桑树坪煤矿1.20 Mta新井设计-煤与瓦斯共采技术现状综述-Analytical models for rock bolts

中国矿业大学本科生毕业设计姓名：学号：学院：矿业工程学院专业：采矿工程专业设计题目：桑树坪煤矿1.2Mt/a新井设计专题：指导教师：职称：教授2011年6月徐州中国矿业大学毕业设计任务书学院矿业工程学院专业年级采矿工程专业2007级学生姓名任务下达日期：年月日毕业设计日期：年月日至年月日毕业设计题目：桑树坪煤矿1.2Mt/a新井设计毕业设计专题题目：煤与瓦斯共采技术现状及综述毕业设计主要内容和要求：院长签字：指导教师签字：

摘要本设计包括三个部分：一般部分、专题部分和翻译部分。一般部分为桑树坪煤矿1.20Mt/a新井设计。桑树坪煤矿位于陕西省韩城市境内，从下峪口至桑树坪的铁路运煤专线与西候线接轨，交通便利。井田走向长度约7.01km，倾向长度约2.36km，面积约14.82km2。主采煤层为3号煤层，平均倾角为6°，平均厚度为6.3m。井田工业储量为387.84Mt，可采储量为，矿井服务年限为58a。矿井正常涌水量为532m3/h，最大涌水量为3/h。矿井相对瓦斯涌出量为m3/t，属于高瓦斯矿井。根据井田地质条件，提出四个技术上可行的开拓方案。方案一：双斜井中央并列式通风；方案二：双立井石门风井通风；方案三：双斜井两翼对角式通风；方案四：双立井两翼对角式通风。通过技术经济比较，最终确定方案一为最优方案。设计首采区采用带区准备方式，工作面长度210m，采用大采高采煤法，沿空掘巷，矿井年工作日为300d，工作制度为“四六制”。大巷采用胶带输送机运煤，辅助运输采用矿车运输。矿井通风方式为中央并列式。专题部分题目：煤与瓦斯共采技术现状综述，煤与瓦斯共采技术实现工作面Y型通风，根本上解决了上隅角瓦斯积聚难题，利于实现高浓度瓦斯抽采，有效解决了工作面的瓦斯超限问题，成倍提高我国高瓦斯难抽放煤层工作面的单产水平。是绿色采矿的发展方向，在技术上和经济上具有很大的优越性。翻译部分题目：Analyticalmodelsforrockbolts.关键词：桑树坪煤矿；斜井；立井；带区布置；大采高采煤法；中央并列式；沿空掘巷

ABSTRACTThisdesigncanbedividedintothreesections:generaldesign,monographicstudyandtranslationofanacademicpaper.Thegeneraldesignisabouta1.20Mt/anewundergroundminedesignofSangshupingcoalmine.SangshupingcoalmineliesinHanchengCity,Shanxiprovince.AsXiayukourailwayrunsinthewestoftheminefieldandXihourailwayrunsintheeastoftheminefield,thetrafficisconvenient.It’saboutkmonthestrikeandkmonthedip,withthekm2totalhorizontalarea.Theminablecoalseamis3withanaveragethicknessofmandanaveragedipof6°.TheprovedreservesofthiscoalmineareMtandtheminablereservesareMt,withaminelifeof58a.Thenormalmineinflowis532m3/handthemaximummineinflowism3/h.Theminegasemissionrateis17.1m3/t,whichbelongstohighgasmine.Minegeologicalconditionsundertheproposeddevelopmentschemesforthefourtechnicallyfeasible.OptionOne:Twoparallelinclinedcentralventilation;OptionII:Two-shaftventilationshaftventilationShihmen;OptionThree:Twowingsoftheangleofventilationshaft;programfour:twowingsoftheangleofventilationshaft.Throughtechnicalandeconomiccomparisonofafinalizedplanfortheoptimalsolution.Designoftheminingareapreparedbywayofbands,facelengthof210