孔莊煤礦2.4Mta新井設(shè)計含5張CAD圖-采礦工程.zip

孔莊煤礦2.4Mta新井設(shè)計含5張CAD圖-采礦工程.zip,煤礦,2.4,Mta,設(shè)計,CAD,采礦工程 英文原文Numerical Simulation of Coal and Natural Gas Cocombustion in a Rotary Lime Kiln with Different Types of CoalJunlin Xie, Yumei Li, Shuxia Mei Zhengwen ZhangKey Laboratory of Silicate Materials Science and Wulongquan Limestone MineEngineering Wuhan Iron & Steel Group Corp.Wuhan University of Technology Wuhan, Hubei, ChinaWuhan, Hubei, China Zzw19660508163.comxjlclxy126.comAbstractIn order to improve the coal combustion condition, this essay based on an active lime rotary kiln in Wulongquan Limestone Mine of WISCO, focuses on the multifuel combustion of the coal together with natural gas by means of numerical simulation. To discuss the relationship of the flames with the coal composition, the cases with four different qualities of coal were compared. The gas phase is expressed with - two-equation turbulence model; the discrete phase with particle track model; the combustion with non-premixed model; and the radiation with P1 radiation model. The results show that the volatile fraction content of coal has important impact on the early stage of the coal combustion; the natural gas burns out quickly to heat the coal and the gas flow.Keywords-rotary kiln; multifuel combustion; coal; natural gas; numerical simulation; coal qualities; volatile fractionI. INTRODUCTIONIn the production line of active lime, the rotary kiln plays an important part, which serves as the reactor of raw slurry and the furnace supplying and conducting heat. To implement these functions, appropriate and uniform temperature distribution is demanded strictly. Actually, many producers take the natural gas or the coal gas as fuel just because the flames of them are more convenient to be controlled 1 than the coals regardless of the high cost. In order to cut down the cost and explore the inferior coal, we need to control the production processes, and find a new way for coal combustion. Wulongquan Limestone Mine of WISCO adopts a new technology of coal and natural gas co-combustion. On this basis, controlling of the quality of coal can bring about obvious effects 2. However, the majority of coal in our country belongs to the inferior, which is difficult to meet the demand 3. So, this paper is meant to study the combustion of inferior coal.Generally, coal combustion process include three parts, that is volatile fraction giving off, then the gas burning, and finally the char burning 4. The qualities of coal vary with the compositions (volatile fraction, ash content, and so on) and properties (particle size, density, porosity and so on) 5. These properties in real production line can be controlled by the fuel treatment, so under the same boundary conditions, this paper chooses four kinds of coal with different compositions, and mainly discusses the composition that affects the combustion process of coal and natural gas