采矿工程专业毕业论文南屯煤矿下组煤的开拓延深设计doc.docx

1、采矿工程专业毕业论文南屯煤矿下组煤的开拓延深设计doc采矿工程专业毕业论文-南屯煤矿下组煤的开拓延深设计第一部分 南屯煤矿小槽煤开拓延深设计1 矿井概述 111矿区概况 112井田地质及煤层特征 213井田开拓方式 1414矿井延伸的必要性 152 开采范围与生产能力 1921开采范围及储量 1922生产能力与服务年限 203开拓准备 2331水平延伸方案的选择 2332采区划分与接续 3533大巷布置 3734井筒井底车场及硐室 3835水平接替时的技术措施 424采区设计 4341采区概况及地质特征 4342采区生产能力及服务年限 4943 采区巷道布置 4944采煤方法及采区参数 594

2、5采掘工作 6146工作面设备及掘进速度 6847采区巷道掘进顺序及回采工作面接续安排 7148采区车场及硐室 735通风与安全 7551矿井通风 7552井下灾害预防 796提升通风排水压风设备 8361提升设备 8362通风设备 8463排水设备 8664压缩空气设备 897劳动定员与主要技术经济指标 9271劳动定员 9272主要技术经济指标 93第二部分 南屯煤矿转入-550水平开采时冲击地压预防8南屯煤矿研究冲击地压的必要性 949冲击地压的影响因素 9691开采深度 9692顶底板结构 9793地质构造 9794煤柱的影响 9810煤的冲击倾向性研究 10011南屯矿深部开采时冲击

3、地压的预测 101111钻屑法 101112 微震法 102113经验类比法 10312 南屯矿深部开采时冲击地压的防治 104121超前松动爆破 104122钻孔卸压 104123煤层注水 105124采用合理的开拓布置和开采方式 10613存在问题及今后努力方向 107参考文献 108致谢 109coalmine methane in China 110第一部分南屯煤矿小槽煤开拓延深设计摘 要本文根据对南屯煤矿资料的学习和研究遵照煤矿安全规程和煤炭工业设计规范的要求充分运用所学的知识以南屯煤矿开采的实际情况为依据对南屯煤矿下组煤的开拓延伸进行设计在设计中尽量做到危险最少效益好把南屯煤矿建成

4、高产高效的矿井为我国的煤炭生产作出贡献本设计主要研究内容包括1合理的选择井底车场形式的选择和主要运输大巷的布置情况合理确定开拓方式ABSTRACTIn this paper based on information Nantun Coal learning and research in accordance with the Coal Mine Safety Regulations and design specifications of the coal industry to make full use of knowledge to Nantun the actual situatio

5、n of coal mining based on the Nantun coal mine under the group to develop an extension of the design In the design of the risk at least as far as possible effective and the Nam Theun into highly efficient and high-yielding coal mines Chinas coal production The design of the main research contents in

6、clude 1 A reasonable choice to open up the program extension 2 The choice of shaft and the main form of transport situation roadway layout 3 A reasonable level of development to identify ways to extend 4 To determine the first mining area of the roadway layout 5 Downhole equipment selectionKey words

7、 reserve calculation multi-level development roadway layout economic indicators1 矿井概述11矿区概况com地理位置交通南屯煤矿位于兖州煤田东南部东临京沪铁路和104国道南临邹济公路西北有兖新铁路327国道京杭大运河矿井距邹城车站约8千米矿区专用铁路直通矿井煤仓并与京沪铁路接轨矿区公路四通八达区内交通十分方便井田位置交通示意图见图11图11井田位置交通示意图com地形地势及地震区内地形平坦地面标高6340m自东向西逐渐降低白马河和南沙河分别自北向南自东向西流经井田的西部和南部在东纪沟附近汇合后注入微山湖白马河全长7

