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文檔簡介
中國礦業(yè)大學(xué)2008屆本科生畢業(yè)設(shè)計一般部分 1 礦區(qū)概述及井田地質(zhì)特征1.1 礦區(qū)概述1.1.1 礦區(qū)地理位置桃園井田位于淮北平原中部,區(qū)內(nèi)地勢平坦,大多為農(nóng)田,朱曹王莊位 圖11 桃圓礦交通位置示意圖于區(qū)內(nèi),人口較多,采區(qū)范圍內(nèi)地面標(biāo)高+22.99+24.9m,人工溝渠較多,有二溝、三溝、四溝流經(jīng)本區(qū),進(jìn)礦公路穿過其間。本礦北距宿州市約12km,淮北市約70km,南距蚌埠市75km,京滬鐵路從東北部穿過,且附近有宿縣,凌家橋,西寺坡三個車站,宿蚌(206國道)公路自南經(jīng)西側(cè)穿過,交通極為便利,如圖1.1所示。供電:本礦位于宿縣礦區(qū)南部,礦井供電從南坪220/110/35kv專用供電.1.1.2 礦區(qū)氣候條件本區(qū)屬季風(fēng)暖溫帶濕潤氣候,年降水量平均900mm左右,無霜期約200天,年平均溫度15,最高氣溫40,最低氣溫-23,土壤凍結(jié)深度150mm。據(jù)史料記載,本區(qū)屬于46級地震區(qū),地震烈度為7級。1.1.3 礦區(qū)的水文情況澮河從本區(qū)以南約2.5km處流過,為常年有水河流。在工業(yè)廣場和工人村附近作過洪水位調(diào)查,最高洪水位出現(xiàn)在1963年,位于曹家小隊村西。洪水一般在暴雨后形成,低洼處積水一般0.200.50m,雨后13天即可退落。1.2 井田地質(zhì)特征礦井范圍南以皖北礦物局祁南礦為界,北以煤層邊界為界,西以煤層露頭為界,東以煤層-1250標(biāo)高為界,東部開采邊界有擴(kuò)大的可能,因?yàn)槊簩淤x存較深有可能有未探明的儲量,水平投影線,呈類似矩形。井田走向長度為7.91-8.23km,平均走向長度為8.1km,傾斜寬為2.86-3.22km,平均為3.1 km,平均傾角為18度,井田水平寬度為2.71-3.04 km,水平面積為23.24km2。1.2.1 煤系地層本區(qū)為巨厚松散層覆蓋的隱蔽煤田,新生界松散層厚278.7288.38米,平均284.33m。地層由老到新有奧陶系、石炭系、二疊系、第三系和第四系, 區(qū)內(nèi)煤巖層基本為走向南北、傾向東的單斜構(gòu)造,煤層傾角1620,由南向北逐漸變大,大多在18左右,產(chǎn)狀變化不大。1.2.2 水文地質(zhì)特征1礦井含、隔水層(組、段)水文地質(zhì)特征1)新生界松散層含、隔水層(組、段)水文地質(zhì)特征本區(qū)含煤地層均被新生界松散層所覆蓋,松散層由第四系和上第三系組成,其厚度受古地形控制。松散層兩極厚度275288.4m,平均厚284.3m。通過松散層巖性組合特征及水文地質(zhì)特征,可分為四個含水層(組)和三個隔水層(組),現(xiàn)自上而下分述之。(1)第一含水層(組)一般自地表垂深35m起,底板埋深25.0027m,平均26m。巖性主要由 圖1.2 地質(zhì)綜合柱狀圖淺黃色少量淺灰色粉砂,粘土質(zhì)砂、細(xì)砂夾48層粘土或砂質(zhì)粘土組成。近地表為褐黑色耕植土壤,呈疏松狀,含鈣質(zhì)砂礓結(jié)核。垂深20m左右普遍發(fā)育有一層灰黑色富含腐植質(zhì)的粘土或砂質(zhì)粘土,厚約11.5m,含螺蚌化石或碎片。該組上部為潛水,下部水具弱承壓性,為一復(fù)合型潛水弱承壓含水層(組)。(2)第一隔水層(組)底板埋深3439m,平均埋深36.5m。隔水層厚912m,平均10.5m。巖性由暗黃色、淺黃色中厚薄層狀粘土或砂質(zhì)粘土夾12層砂或粘土質(zhì)砂組成,富含鈣質(zhì)或鐵猛質(zhì)結(jié)核。粘土或砂質(zhì)粘土粘性好,塑性較強(qiáng),一般隔水性能較好,但在局部地帶隔水層較薄,使其具有弱透水性。(3)第二含水層(組)底板埋深6899m,平均埋深83.5m。層厚3460m,平均47m。巖性以褐黃、棕黃色細(xì)砂、粉砂為主,本組為一孔隙型復(fù)合承壓含水層。二含與一含在水08孔和82孔進(jìn)行了混合抽水,另外在補(bǔ)67孔單獨(dú)對二含進(jìn)行了抽水,S=28.03m,q=0.00425L/s.m,含水性較弱,k=0.014m/d,靜止水位標(biāo)高為+21.64m,水質(zhì)類型為HCO3-Na.Mg型,礦化度0.59g/L,PH值7.7,全硬度16.01德國度。(4)第二隔水層(組)底板埋深96104m,平均埋深102.6m。層厚528m,平均厚19.1m。