毕业论文范文——煤矿巷道锚杆支护技术研究

华北科技学院毕业设计（论文）目 录1 矿区概述及井田地质特征11.1 矿区概述11.1.1 位置及交通11.1.2地形与河流11.1.3气候21.1.4经济情况21.1.5矿井建设和生产的材料供应21.2 井田地质特征21.2.1井田地形21.2.2井田的勘探程度21.2.3井田煤系地层简述31.2.4井田地质构造31.2.5断层及控制程度41.2.6岩浆岩61.2.7矿井水文地质71.3 煤层特征121.3.1煤层群特征121.3.2煤层的围岩性质121.3.3煤的特征132 井田境界和储量152.1 井田境界152.2 矿井工业储量152.2.1储量计算方法152.2.2有关参数的确定152.2.3矿井的工业储量162.3 矿井的可采储量162.3.1工业场地与风井场地的煤柱煤量162.3.2矿井边界煤柱煤量182.3.3断层保护煤柱182.3.4矿井可采储量计算183 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限203.1 矿井工作制度203.2 矿井设计生产能力及服务年限203.2.1矿井生产能力的确定203.2.2服务年限214 井田开拓224.1 井田开拓的基本问题224.1.1工业广场及井口位置224.1.2确定井筒的形式、数目、配置224.1.3风井位置的确定234.1.4确定开采水平和阶段高度234.1.5开采水平布置244.1.6采区划分及其布置254.2 矿井开拓设计方案比较264.2.1井田概况264.2.2开拓方案技术比较274.2.3经济比较304.2.4结论334.3 矿井基本巷道334.3.1井筒334.3.2井底车场374.3.3选择巷道的断面形状394.3.4确定巷道断面尺寸395 采区巷道布置445.1 煤层的地质特征445.1.1煤层情况445.1.2地质构造445.1.3煤层瓦斯含量445.1.4煤尘爆炸性和煤的自燃倾向445.1.5地温，地压455.1.6水文条件455.2 采区巷道布置及生产系统455.2.1采区走向长度455.2.2区段斜长和区段数目455.2.3采区上山的布置455.2.4区段平巷的布置455.2.5采区运输，通风生产系统的确定455.3 采区车场设计465.3.1采区上部车场形式的选择465.3.2采区中部车场的选择465.3.3采区下部车场的选择及设计475.3.4采区主要硐室的布置485.4 采区采掘计划505.4.1采区主要巷道参数确定505.4.2确定采区生产能力525.4.3计算采区回采率536 采煤方法546.1 采煤方法和回采工艺546.1.1选择采煤方法546.1.2采煤工作面回采工艺设计546.1.3采煤机的工作方式和进刀方式566.1.4采煤机滚筒螺旋选择576.1.5综采工作面巷道布置及端头支架576.1.6综采作面组织循环作业及循环图表的编制576.2 综采工作面巷道布置方式596.2.1回采巷道布置方式596.2.2回采巷道参数607 井下运输627.1 采区运输设备627.1.1刮板输送机的选择计算627.1.2带式输送机的设计计算667.2 辅助运输设备697.2.1矿车选择697.3 大巷运输设备选型697.3.1主运输大巷设备选型697.3.2辅助运输设备选型697.3.3运输设备能力验算708 矿井提升718.1 主井提升718.1.1主井提升718.1.2副井提升718.2 提升容器的选型计算718.2.1小时提升量718.2.2合理的提升速度718.2.3一次提升循环时间728.2.4一次合理提升量的确定728.2.5计算一次提升循环时间Tx所需提升速度728.3 提升钢丝绳的选择748.3.1主井钢丝绳748.3.2副井钢线绳768.4 提升机与天轮的选择768.4.1提升机的选择768.4.2天轮的选择778.5 电动机的选择779 矿井通风与安全799.1 矿井通风系统的选择799.1.1选择矿井通风系统799.1.2选择矿井主要通风机的工作方法809.1.3选择矿井通风方式819.2 全矿所需风量的计算及其分配819.2.1矿井风量计算原则819.2.2矿井风量计算方法819.2.3风速验算869.3 全矿通风阻力计算879.3.1矿井通风总阻力计算原则879.3.2矿井通风阻力计算879.3.3矿井总风阻及总等积孔计算899.4 矿井通风设备的选择899.4.1矿井通风设备的要求899.4.2选择主要通风机909.5 矿井灾害防治技术929.5.1防治瓦斯929.5.2防治煤尘939.5.3防灭火939.5.4防治水939.6 