m,high-miningmethodusinglargeminingalonggoaf,workingasamineof300d,theworksystemas"forty-sixsystem."Roadwaybybeltconveyortotransportcoal,auxiliarytransportbytramcartransport.Mineventilationforthecentralparallel.Specialsectiontopic:coalandgasextractiontechnologystatusreview,coalandgasextractiontechnologyforfaceY-ventilation,afundamentalsolutiontotheproblemonthecornergasaccumulation,conducivetohighconcentrationsofgasextraction,aneffectivesolutiontothefaceGasgaugeproblems,doubledandredoubleddifficultdrainageofhighgasyieldscoalface.GreenminingdevelopmentinthetechnicalandeconomicadvantagesofgreatTranslationofpartofthesubject:theprocessofcirculartunnelinthereliefofthenumericalsimulationofrockburstoccurredKeywords:SangshupingCoal;shaft;shaft;bandarrangement;largeminingheightofcoalmining;centralparallel;alonggoaf目录1矿区概述及井田地质特征 21.1矿井概况 2交通地理位置 21.1.2地形地貌 2水文情况 21.1.4矿区气候条件 2矿区地震 2矿区电力供应 2井田地质特征 2井田地质概况 2井田煤系地层 21.2.3褶曲与断层 2水文地质特征 2煤层特征 2煤层概况 2煤层开采技术条件 2煤质、煤类与煤的用途 2煤质评价及其用途 2煤层的风氧化情况 2煤的力学性质 22井田境界和储量 22.1井田境界 22.1.1井田四周境界及其确定依据 2井田范围 2矿井储量 2矿井储量 2工业储量计算 2矿井可采储量 2煤柱的留设 2可采储量计算 23矿井工作制度、设计生产能力及服务年限 2矿井工作制度 2矿井工作制度的确定 2矿井每昼夜净提升小时数的确定 2矿井设计生产能力及服务年限 2确定依据 2矿井生产能力的确定 2矿井及第一水平服务年限的核算 24井田开拓 2井田开拓的基本问题 2确定井筒形式、数目、位置及坐标 2工业场地位置、形式和面积 2开采水平的确定 24.1.4矿井开拓延深及深部开拓方案 24.1.5开采顺序 24.1.6方案比较 24.2矿井基本巷道 24.2.1井筒 2井底车场及硐室 2主要开拓巷道 25准备方式——带区巷道布置 2煤层地质特征 2带区位置 2带区煤层特征 2煤层顶底板岩石构造情况 2地质构造 2地表情况 2带区巷道布置及生产系统 2带区准备方式的确定 2带区巷道布置 2带区生产系统 2带区内巷道掘进方法 2带区生产能力及采出率 2带区车场选型设计 26采煤方法 2采煤工艺方式 2带区煤层特征及地质条件 2确定采煤工艺方式 2回采工作面参数 2回采工作面破煤、装煤方式 2回采工作面支护方式 2端头支护及超前支护方式 2各工艺过程注意事项 2回采工作面正规循环作业 2回采巷道布置 2回采巷道布置方式 2回采巷道参数 27井下运输 2概述 2矿井设计生产能力及工作制度 2煤层及煤质 2运输距离和货载量 2矿井运输系统 2带区运输设备选择 2设备选型原则： 2带区运输设备选型及能力验算 2大巷运输设备选择 2主运输大巷设备选择 2辅助运输大巷设备选择 2运输设备能力验算 28矿井提升 2矿井提升概述 2主副井提升 2主井提升 2副井提升设备选型 2井上下人员运送 29矿井通风及安全 2矿井概况、开拓方式及开采方法 2矿井地质概况 2开拓方式 2开采方法 2变电所、充电硐室、火药库 2工作制、人数 2矿井通风系统的确定 2矿井通风系统的基本要求 2、矿井通风方式的选择 2、矿井主扇工作方式选择 2、带区通风系统的要求 2、工作面通风方式的选择 2矿井风量计算 2工作面所需风量的计算 2备用面需风量的计算 2掘进工作面需风量 2硐室需风量 2其它巷道所需风量 2矿井总风量 2风量分配 2矿井通风阻力计算 2矿井最大阻力路线 2矿井通风阻力计算 2矿井通风总阻力 2两个时期的矿井总风阻和总等积孔 