巖性由棕黃色、淺棕紅色粘土、砂質(zhì)粘土夾12層薄層砂層組成,隔水層一般塑性好,膨脹性強(qiáng),結(jié)構(gòu)致密,分布較穩(wěn)定,隔水性能一般較好。(5)第三含水層(組)底板埋深156172m,平均埋深166.6m。層厚6068m,平均64m。巖性由棕黃色、灰白色中砂、細(xì)砂、粉砂夾粘土或砂質(zhì)粘土組成,砂層呈松散狀,分選較好,單層厚度較大,主要礦物成分為石英,次為長石及云母片。本組中上部一般含有13層透鏡狀鈣質(zhì)膠結(jié)的砂巖(盤),厚13m,較堅硬,局部有溶蝕現(xiàn)象。下部砂層質(zhì)不純,含泥質(zhì)量增高。據(jù)水08孔對三含抽水試驗(yàn)資料,S=16.5112.18m,q=0.4930.555L/s.m,k=1.211.31m/d,靜止水位標(biāo)高+21.85m,水質(zhì)類型為HCO3.SO4-Na.Ca型,礦化度為0.98g/L,全礦度為25.42德國度。(6)第三隔水層(組)底板埋深269276m,平均埋深274.6m。層厚103113m,平均108m。主要巖性為灰綠色、棕紅色粘土和砂質(zhì)粘土,間夾17層砂層。粘土質(zhì)純細(xì)膩,具45靜壓滑面,粘土塑性指數(shù)17.737.8,砂質(zhì)粘土的塑性指數(shù)為8.315.3。本組上部巖性質(zhì)純,局部呈半固結(jié)狀,中下部粘土可塑性好,膨脹性強(qiáng),部分地帶鈣質(zhì)含量高,有鈣質(zhì)粘土或泥灰?guī)r分布。三隔分布廣泛,沉積穩(wěn)定,厚度大,是礦內(nèi)重要的良好的隔水層(組),由于它的存在,使其以上的各含水層及地表水、大氣降水與其下的四含和煤系水失去水力聯(lián)系。(7)第四含水層(組)底板埋深275288.4m,平均埋深284.3。層厚4.9513.87m,平均9.7m。巖性較復(fù)雜,有礫石、砂礫、半膠結(jié)礫巖、粘土質(zhì)礫石、砂層及粘土質(zhì)砂等,其間夾有16層薄層狀粘土夾礫石、粘土、砂質(zhì)粘土,鈣質(zhì)粘土及泥灰?guī)r等隔水巖層。據(jù)水08、水04、補(bǔ)51和4-56四孔抽水資料,S=33.8247.11m,q=0.001060.166L/s.m,k=0.0090.54m/d。據(jù)工廣內(nèi)的94觀孔觀測,目前水位已降至米。水質(zhì)類型為HCO3.SO4-Na或SO4.Cl-Ca.Na型,礦化度為1.0152.42g/L。2)二迭系主采煤層間含、隔水層(段)(1)46煤間隔水層(段)此層段間距為7090m,以灰色泥巖、粉砂巖為主,夾13層薄層砂巖。巖性致密完整,裂隙不發(fā)育,穿過此層段的鉆孔只有個別孔發(fā)現(xiàn)沖洗液消耗量大的現(xiàn)象,此層段隔水巖層厚度較大,隔水性能較好。(2)69煤間含水層(段)此層段間距6080m。61、71、82煤層為可采煤層。7煤、8煤的頂?shù)装鍘r性主要為砂巖、泥巖、粉砂巖,個別地帶有巖漿巖侵入。有砂巖14層,厚度2030m。精查勘探時,在710孔對78煤組砂巖含水層進(jìn)行了抽水試驗(yàn),S=31.43m,q=0.00359L/s.m,k=0.0078m/d。礦化度為2.03g/L。水質(zhì)類型為SO4.Cl.HCO3-Na.Ca.Mg型。(3)9煤10煤上隔水層(段)此層段間距一般60m左右,主要巖性為泥巖、粉砂巖夾12層砂巖。在9煤下15m左右礦內(nèi)普遍有一層鋁質(zhì)泥巖(K2)和粉砂巖,巖性致密,厚度較大。該層段分布穩(wěn)定,隔水性能良好。(4)10煤頂、底板砂巖裂隙含水層(段)10煤頂、底板砂巖較為發(fā)育。在構(gòu)12孔附近6m處施工的補(bǔ)26孔對此層位進(jìn)行了抽水試驗(yàn)S=38.87m,q=0.0949L/s.m,k=0.45m/d。礦化度為2.08g/L。水質(zhì)類型為SO4.Cl-Na.Ca型。(5)10煤下至太原組一灰頂隔水層(段)該層段巖性以泥巖粉砂巖為主,夾12層砂巖,部分鉆孔見有砂泥巖互層及海相泥巖,其巖性致密,厚度較大。本區(qū)及附近有6個鉆孔揭露,厚度55.0462.73m,平均厚59.41m。開采10煤時,此層段能起到一定隔水作用。3)太原組灰?guī)r巖溶裂隙含水層(段)本段含灰?guī)r11層,單層厚度0.3919.04m,以第三、四、五層和第八、十一層灰?guī)r最厚,太原組總厚約135m,灰?guī)r厚度占全組厚度的40%左右。第一至第四層灰?guī)r處于淺部露頭帶巖溶裂隙發(fā)育,含水豐富,且水動力條件較好,因此在開采10煤層時,一至四灰水是其主要的補(bǔ)給水源。據(jù)83孔對太灰抽水試驗(yàn),S=5.4413.49m,q=1.9241.189L/s.m,k=1.741.18m/d。