矿井灾害应急避险949.6.1发生瓦斯煤尘爆炸事故时的应急避险949.6.2发现突出预兆时的应急措施949.6.3发现顶板冒落预兆的应急处置949.6.4发生火灾事故后最年轻撤离时应注意的事项959.6.5矿井发生突水事故时的应急避险9510 矿井基本技术经济指标97参考文献98专 题 部 分99煤矿巷道锚杆支护技术研究99煤矿巷道锚杆支护技术研究1001 前言1012 煤矿巷道支护的分类1013 锚杆支护的发展历史与现状1024煤巷锚杆支护理论的发展1045煤巷锚杆支护研究方法概述1055.1 巷道围岩地质力学测试技术1055.2 锚杆支护设计方法1065.3 锚杆支护材料1065.4 锚杆支护施工质量检测与矿压监测1065.5 锚固与注浆联合加固技术1066 煤巷锚杆支护存在的问题1076.2煤巷锚杆杆体材料有待改进，锚杆机具配套设施还有待改善1076.3锚杆监测仪器与监测技术需要提高1077 煤矿锚杆支护发展的方向1088 结语108参考文献110致谢111第111页 共111页1111 矿区概述及井田地质特征1.1 矿区概述1.1.1 位置及交通淮北矿业集团祁南煤矿位于安徽省宿州市南约30公里，北距淮北市84公里，东临皖北煤电集团祁东煤矿，属祁县区管辖。井田南北走向长约7.8公里，倾斜宽3.2公里，面积约24.96 km2。京沪铁路在本井田外东北侧通过北距宿县车站20公里，东距芦岭车站12.5公里，宿蚌公路在井田那由北至南通过系沥青路南，晴雨均可通车。矿区内有符夹支线和濉阜支线，有自营铁路110公里，直通各厂、矿。公路以宿县为中心构成淮北地区网路，交通较为方便，煤炭及材料设备运输以铁路为主。图1-1 交通位置图1.1.2地形与河流祁南煤矿处于淮北平原中部。区内地势平坦，地表自然标高+17.20+23.80 m，一般在+22 m左右，井田北和西地势略比区内高。基岩无出露，均为巨厚新生界松散层覆盖。本矿区属淮河流域，在区内有淮河支流浍河和澥浍新河从矿区流过，通航民船，流量不稳定，随季节影响变化大，常年有水。浍河自西北向东南注入淮河和洪泽湖。历年最高洪水位+24.5 m，对矿坑及矿区建设影响不大，矿井内农用灌沟纵横，村庄星罗棋布。地表下潜水较丰富，一般居民生活用水及部分工业用水皆取于此。1.1.3气候本区气候温和，属北温带季风区海洋大陆性气候。气候变化明显，四季分明，冬季寒冷多风，夏季炎热多雨，春秋两季温和。据宿州市气象局19801998年观测资料，平均气温14.6，最高气温40.3，最低气温-12.5。年平均降雨量756 mm，雨量多集中在7、8月份。最大冻土深度0.17 m，年平均风速2.2 m/s，最大风速20 m/s，主导风向为东东北风。无霜期210240天。冻结期一般在12月上旬至次年2月中旬。1.1.4经济情况淮北矿区地处华东，自1958年动工建设以来，现已成为我国的主要产煤基地之一，自1984年以来，淮北矿物局年产已超过1400万吨，现有职工十万余人。另外还有属地方管辖的皖北矿物局。伴随着煤炭工业的发展，交通、机械、化工、水泥、电力、纺织等工业都相继发展，形成了以煤炭工业为主的综合经济发展区。淮北矿区地处平原，土地肥沃，农作物生长良好，单产较高，农作物主要有小麦、玉米、大豆、棉花等。近年来乡镇企业发展迅速，乡镇企业有农具厂、砖窑厂、造纸厂、化肥厂等。1.1.5矿井建设和生产的材料供应主要建筑供应条件，钢材、水泥、木材主要由国家调拨供应，砖瓦主要由当地供应，石料主要由符离集供应，砖当地缺乏，主要来源于明光县及腾县供应，建筑材料供应渠道畅通。根据已批准的宿县矿区总体设计，电力部门已在矿区内的南坪集建成220/110/35 kv变电站，该变电所以220 kv输电线路与淮北电厂相联，淮北电厂与淮南电厂联网。祁南矿取自南坪集变电所是落实的。矿井供水水源为新生界松散层一、二含水层，该层埋藏深度较浅，分布广，水量比较丰富，水质符合要求，为了充分利用地下水资源，设计采用井下排水处理后，作选煤厂及工业场地的生产及部分生活用水。1.2 井田地质特征1.2.1井田地形祁南煤矿处于淮北平原中部。区内地势平坦，地表自然标高+17.20+23.80 m，一般在+22 m左右，基岩无出露，均为巨厚新生界松散层覆盖。1.2.2井田的勘探程度该井田从1957年找煤至1983年10月共施工钻孔333个，工程量171706.28 m，报废及不能利用钻孔20个，工程量7624.48 m。抽水18次，近似稳态测温4次，简单测温55次，共启封钻孔33个其中成功的20个，启封失败钻孔13个，地震勘探测线长426.609 km，物理点10958个，控制面积87 km2，采取煤芯样712件，其他样品1745件。关于本井田勘探程度设计认为：本井田内对构造控制程度较高，对王楼背斜和张学屋向斜有10条勘探线及33条地震控制线，轴部有8个钻孔穿过对褶曲轴向及两翼产状均已严格控制。