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1、河南理工大学毕业设计（论文）1绪论长期以来，瓦斯灾害始终是危害煤矿安全的大敌，目前已成为制约煤矿安全生产的主要矛盾。它污染环境，加剧“大气温室效应”，形成瓦斯突出、瓦斯爆炸等危害事故。因为瓦斯事故具有极强的破坏和巨大的危害性，给国家和人民生命财产造成巨大的损失。所以说瓦斯事故是危害煤矿安全生产和矿工生命的第一杀手，煤矿瓦斯问题是实现安全生产的最大障碍，是随时会引爆的主要危险源，防治瓦斯是煤矿一项复杂的系统工程，是同自然灾害作斗争的科学实践，瓦斯事故是有规律可循的。由此看来，矿井瓦斯涌出量预测显得尤其重要。我国在瓦斯含量和瓦斯涌出量预测方面,经过近40年,特别是近10几年的努力,已较完善地建立了
2、地勘瓦斯含量测定方法及装置、解吸法测定瓦斯含量的方法及装置、瓦斯涌出量分源预测法、计算机绘制瓦斯地质图件的技术及软件,并制定了相应的技术规范,预测精度到了80%以上,为矿井通风设计和瓦斯管理提供了必要的技术依据。矿井瓦斯涌出量预测通常采用的分源预测法，以煤层瓦斯含量、煤层开采技术为基础，根据各基本瓦斯涌出源的瓦斯涌出规律、计算回采工作面、掘进工作面、采区以及矿井瓦斯涌出量进行了研究，从而，使煤矿瓦斯突出所带来的灾害损失减少到最小。为瓦斯的抽放提供理论上的充分准备，为煤矿安全管理、瓦斯综合治理提供依据。使抽出来的瓦斯为人类造福，给煤矿的正常生产带来安全可靠的外部环境，使安全工作更具有目的性，同时
3、使煤矿有了切实可行的预算，避免了盲目投资造成的经济损失。2 矿井概况2.1 地理位置2.1.1 交通位置山西金业煤焦化集团有限公司古交原相煤矿位于古交市区西约14km,古交至太原有太(原)-古(交)-岚(县)铁路和公路相连,铁路里程54km，公路里程49km。此外，古交沿原平河至清徐、交城均有公路相同。井田交通可谓方便（表2-1）（图21）。表21 太原至全国主要城市里程表地名里程（km）地名里程（km）地名里程（km）北京514石家庄231连云港1065天津651秦皇岛912郑 州320上海1497青 岛922呼和浩特410图21 原相煤矿交通位置图原相井田位于古交市原相乡原相村以东，行政区
4、划分属古交市原相乡管辖。属西山煤田邢家社普查勘探区的一部分。井田地理坐标：北纬37 45 26 -37 48 36 ，东经112 03 54 -112 07 39 。井田东西长约4.8km，南北宽约4km，面积16.70平方km。该井田范围由以下坐标点连线确定： 表21 开采范围坐标点点号 X Y 备注1 4187310 37597475井田周围除北界以原相北断层为天然界外，其余均为人为边界。2 4182650 375993303 4181180 375948204 4183630 375938002.1.2 地形地势本区位于吕梁山脉中段东翼，地势南高北低，最高点在井田南部麻沿岭，标高1596
5、.8m，最低点在井田北部原平川河谷，标高1235m，最大相对高差361.8m。井田内沟谷纵横，切割剧烈，地形复杂，山顶黄土广布，沟谷两侧基岩裸露，属剥蚀中山地貌，间有山间宽谷地貌。2.1.3 河流 本区属黄河流域汾河水系，原平南川为井田内仅有的河流，在井田西北部流过，干旱时断流，雨季流量增大，一般流量为30L/s左右。2.1.4 气象及地震 矿区内平原河冲积层含水量较为丰富，该浅层水可作为矿井生活水水源，生产用水利用井下派水处理后复用。2.2 井田地质构造原相井田位于太原西山煤田马兰向斜西翼，井田内主要褶曲构造为马兰向斜和深且沟背斜，受其控制，地层总体走向NNWNWW，与褶轴基本平行，倾角平缓
