以矿井水平延深为例采矿工程专业毕业设计Word格式文档下载.docx
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本区属大陆性与海洋性气候的过渡型,偏重于大陆性气候。
年平均温度+12.95℃,最高气温+39.6℃,最低气温-20℃。
年平均降雨量为650mm,最高年降雨量为972.7mm,历年雨季多集中在7、8、9月份,最大日降雨量208.1mm,最大积雪厚250mm,最大冻土深度480mm。
春秋季多东南风,夏季多南风,冬季多北风,主导风向为东南风,年平均风力为2.8级。
该矿井工广区100年和300年频率最高洪水位分别为+72.54m和+72.89m。
1.1.4矿区概况
某煤矿位于肥城煤田的西端,于1968年建成投产,设计能力60万t/a,采用立井、单水平开拓,井底车场水平为-150m,中央并列式通风方式,1971年达产,1977年产量突破100万t。
1986年进行矿井改扩建,设计能力150万t/a,采用立井、多水平开拓,混合式通风方式,改扩建新建一个副井、一个风井,改造原副井为主井,井底车场水平为-250m。
北风井建在井田的中深部,井底标高为-346.4m上组煤,南风井继续保留运行、西风井停止使用。
矿井改扩建主要生产水平设在-350m(二水平),井底车场布置在下组煤七层煤顶板中,上、下组煤大巷之间采用石门联系,-350m水平与-250m水平之间采用四条暗斜井联系,分别是-250m集中下山、-350m上仓皮带、-250m人车下山和-350m管子道。
矿井改扩建工程已全部竣工,两个采区早已投产。
1999年由于生产接续紧,为开采南风井煤柱,改造工业广场的原主井为中央风井,南风井停止运行。
1.2.1井田境界
本井田东部以F7断层与白庄煤矿为界,以F3、F25断层分别与国家庄矿、南高余矿为界;
西以F5断层为界;
南以下组煤的75水1、241、西检4、63水22钻孔孔口坐标连线垂直划分与聊城矿(现马坊矿)为界;
北至井田边界断层F1-2。
井田走向长约4.25km,倾斜宽约3.67km,面积约15.6km2。
1.2.2矿(井)田地层及地质构造
一、地层
本井田地层属鲁西地层系统,自上而下为新生界第四系,古生界的二迭系、石炭系、奥陶系、寒武系,元古界前震旦系。
第四系厚度为53.54~120m,本井田煤层分布于二迭系组地层中部和石炭系群地层下部,煤系地层总厚为250m~275m,共含煤17层,其中可采煤层10层(12个分层),即:
1、2、3Ⅰ、3Ⅱ、4、5、6、7、8、9、10Ⅰ、10Ⅱ层煤,可采总厚度为15.4m。
组厚约70~105m,平均为90m。
岩性主要为灰~灰白色中粒砂岩和砂岩互层,为主要含煤地段,含煤4层。
其中3Ⅰ层煤为主要可采煤层。
群厚约180~190m,平均为185m。
岩性以灰~灰黑色粉砂岩为主,含石灰岩4层,其中一、二、四灰为标志层。
含煤6层,其中7、8、9、10Ⅱ层煤为主要可采煤层,5上、6、10Ⅰ层煤为局部可采煤层。
二、地质构造
某井田东、西、北三面被断层包围,为一向北倾斜的单斜构造,褶皱较少,断层较多,矿井地质条件类型为ⅢaⅠdⅡe,即三类矿井。
1、断层
本水平地层走向从总体来看大致呈一不规则“U”形,即自西向东由近南北~北西~东西~北东~近南北向,似一轴位于井田中部且向北东方向倾伏的向斜构造。
延深围断裂构造发育,有些断层走向长、落差大,主要断层有35条,其中已有揭露,且落差较大的断层有17条,较小断层8条,尚未有揭露的物探断层10条。