井田内共查出断层20条，其中正断层16条，逆断层4条，断层落差大于30 m的有6条，其中5条查明，1条基本查明，落差小于30 m的14条均有一定的地震线和钻孔控制，但在断层组合关系F3与F1没有制定。井田内的岩浆的侵入种类，部位，分布范围，产状已基本查明，对煤层，媒质的影响程度有了详细的了解。查明了煤层厚度，层数，层位，结构及可采范围，对煤层及标志层阐述比较详细。查明了各主要可采煤层的煤质变换，32煤层为极难选的气煤，72煤层为气煤并有少量的肥煤，10煤层为肥煤及天然焦，期于煤层为气煤。水文地质工作，查明了隔水层的层数，含水层，岩性，厚度，埋藏条件和分布规律，以及含水层之间的水力联系，抽水资料表明地下水补给条件差，水文地质条件大部分块段属简单类型，北部水文地质条件属中等复杂型。根据上述设计认为该报告可为初步设计依据。1.2.3井田煤系地层简述本井田位于宿南向斜古翼南端,南部之西端,为一走向南北转向东西,倾向东西,倾向由东转向北的单斜构造。井田中部及东部发育有王楼背斜和张学屋向斜，经钻孔岩芯证实，背向斜轴之间岩芯破碎，背向斜轴向两翼钻孔岩芯由破碎到裂隙发育，背向斜轴向两翼约大于500 m左右，钻孔岩芯正常。王楼背斜南翼发育有一条新构造断裂带，落差735 m，全井田查出的20条断层，其中有15条与背，向斜相交。此处由于构造位置关系，不仅断层及褶曲构造较为集中，并且使岩石的破碎程度加大，揉皱现象也较为普遍，其岩石工程地质条件较为复杂，是影响井口位置选择的主要原因之一。井田中部向西南方向凸出，形成井田倾斜方向两边窄，中间宽的弯钩状。浅部走向长，深部走向短。1.2.4井田地质构造宿南矿区位于淮北煤田东南部。大地构造环境处在华北古大陆板块东南缘，豫淮坳褶带东部、徐宿弧形推覆构造南端。东邻宿东向斜，南有光武固镇断裂，西接童亭背斜，北有宿北断裂。淮北煤田的区域基底格架受南、东两侧板缘活动带控制，总体表现为受郯庐断裂控制的近南北向（略偏北北东）褶皱断裂，叠加并切割早期东西向构造，形成了许多近似网块断块式的隆坳构造系统。而低序次的北西向和北东向构造分布于断块内，且以北东向构造为主。随着徐宿弧形推覆构造的形成和发展，形成了一系列由南东东向北西西推掩的断片及伴生的一套平卧、斜歪、紧闭线形褶皱，并为后期裂陷作用、重力滑动作用及挤压作用所叠加而更加复杂化。推覆构造以废黄河断裂与宿北断裂为界，自北而南可分为北段北东向褶断带，中段弧形褶断带与南部北西向褶断带，综合现有资料，区内构造体系可划分为华夏系构造、东西向构造、徐宿弧形推覆构造及新华夏构造。1）宿东向斜地质构造特征宿东向斜位于徐宿弧形构造的东南端，矿区不对称的轴向N25-500W的向斜盆地，轴长18公里，宽1.5-5.8公里。轴部为二迭系煤系地层，四周被奥陶系和石炭系所包围，东翼因F4逆断层切割，使寒武，奥陶系灰岩与煤系上部地层相接触。祁南煤矿位于宿南向斜西南部，为一走向近似南北转至东西、向西南凸出、倾向东至北的弧形单斜构造，中部及东部发育次一级褶曲，轴向基本上与地层走向一致。矿井内地层倾角北部略陡，一般为2030度；中部及东部较缓，一般为715。构造较为发育，已查出褶曲2个，断层65条。岩浆岩不甚发育，主要侵入10煤层位，对10煤层破坏作用较大。根据本矿井的构造组合，结合区域构造应力场分析，本矿井构造形成主要为宿南向斜形成时的构造应力及后期近东西向的剪切力综合作用的结果。2）褶曲及控制程度（1）王楼背斜位于矿区的中部，轴向为北西南东向，轴线长4.58.6 km，有10条地质剖面线和33条地震测线控制。波幅值在19线附近最大，幅值约160 m,向两端逐渐变小。两翼地层产状较平缓,一般在715之间。北东翼较南西翼稍缓。轴线被F8、F2、F1、F7、F5、F6、F17等多条断层所切割。轴部和翼部均有钻孔控制，褶曲在地震时间剖面上标准波反映明显，起伏形态清晰，褶曲准确可靠。（2）张学屋向斜轴线与王楼背斜平行，轴线长5.39 km，波幅及其变化与王楼背斜相近，两翼地层产状较为平缓，一般在10左右，并且北东翼较南西翼稍陡，轴向有15条地质剖面线和33条地震测线控制。轴线被F10、F2、F3、F5、F1等多条断层所切割。轴部和翼部均有钻孔控制，褶曲在地震时间剖面上标准波反映明显褶曲形态准确可靠。1.2.5断层及控制程度祁南井田共查出断层65条，按力学性质分：正断层45条，逆断层20条；按断层走向分：北东向23条，北西向27条，近南北向8条，近东西向7条；按断层落差大小分，小于或等于10 m的36条，大于10 m而小于20 m的10条，等于或大于20 m而小于30 m的10条，等于或大于30 m而小于50 m的4条，大于50 m的5条。