2选择矿井通风设备 2选择主扇 2电动机选型 2安全灾害的预防措施 2预防瓦斯和煤尘爆炸的措施 2预防井下火灾的措施 2防水措施 210设计矿井基本技术经济指标 2参考文献 2煤与瓦斯共采技术现状及综述 21绪论 2引言 2现状 2现状 2瓦斯抽采技术现状 2我国煤矿瓦斯治理技术的发展及现状 21.3.1煤矿瓦斯抽放技术 2煤与瓦斯突出防治技术 2瓦斯综合治理现状 22我国瓦斯综合治理存在的主要问题 2安全管理技术方面 22.2瓦斯治理技术方面 23瓦斯综合治理发展战略 24瓦斯综合治理关键技术工作 2利用矿井通风系统优化治理矿井瓦斯 2矿井通风系统减阻增风优化技术 2利用危险源辨识与控制技术进行通风优化改造 2危险源辨识和控制技术的应用 2矿井通风系统方案优化的评判指标 2利用改变采面通风方式治理瓦斯技术 2采用U+L调压通风方式治理采面瓦斯 2型通风方式治理采面瓦斯 2矿井瓦斯技术管理体系建设与创新 2减少瓦斯超限报警的技术管理体系建设 2瓦斯超限报警原因分析 2减少瓦斯报警的主要技术方法 2矿井瓦斯技术管理网络体系建设 25主要结论 2主要参考文献 2Analyticalmodelsforrockbolts. 2Abstract 21.Introduction 22.Couplingbetweentheboltandtherock 23.Thetheoreticalbackgroundofrockboltsinpullouttests 24.Concludingremarks 2锚杆的分析模型 2摘要： 21、前言 22、锚杆和岩石的联结 23、锚杆拉断试验的理论背景 24、结论 2致谢 2一般部分1矿区概述及井田地质特征1.1矿井概况交通地理位置桑树坪煤矿位于陕西韩城矿区最北端，距韩城市区35公里。行政区划隶属于桑树坪镇管辖。韩城至王峰乡的公路经过本矿，至宜川的公路从本矿分路。另有从下峪口至桑树坪的铁路运煤专线与西候线接轨，交通便利。桑树坪煤矿交通位置图如图1-1所示。图1-1矿井交通位置图1.1.2地形地貌井田属构造剥蚀低山丘陵区，在沟谷及其两侧附近，基岩大片裸露于地表；山腰及山顶多为广厚的黄土所覆盖，黄土漏斗、黄土柱、黄土崖比比皆是，呈现了典型的渭北黄土高原的地貌景观。井田内高差变化的幅度甚大，大者可达300m以上。沟谷纵横交错，梁峁蜿蜒曲折。地形高程以黄河水面为最低（+378m），三郎庙为最高（+1044m）。地形的总体趋势是西北高，向东南方向逐渐降低。水文情况黄河流经井田东部。凿开河为横穿井田的主要河流，由西北向东南于禹门口附近汇入黄河，流经桑树坪井田的长度为，河床宽度30~50m左右。此外，尚有许多小的沟谷，在夏秋季之际，有涓涓细流，冬季流量甚微或呈干枯状态。1.1.4矿区气候条件本区属大陆性半干旱气候区，降雨量少，蒸发量大。年平均相对湿度为62.4%，降雨量为，最大积雪量12cm，最高气温℃，最低气温℃，最大冻土深度41cm，最大风力达9级，一般2~3级，以东北风为主。矿区地震统计显示，1556年华县大地震对本区的影响达8度，1959年8月11日发生烈度为7度左右的地震，1960年4月22日11时发生7度的地震，1976年11月本井田范围内发生震源仅十多公里的浅源地震。本区新构造活动性较强，国家地震局的划分意见为：“韩城矿区的基本地震烈度为8度，但实地考核证实，当地震波进入基岩山区后衰减很快，在距离山前大断裂2km以外基岩山区烈度可按7度考虑。”矿区电力供应桑树坪矿区地面35kv变电站一座，由韩局矸石电厂两回路电源线（35kv）供电，一个回路运行，一个回路带电备用。变电站容量16000KVA，站内采用KYN28A-12型高压柜供电。地面供电采用6KV双回路供电，低压系统电压等级为660V/380V/220V；井下中央变电所输出6kv电压，低压系统电压等级为1140/660V/127V。1.1.7矿区经济状况矿区周边农业生产条件良好，主要农作物有小麦、玉米、棉花、高粱等，“大红袍”花椒被广泛种植，成为全国最大的花椒生产基地。苹果面积稳定在万亩，总产达万吨。蔬菜面积３．5万亩，蔬菜总产9．5万吨。畜牧业发展较快，肉、蛋、奶供给充沛。矿区周边工业发展起步较早，以煤炭、电力、焦化、冶金、建材等企业为支撑。其中包括韩城矿务局、韩城发电厂、龙门钢铁集团和单台机组发电量居西北第一的韩城二电厂等国有大中型企业，民黄河矿业开发公司、海燕焦化公司等一大批民营企业。中鲁果汁、黑猫炭黑等项目也在矿区周边顺利投产。井田地质特征井田地质概况（1）区域构造位于鄂尔多斯地块东南缘渭北隆起东段的韩城矿区，呈北东向延展的宽带状，东南翘起，西北倾伏，地层总体向北西方向倾斜。构造变动南强北弱，东强西弱，主要构造变形带集中在矿区东南边缘地带。矿区构造走向归纳为两组，即北北东—北东向构造组和北东东向构造组。