2、褶曲
本延深围发育有两个中小型褶皱:
一是F40与F5-1之间发育一中型向斜褶曲,轴向北东;
另一个是CF3与F27交叉点以北部分发育一中小型向斜褶曲,轴向北东,使本部分煤层走向从西部的近南北向,向东逐渐变为近东西至北东向。
另外延深水平围无火成岩侵入体、陷落柱等其它地质构造。
主要断层特征表表1-2-1
序
号
名称
走向
倾向
倾角
(°
)
落差
(m)
性
质
主要影响煤层
控制程度
1
F5-1
NE
SE
70
120~280
正
切穿7-10层煤
80-2孔以南为查明,以北为推断
2
F40
NW
60
20
查明
3
F27
NS
W
4
F42
0~10
5
CF3
20~60
荣74-10孔以南基本查明,以北为推断
6
F43
65
0~30
基本查明
7
CWF4
E
0~45
8
CWF9
15~20
9
F7
20~142
10
F5
NNE
SEE
70~80
〉200
基本控制
11
F1-2
〉1000
12
Fx
30~110
13
CF3-1
NWW
20~30
14
F7′
SW
0~70
控制一断点
15
F1-3
5~40
16
CWF28
50~70
0~22
17
CWF30
18
CWF82
10~23
物探断层,待验证
续表1-2-1
19
CWF84
NE~EW
NW~N
02-2、99-1两孔穿过,基本控制
CF83
SE~E
0~65
21
CF86
SSW
60~100
仅99-2孔穿过,待验证
22
CWF38
12~53
23
CWF32
0~17
24
CWF54
60~65
0~32
25
CWF66
55~60
7~24
仅73-4孔穿过,待验证
26
CWF74
7~13
27
F6
15~48
28
CF7
7~10
29
CF43
70~85
0~7
已控制
30
CF44
31
CF45
5~5.5
32
CF46
65°
33
CF47
NEE
NNW
60°
4.5~5.5
34
CF50
60~70
0~5.5
35
CF55
70°
5~6
1.2.3煤层及煤质
㈠煤层
本延深水平开采煤层属群,7、8、9、10Ⅱ层煤为稳定的中厚煤层,10Ⅰ层煤为局部可采的薄煤层,可采煤层总厚度为7.15m,现分述如下:
1、7层煤:
厚度0.92~1.73m,平均厚度1.45m,区见煤点全部可采,煤层中含夹石1~2层,该煤层属于结构复杂的稳定中厚煤层。
煤层直接顶板为灰色粉砂岩,泥质胶结,致密快状结构,性脆、易碎,厚度8.6~13.5m,平均厚度9.5m;
煤层底板为灰色粉砂岩,易风化膨胀,厚度1.5~2.5m,平均厚度1.8m,其下为深灰色粉砂岩,该煤层下距8层煤25m左右。
2、8层煤:
厚度1.12~2.7m,平均厚度1.95m,区除81-1孔见煤点煤厚变薄(0.21m)不可采外,其余钻孔见煤点均可采。
煤层上部含稳定的褐黑色炭质细砂岩一层,厚度为0.4m,该煤层属于结构复杂的稳定中厚煤层。
煤层的直接顶板为第四层石灰岩,厚度1.06~7.88m,平均厚度4.8m,灰色,质不纯,节理发育,裂隙洞穴不发育,裂隙为方解石脉充填。
煤层底板为灰色粉砂岩,厚度4.8~7.5m,平均厚度6.0m,该煤层下距9层煤7m左右。
3、9层煤:
厚度1.0~1.92m,平均厚度1.40m,区钻孔见煤点全部可采,属于结构简单稳定的中厚煤层。