水位標(biāo)高-50m。水質(zhì)類型為SO4-Ca.Na型。礦化度為2.45g/L。據(jù)95觀1孔觀測 ,水位標(biāo)高-50m。依據(jù)補(bǔ)66孔資料,該處隔水層厚62.7m,水壓58Kg/cm2,10煤層按綜采考慮,計算突水系數(shù)為1.05。4)奧陶系石灰?guī)r巖溶裂含水層(段)區(qū)域厚度500多米,礦井內(nèi)揭露最大厚度20.03m,據(jù)98觀1孔抽水試驗(yàn)資料,S=5.887.71m,q=1.59L/s.m,k=1.92m/d。水質(zhì)類型為SO4-Ca.Na型。礦化度為1.282g/L。奧灰水具有水壓高,水量大的特征,是礦井開采的重要安全隱患之一。5)各含水層的補(bǔ)給、逕流、排泄、水力聯(lián)系及礦坑主要充水因素分析(1)新生界第一、第二、三含水層(組)本區(qū)由于有分布穩(wěn)定,隔水性能良好的三隔的存在,使一、二、三含水層水與煤系水失去水力聯(lián)系。(2)第四含水層(組)四含直接覆蓋在煤系地層之上,與下伏各含水層均有一定的水力聯(lián)系,(主要在各基巖含水層露頭帶)。煤礦開采以后,四含水已通過淺部裂隙帶和塌陷露頭帶滲入礦坑,四含水位已明顯下降,工廣內(nèi)的94觀1孔水位已降至-86m。總體上看,本區(qū)四含厚度較小,水平逕流及補(bǔ)給微弱。(3)二迭系主采煤層間砂巖裂隙含水層(段)二迭系巖性一般較致密,砂巖裂隙不發(fā)育,滲透性弱,主要受區(qū)域?qū)娱g逕流補(bǔ)給,同時淺部露頭帶接受新生界四含水緩慢入滲補(bǔ)給。由于井巷的開拓和煤層的開采,二迭系砂巖裂隙水以突水、淋水和涌水的形式向礦坑排泄。由于區(qū)域范圍內(nèi)二迭系含水層補(bǔ)給水源缺乏,水平逕流微弱,以靜儲量為主,故本區(qū)二迭系含水層水對本區(qū)開采影響不大。(4)太灰、奧灰?guī)r溶裂隙含水層(段)以層間逕流、補(bǔ)給為主,在淺部露頭帶接受四含水的補(bǔ)給,區(qū)域范圍內(nèi)逕流、排泄、補(bǔ)給明顯。北二采區(qū)開采10煤層已多次發(fā)生底板突水,太灰水是礦井充水的最主要水源。2礦井涌水量本礦井最大涌水量為670m3/時,正常涌水量為300 m3/時。1.3 煤層特征1.3.1 可采煤層本礦井可采煤層有6、72、8、10四個煤層,52煤為局部可采煤層,72煤、10煤為本區(qū)主采煤層,63煤全區(qū)不可采,其煤層特征見表1-1。1 可采煤層特征1) 52煤層位于下石盒子組中上部,煤厚01.76m,平均厚0.72m,可采指數(shù)0.57m,煤厚變異系數(shù)57.1%,煤層結(jié)構(gòu)較簡單,局部含一層夾矸,夾矸厚00.05米,頂?shù)装鍨槟鄮r。綜上所述52煤為結(jié)構(gòu)較簡單,局部可采的極不穩(wěn)定煤層。2) 6煤層位于下石盒子組中下部,上距52煤20m左右,煤厚01.11m,平均厚0.75米,可采指數(shù)0.8,煤厚變異系數(shù)47.7%,區(qū)內(nèi)可采,煤層結(jié)構(gòu)簡單,頂?shù)装鍨槟鄮r。綜上所述,61煤為結(jié)構(gòu)簡單,大部分可采的不穩(wěn)定薄煤層。3) 72煤層位于下石盒子下部,煤層厚度2.653.68m,平均厚3.5m,由北向南煤層逐漸變薄,可采范圍主要布在6-7線以北,煤層結(jié)構(gòu)簡單,煤層穩(wěn)定,可采性指數(shù)1.0,煤厚變異系數(shù)16%,直接頂為粉砂巖,直接底板為泥巖。綜上所述,72煤層為全區(qū)可采,結(jié)構(gòu)簡單較穩(wěn)定中厚煤層。4) 8煤層位于下石盒子組下部,上距72煤22m,厚度02.32m,平均厚0.6m,煤層由北向南逐漸變薄,直至尖滅,煤層結(jié)構(gòu)較簡單,可采性指數(shù)1.0,煤厚變異系數(shù)37%。直接頂板為中粒砂巖,底板為泥巖。綜上所述,82煤層為大部分可采,結(jié)構(gòu)較簡單較穩(wěn)定薄煤層。5) 10煤層位于山西組,上距82煤105m,為本區(qū)主要可采煤層,全區(qū)穩(wěn)定可采,煤厚2.423.58m,平均厚3.2m。10煤層可采性指數(shù)為1,煤厚變異系數(shù)為12%。煤層含一層夾矸,夾矸為泥巖,厚00.57m。直接頂多為中粒砂巖,局部地區(qū)在中粒砂巖下有一層泥巖,直接底板為泥巖。綜上所述,72、10煤層為全區(qū)可采,結(jié)構(gòu)較簡單的較穩(wěn)定中厚煤層,下面的設(shè)計只針對這兩層煤。