6、，一般小于10 。，断裂构造在井田北部较发育，均为高角度正断层，北东向搌布，井田北部以原相北断层（F1 65）为边界，与马兰井田分开，断层落差较大150米。兹将井田内主要褶曲、断层、岩浆及陷落柱分述如下：1)褶曲 (1)马兰向斜：马兰向斜为太原西山煤田的一级褶曲构造，呈S 型展布，在井田东北角穿过，走向NNWNWW，井田位于马兰向斜南段的向斜轴部及西翼，受其控制，井田内地层走向NNWNWW，倾角5 左右。(2)深且沟背斜：位于井田西南部，轴向NNW，基本与马兰向斜轴平行展布，为马兰向斜的次级褶曲构造，本背斜在地表不明显，在煤层底版等高线图中表现教明显，两翼平缓，倾角6 10 ，向南东倾伏。受其
7、控制在井田西部地层走向及倾向变化较大。2)断层 (1)原相北正断层（F165）：位于原相村北，走向北东，倾向北西，倾角70 80 ，落差50150m，延伸约6000m，为井田北界。(2)原相南正断层（F168）： 位于原相村，走向北东，倾向南东，倾角60 75 ，在井田内地表出露较差，5号钻孔在施工过程中钻穿该断层，山西组及太原组均受到破坏，煤层缺失，终孔层位为奥陶系石灰岩，通过分析钻探及测井资料认为该断层落差1080m，井田内延伸约3500m。原相北断层与原相南断层组合成地垒构造，使井田北部边界附近地层抬升，此外在F165与F168附近有FM13、FM14、FM15等小型正断层，落差48m，
8、走向基本平行于F165及F168，属F165或F168次级断裂构造，此处不再详述。 3)陷落柱 本井田在勘探过程中未发现陷落柱，据马兰矿井地质资料分析，在马兰井田西北部陷落柱较发育，这一地带煤层埋藏较浅，再往东及东南陷落柱不发育，本井田位于马兰井田西南外围，煤层埋藏深度大，故推测本井田陷落柱不发育。综合分析全井田地质构造特征，井田地质构造属简单即一类。2.3 煤层赋存 井田内主要含煤层为二叠系下统山西组和石炭系上统太原组。共含煤层14层，自上而下编号依次为01、02、03、1、2、3上、4、6、7、8、9、10、11号。含煤地层总厚148.82m，煤层总厚度13.21m，含煤系数8.9%。可采
9、煤层有02、2、4、6、8、9号6层，煤层总厚度11.24m，可采含煤系数7.6%。山西组附存014号8层煤，煤层总厚度5.76m，地层厚61.05m，含煤系数9.4%。可采煤层有02、2、4号3层，煤层总厚4.24m，、可采含煤系数6.9%。太原组赋存有611号6层煤，煤层总厚7.84m，地层厚87.77m，含煤系数8.9%。可采煤层有6、8、9号3层，煤层总厚7.00m，可采含煤系数8.0%。02、2煤层为矿井前期主采煤层，其附存情况详细叙述如下：02号煤层：位于山西组上部，K4砂岩之下23.57m,在井田内除P18号孔0.50m外，其余均可采。煤层厚0.502.60m，平均1.64m，属
10、薄中厚煤层，不含或含12层夹石，顶板多为泥岩及砂质泥岩，底版多为泥岩及粉沙岩。02号煤层与下伏的03号煤层在井田西北部大面积合并为一层，统称02号煤层，一般含一层层位较稳定的夹石，夹石多为泥岩或砂质泥岩，上分层即02号煤层，下分层即03号煤层。在井田的西北部为合并区，煤层厚度最大，向东南逐渐分叉变薄。煤层厚度也从1号孔的2.60m，向东南角的P18号孔逐渐变薄为0.50m，变化规律比较明显。本煤层在井田内属大部可采较稳定煤层，见图2-2。2号煤层：位于山西组中部，上距02号煤层5.3111.58m，平均7.30m。煤层厚度1.402.11m，属中厚煤层，一般不含夹石。厚煤带在井田的东北部的2、
