张力新 毕业设计.docx
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张力新毕业设计
摘要
本文主要分析研究了蒙家峪勘探区9#和15#两个可采煤层的煤层厚度、埋深、稳定性等赋存特征;从宏观煤质特征的角度,系统考察了研究区主要可采煤层的工业分析、元素组成、工艺性能等方面的变化规律,并运用回归分析对各煤层指标间的相关性进行了量化研究,以期解释研究区主要煤层及煤质方面许多问题,为确定不同煤层的煤炭开采、加工手段和方向提供一定依据,以利于煤炭资源的综合开发利用和能源的可持续发展。
蒙家峪矿矿井设计共包括以下几部分:
1.矿井的水文、地质等基本情况的概述。
2.矿井井田内的可采储量,矿井生产能力及服务年限的确定。
3.矿井井田的总体开拓的设计,包括水平的划分,井筒位置的确定,经济比较部分,矿井延深方案的确定,采区的划分,井底车场线路计算,硐室布置及井底车场的通过能力计算等部分。
4.工作面生产机械的参数,工作面生产程序的确定以及采区车场的设计计算等部分。
5.矿井生产中的提升、运输、通风、排水方式的确定及其所用设备额选型计算与相关的硐室布置等。
矿井全部实现机械化,采用先进技术和借鉴已实现高产高效现代化矿井的经验,实现一矿一面高产高效矿井从而达到良好的经济效益和社会效益。
关键词:
煤层赋存;煤质;高产高效
Abstract
Thispapertheexistingfeaturesoftheareainculed9#and15#twomaincoalsuchasseamthicknessoflayer,depthandstabilitywereanalysised.InthepointofviewofMacro-Qualitycharacteristics,thevariationsinthegathercoalseamsoftheareawerestudied,whichincludedanalysisofcoal,elementalcompositionandprocessperformance.Regressionanalysiswasusedtoquantitativeresearchofthecorrelationbetweencoalqualityindicators,inordertoexplainemanyunknownaspectsofthemainmininglevelandcoalissuesinthestudyarea,andprovideabasistodeterminethedifferentseamofcoalmining,processingmethodsanddirections.Itcancontributetocomprehensivedevelopmentandutilizationofcoalandsustainabledevelopmentofenergy.
MengjiayutotalofMineDesignMineincludethefollowingcomponents:
1.Minehydrology,geologyandotherbasicoverviewofthesituation.
2.Minerecoverablereserveswithintheminefield,mineproductioncapacityandthedeterminationoflengthofservice.
3.MineMine'soveralldevelopmentdesign,includingthelevelofdivision,todetermineshaftposition,economicallypartofthedeepextensionoftheprogramtodeterminethemine,miningareaofthedivisionshaftbottomlinecalculation,layoutandshaftbottomchamberofcapacitycalculationsection.
4.Facemechanicalparameters,andthefaceoftheproductionprocesstodeterminethedesignofminingareacalculationpartoftheyard.
5.Increaseinmineproduction,transport,ventilation,drainagepatternsandtheequipmentusedtodeterminetheamountofsizingandarrangementoftherelevantchamber.
Bothshaftwholerealizemechanization,adoptadvancedtechniquesanduseforreferenceafterwardsrealizehighyieldhighlyactivemodernizationshaft'experience,realizeoneminenotbothhighyieldhighlyactiveshafttherebyrunuptofavorableeconomicbenefitandsocialbenefit.