1）NNE 和 NWW 两组断层NNE、NWW两组断层是井田内最先形成的两组断裂，它们是宿东向斜刚开始形成的早期平石“X”型剪切节理基础上发育起来的断裂，以平移正断层为主。NNE断层组在井田南部比较发育，为F23，F5，F1等断层近似平行分布。NWW断层组在井田北部比较发育，如F10、F11等断层。2）NNW断层NNW断层组形成稍晚，是宿东向斜形成后，在继续挤压过程中产生的晚期剖面“X”节理基础上发育起来的断裂。它们与地层走向基本一致，以逆断层为主，在井田的东翼发育，断距较大，如F4、F21等断层。3）放射状断层组宿东向斜形成晚期，在向斜转折端处放射状裂隙的基础上，发育成放射状的断层井田内分布在北部转折端处，断层走向多变，呈放射状，断距小，走向短，以中小型断层为主。图1-2井田地质综合柱状图1.2.6岩浆岩矿井内岩浆岩活动不甚强烈，主要侵入下煤组10煤层，其次为中煤组62煤层。71和61煤层仅个别见到。62煤层34个点，61煤层5个点，71煤层1个点。矿井内共见岩浆岩钻孔有114个，绝大多数钻孔只见一种岩浆岩，只有7个钻孔见到二种岩浆岩。侵入10煤层的岩浆岩最为发育，分布较广，对煤层、煤质影响较大，侵入面积为10.48 km2，占该煤层总面积42%，主要分布在补18线以北及17线以东第一水平地区。而侵入中部煤组62煤层的岩浆岩主要分布在17线以东地区，侵入面积为7.56 km2，占该煤层总面积的30%。 1.2.7矿井水文地质1）地表水系本区河流均属淮河水系的一部分，主要有新濉河、汴河、沱河、浍河及涡河等，它们自西北流向东南汇入淮河，流经洪泽湖然后入海。它们都属于季节性河流，河水受大气降水控制，雨季各河流水位上涨，流量突增；枯水期间河流水流量减小甚至干枯。各河平均流量3.5272.10 m3/s，年平均水位标高为14.7326.56 m。祁南矿地势较为平坦，北高南低，地面标高17.2023.80 m，一般22 m左右，矿内人工开挖数条近南北向泄水沟，最大的为澥浍新河，其作用主要是防洪排涝，它们自北向南或由南向北汇于浍河集中排泄。矿内的最大地表水体是浍河，由矿井中北部斜穿而过，河水自西北流向东南。属淮河的支流，为一季节性河流。宽50150 m，深35 m，两岸有人工河堤，每年79月为雨季，一般流量510 m3/s，枯水季节每年10月至次年3月，干旱严重季节甚至断流。历史上浍河最高洪水位为1909年记载的23.5 m，自1967年新汴河开挖以后，增强了区域内泄洪能力，浍河水从未溢出河床，根除了区域内水患。从水文地质图上看，浍河与各主采煤层露头线投影成3060的角度斜交，但由于有隔水层特别是新生界第三隔水层的存在，使地表水（包括河水）与煤系含水层没有水力联系。因此，目前地表水对煤矿开采和矿区建设没有危害。2）矿井含水层（组、段）根据区域地层及含水层赋存空间的分布情况，区域含水层（组、段）可分三大类，分别为：新生界松散层类孔隙含水层（组）碎屑岩和局部地区分布的岩浆岩类裂隙含水层（段）碳酸盐岩类裂隙溶隙含水层（段）。矿井含水层自上而下划分9个含水层（组），主要含水层及其特征见表1-2。3）各含水层的补、径、排及水力联系，区域地下水对本矿的影响。新生界第一含水层（组）该组上部属潜水，下部属弱承压水，为多层结构的复合含水层（组），主要靠大气降水和地表水体垂直渗透补给，循环交替条件良好，水位随季节变化大，主要排泄途径为蒸发和人工开采。在河流附近，雨季时，河水补给一含，在旱季一含水又补给河流。在区域范围内，矿区一含上部水接受河流上游的补给，同时又通过河流的径流排泄到河流的下游。一含下部水以层间径流为主，在一隔薄弱地带也可越流补给二含。表1-2 主要含水层主要水文地质特征表含水层厚度(m)q(l/s.m)K(m/d)富水性水 质 类 型新生界一含15300.15.351.038.67中强HCO3-Na.Mg新生界二含10600.130.9210.95中强HCO3.SO4-Na.CaHCO3-Na.Ca新生界三含20800.1431.210.5135.47中等SO4.HCO3-Na.CaHCO3. SO4-Na.Ca新生界四含0570.000242.6350.00115.8弱中SO4.HCO3-Na.Ca HCO3.Cl-Na.Ca3煤(K3) 含水层20600.020.870.0232.65弱HCO3.Cl-Na.Ca SO4-Ca.Na7-8煤砂岩含水层20400.00220.120.00661.45弱HCO3.Cl-Na.Ca SO4-Ca.Na10煤上下砂岩含水层25400.0030.130.0090.67弱HCO3.Cl-NaHCO3-Na太原组灰岩含水层471350.003411.40.01536.4弱强HCO3.SO4-Ca.Mg SO4.Cl-Na.Ca奥陶系灰岩含水层约5000.006545.560.007260.24强HCO3-Ca.Mg SO4.HCO3-Ca.Mg新生界第二、三含水层（组）均属多层结构和承压含水层（组），以区域层间径流为主。