刘桥二矿140MT新井设计

目 录 一般设计部分 1 矿区概述及井田地质特征 . 1 区概述 . 1 田地质特征 . 1 层特征 . 7 2 井田境界与储量 . 16 田境界 . 16 井储量计算 . 16 3 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限 . 21 井工作制度 . 21 井设计生产能力及服务年限 . 21 4 井田开拓 . 23 田开拓的基本问题 . 23 井基本巷道 . 32 5 准备方式 带区巷道布置 . 40 层地质特征 . 40 区巷道布置及生产系统 . 41 区车场选型设计 . 47 6 采煤方法 . 48 煤工艺方式 . 48 采巷道布置 . 64 7 井下运输 . 66 述 . 66 区运输设备选择 . 67 巷运输设备选 . 69 8 矿井提升 . 73 井提升概述 . 73 副井提升 . 73 9 矿井通风及安全 . 77 井地质、开拓、开采概况 . 77 井通风系统的确定 . 78 井风量计算 . 81 井阻力计算 . 89 择矿井通风设备 . 94 全灾害的预防措施 . 99 10 设计矿井基本技术经济指标 . 101 参考文献 . 103 专题设计部分 浅析大采高综采面矿压显现特征与控制 . 105 0 引言 . 105 1 国内外研究现状 . 107 采高综采技术现状 . 107 1. 2 大采高综采工作面矿压显现规律研究现状 . 108 2 大采高综采工作面矿压观测 . 111 2. 1 沙曲矿 24101 大采高综采工作面概况 . 111 4101 大采高综采工作面矿压观测方案 . 113 2. 3 24101 大采高综采工作面矿压显现规律 . 114 3 大采高综采工作面矿压显现特征分析 . 119 3. 1 沙曲矿大采高综采工作面矿压特征分析 . 119 家滩矿大采高综采工作面矿压特征分析 . 121 河矿大采高综采工作面矿压特征分析 . 123 4 大采高综采工作面煤岩组合力学模型及其控制 . 125 4. 1 大采高综采工作面煤岩组合力学模型的建立 . 125 采高综采工作面煤岩组合力学模型计算实例 . 129 结论 . 131 翻译部分 英文原文 . 135 中文译文 . 142 致 谢 . 148 一 般 部 分 中国矿业大学 2009 届本科生 毕业设计 第 1 页 1 矿区概述及井田地质特征 区概述 区地理位置 刘桥二矿位于安徽省淮北 市濉溪县刘桥镇境内。西以省界与河南省永城市毗邻，东距濉溪县约 10北距淮北市约 13地理坐标为： 东经： 11637 3011641 15 北纬： 3354 303358 00 矿井东 东南浅部以土楼断层和刘桥一矿为界，西 西北以省界与河南省永城市的新庄煤矿相接。 矿井交通十分方便，濉溪县至永城市公路从矿 区通过，可直接接通河南省和安徽省内公路网。矿井铁 路专用线经濉溪站转接京沪、陇海和京九三大干线通往全国各地，交通极为便 利，如图 1示。 区气候条件 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。据淮北市气象局 19802000年观测资料，年平均气温 最高气温 1988 年 7 月 8 日），最低气温 1988 年 12 月 16 日）。年平均降雨量 785量多集中在 7、 8月份。最大冻土深度 平均风速 s，最大风速达 20 m/s,主导风向东 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。 