3 h 设计考虑井筒淋水和防火灌浆用水 矿井正常涌水 量 480m3 h 最大涌水量 628m3 h 1 2 51 2 5 工程地质工程地质 1 可采煤层顶底板岩石力学特征 可采煤层顶底板一般为泥岩 砂质泥岩为主 厚度小 抗压强度 19 60 58 70MPa 单向抗拉强度 1 04 2 21MPa 易坍塌冒落 粉砂岩平均抗压强度 72 34MPa 单向抗拉强度 0 63 4 60MPa 砂泥岩互层抗压强度 中国矿业大学 2011 届毕业生设计 14 48 90 82 50MPa 13 1煤顶板砂岩抗压强度 37 131 1MPa 单向抗拉强度 1 2 4 93MPa 矿床工程地质条件为中等类型 2 矿床工程地质类型 矿床是以碎屑岩组为主的坚硬 半坚硬层状岩类矿床 煤层直接顶 底板以泥岩 砂质泥岩为主 特别是顶底板为碳质页岩 含碳泥岩 厚度小 抗压强度低 多属软 岩 稳定性差 粉砂岩和砂泥岩互层属中等坚硬岩类 细砂岩 细中砂岩胶结良好 岩石坚硬致密 抗压强度高 稳定性好 工程地质条件良好 矿床浅部基岩风化带岩 体质量差 断层带岩石破碎 均属软弱结构面 综上所述 本井田矿床工程地质条件 为中等类型 1 3 煤层特征 1 3 11 3 1 含煤性含煤性 二叠系除上部石千峰组为非含煤段 其它地层为含煤段 总厚 718m 含煤段的可 采煤层集中分布在煤系下段 350m 内 即可采煤层集中分布在二迭系下部 13 1煤至 太原组一灰之间的层段中 含定名煤层 29 层 总厚约 26 53m 含煤系数为 3 7 含 其中可采煤层 9 层 平均可采总厚 21 22m 占煤层总厚的 77 其它不可采煤层不稳 定 常见尖灭或以炭质泥岩出现在层位上 共分七个含煤段 以第一 二 四段含煤 最富 煤系中上部第 5 6 7 含煤段有煤层 11 层 总厚 2 2m 内含局部可采煤层 然 而 这些煤层大多质差 层薄 结构复杂 变化大 常尖灭或被炭质泥岩替代 为不 稳定煤层 目前难以利用 1 3 21 3 2 可采煤层可采煤层 由于其他煤层条件复杂 且煤层较不稳定 所以多为不可采煤层 综合考虑技术 经济条件等多方面因素 本区主采煤层为 13 1 煤层 可采煤层特征见表 1 2 2 表 1 2 2 可采煤层特征表 中国矿业大学 2011 届毕业生设计 15 煤层厚度 m 煤层 最小 最大 平均 含夹矸 层数 煤层 结构 可采范围稳定性 13 1 0 90 9 39 3 0 无较简单全区可采稳定 13 1煤煤层厚度为 0 90 9 39m 平均煤厚 3 0m 一般厚 2 5 4m 全区可采 煤层厚度变化小 变化规律明显 煤层结构较简单 不含夹矸 东部岩浆岩局部侵蚀 煤层 煤质变化很小 属稳定煤层 顶板为粘土岩 底板为泥岩或砂质泥岩 煤层上 下各有薄煤一层 分属 13 2和 12 煤 大多不可采 煤下 12m 处有一层花斑状泥岩 全区稳定发育 是其主要对比标志 对比可靠 是本区主要可采煤层 1 3 31 3 3 煤质煤质 本井田为中 中低变质的气煤和 1 3 焦煤 各煤层均属中灰分煤 各煤层为特 低 低硫 特低 低磷 中 中高热值 高熔 难熔灰分 富油 高油 是较为理想 的炼焦配煤或动力用煤 原煤水分 各煤层原煤空气干燥基水分平均值为 1 62 2 04 灰分 各煤层原煤干燥基灰分平均值在 16 53 28 20 之间 各煤层均属中灰煤 硫分 各煤层原煤全硫平均值在 0 31 0 93 之间 通过与各煤层干燥基高位发 热量折算后的基准发热量干燥基全硫平均值在 0 28 0 88 之间 磷 各煤层原煤磷平均含量在 0 004 0 028 之间 主要可采煤层煤质特征见表 1 2 3 表表 1 1 2 2 3 3 主要可采煤层主要煤质指标一览表主要可采煤层主要煤质指标一览表 煤层 项目 13 1 最小 最大 0 70 3 28原煤水分 Mad 平均 点数 1 84 38 最小 最大 14 42 32 26原煤灰分 