Keywords:
occurrenceofcoal,qualityofcoal,highyieldhighlyactive
第1章矿井概况及井田地质特征
1.1矿区概述
1.1.1交通位置及条件
蒙家峪矿井隶属阳泉煤业(集团)有限责任公司,位于昔阳县境内,矿井工业场地在县城西南约7km处,昔阳县城距阳泉市约30km。
本区铁路交通条件优越,石太铁路沿桃河经过阳泉矿区。
另外,阳涉铁路通过本区,本矿井铁路专用线在阳涉铁路昔阳站接轨。
本区公路交通便利,阳泉至黎城的二级公路通过本区,公路以昔阳县城为枢纽,呈放射状伸向四方,除阳泉至黎城公路外,昔阳至左权、赞皇、寿阳、邢台、长治等均有公路相通,区内公路遍布。
图1-1蒙家峪交通图
1.1.2地形地貌
本井田位于太行山北段西侧,从外围地形来看,西部石千峰地层的地形较高,组成太岳山,东部则为奥陶、寒武系地层组成的太行山脉,昔阳县境内的白羊山、沾岭山、菜岭山均系太行山支脉。
沾岭山东部为松溪河流域,一般河窄谷深,沟谷纵横发育,切割甚深。
井田内地形为西高东低,最高处为龙王庙山,海拔+1613.3m,最低点在巴洲乡附近,标高+863m,高低相差750m左右,一般相对高差100~200m,属构造剥蚀成因,河谷、高山相间的低中心地形。
1.1.3河流及水库
本区属海河流域子牙河水系,松溪河及其流经本井田的支流安坪河、巴洲河、洪水河均为该水系。
在河流上游建有3座大小水库,其中以秦山水库、关山水库较大,秦山水库位于井田中部,现为昔阳县城居民生活用水水源;关山水库位于井田的北部。
全县大部分河流均为季节性河流,平时干涸无水。
1.1.4气象及地震烈度
昔阳县属暖温带大陆性气候,一年四季气候变化明显,冬季寒冷,风大少雪;春季日照充足,干旱多风;夏季雨量集中,多冰雹和风灾;秋季时间较短,晴朗凉爽。
本区位于山西省昔阳县境内,属暖温带大陆性气候,四季气候变化明显。
最高气温37.9℃,最低气温-23.9℃,全年平均气温9.3℃。
冰冻期为每年10月下旬至翌年4月,最大冻结深度为0.75m。
年最大降雨量995.7mm(1963年),年最小降雨量242.3mm(1972年),年平均降雨量601.0mm,雨量集中在每年的7~9月份。
年平均蒸发量1887.9mm。
主导风向为西北风,最大风速可达21m/s,年平均风速约为2.1m/s。
依据《中国地震动参数区划图》GB18306和《建筑抗震设计规范》GB50011,本区抗震设防烈度为7度,设计基本地震加速度值为0.10g,设计地震分组为第一组。
1.1.5区内工农业生产概况
山西省昔阳县现有5镇7乡共12个乡镇,约423个行政村,全县总户数70117户,总人口24万人,其中农业人口22万人,占91.6%。
农作物总播种面积为410685亩,播种面积389049亩,全县的工业发展速度较快,县企业中以燃料、食品、化工、机械、建材工业比重较大。
1.1.6井田邻近地方煤矿概况
寺家庄井田邻近的地方煤矿有:
阳胜、卫东、安坪、坪上、黄岩汇、运裕、麻汇、白羊岭等8座煤矿。
上述小煤矿均无越界开采现象。
表1-1邻近地方煤矿情况一览表
序
号
矿井
名称
现开采
煤层
规模
(Mt/a)
井田面积
(km2)
开拓
方式
备注
1
阳胜煤矿
15号
0.45
19.3417
斜井开拓
2
卫东煤矿
15号
0.15
6.1288
现已关闭
3
安坪煤矿
15号
0.45
7.4368
斜井开拓
4
坪上煤矿
15号
