阳煤集团寺家庄公司400万吨井型设计-专题煤与瓦斯突出的现状及分析

专 业： 设计题目： 阳煤集团寺家庄公司 400 万吨井型设计 专 题： 煤与瓦斯突出的 现状及分析 摘 要 本设计包括三个部分：一般部分、专题部分和翻译部分。 一般部分为 寺家庄 矿 400 万 t 新井设计。 寺家庄矿位于 昔阳县境内 ，地理位置优越，交通便利， 本井田基本呈一单斜构造，构造复杂程度中等。井田走向为西北，向西南倾斜， 地层比较平缓，倾角一般为 5 10。本井田内共含煤 18 层，自上而下可采及局部可采煤层有 6、 81、 84、 9 及 15号煤层，总厚度达 中 15 号煤全区稳定可采，为主要可采煤层，也是首采煤层，最大厚度 均厚度 井田工业储量为 井可采储量 井服务年限为75 年 ， 矿井 最大涌水量为 350m3/h。矿井瓦斯涌出量较 大 ，为 高 瓦斯矿井。 井田 为单水平开拓，水平标高为 510， 矿井采用 斜立综合开拓方案 。 为了节省初期井巷工程量，减少投资，投产盘区集中布置在风井的南 北两翼，通风线路短，能够满足通风要求，初期形成中央并列式通风系统。矿井生产后期，随着通风线路加长，中央并列式通风系统不能满足要求，采取分区式通风系统。设计采用抽出式通风方式。 矿井年工作日为 330d，工作制度为 “三 制。 一般部分共包括 10 章： 务年限 ； 巷道布置 ； 本 技术经济指标。 of is ,000,000 is is is a to is 108, to , 81, 84, 9 5 5 is of of 5 of 40 m3 of 50 m3 be at 10 m, up to in to be to to is in It 30d/a. of of of of of 6. in 7. of of 9. of 目 录 1 矿区概述及井田地质特征 . 0 1 1矿区概况 . 1 1 1 1 矿区交通、地理位置 . 1 1 1 2 矿区地形特点 . 2 1 1 3 矿区居民点及工、农业情况 . 2 1 1 4 矿区内煤矿分布 . 2 1 1 5 矿区建设及生产原料和建筑材料供应情况 . 2 1 1 6 矿区电力供应 . 2 1 1 7 矿区气候条件 . 3 1 1 8 矿区水文情况 . 3 1 2井田地质特征 . 4 1 2 1 井田的勘探程度 . 4 1 2 2 井田煤系地层概述 . 4 1 2 3 井田地质构造 . 4 1 2 4 井田水文地质特征 . 8 1 2 5 井下岩层地温特性 . 9 1 3煤层特征 . 9 1 3 1 煤层埋藏条件 . 9 1 3 2 煤层特征及围岩性质 . 9 1 3 3 煤的特征 . 10 . 10 2 井田境界和储量 . 13 2 1井田境界 . 13 2 1 1 井田范围 . 13 田尺寸 . 13 . 13 井工业储量 . 14 孔 . 14 层可采厚度 . 15 算 . 15 井可采储量 . 15 . 15 . 16 . 17 3 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限 . 19 . 19 . 19 定依据 . 19 . 19 . 19 型校核 . 20 4 井田开拓 . 21 . 21 定井筒形式、数目、位置及坐标地 . 21 业场地的位置 . 21 采水平的确定及盘区划分 . 22 要开拓巷道 . 22 . 22 . 23 . 29 4 2矿井基本巷道 . 31 . 31 . 38 5 准备方式 盘区巷道布置 . 54 5 1煤层的地质特征 . 54 5 2盘区巷道布置及生产系统 . 54 . 54 . 55 . 55 . 55 . 55 . 58 . 58 区车场选型设计 . 59 6 采煤方法 . 60 6 1采煤工艺方式 . 60 . 60 定采煤工艺方式 . 60 采工作面破煤、装煤 . 61 . 65 . 66 头支护及超前支护方式 . 68 作面吨煤成本 . 71 . 73 . 76 . 76 7 井下运输 . 78 述 . 78 . 78 层及煤质 . 78 区运输设备选择 . 80 备选型原则 . 80 及能力验算 . 80 巷运输设备选择 . 82 . 82 . 83 8 矿井提升 . 85 井提升概述 . 85 副井提升 . 85 . 85 . 86 9 矿井通风急安全 . 89 9 1矿区通风系统选择 . 89 . 89 . 89 . 92 . 92 . 92 区及全矿所需风量 . 93 . 93 . 95 进工作面需风量 . 95 . 97 . 97 井总风量 . 97 矿通风阻力计算 . 99 矿井通风阻力 . 99 井最大阻力路线 . 100 易和困难时期阻力计算 . 104 . 107 止特殊灾害的安全措施 . 111 10 设计矿井技术经济指标 . 114 专题部分 . 116 煤与瓦斯突出的 现状及分析 . 116 摘 要 . 116 第一章 概况 . 117 第二章 煤与瓦斯突出的规律 . 117 第三章 煤与瓦斯突出得预测 . 121 第一节 突出危险区域预测 . 121 第二节工作面突出危险性预测 . 123 第三节 突出强度预测 . 129 第四章 煤与瓦斯突出防治原则和分类 . 