Ad 平均 点数 22 22 39 中国矿业大学 2011 届毕业生设计 16 最小 最大 2 54 14 07浮煤灰分 Ad 平均 点数 9 76 38 最小 最大 37 49 45 54浮煤挥发分 Vdaf 平均 点数 41 05 39 最小 最大 23 10 35 00 原煤发 热量 Qbd MJ Kg 平均 点数 27 43 27 最小 最大 23 05 34 93 平均 点数 27 39 22 Qgrd MJ Kg 结 论高热值煤 最小 最大 0 12 0 84原煤全硫 平均 点数 0 31 31 最小 最大 0 11 0 80 折算后全硫 平均 点数 0 28 22 最小 最大 0 005 0 055 原煤磷 平均 点数 0 018 17 最小 最大 10 00 15 66焦油产率 Tarad 平均 点数 12 39 19 最小 最大 24 1 93 1浮煤 GRI平均 点数 72 2 29 最小 最大 8 5 16 5胶质层 Y m m 平均 点数 12 7 36 视密度丁集 1 39 最小 最大 1400 1500ST 平均 点数 1446 14 1 3 41 3 4 其它开采技术条件其它开采技术条件 1 瓦斯 根据地质报告 瓦斯测试最大值分别为 13 1 煤层 1 732m3 t 3 煤尘与煤的自燃 据煤尘爆炸试验测试成果 火焰长度为 10 90mm 岩粉量 20 40 各煤层 爆炸危险性都较低 按煤的自燃倾向性等级分类表 13 1煤层为不自燃 自燃 中国矿业大学 2011 届毕业生设计 17 2 井田境界及储量 2 1 井田境界 丁集井田境界 东起十五线与潘三 潘四 潘北 煤矿相邻 西至 11 2 煤层露头 线 南至 13 1 煤层 1000m 等高线地面投影线 东西走向长 12 15km 南北倾向宽 4 11km 面积 64 95 km2 图图 2 12 1 井田赋存状况示意图井田赋存状况示意图 2 2 矿井储量计算 中国矿业大学 2011 届毕业生设计 18 2 2 12 2 1 储量计算范围 对象 方法及参数储量计算范围 对象 方法及参数 1 计算范围 储量计算范围为主要可采煤层的可采范围 2 计算对象 13 1煤层 3 计算方法 运用地质块段法在 1 10000 煤层底板等高线图上 按照钻探工程 控制程度及计算水平的不同 划分不同地质块段分别计算储量 4 计算参数 1 煤层最低可采厚度为 0 70m 2 原煤最高可采灰分产率为 40 3 原煤最高硫分为 3 4 最低发热量大于或等于 17 0MJ kg 5 煤层的容重采用各层的算术平均值 煤层容重见表 2 1 表 2 1 煤 层 容 重 表 单位 t m3 煤层 13 1 容重 1 5 2 2 22 2 2 资源资源 储量储量 图 2 2 井田分块示意图 全矿井范围内其获资源 储量见下表 表 2 2 煤层资源储量汇总表 单位 Mt 中国矿业大学 2011 届毕业生设计 19 煤层 K1K2K3K4 小计 13 170 8969 5363 7661 32265 50 2 2 32 2 3 矿井地质资源量矿井地质资源量 根据 煤炭工业矿井设计规范 GB50215 2005 中关于矿井初步设计阶段资源 储量的计算要求 矿井地质资源量由查明煤炭资源组成 因此 本矿井地质资源量即 包括k1 k2 k3 k4四部分 共有265 50Mt 2 2 42 2 4 矿井工业资源矿井工业资源 储量储量 本矿井工业资源 储量包括k1 k2 k3 k4和k5 根据钻孔布置 在矿井地质资 源量中 60 探明的 30 控制的 10 推断的 根据煤层厚度和煤质 在探明的和控 制的资源量中 70 的是经济的基础储量 30 的是边际经济的基础储量 则矿井工业 储量可用下式计算 2 1 1111222 11222333gbbmm ZZZZZZk 式中 矿井工业资源 储量 g Z 探明的资源量中经济的基础储量 111b Z 