表1-1 可采煤層特征表煤層層間距厚度/ m變異系數(shù)1%穩(wěn)定類型頂、底板主要巖性最大最小平均/ m最大最小平均/ m5201.760.7257.1極不穩(wěn)定頂板泥巖、粉砂巖底板泥巖為主610.228.101.110.7547.7極不穩(wěn)定頂板泥巖為主底板以泥巖為主2072981182.653.683.516較穩(wěn)定頂板砂巖、粉砂巖底板砂巖、粉砂巖102.482030.202.320.637極不穩(wěn)定頂板為中粒砂巖底板為泥巖221063.0115105.22.423.583.212穩(wěn)定頂板泥巖、粉砂巖為主底板砂巖、細(xì)砂巖2、巖石力學(xué)性質(zhì) 各煤層頂?shù)装辶W(xué)試驗(yàn)成果見下表1-2表1-2 各煤層頂?shù)装辶W(xué)試驗(yàn)成果煤層號頂?shù)装鍘r石名稱抗剪強(qiáng)度(MPa)抗壓強(qiáng)度(MPa)單向抗拉強(qiáng)度(MPa)3045正應(yīng)力剪應(yīng)力正應(yīng)力剪應(yīng)力自然狀態(tài)平均變異范圍平均變異范圍平均變異范圍平均變異范圍平均變異范圍平均變異范圍72頂板粉砂巖泥巖65.634.5116.331.71.02.0中砂巖3.42.34.35.74.17.314.813.815.714.813.815.7165.8105.4219.43.73.53.9底板泥巖粉砂巖41.340.542.010頂板粉砂巖泥巖12.04.722.220.98.238.628.628.661.029.095.52.41.15.4底板砂巖、細(xì)砂巖10.56.318.518.110.931.826.123.931.526.123.931.590.442.2136.81.81.12.21.3.2 煤的特征本區(qū)可采煤層為低變質(zhì)氣煤,煤種牌號單一,煤質(zhì)各項指標(biāo)變化較小。1煤的物理性質(zhì)褐黑色黑色,瀝青玻璃光澤,局部暗煤和亮煤互成條帶狀,各煤層多為階梯狀斷口,少數(shù)可見貝殼狀斷口。52煤以碎塊狀為主;61煤以粉末狀和碎塊狀為主;8煤以粉末狀為主,煤層較軟;72、 10煤成塊狀,硬度較大。2煤巖特征有機(jī)組分以凝膠化基質(zhì)為主,其次是絲炭化物質(zhì)及少量角質(zhì)物質(zhì)。形狀為條帶狀,少量為塊狀,并保存有較明顯的木質(zhì)組織,屬腐植煤類。各煤層以亮煤為主,暗煤次之,其中上部煤組暗煤含量大于下部煤組。宏觀煤巖類型屬半暗半亮型煤。礦物雜質(zhì)以泥質(zhì)粘土物質(zhì)為主,呈單獨(dú)塊狀和分散存在,少數(shù)呈浸染狀分布,并含有微量粒狀和脈狀黃鐵礦以及碳酸鹽類。變質(zhì)階段大部分為氣煤。3煤的化學(xué)性質(zhì)1)有害組分各煤層的有害組分見下表。表1-3 煤層有害組分統(tǒng)計表煤 層M.ad(%)A.d(%)St.d(%)P.d(%)52原煤 1.57-2.36 2.0817.92-24.3620.1 0.17-0.31 0.24 0.006精煤 1.45-2.04 1.73 9.2-12.25 10.246原煤1.15-2.36 1.7522.59-22.8322.710.190.005精煤 1.55-2.31 1.93 8.82-9.08.91 72原煤1.8-2.47 2.016.95-51.9829.25 0.19-0.89 0.390.004精煤 0.97-2.531.61 7.58-11.23 9.52 0.00168原煤 1.81-2.12 1.9719.06-25.14 22.1 0.44-0.70.540.005精煤 1.63-1.94 1.79 8.68-13.43 11.550.001910原煤 0.7-1.79 1.1514.93-40.89 21.5 0.45-0.70.590.003精煤 1.25-1.98 1.38 5.75-11.38 8.2(1)水 分各煤層原煤水分含量相差不大,平均值多在1.50%2.00%之間。精煤分析樣水分含量一般較原煤低。(2)灰 分a灰分產(chǎn)率52煤、61煤、8、10煤層為中灰煤。72煤層原煤灰份高,灰分產(chǎn)率平均在29%以上。各煤層精煤灰分產(chǎn)率大大低于原煤,平均多在8%11%之間。b灰成分及灰熔點(diǎn)各煤層灰成分基本相同,主要以酸性化合物的SiO2和Al2O3為主,次為堿性化合物Fe2O3及CaO,少量MgO、SO3、TiO2,其中10煤層灰成分中SO3含量較其它煤層高,主要由其沉積環(huán)境所致。各煤層灰成分組成見下表。