0.90
7.8486
斜立开拓
5
黄岩汇煤矿
15号
0.90
15.0891
斜井开拓
6
运裕煤矿
15号
0.90
9.5146
斜井开拓
7
麻汇煤业
15号
0.30
10.4128
斜井开拓
8
白羊岭煤矿
15号
0.45~0.90
17.8935
斜立开拓
正在扩建
各地方煤矿建设及生产情况简述如下:
(1)阳胜煤矿
阳胜煤矿距平定县张庄镇约10km,隶属于山西东升阳胜煤业有限公司,其井田位于寺家庄井田的北部。
绝对瓦斯涌出量为12m3/min,相对瓦斯涌出量为14m3/t;矿井涌水量0.5~1m3/h。
(2)卫东煤矿
卫东煤矿距平定县张庄镇约1km,现已关闭。
(3)安坪煤矿
安坪煤矿位于昔阳县城北约6km处,隶属于山西昔阳乐安煤业有限公司,其井田位于寺家庄井田的东北部。
绝对瓦斯涌出量为2.77m3/min,相对瓦斯涌出量为3.3m3/t;矿井涌水量正常6.25m3/h,最大9.375m3/h。
(4)坪上煤矿
坪上煤矿位于昔阳县城7km处的麻汇村附近,隶属于山西昔阳县坪上煤业有限责任公司,其井田位于寺家庄井田的东北部。
绝对瓦斯涌出量为12m3/min,相对瓦斯涌出量为7.2m3/t;矿井涌水量正常1~2m3/h,最大3~10m3/h。
(5)黄岩汇煤矿
黄岩汇煤矿位于昔阳县西南约4km处,隶属于国投昔阳能源有限责任公司,其井田位于寺家庄井田的东部。
绝对瓦斯涌出量为10-12m3/min,相对瓦斯涌出量为6~7.2m3/t;矿井涌水量5~10m3/h。
(6)运裕煤矿
运裕煤矿位于昔阳县城西南约3km处,隶属于运裕煤炭有限责任公司,其井田位于寺家庄井田的东部。
绝对瓦斯涌出量为5~12m3/min,相对瓦斯涌出量为3~7.2m3/t;矿井涌水量10~17m3/h。
(7)麻汇煤矿
麻汇煤矿位于昔阳县城西南约13km处的麻汇村附近,隶属于山西昔阳丰汇煤业有限责任公司,其井田位于寺家庄井田的东南部。
绝对瓦斯涌出量为12~14m3/min,相对瓦斯涌出量为10.2~16.9m3/t;矿井涌水量10~30m3/h。
(8)白羊岭煤矿
白羊领煤矿位于昔阳县大寨镇杜庄村附近,隶属于国投昔阳能源有限责任公司,其井田位于寺家庄井田的东南部。
绝对瓦斯涌出量为14m3/min,相对瓦斯涌出量为16.59m3/t;矿井涌水量正常10~30m3/h,最大70m3/h。
改扩建后矿井设计生产能力0.90Mt/a,采用立井、斜井综合开拓方式,采煤方法为一次采全高综采。
目前该矿正在改扩建中。
上述各地方煤矿巷道顶板支护方式:
大巷为挂网锚喷与锚索联合支护,工作面顺槽为锚索、锚杆、金属网、钢带联合支护。
1.1.7主要建筑材料供应情况
本区内狮脑峰矿岩出露面积广,而且厚度大,可作为井上、下建筑石料,矿井东部大面积奥陶系灰岩出露,可作为井上建筑石料及水泥原料。
砖、矸石砖、料石、石子、白灰、水泥等大宗土产材料可由当地供应,除阳煤集团企业处所属厂(场)现有建材供应外,也可选用乡、镇企业的建材产品。
外部供应材料主要有:
钢材、木材、黄砂、玻璃、高标号水泥、五金材料等。
1.1.8地面建筑物及村庄搬迁
井田范围内除工业场地及风井场地等新建建筑物外,地面已有的建(构)筑物主要有3个水库和7个村庄,还有一个国家级保护文物石马寺。
工业场地及风井场地、水库均及石马寺留设保护煤柱;地面村庄大都较小,但分布分散,给正规工作面布置带来一定的影响,设计对大部分村庄按搬迁考虑。