区的水文情况 本矿地处淮北平原中部。矿区内 地势平坦，地表自然标高 +30m+32m 左右，有自西北向东南倾斜趋势。基岩无出露，均为巨厚新生界松散层覆盖。 本区属淮河流域。区内有王引河、丁沟、任李沟、曹沟等小型沟渠自西北向东南经矿区后，再经沱河注入淮河。矿区内农用灌沟纵横，零星坐落这几个村庄。 地表下潜水丰富，一般居民生活用水及部分工业用水皆取于此。 田地质特征 矿井东 东南浅部以土楼断层和刘桥一矿为界，西 西北以省界与河南省永城市的新庄煤矿相接。 井田走向长度为 均走向长度为 斜宽为 均为 均倾角为 ，平面积为 方公里。 中国矿业大学 2009 届本科生 毕业设计 第 2 页 图 1桥二矿交通位置示意图 安徽省苏徐州市淮北市萧县河南省永城市宿州市濉溪青龙山沱河中国矿业大学 2009 届本科生 毕业设计 第 3 页 系地层 刘桥二矿属于淮北煤田濉肖矿区，位于淮北煤田中西部，在地层区划分上属于华北地层区鲁西地层分区徐宿小区。本区地层出露甚少，多为第四系冲、洪积 平原覆盖。 矿井范围内无基岩出露，均为新生界松散层所覆盖，经钻孔揭露地层有奥陶系（ ）、石炭系（ ）、二叠系（ P）、第三（ N）和第四系（ Q），地层厚度大于 1500m，见图 1老至新概 述如下： （ 1）奥陶系（ O） 奥陶系中、下统老虎山组 马家沟组（ 层厚度 性为浅灰色厚层状的石灰岩，质纯、性脆、微晶结构，局部含白云质，高角度裂隙发育。 （ 2）石炭系（ C） 地层厚度 本溪组和太原组。 1）中统本溪组（ 地层厚度 性以浅灰色到暗红色的杂色含铝泥岩为主，夹有少量的泥质灰岩。含铝泥岩为中厚层状，含有铁质结核及菱铁鲕粒。与下伏奥陶系地层呈假整合接触。 2）上统太原组（ 地层厚度 性以深灰色的泥 岩、粉砂岩及灰色的砂岩为主，灰到深灰色的石灰岩次之，夹少量的薄煤层。泥岩、粉砂岩中多见有炭屑或植物化石碎片 。下伏本溪组地层呈整合接触。 （ 3）二叠系（ P） 1）下统山西组（ 下部以太原组顶部一灰之顶为界，上界为铝质泥岩之底。均 性由砂岩、粉砂岩、泥岩和煤层组成。含 2个煤层（组），其中 6 煤层为本矿井主要可采煤层之一。 2）下统下石盒子组（ 下界为 4 煤层下铝质泥岩底界面，上界为 岩底界面，均 性由砂岩、粉砂岩、泥岩、铝质泥岩和煤层组成，为本矿井主要含煤段。含 4 个煤层（组），除 3 煤层为局部可采煤层、4 煤层为矿井主要可采煤层外，其余均为不可采煤层。与下伏地层呈整合接触 。 3）上统上石盒子组（ 下界为 岩之底，未见上界，最大厚度约为 性由砂岩、粉砂岩和泥岩组成，自下而上 ,泥岩、粉砂岩颜色变杂，紫色绿色增多。含 3 个煤层（组），均不可采。与下伏地层呈整合接触。 （ 4）上第三系（ N） 总厚 均厚度 整合于二迭系地层之上。 中国矿业大学 2009 届本科生 毕业设计 第 4 页 x 5 0 0层厚（ ）状 、 性脆 、 微晶结构、 纯质 ，高角度裂隙发育。