表1-4 煤層灰成分統(tǒng)計表煤層SiO2(%)Al2O3(%)Fe2O3(%)CaOMgO(%)SO3(%)5252.52-55.1853.8029.63-33.5531.142.85-6.584.812.24-4.673.600.51-0.900.720.98-2.051.37655.84-58.7057.2730.40-32.7331.573.34-4.253.801.74-2.692.220.57-0.590.580.70-0.920.817253.32-57.5455.9726.17-30.6928.075.23-7.076.292.96-4.613.650.47-1.380.862.74-2.942.83847.66-49.7248.6930.70-33.0731.893.26-7.795.413.99-8.786.610.25-1.851.151.86-5.383.181042.25-58.0749.9020.88-32.6326.265.12-8.946.652.64-11.776.880.40-4.781.332.08-6.523.95(3)硫 分本區(qū)82、10煤平均硫分含量多在0.41.00%之間,屬低硫分煤,其余煤層平均硫分含量45)0.50.60.60.40.40.5最低灰分%4050本礦井設(shè)計對72,10煤層進(jìn)行開采設(shè)計,它們的厚度分別為3.5、3.2邊界露頭線為-290m,-1250m以下的煤炭儲量尚未探明,作為礦井的遠(yuǎn)景儲量。本次儲量計算是在精查地質(zhì)報告提供的1:5000煤層底板等高線圖上計算的,儲量計算可靠。1)井田范圍內(nèi)的煤炭儲量是礦井設(shè)計的基本依據(jù),煤炭工業(yè)儲量是由煤層面積、容重及厚度相乘所得,其公式一般為:Zg=SMR 2-1其中:Zg礦井的工業(yè)儲量; S 井田水平面積,23.24km2; M煤層的厚度,6.7m; R 煤的容重,1.4t/m3;則:Zg=23.2410000001.46.7/10000/cos18 =204.2231Mt2)分水平計算工業(yè)儲量 第一水平標(biāo)高為-590,由精查地質(zhì)報告提供的1:5000煤層底板等高線圖估算得:Zg1=8.1100011001.46.7/10000=73.5758Mt第二水平標(biāo)高為-900,工業(yè)儲量為:Zg2=8.1100010001.46.7/10000 =69.978Mt第三水平標(biāo)高為-1200,工業(yè)儲量為:Zg3=8.110009001.46.7/10000 =62.3802Mt2.2.2 礦井可采儲量1)邊界煤柱可按下列公式計算 Z=LbMR 2-2 其中:Z邊界煤柱損失量; L邊界長度 b邊界寬度;50m M煤層厚度;6.7m R煤的容重,1.4t/m3則井田的邊界煤柱為:8.110-4506.71.4103+23.1506.71.410310-4 =67.067Mt斷層:5050081.46.710-4=0.2344 Mt;2)工業(yè)廣場煤柱根據(jù)煤炭工業(yè)設(shè)計規(guī)范第5-22條規(guī)定:工業(yè)廣場的面積為0.8-1.1平方公頃/10萬噸。本礦井設(shè)計生產(chǎn)能力為1.80Mt/a,所以取工業(yè)廣場的尺寸為400m450m的長方形。煤層的平均傾角為18度,工業(yè)廣場的中心處在井田走向的中央,傾向中央偏于煤層中上部,其中心處埋藏深度為-590m,該處表土層厚度為280-300m,主井、副井,地表建筑物均布置在工業(yè)廣場內(nèi)。工業(yè)廣場按級保護(hù)留維護(hù)帶,寬度為15m。本礦井的地質(zhì)掉件及沖積層和基巖層移動角見表2-1。表2-2 巖層移動角廣場中心深度/m煤層傾角煤層厚度/m沖擊層厚度/m-700186.729045707557由此根據(jù)上述以知條件,畫出如圖2-1所示的工業(yè)廣場保護(hù)煤柱的尺寸: 圖2-1 工業(yè)廣場保護(hù)煤柱由圖可得出保護(hù)煤柱的尺寸為:S=梯形面積=(上寬+下寬)高/(2cos18) 2-3=1412494.67則:工業(yè)廣場的煤柱量為: Zi=SMR式中:Zi-工業(yè)廣場煤柱量; S -工業(yè)廣場壓煤面積,1412494.67; M -煤層厚度, 6.7m; R -煤的容重, 1.4t/m3。