煤层直接顶板为泥灰岩,厚度0~1.4m,平均厚度1.0m,含少量裂隙水,在泥灰岩尖灭地段,其上粉砂岩变为直接顶板;
煤层底板为泥质胶结的深灰色粉砂岩,厚度1.0~4.3m,平均厚度2.8m,该煤层下距10Ⅰ层煤2.8m。
4、10Ⅰ层煤:
厚度0.60~0.80m,平均0.65m,区钻孔见煤点全部见煤,其中可采点6个,不可采点6个。
该煤层属于结构简单的局部可采煤层。
煤层直接顶板为深灰色粉砂岩,厚度1.0~4.3m,平均厚度2.8m,泥质胶结;
煤层底板为灰色粉砂岩,泥质胶结,遇水膨胀,厚度0~3.6m,平均厚度0.85m,该煤层下距10Ⅱ层煤0.85m。
5、10Ⅱ层煤:
厚度0.95~2.2m,平均厚度1.70m,区钻孔见煤点全部可采,煤层厚度变化较大。
煤层直接顶板为灰色粉砂岩,厚度0~3.6m,平均厚度0.85m,泥质胶结,遇水膨胀;
煤层底板为灰色粘土岩,厚度2.5~3.8m,平均厚度3.0m,该煤层下距五灰18.2m左右。
㈡煤质
下组煤为暗淡、丝织--玻璃光泽,灰黑--黑色,煤普氏硬度系数为2~3,容重约为1.30~1.40断口参差状,裂隙发育。
煤岩类型为半亮型煤,微观类型7层煤为暗煤质亮煤型,8、9层煤为亮煤型,10Ⅱ煤为暗煤质亮煤型。
1.2.4水文地质
㈠水文地质特征
井田断裂构造极为发育,五灰和奥灰富水性强,且水力联系密切,主采煤层下距主要含水层间距小,有效隔水层厚度小,水文地质条件极为复杂,根据五灰的富水性,地质构造及探明情况,本井田大致划分为三个水文地质块段:
Ⅰ块段位于F40、CF3、F25和F42断层之间,断裂构造极为发育,五灰岩溶裂隙发育但不均匀,富水性强,存在迳流带,五灰至奥灰间距8.35~12.25m平均10m左右,该块段目前五灰单孔最大涌水量达350m3/h(8101注12、检2孔),最小3.7m3/h(WG-1孔),WG-2孔穿透五灰后无水,-250m水平以下五灰水垂向或侧向补给四灰含水层,导致-250m水平以下该块段的7500采区在回采中多次发生底板出水事故。
Ⅱ块段位于F5-1、F40和F27断层之间,断裂构造比Ⅰ块
煤层结构特征表表1-2-2
层
别
煤厚(m)
夹石
石
结
构
稳
定
可采
程度
倾
角
顶底板岩性
煤层
容重
(t/m3)
碎胀
系数
间距
两极
厚度
顶板
底板
平均
层数
0.92~1.73
0.15
复杂
稳定
全部
6~21
粉砂岩
9.5
1.8
1.30
1.3~1.6
1.45
1~2
1.12~2.70
0.40
四灰
4.8
6.0
1.95
7.0
1.0~1.92
简单
1.0
2.8
1.40
10Ⅰ
0.6~0.8
不
局部
泥岩或
粉沙
0.85
1.35
0.65
10Ⅱ
0.95~2.20
粘土岩
1.70
煤质特征表表1-2-3
牌
原煤工业分析
胶质层
水分M
(%)
灰分A
挥发分V
硫分S
磷分P
发热量Q
(MJ/Kg)
Y(mm)
QM
3.0
24.67
43.37
3.72
0.007
24.35
21.0
QF
23.12
40.80
3.78
0.002
22.5
28.0
F
26.19
40.97
3.29
0.005
4.0
21.97
37.34
3.84
23.15
22.0
23.98
36.96
2.92
段相对简单,由于F5断层落差大于200m,使煤系地层与奥陶系灰岩对口接触,形成了以断层微弱或局部导水为主的水平补给。
该块段五灰至奥灰间距平均3.94m,由于受断层影响,63水5孔、五、奥灰间距极小。