浅灰色到暗红色 、 中厚层状 、 含有铁质结核上统 太 原 组泥岩、粉砂岩 、 砂岩 灰到 、 深灰色 、 砂岩、泥岩砂岩、粉砂岩、泥岩泥岩和粉砂岩6 号煤灰黑黑色 、 条带状 、 层状结构 、 粉砂岩 、 砂岩浅灰色到暗红色 、 中厚层状 、 含有铁质结核泥岩 、 砂岩灰到 、 深灰色 、 炭屑或植物化石碎片4 号煤砂岩上统 S 砂岩泥岩、粉砂岩泥岩 、 粉砂岩 、 砂岩泥岩 、 粉砂岩 、 砂岩颜色变杂，紫色绿色增多颜色变杂，紫色绿色增多颜色变杂，紫色绿色增多颜色变杂， 薄层砂中砂 、 细砂 及少量粗砂粘土 、 砂质粘土灰绿色、灰白色 ， 粘土可塑性强灰白色、浅黄色 ， 砂层结构松散棕黄色、灰绿色 ， 顶部富含钙质铁锰结核第四系 - 粘土、 砂质粘土粘土、砂质粘土细砂、粉砂、粘土质砂浅黄色及浅灰绿色、灰白色棕黄色夹浅灰绿色 、 顶部含有钙质铁锰质结核褐黄色 、 含螺蛳、蚌壳化石，近地表为耕植土壤图 1合地质柱状图 中国矿业大学 2009 届本科生 毕业设计 第 5 页 （ 5）第四系（ Q） 1）更新统（ 总厚 均厚度 第三系呈假整合接触。 下部主要由浅黄色及浅灰绿色、灰白色细、中砂组成，其中夹 12 层粘土或砂质粘土；部主要由棕黄色夹浅灰绿色粘土、砂质粘土组成，夹 13 层砂或粘土质砂，顶部含有较多钙质或铁锰质结核。 2）全新统（ 厚度为 均厚度 以褐黄色细砂、粉砂、粘土质砂为主，夹粘土及砂质粘土，含螺蛳、蚌壳化石，近地表为耕植土壤，属现代河流泛滥相沉积。 文地质特征 本矿为第三、四系松散层覆盖下的裂隙充水矿床。根据含水层赋存介质特征自上而下划分为第三、四系松散层孔隙含水层（组），二叠系煤系砂岩裂隙含水层（段），太原组石灰岩岩溶裂隙含水层（段），奥陶系石灰岩岩溶裂隙含水层（段）。各含水层（组、段）之间又分布有相应的隔水层（组、段），因此各含水层（组、段）自然状态下补给、迳流、排泄条件显著不同，从而在水化学特征上也存在明显的差别。 根据钻探及测井、抽（注）水试验、简易水文观测、水文长观孔及巷道、工作面实际揭露的水文地质资料，对本矿主要含水层水文地质特 征叙述如下： （ 1）新生界松散层含、隔水层（组） 1）第一含水层（组） 一般自地表垂深 35m 起，底板埋深 均 33m。含水层主要由浅黄色粉砂、粘土质砂及细砂组成，夹薄层砂质粘土，局部含有砂礓块。含水砂层厚度为 均 22m。 2）第一隔水层（组） 底板埋深 均深度 72m，由棕黄色夹浅灰绿色斑块的粘土及砂质粘土组成，其中夹 25 层砂或粘土质砂。粘土类两极厚度 均厚度 土塑性指数为 土类质纯致密，可塑性较强。该层（组）分布稳定，隔水性能较好，能阻隔其上、下的含水层的水力联系。 3）第二含水层（组） 底板埋深 均埋深 88m，由浅黄色及浅灰色绿色、灰白色细、中砂夹 14 层粘土或砂质粘土组成。含水砂层厚 层分布不稳定，厚度变化大，局部地段仅有相应的层位，无明显的 中国矿业大学 2009 届本科生 毕业设计 第 6 页 含水砂层存在，由于含水砂层发育分布不均，富水性也相对强弱不一。 4）第二隔水层（组） 底板埋深 均埋深 105m，隔水层厚度 性以棕黄色、浅灰绿色的粘土或砂质粘土为主，部分夹 13 层砂或粘土质砂，呈透镜状分布。 5）第三含水层（组） 底板埋深 均 138m。岩性以灰白色、浅黄色细砂、中砂及少量粗砂为主，夹 13 层粘土或砂质粘土。含水砂层分布不稳定，两极厚度 均厚度 6）第三隔水层（组） 本层（组）底部深度 不整合于二迭系之上，主要由灰绿色、浅黄色粘土及砂质粘土夹 13 层砂层组成，偶夹钙质及铁锰质结核。隔水层两极厚度 037m，平均厚度 土层可塑性好，膨胀性强，塑性指数 水性良好。本矿内三隔在大部分地带均能起到较好的隔水作用，使三含之水不能成为矿井的直接充水水源。 （ 2）二叠系煤系含、隔水层（段） 1）五含上隔水层（段） 除部分地段该层位缺失外，厚度为 68般大于 100m，岩性为泥岩、粉砂岩、砂岩相互交替，以泥岩、粉砂岩为主，砂岩裂隙不发育，穿过该层段的钻孔冲洗液只有 0203少数孔发生漏失现象，说明该层段的隔水性能较好。 