133 第一节 制定防突措施的原则 . 133 第二节 防突措施的分类 . 134 中文译文 . 153 参考文献 . 157 致 谢 . 159 一 般 部 分中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计（论文） 第 1 页 1 矿 区概述及井田地质特征 1 1 矿区概况 1 1 1矿区 交通、 地理位置 寺家庄矿井隶属阳泉煤业（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 7阳县城距阳泉市约 30 本区铁路交通条件优越，石太铁路沿桃河经过阳泉矿区，石太线为阳泉矿区煤炭外运的主要干线，经电气化改造和完善自动闭塞后，年运输能力可达 70太线上白羊墅站为机械化驼峰编组站，最大日解体能力 3000车。另外，阳涉铁路通过本区，该线已全部建成通车，采用内燃机车牵引，并预留电力牵引条件，该线最大年输送能力为 17阳煤 集团部分煤炭分流创造了有利条件，可直接为该矿的建设和煤炭的外运服务，本矿井铁路专用线在阳涉铁路昔阳站接轨，目前就接轨事宜已达成初步协议。本区公路交通便利，阳泉至黎城的二级公路通过本区，公路以昔阳县城区为枢纽，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， 97%以上的村庄可通汽车。 见图 井田交通位置 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计（论文） 第 2 页 1 1 2矿区地形特点 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 +低点在巴洲乡附近，标高 +863m，高低相差750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矿区居民点及工、农业情况 山西省昔阳县经过 2001年行政区划调整为 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 农作物总播 种面积为 410685 亩，其中粮食作物以小麦、玉米、谷子、高梁、大豆、薯类及杂粮为主，播种面 积 389049亩；经济作物以棉花、油料作物为主，播种面积 10512 亩；除此之外还有蔬菜及瓜果类播种面积10963 亩。全县果园面积 19666 亩，以苹果、梨、柿子、红枣、葡萄为主。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 4矿区内煤矿分布 矿井邻近的地方煤矿有：黄岩汇、坪上、运裕、张庄镇联营、麻汇、白杨岭、白村、毛家沟、阳胜等煤矿。黄岩汇煤矿为地方国有，运裕、坪上煤矿为有限责任公 司，其它为乡、镇办及乡镇联营煤矿。其中毛家沟及白村煤矿在矿井井田 的北部边界内。 1 1 5矿区建设及生产原料和建筑材料供应情况 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，除矿务局企业处所属厂（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 6矿区电力供应 矿井的供电电源初步设计暂按矿井电 源分别取自昔阳 11020电电压等级 110行。由于电源变电站距本矿较远，且变电站施工周期比较长，必须考虑矿井建设期间的施工电源引接方式。本矿附近有地方小煤矿多处，矿井建设初期的施工电源可就近由地方小煤矿引来，但矿井井下全面施工后，所需电力负 荷将大幅度增加，此时应投入矿井中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计（论文） 第 3 页 变电站作为施工电源。 1 1 7矿区气候条件 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。根据 1958 1983 年的气象资料，最高气温 最低气温 年平均气温 最大年降雨量为 1963 年），最小年降雨量 1972年），年平均降雨量为 601雨量年内差异较大，主要集中在 7、 8、 9 三个月，约占全年降雨量的 67%。发量大于降雨量 3 倍多。主导风向为西风，s，最大风速 20m/s。区内冻结期一般始于每年 10月下旬，终于次年 4月，冻土最大深度为 75年日照数平均为 1 1 8矿区水文情况 昔 阳县大部面积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。现分述如下： 松溪河： 发源于和顺县窑上村附近，经昔阳县的杨家坡村南入境，向北经县城东侧，东流至水磨头村，再经井陉、平山县汇入滹沱河，域面积 河受水面积大，河床宽，杜庄至县城一带宽达 500 800m。一般流量为 1 3m3/s，最大洪峰流量达 1200m3/s（ 1963年 8月流经昔阳县城一段），年平均径流量 s。 安坪河（城北河）： 该河为松溪河支流， 发源于崇家岭奶头山，自西向东在县城东汇入干流，全长 域面积 平均径流量 s。 巴洲河（城西河）： 发源于闹岭庄附近，自西向东在县城北关处汇入安坪河，全长 域面积 平均径流量 s。 