前者包括两个构造带—矿区东南边浅部隆起断裂构造带和乱麻梁—马家湾断裂带；后者包括三个构造带，自南而北依次为：龙亭构造带、东泽村构造带、龙骨岭构造带。（2）井田构造位于韩城矿区北缘的桑树坪煤矿构造比较简单，为以伸展构造为主的构造变形区，矿井的基本构造形态为一走向北北东，倾向北西西，沿走向与倾向有波状起伏的单斜构造，地层倾角一般在8°左右。井田内大中型断裂不发育，未发现断距大于10米的断层。煤层中所揭露的断层均为小断层。井田煤系地层桑树坪井田范围内，煤系地层出露由老到新依次为：石炭系中统本溪组、上统太原组，二叠系下统山西组、下石盒子组。其中主要含煤地层为石炭系上统太原组，二叠系下统山西组。现简述如下：1）石炭系中统本溪组（C2b）该组在井田范围内分布零星，属于一种填平补齐性质的沉积构造，主要出露在井田东南部的黄河岸边。厚度，平均。因受沉积基地起伏不平的控制，厚度变化大。根据岩性岩相特征，本组可分为两个沉积旋回。第一个旋回为一个不完整旋回，由湖泊相的粘土岩（K1）组成，全区比较稳定；第二个旋回为一个完整旋回，由河床相的砾岩或含砾粗砂岩组成，向上依次过渡为湖泊相的泥岩及西湖海湾波浪带相的石英砂岩。2）石炭系上统太原组（C3t）太原组为井田的主要含煤地层之一，厚，平均。属滨海平原上形成的海陆交互相沉积建造。含煤7层，由上而下编号为5号、6号、7号、8号、9号、10号、11号、12号，其中11号煤层为本井田的主要可采煤层，其余均为不可采或零星可采煤层，没有开采价值。根据岩性岩相及含煤性特征，分上、中、下三个部分予以描述：1、太原组下部从本溪组顶部到11号煤层底部。平均厚度。下部以砾岩，石英砂岩为主。砾岩呈灰白色，厚层状，成分主要为石英，含少量长石及暗色岩屑；石英砂岩为灰一灰白色，中粒，厚层状，含炭质、云母星点及黄铁矿结核；上部以粉砂岩和泥岩为主，含细粒石英杂砂岩薄层，局部夹12号煤层。2、太原组中部11号煤层底板到灰岩顶部，平均厚度，为太原组中主要含煤层段。岩性以海相石灰岩和钙质粉砂岩为主，间夹少量泥岩、石英砂岩，含煤3~5层，编号为11号、10号、9号、8号、7号。其中只有11号煤层为井田的主要可采煤层，其它各煤层基本均不可采。3、太原组上部从K2灰岩以上到太原组顶界，厚度平均。岩性以砂质泥岩和粉砂岩为主，中夹1~2层中粒砂岩。砂质泥岩多呈灰黑色-深灰色，薄层状，缓波状层理发育。粉砂岩为深灰色，薄层状，常夹有细砂岩包体和条带。该段岩层一般不含煤，偶见6号和5号薄煤。3）、二叠系下统山西组（P1s）山西组为本井田内的另一主要含煤地层，属陆相沉积。层厚，平均61.49m，其厚度在井田北部相对比较稳定，南部变化较大，呈北东一北北东向厚薄相间的条带状展布。厚带较窄，薄带较宽。含煤1~4层，其编号从上向下为1号、2号、3号、3号下，其中2号煤层为井田内局部可采煤层，3号煤层为井田内主要可采的厚煤层。其岩性特征以各级粒度的砂岩、粉砂岩为主，砂质泥岩次之，含少量泥岩。岩石颜色一般较深。述砂岩、粉砂岩、砂质泥岩常呈有规律的重复出现，煤层一般位于砂质泥岩之上，粉砂岩之下，层位易于确定。1.2.3褶曲与断层1)褶曲桑树坪井田地质构造的确比较简单，总体呈一向北西西倾斜的单斜构造，倾角比较平缓。在煤层底板等高线图中的反映明显的褶曲有：马家塔背斜展布于桑树坪井田北部与马家塔至三郎庙一线，轴向北西西，向北西端倾伏，延展长度约5km左右，至三郎庙南侧倾没。两翼倾角5°～7°。背斜幅度最大可达40m以上。如图。2、马家塔北向斜位于井田北缘，与马家塔背斜平行，展布于构1号至114号钻孔一线。两翼倾角5°～12°，向北西西方向倾伏。因有北东向更次一级背斜叠加，两翼在北西方向上有一定程度的起伏。向斜幅度30m左右。2)断层于井田浅部的西沟内发现正断层一条，即西沟正断层，该断层走向NW70°至东西，倾向南西，倾角35°，断于下石盒子组地层中，延展长度不足1km，断距约10m，该断层未断至煤层。开采煤层未发现大中型断层，但小断层比较发育。图1.2矿区褶曲分布图水文地质特征1）井田水文概况整个矿区的水文地质概况为，地表水不甚发育，地下水受构造、岩性及地形地貌的控制，主要埋藏在第四系底部和石炭二叠系基岩裂隙与奥灰岩岩溶裂隙之中。井田主要含水层为煤系及其上覆地层中的砂岩（灰岩）含水层及煤系基底奥陶系石灰岩含水层。含水层煤系及之上各含水层充水空间不太发育，含水层含水性、富水性和透水性多不良。而煤系基底奥陶系石灰岩受岩性和构造的影响，在地下水的溶蚀作用下，裂隙在边部、浅部十分发育，在纵向分布不均，岩溶水富水性、透水性强，但极不均一，水文地质条件复杂，对煤层开采有不同程度的影响。