2）第五含水层（段）（ 岩裂隙含水层 ） 岩性主要由灰白色中、粗砂岩组成，厚约 30m，岩体刚性强，是岩层受力区构造破裂极为发育的介质条件。该层段厚度大，分布稳定，垂直裂隙发育。在钻探过程中曾多次发生涌漏水现象，有些孔漏失严重，据主检孔抽水试验资料，平均 q=K=d，水位标高 +化学类型为 a. 型，矿化度为 。 3） 岩下隔水层（段） 主要由泥岩、粉砂岩夹少量砂岩组成，除少数孔缺失该层段外，厚度为5085m，穿过该层位的钻孔只有个别钻孔冲洗液发生漏失现象，说 明该层（段）的隔水性是好的。 4）第六含水层（段）（区域 5 煤上下砂岩裂隙含水层） 六含主要由 13 层灰白色中、细粒砂岩夹泥岩或粉砂岩组成。砂岩厚度330m，一般厚度 15m 左右，其岩性致密，坚硬，裂隙发育，据风检和副检孔 中国矿业大学 2009 届本科生 毕业设计 第 7 页 抽水试验资料，平均 q=K=d，水化学类型为 型，矿化度为 。 以上资料说明，六含砂岩裂隙发育不均一，局部裂隙发育好，富水性中等。 5） 4 煤上隔水层（段） 此层（段）间距 3381m，主要由泥岩、粉砂岩夹 12 层砂岩组成，岩性致密完整，裂隙不发育，只有个别孔出现冲洗液漏失现象，此层（段）隔水性能较好。 6） 4 煤上、下砂岩裂隙含水层 岩性以灰白色中、细粒砂岩为主，夹泥岩、粉砂岩。均 表 5107。七含在本矿中部和 9 线以北砂岩厚度较大，含水性相对较强。据钻孔抽水试验资料 q=d，富水性弱。水化学类型为 型，。以上 资料表明该含水层富水性较好，但含水性、导水性很不均一，局部较强。其地下水处于封闭 半封闭环境，以储存量为主。是开采 4 煤层的直接充水水源。 7） 4 煤下铝质泥岩隔水层 (段 ) 此层段厚度为 2065m。一般厚度为 25m 左右，岩性以铝质泥岩为主，局部夹薄层砂岩，该铝质泥岩为浅灰 灰白色，含紫色花斑，性脆含较多菱铁鲕粒，岩性特征明显，层位、厚度稳定，是中、下部煤组的分界。其岩性致密，隔水性能较好。 8） 6 煤上下砂岩裂隙含水层 该含水层砂岩厚度 均 右。岩性以灰白色中、细砂岩为主，夹 灰色粉砂岩及泥岩。砂岩裂隙发育不均，局部多发育垂直裂隙。 6煤上砂岩在 14 勘探线以北厚度较大，含水较丰富。在勘探施工时，曾发生多次冲洗液消耗量大或漏失现象。据 12抽水试验， q=d，水化学类型为 型，矿化度为 。据 2005 年04 17）钻孔流量测井资料，八含水位标高为 K=d。 6煤上下砂岩裂隙含水层流量测井资料。 6 煤上下砂岩裂隙含水层是开采 6 煤层时矿井直接充水含水层。 本矿井最大涌水量 为 ，正常涌水量为 。 层特征 采煤层 本矿井可采煤层有 4、 6 两个个煤层，其煤层特征见表 1 中国矿业大学 2009 届本科生 毕业设计 第 8 页 （ 1） 4 煤层 位于下石盒子组下部 ,上距 3 煤层 0均 距分界铝质泥岩 24均 层结构简单，无夹矸。煤层厚 0中厚煤层。可采性指数 变异系数 39%，采面积占 属较稳定煤层。煤层顶板以泥岩为主，粉砂岩次之，中部为少量砂岩； 底板以泥岩为主，次为粉砂岩。 （ 2） 6 煤层 位于山西组中部，上距铝质泥岩 3970m，平均 距太原组第一层灰岩 5m，平均 层结构简单，以单一煤层为主，局部含一层泥岩夹矸。以中厚 厚煤层为主，煤层厚度 均 变异系数 26%，可采区内平均厚度为 采面积 属较稳定煤层。在矿井的东北部具岩浆岩侵区和冲刷区，煤层顶板以泥岩为主，粉砂岩次之，少量砂岩，底板多为泥岩和粉砂岩。 