五灰单孔最大涌水量达242.5m3/h(8102注14孔),最小1.7m3/h(89-水1),由于受F5及F5-1断层影响,在F5与F40之间形成了不对称的向斜褶曲,向斜的轴部煤层底板裂隙发育,易造成导水,浅部聊城(现马坊)8406、8408工作面底板突水均在向斜轴部。
Ⅱ块段四灰水位目前已疏降至-250m水平。
Ⅲ块段位于井田深部,断裂构造比较复杂,目前尚无水文地质资料,须在今后的生产中查明水文地质资料。
㈡含水层及水力联系
井田主要含水层有:
第四系砂及砂砾层,组砂岩,群一、二、四灰,9层煤顶板泥灰岩,群徐家庄灰岩(五灰)和奥陶系灰岩(奥灰),计八层。
第四系砂及砂砾层由于其下部粘土层具有
良好塑性和隔水性,地表水和第四系潜水不致渗入井下;
组砂岩含孔隙裂隙水,与下部煤系灰岩含水层基本上无水力联系,随采掘工程水平下移可自行疏干;
一灰、二灰为6层煤直接顶,由于富水性弱,交替条件差,与其它含水层无水力联系,对开采影响不大;
9层煤顶板泥灰岩厚度薄而不稳定,富水性弱,交替条件差,补给不利,可以疏干,对9层煤的开采影响不大。
对生产影响较大的含水层主要是:
四灰、五灰和奥灰,分述如下:
1、四灰:
厚1.06~7.88m,平均4.8m,为8层煤直接顶板,上距7层煤14.51~25.98m,平均20.56m,下距五灰30~36.54m,平均34m,裂隙洞穴比较发育,从不同深度的抽水试验资料(q=0.000093~0.464L/S.m)可以看出:
其富水性具有明显的浅大深小之规律。
-350m水平以上,四灰单孔最大涌水量为178.1m3/h(7501堵3孔),最小4.0m3/h(SF-12孔),风检88-1孔在-492.5m~-498.3m穿透四灰不漏水,在第Ⅰ水文地质块段,经7500采区底板突水分析,局部存在五、奥灰垂向或侧向补给四灰的通道,致使四灰难以疏干。
目前,四灰水位在第Ⅱ水文地质块段已降至-250m,第Ⅱ水文地质块段在-250m八层东大巷大面积揭露四灰时无水,但7500采区四灰观测孔实测四灰水位却为-199m,这说明-250m东大巷与7500采区之间的四灰裂隙不发育,且裂隙连通性差。
经开采证明在没有五、奥灰水补给的条件下,四灰水可以疏干。
2、五灰:
厚6.7~10.5m,平均8.9m,为灰色质纯致密厚层状细粒结晶石灰岩,上距10Ⅱ层煤14.2~19.7m,平均18.2m,下距奥灰9.3~13.5m,平均12.5m,为煤系底盘第一个主要含水层。
目前,五灰水位在+40m左右,其水质及水位动态变化与奥灰基本一致,裂隙洞穴发育,富水性强且不均一。
从近几年掌握的资料看:
五灰在-150m水平以上,富水性强,裂隙发育但不均匀,8101工作面施工54个五灰注浆、检查孔,单孔涌水量大于100m3/h的有27个,最大为350m3/h,最小2.5m3/h;
8102工作面施工30个五灰注浆孔,单孔涌水量大于100m3/h的有10个,最大为243m3/h,最小6.53m3/h;
-250m水平施工19个五灰放水、观测孔,单孔最大涌水量174m3/h,个别钻孔穿透五灰后无水,7505堵水巷施工的五灰堵水孔(堵2孔,孔口标高-294m),最大涌水量达180m3/h,风检88-1孔在-534.9~543.5m穿透五灰时不漏水;
96水1奥灰观测孔穿过五灰不漏水。
由于五灰的岩溶裂隙发育不均匀,个别钻孔水量较小甚至无水,给矿井防治水工作带来很大难度。
