煤矿采煤专业毕业设计本科.docx
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煤矿采煤专业毕业设计本科
第一章井田概况及地质特征
第一节井田概况
一、交通位置
伯方煤矿位于山西省高平市西北约7km处的寺庄镇伯方村西,地理坐标为北纬35°48′52″~35°52′52″,东经112°47′46″~112°56′36″,为沁水煤田高平矿区王报井田的一部分。
井田东西长约6.8861km,南北宽约6.02009km,井田面积27.502km2。
开采深度900米至370米。
井田东2km处有太(原)~焦(作)电气化铁路穿过,煤矿有9.87km的铁路专用线与太(原)~焦(作)电气化铁路在高平站接轨,煤矿东距长晋公路1.5km,其间有简易公路连通,交通极为方便。
附矿区交通位置示意图1-1-1。
二、地形地貌及河流
井田位于太行山中南段西侧,西侧的王龙山,为沁水与丹河的分水岭,北部的丹珠岭大保头山为浊漳河南源与丹河的分水线,井田内地形为西北高、东南低的低山丘陵,最高在井田中部,标高为+1130m,最低在柏枝庄村东南的635号钻孔处,标高为+881.35m,最大相对高差为248.65m。
井田内地形复杂,多为基岩出露,沟谷发育,沟谷呈树枝状展布,井田多为基岩出露,局部为黄土覆盖,黄土覆盖较厚,悬崖陡壁发育,大部分开垦为梯田,河床两岸为黄土和近代冲积层。
一般可划分为三个阶地,Ⅰ级阶地高出河床1~2m,Ⅱ级阶地高出河床5~8m,Ⅲ级阶地高出河床15~25m。
本区域主要河流为丹河,纵贯井田东部边侧。
较大的支流有高良河及杜寨河,高良河延入井田北部,杜寨河延入井田西南部,总的流向自西北流向东南与地形坡度基本一致。
丹河常年有水,最高洪水位高出河床约3~3.5m,至南部高平高庙山断层带,全部漏失于奥陶系石灰岩中。
杜寨河流量不大,至南部许家沟全部漏失于奥陶系石灰岩中。
成为间歇性河流。
井田以北有釜山水库,库容量为295万立方米。
在井田西北枣河村有一干水库,库容量为25万立方米,井田西部的沟南村有一干水库,库容量为15万立方米。
三、气象
本区属东亚温带大陆性气候,四季分明。
根据高平地区近40年气象资料,年均气温10.2℃,一、二月份最低,极端最低气温-23.1℃(1972年1月02日),六、七月份最高,极端最高气温38.5℃(1978年6月30日)。
年均降水量567.1mm,历史最高年降水量达870.7mm(2003年),最低仅305.9mm(1997年),雨季多集中在7、8、9三个月,约占全年降水量的70%,无霜期在191天以上,年平均冻结天数78.2天,一般出现在1~2月份前后,最大冻土深度54cm,多年平均相对湿度64%。
春冬两季多西北风,夏秋两季多东南风和南风,风力一般3~4级,最大达6级左右。
四、地震
据历史记载地震台网监测,上世纪70年代之前,晋城地区共发生过5级以上地震1次,5级以下有感地震44次,最大地震是1303年9月发生在高平的5.5级地震。
《中国地震动参数区划图》GB18306-2001,该地区地震动峰值加速度和地震动反应谱周期分别为0.05g和0.45s。
根据国家地震局1:
400万《中国地震综合等震线图》,本区地震基本烈度值为VI。
五、矿井周边小窑情况
伯方煤矿井田内及边界附近分布有三个煤矿,分别为山西高平科兴高良煤业有限公司、山西兰花高平百盛煤业有限公司和山西煤炭运销集团野川煤业有限公司。
其中山西高平科兴高良煤业有限公司位于井田北部,其矿界范围全部在本井田之内。
山西兰花高平百盛煤业有限公司位于井田东部,由原山西高平王报煤业有限公司、山西高平百胜煤业有限公司和山西高平宝塔煤业有限公司整合而成。