建设单位应结合地方的有关规划,根据矿井建设进度,积极做好村庄搬迁前的规划和准备工作,以免影响矿井按期投产。
1.1.9电源条件
昔阳县境内现有坪上110kV变电站一座,距矿井工业场地6.8km;另有晋中电力部门在建的昔阳220kV变电站,该站位于矿井工业场地东南5.5km处。
1.1.10水源条件
阳泉矿区为缺水矿区,井田内松溪河冲积层孔隙潜水含水丰富、水质良好,但目前开采量较大,不宜再增加开采量。
太原组灰岩,主要赋存于浅部,分布范围不大,由于开采水量过大,水位不断下降,故亦不宜多开采。
本区地表水库较多,如秦山水库、石亭水库、关山水库均已通过地下管道联通,水库总容量达2000万m3,现主要用于昔阳县生活及部分工业用水,目前仍有部分供水富裕能力。
奥陶系含水层在区内分布较广,岩溶裂隙也较发育,是一良好的供水水源
1.2井田地质特征
1.2.1井田地质构造
本区位于沁水煤田的东北边缘。
由东向西出露地层由老到新。
本井田东部区外大面积出露奥陶系地层;石炭系本溪组、太原组、二叠系山西组地层分布零星;区内二叠系上、下石盒子组地层广泛分布,二叠系石千峰组,三叠系刘家沟组地层出露于本井田西缘;新生界覆于各个时代基岩之上。
1.2.2含煤地层
本井田含煤地层包括石炭系中统本溪组、石炭系上统太原组、二迭系下统山西组,其中主要含煤地层为石炭系上统太原组及二迭系下统山西组,含煤地层总厚171m,共含煤18层,煤层总厚13.46m,含煤系数约8%左右。
石炭系上统太原组厚90.3~143.80m,平均厚约111.33m,主要岩性为深灰、灰黑色砂质泥岩、泥岩、石灰岩及灰色砂岩组成。
含煤12层,其中可采煤层2层,为本区中主要含煤地层。
按其岩性、岩相特征分为上、下两段,其中下段自K1砂岩底至K4灰岩顶,厚80m左右,含11、12、13、14、14下、15、16号共7层煤,15号煤全区稳定可采,其它煤层无开采价值;上段自K4顶至K7底,厚约35m左右,由灰、深灰、灰黑色泥岩、砂岩及浅灰色细砂岩、中~粗砂岩组成,含8、9两个煤组共6层煤,其中9号煤具有开采价值。
二叠系下统山西组(P1s)厚42.60~75.50m,平均61m左右。
与太原组连续沉积。
主要由灰黑色泥岩,砂质泥岩、浅灰色铝质泥岩、中~粗砂岩组成。
共含煤6层,虽然3、6号达到可采厚度,但可采范围很小,且零星分布,该组煤层均不可采。
1.2.3水文地质
该区位于娘子关泉域,属娘子关泉域水文地质单元。
根据岩性,奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层可分为下马家沟组、上马家沟组、峰峰组三个含水段。
主要含水段为下马家沟组及上马家沟组厚层灰岩,而峰峰组多处于区域性岩溶水位之上的垂直渗入带。
中奥陶统灰岩岩溶裂隙含水层主要岩性为中厚层灰岩、花斑灰岩、泥质灰岩及白云质灰岩,各组底部泥灰岩为相对隔水层。
(1)井田水文地质条件
①含水层
主要含水层有第四系冲积层、石盒子组砂岩裂隙含水组、山西组砂岩裂隙含水组、上石炭统太原组灰岩含水层、奥陶系灰岩含水层。
由上而下简述如下:
第四系冲积层:
主要分布于洪水河、巴洲河和安坪河的河谷中,河谷最宽约300m,一般100~200m,厚度10~20m,单位涌水量1.30~5.00L/s.m。
民用井水量每小时可达100m3以上。
石盒子组砂岩裂隙含水组:
单位涌水量0.00071L/s.m。
该含水组水位标高873.05~907.94m。
山西组砂岩裂隙含水组:
单位涌水量为0.0161L/s.m,渗透系数平均0.212m/d。
该组水位标高871.87~940.41m。
上石炭统太原组灰岩含水层:
渗透性弱,补给条件差,涌水量不大。
含水层水位标高866.28~896.90m。
奥陶系灰岩含水层:
单位涌水量为0.5~2.5L/s.m,渗透系数为0.9~2.4m/d。
奥灰水位标高418.263m,供水能力50m3/h.。
中、东部奥灰水位在15号煤以下。
西部奥灰水位标高大约可采用420m,西缘局部奥灰水超越15号煤的范围约12km2,即井田面积的十分之一,此范围15号煤将存在带压开采问题。
15号煤与奥灰间岩层厚度为23.49~71.04m,平均49.66m,岩性以泥岩、砂质泥岩、薄层砂岩为主,间夹基层灰岩,可以起到一定的隔水作用。
②断层和陷落柱的水文地质情况
本区的断层带和陷落带一般不含水,透水性也极差。
但在断层和陷落附近的裂隙发育带,当补给条件好时,富水性有可能增强。
③地下水的补给、径流和排泄条件
奥陶系灰岩在区东外围大面积出露,为裸露型岩溶区,岩溶发育,直接受降水补给,也受河水和冲积层潜水的补给,地下水沿岩层倾向井田渗入,再向北、北东方向运移,井田属埋藏型岩溶区,是岩溶水的径流区。
太原组灰岩在补给方面起重要作用的是在松溪河等河谷下伏的露头或浅部,从而成为分布一定面积的重要含水层,井田为其径流区。
区东的生产矿井和采水孔为其人工排泄点。
山西组和石盒子组也靠露头和浅部接受降水和地表水的补给,区内有其补给区,但以径流为主。
奥灰与以上各含水层间由于有较好的隔水层存在,无水力联系。
④水文地质条件评价
太原组15号煤为本区主要可采煤层,其直接充水含水层以石灰岩为主,属岩溶充水矿床;太原组上部煤层和山西组煤层直接充水含水层以砂岩为主,属裂隙充水矿床。
各基岩含水层虽然在区外或区内有不同程度的补给条件,但地下水的运移都受裂隙或岩溶的发育程度的制约。
本区岩层大致自东向西加深,裂隙和岩溶的发育程度随之减弱,富水性也相应由强变弱,在水平方向上垂向上都有明显的分带性。
总体来看,本井田基本属水文地质条件简单型,水文地质勘探类型以三类一型为主,二类一型为辅。
(2)矿床充水条件
太原组K2、K3灰岩为15号煤充水的主要因素。
顶板冒落后15号煤充水也可来自山西组。
奥灰水一般对矿井初期充水无影响,对奥灰水位以下的深部15号煤(局部)开采有一定影响,届时要引起重视。
地表水及冲积层水在构造正常地段只能进入浅部裂隙发育段,即使在有断裂构造的地段,由于本区断层一般不导水,所以通过断层带向矿井充水的可能性不大,至少不会发生水患。
开采过程中顶板冒落产生的导水裂隙带高度如果能达到浅部裂隙发育带甚至地表,则有可能把地表水和浅部水导向矿井。
本区陷落柱一般不导水,但在陷落柱密集区要注意其导水性。
(3)矿井涌水量预计
根据阳泉矿区现有生产矿井统计资料,参照地质报告对矿井涌水量预测,确定矿井正常涌水量按吨煤涌水系数0.4m3/t考虑,即日产1万t煤,预计涌水量为4000m3;最大涌水量按吨煤涌水系数0.63m3/t考虑。
经计算,矿井正常涌水量为340m3/h,最大涌水量为530m3/h。
1.2.4其它开采技术条件
(1)瓦斯
根据补充勘探地质报告,本井田各煤层瓦斯含量5.73~13.58m3/t,其中15号煤瓦斯含量11.22m3/t。