控制的资源量中经济的基础储量 122b Z 探明的资源量中边际经济的基础储量 2 11m Z 控制的资源量中经济的基础储量 222m Z 推断的资源量 333 Z k 可信度系数 取0 7 0 9 地质构造简单 煤层赋存稳定的矿井 k值 取0 9 地质构造复杂 煤层赋存较稳定的矿井 k取0 7 该式取0 8 111 51 Mt 111 60 70 bz ZZ 55 75 Mt 122 30 70 bz ZZ 47 79 Mt 2 11 60 30 mz ZZ 中国矿业大学 2011 届毕业生设计 20 23 89 Mt 222 30 30 mz ZZ 21 24 Mt 333 10 z ZkZk 因此将各数代入式2 1得 260 18 Mt g Z 2 2 52 2 5 矿井设计资源矿井设计资源 储量储量 设计资源 储量 工业资源 储量 防水煤柱 断层煤柱 井田边界煤柱 1 防水煤柱 根据矿井储量核实报告和 建筑物 水体及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程 2000 的具体要求 参照相邻的潘三 潘一矿的实际情况 确定由基岩面向下垂深 80m 留设煤层防水煤柱 共计储量 16 89Mt 实际开采中 可根据具体情况 在确保 安全的前提下 结合实测岩移资料 对防水 砂 煤柱高度进行必要的调整 2 断层煤柱 凡落差大于等于 50m 的断层 两侧各留 50m 煤柱 30m 落差 50m 的断层两侧各 留 30m 的断层煤柱 全区共有断层煤柱 21 88Mt 今后在实际开采中 应根据各断层 的具体情况 在确保安全的前提下对煤柱的宽度进行必要的调整 3 井田境界煤柱 本井田与顾桥矿井 潘三矿井 朱集勘探区等边界两侧各留设 50m 宽度的煤柱作 为井田边界煤柱 经计算 共有边界煤柱 9 81 万吨 全矿井工业储量中 扣除防水煤柱 16 89Mt 断层煤柱 21 88Mt 边界煤柱 9 81Mt 共获得设计储量为 263 63Mt 占工业储量的 84 4 详见表 2 3 表 2 3 矿井设计资源 储量计算表 单位 M t 永久煤柱损失 煤 层 工业 资源 储量 防水 煤柱 断层 煤柱 边界 煤柱 合 计 设计 资源 储量 13 1260 1816 8921 889 8148 58211 6 2 2 62 2 6 可采储量可采储量 1 工业场地保护煤柱 根据分区开拓部署 北区工业场地及南区工业场地及东 西进风井均留设有安全 中国矿业大学 2011 届毕业生设计 21 保护煤柱 采用的有关参数如下 依据现行 建筑物 水体 铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程 中的有关 说明 并参照淮南及邻近矿区实际 确定表土层移动角 45 基岩移动角 73 0 5 为煤层倾角 圈定保护煤柱 根据 煤炭工业设计规范 本矿井 设计生产能力为 150 Mt a 所以取工业广场的尺寸为 450 m 400 m 的长方形 主井 副井 地表建筑物均布置在工业广场内 工业广场按 级保护留维护带 宽度为 15 m 工业场地保护煤柱为 6 4Mt 图图 2 32 3 工业广场保护煤柱工业广场保护煤柱 2 开采损失 采区回采率 13 1煤层按 75 计算 可采储量 153 9Mt k Z 中国矿业大学 2011 届毕业生设计 22 3 矿井生产能力及服务年限 3 1 矿井工作制度 依据现行 煤炭工业矿井设计规范 矿井设计年工作日为 330d 每天三班作业 其中二班生产 一班检修 每班工作 8h 每天净提升时间 16h 应当指出 随着生产的发展 将来可实行每天四班作业 其中三班生产一班检修 增加净提升时间 以充分发挥设备潜力 提高矿井经济效益 3 2 矿井设计生产能力 煤炭工业矿井设计规范 第 2 2 1 条规定 矿井设计生产能力应根据资源条件 开采条件 技术装备 