矿山开采.doc
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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流矿山开采.精品文档.毕业设计专 题 题 目 矿山开采系 部 名 称 资源与土木工程系 专业班级 采矿工程 摘要受开采影响,煤层顶板覆岩导水裂缝带、冒落带发育高度的大小直接关系着水体下采煤工作的安全。现场实际观测可以直观、定量的反映裂隙的发育状况,具有很高的准确程度,其中采用井下仰上孔分段注水测漏技术方法对钻孔施工要求不高,方法简便,安全可靠,观测资料直观易懂。关键词:导水裂隙带、冒落带、仰上孔、AbstractIs mined the influence, the coal bed roof cap rock leads under the
2、water crack belt and the fall belt growth high size to direct relation water body the coal work security. The scene actual observation may direct-viewing, the quota reflection crevasse growth condition, has the very high accurate degree, uses on the mine shaft supine hole partition irrigation leak h
3、unting computing technique not to be high to the drill hole construction request, the method is simple, safe reliable, observed data direct-viewing easy to understand. 窗体底端Keywords: water crack belt、fall the belt、On supine hole目录1 企业概况51.1 生产建设概况51.2 开采方法51.3 瓦斯、煤尘和煤的自燃及地温51.4 134综放工作面回采地质说明82 134综放
4、工作面导水裂缝带高度观测122.1井下仰上孔观测导水裂缝带高度原理122.2开采覆岩导水裂缝带高度预162.3观测工程布置与钻孔施工技术要求172.3.1观测剖面布置计172.3.2观测钻孔的设计与施工182.4观测工程的实施192.4.1井下仰上孔的施工192.4.2井下仰上孔分段注水观测192.4.3井下观测程序192.5探测结果分析272.5.1探测数据272.5.2探测结果分析272.5.3山东部分煤矿不同开采方法实测导水裂缝带高度统计282.6冒落带发育高度的确定292.7导水裂缝带观测误差分析303 研究工作认识与结论324 参考文献345 致谢351企业概况1.1生产建设概况唐阳
5、煤矿位于济宁市汶上县南站镇境内,设计生产能力为45万t/a,2003年核定的生产能力为100万t /a,隶属于曲阜市管辖。矿井采用立井开拓,走向长壁式采煤方法,炮采和综放开采工艺,中央并列抽出式通风,设计服务年限58a。井田含煤地层为二叠系的山西组和石炭二叠系的太原组、本溪组,可采煤层共四层(2、3、16、17煤层),总厚度7.42m,主采3煤层,平均厚度4.91m,16、17煤层由于埋藏深,水文地质条件复杂,且含硫较高,经山东省矿产资源委员会以鲁资准19975号文件批准列为暂不能利用储量。矿井于1998年7月28日破土动工,2000年12月31日开始试生产,截止到2006年底,共采出原煤53
6、9.5万t。原精查地质报告获得勘探区内地质储量16924.0万t,其中能利用储量13045.0万t,暂不能利用储量3879.0万t。在能利用储量中,A级储量1721.0万t,B级储量1959.0万t,A+B级3680.0万t,C级储量5916.0万t,A+B+C级9596.0万t,D级3449.0万t,A+B+C+D级13045.0万t。其中初期采区A级1488.0万t,B级1179.0万t,A+B级2667.0万t,C级2935.0万t,A+B+C级5602.0万t。因北部边界向南缩进,井田面积缩小,储量变为:井田内地质储量14741.8万t,其中能利用储量为10862.8万t,暂不能利用储
7、量3879.0万t。对矿井储量进行了重新核算,核算结果:截止到2006年12月31日,全矿井保有资源储量总量为12615.9万t(煤:12284.3万t,均为气煤,天然焦:331.6万t)。自2001年以来累计动用储量712.2万t。1.2开采方法唐阳煤矿主采煤层为3煤层,设计生产能力45万t/a、2003年核定生产能力100万t/a。煤层平均厚4.91m,产状较为平缓,一般在520,自燃倾向等级为类不易自燃,煤尘具有爆炸性危险。3煤直接充水含水层为3煤顶底板砂岩和三灰,富水性较弱,补给水源为第四系下组水。本矿开拓方式为竖井,主要水平大巷分区开拓,采用走向长壁式采煤方法,分层炮采和综放开采工艺