山西煤炭运销集团野川煤业有限公司位于井田南部,由原山西高平乔家沟煤业有限公司、山西高平柳树底煤业有限公司、山西高平北杨煤业有限公司、山西高平红岩沟煤业有限公司和山西高平窑沟煤业有限公司整合而成。
详见四邻关系示意图1-1-2。
六、矿区工农业概况及建材供应等情况
近年来,高平市郊区的国民经济和工业生产保持了持续稳定,协调发展的好势。
全郊区农村人口占总人口的90%以上。
农作物主要生产小麦、玉米、高粱、大豆、油料物及药材。
工业产品主要有煤炭、生铁、化肥、铁矿石和水泥等。
井田内石灰岩、砂岩非常丰富,可作为建筑材料、砖、料石、石子、石灰、水泥等大宗土产品均可由当地供应。
外部供应的材料主要有钢材、木材、高标号水泥、五金材料等,可通过铁路或公路运至矿区。
七、水源、电源情况
1.水源条件
矿区水源比较丰富,矿区内有一深水井,可以保证目前矿井改扩建后的工业用水。
2.电源情况
矿井采用双回路电源,一回路引自北庄110kV变电站35kV母线段,输电线路导线型号为LGL-95钢芯铝绞线,长度为7km;另一回引自马村110kV变电站35kV母线段,导线型号为LGJ-120,供电线路长19km。
当任一回路发生故障停止供电时,另一回路能够担负矿井全部负荷。
地面工业场地设35/6kV变电所一座,变电所35kV侧设SZ9-8000/3535/6.3kV8000kVA型变压器两台,一台使用,一台备用。
矿井采用6kV直接下井。
八、五大避险系统
一、监测监控系统
目前矿井装备KJ90NA型煤矿安全监控系统,系统共安装26台KJ90-F16型监控分站,200余台各类传感器,安全监控系统具有瓦斯超限断电闭锁功能,综掘工作面实现了风电、瓦斯电闭锁。
(一)便携式甲烷报警仪的配备和使用
1.跟班队长、班组长下井时,必须携带便携式甲烷报警仪,对其分管范围内的甲烷进行不间断的监测,如有报警现象(甲烷报警点0.8%)必须进行处理。
2.电钳工井下担负机电维修工作时,必须携带便携式甲烷报警仪,在检修工作地点20m范围内检查甲烷气体浓度,仪器报警时不得通电或检修。
3.瓦检员应每班使用光学瓦斯测定仪与甲烷传感器进行对照,当两者读数误差大于允许误差时,先以读数大者为依据,采取安全措施并必须在8h内对两种设备调校完毕。
(二)安全监控设备的配备与使用
1.设备配备的种类、数量
名称
型号
数量
分站
KJ90—F16
1台
甲烷传感器
KG9701A
2个
声光报警器
KXH18
1台
馈电断电器
KJD—18
2台
风门传感器
GML(A)
1台
风筒传感器
KGV6
1个
烟雾传感器
GQF0.1(A)
1个
CO传感器
GTH500(B)
1个
设备开停传感器
GT—L(A)
2个
监控电缆
MHYVP1*4*7/0.43
满足要求
2.安装位置
2.1分站应设置在三盘区回风配电点,并且置于便于人员观察、调试、检验及支护良好、无滴水、无杂物的进风巷道或硐室中,安设时应垫支架,使其距巷道底板不小于300mm,并做好接地。
2.2馈电断电器分别吊挂在被控开关与风机开关附近,开关应留有接入监控设备的端口。
2.3甲烷传感器应垂直悬挂,距顶板不得大于300mm,距巷道侧壁不得小于200mm,并应安装维护方便,不影响行人和行车。
2.3.1掘进工作面甲烷传感器距工作面≤5m,须在风筒的另一侧。
2.3.2掘进工作面回风流甲烷传感器距回风口内壁10m~15m。
2.4风筒传感器应设置在倒数第二节风筒末端(距风筒铜圈≤2m),必须垂直悬挂,确保传感器的感应环完全与风筒抱在一起,传感器的附近不应有任何障碍物,以防阻挡了感应环的自由开合而造成传感器测量错误。
2.5烟雾、CO传感器应垂直悬挂,距顶板(顶梁)不得大于300mm,距巷壁不得小于200mm,安装于带式输送机滚筒下风侧10m~15m。