其次在二隔薄弱地带，由于隔水层的弱透水性，二含接受一含的补给，同时又越流补给三含。根据祁南井田供水水文地质勘察报告提供的资料，二隔在矿内大部分地带隔水性能较好，致使三含水与一、二含水有一定差异，地下水在垂向上运动微弱，水力坡度1.05/万，矿内三含地下水流向为南西北东向，其排泄方式主要为侧向径流。由于三含之下有分布稳定、巨厚、隔水性能良好的三隔的存在，使一、二、三含水和四含、煤系水失去水力联系，一、二、三含水除了可以为矿井提供水源之利外，对矿井开采没有影响。新生界第四含水层（组）因四含直接覆盖在基岩各含水层之上，在天然状态下与下伏各含水层均有一定的水力联系。矿内大部分地带四含不发育，水平径流及区域补给微弱，但在西北砾岩分布区，由于砾岩溶隙、裂隙发育，水平径流强，含水丰富，在井下采煤靠近砾岩区时，部分砾岩水可能渗入矿井内，从而使矿井涌水量增加。二叠系主采煤层间砂岩裂隙含水层（段）矿井煤系地层岩性一般较致密，砂岩裂隙不发育，渗透性弱，主要受区域层间径流、补给，同时浅部露头带接受新生界四含水缓慢渗入补给。由于井巷的开挖和煤层的开采，二叠系砂岩裂隙水以突水、淋水和涌水的形式向矿坑排泄。但因区域范围内煤系水补给水源缺乏，水平径流微弱，以静储量为主，故区域煤系水的补给对采矿影响不大。太灰、奥灰岩溶裂隙含水层（段）以层间径流、补给为主，在浅部露头带接受四含水的补给。在区域范围内，若出现了大的水位差则径流补给明显，尤其是奥灰，其单层厚度大，浅部溶隙发育，如任楼煤矿1996年3月4日7222工作面由岩溶陷落柱突水造成淹井灾害时，突水4天后，远在16.2 km外的童亭矿91-8奥灰观测孔水位下降了7.02 m。这说明区域灰岩水尤其是奥灰水的补给会给煤矿开采造成巨大灾害。4）区域矿井水文地质特征淮北煤田濉肖矿区各矿正常涌水量为100300 m3/s，其它矿区各矿正常涌水量为200500 m3/s，矿坑直接充水水源为煤层顶底板裂隙含水层，出水点水量大小与构造裂隙发育程度河补给水源有密切关系，只要没有富水含水层补给，一般水量呈衰减趋势，矿井初期开采时水量增长较快，投产几年以后，涌水量较趋稳定，甚至降低，以后随采区接替和开采延深，矿井涌水量只是有所增加。井下揭露的断层多为滴水、淋水或无水，若不与石灰岩含水层沟通一般水量不大。突水点的水量变化一般是开始较大，后逐渐减小。太原组石灰岩与10煤层间距一般大于50 m，在正常情况下不会发生底鼓突水，若遇构造或岩溶陷落柱，使煤层与太灰以至奥灰对口或间距缩短，太灰水有可能对矿坑产生直接充水。综上所述，淮北煤田是被新生界松散层所覆盖的全隐伏型煤田。整个煤田是以空隙水和裂隙水为主要充水水源的矿床，在正常情况下，水文地质条件大多属于简单或简单-中等，但局部地段太灰、奥灰有可能大量突水的时候，个别矿井水文地质条件也可为复杂类型。5）主要充水含水层影响祁南矿采掘生产的主要充水含水层有新生界松散层第四含水层、煤系砂岩裂隙含水层和太原组灰岩含水层及奥陶系灰岩含水层。新生界松散层第四含水层底板埋深190.0403.75 m，含水层厚度033.80 m，平均10.1 m。在本矿西北部砾岩分布区，砾岩的厚度为3.0928.80 m，平均16.53 m。在井田的西部和南部边沿地段，由于受暂时性洪水搬运，形成洪积、坡积物。岩性为砾石、粘土质砾石，粘土夹砾岩及粘土质砂等。砾岩溶隙、洞穴发育，矿内砾岩分布面积3km2，砾岩一般导水性强，含水性丰富。在中部和东南部四含顶部多为灰白色泥岩和钙质粘土。中下部以粘土、砂质粘土或粘土质砂为主，含有较多的钙质团块及铁锰质结核，局部地段的底部含有少量的粘土质砾岩或粘土夹砾岩，该地段四含部发育。井田东北部的阎家浅山地段，新生界厚度最小，三隔与基岩直接接触，四含缺失。综上所述，四含厚度变化不大，界面形态波状起伏，岩性各不相同，赋水性强弱差异较大，四含大部分地段属弱含水层，水量较小，但砾岩分布区西部边界不清，矿内分布面积虽不大，但水量充沛，值得注意。北部砾岩区富水性较强。四含水可通过浅部裂隙带，断层破碎带和塌陷裂隙带进入矿坑，与煤系砂岩裂隙水有一定的水力联系，是浅部煤层开采的主要补给水源。正常地段在合理留设防水煤柱的情况下对矿坑无突水威胁，但要防止砾岩水直接进入矿井。煤系砂岩裂隙含水层煤系砂岩裂隙水是矿井的直接充水水源，由于砂岩裂隙发育不均一，一般富水性较弱，以静储量为主，补给量不足，故对矿井的安全生产威胁不大。灰岩岩溶裂隙含水层（段）太原组灰岩富水性不均一，其富水性强弱，取决于岩溶裂隙发育程度，其规律是浅部露头带岩溶裂隙发育，富水性较深部强，即使在同一深度，其岩溶裂隙的发育程度也具不均一性，但在一般情况下是14灰岩溶裂隙较发育，富水性较好，结合邻矿资料分析，矿内14灰总厚度0.4421.91 m，其中以第三。