各煤层孔隙率2.96%~5.05%,透气性系数0.175~0.331m2/Mpa2·d,瓦斯压力0.25~2.20MPa,其中15号煤层孔隙率3.01%,透气性系数0.175m2/Mpa2·d,瓦斯压力0.40MPa。
各煤层均属可以抽采煤层。
表1-2各煤层瓦斯基础参数测定成果表
煤层
编号
密度
(t/m3)
孔隙率
(%)
透气性系数
(m2/Mpa2·d)
瓦斯压力
(Mpa)
吸附常数
瓦斯含量
(m3/t)
a
b
9
1.39
4.01
1.60
30.423
1.319
10.29
15
1.48
3.01
0.175
0.40
40.068
1.352
11.22
本次补充勘探采用解吸式方法采取了瓦斯煤样。
瓦斯煤样采样点均分布在井田补勘区(即首采区),9号煤采瓦斯样12/12个,15号煤采瓦斯样14/14个,采样质量合格。
各采样点均自上而下采取各煤层的瓦斯样,测定煤层瓦斯含量和瓦斯成分,划分瓦斯带。
表1-3煤芯瓦斯样化验分析成果汇总表
煤
层
自然瓦斯成分(%)
CH4含量(ml/g·daf)
CH4
CO2
N2
CH4
CO2
N2
9
3.56~83.12
54.93(21)
0.38~11.02
3.67(21)
8.48~85.77
41.04(21)
0.24~15.28
5.71(21)
0.03~0.62
0.23(21)
1.17~10.99
5.22(21)
15
6.62~97.38
49.17(33)
0.23~19.82
4.66(33)
0.61~91.26
45.70(33)
0.41~10.09
4.61(33)
0.03~1.21
0.28(33)
0.86~13.76
4.54(33)
从汇总资料来看,各煤层平均甲烷含量为4.61~14.37ml/g·daf,变化幅度不大,甲烷含量在平面上、垂向上有一定的变化规律可寻。
首采区甲烷含量较低,在4.0ml/g·daf左右;首采区北部及东部为甲烷成分大于80%的瓦斯带,其它为氮气~瓦斯带。
瓦斯含量井田北部及中东部最低。
瓦斯分带展布方向与断层方向基本一致,向斜轴部瓦斯含量高于其它区域,太原组煤系地层瓦斯含量高于山西组,同一煤层瓦斯含量随埋藏深度的增加而加大。
(2)煤尘
根据补充勘探地质报告,9号煤层无煤尘爆炸性,15号煤层具有煤尘爆炸性。
煤尘爆炸性试验结果见表1.4。
表1-4
煤层
火焰长度(mm)
抑制煤尘最低岩粉量(%)
有无爆炸性
9
零星(3)
无
15
5(10)
50
有爆炸性
(3)煤的自燃
根据补充勘探地质报告,本井田15号煤属Ⅲ类不易自燃煤层,其它煤层是否具有自燃倾向无试验资料,建议提前增补这方面的工作,以便指导下一步设计及生产。
(4)地温
井田内地温资料较少,根据勘探地质报告,煤系地层平均地温梯度值为每百米温升1.6℃~2.0℃,井田范围内无地温异常区。
1.2.5其他有益矿物
井田内储藏的有益矿产有:
铁矾土、黄铁矿、铁锰矿。
1.3煤层特征
1.3.1煤层
(1)不经济的零星可采煤层
3号煤:
位于K8砂岩下20m左右,下距6号煤28m左右。
全区大面积尖灭及不可采。
煤层自然厚度0.10~2.51m,平均0.48m。
可采厚度0.80~2.51m,平均1.26m。
结构简单,一般含一层夹石,厚0.10~0.63m,比较稳定。
属零星可采极不稳定煤层。
6号煤:
位于K7砂岩上4m左右。
全区大面积不可采及尖灭。
煤层自然厚度0.12~2
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