【正文】 全高采動覆巖結(jié)構(gòu)特征分析 102 102 106 106 107——RFPA2D模擬 107 107 1084 主要結(jié)論 113參考文獻 114翻譯部分英文原文 116中文譯文 124致 謝 131中國礦業(yè)大學(xué)2011屆本科生畢業(yè)設(shè)計第13頁1 礦區(qū)概述及井田地質(zhì)特征古書院礦位于晉城市北1km處，行政區(qū)劃大部屬晉城市城區(qū)管轄，北端小部分在澤州巴公鎮(zhèn)境內(nèi)。52′56″，北緯35176。井田東部有太原～焦作鐵路經(jīng)過。地形最高點為西北部方山山頂，最低處為井田南部邊界低洼處。雨季流量較大，西南部大氣降水經(jīng)晉城西河、古書院河、晉城東河匯入白水河經(jīng)孔莊注入丹河，東北部大氣降水匯入劉家川河、司徒河向東注入丹河，丹河屬沁河支流。本區(qū)屬太行山西側(cè)山間盆地，屬暖溫帶大陸性氣候。降水量集中在9三個月，蒸發(fā)量一般為降水量的2～3倍。風(fēng)力不大，一般3～4級，最大6級。整個晉城礦區(qū)跨越晉城市和陽城、沁水兩縣，面積為67952km2?，F(xiàn)井田內(nèi)保留有證礦井12座。這些小煤礦的亂采亂挖掘，給該礦造成了嚴(yán)重的破壞，截止2000年底?！?0176。東翼平緩，傾角6176?！?0176?！?176。8176。(4)向斜：位于井田北部2背斜東側(cè)，軸向15176。(5)背斜：位于井田北部4向斜東側(cè)，軸向20176。(6)向斜：位于井田西南部，軸向近南北，大致沿古補202號65號孔西方向向南延伸，全長2000以上。(7)背斜：位于井田西南部，3向斜西側(cè)，軸向5176?！?176?！?2176?！?5176。(11)向斜：位于井田南部，10背斜北側(cè)，軸向70176。65176。延伸長度約1200m，兩翼傾角8176。軸部沿119號孔補46號孔南441號孔南方向延伸，全長2600m，兩翼傾角8176。軸部沿補65號孔442號孔洪1號孔133號孔227號孔呈弧形延伸，全長4500m，兩翼傾角6176?！?0176。(18)向斜：位于井田東部17背斜兩側(cè)，軸向25176。軸部沿古補77號孔大4號孔補37號孔方向延伸，全長1000m，兩翼傾角5176?！?176。按褶曲長度和幅度分類，井田褶曲大、中、小型均有分布。井田較大斷層為西北邊界處的白馬寺逆沖斷層，井田內(nèi)地表未見其它斷層，井下9號煤層中開采中共發(fā)現(xiàn)124條小型斷層（3號煤層65條，9號煤層59條）從開采揭露情況看，未發(fā)現(xiàn)9號煤層各斷層存在上下對應(yīng)關(guān)系，均為層間錯動的小斷層。傾向，傾角70176。陷落柱縱斷面呈倒漏斗，水平斷面多呈橢圓形或近圓形，柱體內(nèi)充填物雜亂無章，巖塊大小不等，具棱角狀，巖塊擠壓緊密，柱體內(nèi)一般無水。奧陶系灰?guī)r為媒系地層之基底?！?，于下伏奧陶系呈平行不整合接觸。（3）二疊系1）下統(tǒng)山西組為驚天內(nèi)主要含煤地層之一?！?，與下伏地層整合接觸。為與上石盒子組分界的輔助標(biāo)志層。下部為一層不穩(wěn)定的中粗粒石英砂巖。（5）第四系分布范圍較廣，于地形起伏相一致，厚度由山梁向邊坡遞增， ，沉積物以紅土、黃土為主，沖擊物位沙礫層。東部丹河是沁河的一條最大支流，發(fā)源于高平市趙莊北之丹朱嶺，流經(jīng)高平市、澤州縣，在河南省沁陽縣北金村匯入沁河。任莊水庫以南至水東間為丹河河水滲漏河段，地表水補給地下水。三姑泉為散泉，較大泉眼有石青泉、馬尾泉、郭壁泉、土坡泉、白洋泉、小會泉、鄉(xiāng)北泉、水掌泉等。地理范圍包括晉城城區(qū)、高平、陵川、澤州等縣市。第四系松散層水屬潛水，其余大都屬承壓水。地下水總的徑流方向是自東北、北部向南流動，富水性也由北向南漸漸變好。