11、8、11号孔附近，向东北、西南、南部逐渐变薄，但到西南角的7、P17号孔又有变厚的趋势。顶板多为粉沙岩及砂质泥岩，底版多为砂质泥岩及粉沙岩。本煤层属全井田可采的稳定煤层，见图22。根据井田地质报告，02号煤、2号煤煤尘均具有爆炸危险性，属于自然煤层，自然发火期36个月。图22 原相煤矿地层综合柱状图2.4 矿井开拓方式2.4.1工业场地位置的选择工业场地位置的选择决定着井筒的位置，由地面，井下一系列因素综合考虑确定，原相煤矿井田内地形复杂沟谷纵横，切割剧烈，山顶黄土广泛，沟谷两侧基岩裸露，工业场地的选择比较困难，经地面地形实地勘察，并结合井田内煤层赋存特点，设计将矿井工业场地的选择在平河川原相
12、乡北东侧1km的河滩地带。场地往北距公司集化厂约8km。2.4.2矿井开拓方案古交原相煤矿层埋藏深，瓦斯含量大，井田构造为一平缓的单斜构造。结合地面地形条件，设计对井田开拓提出斜井开拓方案，现叙述如下：以一对斜井，730m单水平开发全井田上组煤，工业场地选择在平河川原相北东1km的河滩地带。主斜井井筒斜角倾角22。，斜长1356m，装备1m宽大倾角强力胶带输送机和架空乘人器，担负矿井主提升和人员升降；副斜井井筒倾角22。，斜1355m，装备1.5t矿车双钩串车作为辅助提升，在主斜井以南71m处布置专用回风立井。上组煤采用联合布置，沿2号煤层分别布置轨道运输大巷，胶带运输大巷和回风大巷，采用“大
13、扒皮”式开采，全井田上组煤共划分为四个采区，首采区选择在一采区。矿井下组煤距第一开采水平垂深80m，下组煤开拓主、副运输采用暗斜井延伸方式，回风立井延伸，下组煤8、9号层间距5m左右，采用联合布置，下组煤中的6号煤层为大部可采煤层，位置处于上、下组煤中间，因此，6号煤开拓巷道单设置，与第一水平间仍采用下组煤开拓暗斜井联系。全井田下组煤同样划分为四个采区。2.4.3水平划分及大巷布置井田内煤层平缓，倾角35。，上组煤02、2和4号煤曾，为近距离煤层群，设计考虑联合开采。根据本井田煤层赋存条件和开采条件，设计确定上组煤采用一个水平联合开采，水平标高为730m。下组煤距上组煤约80m，考虑以暗斜井延
14、伸开拓新水平，下水平标高650m。 上组煤730m水平共布置东西两翼两组大巷，分别为胶带轨道运输大巷、轨道运输大巷和回风大巷，三条大巷，相互平行，胶带轨道运输大巷，回风大巷均沿2号煤层布置。2.4.4采区划分及开采顺序 全井田上组煤共划分为四个采区，首采区布置在井底车场附近的一采区。该采区煤层赋存稳定，开采条件优越，采区上组煤设计可采储量为23116kt，18a。 采区开采顺序为： 一采区-二采区-三采区-四采区。 达产时矿井一个采区生产，采区内布置一个综采工作面。工作面设计生产能力900kt/a，面长200米，一次性采全高，全部陷落法管理顶板；全矿配备2个掘进工作面，其中，1个用于接替工作面
15、顺槽掘进，设计月掘进速度600米；另外1个为大巷掘进工作面，四条大巷交替掘进，月掘进速度75米。工作面顺槽采用“二进二回”布置方式，即在回采工作面进风侧各布置两条顺槽。2.5 矿井通风与瓦斯涌出现状目前，原相煤矿尚处于基建阶段，井下只有1个煤巷掘进工作面、2个岩巷掘进工作面和1个半煤岩巷掘进工作面。矿井采用抽出式通风方式，局扇作主扇，现总风量1566.6m3/min左右，轨道巷总回风瓦斯浓度为0.23 0.53%，瓦斯涌出量3.68.15 m3/min，平均5.48 m3/min。图23 原相煤矿采区划分图3 2#煤层瓦斯含量分布规律研究3.1影响煤层瓦斯含量的主要因素在成煤过程中每形成1t煤所生成的瓦斯量理论上约为100400 m3，但国内外大量