8、6km流域面积1052平方米河床宽10420m属于季节性河流最大流量568m3 s近几年因疏通河道现已成为常年通航的河流南沙河现为邹城市西苇水库的溢洪河道建库以来溢洪一次近几年由于雨量偏小沙河成为了邹城市部分企业常年排泄污水的河道本区属于温带季风区的海洋大陆性气候四季分明历年来平均气温179日最高气温403日最低气温183最大冻土深度027m最大积com雨量70814mm年最大降雨量12638mm年最小降雨量2685mm降雨多集中在7至8月份风向频率多为南风及东南风最大风速16ms地震烈度7度12井田地质及煤层特征com界尺寸和面积南屯煤矿小槽煤井田边境东以大峄山断层为界西以马家楼断层与里彦矿

9、井为界北以皇甫断层与鲍店东滩两井为界南以2002年4月新调整的南屯北宿两矿边界6个坐标点连线与北宿矿井为界井田东西平均长105km南北平均宽34km面积约3547km2com层及其主要特点1第四系Q厚1847com东南薄西北厚分上中下三组上组厚m平均3346m由棕黄色砂质粘土及松散的粘土质长石石英砂层和沙砾组成局部见有灰绿色粘土质砂底部往往见钙质结核和豆状锰铁质结核含水丰富中组厚m平均4616m由灰绿色粘土密实的粘土质石英长石砂砾组成上部以砂砾为主透水性差含水微弱下组厚04231m平均2224m以厚层的粘土质砂砾为主夹粘土层富水性较弱井田东部边界处缺失下组和中组仅发育上组井田中部仅发育中组和上

10、组西部上中下三组均发育不整合于侏罗系之上2上侏罗系蒙阴组J3 残厚m由南向北增厚为一套红色砂岩自上而下划分为一段两段三段一段最大残厚55834m由灰灰绿灰白色及紫红色砂岩和细粉砂岩组成二段厚m由紫红色泥质中细砂岩组成夹数层砾岩具缓波状层理和泥裂现象三段厚mm平均2602m底部为01275m厚的砾岩砾岩成分为灰岩块石英泥质岩屑该层砾岩有的地段相变为紫红色中粗砂岩其上为平均厚约20m的灰-灰绿色砂岩与粉砂岩互层其间夹有紫红色中细砂岩不整合与二迭系之上3二迭系P为本区上部煤系底层矿井南部已遭剥蚀仅东北部保留较全包括山西组下石盒子和上石盒子组1上石盒子组P2x仅219孔残存1832m由细砂岩和含砾粗砂

11、岩组成2下石盒子组P1x厚5187m219号孔仅在井田东北部保留较全主要岩性为灰色含砾中粗砂岩和灰绿色粘土岩粘土质细砂岩由于古风化作用而呈灰黄色至杂质3山西组P1s厚m平均7794m是本区内主要的含煤层段主要由厚层砂岩砂岩与粉砂岩互层薄层粉砂岩浅灰色吕质泥岩及煤层组成井田南部本组已全部剥蚀掉主要可采煤层3上3下层煤位于本组下部整合于石炭系之上4石炭系C1太原组C2t厚m平均厚17002m由深灰灰黑色泥质岩粉砂岩砂岩灰岩和煤层组成其中下部的第十下 层灰岩和上部的第三层灰岩质纯且层位稳定是本区的主要标志层共含煤18层主要可采煤层为16上 和17层煤局部可采的有第615上18上16下 层煤也有偶达可

12、采的2本溪组C2b 厚m平均5723m由灰绿色紫色铝质泥岩铁质泥岩铝土岩灰色粉砂岩和石灰岩组成中夹数层煤线上部为具有粒状结构的第十二层灰岩和灰绿色灰质泥岩组成第十二层灰岩多分为两层中部主要为灰白色质纯的第十四层灰岩其间常出现一层相变的粗砂岩由西向东显著变薄底部为紫色铁质泥岩和灰灰绿色铝土岩间夹不稳定薄层第十五层灰岩由于奥陶系侵蚀面得凹凸不平使该层厚度变化很大铝土岩有时为砂砾所代替假整合奥陶系之上5奥陶系为煤系底层基地厚约m分冶里统O1和马家沟统O2分冶里统厚m冶里统厚m马家沟统厚m灰白色灰岩为主夹少量白云质灰岩com层特征及煤质本井田共含有23层煤平均厚度1607m可采和局部可采煤层7层分别为