8、、全部垮落法管理顶板,实际生产能力已达120万t。现开采水平为-350m,有六个采区,即一、二、三、四、五和六采区。1.3瓦斯、煤尘和煤的自燃及地温(1)瓦斯精查资源勘探时期对3煤层在深度295.75688.40m内采集了8个瓦斯样进行了瓦斯分析,3煤层瓦斯气体成分以氮气为主,占总量的94.99%以上,其次为氧气,约占总量的4.12%左右,二氧化碳含量甚微,不足1%。所采瓦斯样中未检测出甲烷。所获资料中甲烷含量甚微,最大的北7孔仅为0.02ml/gr,二氧化碳含量也均小于0.1ml/gr。表明在样品采集范围内CH4和CO2含量很低,属瓦斯风化带范围内,为低沼气矿井。(2)煤尘爆炸精查勘探期间在
9、钻孔中采取了12个煤芯样做煤尘爆炸性试验,结果表明各煤层之煤尘在燃烧时大多数样400mm以上的火焰,因此均有煤尘爆炸危险,如需抑制火焰,需通入6095%的岩粉量。矿井生产期间委托煤科总院抚顺分院进行了煤尘爆炸性试验,结果为煤层具有爆炸性。(3)煤的自燃精查勘探期间在钻孔中采取了18个煤样进行煤自燃性试验,有10个样品自燃倾向等级为级,属不易自燃煤,其余均为级,属不自燃煤。其中3煤层的12个样中有7个样属不易自燃煤。矿井生产期间委托委托煤科总院抚顺分院进行了煤自燃倾向试验,结果定为类不易自燃煤。(4)地温勘探阶段在井田内获得有效简易井温成果14个,近似稳态井温成果1个,测温深度在462.3385
10、2.00m之间。测试结果为:恒温带深度为30m,温度18.1。地温梯度为1.632.48/hm,平均2.24/hm,属正常背景下的地温正常区,矿山地温类型为基底凹陷型。图1 唐阳井田地层综合柱状图1.4 134综放工作面回采地质说明表1 134综放工作面地质情况工作面概况工作面名 称134 综放工 作 面水平名称-305水平采 区名 称一采区煤 层名 称3 煤地面标高+40+41m井 下标 高-405.9557.6地面相对位置及建筑物134工作面位于工广东南部,北5钻孔以北,地表为农田,无其它建筑物,无常年地表水。回采对地面设施的影响地表为农田,无其它建筑物,无常年地表水,回采后将引起地表农田
11、下沉,无其它影响。井下位置及四邻情况134工作面位于一采区东南部, DF5断层以北,辛庄断层以西南,DF4-1断层以东北,132采空区以东南,该工作面以浅与132采空区最近距离约55m(该范围为未采区),该工作面以深为未采区。走向长()600倾向长()160.2面 积(m2)9.6万煤层厚度(m)5.86容 重t1.34煤 层倾 角(切眼方向) 714/11采高(m)采2.4放3.46工业储量(t)75.45万回采率80%可采储量(t)60.3万服务年限8个月煤层情况开采煤层3煤 种气煤煤层结构简单3煤为黑色,条带状结构,煤岩组份以亮煤为主,少量暗煤,底部灰份较高,煤层稳定,厚度均匀约5.86
12、m,f=23,煤层走向北东(约为1520),产状变化不大,倾向南东(约为105110),煤层倾角顺切眼方向为6.613.4,平均约1,上下顺槽方向煤层倾角平均约11,局部达15。3煤直接顶板为粉砂岩,厚约1.29m,,老顶为细粒砂岩,厚约10.70m,f=67,直接底板为泥岩,厚约0.76m,f=34,老底为细粒砂岩,厚约6.75m,f=78。煤层顶底板情况煤层顶底板岩石名称厚度(m)岩 性 特 征直接顶粉砂岩1.29灰色,粉砂状结构,裂隙少许,f=46老 顶细粒砂岩10.70灰白色,石英长石为主, 硅质胶结,坚硬f=78。直接底板泥 岩0.76灰黑色,泥质块状结构f=34老 底细粒砂岩6.7
13、5灰灰白色,细砂状结构,石英长石为主硅质胶结,坚硬f=78。备 注地质构造情况断 层 情况该工作面地质条件相对复杂,在工作面中部发育有三条倾向断层F1 、F2、F3,落差分别为9m、2.5m、5.0m,其中F1 、F2断层工作面推进前方煤层上抬,F3断层工作面推进前方煤层下欺,对生产有较大影响。构造名称走向()倾向()倾角()性质落差(m)对回采影响程 度F11203085正9影响较大F21182870正2.5影响较大F314423470正5.0影响较大水文地质情况最 大 涌水 量810 m3/h正 常 涌水 量13m3/h顶 部及 底部 含水 层分 析该工作面水文地质条件简单,顶底板砂岩裂隙