2.6设备开停传感器应分别卡接在局部通风机开关负荷出线电缆上,连续监测双风机的开停状态。
2.7掘进机必须设置机载式甲烷断电仪或便携式甲烷检测报警仪。
3.报警及断电范围
3.1甲烷传感器
瓦斯传感器
报警点(CH4)
断电点
(CH4)
复电点
(CH4)
断电范围
掘进工作面
≥0.8%
≥1.2%
<0.8%
掘进工作面全部非本质安全型电器设备
掘进工作面回风流
≥0.8%
≥0.8%
<0.8%
掘进工作面全部非本质安全型电器设备
掘进机设置的便携式甲烷检测报警仪
≥0.8%
注:
局部通风机停止运转,掘进工作面或回风流中甲烷浓度大于3.0%时,局部通风机闭锁不能启动;当掘进工作面或回风流中甲烷浓度小于1.5%时,自动解锁。
3.2其它传感器
3.2.1设备开停传感器同时监测局部通风机“停”状态时,被控开关闭锁不能启动,断电范围为掘进巷道内全部非本质安全型电气设备;
3.2.2风筒传感器监测工作面风筒为“无风”(风筒实际张开截面积<70%),被控开关闭锁不能启动,断电范围为掘进巷道内全部非本质安全型电气设备;
3.2.3CO传感器报警值是≥0.0024%;
3.2.4风门传感器为语音报警。
4.管理与维护
4.1使用的分站、传感器、馈电断电器及电缆等由所在区域的组队长负责使用和管理。
4.2所有设备在使用中避免猛烈摔打、碰撞,经常擦拭仪器外部的煤尘、污垢,尤其是传感头部位,保持传感器的清洁、美观;非专职人员禁止拆开仪器。
4.3每班应安排专人对系统内所有设备进行巡检,并有详细的记录,确保监控设备完好。
4.4与安全监控设备关联的电气设备、电源线和控制线在改线或拆除时,必须与安全监控中心共同处理。
检修与安全监控设备关联的电气设备,需要监控设备停止运行时,必须经矿主要负责人或主要技术负责人同意,并制定安全措施后方可进行。
4.5分站附近作业人员当发现声光报警器发出声光报警信号时,应立即查明原因,进行汇报和处理。
4.6分站与馈电断电器应有可靠的接地。
4.7所有设备必须挂牌管理,使用单位负责定期更换分站与甲烷传感器管理牌板。
4.8所有设备必须由机电科检验员,检验合格后并粘贴入井合格证,方可入井。
4.9使用单位负责所辖区域内所有监控设备标准化工作
二、人员定位系统
为确保煤矿井下作业人员安全,自动检测下井时间、路径、作业地点等相关信息,我矿采用井下人员考勤定位监控系统。
该系统主要由地面监控总站、井下数据检测基站、人员定位仪及传输电缆组成。
系统中心站采用2台IBMx3650服务器实现了双机热备,人员管理系统电源箱应设在盘区大巷配电点,并且置于便于人员观察、调试、检验及支护良好、无滴水、无杂物的进风巷道或硐室中,使其距巷道底板不小于300mm,并且做好接地。
三、压风自救系统
风源由地面空气压缩机(SA200A)通过Ф159的无缝钢管向井下盘区、采区直接供风,再用2.5寸压风管接入各工作面,风管布置在巷道一帮,每隔50m设一个三通阀门。
管路悬挂点距底板高度为1200mm,风管距工作面不超过30m,并设三通、胶管紧跟工作面。
距工作面迎头25-40m范围内安设二组ZYJ(C)型压风自救装置,巷道口50m设置ZYJ(C)型压风自救装置一组,巷道超过1000m在巷道中部安设一组ZYJ(C)型压风自救装置(压风自救装置每组6个)。
四、供水施救系统
矿井建有完善的供水施救系统,供水施救系统和消防洒水系统合用。
矿井地面设有静压水池3个,总容量1200m3,其中2个容积为500m3,1个容积为200m3。
巷道内应敷设供水管路,并且必须在压风自救装置处或供压气阀附近安装KGS-2型供水施救装置。
五、通信联络系统