13、3上3下615上16上1718上平均厚度1227m自上而下分为两组3上3下6煤为上组15上16上1718上煤为下组其中主采煤层3上3下16上1718上煤为下组其中主采煤层3上3下16上17煤全区稳定可采平均厚度为1056m其余三层为局部可采可采和局部可采煤层特征如下1 3上煤位于山西组中下部煤厚为m平均538m下距3下煤m平均538m下距3下煤m3上与3下煤层间距变化与层间岩性有关层间为泥岩粉砂岩时层间距较少当层间岩性相变为细砂岩时层间距也随之增大该层煤全区稳定可采23下煤位于山西组下部下距山西组底界平均为1759m厚m平均322m该层煤全区稳定可采36煤位于太原组上部层位稳定结构简单以三灰为

14、主要标志层下距三灰平均763m该层煤厚度小为0094m平均065m近东部局部可采属于极不稳定煤层415上煤位于太原组中下部第九层灰岩为其顶板上距第八层灰岩10m左右煤厚0100m平均厚度056m层位稳定厚度较小结构简单仅7勘探线以西局部可采该层煤在井田西部相变为腐泥煤碳质泥岩和油页岩厚度m平均厚176m其下部变化很大灰分40左右含油率5以上最高达4553为重要的有益矿产516上煤位于太原组下部第十下层灰岩为其顶板层位十分稳定下距17层煤12m左右煤厚m平均厚度093m其间夹一层厚m碳质泥岩或碳质砂岩煤层中含大量黄铁矿结核和黄铁矿细晶对煤层开采和煤质影响较大其下距16下煤7m左右其间岩性为粉砂岩

15、中砂岩和细砂岩6 17煤位于太原组下部第是一层灰岩为其顶板层位稳定煤厚0143m平均厚111m厚度较小结构简单含一至二层夹矸和大量黄铁矿结核和黄铁矿结晶对煤层开采和煤质影响较大在231号孔和丁120号孔变为厚达223m的腐泥岩 7 18上煤位于太原组的下部上距17层煤5m左右下距奥灰平均6278m左右为极不稳定煤层该层煤结构复杂全区普遍分为两个分层其夹层为浅灰色铝质泥岩厚m普遍超过上分层厚度上分层厚m下分层平均厚050m最厚达104m属局部可采煤层煤层综合柱状图见图12可采和局部可采煤层特征见表11表11可采和局部可采煤层特征图12煤层综合柱状图本区煤质稳定各层煤均为中变质程度的气煤山西组煤质

16、为低硫中灰煤中等可选至易选是良好的炼焦配煤和动力用煤太远群各煤层除15上层煤为中灰18上层煤富灰外16上与17层煤为高硫低灰除18上层煤难以选择外其余各层煤均属易选至中等可选一煤中有害组分分析1灰分各层煤分在平面上变化不大相邻采样点变化小于2但在剖面上则具有一定规律性即结构复杂煤层大于结构简单煤层不稳定煤层大于稳定煤层薄煤层灰分的变化幅度大于厚煤层的变化幅度2硫分山西组煤层为低硫煤太原组煤层为中高至高硫煤各层煤全硫在平面上变化不大剖面上从上往下有逐渐增高的趋势山西组煤层的硫化铁硫和有机硫均低于04且有机硫高于硫化铁硫太原组煤层硫化铁硫有机硫均大于1且有机硫小于硫化铁硫3磷分各煤层均属低磷至特磷