综上所述， 4、 6 煤层为全区可采，结构较简 单的较稳定中厚煤层 ,下面的设计只针对这两层煤。 表 1采煤层特征表 煤层 层间距 /m 厚度 / m 变异系数1% 稳定 类型 顶、底板 主要岩性 最大 最小 平均 最大 最小 平均 4 09 较稳定 顶板 多为泥岩， 底板 多为泥岩及粉砂岩 6 6 较稳定 顶板 多为泥岩及砂岩， 底板 多为泥岩及粉砂岩 的特征 煤的物理性质见表 1 表 1煤层物理性质统计表 特 煤层 征 性 质 4 6 颜 色 灰黑 黑色 灰黑 黑色 条 痕 黑、棕黑 灰黑、棕黑 光 泽 弱玻璃 玻璃 玻璃 中国矿业大学 2009 届本科生 毕业设计 第 9 页 结 构 条带状、线理状 条带状、线理状 构 造 层状 层状 块 度 粉末、碎块 碎块 内生裂隙 发育 较发育 视 密 度 口 参差状、阶梯状 参差状、阶梯状 煤岩特征特征见表 1 表 1煤层宏观煤岩特征表 煤层 特征 特征 类别 4 6 组 分 亮暗煤为主 亮煤为主，暗煤次之 类 型 半暗 半亮煤 半亮煤 煤的化学性质 （ 1）挥发分（ 本矿井各煤层均属低挥发分煤。 4、 6 煤层的挥发分产率见表 1 1煤层挥发分产率统计 贫煤挥发分一般在 10%15%之间，无烟煤挥发分一般在 8%10%之间。本矿井各煤层挥发分产率与煤层相对深度有一定的相关性。在纵向上由浅到深，挥发分产率逐渐减小；在平面上，沿走向自东向西有逐渐减小的趋势。 本矿井挥发分产率总体较低，与淮北煤田大部分矿井相比较 ，显示出较高异常，说明本区在接受深成变质的同时，还受到岩浆热力变质作用。 （ 2）有害组分 含 煤 量 层 煤样 4 6 两 极 值 平均值 (点 ) 两 极 值 平均值 (点 ) 原 煤 8) 2) 精 煤 0) 2) 中国矿业大学 2009 届本科生 毕业设计 第 10 页 各煤层的有害组分见表 1 1）水分（ 各可采煤层原煤水分平均在 间，（ 2）、灰分（ 1 灰分产率 根据矿井各煤层的回采煤样灰分测试（表 1 4 煤层的回采煤样原煤平均灰分高于可采煤样灰分 右， 6 煤层的回采煤样原煤平均灰分约高出可采煤样灰分 右，说明 4 煤层及顶底板结构遭受构造破坏，增加顶板管理难度，在采掘过程中有滑脱夹矸或顶底板岩 石在采煤时混入煤内，增加了开采灰分。 表 1害组分统计表 煤层 含量 项目 4 6 两 极 值 平均值 (点数 ) 两 极 值 平均值 (点数 ) ) 原煤 7) 4) 精煤 0) 2) ) 原煤 3) 4) 精煤 8) 0) ) 原煤 6) 3) ) 原煤 1) ) 精煤 4) 1) 原煤 无测定 ) 2 灰成分及灰熔点 各煤层灰成分分析见表 1 中国矿业大学 2009 届本科生 毕业设计 第 11 页 表 1采煤样原煤灰分统计表 空气干燥水 灰 分 分 最大值（ %） 小值（ %） 均值（ %） 品数（点） 45 45 45 6 最大值（ %） 小值（ %） 均值（ %） 品数（点） 40 40 40 表 1成份统计表 煤层 项目 4 6 两极值 平均值 (点数 ) 两极值 平均值 (点数 ) 灰 成 份 分 析 % 5) 8) 5) 8) 5) 8) 5) 8) 5) 8) 5) 8) 5) 8) 成 分 含 量 煤 层 中国矿业大学 2009 届本科生 毕业设计 第 12 页 煤 灰 熔 融 性 2801500 (17) 13001490 (15) 3001500 (14) 13301500 (15) 3401500 (9) 13401500 (15) 各煤层的灰分组成基本相同，主要为酸性化合物，其中以 主，少量 性化合物中以 主，少量 4 煤层 均含量为 6 煤层 可见 6 煤层的 酸性化合物低于 4 煤层。