則:Zi=1412494.676.71.410-4 =13.2492Mt3)總煤柱量 邊界煤柱: 6.7067Mt; 斷層:5050081.46.710-4=0.2344Mt; 工業(yè)廣場煤柱:13.2492Mt;總煤柱量=670.67+23.44+1324.92 =20.1903Mt4)礦井的可采儲量礦井的可采儲量按下式計算: Zk=(Zg-P)C 2-4其中:Zk-礦井的可采儲量;Mt Zg-礦井的工業(yè)儲量,207.2266Mt; P -保護(hù)工業(yè)場地、井筒、井田境界、河流、湖泊、建筑物等留設(shè)的永久煤柱損失量,20.1903Mt; C -采區(qū)采出率,厚煤層不低于0.75,中厚煤層不低于0.80,薄煤層不低于0.85,本礦取0.80則: Zk=(22922.31-2019.03)0.80 =145.22624Mt5) 分水平計算可采儲量 第一水平標(biāo)高為-590,由精查地質(zhì)報告提供的1:5000煤層底板等高線圖估算得: 邊界煤柱:10010501.46.7/10000 =0.9849Mt 斷層煤柱:505001.46.7/10000 =0.2344Mt 工業(yè)廣場煤柱:2.7135Mt第一水平可采儲量: Zk1=(Zg1 -98.49-23.44-271.35)0.8 =53.7144Mt第二水平標(biāo)高為-900,可采儲量為: 邊界煤柱:10010001.46.7/10000 =0.938Mt 工業(yè)廣場煤柱:10.5357Mt第二水平可采儲量: Zk2 =(Zg2 -93.8-1053.57)0.8 =45.60344Mt第三水平標(biāo)高為-1200,工業(yè)儲量為:62.3802Mt 邊界煤柱:508.110001.46.7/10000+ 1009001.46.7/10000 =4.6431Mt第三水平可采儲量: Zk3 =(Zg3 -464.31)0.8 =44.98968Mt2.2.2 礦井儲量計算匯總表表2-3 礦井儲量計算匯總表水平數(shù)工業(yè)儲量/Mt可采儲量/Mt第一水平-590m73.575853.7144第二水平-900m69.97845.60344第三水平-1200m62.380244.98968合計205.934144.30752 3 礦井工作制度、設(shè)計生產(chǎn)能力及服務(wù)年限3.1 礦井工作制度按照煤炭工業(yè)礦井設(shè)計規(guī)范中規(guī)定,參考關(guān)于煤礦設(shè)計規(guī)范中若干條文修改的說明,確定本礦井設(shè)計生產(chǎn)能力按年工作日330天計算,三八制作業(yè)(兩班生產(chǎn),一班檢修),每日兩班出煤,凈提升時間為16h。3.2 礦井設(shè)計生產(chǎn)能力及服務(wù)年限1.礦井設(shè)計生產(chǎn)能力因?yàn)楸揪镌O(shè)計豐富,主采煤層賦存條件簡單,井田內(nèi)部無較大斷層,比較合適布置大型礦井,經(jīng)校核后確定本礦井的設(shè)計生產(chǎn)能力為180萬噸/年。2.井型校核下面通過對設(shè)計煤層開采能力、輔助生產(chǎn)能力、儲量條件及安全條件等因素對井型加以校核。(1)礦井開采能力校核桃園礦區(qū)72、10煤層均為中厚煤層,煤層平均傾角為18度,地質(zhì)構(gòu)造簡單,賦存較穩(wěn)定,但礦井瓦斯含量及涌水相對較大,工作面長度不一過大,考慮到礦井的儲量可以布置兩個綜采工作面同采可以滿足礦井的設(shè)計能力。(2)輔助生產(chǎn)環(huán)節(jié)的能力校核本礦井為大型礦井,開拓方式為立井開拓,主井提升容器為兩對9噸底卸式提升箕斗,提升能力可以達(dá)到設(shè)計井型的要求,工作面生產(chǎn)原煤一律用帶式輸送機(jī)運(yùn)到采區(qū)煤倉,運(yùn)輸能力很大,自動化程度很高,原煤外運(yùn)不成問題。輔助運(yùn)輸采用罐籠,同時本設(shè)計的井底車場調(diào)車方便,通過能力大,滿足矸石、材料及人員的調(diào)動要求。所以輔助生產(chǎn)環(huán)節(jié)完全能夠滿足設(shè)計生產(chǎn)能力的要求。(3)通風(fēng)安全條件的校核本礦井煤塵具有爆炸性瓦斯含量相對較高,屬于高瓦斯礦井,水文地質(zhì)條件較簡單。礦井通風(fēng)采用對角式通風(fēng),礦井達(dá)產(chǎn)初期對首采只需先建一個風(fēng)井即可滿足礦井的通風(fēng)需求,后期再建一個風(fēng)井,可以滿足整個礦井通風(fēng)的要求。本井田內(nèi)存在若干小斷層,已經(jīng)查到且不導(dǎo)水,不會影響采煤工作。所以各項安全條件均可以得到保證,不會影響礦井的設(shè)計生產(chǎn)能力。(4)儲量條件校核井田的設(shè)計生產(chǎn)能力應(yīng)于礦井的可采儲量相適應(yīng),以保證礦井有足夠的服務(wù)年限。礦井服務(wù)年限的公式為:T=Zk/(AK) 3-1其中:T -礦井的服務(wù)年限,a; Zk-礦井的可采儲量,144.30752Mt; A -礦井的設(shè)計生產(chǎn)努力, 1.80Mt/a; K -礦井儲量備用系數(shù),取1.3。則:T=144.30752/(1.801.3) =61.7a既本礦井的開采服務(wù)年限符合規(guī)范的要求。