石炭系灰?guī)r巖溶裂隙含水層組石炭系含水層分布在層位穩(wěn)定、厚度大、巖溶裂隙較為發(fā)育的厚層石灰?guī)r中，其富水性變化也很大。二疊系砂巖裂隙含水層組二疊系含水層主要是厚層砂巖裂隙含水，在二疊系分布較廣的山區(qū)，其溝谷及兩岸常有下降泉出露，泉水出自砂巖層中，水量隨季節(jié)變化很大。如地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育導(dǎo)通各含水層時，或相對隔水層較薄弱、缺失時，各含水層之間會有互相補給情況發(fā)生。1958年7月建礦時，由114隊又進行了精查補充勘探，共施工44個鉆孔，其中潞安地質(zhì)大巷檢查孔9個，并提交由《生產(chǎn)補充勘探報告》。共含煤12層，％。距9號煤層50m左右。9號煤層：位于太原組中部的灰?guī)r之下。該煤層個別點因夾石增厚而不可采（119號孔）。底板以黑灰色泥巖、鋁土質(zhì)泥巖。與相鄰鉆孔相差太大，且質(zhì)量均不合格，故編圖中均未采用其厚度。9號煤層為灰黑色，玻璃光澤，致密，性脆，由暗煤和亮煤組成，條帶狀結(jié)構(gòu)，階梯狀斷口，可見黃鐵礦結(jié)核或呈星散裝賦存于煤層中。在井田南部補66孔周圍有一高硫地。煤中的元素組成以碳為主，約占93%，其次為氫約占3％，說明煤化程度較高。④低溫干餾：勘探階段曾作此試驗，結(jié)果均無油。 3號煤低－低中灰、特低－低硫，9號、硫分控制在1％以下，是良好的動力用煤、煉焦配煤以及化工用煤的原料。頂板巖性分布情況詳見表13。表13 煤層頂?shù)装鍘r石物理性質(zhì)層位巖石名稱物理特征比重（）容重（濕）含水量/%抗壓強度抗剪強度抗拉強度干燥狀態(tài)飽和狀態(tài)3號煤頂板砂質(zhì)泥巖451298793號煤底板砂巖5880～90959號煤頂板砂巖6333371329號煤底板砂巖4412437615號煤層頂板砂巖103382125918915號煤層底板粉砂巖259140按照《中國煤炭分類國家標(biāo)準(zhǔn)》（575186）進行劃分，以浮煤揮發(fā)分測定值為主要分類指標(biāo)，浮煤氫含量為輔助指標(biāo)劃分煤類。近年來隨著9號煤開采，礦井瓦斯涌出量有增大的趨勢，但按《煤礦安全規(guī)程》140條規(guī)定，古書院礦扔屬低瓦斯礦井。煤田范圍劃分為井田的原則有：1）井田范圍內(nèi)的儲量，煤層賦存情況及開采條件要與礦井生產(chǎn)能力相適應(yīng)；2）保證井田有合理尺寸；3）充分利用自然條件進行劃分，如地質(zhì)構(gòu)造（斷層）等；4）合理規(guī)劃礦井開采范圍，處理好相鄰礦井間的關(guān)系。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。井田的賦存狀況見圖21。保護煤柱留設(shè)原則：（1）工業(yè)場地、井筒留設(shè)保護煤柱，對較大的村莊留設(shè)保護煤柱，對零星分布的村莊不留設(shè)保護煤柱；（2）各類保護煤柱按垂直斷面法或垂線法確定。；（3）維護帶寬度：風(fēng)井場地20m，村莊10m，其他15m；（4）斷層煤柱寬度30m，井田邊界煤柱寬度為20m；（5）工業(yè)廣場占地面積，根據(jù)《煤礦工業(yè)設(shè)計規(guī)范》第522條規(guī)定：，如表21。（3）工業(yè)廣場保護煤柱本礦井設(shè)計生產(chǎn)能力為120Mt/a，取工業(yè)廣場的尺寸為360m400m 的長方形。本礦井的地質(zhì)條件及沖積層和基巖層移動角見表22。)(176。大巷保護煤柱寬度為50m，大巷長約為5600m。則礦井設(shè)計可采儲量為：Zk=（）=3 礦井工作制度、設(shè)計生產(chǎn)能力及服務(wù)年限按照《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，四六制作業(yè)（三班生產(chǎn)，一班檢修），每日三班出煤，凈提升時間為16小時。