在构造复杂地带五灰与四灰对口直接补给或间接渗透补给,同时也可通过垂向裂隙直接补给,是四灰含水层的主要补给水源,且由于其上距八、九、十层煤间距较小,水压大,突水系数大,开采过程中遇构造发育地带易发生突水,是威胁矿井安全的直接含水源。
3、奥灰:
该层灰岩为煤系底盘的强含水层,厚度约800m,岩溶发育不均匀,具有成层性,可划分为四个强含水层段,富水性极大,单位涌水量0.~16.203L/S.m,是五灰的主要补给水源。
目前,奥灰水位为+41.39m(86水3),与五灰水位基本一致,据井下水源井资料,奥灰在-150m以下洞穴裂隙仍比较发育,富水性较大,当进入奥灰16.69m时(顶板标高-225m),涌水量达450m3/h,为矿区涌水量最大的奥灰孔。
对矿井威胁较大。
由此看来,五灰和奥灰水直接威胁着七、八、九、十层煤的安全开采,特别是在构造发育地段,高压水可能突破较弱的隔水层,导致底板突水,威胁矿井安全。
各含水层间的水力联系主要取决于构造,裂隙洞穴发育程度,富水性大小,层间距以及地层的渗透性等条件。
井田四灰到五灰间距为30~43m,据现有资料四灰可以疏干,但在断层落差30~45m时,上下两盘四灰五灰对口接触,局部可发生强水力联系。
五灰至奥灰间距据现有资料在本井田一般为10m,可能是因沉积原因造成,其水力联系极为密切,从五灰、奥灰的水位、水质基本相同可得到充分证实,其它含水层前已叙述,均可疏干,基本无水力联系。
㈢隔水层
7层煤下距四灰14.51~25.98m,平均20.6m,岩性以泥质胶结粉砂岩为主,胶结性差,遇水易膨胀,采矿对底板的破坏深度一般为11m。
8层煤下距五灰22.5~43.18m,平均32~34m,岩性以泥质胶结的粉砂岩为主,在10Ⅱ层煤底板有一层厚平均3.5m的粘土岩具有良好的塑性和隔水性,另在五灰顶板大部分区域有一层中砂岩,坚硬,对防止五灰突水也起到了一定安全屏障作用。
采矿对底板的破坏深度一般为12m,随着开采深度加大,对底板的破坏程度亦不断加大。
㈣安全水压及安全掘进标高
根据斯列沙辽公式计算掘进时各煤层允许掘进标高。
根据公式计算出七层煤在全矿井围掘进是安全的,八层煤在全矿井围掘进是安全的,九层煤允许掘进标高-599m,十层煤允许掘进标高-379m。
生产过程中在允许掘进标高之上施工是安全的,进入允许掘进标高以下必须采取防治水措施,以确保掘进安全。
㈤突水系数与安全水头
按照突水系数计算公式Ts=P/(M-Cp-Dg)
式中:
Ts-突水系数,取0.1MPa/m;
P-隔水层底板所承受的水头压力,MPa;
M-隔水层厚度,m;
Cp-采动破坏深度,m;
Dg-含水层导高,m。
经计算受五灰含水层威胁:
七层煤安全开采下限标高为-391m,八层煤安全开采下限标高为-138m,九层煤安全开采下限标高为-95m,十层煤安全开采下限标高为-70m。
2-5)各煤层开采上限标高统计表表1-2-4
七层煤
八层煤
九层煤
十层煤
五灰
-391
-
-95
-70
奥灰
-532
-279
-236
-211
五灰突水系数及安全开采标高计算结果表表1-2-5
水平(m)
隔水层
厚度
底板破
坏深度
平均突
水系数
(MPa/m)
最小突
最大突
-350
62.0
0.
0.078
0.092
34.0
0.125
0.200
25.5
0.231
0.183
0.278
20.0
0.285
0.216
0.354
-450
0.113
0.094
0.131
0.1
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