注:確定井型是要考慮備用系數(shù)的原因是因?yàn)榈V井每個生產(chǎn)環(huán)節(jié)有一定的儲備能力,礦井達(dá)產(chǎn)后,產(chǎn)量迅速提高,局部地質(zhì)條件變化,使儲量減少,有的礦井由于技術(shù)原因使采出率降低,從而減少儲量,為保證有合適的服務(wù)年限,確定井型時,必須考慮備用系數(shù)。5)第一水平服務(wù)年限校核 由本設(shè)計第四章井田開拓可知,第一水平到達(dá)-590m,可采儲量由第二章計算知為6371.44萬噸。第一水平的服務(wù)年限的計算公式為:T1=53.7144/(1801.3) =24.95a即本設(shè)計第一水平的服務(wù)年限符合礦井設(shè)計規(guī)范的的要求。4 井田開拓4.1 井田開拓的基本問題井田開拓是指在井田范圍內(nèi),為了采煤,從地面向地下開拓一系列巷道進(jìn)入媒體,建立礦井提升、運(yùn)輸、通風(fēng)、排水和動力供應(yīng)等生產(chǎn)系統(tǒng)。這些用于開拓的井下巷道的形式、數(shù)量、位置及其相互聯(lián)系和配合稱為開拓方式。合理的開拓方式,需要對技術(shù)可行的幾種開拓方式進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較,才能確定。井田開拓主要研究如何布置開拓巷道等問題,具體有下列幾個問題需認(rèn)真研究。1.確定井筒的形式、數(shù)目和配置,合理選擇井筒及工業(yè)場地的位置;2.合理確定開采水平的數(shù)目和位置;3.布置大巷及井底車場;4.確定礦井開采程序,做好開采水平的接替;5.進(jìn)行礦井開拓延深、深部開拓及技術(shù)改造;6.合理確定礦井通風(fēng)、運(yùn)輸及供電系統(tǒng)。本井田開拓方式的選擇,主要考慮到以下幾個因素:1)本井田煤層埋藏較深,煤層可采線在-290m,最深處到-1250m表土層厚度大,平均厚度為280m。2)本井田瓦斯及涌水比較大,對開拓方式的選擇影響較大。3)本礦地表地勢平坦,且多為農(nóng)田,無大的地表水系和水體,地面平均標(biāo)高為+24.5m。4.1.1 井筒形式的確定井筒形式有三種:平硐、斜井、立井。一般情況下,平硐最簡單,斜井次之,立井最復(fù)雜。由于本礦表土層較厚,水文地質(zhì)條件比較復(fù)雜,井筒需要才用特殊法施工,故第一水平采用立井開拓。根據(jù)礦井提升的需要與本礦的地質(zhì)條件及煤礦安全規(guī)程的規(guī)定,在本井田的中上部設(shè)立主副井筒各一個。主井用來提升煤炭,副井用來運(yùn)送人員、材料、矸石及通風(fēng)等。本礦井的瓦斯含量比較大,井田的走向長度比較長,平均為8.1km,經(jīng)比較采用對角式通風(fēng),礦井第一水平生產(chǎn)初期在第一水平的南一和南三兩采區(qū)邊界連接處布置南風(fēng)井,后期另在北二和北四兩采區(qū)的邊界連接處打北風(fēng)井,擔(dān)負(fù)整個礦井的回風(fēng)任務(wù)。4.1.2 井筒位置的確定本礦井走向長度較大地勢平坦,主副井筒布置在儲量中央,且兩井筒的地面標(biāo)高大于歷年最高洪水位標(biāo)高。風(fēng)井井筒位置的選擇應(yīng)在滿足通風(fēng)條件的前提下,與提升井筒的貫通位置最短,并利用各種煤柱以減少保護(hù)煤柱的損失。本井田東西無其它礦井決定將本礦井的風(fēng)井布置在井田上部邊界不壓本井田的煤層。4.1.3 工業(yè)場地的位置工業(yè)場地的位置選擇在主、副井井口附近,即井田西翼中部。工業(yè)場地的形狀和面積:根據(jù)表4.1工業(yè)場地占地面積指標(biāo),確定地面工業(yè)場地的占地面積為18公頃,形狀為矩形,長邊垂直于井田走向, 長為450m,寬為400m。表4-1 工業(yè)場地占地面積指標(biāo)井 型(萬t/a)占地面積指標(biāo)(公頃/10萬t)240及以上1.0120-1801.245-901.59-301.84.1.4 開采水平的確定本礦井主采煤層為72, 10號煤層,其它煤層屬急薄且不穩(wěn)定煤層,近期暫不開采可作為后備儲量。72, 10號煤層屬緩斜煤層,平均傾角為18,煤層露頭標(biāo)高-290m,煤層埋藏最深處達(dá)-1250m,垂直高度達(dá)960m,因此必須采用分水平開采。根據(jù)煤炭工業(yè)設(shè)計規(guī)范規(guī)定,緩傾斜、傾斜煤層的階段垂高為200350m,針對于本礦井的實(shí)際條件,決定煤層的階段垂高為300m左右。由于本礦井瓦斯,涌水及煤層傾角比較大,所以否定了上下山的開采方案,考慮到階段垂高不能太大,所以本礦井最終采用三水平的開采方式。采用三個水平劃分時,立井開拓第一水平,二、三水平的延伸可以考慮采用立井延伸或暗斜井延伸以及另開主副井。