综合分析地层及其含水性，可将本区含水层划分为以4组：H1第四系砂砾层孔隙潜水中等含水层组H2二叠系砂岩层裂隙承压弱含水层组H3石炭系砂岩（灰岩）裂隙承压极弱含水层组H4奥陶系石灰岩溶隙溶洞承压强含水层组现逐一分述如下：1、第四系砂砾层孔隙潜水中等含水层组（H1）该含水层主要分布于黄河、凿开河的河谷中，该含水层直接接受大气降水和河水的侧向补给，以潜流形式向下游流动，最后直接排泄到河谷之中。该含水层埋藏浅，与外界循环交替快，因而受河水水位、降水量的影响较大，可与本区其它含水层相接触，成为矿井水的来源之一。2、二叠系砂岩承压裂隙弱含水层组（H2）二叠系主要由泥岩，砂质泥岩与各种不同粒度的砂岩相间组成。总厚度约220m。本系地层上、下石盒子组和山西组砂岩含水层含水砂岩层次较多，裂隙较发育，但出水点水量很小或多为无水，应属弱含水层且具有承压性，故该组含水层为砂岩裂隙承压弱含水层。含水层的富水性和透水性均不强，且有由上到下变弱的规律。随着开采深度和开采范围的不断加大，该含水层涌水量将会不断减小，对矿井生产威胁不大。该含水层的主要补给来源为大气降水，补给区主要是分布于黄河及凿开河河谷地带的含水层露头区。排泄形式一部分以泉或渗流的形式流入沟谷中，另一部分沿地下水径流流向岩层倾向的深部。3、石炭系砂岩灰岩裂隙承压极弱含水层组（H3）石炭系太原组总厚50～80m，区内埋深一般在～之间，地表仅出露于凿开河和黄河河谷。太原组上部石英砂岩含水层为浅灰色、中厚层状石英砂岩、硅质胶结；中部为中粒砂岩；底部以砾岩为主。含水层均不同程度地发育有裂隙，但涌水量不大，且有日趋变小的趋势，故该含水层属承压极弱含水层。含水层的补给区在矿区外围，补给来源有露头区的大气降水、塌陷裂隙及其它含水层的垂、侧向补给。该含水层的排泄途径主要是垂、侧向排泄，近年来，矿井排水是其主要排泄方式。4、奥陶系石灰岩层溶隙溶洞承压强含水层组（H4）奥灰岩地层的分布区域很广，在井田范围内奥灰岩主要出露在井田东缘黄河、凿开河两岸，其岩性及地层组合较复杂，产状与井田区域地层产状基本一致。奥陶系石灰岩为一套碳酸盐岩。①奥灰岩含水性通过综合分析，根据奥灰岩含水层段及其富水性强弱将井田内奥灰岩地层划分为9个含水性能不同的含（隔）水层段：峰峰组一段（G41），上马家沟组一段（G42），下马家沟组三段（G43），下马家沟组一段（G44）为相对隔水层段；峰峰组二段（H41），上马家沟组二段（H43）为岩溶裂隙强含水层段；上马家沟组三段（H42），下马家沟组二段（H44），与冶里一亮甲山组（H45）为岩溶裂隙弱含水层段。奥灰岩各含水层含水性不同，但构造断裂网络的连通使奥灰岩各含水层上、下沟通，形成由局部含水层与隔水层相间而组成的复合含水体。②奥陶系石灰岩的隔水性奥陶系石灰岩的隔水层段有峰峰组一段（G41），上马家沟组一段（G42），下马家沟组三段（G43），下马家沟组一段（G44）。其中只有峰峰组一段（G41）位于强含水层上马家沟组二段（G42）之上。其隔水性的强弱直接关系到上马家沟组二段（G42）强含水层对煤层开采时的威胁程度。本段（O2f1）厚50～，岩性由泥灰岩、泥质灰岩、灰岩、白云质灰岩、灰质白云岩和角砾状泥灰岩互层组成，裂隙不发育，多被泥质充填，透水性弱，具有一定的相对隔水作用，划分为隔水层。③奥灰水补给、径流、排泄奥灰水的补给来源主要有大气降水、区域性侧向补给、地表水。奥灰水的排泄在韩城大断裂受阻而循环滞缓，部分沿此断裂破碎带上升到一定层位直接补给上盘透水层，最终排泄到黄河；井巷系统的奥灰出水点也是奥灰水的人工排泄渠道。3）矿井涌水量大小充水主要来源有三个方面，一是煤系地层中的砂岩裂隙水；二老窑积水，三是奥灰岩岩溶裂隙水。桑树坪矿井正常涌水量532m3/h，最大涌水量589.7m3/h。煤层特征煤层概况桑树坪井田总体构造格架为一走向NNE，倾向NW的单斜构造，煤层倾角3～8°。主要含煤地层为上石炭统太原组和下二叠统山西组，共含煤十余层，可采煤层三层，分别为2号、3号及11号煤层。其中2号煤层属局部可采的极不稳定薄煤层，3号、11号煤层分别为主要可采的较稳定的厚及中厚煤层。表1-1可采煤层厚度、间距及稳定性评价表煤层统计范围统计点数煤层厚度（m）煤层间距（m）Kmγ%稳定性最小最大平均最小最大平均点数2号全井143012548.9不稳定3号全井156较稳定13211号全井152较稳定1）2号煤层位于山西组中上部，为井田最上一层局部可采煤层，煤层厚度从，平均。结构简单，一般不含夹矸。南部较厚，北部较薄；中部较厚，浅部和深部较薄。虽不稳定，但在可采区范围内煤层厚度变化并不是很大。2）3号煤层3号煤层位于山西组中下部，煤厚，可采厚度平均为。煤层结构较为简单，不含矸的钻孔占66.0%，含一层矸者占％，含二层矸者占12％，上层矸平均厚，下层矸平均厚。井田北部和南部煤厚相对较小，但变化幅度不大，煤厚比较稳定，井田中部煤层厚度较大，变化也大。属较稳定煤层。3）11号煤层11号煤层位于太原组中下部，为太原组唯一可采煤层。该煤层厚度大多在2~5m之间，比较稳定。