co-combustion by numerical simulation.II. GEOMETRIC MODELFig.1 (a) shows the structural of the rotary kiln, with 50m in length and 4.45m in radial. Fig.1 (b) gives the structure of the burner the production line utilizing. From Fig.1 (b) we know that the burner has five channels, which contain of two fuel inlets (for natural gas flow and coal, respectively) and three air inlets (for central air, swirling air, and axial air, respectively). Fig. 2 shows the meshes. Structural hexahedral grid was used in the whole computational domain with mesh refined around the burners.III. MATHEMATICAL MODELThe case includes the fluid flow, heat transfer, and combustion phenomena inside the rotary kiln as well as the reaction of raw slurry. The whole model of numerical simulation takes all of these into consideration except the decomposition reaction of carbonas in order to simplify the case, which is reasonable with the equilibrium assumption. Consequently, some sub models are needed to deal with turbulence, thermal convection, combustion, and radiation.A. The gas phase modelThe gas phase is expressed with the - two-equation turbulence model, which is widely used in engineering of combustion. The general form of the governing equations for the gas phase is given as follows: (1)Where is the fluid density, V is the velocity of the fluid, the general different variable, the effective viscosity, S the source term of the gas phase.B. The discrete phase modelThe discrete phase model is expressed with Discrete Phase Model (DPM), the injection with the particle track model, which considers the particles as the dispersion slipping with the fluid going through the tracks. The governing equations of such model consist four basic ones, including position equation (2), momentum one (3), massive one (4), and energy one (5). (2)Where is the position, t is the time, C the velocity. (3)Where m is the mass of the particle, F the force applied. (4)Where mC is the mass of particle content, mF the mass percent of the particles and mFG is of the continuum phase. (5)Where is the coefficient of thermal conductivity, TG the temperature of fluid, T is the temperature of particles.C. The radiation modelThe radiation model chosen in this case is P-1 model which considers the radiation recuperation between the particles and the fluid. The governing equation goes as follows: (6)Where is the coefficient of absorption, S the coefficient of scatter, G the radiation input, C the linear-anisotropic phase function.D. The combustion modelThe combustion is modeled by the non-premixed modeling, which involves the solution of transport equations for one or two conserved scalars (the mixture fractions f). The species concentrations are derived from the predicted mixture fraction fields. Interaction of turbulence and chemistry is accounted for with an assumed-shape Probability Density Function (PDF). The mean (density-averaged) mixture fraction