17、磷煤精煤磷分低于001煤质特征见表1-3二煤质评价1原煤灰分除第18上层煤的灰分较高外其余煤层的平均灰分一般为1016各煤层的发热量灰熔点高为良好的动力用煤下组煤硫分高除作为动力用煤外还可作为化工用煤2除第3层煤符合炼焦用煤要求外其它各层煤经洗选后硫分仍较高故不宜单独炼焦3除第18上层煤难洗选外其它各层煤属易至中等可选若混合洗选可选145作分离比重这样既可提高洗煤效率又可扩大下组煤的应用范围com造南屯煤矿位于兖州向斜的南翼为一倾向北东倾角3度到15度的单斜构造东西北三面而分别北峰山断层马家楼断层及皇甫断层所截井田内次一级褶曲及小断层发育属于兖州煤田中构造较为简单类型井田之一断层井田内断层较少

18、且多分布在井田边界和东北部除峰善断层落差较大以外其余断层落差均在2070m左右断层特征见表1-1褶曲矿井生产与勘探中揭露和控制的褶曲大部分为中小宽缓褶曲但井田东部经地震勘探后发现有较大幅度褶曲褶曲主要有1丁36号孔附近背斜呈 北40东的方向位于4至5勘探线之间长500余米地层倾角变陡幅度达15m由于后期的剥蚀作用致使该孔附近出现3煤剥蚀无煤带 2 178补47丁14丁21号附近的向背斜构造轴向北40东轴向长约4100m位于井田南部6线井田东部边界之间总跨度约1200m幅度约40m由钻孔控制他是造成井田南部出现剥蚀无煤带的主要原因 3 西部913勘探线之间的多个小背向斜相间排列倾角23局部倾向相

19、反产状变化大褶曲其短轴宽缓的特点幅度一般在5到15m14勘探线附近的鼻状结构为兖州倾伏向斜的次级构造是受同挤压力作用后遭受剥蚀的结果使第33下 层煤西部露头附近呈鼻状构造 但3 5 补19孔的背斜构造由 补19孔控制上组煤为一背斜构造幅度约20m 6 219号孔附近向斜轴向近东西向轴线长1100m并被F103断层切割跨度100m是本井田内幅度最大的褶曲由二维和三维地震线控制 7 丁16丁19号孔附近向斜和背斜两者轴向一致呈 北60东方向轴向长约1200m被103断层所截位于13勘探线之间总跨度约600m幅度约65m由二维和三维地震线控制 8 补39丁45补38号孔附近向斜位于井田东北部46线之

20、间轴线呈近东西向且落有弯曲长约1500m左右褶曲幅度小约为30m 9 丁26丁145号孔之间向斜位于68线间的南部轴线东西向长1000m左右褶曲幅度小约为30m一采区东部向斜构造轴向北20西宽约340m幅度30m为一短轴倾伏褶曲 1 皇甫逆断层 北东东 北西 60 6150 水平 丁155号孔 2 皇甫之一断层 北东东 北西 60 6150 水平 丁134与127号孔穿过 3 皇甫之二断层 北东东 北西 60 1013 水平 丁133与丁132丁127与丁128号孔控制 4 21号孔逆断层 北东东 北西 60 028 水平 21号孔穿过8309切眼3个井下钻孔控制 5 峄山断层 近南北 西 推

21、定80 1500 垂直力为主 245电剖面控制201号孔穿过另有电5电8电45号孔控制 6 峄山之一断层 北20西 西 80 30 垂直力为主 丁1号孔 7 峄山之二断层 北30西 西 80 5074 垂直力为主 178和丁18号孔 8 1号井东断层 北30西 北东 80 2544 垂直力为主 174补3号孔穿过丁20与丁23和丁19与丁29号孔控制 9 1号井东之一断层 北西 北东 80 16 垂直力为主 229号孔 10 1号井东之二断层 北西 北东 80 60 垂直力为主 丁15丁23丁16丁29号孔控制 11 马家楼断层 北45西 南西 80 6075 平移 丁29号孔 12 八采区东