四层和第十二层灰岩最厚，三者厚度占全组灰岩总厚的50。由淮北各矿的生产实践得知，太灰岩溶裂隙水是开采10煤的矿坑充水的主要隐患之一，灰岩岩溶裂隙水能否突破10煤底板隔水层对矿坑突水，取决于太灰原始导高、水头压力、隔水层厚度、隔水层的抗压强度以及底板受构造、开采等因素影响与破坏程度。据经验：开采深度550 m时隔水层厚度小于48 m，开采-600 m深度时，隔水层厚度小于55 m，开采-700 m深度时，隔水层厚度小于60 m，开采-800 m深度时隔水层厚度小于65 m时，其突水系数Ts值均大于0.15 MPa/m，则突水可能性较大。随着开采水平的增加，10煤底板受到的水压就越大，突水可能性就越大，因此10煤回采时应及时对太灰水采取探水或降压措施，把太灰水Ts值降到临界突水系数以内，以确保开采10煤生产的安全。矿内没有揭露奥灰钻孔，据区域资料，该层段石灰岩溶裂隙发育，富水性强，但不均一，差异很大，一般情况下浅部露头带含水性较丰富，但在正常情况下，奥灰远离主采煤层，一般对煤矿开采无直接充水影响。综上太灰和奥灰岩溶裂隙发育不均，富水程度不一，但总体上讲，是富水含水层，正常情况下对煤层开采无直接充水影响，当遇断层使煤层与灰岩对口接触或其间距缩短或是遇封闭不良钻孔等情况，灰岩水有可能突入矿井。随着采掘的延深，灰岩的可能突水性大大增加，对灰岩可能突水地带，隔水层薄弱地带，开采10煤时采取疏水降压或底板加固等措施。6）断层的富水性和导水性根据井田精查勘探期间提供的钻孔资料结合生产揭露的地质情况分析，可将井田内发育的断层分为张扭性和压扭性两种类型，破碎带岩性较为混杂，主要以泥岩、粉砂岩及少量砂岩为主，局部夹炭质泥岩或煤，挤压和揉皱现象严重，巷道揭穿不同层位的断层破碎带基本未发生漏水现象。根据13-14、14勘探线剖面资料及1415、1416、1417钻孔资料分析，井田内F8正断层，落差090 m，破碎带宽度1.526.6 m，充填物以泥岩为主，含有少量砂岩碎块，断层两盘隐伏基岩面高差约40米，说明F8断层为新构造运动形成。精查时148孔对F8断层抽水试验：S 75.22m，q 0.0004l/s.m，k 0.000878m/d，矿化度0.401g/l，水质为HCO3.Cl.SO4-Na.Mg.Ca类型。矿井南部F9断层有5个钻孔控制，断层破碎带宽度0.46m，充填物主要为破碎泥岩，断层带上、下盘岩层裂隙也不发育，在钻进时钻孔冲洗液消耗量也不大，由补223孔对F9抽水试验，S 98.11m，q 5.110-5l/s.m，k 2.0810-4m/d，矿化度0.576g/l，水质为HCO3.SO4Na.Mg类型。从以上资料可以看出，出水量极小，其单位涌水量达到隔水岩层的标准。其水化学成份也与其它含水层不同，这说明断层与其它含水层水力联系不密切。综合评价矿井断层在一般情况下富水性较弱，导水性较差。但由于采掘比钻孔揭露的面积大，破坏程度高，打破了原来的地质、水文地质天然平衡条件，使某些断层导水性有所增强（采掘中大部分落差大于2 m的断层有淋水、滴水及渗水现象，少数断层有导水现象），若断层沟通了富水岩层，而隔水层厚度小且较破碎时，就有可能产生突水。预防断层的突水重点应放在石灰岩可能突水的部位，对新构造运动的断层也应引起足够的重视。7）矿井涌水量矿井充水水源主要是煤系砂岩裂隙水。根据矿井地质报告提供的资料分析，矿井一水平预计正常涌水量为420 m3/h，最大涌水量为501 m3/h；灰岩水突水量654 m3/h，新生界四含砾岩区突水量1133 m3/h。目前矿井二水平32下块段已生产，预计采区正常涌水量65 m3/h，最大涌水量98 m3/h，将其计入矿井正常涌水量，矿井正常涌水量应为485 m3/h，最大涌水量599 m3/h，灾变涌水量1139 m3/h（不计入四含砾岩区突水量）。目前矿井实测涌水量为150 m3/h左右。8）水文地质条件分类按照矿井水文地质规程中有关矿井水文地质条件分类标准，通过对本矿井水文地质条件综合分析，本矿井大部分地带为简单类型，砾岩区和灰岩易突水区为复杂类型，矿井水文地质条件综合评定为水文地质复杂型矿井。1.3 煤层特征1.3.1煤层群特征1）含煤情况本矿井含煤地层属二叠系下统山西组，下石盒子组和上石盒子组。含煤地层厚度约940m，含1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11等11个煤层（组），含煤30余层。可采或局部可采煤层有23、32、61、62、63、71、72、8、9、10煤层等10层，6层不稳定煤层，4层较稳定煤层。