條件好者，應(yīng)加大開發(fā)強度和礦區(qū)規(guī)模；否則應(yīng)縮小規(guī)模；（3）國家需求：對國家煤炭需求量（包括煤質(zhì)、產(chǎn)量等）的預(yù)測是確定礦區(qū)規(guī)模的一個重要依據(jù)；（4）投資效果：投資少、工期短、生產(chǎn)成本低、效率高、投資回收期短的應(yīng)加大礦區(qū)規(guī)模，反之則縮小規(guī)模。礦井可采儲量、設(shè)計生產(chǎn)能力和礦井服務(wù)年限三者之間的關(guān)系為： （式31）式中：T——礦井服務(wù)年限；Zk——礦井可采儲量； A——設(shè)計生產(chǎn)能力；K——礦井儲量備用系數(shù)。 按礦井的實際煤層開采能力，輔助生產(chǎn)能力，儲量條件及安全條件因素對井型進行校核：（1）煤層開采能力井田內(nèi)15，為中厚煤層，賦存穩(wěn)定，厚度變化不大。主運輔運都能滿足要求。45176。合理的開拓方式，要技術(shù)上可行，經(jīng)濟上合理，生產(chǎn)上安全高效。在保證生產(chǎn)可靠和安全的條件下減少開拓工程量；尤其是初期建設(shè)工程量，節(jié)約基建投資，加快礦井建設(shè)。（5）、要適應(yīng)當(dāng)前國家的技術(shù)水平和設(shè)備供應(yīng)情況，應(yīng)為采用新技術(shù)、新工藝、發(fā)展采煤機械化、綜合機械化、自動化創(chuàng)造條件。1）平硐開拓受地形埋藏條件限制，只有在地形條件合適，煤層賦存較高的山嶺、丘陵或溝谷地區(qū)，且便于布置工業(yè)場地和引進鐵路，上山部分儲量大致能滿足同類井型水平服務(wù)年限要求。主要缺點是立井井筒施工技術(shù)復(fù)雜，需用設(shè)備多，要求有較高的技術(shù)水平，井筒裝備復(fù)雜，掘進速度慢，基本建設(shè)投資大。井上地形較為平坦，無太大起伏，因而不適宜平硐開拓。2）井筒沿井田走向方向的有利位置本井田形狀不規(guī)則，儲量分布不均勻，井筒的有利位置應(yīng)在井田走向的儲量中央，以形成兩翼儲量比較均勻的雙翼井田，可以使井田走向的井下運輸工作量最小，運輸費用最小，通風(fēng)網(wǎng)路較短，通風(fēng)阻力小。4）地質(zhì)及水文條件對井筒布置的影響要保證井筒、井底車場及硐室位于穩(wěn)定的圍巖中，應(yīng)使井筒盡量不穿過或少穿過流沙層、較大的含水層、較厚沖積層、斷層破碎帶、煤與瓦斯突出煤層、較軟煤層及高應(yīng)力區(qū)。工業(yè)場地的形狀和面積：根據(jù)工業(yè)場地占地面積指標(biāo)，如下圖所示。設(shè)計中只針對15號煤層。為近水平煤層，故設(shè)計為單水平開采。（1）提出方案根據(jù)以上分析，現(xiàn)提出以下三種在技術(shù)上可行的開拓方案，分述如下：方案一：立井單水平開拓主、副井井筒均為立井，布置于井田中央，只設(shè)一個水平。 圖42 斜井單水平開拓方案三： 主斜副立單水平開拓斜井提煤運輸能力大，立井輔助運輸能力大，大巷布置在煤層中，沿底板掘進，如圖43。方案三中，綜合了方案一與方案二的優(yōu)點，但井下井筒井口位置不在一起。 礦井基本巷道礦井共有四個井筒，分別為主井、副井、北風(fēng)井、南風(fēng)井。主井井筒采用立井形式，圓形斷面，178。主要參數(shù)見表49。副井內(nèi)除裝備罐籠外，還設(shè)有梯子間作為安全出口，并設(shè)有管子道，電纜道。圓形斷面， 178。采用預(yù)制管柱支護方式，井壁厚度達450mm，南風(fēng)井布置如圖46，主要參數(shù)見表412。井底車場布置如圖48所示。每列車15 節(jié)車廂。