22、断层 北45西 北东 6482 50 近水平 8311三条探巷井下86-686-786-986-10号孔及地面补16补22补26号孔控制 com地质条件1含水层特征含水层自上而下为第四系上下组砂岩砂砾岩侏罗系红层二迭系山西组3层煤顶板砂岩石炭系太原组三灰十下层灰岩本溪群十四层灰岩和奥陶系石灰岩简述如下第四系上下组砂岩砂砾岩上组煤厚m平均厚5397m主要由棕色砂质粘土与松散的粘土质长石石英沙砾层组成下部偶见灰绿色含水丰富单位涌水量为sm属孔隙水对矿井开采基本无影响下组厚04231m平均厚2224m仅发育井田中西部东部缺失由灰绿色局部黄绿色的粘土质岩砂砾沙层及砂质粘土组成富水性弱单位涌水量sm对矿

23、井开采基本无影响侏罗系红层为一套红色砂岩层属孔隙-裂隙含水层单位涌水量com存极不均匀裂隙发育层段一般含裂隙水甚至会形成富水段而在裂隙不发育段内含水较少甚至起隔水作用该层水对小槽煤开采不会有影响3煤顶板砂岩 是目前矿井开采3层煤时主要充水含水层厚度m平均厚1380m主要为中细砂岩为裂隙承压含水层单位涌水量问哦sm第三层石灰岩厚m平均545m灰白至深灰色为裂隙承压含水层单位涌水量1sm井田西北部和东部富水性较好据1998年J3-24号水文孔三灰稳定水位观测资料及矿井北石门西大巷中央泄水巷等揭露点的涌水资料三灰水位已由精查期的下降到-350m以下白马河风井检查孔水位已下降到三灰顶板以下已不具有承压

24、性故三灰水补给不良易于疏干第十下层石灰岩厚m平均521m静储量大动储量小浅部为洞穴水深部为裂隙水井田西部富水性好该层是第16上层煤的直接顶板故是小槽煤开采的直接冲水含水层根据临近北宿落陵唐村煤矿开采经验该含水层对矿井充水具有初期大后期小深部疏水浅部干等特点另外由于浅部矿井的开采水压标高已降低据北宿煤矿资料-290m水平以上已基本疏干第十四层石灰岩厚m平均厚m本身富水性不大属溶洞裂隙承压水但距奥灰很近因构造等原因与奥灰往往有水力联系1986年11月混合井检查孔对该层灰岩抽水试验单位涌水量为sm水压标高为29234m奥陶系石灰岩厚m上部裂隙发育局部有溶洞属溶洞裂隙承压水水压标高为2734m2断层导

25、水性边界断层导水性据精查期资料井田边界的峰山断层皇甫断层均为若透水性断层西部马家楼断层为导水断层但据现在的资料东部峰山断层也为导水断层井田内断层的导水性井田内断层较少东部断层发育较密三维地震对断层的导水性进行了初步研究认为落差大于30m的断层都具有横向导水性从断层力学性质上考虑走向近南北向的断层应为张性断层其导水性可能性要大有的断层使三灰十下灰奥灰等与煤层对接甚至含水层间直接对接它们之间均有补给关系3封闭不良钻孔对不良水文地质条件的影响井田内共有封闭不良或封闭情况不明的钻孔11个已启封4个这些钻孔穿过三个以上甚至井田内所有含水层对矿井生产构成潜在威胁封闭不良钻孔的存在在井田内水文地质条件进一步

26、复杂化4小槽煤开采水平涌水量预计由于南屯矿小槽煤水文地质资料少其水文地质特征没有查明尤其是对小槽煤开采具有较大威胁的十四灰鹤奥灰水未作详细分析故小槽煤开采水平涌水量准确难度较大本设计根据集团公司有关文件和邻近矿井开采小槽煤时的涌水量对南屯煤矿小槽煤开采水平涌水量预计如下根据兖州矿务局兖矿局基字第44号文关于南屯矿井建设计补充修改资料的函第二条规定南屯矿井-440m水平小槽煤涌水量预计460m3h南屯煤矿于2000年12月编制的矿井地质报告预计小槽煤正常涌水量为75 m3h最大涌水量为225 m3h另外目前北宿煤矿-290m水平正常涌水量为45 m3h最大涌水量89 m3h而北宿与南屯两井田为同

