采矿工程专业毕业论文南屯煤矿下组煤的开拓延深设计.docx

采矿工程专业毕业论文南屯煤矿下组煤的开拓延深设计.docx

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采矿工程专业毕业论文南屯煤矿下组煤的开拓延深设计

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1

11矿区概况1

12井田地质及煤层特征2

13井田开拓方式14

14矿井延伸的必要性15

2开采范围与生产能力19

21开采范围及储量19

22生产能力与服务年限20

3开拓准备23

31水平延伸方案的选择23

32采区划分与接续35

33大巷布置37

34井筒井底车场及硐室38

35水平接替时的技术措施42

4采区设计43

41采区概况及地质特征43

42采区生产能力及服务年限49

43采区巷道布置49

44采煤方法及采区参数59

45采掘工作61

46工作面设备及掘进速度68

47采区巷道掘进顺序及回采工作面接续安排71

48采区车场及硐室73

5通风与安全75

51矿井通风75

52井下灾害预防79

6提升通风排水压风设备83

61提升设备83

62通风设备84

63排水设备86

64压缩空气设备89

7劳动定员与主要技术经济指标92

71劳动定员92

72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94

9冲击地压的影响因素96

91开采深度96

92顶底板结构97

93地质构造97

94煤柱的影响98

10煤的冲击倾向性研究100

11南屯矿深部开采时冲击地压的预测101

111钻屑法101

112微震法102

113经验类比法103

12南屯矿深部开采时冲击地压的防治104

121超前松动爆破104

122钻孔卸压104

123煤层注水105

124采用合理的开拓布置和开采方式106

13存在问题及今后努力方向107

参考文献108

致谢109

coalminemethaneinChina110

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

ABSTRACT

InthispaperbasedoninformationNantunCoallearningandresearchinaccordancewiththe"CoalMineSafetyRegulations"and"designspecificationsofthecoalindustry"tomakefulluseofknowledgetoNantuntheactualsituationofcoalminingbasedontheNantuncoalmineunderthegrouptodevelopanextensionofthedesignInthedesignoftheriskatleastasfaraspossibleeffectiveandtheNamTheunintohighlyefficientandhigh-yieldingcoalminesChinascoalproduction

Thedesignofthemainresearchcontentsinclude

1Areasonablechoicetoopenuptheprogramextension

2Thechoiceofshaftandthemainformoftransportsituationroadwaylayout

3Areasonablelevelofdevelopmenttoidentifywaystoextend

4Todeterminethefirstminingareaoftheroadwaylayout

5Downholeequipmentselection

Keywordsreservecalculationmulti-leveldevelopmentroadwaylayouteconomicindicators

1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76km流域面积1052平方米河床宽10420m属于季节性河流最大流量568m3s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3547km2

com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C

1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

13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中砂岩和细砂岩

617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

718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

2178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2°3°局部倾向相反产状变化大褶曲其短轴宽缓的特点幅度一般在5到15m

14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

6219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606150水平丁155号孔2皇甫之

一断层北东东北西606150水平丁134与127号孔穿过3皇甫之

二断层北东东北西601013水平丁133与丁132丁127与丁128号孔控制421号孔

逆断层北东东北西60028水平21号孔穿过8309切眼3个井下钻孔控制5峄山

断层近南北西推定

801500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8030垂直力

为主丁1号孔7峄山之

二断层北30西西805074垂直力

为主178和丁18号孔81号井

东断层北30西北东802544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91号井东

之一断层北西北东8016垂直力

为主229号孔101号井东之二断层北西北东8060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806075平移丁29号孔12八采区

东断层北45西北东64

8250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2734m

2断层导水性

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75m3h最大涌水量为225m3h

另外目前北宿煤矿-290m水平正常涌水量为45m3h最大涌水量89m3h而北宿与南屯两井田为同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250m3h最大涌水量为500m3h

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3547km2

com平的地质储量可采储量及开采损害

截至2001年底南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ZkZc-PC

81124-7214x085

62823万t

Zk---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

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AB

CD其中计其中三下压煤ABCDAB

下

组

煤15上507245845804582543365368251461416上3982731078310780213973151279274189237381559187491749242396803968002628436203606054093065120691956218上14500990899080249041894901424806643214592合计81124811240506297214739101108762823408527517

表2-1南屯煤矿小槽煤储量分析表单位万t

22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14h

com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