材料的運行路線與矸石空車相同。直立煤倉通過一條裝載輸送機巷與箕斗裝載硐室連接，箕斗裝載硐室為單側(cè)式，這種布置煤倉容量大，多煤種可分裝分運， 適應(yīng)性強。（3）其它硐室 醫(yī)療硐室、機修硐室、消防車硐室、井下材料庫、火藥庫、換裝組裝硐室、換矸硐室、乘人車場等。圖49 主要運輸大巷斷面圖圖410 輔助運輸大巷斷面圖圖411 回風(fēng)大巷斷面圖5 準(zhǔn)備方式——帶區(qū)巷道布置設(shè)計首采區(qū)為西二帶區(qū)，主采煤層為15號煤層，煤層厚度變化不大，全區(qū)穩(wěn)定可采；傾角為2176。 采（盤）區(qū)或帶區(qū)巷道布置及生產(chǎn)系統(tǒng)帶區(qū)準(zhǔn)備方式優(yōu)點：1）巷道布置簡單，巷道掘進和維護費用低、投產(chǎn)快；2）運輸系統(tǒng)簡單，占用設(shè)備少，運輸費用少；3）由于工作面的回采巷道既可以沿煤層掘進，又可以保持固定方向，故使采煤工作面長度保持等長，從而減少了因工作面長度的變化給生產(chǎn)帶來的不利影響，對綜合機械化采煤非常有利。本設(shè)計礦井膠帶運輸大巷布置在煤層中，輔助軌道大巷布置在煤層中，輔助運輸采用無軌膠輪車。因為工作面推進長度較長，為了減小掘進通風(fēng)困難，設(shè)計采用雙巷掘進方式，帶區(qū)煤柱留設(shè)為15m。（4）帶區(qū)通風(fēng)帶區(qū)內(nèi)各工作面采用一進一回型通風(fēng)系統(tǒng)。（5）供電系統(tǒng)供電：地面變電站→副井→中央變電所→軌道運輸大巷→運輸斜巷→工作面（6）排水系統(tǒng)在工作面15201運輸斜巷敷設(shè)一趟6寸管路，在運輸斜巷低洼處建一水窩，水由工作面排到水窩，再由水窩通過排水管排出。主要包括：中深孔爆破、錨桿成套支護等。每個掘進工作面配備兩臺FDⅡ型255 局扇，通風(fēng)方式為壓入式。則：A1=99003106=（Mt/a）3）帶區(qū)生產(chǎn)能力A=A0+2A1 = +2= （Mt/a） Mt/a， Mt/a，能滿足礦井的產(chǎn)量要求。設(shè)計首采帶區(qū)屬厚煤層，%，符合《煤炭工業(yè)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定。井底中央變電所至首采帶區(qū)的供電系統(tǒng)電路壓降不大，不布置帶區(qū)變電所。的緩傾斜煤層，在采區(qū)范圍內(nèi)，煤層結(jié)構(gòu)單一，賦存穩(wěn)定。由于煤層中厚，可以一次采完，且控頂比較容易，相對與煤層厚度大的煤層，此礦井煤層厚度最適合，故采用一次采全高，后退式自然垮落法采煤。一般綜采工作面的長度范圍為150～250m，但由于綜采設(shè)備的改進，管理水平的提高，以及各區(qū)段長度之間的關(guān)系，為了能夠使工作面的生產(chǎn)能力達到設(shè)計的要求，設(shè)計工作面的長度為195m。（1）工作面配套設(shè)備的選擇工作面的關(guān)鍵參數(shù)見表62。ZZ4000/18/38型液壓支架主要技術(shù)特征見表64。PCM110型破碎機主要技術(shù)特征見表68?！?5截　深m600滾筒直徑mm、牽引方式無鏈牽引力kN404牽引速度m/min0～6鏈條規(guī)格銷輪齒軌主油泵形式125軸向柱塞變量泵油馬達形式630擺線馬達調(diào)高泵形式19柱塞泵輔助泵形式45∕160齒輪泵滾筒中心距mm8389機面高度mm1600臥底量mm316電動機型號300／300功率kW300臺數(shù)臺1電壓V1140冷卻方式水冷噴霧滅塵方式內(nèi)外噴霧控頂距2445最大不可折卸件mm326012751039/總重t40設(shè)計單位上海煤研院制造廠家雞西煤機廠表66 SGZ—764/264A型刮板輸送機主要技術(shù)特征見項目