经济效益及国家对煤炭的需求等因素 经多方案比较或系统优 化后确定 所承受的支承压力也增大 范围也扩大 直接顶岩层的矿 压显现也越明显 如裂隙更发育 破碎加剧 强度降低 极限平衡区宽度 j x 和应力降低区宽度 0 x 与采深 H 垂直应力集中系数 K 采 高 M 煤壁承载能力 N0 煤体的内摩擦角 以及层面间的摩擦系数 f 有关 开采深度愈大 开采影响愈剧烈 采高愈大 极限平衡区宽度和应力降低区 宽度愈大 在区段间按下行开采顺序的长壁工作面 由于受侧向固定支承压力影 响 上端的极限平衡区宽度和应力降低区宽度要大于下端的宽度 煤壁的承载能力愈高 煤层的内摩擦角愈大以及层间的摩擦系数愈高 极限 平衡区宽度和应力降低区宽度愈小 煤壁的承载能力 煤层的内摩擦角以及层间摩擦系数大致是定值 变化范围 较小 而开采深度是增加的 因而 极限平衡区宽度和应力降低区宽度主要受开 采深度和垂直应力集中系数控制 原岩应力 H 与煤壁的承载能力 N0 之差随采深增 加必然要加大 中国矿业大学 2011 届毕业生设计 23 煤壁片帮深度正比于应力降低区宽度和极限平衡区宽度 因而 在其他条件 一定的情况下 随着采深增加 煤壁片帮深度和范围以及机道附近无支护空间范 围都将扩大 甚至引发来自煤壁的采场冲击地压 从移动支承压力与采深关系的意义上来说 采深对采煤工作面的矿压显现有 一定影响 2 煤壁破碎区的扩展与采深关系 根据大量的试验 煤体应力 应变过程曲线可简化为图 60 所示的理想弹塑 性软化模型 把变形过程分为弹性变形 塑性软化和流动三个阶段 3 片帮机理分析 1 工作面前方煤体分为三个区 拉伸破坏区 剪切破坏区 弹性变形区 拉伸破坏区和剪切破坏区之间的临界点为支承压力峰值点 2 煤壁破碎区宽度随采深呈对数关系扩展如图 61 当采深由 300m 增加到 800m 时 扩展速度较快 当采深达到 800m 以后 扩展速度明显降低 3 采高从 2 0m 增加到 3 0m 时支承压力集中系数逐渐减小 随着采高的继 续增加 支承压力集中系数基本保持不变 相反 支承压力峰值距离煤壁距离和 支承压力影响范围却随着采高的增加一直增加 支承压力影响范围的增加直接导 致工作面前方煤体经受了更长时间高应力的压缩 内部裂隙迅速扩展 这是大采 高工作面煤壁容易片帮的主要原因之一 4 煤壁的片帮型式与煤的力学性质有关 硬煤首先在煤壁的中上部发生 压 裂式 片帮 而软煤主要是煤壁顶部 滑落 式片帮 在采煤机的扰动下 无论 是软煤还是硬煤都可能发生整个煤壁片帮 55 4 影响片帮因素 1 采深 开采深度愈大 开采影响愈剧烈和采高愈大 极限平衡区宽度 和应力降低区宽度愈大 煤壁片帮深度正比于应力降低区宽度和极限平衡区 宽度 因而 在其他条件一定的情况下 随着采深增加 煤壁片帮深度和范 围将扩大 2 采高 煤壁片帮与采高成线性关系 也就是说 采高越大 煤壁片 帮的危险性越大 煤壁片帮越严重 3 端面距 从支架顶梁前端至煤壁之间的距离称为端面距 端面距的增 加 使空顶距增大 煤壁片帮的危险性和深度随端面距的增加而增大 4 煤质硬度 煤质较软的煤层 其片帮深度大于煤质较硬的煤层 5 支护强度 支架的支护强度较大 顶板下沉时 压力作用点将向支架 移近 作用在煤壁上的顶板压力将减轻 这样煤壁片帮就会减少 6 工作面推进方向 当工作面采上山 仰采 时 采煤机将煤壁切成一个 倾向采空区的斜面 在这种情况下 很容易使煤壁沿裂隙片帮 而且片帮深 度较大 当煤层的节理与煤壁的夹角较小时 更容易发生片帮 7 煤壁暴露时间 由于支承压力随着时间的延长向煤壁深处移动 所以 煤壁片帮随煤壁暴露时间的延长而增加 8 周期来压 工作面周期来压时 顶板压力骤然增大 使煤壁被压酥而 片帮 所以说 周期来压会引起煤壁片帮的增加 9 直接顶厚度不足 煤壁支承压力增大 老塘回柱后 直接顶自下而 上垮落 充填采空区 要使冒落矸石堆积高度至老顶 直接支撑老顶 有效 控制老顶的活动 