equation is: (7)Where Sm is the source term which represent the transfer mass into the gas phase from the particles, and S is the second fuel stream. IV. BOUNDARY CONDITIONS AND NUMERICAL SOLUTIONThe industrial analysis and the elementary analysis of the four kinds of coal are listed in the Table . The heating effect of each coal is set to be the same, and all velocities and temperature were specified at the inlet, as Table lists. The outlet is set with negative pressure outlet of -130 Pascal. The no-slip wall is divided into four sectors, each of which is set at different temperature.V. RESULTS AND DISCUSSIONSFig.3 and Fig.4 show the temperature contour maps at the cross middle slices of the rotary kiln. The shapes of flames are fit well for the production looking like a mallet, and about 18m in length. Besides, comparing the four kinds, the flame approximately are the same. This just conveys the rotary kiln is insensitive to the quality of the coal, thanks to the natural gas. The same conclusion can be made in the Fig.4, which presents the partial enlarged drawing of the flames.However, there indeed are some tiny differences among them, if being carefully observed. Focus on the partial drawings locating at 7.5m longitudinally, we can find the diameters of the red part (high temperature area) decrease and the central hollow cores disappear gradually from 0# to 3#. These are mainly because of the volatile fraction and ash content.Fig.5, Fig.6 and Fig.7 give us the scatter picture of average mole fraction of the volatile fraction, CH4 and CO in the cross middle slice of the kiln.In Fig.6, the CH4 decreases sharply within 0.5m longitudinally, which says that the natural gas is mainly contributed to heat the coal in the early stage of the combustion, in order to speed up the coal burning. As the same CH4 gives almost equal amount of heat, the changing of releasing speed of volatile fraction is independent of CH4 in the Fig.6. The releasing speed of volatile fraction increases with its percentage rising from 0# to 3#. But in the Fig.7，there is an abnormality. It can be explained as that the coal quality of 0# one is better than the rest three ones, so the diffusion of the gas including CH4 and CO, even including the volatile fraction part, is quicker than the others in the axial direction, and that s just why the flame diameter of 0# is larger.In Fig.7, the change tendency of CO is anastomotic with the contour of the flame. So we can define the frame of the flame according to the concentration of CO, just as Fig.8, the coordination surface of CO with the 0.007 mole fraction shows. These two pictures prove that the combustion begin with the reaction of CO and O2 drastically and continuously. This implies that the char and volatile fraction should break up CO firstly, and the concentration of CO and O2 must meet the requirement of chemical kinetics, and then the continuous combustion