煤灰成分组成的差异，表明煤层（组）成煤古地理环境不同。反映了在煤系地层形成和演变过程中，含煤沉积由海陆交互相逐渐演变为陆相的特点。 从测试结果，各煤层煤灰熔点均属高熔 难熔。 3 硫分（ 各可采煤层原煤全硫含量平均为 间，属低硫煤，显示出淡水泥炭沼泽成煤特征。标准差一般小于 变化小。 各煤层中的硫含量较低时，硫分以有机硫为主，所以，在精煤中测定的全硫含量接近原煤，表明在洗选过程中，脱硫效果较差。 4 磷（ 各煤层原煤的磷含量在 间，精煤磷含量 属特低磷煤。 5 氯、三氧化二砷和氟（ F） 各煤层含量均很低，对煤的工业利用没有影响或影响甚微。 （ 3）元素分析 各煤层煤的元素分析成果统计见表 1 通过对各煤层的氢碳原子比和氧碳原子比进行计算统计，在克瑞威伦煤带图上，本矿的煤位于无烟煤区。 表 1素分析统计表 煤 层 ) ) ) H/C(%) O/C(%) ) (O+S) 两极值 平均值 两极值 平均值 两极值 平均值 两极值 平均值 两极值 平均值 两极值 平均值 两极值 平均值 中国矿业大学 2009 届本科生 毕业设计 第 13 页 4 8) 8) 3) 8 8) 1) 6 7) 8) 4) 6 7) 2) （ 4）煤的工艺性能 1）粘结性和结焦性 本矿井各煤层 G 值及 Y 值较低（表 1多为高变质的贫煤、无烟煤。其粘结性和结焦性很低，甚至不具粘结性及结焦性。 表 1层粘结性指标统计表 煤层指标 3 4 6 %） 2) 8) y（ (27) 0(37) 2）燃烧性 1 发热量 各煤层发热量情况见表 1过换算， 4、 6 煤层的干燥基高位发热量分别为： J/J/此可见： 3 煤层、 4 煤层和 6 煤层均为高热值煤。 表 1各 煤 层 发 热 量 情 况 统 计 煤 层 极 值 平均值 (点数 ) 两 极 值 平均值 (点数 ) 两 极 值 平均值 (点数 ) 4 9) 2) 6) 6 0) 8) 0) 商品煤 2 熔渣性和结污性 本矿各煤层的灰渣属酸性，碱酸比平均在 间， 6 煤层较 4 煤层 中国矿业大学 2009 届本科生 毕业设计 第 14 页 偏高，但熔渣、结污指数均 煤层均为低熔渣、低结污、高熔灰煤，对锅炉炉壁和对流管道危害很小，宜采用固态排渣（见表 1 表 1渣特征一览表 煤层 酸性物质量 （ %） 碱性物质量 （ %） 碱酸比 铁钙比 硅铝比 结渣 指数 结污 指数 4 5) 5) 8) 8) 3 燃料比 各可采煤层煤的固定碳含量在 6875%之间， 6 煤相比较 4 煤含量偏高。燃料比一般大于 6，如以日本动 力用煤对其评价，均属优质燃料煤。 3）可磨性（ 煤对 应测定见表 1表中可见，反应温度和还原率成正比，温度愈高， 大。当温度达 950以上时， 6 煤对 反应性比 4 煤好，贫煤比无烟煤反应性好。 6 煤活性之所以比 4 煤好，在于 6 煤层的煤的灰成分中， 量较 4 煤层高（ 10%），因为 较强的催化作用。 总之，在标准温度下（ 950），贫煤活性比无烟煤好，但各煤层均属反应性较好煤层。如要使 60%，必须升高炉温至 1000以上。 表 1 及焦碳对二氧化碳化学反映性成果 1(%) 4 Y 其它有益矿产 （ 1）微量元素 煤中微量元素种类繁多，但大多含量甚微，没有明显富集