其中32、72、10三个煤层为矿井主要可采煤层。2）主要可采煤层特征32 煤层是主采煤层之一，厚度3.84.2 m，平均4.0 m，全区仅有1314 孔与补26 孔不可采（0.580.66），煤层结构较为复杂，具泥岩或炭质泥岩夹矸16层，以一层为主属较稳定煤层。72煤层:位于下石盒子组下部，是本矿井主要可采煤层之一。煤层厚度2.02.4 m，平均2.1 m。以厚煤层为主，结构较复杂，属较稳定煤层。10煤层:位于山西组中部，煤层厚度2.22.6 m，全区平均煤厚2.3m；在非岩浆侵入区煤层厚度05.26 m，平均2.50 m。以中厚煤层为主。10煤层为矿井主采煤层之一，由于受岩浆侵入影响，使其稳定性遭到破坏，为不稳定煤层。在非岩浆岩区，属较稳定煤层。煤层结构简单，在岩浆侵入区煤层结构变得复杂。各可采煤层的主要特征如表1-3。表1-3 可采煤层特征表序号煤层名称煤层厚度/m层间距/m倾角/(0)硬度容量稳定性最小最大平均132煤3.24.24.070.020.0110.4-0.91.4稳定272煤2.02.32.1110.4-0.71.4较稳定310煤2.22.52.3110.4-0.71.4较稳定1.3.2煤层的围岩性质主要煤层的顶底板特征：32煤层：顶板主要是泥岩，局部有粉砂岩，细砂岩；底板主要是泥岩，局部地带为粉砂岩、砂岩取代。顶板类型属于类。72煤层：顶板主要为泥岩，北部有中砂岩、粉砂岩分布，南部粉砂岩零星分布。底板主要为泥岩，局部相变为粉砂岩。10煤层：主要为砂岩、泥岩，局部为中砂岩。底板主要为粉砂岩。顶板类型为类。1.3.3煤的特征1）煤质灰分：矿井各煤层的精煤及原煤灰分产率由上至下有降低趋势，其中精煤基本上在9%。10煤层明显低于其它煤层，在67%左右；原煤灰分多在1525%之间，10煤层灰分相对较低，多为1015。32煤层夹矸较多，夹矸主要为泥岩，原煤灰分是在采样过程中去除夹矸后的灰分产率，若不除去32煤层的夹矸，商品煤灰分产率可达36%左右，比纯煤灰分产率高出约12%。硫分：矿井除32煤层外，其余各煤层原煤全硫含量均很低，属特低硫，尤以6、7煤组为最低，平均含量在0.40%以下。8、9、10煤层仅极个别见煤点含硫量1%。32煤层原煤全硫含量明显高于其它煤层，含量在0.543.82，平均1.31%。在平面上，低硫和特低硫占本煤层大部分，为72.56%。发热量（Q）：各煤层发热量由上至下逐渐增高，并随煤化程度增高而增高（天然焦除外）。属中等发热量煤，原煤发热量51007700卡/克，其中10煤层属中等高发热量煤，平均发热量达6700卡/克。挥发分:各煤层属中挥发分上限高挥发分下限，为27.8639.92%，纵向上有递减趋势。挥发分产率与煤层相对深度有良好的相关性。挥发分在横向上的变化，各煤层均显示出由北向南逐渐递减，32、72煤呈现较有规律的带状分布。10煤层沿岩浆岩侵蚀区边界，挥发分急剧变化，在非岩浆侵蚀区有南北分带现象，同时又显示出西高东低的趋势。2）煤层的工业牌号及其用途本矿井煤的工业牌号以1/3焦煤为主，次为气煤和肥煤，在岩浆侵入的62和10煤层，有少量高变质的天然焦和无烟煤。从各可采煤层煤类分布看，23、32煤层全部为气煤，61煤层为气煤和1/3焦煤，62、63、8、9煤层全部为1/3焦煤，71、72煤层以1/3焦煤为主，次为气煤和肥煤，10煤层除天然焦外为1/3焦煤和肥煤。3）煤的特征（1）瓦斯根据矿井生产揭露的煤层情况分析，矿井瓦斯含量以7煤组最高（其中72煤层压力达3.6 Mpa，为突出煤层），其次为8、9煤层，再其次为32煤层，其瓦斯压力较高为2.8 MPa，涌出量较大，有突出危险（一水平）。10煤瓦斯含量较低，在矿井瓦斯涌出量中所占比例较小。各煤层瓦斯含量赋存情况介绍如下：32煤层一水平瓦斯含量很低，0.44.49 ml/g，平均含量2.82 ml/g；第二水平瓦斯含量一般不超过8 ml/g，在矿井东部的次级向、背斜附近瓦斯富集，含量10 ml/g。10煤层受岩浆岩影响，瓦斯含量一般较低。一水平瓦斯含量为3.033.12 ml/g，个别点含量达8.80 ml/g，存在局部富集现象；二水平为1.388.28 ml/g，富集区沿次级向、背斜轴向展布。（2）煤尘爆炸性除天然焦外，矿井各煤层挥发分产率30%，火焰长度大多50400 mm，各煤层均有爆炸性危险。试验中一般需要通入5075%的岩粉方能抑制爆炸。（3）煤的自燃性矿井地质报告以还原样与氧化样着火点温度之差T，评价煤的自燃发火等级。32、72煤层属极易自燃不自燃发火煤层；61、62、8、10煤层属易自燃不自燃发火煤层；23、63、71、9煤层属不易自燃不自燃发火煤层。（4）地温矿井属于以地温正常为背景的高温区。恒温带深度39 m，地温梯度2.6/100m。