便于裂隙带形成铰接梁式的平衡结构 减少回采空间和煤 中国矿业大学 2011 届毕业生设计 24 壁的压力 直接顶的厚度应为采高 2 4 倍 即工作面直接顶厚度应为 5 10 m 实际仅为 3 7m 直接顶局部厚度不足 且直接顶有时冒落不充分 不能有效充填采 区 经常悬顶 造成回采空间及煤壁支承压力增大 56 10 煤厚 采高大时 煤壁支承力增大 对煤壁煤体而言 煤壁下部煤 体比上部煤体垂直应力大 随着煤壁高度的增大 下部煤体应力更大 在煤 体抗压强度一定的情况下 下部煤体一般先片帮继而引起上部煤体的片帮 煤 层厚度 最大 4 0m 大于采高时 工作面跟顶丢底回采 支柱扎底量增大 顶 板下沉幅度增大 煤壁所受支承压力相应增大 加大了片帮趋势 11 地质构造改变煤体固有结构 降低抗压强度 工作面上的断层在很 大程度上改变了煤层层理结构 产生新的裂隙和滑面 层理更加紊乱 煤质 变软 煤层由层状体变成碎裂体 松散体 抗压强度大大下降 在外力作用 下更易片帮 5 深井开采煤壁片帮的控制措施 当工作面采深加大后会增加煤壁片帮的可能性 煤壁片帮后又导致端面顶板 悬露面积加大进而引起冒顶 直接影响工作面推进 依据煤壁片帮的机理和对煤壁片帮诸因素的分析 预防和治理煤壁片帮可以 采取如下措施 1 加快工作面推进速度 大量实践表明工作面停产煤壁暴露时间长时 煤壁片帮加剧 加快工作面推 进速度 可以减少超前支承压力的集中系数和减少支承压力对煤体的作用时间 从而可以避免煤壁片帮或减轻煤壁片帮程度 2 采用俯斜或伪斜开采 工作而处于仰斜开采时 增加了片帮的可能性 尽管十分注意顶板管理 也 难以杜绝冒顶事故发生 因此 设计采区时 应力求避免工作面仰斜开采 相反 采用俯斜开采可以避免煤壁片帮或减轻煤壁片帮程度 因此 在大采高支架工作 面设计时应尽量使用俯斜开采 沿走向推进的工作面最好按节理方向进行伪斜开 采 3 充分发挥护帮装置的作用 在机组割煤移架后 立即打开护帮板 护帮板结构方式如图 62 支架伸缩梁 及护帮装置如图 63 在机组割煤前 提前于采煤机 1 2 架才将护帮板收起 使 工作面煤壁始终在护帮板支撑下 据统计 大采高工作面煤壁片帮程度与是否采 用支架护帮板有关 没有护帮板支护下的片帮机率约为有支护的 3 倍 采用护帮板可 以增加煤壁的侧向约束力 使用护帮板并使其靠紧煤壁 煤壁片帮程度则会减小 相 反护帮板没有使用或使用不当 其片帮程度将会增大 如果全工作面的支架护帮板都 能发挥其护帮作用 工作面煤壁片帮程度则会相应减小 4 加固煤壁 当煤体松软或工作面遇到断层等异常带时 需要提前加固煤壁以增加煤体强 度 加固的方法有 采用注浆加固煤壁 打木锚杆或树脂锚杆 如煤壁成较大块 状片落 有一定自稳能力时 可打锚杆 当煤体很破碎 松软时 应考虑采用化 学固化方法加固 5 异常情况下控制采高 当工作面已发生片帮或冒顶 或遇到异常带时 可采取适当降低采高的方法 减少片帮 中国矿业大学 2011 届毕业生设计 25 6 及时调架并提高初撑力 及时移架并提高初撑力 可以及时支护顶板使顶梁与顶板接触良好 可以减 小煤壁前方支承压力 从而可以避免煤壁片帮的发生或减轻煤壁片帮程度 7 其它措施 除上列行之有效活施可以防治或减少煤壁片帮外 采取减少采煤机截深 防 止支架歪斜倾倒 提高工作面工程质量 加强设备检测维修 在设计工作面时应 避开上覆煤层遗留煤柱对工作面造成集中压力 优化两端支护技术及三机配套等 措施对于减少煤壁片帮也是有效的 4 24 2 深井回采巷道围岩控制深井回采巷道围岩控制 4 2 1 深井回采巷道围岩控制原则 1 深井巷道围岩的变形破坏机理 在深部巷道开挖前 岩体处于三向受压的高地应力环境中 并处于平衡状态 巷道开挖后 巷道周边围岩的围压 3 解除 围岩应力发生重新分布 周边切向应 力增大 1 而径向应力 3 r 减小 应力差 1 3 增大 在低围岩 高的 应力差作用下 巷道周边围岩迅速发生破坏