begins.Besides, Fig.8 shows that apart from 0#, the rest ones didnt burnout completely according to the top “rings” around the flames suggesting the existence of char. This also leads to increase the flame length. So it is necessary to further improve the production processes to avoid such case.VI. CONCLUSIONSIn this paper, by means of numerical simulation, we gain such conclusions: the natural gas in the multifuel combustion serves as a heater for coal and gas flow in the rotary kiln, which can broaden the range of the coal; and the whole combustion process begins with CH4 burnout, while the inflammation with CO burning drastically and continuously; the richer the volatile fraction, the larger diameter the flame is; the more difficult the char burns out, the longer the flame will be.ACKNOWLEDGMENTThe authors owe much thanks to the supports of Wulongquan Limestone Mine for their funding the project and providing experimental dates.REFERENCES1 Jintao Sun, “The thermotechnical foundation of metasilicate industry,” Wuhan, Wuhan University of Technology Press, 2006. 222236.2 Shuxia Mei, “Numerical simulations of gas-solid flow field and coal combustion in precalciners of cement industry for optimization,” D, Wuhan University of Technology, 2008. 912.3 Chaoqun Wang, “the combustion of inferior coal and the design of burnor,” J. New centry cements introduction, 4th ed., vol.5, pp. 69, 1999.4 Haitao Li, “Technologies and Machines of the New Dry Cement Production,” Beijing, Chemical Industry Press, 2006. 188192.5 L. Douglas Smoot, Philip J. Smith, “Coal Combustion and Gasification,” (Weibiao Fu, Jingbin Wei, and Yanping Zhang interpreter). Beijing: Science Press, 1992. 3880.中文譯文旋轉(zhuǎn)石灰窯中以不同類型的煤進行的煤和天然氣燃燒的數(shù)字模擬 謝峻林 李玉梅 梅書霞 張正文 中國 湖北 武漢 中國 湖北 武漢 武漢理工大學 材料科學與工程重點實驗室 武漢鋼鐵集團 烏龍泉石灰礦 xjlclxy126.com Zzw19660508163.com摘要：為了改善煤燃燒的環(huán)境，這篇文章以武漢鋼鐵集團公司烏龍泉石灰礦活性石灰旋轉(zhuǎn)窯為依據(jù)，以數(shù)字模擬的方式集中探究了煤和天然氣的多燃料燃燒。為了討論火焰和煤組成的關(guān)系，我們對不同品質(zhì)的四種煤進行了比較。氣相通過-兩平衡動蕩模型進行了表達；分離相則通過粒子軌道模型；燃燒以非預混模型；而輻射則以P1輻射模型。結(jié)果顯示煤中易揮發(fā)組分比例對煤的早期燃燒有很大的影響；天然氣很快的燃燒來加熱煤和氣流。關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)窯；多燃料燃燒；煤；天然氣；數(shù)字模擬；煤品質(zhì)；揮發(fā)組分.簡介在活性石灰的生產(chǎn)線上，旋轉(zhuǎn)窯起著原漿的反應器、熔爐供應以及傳熱等作用。為了加強這些功能，合適的以及統(tǒng)一的溫度分布被嚴格要求著。實際上，許多產(chǎn)品采用天然氣或者煤氣作為燃料僅僅是因為跟煤相比，它們的火焰更加的便于控制【1】，盡管成本較高。為了降低成本和探究劣等的煤，我們需要控制生產(chǎn)過程，并且找到一種新的煤燃燒的方式。武漢鋼鐵集團公司烏龍泉石灰礦采用一種新的技術(shù)-煤與天然氣共燃技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，通過控制煤的品質(zhì)能帶來明顯的效果【2】。然而，我國大多數(shù)煤屬于劣等煤，很難達到要求【3】。因此，這篇論文意在探究劣等煤的燃燒。通常，煤的燃燒過程包括三個部分，即易揮發(fā)組分的釋放，然后是氣體的燃燒，最后是焦炭的燃燒【4】。煤的品質(zhì)根據(jù)其組成（揮發(fā)組分，灰分含量等等）和性質(zhì)（顆粒大小，密度，孔隙率等等）的不同而不同【5】。這些性質(zhì)在實際生產(chǎn)線上可以通過燃料處理來控制，因此在相同的臨界條件下，這篇文章選取了四種不同組成的煤，并且通過數(shù)字模擬的方法主要討論了煤-天然氣共燃體系中組成對燃燒過程的影響。. 幾何模型圖1（a）展示了的旋轉(zhuǎn)窯的結(jié)構(gòu)，長50米，半徑4.45米。圖1（b）給出了生產(chǎn)線使用的爐腔結(jié)構(gòu)。從圖1（b）我們得知爐腔有五條通道，包括兩條進料通道（分別用于天然氣流和煤）和三條進氣通道（分別用于中心氣、漩渦氣和軸向氣）。圖2展示了篩網(wǎng)。六邊形結(jié)構(gòu)的格柵被用于整個計算區(qū)域，篩網(wǎng)包裹在爐腔周圍。.