在-500 m以浅一般都低于31，为无热害区；-550-800 m，地温在3040之间，为12级热害区。（5）地压矿井在勘探及采掘生产过程中未进行过专门地压测试工作。但祁南煤矿属于淮北煤田宿县矿区，宿县矿区四周被大的断裂切割，东南西北方向分别为固镇-长丰断裂、光武-固镇断裂、丰涡断裂和宿北断裂，祁南矿则位于宿县矿区宿南向斜西翼南部的转折端，为一走向近似南北转至东西，向西凸出，倾向东至北的弧形单斜构造。地质构造变化如此大，预计受构造应力影响非常大，随着开采深度的增加，作用于采掘工程的顶压、侧压和底压会越来越大。2 井田境界和储量2.1 井田境界本井田境界为：北部以10勘探线与桃圆煤矿为界；东部以F22断层与皖北矿业集团祁东矿为界；井田深部边界也扩大到32煤层-900 mm水平地面投影线为界；浅部以10煤露头为界。井田走向长约7.8km，侧斜宽3.2 km，井田面积24.96km2。井田可采面积23.5 km2。2.2 矿井工业储量2.2.1储量计算方法为了便于生产矿井的利用，根据煤层倾角（25）及开采技术的要求储量计算的方法选用平面投影地质块段法。即在1：5000煤层底板等高线中，以等高线断层面及各类技术边界为界限，将煤层分为若干块段的面积，按块段的平均煤层煤厚，平均倾角，平均容重，计算各块段的储量，然后相加。公式：Q= S m D式中：Q计算块段的储量（t） S块段的面积（） M块段的平均煤厚（m）D块段的平均容重（t/m）2.2.2有关参数的确定1. 块段面积的确定采用几何法，即将形状简单的块段，划分成若干几何图形，然后求几何图形的面积，最后求其总和。2. 煤层厚度确定采用各测点观测值的算术平均值，对于有夹矸的煤层。夹矸的单层厚度不大于.m时，夹矸与煤层合并计算，当夹矸厚度大于0.05m时而小于煤层最低可采厚度时，煤层不作独立分层，当夹矸单层厚度等于或大于煤层最低可采厚度时，被夹矸分开的煤层作为独立煤层，分别计算储量。3. 容重的确定表2-1 各煤层密度一览表煤层233261626371728910QM1/3JMQM1/3JMFM密度1.421.401.421.421.401.431.401.401.371.411.402.2.3矿井的工业储量32煤的储量为：2.351074.01.4/cos11 =1.34108 t72煤的储量为：2.351072.11.4/cos11 =0.70108 t10煤的储量为：2.351072.31.4/cos11 =0.77108 t所以总的工业储量为： 2.351078.41.4/cos11 =2.81108 t2.3 矿井的可采储量2.3.1工业场地与风井场地的煤柱煤量要计算井田可采储量，首先要确定各种永久煤柱损失。永久煤柱一般是指保护工业广场和井筒的工业广场煤柱，井田境界和大断层两侧的井田境界煤柱和断层煤柱，以及保护地面建筑物、河流、铁路等而留设的保护煤柱等。煤层群开采时，应采用重复采动条件下的移动角值。受保护面积边界是由受保护建筑物和主要井筒的边界向外加上一部分备用量即维护带确定的。受保护建筑物边界一般不是直接以被保护建筑物的外边界为准，而是取平行于煤层走向或倾斜方向的与受保护建筑物外缘相连的直线所围成的面积，作为受保护建筑物的边界。工业广场面积的取值，依据设计井型大小按煤矿设计规范中煤矿工业广场占地指标所列数值的规定选取。表2-3-1 工业广场占地指标表井型（万吨/年） 指标（公顷/10万吨）400600 0.450.62403000.70.81201800.91.045901.21.3 （指标中中小井取大值，大井取小值）本矿井井型为150万吨/年，工业广场占地面积为： 1501010000115104 m2设计工业广场形状为长方形 长为400 m, 宽为375 m。围护带宽度为：20 m地面标高+24 m；表土层厚155 m；第一水平-550 m。计算煤柱中，松散层与基岩的移动角，根据芦岭和朱仙庄矿井实际使用的资料选用。移动角松散层45,基岩走向=75 ,倾向（上山=75下山=65）。工业广场三视图如图2.3.1。图2.3.1 工业广场煤柱损失示意图经计算工业广场煤柱梯形高为：1271.95m所以工业广场煤柱损失面积为： S1/2（1250.651451.95）1271.951.53106 m2则各煤层损失煤量为：32煤所留保护煤柱量为：1.531064.01.4cos11 =1.00107 t72煤所留保护煤柱量为：1.531062.11.4cos11 =0.53107 t10煤所留保护煤柱量为：1.531062.31.4cos11 =0.58107 t所以工业广场煤柱损失量为： 1.531068.41.4cos11 =2.1107 t2.3.2矿井边界煤柱煤量设计矿井边界每侧留有30m宽度，由底板等高线看出，本