工作面通信按照《山西省煤炭工业厅文件晋煤办信发【2010】1743号》文件的规定进行设计。
通讯系统采用DDK-6型调度主机,供调度通讯使用,井下装有70部电话机可以与调度室直接联系,井下变电所、硐室等主要工作地点及采掘工作面全部配备了专用电话,能够满足灾变期间通知人员撤离和避险人员通话的要求。
该矿建立了井下无线通讯系统,但原有KT23A型小灵通根据信息产业部2009年下发的文件要求停止使用,目前正在进行前期调研和方案设计工作。
该矿设置了井下应急广播系统,并应具有双向通信的功能。
但系统建设有遗留问题,需厂家进一步整改、完善,以便于实现无线(手机)、有线(电话)、广播系统互连互通和一体化调度通讯管理。
第二节地质特征
一、地层地质构造
(一)地层
根据地表出露和钻孔揭露情况,井田内发育的地层有奥陶系中统峰峰组,石炭系中统本溪组、上统太原组,二迭系下统山西组、下石盒子组、上统上石盒子组,第四系中、上更新统、全新统。
1.奥陶系中统峰峰组(O2f)
地表未出露,据部分钻孔资料,岩性为兰灰色,致密厚层状石灰岩,顶部为浅黄色的泥灰岩。
厚度80-186m,平均120m。
2.石炭系(C)
(1)中统本溪组(C2b)
主要为浅灰色铝土质泥岩,局部沉积有薄煤层及黄铁矿,厚度8.43-21.03m,平均17.49m。
(2)上统太原组(C3t)
底部以K1砂岩与本溪组分界,为井田主要含煤地层之一。
厚度65.11~94.15m,平均厚度79.95m。
主要岩性为深灰色、黑色的泥岩、砂岩,灰、灰黑色的石灰岩和煤层。
3.二叠系(P)
(1)下统山西组(P1s)
井田主要含煤地层之一,底部以K7砂岩与太原组分界,厚度50.38~60.53m,平均55.29m。
主要岩性为灰黑色的泥岩、砂岩、煤层。
(2)下统下石盒子组(P1x)
底以K8砂岩与山西组分界,顶以桃花色铝质泥岩与上石盒子组分界,该组厚70.30~94.47m,平均厚87.54m。
下段岩性主要为浅黄灰、灰黑色泥岩、粉砂岩,夹数层黄绿色中细砂岩,上段主要岩性为黄绿色的中粗及巨粒长石石英砂岩、厚层状和杏黄色的粉砂岩、泥岩、桃花色铝质泥岩。
(3)上统上石盒子组(P2s)
底部以一层黄绿色中细粒砂岩(K10)与下石盒子组分界,顶部多被剥蚀,最大残留厚度350m左右。
从岩性、颜色可将该组分为三段:
下段为杏黄色、紫色粉砂岩,泥岩夹数层透镜状石英长石砂岩。
中段是红、黄、紫色的泥岩和几层不稳定的灰白色的砂岩。
上段为葡萄紫色泥岩和巨厚黄绿色、灰白色中、粗粒石英长石砂岩互层。
4.第四系(Q)
(1)中、上更新统(Q2+Q3)
为浅红色亚粘土和淡黄色亚砂土、粉砂土,分布于低山丘陵之上的广大地区,厚度0~55.00m,与下伏地层不整合接触。
(2)全新统(Q4)
为近代冲积层,分布于井田大小沟谷中,在河漫滩为砂、淤泥和砾石,在中低山多为坡积、残积物,厚度0~5.00m左右。
(二)地质构造
高平矿区位于太行山背斜中南段西翼,沁水盆地东南边缘,构造简单,呈走向北东,倾向北西的单斜构造。
地层倾角为3°~8°,断层多以北东走向为主。
如庄头断层、高庙山断层、高平断层等,落差数十米至数百米。
本井田位于高平矿区西部。
井田构造形态总体为走向北东,倾向北西的单斜构造,在此基础上发育有次一级宽缓褶曲和17条落差5m以上断层及61个陷落柱,陷落柱分布无明显规律,陷落柱一般呈圆形或椭圆形,长轴在30-200m之间,陷壁角80°-85°。
(一)褶曲
S1背斜(柳树底背斜)位于井田南部,轴向北东-南西向,向南西倾伏,两翼地层基本对称,地层倾角为4°左右。
背斜轴由639、642、629、607、38号钻孔控制。
井田内延伸长度约2100m。