11号煤层共含矸三层，上、下夹矸较普遍，中层夹矸零星分布。厚度变化不大，北部煤层稳定性好，南部差；深部和浅部煤层稳定性好，中部差。煤层开采技术条件1）顶底板岩性特征1、顶板岩性特征3号煤层的主要顶板类型为泥岩、砂质泥岩顶板和粉砂岩顶板，局部为砂岩顶板。泥岩、砂质泥岩顶板一般厚1～3m，平均。具水平层理，节理、裂隙不发育，岩石不易破碎。粉砂岩顶板一般厚1～7m，平均，以粗粒粉砂岩为主，具斜层理及缓波状层理，结构致密，抗压强度为313～338kg/cm2，抗拉强度120kg/cm2，抗剪强度230kg/cm2，普氏系数。泥岩、砂质泥岩与粉砂岩顶板，比较坚固，易冒落，方便管理；砂岩顶板岩性坚硬，不易破碎，稳定性好。2、底板岩性特征3号煤层直接底板大多以石英砂岩为主，一般厚1～3m，粉砂岩底板为次，局部地带以黑色团块状构造的泥岩及砂质泥岩为主，偶见有炭质泥岩伪底。粉砂、细砂及中砂岩抗压强度641kg/cm2，抗剪强度251kg/cm2，吸水率％，普氏系数。（插图1.3.）图1.3综合柱状图2）瓦斯矿井绝对瓦斯涌出量最小值3/min，最大值达3/min。相对瓦斯涌出量最小值3/t，最大值达3/t。瓦斯涌出量变化很大，为高沼气矿井。表1-2桑树坪井田主要可采煤层自然瓦斯成分统计表埋深煤层100～200200～300300～400CH4CO2N2CH4CO2N2CH4CO2N23号（2）（2）（2）（2）（2）（2）（8）（8）（8）煤的自燃及煤尘爆炸勘探结果表明，3号煤层存在煤尘爆炸性危险，且被鉴定为不易自燃发火煤层。表1-3桑树坪煤矿勘探阶段煤尘爆炸性鉴定报告表煤层号采样地点工业分析（%）爆炸性试验爆炸性结论水分Mad灰分Ad挥发分Vdaf火焰长度公分岩粉量（%）3号89号孔1050有爆炸性危险3号桑树坪矿3060有爆炸性危险表1-4桑树坪煤矿煤炭自燃倾向鉴定报告表项目煤层号鉴定单位：抚顺煤科分院采样日期：95年10月鉴定日期：95年11月采样地点水分%Mad灰分%Ad挥发分%Vdaf全硫%St,d真密度g/cm3TRD吸氧量ml/干煤自燃倾向等级3号平峒2306采面不易自燃3号北二5306面不易自燃3号南一3309面不易自燃地温本区煤系及上覆地层平均地温梯度℃/百米，恒温带深度38m，恒温带温度15℃。据此推测本井田内当煤层埋藏深度在800m左右时，有出现一级热害的可能。其他有害气体11号煤层硫分含量高，在生产中可能产生大量H2S气体，应加强H2S的管理。3号未发现有害气体。6）地压本区煤层埋藏较浅，地压较小，无异常地压。煤质、煤类与煤的用途1）可采煤层的煤质特征各可采煤层的煤质分析综合成果详见表1-5，1-6。表1-5主采煤层煤质分析综合成果表煤层号原煤工业分析Mad(%)Ad(%)Vdaf(%)Qb，d(MJ/kg)Qb，ad(MJ/kg)Qnet，daf(MJ/kg)焦渣特征3号2-51.00(140)20.29(127)16.57(130)28.85(53)25.94(39)33.40(21)续表1-6煤层号精煤工业分析煤质牌号备注Mad(%)Ad(%)Vdaf(%)Y(mm)3号SM、PM1.16(107)7.90(107)14.27(107)1.17(65)2）煤的变质程度及煤种牌号本井田的煤均以区域变质作用为主，全为高变质烟煤。变质程度具有由浅至深逐渐增加的规律，在垂向上和横向上均是如此。比如，2号煤层在井田西南浅部地区为瘦煤2号，中深部绝大部分地区为瘦煤1号，东北深部地区有少量贫煤存在。3号煤层在井田西南浅部地区以瘦煤1号为主，有少量瘦煤2号存在，其余井田大部分中深部地区全为贫煤。11号煤层基本上全为贫煤，仅在井田西南浅部有少量瘦煤1号存在。煤质评价及其用途1、2号煤层该煤层属中-低灰、特低硫，粘结性好的煤种，灰熔点高，发热量大，可选性良好。其中瘦煤2号经铁箱测定，焦炭粒度、抗碎性、耐磨性均好。瘦煤1号煤质良好，同瘦煤2号一样，可作为良好的配焦用煤。井田深部的贫煤，按其指标，是很好的动力用煤。2、3号煤层该煤层属低-中灰、特低-低硫、灰熔点高，发热量大，可选性良好的煤种。浅部的瘦煤1号，经有关部门采样，按一定配比，与邻区的肥、焦煤掺合，进行半工业试验，可获得质量良好的冶金焦，因此，可作炼焦配煤。中深部的贫煤硫分低，发热量大，灰熔点高，灰分低至中等，是理想的动力用煤。如果条件允许，井田深部的高变质贫煤，尚可考虑作化工用煤。3、11号煤层该煤层属富-中灰、富硫-高硫、高灰熔点，高发热量煤种。中等可选—易选。经洗选后，灰分和硫分均有所降低。但因硫分以有机硫为主，脱除率不高。因此，只能考虑作动力用煤，尤其适合火力发电。煤层的风氧化情况在井田西南部的煤层露头处，各煤层均遭受了不同程度的风氧化，以至露头附近的煤层煤质变差，灰分、水分含量明显高于正常煤，而发热量明显低于正常煤。