4.1.5 運(yùn)輸大巷和井底車場的布置1)運(yùn)輸大巷的布置運(yùn)輸大巷的布置考慮以下四種技術(shù)上可行的方案: 分煤層布置各煤層大巷 分煤層底板布置各巖石大巷 布置一條巖石集中大巷在10煤層底板巖石中 布置一條煤層集中大巷在10煤層中下面對以上四種方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較: 掘進(jìn)費(fèi)用表4-2 掘進(jìn)費(fèi)用方案一方案二工程量(m)單價(元/m)費(fèi)用(萬元)工程量(m)單價(元/m)費(fèi)用(萬元)60002(煤層大巷)24132895.660002(巖石大巷)2702.532433004(石門)2702.53219.94004(石門)2702.5432.4小計3219.93675.4方案三方案四6000(巖石大巷)2702.51621.5600024131447.84400(石門)2702.5432.434002702.5324.3小計2053.91772.1表4-3 維護(hù)費(fèi)用方案一方案二工程量(m)單價(元/am)費(fèi)用(萬元)工程量(m)單價(元/am)費(fèi)用(萬元)60001778.81.21778.871.460.6=91687.8960001240.11.21240.171.460.6=63920.6方案三方案四60001240.11.211240.171.460.6=63920.70660001778.81.21778.871.460.6=91687.896表4-4 損失煤柱費(fèi)方案一方案二損失煤柱量(t)單價(元/t)費(fèi)用(萬元)損失煤柱量(t)單價(元/t)費(fèi)用(萬元)7060001.46.7=3939600300118188000方案三方案四0007060001.43.2=188160030056448表4-5 運(yùn)輸費(fèi)方案一方案二工程量(tm)單價(元/tm)費(fèi)用(萬元)工程量(tm)單價(元/tm)費(fèi)用(萬元)1.26442.353.2/6.7300=1107699.580.38142.21.26442.353.5/6.7200+1.26442.353.2/6.7500=2653805.7740.381101.11方案三方案四1.26442.35(3.5/6.7800+3.2/6.7500)=5076902.8870.381193.431.26442.35(3.5/6.7600+3.2/6.7300)=3530708.660.381134.52表4-6 費(fèi)用總計方案一方案二方案三方案四總費(fèi)用(萬元)213137.8967067.21666168.036139125.576經(jīng)經(jīng)濟(jì)比較可看出方案三的費(fèi)用最少,所以采用方案三,在10煤層底板巖石中布置一條集中大巷,距煤層底板30m處的砂巖中,使大巷不受煤層開采的影響。優(yōu)點(diǎn)是巷道維護(hù)條件好,巷道施工條件夠按要求保持一定方向和坡度;在開采上下階段時可跨大巷開采,不留設(shè)保護(hù)煤柱,減少煤柱損失,同時便于設(shè)置煤倉。2)井底車場的布置第一水平井底車場布置在煤層頂板煤層頂板,第二,三水平井底車場布置在煤層底板中,以上布置經(jīng)過詳細(xì)的論正,在以下章節(jié)中有經(jīng)濟(jì)和技術(shù)比較。4.1.6 礦井開拓方案比較1)階段劃分由于本礦井傾向平均斜長3.1km,考慮的礦井瓦斯,涌水及煤層傾角比較大,且否定了上下山的開采方案,考慮到階段垂高不能太大及現(xiàn)有的輔助運(yùn)輸設(shè)備,本礦井最終采用三水平的開采方式。2)礦井開拓延伸方案本礦井開拓延伸可以考慮以下兩種方案:立井延伸;暗斜井延伸。3)方案說明由于本井田地勢平坦,表土層較厚,所以第一水平采用立井開拓而不能采用斜井開拓,又因本礦井瓦斯,涌水以及煤層傾角大,使用下山開采在技術(shù)上困難較多,故階段內(nèi)只采用上山開采。根據(jù)以上分析,現(xiàn)提出以下四種在技術(shù)上可行的開拓方案。如圖41所示。(1)立井第一水平,暗斜井延伸第二,三水平;(2)立井第一二水平,暗斜井延伸第三水平;(3)立井三水平;(4)立井第一二水平水平,主暗斜井延伸第三水平,新打一副井;開拓方案一二的的區(qū)別在于第二水平的延伸方式是立井延伸還是暗斜井延伸, 方案三四的區(qū)別在于第三水平的開拓方式。(a)(b) (c) (d)圖41 技術(shù)上可行的四種開拓方案4)開
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