S2向斜(柳树底向斜)位于井田南部,轴向北东-南西向,向南西倾伏,两翼地层不对称,地层倾角为2°-8°。
向斜轴被640、补-35号钻孔控制。
井田内延伸长度约650m。
S3背斜(乔家沟背斜)位于井田东南部,轴向北东-北西向,向北东-北西向倾伏,两翼地层不对称,地层倾角为3°-8°。
背斜轴被37、612号钻孔控制。
井田内延伸长度约1600m。
S4向斜位于井田东南部,轴向北东向,向北东倾伏,两翼地层基本对称,地层倾角为5°左右。
向斜轴被地面发现。
井田内延伸长度约480m。
S5背斜位于井田东部,轴向近东西向,向西倾伏,两翼地层基本对称,地层倾角为5°。
背斜轴被613、619号钻孔控制。
井田内延伸长度约650m。
S6向斜位于井田东部,轴向北东向,向北西倾伏,两翼地层基本对称,地层倾角为4°左右。
向斜轴被633、624号钻孔控制。
井田内延伸长度约750m。
S7背斜位于井田东部,轴向北东向,向北东倾伏,两翼地层基本对称,地层倾角为5°。
背斜轴被617、645号钻孔控制。
井田内延伸长度约1200m。
(二)断层
断层特征见表1-2-1
主要断层一览表表1-2-1
断层编号
位置
性质
走向
倾向
倾角
(度)
落差
(m)
井田内延
伸长度(m)
备注
F1
井田东部
正
NE
NW
74
0~15
780
地面填图
F2
井田东部
正
NE
NW
75
0~15
1500
645、635钻孔揭露
F3
井田中东部
正
NE
SE
60~75
0~15
1850
井下巷道揭露
F4
井田中东部
正
NE
NW
55
0~15
1950
地面填图、井下巷道揭露
F5
井田中东部
正
NE
NW
70
0~8
2100
地面填图
F6
井田中部
正
近EW
N
70~72
0~20
3700
地面填图
F7
井田中部
正
EW
N
70
0~10
1150
地面填图
F8
井田西部
正
EW
N
70
0~8
1100
地面填图
F9
井田东部
正
NE
NW
70
0~5
320
地面填图
F10
井田中部
正
NE
SE
70~75
0~12
2200
地面填图
F11
井田西部
正
NE
NW
70
0~5
850
地面填图
F12
井田中南部
正
NE
NW
63
0~6.5
650
地面填图
F13
井田中南部
正
NW
S
75
0~14
420
地面填图井下巷道揭露
F14
井田东南部
正
NE
SE
70
0~11
1300
地面填图井下巷道揭露
F15
井田中南部
正
NW
SW
70
0~10
350
地面填图井下巷道揭露
F16
井田东南部
正
NE
NW
72
0~5
600
地面填图井下巷道揭露
F17
井田东南部
正
EW
S
75
0~10
780
地面填图井下巷道揭露
(三)陷落柱
陷落柱特征见表1-2-2
陷落柱情况一览表表1-2-2
陷落柱编号
位置
形状
长轴×短轴
备注
X1
井田东北部
椭圆
70×60
地表发现
X2
井田东部
椭圆
60×50
地表发现
X3
井田东部
椭圆
40×30
三维地震
X4
井田中东部
椭圆
65×60
地表发现
X5
井田中东部
椭圆
55×35
三维地震
X6
井田中东部
椭圆
145×35
三维地震
X7
井田中东部
圆
30×30
三维地震
X8
井田中东部
椭圆
30×20
三维地震
X9
井田东部
椭圆
35×30
地表发现
X10
井田中东部
椭圆
100×50
三维地震
X11
井田中东部
椭圆
50×200
三维地震
X12
井田东部
椭圆
35×20
三维地震
X13
井田中东部
椭圆
100×60
井下揭露
X14
井田中东部
椭圆
35×30
地表发现井下揭露
X15
井田中东部
椭圆
35×25
三维地震
X16