煤层露头附近小煤窑分布十分普遍，小煤窑破坏边界线一般均已位于正常煤层内，未专门圈定风氧化带界限。煤的力学性质2003年，桑树坪煤矿委托陕西省煤田地质局综合试验室对桑树坪煤矿主采煤层进行了煤的力学性测试，其测试结果详见表1-7。表1-7桑树坪矿煤的力学性质测试成果表地点南一采区3309（中）北部工作面运顺天然容重（g/cm3）干容重（g/cm3）孔隙率含水率(%)比重硬度4单轴抗压强度（mpa）天然抗剪指标天然抗拉强度（mpa）组平均C（mpa）Ψ组平均地点平二采区2108回顺天然容重（g/cm3）干容重（g/cm3）孔隙率含水率(%)比重硬度4单轴抗压强度（mpa）天然抗剪指标天然抗拉强度（mpa）组平均C（mpa）Ψ组平均地点平二采区好冀联巷天然容重（g/cm3）干容重（g/cm3）孔隙率含水率(%)比重硬度4单轴抗压强度（mpa）天然抗剪指标天然抗拉强度（mpa）组平均C（mpa）Ψ组平均地点北一采区4320回顺天然容重（g/cm3）干容重（g/cm3）孔隙率含水率(%)比重硬度2单轴抗压强度（mpa）天然抗剪指标天然抗拉强度（mpa）组平均C（mpa）Ψ组平均地点南一采区3313进斜平台天然容重（g/cm3）干容重（g/cm3）孔隙率含水率(%)比重硬度3单轴抗压强度（mpa）天然抗剪指标天然抗拉强度（mpa）组平均C（mpa）Ψ组平均0383续表1-8桑树坪矿煤的力学性质测试成果表地点北一采区工作面天然容重（g/cm3）干容重（g/cm3）孔隙率含水率(%)比重硬度2单轴抗压强度（mpa）天然抗剪指标天然抗拉强度（mpa）组平均C（mpa）Ψ组平均地点平二采区2307工作面天然容重（g/cm3）干容重（g/cm3）孔隙率含水率(%)比重硬度2单轴抗压强度（mpa）天然抗剪指标天然抗拉强度（mpa）组平均C（mpa）Ψ组平均2井田境界和储量2.1井田境界2.1.1井田四周境界及其确定依据在煤田划分为井田时，要保证各井田有合理的尺寸和境界，使煤田各部分都能得到合理的开发。煤田范围划分为井田的原则为：（1）井田范围内的储量，要与煤层赋存情况、开采条件和矿井生产能力相适应；（2）保证井田有合理尺寸；（3）充分利用自然条件进行划分，如地质构造（断层）等；（4）合理规划矿井开采范围，处理好相邻矿井间的关系井田范围桑树坪矿井田，东部以200m的等高线为界，西及西南部以龙骨岭正断层为边界，北部为人为边界，南部以凿开河为边界，井田南北走向长度公里,东西最大倾斜长公里，全井田总面积为平方公里。开采深度标高为200～400m。井田境界图如图图2.1井田境界图矿井储量矿井储量根据对煤矿床的勘探，研究程度和煤炭工业建设的需要，将煤炭储量划分为A、B、C三级。由于本矿井煤质稳定，煤类较多，水文地质条件复杂，煤系中有岩浆岩破坏活动，因此储量级别的划分主要依据对地质构造和煤层的控制、研究程度。邻近不可采边界的块段均不圈定高级储量；断层煤柱不圈定高级储量，一律降为C级储量；对难以开采的小而孤立的块段，不圈定储量，不进行单独计算。工业储量计算本矿只采3号煤。地质块段法就是根据一定的地质勘探或开采特征，将矿体划分为若干块段，在圈定的块段法范围内可用算术平均法求得每个块段的储量。煤层总储量即为各块段储量之和，每个块段内至少应有一个以上的钻孔。煤层储量的计算公式为：块段的面积S必须采用真面积（即煤层斜面积）。用煤层底板等高线上的水平投影面积换算成真面积。S=               (公式2-1)Qn=SnMnn(公式2-2)式中：s—真面积，m2;—水平投影面积，m2;—煤层倾角，采用块段内的平均倾角，（。）Q=Q1+Q2+Q3++Qn 煤层厚度M应采用其厚度的平均值，即根据计算面积内各见煤点的厚度，均换算成真厚度（垂直层面方向的厚度），而后用算术平均法进行计算。Mi=(公式2-3)式中：Mi—煤层真厚度的平均值，m；n—参加计算的见煤点数（地段中的钻孔数）M1+M2+M3+……+Mn—该地段中各见煤点的煤层真厚度，m；根据地质勘探情况，将矿体划分为3个块段（见图2.2），在各块段范围内，用算术平均法求得每个块段的储量，煤层总储量之和。3煤层储量计算表见2-1图2.2块段划分表2-1桑树坪矿3#煤储量计算表块段投影面积(M2)平均倾角(°)块段实际面积(M2)平均厚度(M)煤层容重(T/M3)块段储量(MT)664696矿井可采储量煤柱的留设矿井可采储量=（矿井工业储量-永久煤柱损失）×矿井回收率。计算矿井可采储量时，必须要考虑以下损失：（1）工业广场保护煤柱；（2）井田境界煤柱损失；（3）采煤方法所产生的煤柱损失和断层煤柱损失；（4）建筑物、河流、铁路等压煤损失；（5）其他损失。本井田中永久煤柱损失主要有：工业广场保护煤柱、井田境界煤柱损失、村庄保护煤柱和断层保护煤柱等。