數(shù)學模型需要考慮的因素包括流體流動、熱量傳遞、旋轉(zhuǎn)窯中的燃燒現(xiàn)象以及原漿的反應。整個數(shù)學模擬模型所有這些都納入考慮，除了碳酸鹽的分解以外，這么做是為了簡化案例，這么做是合理的根據(jù)平衡假設(shè)。因此，需要一些亞模型來探討動蕩、熱對流、燃燒和輻射。A.氣相模型氣相以-兩平衡動蕩模型進行表達，這一點被廣泛應用于燃燒工程中。氣相的控制方程一般表述形式如下： 其中是流體密度，V是流體速度，是通用微分變量，是有效黏度，S是氣相源項。B分離相模型分離相以分離相模型表述（DPM），粒子軌道模型的引入，把顆?？醋鲭S著流體穿過軌道時的分散滑動。這個模型的控制方程包括四個基本方程，包括位置方程（2），動量方程（3），質(zhì)量方程（4）和能量方程（5）其中是位置，t是時間，C是速度其中m是顆粒質(zhì)量，F(xiàn)是作用力其中mc是顆粒成分質(zhì)量，mF成分是顆粒的質(zhì)量分數(shù)，mFG是連續(xù)相的質(zhì)量分數(shù)其中是熱對流因子，TG是流體溫度，T是顆粒溫度C輻射模型該案例中選用的輻射模型為P-1模型，考慮顆粒和流體之間的輻射恢復?？刂品匠倘缦拢浩渲惺俏找蜃樱琒是分散因子，G是輻射輸入，C是線性-各向異性方程。D燃燒模型燃燒過程以非預混模型作為模型，主要涉及一個或兩個守恒標量（混合分數(shù)f）的傳遞方程的求解。物系濃度從預測的混合分數(shù)場中獲得。震蕩和化學之間相互關(guān)系以假定形狀的概率密度函數(shù)（PDF）來解釋。平均（密度平均）混合分數(shù)方程為：其中Sm是源項，代表顆粒轉(zhuǎn)換進入氣相的質(zhì)量，S是第二個燃料流股。.邊界條件和數(shù)學解四種煤的工業(yè)分析和元素分析列在表中。每一種煤的加熱效果設(shè)定相同，所有的速度和溫度都在進口處被規(guī)定，如表所示。出口處設(shè)定為負壓130Pa. 非滑動性的壁面被分成四部分，每一部分設(shè)定不同的溫度。.結(jié)果和討論圖3圖4顯示了旋轉(zhuǎn)窯中央切面的溫度分布輪廓圖?；鹧娴男螤罘浅＿m合生產(chǎn)，看起來像一個木槌，并且18米長。除此之外，通過比較這四種煤，火焰大致相同。這恰恰證明了由于天然氣的作用，旋轉(zhuǎn)窯對煤的品質(zhì)差別不敏感。通過圖4火焰的局部放大圖可以得到相同的結(jié)論。然而，如果仔細觀察的話，它們還是有微小的區(qū)別的。仔細觀察局部放大處長度7.5米的地方，我們能夠發(fā)現(xiàn)紅色部分（高溫區(qū)）的直徑減小了，并且中心空核逐漸從0#到3#消失。這主要是由于易揮發(fā)組分和灰分的緣故。圖5圖6圖7給我們展示了易揮發(fā)組分的平均摩爾百分比、在窯的中心截面處甲烷和一氧化碳的摩爾百分比。圖6中，甲烷在0.5米的范圍內(nèi)急劇減少，這一點說明為了加速煤的燃燒，天然氣在燃燒的早期過程中對煤的加熱起主要作用。由于同樣的甲烷給出幾乎相同的熱量，圖6中揮發(fā)組分釋放速度的改變與甲烷無關(guān)。揮發(fā)組分的釋放速度隨著它的比例由0#增加到3#而增加。但是在圖7中有一個異常。這能夠這樣解釋：0#的煤的品質(zhì)比其他三個好，因此甲烷和一氧化碳，甚至包括易揮發(fā)性組分，它們的擴散比其他的在軸向上的擴散要快，這就是為什么0#的火焰直徑要大。圖7中，一氧化碳的變化趨勢與火焰的輪廓相吻合，因此我們可以根據(jù)一氧化碳的濃度來定義火焰的形狀，就像圖8中摩爾分數(shù)為0.007的一氧化碳的等同面所示的那樣。這兩張圖片證明了燃燒從一氧化碳和氧氣的劇烈的不斷的反應開始。這揭示了炭和揮發(fā)性組分應當首先分解出一氧化碳，并且一氧化碳和氧氣的濃度必須到達化學動力學的要求，然后持續(xù)的燃燒開始了。除此之外，圖8還表明除了0#，其它的煤并沒有充分燃燒，根據(jù)火焰周圍的頂部“環(huán)”可以判斷，這意味這炭的存在。這也導致了火焰長度的增加。因此進一步改進生產(chǎn)過程避免這種情況是十分必要的。.結(jié)論這篇文章中，通過數(shù)字模擬，我們獲得了這樣的結(jié)論：天然氣在多燃料燃燒中起對旋轉(zhuǎn)窯中的煤和氣流的加熱作用，這一點可以拓寬煤的范圍；并且整個燃燒過程從甲烷的燃燒開始，然后是一氧化碳的急劇和持續(xù)的燃燒；易揮發(fā)組分越豐富，火焰的直徑越大；炭越難燃盡，火焰越長。致謝作者在此對烏龍泉石灰礦對該項目的資金援助和實驗數(shù)據(jù)支持表示感謝參考文獻（1）孫錦濤 硅酸鹽業(yè)的熱工基礎(chǔ) 武漢：武漢理工大學出版社2006 222-236 （2）梅書霞 氣固兩相流場的數(shù)字模擬和硅酸鹽工業(yè)中煤炭燃燒的優(yōu)化 武漢理工大學 2008 9-12（3）王朝群 劣質(zhì)煤的燃燒和燃燒爐的設(shè)計 新型粘合劑簡介4th ed vo1.5 pp6-9 1999（4）李海濤 新型干燥劑生產(chǎn)的工藝與設(shè)備 北京化工出版社 2006 188-192（5）L.Douglas Smoot,Philip J.Smith 煤炭的燃燒與氣化（Weibiao Fu, Jingbin Wei, and Yanping Zhang翻譯）北京科技出版社 1992 38-80任務書設(shè)計日期：20XX年3月12日 至 20XX年6月8日設(shè)計題目： 孔莊煤礦2.4 Mt/a新井設(shè)計設(shè)計專題題目： 淺析采空區(qū)充填技術(shù)設(shè)計主要內(nèi)容和要求：以實習礦井孔莊煤礦條件為基礎(chǔ)，完成孔莊煤礦2.4Mt/a新井設(shè)計。主要內(nèi)容包括：礦井概況、礦井工作制度及設(shè)計生產(chǎn)能力、井田開拓、首采區(qū)設(shè)計、采煤方法、礦井通風系統(tǒng)、礦井運輸提升等。結(jié)合煤礦生產(chǎn)前沿及礦井設(shè)計情況，撰寫一篇關(guān)于淺析采空區(qū)充填技術(shù)的專題論文。 完成與采礦有關(guān)的科技論文翻譯一篇，題目為“Numerical Simulation of Coal and Natural Gas Cocombustion in a Rotary Lime Kiln with Different Types of Coal”，論文3121字符。院長簽字： 指導教師簽字：摘 要本設(shè)計包括三個部分：一般部分、專題部分和翻譯部分。一般部分為孔莊煤礦2.4Mt/a新井設(shè)計。全篇共分為十個部分：1.礦井概況及井田地質(zhì)特征；2.井田境界和儲量；3.礦井生產(chǎn)能力、服務年限及工作制度；4.井田開拓；5.準備方式帶區(qū)巷道布置；6.采煤方法；7.井下運輸；8.