14、水为工作面主要直接充水源,据精查地质报告煤层顶底板砂岩含水性弱,以静储量为主,补、径、排条件均较差,对回采不会构成较大威胁,但断层附近顶板淋水对生产有较大影响,预计局部淋水量可达(13)m3/h,该工作面为伪上山开采,水将流入老塘。3煤底板下距三灰岩溶裂隙含水层约50m,该安全距离大,且三灰富水性差,另外工作面附近无导水断层,由此可见该面掘进中不受底板三灰水威胁。故回采中煤层顶板及底板对采场均无危及安全生产的充水因素。其它地质情况瓦 斯相对涌出量为0.46m3/T,绝对涌出量为 1.29m3/min。CO2相对涌出量约0.77m3/T,绝对涌出量约2.15m3/min。煤 尘具有爆炸危险性,爆
15、炸指数42.36%。煤的自燃性煤层具有自然发火倾向,自然发火期36个月。地 温正常地 压正常2 134综放工作面导水裂缝带高度观测2.1井下仰上孔观测导水裂缝带高度原理通常研究煤层开采引起的冒落带、导水裂缝带最大高度的主要方法有室内计算和现场观测两大类,而室内计算一般包括类比分析加经验公式计算和有限元计算两种方法,这种方法虽然费用少,但由于存在诸多因素,容易造成了结果的准确度不够,无法进行直观的定量分析,只可以作为设计的参考数据。而现场实际观测却可以直观、定量的反映裂隙的发育状况,具有很高的准确程度。传统的现场观测方法有地面钻孔水文观测法,配合钻孔注(放)水法进行开采覆岩导水裂缝带高度的综合探
16、测,还可采用大功率声波法、超声成像观测法及钻孔岩移等方法,后几种方法均在井下进行,不仅要求仪器防爆,而且还要求特殊的电源及特殊的钻孔施工,资料的解释又较为复杂。而地面钻孔水文观测法(冲洗液消耗量观测法)虽然较为常用,但这种方法需要在采空区上下顺槽两侧1020m范围内(一般以采空区一侧为主),施工几个钻孔才能控制住采动冒裂带的最大高度,而且在很大程度上还受到覆岩移动变形的剧烈程度的影响。因而该方法工程量大、周期长、费用高,而且存在征用土地、青苗赔偿等费用,同时,施工和观测过程中还常常受到地面水体及岩土层水体的干扰,影响了观测精度和灵敏度(如图(3)所示)。图(3) 地面钻孔水文观测法示意图本次研
17、究采用的现场观测方法是利用山东科技大学的专利产品钻孔双回路注(放)水系统来实现的。通过在井下选取适当的位置,向上施工不同方位和倾角的倾斜钻孔。井下钻孔观测示意如图(4)所示。这种方法对钻孔施工要求不高,方法简便,安全可靠,观测资料直观易懂,其优点主要体现在以下几个方面:(1)钻孔深度小,每孔100m左右,工序简单,投资节省,与地面钻孔冲洗液消耗量观测法相比,可节省工程费用70以上;(2)观测部位准确,观测结果可靠。测漏灵敏度0.1升/分,精度5;探测深度可达百米以上,深度误差不大于1;(3)不受地面环境限制,不占农田,尤其适于大面积水域下探测导水裂缝带高度;(4)适应性强,可在任意角度的仰、俯
18、孔中观测;(5)孔内充水段小,注(放)水时间短,提高了观测效率;(6)可直接测得注(放)水量,提高了观测效率;(7)可以连续进行观测,保证了观测结果的连续性,所以结果不是关于点的变化资料,而是观测范围内的整个岩体的变化资料。因此,本次导水裂缝带高度观测采用井下仰上孔分段注水测漏技术方法。图(4) 井下钻孔观测示意如图这种方法已在淄博、龙口、兖州、新汶、淮南、平顶山等矿务局的数十个矿井进行了现场实测。现场探测证明:井下仰上孔观测法立足于井下煤巷向上打钻,孔深较浅,施工快,在顶板冒落下沉后就可观测。钻孔避开冒落带打在裂缝带范围内,能及时观测到覆岩破坏发育的最大高度和形态。该技术探测数据可靠、资料准
19、确、速度快、时间短、工程省、费用低,还能避免地面施工占地及青苗赔偿等麻烦,尤其能连续监测,这是传统地面钻孔法所难以实现的。井下仰上孔探测顶板采动破坏裂隙发育高度的现场观测系统如图(5)所示。观测系统由孔内双端双路堵水器、耐压软管、推进杆、观测工作台、外界水源及相应的阀门和压力、测量测试仪表构成。双端堵水器的结构原理如图(6)所示。是由两个连在一起的胶囊及相应的管路构成,胶囊起胀与钻孔注水是通过各自独立的两套系统来完成的。图(5) 井下仰孔观测系统示意图图(6)堵水器结构示意图具体观测时,先将观测设备的各个组件组装在一起(确保各个接口处的密封效果),放入钻孔之前应先进行实验,一切正常后再放入钻孔
20、中。工作时将推进杆逐根连接,把具有一定压力的外接水源通过观测工作台及两根耐压软管与双端堵水器相连接,用推杆将双端堵水器送至欲测深度。观测时首先打开起胀系统阀门,通过胶囊起胀将测试孔段两端封住,然后开启注水系统,保持规定的注水压力值(小于胶囊压力),待测试孔段的注水流量与孔壁裂隙的漏水流量达到平衡、流量稳定后,即可通过流量仪表测定单位时间内的注水量,即孔壁的漏水量;测试完毕时,打开胶囊放水阀门,这时水压迅速下降,胶囊收缩,封闭孔段积水泄出后,关闭注水阀门,读出注水管路所在的高程的静水压力,可得到注水段的垂直高程(用于校正倾斜)。然后将装置推到新的测试位置,重复上述过程,这样就可以测得整个钻孔连续
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