根据范各庄矿周围矿井实际经验和依据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱与压煤开采规程》之相关条款规定，部分煤柱的留设方法如下，见表2-2。表2-2煤柱留设方法名称留设方法工业广场根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱与压煤开采规程》第72条：工业广场维护带宽度为15m井田边界边界煤柱50m断层断层煤柱每侧20m大巷大巷煤柱每侧30m1）边界煤柱可按下列公式计算(公式2-4)式中：Z——边界煤柱损失量；L——边界长度；b——边界宽度；M——煤层厚度；R——煤的容重。3煤层1.44t/m3边界煤柱损失计算统计如表2-3。1).工业广场煤柱留设根据《煤炭工业设计规范》，工业场地占地指标如表2-4。表2-4工业场地占地指标井型大型井公顷/t中型井公顷/0.1Mt小型井公顷/0.1Mt占地指标～～～注：(1).占地指标中包括围墙内铁路站线的占地面积；(2).井型小的取大值，井型大的取小值；(3).在山区，占地指标可适当增加；(4).附近矿井有选煤厂时，增加的数值为同类矿井占地面积的30～40%；(5).占地指标单位中的0.1Mt指矿井的年产量。工业场地的布置应结合地形、地物、工程地质条件及工艺要求，做到有利生产，方便生活，节约用电。根据上述规定，本井田工业场地占地面积S取值如下：S=0.80×120/10=公顷=96000m²所以初步设定工业广场为长方形长边为350m，短边为300m。本矿井地质条件及冲击层和基岩移动角见表2-5。表2-5岩层移动角广场中心深度煤层倾角煤层厚度冲积层厚度Φδγβm°mm°°°°3304613345757575用作图法求出工业广场保护煤柱量，工业广场保护煤柱留设见图2-3。由此根据上述已知条件，画出如图2.3所示的工业广场保护煤柱的尺寸，并由图可得出保护煤柱的尺寸为：Si=梯形面积=(上宽+下宽)×高/（2×cos4°）（公式2-5）工业广场的煤柱量为：Zi=S×M×R（公式2-6）式中：Zi——工业广场煤柱量；S——工业广场面积；M——煤层厚度；R——煤的容重。则：Z=t永久煤柱损失如表2-6所示。表2-6保护煤柱损失量煤柱类型储量/Mt井田边界保护煤柱工业场地保护煤柱井筒保护煤柱0大巷保护煤柱合计图2-3垂线法计算工业广场保护煤柱边界示意图可采储量计算矿井的回收率没有具体规定，一般为不低于60%，结合本矿实际情况，为了充分利用煤炭资源，矿井回收率取80%。经计算矿井工业储量为Mt，全矿永久煤柱损失为Mt，则矿井可采储量=()×0.80=Mt3矿井工作制度、设计生产能力及服务年限矿井工作制度由《煤炭工业矿井设计规范》第223条规定，矿井的设计生产能力按330d计算，矿井设计年工作日330d。矿井工作制度的确定矿井工作制度设计采用“三八”工作制，即二班采煤，一班准备，每班净工作时间为8h。矿井每昼夜净提升小时数的确定按照《煤炭工业矿井设计规范》规定：矿井每昼夜净提升时间16h。这样充分考虑了矿井的富裕系数，防止矿井因提升能力不足而影响矿井的增产或改扩建。因此本矿设计每昼夜净提升时间为16h。矿井设计生产能力及服务年限确定依据《煤炭工业矿井设计规范》第条规定：矿井设计生产能力应根据资源条件、外部建设条件、回采对煤炭资源配置及市场需求、开采条件、技术装备、煤层及采煤工作面生产能力、经济效益等因素，经多方案比较后确定。矿区规模可依据一下条件确定：（1）资源情况：煤层地质条件简单，储量丰富，应加大矿区规模，建设大型矿井。井田地质条件复杂，储量有限，则矿区的规模定的不能太大。（2）开发条件：包括矿区所在的地理位置、交通、用户、供电、供水、建设材料及劳动力来源等。条件好者，应加大开发强度和矿区规模；否则应该缩小规模。（3）国家需求：对国家煤炭需求量（包括煤种、煤质、产量等）的预测是确定矿区规模的一个重要依据。（4）投资效果：投资少、工期短、生产成本低、效率高、投资回收期短的应加大矿区规模，反之则缩小规模。矿井生产能力的确定由于井田范围较大，煤炭储量丰富，地质构造较简单，煤层生产能力大，开采技术条件好，初步确定矿井生产能力为t/a。矿井及第一水平服务年限的核算矿井的服务年限必须与井型相适应。矿井可采储量Zk、设计生产能力Ａ和矿井服务年限Ｔ三者之间的关系为：（公式3-1）式中：T——矿井的服务年限，a；Zk——矿井的可采储量，Mt；K——矿井储量备用系数，取K=1.3；A——矿井设计生产能力，Mt/a。由第二章计算结果可知：矿井可采储量为Mt，则矿井服务年限为T=（×1.3）=a50a第一水平服务年限的计算公式为：（公式3-2）式中：T1——第一水平的服务年限，a；Zk1——第一水平的可采储量，Mt；K——矿井储量备用系数，取；A——矿井设计生产能力，Mt/a。根据矿井开拓布置，利用块段法再次计算出矿井第一