洪水河（城南河）： 发源于闰家沟，自西南流向东北，在洪水村东汇入松溪河，全长 14域面积 平均径流量 s。 在河流上游建有多座水库，其中以下秦山水库、郭庄水库较大，秦山水库位于井田中部，现为昔阳县城居民生活用水 水源。 矿区水源供应：根据精查地质报告及相关资料，本区奥灰岩溶水，其水量丰富、可靠，水质好，本矿井取奥灰岩溶水作为主供水水源，设计在工业场地内打深井三眼。另外，地面设井下水处理站，井下水排至地面处理后，中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计（论文） 第 4 页 一部分作为井下消防洒水，一部分用于选煤厂。 全县大部分河流均为季节性河流。 1 2 井田地质特征 1 2 1井田的勘探程度 1980 年至 1983 年山西 一四八煤田地质勘探队，对马郡头勘探区及李家沟勘探区进行了精查地质勘探工作，分别于 1981年 12月及 1983年 12月提出两个勘探区的精查地质报告并已审查批准，两勘探 区共完成钻孔 579个，进尺约 探类型二类一型二型，勘探程度基本满足规范要求，可以作为矿井设计的依据。 2005年 4 月中国煤炭地质总局一一九队在前两个精查地质报告的基础上合并汇编后提出了寺家庄煤矿井田地质报告，该报告对地质构造、水文地质条件重新进行了分析，对储量重新进行了计算。 存在问题及建议： 1）对瓦斯、煤尘及自然发火等开采条件方面的工作尚有欠缺，应提前进行瓦斯、煤尘爆炸危险性及煤层自然发火的鉴定工作。 2）进一步查明奥灰水位标高，进行水文地质补勘。 3）根据地质报告，一般情况下 断层及陷落柱不导水，但也要引起足够的重视，在其附近开采时要注意探测。 4）对首采区进行三维地震补勘，进一步探明陷落柱及其它构造，为下一步设计提供可靠的依据。 5）井田深部（即西部）钻孔少、储量级别低，要提前进行钻探补勘。 1 2 2井田煤系地层概述 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（平均厚约 60m），含煤地层总厚 含煤 18 层，煤层总厚 煤系数约 8%左右。石炭系上统太原组厚 均厚约 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 4层，为本区中演含煤地层。按其岩性、岩相特征分为上、下两段，其中下段自 4 灰岩顶，厚 80 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 7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， 81、 84、 9号煤 部分 具有开采价值。 1 2 3井田地质构造 1、褶曲 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计（论文） 第 5 页 区内褶曲发育，轴向主要为近南北向及北东向两组，其次有北西向 及东西向。南北向的一组褶曲主要分布于中、东部，构成本区的基本构造形态。主要特征为排列紧密，间距约 1000m，两翼不对称，向斜东翼较陡，倾角可达 23 ,西翼较缓，倾角一般为 10左右；背斜轴部开阔，产状平缓。北东向的一组褶曲，主要分布于勘探区的西北及东南，主要特征为排列较疏，间距约 1500m，两翼多不对称，南东翼较陡，北西翼较缓。 附主要褶曲特征表 主要褶曲特征表 序 褶曲名称 褶曲方向 产状 延伸长度 （ m） 备注 W E 1 蒙家峪向斜 7 5 7 1100 李家沟区 2 野峪背斜 11 4 14 5000 李家沟区 3 寺地向斜 16 6 20 6000 李家沟区 4 崇家岭背斜 E 4 5 6 16 800 李家沟区 崇家岭背斜 E 7 9（ 68 900 马郡头区 5 台沟背斜 E 6 10（ （ 413 2000 马郡头区 6 杏庄向斜 E 4 15（ （ 21 3200 马郡头区 杏庄向斜 E 8 15 8 20 2800 李家沟区 7 杏庄背斜 E 7 9 3 13 2000 李家沟区 杏庄背斜 20 E 3 9（ （ 915 2500 马郡头区 8 毛家沟向斜 E 7 11（ （ 611 1100 马郡头区 9 毛家沟向 斜 E 5 17（ （ 615 2500 马郡头区 10 龙眼向斜 E 5 20（ （ 0 27 2100 马郡头区 龙眼向斜 E 5 15 5 20 3000 李家沟区 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计（论文） 第 6 页 2、断层 区内断层较少，落差不大，多为走向北东及北杯东，倾向北西之正断层。集中分布在勘探区的东部及东南边界附近。地面所见落差 54条 。井田范围内落差 10条。 