井田东部
椭圆
55×35
地表发现
X17
井田东部
圆
25×25
地表发现井下揭露
X18
井田中东部
椭圆
60×40
地表发现
X19
井田中东部
椭圆
45×25
地表发现井下揭露
X20
井田东部
椭圆
55×40
地表发现井下揭露
X21
井田中东部
圆
50×50
地表发现井下揭露
X22
井田中东部
椭圆
70×55
地表发现井下揭露
X23
井田东部
椭圆
120×45
地表发现井下揭露
X24
井田中东部
椭圆
90×60
地表发现井下揭露
X25
井田中东部
圆
50×50
井下揭露
X26
井田中东部
椭圆
115×65
地表发现井下揭露
X27
井田东部
椭圆
80×65
地表发现
X28
井田东部
椭圆
80×55
地表发现
X29
井田东部
椭圆
90×80
地表发现井下揭露
X30
井田东部
椭圆
100×50
地表发现井下揭露
X31
井田东南部
椭圆
30×20
井下揭露
X32
井田东南部
椭圆
65×40
地表发现井下揭露
X33
井田南部
椭圆
95×65
地表发现
X34
井田南部
圆
50×50
地表发现
X35
井田南部
椭圆
60×40
地表发现
陷落柱情况一览表续表1-2-3
X36
井田中部
圆
40×40
地表发现
X37
井田中部
椭圆
130×80
井下揭露
X38
井田中部
椭圆
85×65
地表发现
X39
井田南部
椭圆
80×50
井下揭露
X40
井田南部
椭圆
80×35
三维地震
X41
井田南部
椭圆
60×50
地表发现
X42
井田南部
椭圆
35×25
地表发现
X43
井田南部
椭圆
90×35
三维地震
X44
井田南部
椭圆
110×40
三维地震
X45
井田南部
椭圆
80×35
三维地震
X46
井田南部
椭圆
80×30
三维地震
X47
井田西北部
圆
120×120
地表发现
X48
井田西北部
椭圆
40×30
三维地震
X49
井田西南部
圆
85×85
地表发现
X50
井田西南部
椭圆
100×55
三维地震
X51
井田西南部
椭圆
40×35
井下揭露
X52
井田西南部
椭圆
50×30
井下揭露
X53
井田西南部
椭圆
45×35
井下揭露
X54
井田西南部
椭圆
60×45
三维地震
X55
井田西南部
椭圆
90×35
三维地震
X56
井田西南部
椭圆
95×40
三维地震
X57
井田南部
椭圆
50×40
三维地震
X58
井田南部
椭圆
50×35
三维地震
X59
井田西部
椭圆
35×30
地表发现
X60
井田西部
椭圆
180×150
地表发现
X61
井田西部
圆
30×30
地表发现
根据伯方煤矿开采3号煤的地质情况分析,井田内陷落柱和断层较发育,对矿井的生产和安全有一定影响。
褶皱均为短轴宽缓状,但断层落差均小于20m,陷落柱范围较小,不影响采区划分,井田内无岩浆侵入,构造类型应为一类,即简单构造。
二、煤层及煤质
(一)煤层
1.含煤性
井田内主要含煤地层为石炭系上统太原组、二叠系下统山西组,现将其详述如下:
(1)石炭系上统太原组C3t)
该组厚度为65.11~94.15m,平均厚度79.95m,为一套海陆交互相含煤沉积岩系,分为三段:
下段:
从K1砂岩至K2灰岩底,厚11m左右,岩性主要为黑色泥岩及粘土质泥岩,底部为薄层中砂岩(K1),局部相变为细砂岩,顶部15号煤层层位稳定,其下有两层薄煤线。
中段:
从K2灰岩底至K4石灰岩顶,厚24.05~40.42m,平32.57m。
岩性主要为石灰岩、黑色泥岩粉砂岩互层,夹薄煤层四
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