27、一个水文地质单元所不同的是南屯煤矿小槽煤位于北宿煤矿深部正常情况下南屯煤矿小槽涌水量较北宿矿大综上所述设计充分考虑到南屯煤矿小槽煤赋存条件及地质特征等多方面因素预计小槽煤开采水平正常涌水量为250 m3h最大涌水量为500 m3h需要说明的是奥灰富水性较强是将来小槽煤开采的主要防治水对象故深部开采时为防止底板奥灰突水保证回采安全在对奥灰水采用疏水降压注浆加固的同时还要建立一套完善的防水患工程com煤尘及煤的自然性该矿属地低沼气矿井根据各煤层取样化验结果煤尘爆炸指数高达故煤尘具有爆炸性强火焰长的特点生产过程中必须高度重视各煤层均有自然发火倾向特别是3上和3层煤极易自然太原群煤层虽有自然发火倾向但

28、在兖州矿区至今尚无先例13井田开拓方式com拓方式井田采用为立井多水平上山开拓分为-350和-440两个开采水平com况南屯煤矿采用立井开拓大槽煤分-350m和-440m两个开采水平开采大槽煤时整个矿井共有4井筒即主井副井中央风井和白马河风井2 开采范围与生产能力21开采范围及储量com平的境界南屯煤矿小槽煤井田边境东以大峄山断层为界西以马家楼断层与里彦矿井为界北以皇甫断层与鲍店东滩两井为界南以2002年4月新调整的南屯北宿两矿边界6个坐标点连线与北宿矿井为界com平的尺寸和面积井田东西平均长105km南北平均宽34km面积约3547km2com平的地质储量可采储量及开采损害截至2001年底南

29、屯煤矿保有地质储量万t工业储量万t可采储量万t其中3上和3下层煤地质储量万t工业储量万t可采储量76579万t下面就矿井小槽煤储量作一具体分析小槽煤地质储量万t其中15上层煤5072万t16上层煤39827万t17层煤49242万t18上层煤14500万t小槽煤工业储量81124万t其中15上层煤458万t16上层煤31078万t17层煤39680万t18上层煤9908万t永久煤住包括断层煤柱井田边界煤柱工广煤柱中央风井工广煤柱白马河风井工广煤柱村庄和铁路专用线一律不留保安煤柱八采区东断层一号井东断层和21号孔断层各留50m煤柱南部预备宿井田边界煤柱按兖州矿务局92兖煤局地字第77号文由北宿一

30、侧留设北部皇甫断层留设50m煤柱西部马家楼断层留设50m煤柱永久煤柱总计为7214万t小槽煤设计储量为73910万t其中15上层煤433万t16上层煤27927万t17层煤36060万t18上层煤9490万t小槽煤开采损失按15计算可采储量Zk Zc-P C 81124-7214 x085 62823万tZk-矿井的可采储量Zc-矿井的工业储量P-矿井开采的煤柱损失C-采出率可采储量为62823万t其中15上层煤368万t16上层煤23738万t17层煤30651万t18上层煤8066万t可采储量中三下压煤达40854万t故经济可采储量为21969万t矿井小槽煤储量分析见表2-1储量煤层 地质

31、储量 能利用储量 永久煤柱 设计储量 开采损失 可采储量 暂不能利用储量 ABCD 其中 计 其中三下压煤 ABC D AB 下组煤 15上 5072 458 458 0 458 25 433 65 368 251 4614 16上 39827 31078 31078 0 21397 3151 27927 4189 23738 15591 8749 17 49242 39680 39680 0 26284 3620 36060 5409 30651 20691 9562 18上 14500 9908 9908 0 2490 418 9490 1424 8066 4321 4592 合计 81124 81124 0 50629 7214 73910 11087 62823 4085 27517 表2-1南屯煤矿小槽煤储量分析表 单位万t22生产能力与服务年限com作制度年工作日300天每天3班作业日净提升时间14hcom计生产能力与服务年限由于小槽煤煤层较薄且中间含有炭质页岩夹矸和大量硫化铁结核机械化开采难度较大目前