附主要断层特征表 主要断层特征 附 井田地质综合柱状 图 序 断层编号 断层产状 落差（ m） 延伸长度（ m） 走向 倾向 倾角 1 10 E 0 10 600 2 15 E 0 10 30 3300 3 10 E 0 7 250 4 10 E 0 10 300 5 N 8 5 6 800 6 30 E 5 80 8 23 900 7 55 E 5 25 650 8 E 0 82 3 8 850 9 5 E 5 10 250 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计（论文） 第 7 页 图 附 井田地质综合柱状 岩层编号示意柱状岩层厚度到 1 5 # 煤间距寺 家 庄 矿 1 5 煤 层 附 近 柱 状 图灰色细砂岩 灰黑色砂质泥岩黑色泥岩K 深灰色石灰岩14 煤深灰色砂质泥岩，夹条带状细砂岩灰色细砂岩深灰色砂质泥岩15 煤含夹层 2 - 4 层黑灰色泥岩，夹煤线灰色铝质泥岩，夹煤线灰黑色砂质泥岩灰 色 细 - 中 砂 岩深灰色石灰岩 砂质页岩砂质页岩，夹薄层细砂岩细砂岩深灰色泥岩砂质泥岩1 1 煤黑色泥岩砂质泥岩细砂岩9 # 煤岩 性 描 述 K 4 灰 岩1 2 煤K 3 灰 岩1 3 煤中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计（论文） 第 8 页 1 2 4井田水文地质特征 1、井田水文地质条件 1）含水层 主要含水层有奥陶系灰岩、太原组灰岩和第四系冲积层。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，砂砾中含较丰富的潜水，且水质良好，单位涌水量 用井水量每小时可达 100 上二迭统石盒子组：主要含水层属裂隙性的砂岩层（ 区内砂岩出露广泛，裂隙也较发育，这类砂岩一般胶结致密，故其富水性较差，单位涌水量 下二迭统山西组：属孔隙性砂岩层（ 胶结性良好，富水性差，单位涌水量在 1L/下，浅部钻孔单位涌水量 下， 渗透系数 d。 上石炭统太原组灰岩：主要含水层为海相沉积之三层灰岩（ 其中 主要含水层，水位标高为 +入 80 年代后期由于井田开采使主要含水层破坏，如城关、李家庄、大寨的机井已近干涸，大量的地下水被疏干。 奥陶系灰岩：井田东部有广泛基岩出露， 孔揭露灰岩 洲村 48 号孔和上郭庄 51 号孔分别揭露 量比较丰富，桃河资料提供单位涌水量为 透系数为 d。根据已有资料分析，勘探区东缘奥灰水位标高，北部为 525m(井田边界外 48号孔 )，南部为 565m(井田边界外 51号孔 )；往西奥灰水位标高降低，接近中部为 86 号孔 )，北部为 56 号孔 )，中、东部 15 号煤底板标高大于 420m，在南部基本高于 565m，故中、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 12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 平均 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）水文地质条件评价 太原组 15 号煤层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。 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计（论文） 第 9 页 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，二类一型为副。 2、矿井涌水量预计 根据阳泉矿区现有生产矿井统计资料，参照精查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 日产 1万 计涌水量为 4000大涌水量按吨煤涌水系数 经计算 ,矿井生产初期正常涌水量为 240m3/h，最大涌水量为 350m3/h；矿井生产后期正常涌水量为 340m3/h，最大涌水量为 530m3/h； 1 2 5井下岩层地温特性 松散覆盖层情况 : 区内工程地质条件比较简单，区内基岩 大面积出露。第四系松散层多分布在山顶、山坡及较大沟谷中。自上而下有第四系离石组（ 马兰组（ ,岩性为亚砂土、亚粘土及细粉砂土，厚 15 地温 : 井田内地温资料较少，根据精查勘探资料，煤系地层平均地温梯度值为每百米温升 井田范围内无地温异常区。 1 3 煤层特征 1 3 1煤层埋藏条件 本井田基本呈一单斜 构造，构造复杂程度中等。井田走向为西北，向西南倾斜，地层比较平缓，倾角一般为 5 10，局部褶曲地段倾角 12 20，区内以背、向斜交替出现的褶曲构造为主；断层较少，一般落差多在 20田北部陷落柱较发育，对煤层破坏较为严重。从整个井田来看，构造复杂程度中等。 1 3 2煤层特征及围岩性质 本井田内共含煤 18层，自上而下采煤层有 6、 81、 84、 9及 15号煤层，总厚度达 中 15 号煤全区稳定可采，为主要可采煤层，也是首采煤层，最大厚度 均厚度 15号煤 (俗称 ) 各可采煤层顶底板岩性大同小异，一般为泥岩、砂质泥岩，太原组个别煤层直接顶为石灰岩，山西组有的煤层顶底板为砂岩。 主要标志层特征：由下至上分为 15号煤以下至 层中多含铝中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计（论文） 第 10 页 质，并 有 1 2层铝土泥岩作为煤系终 止； 节石）灰岩全区稳定； 石）灰岩全区分布广泛； 石）灰岩厚度受 体控制变化较大。三层灰岩均含