礦井提升；9.礦井通風與安全技術(shù)；10.礦井基本技術(shù)經(jīng)濟指標?？浊f煤礦位于徐州市沛縣境內(nèi)。井田東西長約7km、南北寬3.6km，面積約17.2km2。井田內(nèi)可采煤層為7#煤，其賦存穩(wěn)定，厚度平均8m，傾角平均16，為緩傾斜煤層。井田內(nèi)工業(yè)儲量為31458萬t，可采儲量為20328萬t。礦井平均涌水量為525 m3/h，相對瓦斯涌出量為1.732m3/t，屬低瓦斯礦井；煤塵無爆炸性危險，無自燃發(fā)火傾向?？浊f煤礦設(shè)計生產(chǎn)能力為2.4Mt/a，服務年限為60.5年，工作制度為“三八”制。礦井采用立井兩水平開拓方式，采用傾斜長壁綜合機械化放頂煤采煤法。礦井采用一礦一面的高效作業(yè)方式，工作面長度為200m。水平運輸大巷采用膠帶輸送機運輸，輔助運輸采用架線式電機車牽引1t固定箱式礦車運輸矸石和材料等。礦井通風方式為中央并列式。專題部分：專題題目為“淺析采空區(qū)充填技術(shù)”。翻譯部分：英文題目是“Numerical Simulation of Coal and Natural Gas Cocombustion in a Rotary Lime Kiln with Different Types of Coal”。 關(guān)鍵詞：立井開拓；帶區(qū)布置；放頂煤ABSTRACTThis design contains three parts: the general，the special subject and the translation.The general part is a new design of Kong Zhuang Mine 2.4 million t / a . The whole article is divided into ten parts: 1.An outline of the mine field geology; 2.Boundary and the reserves of mine; 3.The designed productive capacity, service life and working system of mine; 4.development engineering of coalfield; 5.The layout of panels; 6. The explorer method used in coal mining; 7. Transportation of the underground; 8.The lifting of the mine; 9. The ventilation and the safety operation of the mine; 10.The basic economic and technical norms.The Kong Zhuang Mine field is located in Xuzhou city of pei xian .The boundary of the mine field runs 3.6 km from north to south and 7km from west to east. The total plane area of the mine is about 17.2 km2. In the well field may mine coal is the 7# coal. Its average thickness of the seam is 8 m and it is stable and flatly inclined. Its dip angle is 16 degree on average. The industry reserves of the mine field are 314.58 million tons and the useable reserves are 203.28 million tons. The average inflow rate in Kong zhuang mine is 525 m3/h. The relative gas discharge quantity is 1.732 m3/t .It is a lower gassy mine. The coal dust doesnt have explosion hazard as well as the self-combustion tendency. The productive capacity of Kong zhuang Mine is 2.4 million tons per year，and the service life is 60.5 years. The work system is 3-shift with a 8-hour workday. The mine pit uses the vertical shaft single level to add the inside slope development way. The mine pit uses moves toward the long well synthesis mechanization to put goes against the coal mining coal law.There is only one highly effective working face in the mine. The working surface length is 200m. The level service big lane uses the adhesive tape conveyer transportation, the xiliary haulage uses the wire laying type electric locomotive to tow the 1t fixed box-type mine car transportation gangue and the material and so on.The mine ventilation way is central parallel type.The title of special subject is “Analysis of goaf filling technology”. The title of the translation part is Numerical Simulation of Coal and Natural Gas Cocombustion in a Rotary Lime Kiln with Different Types of Coal.Key words:vertical development; arrangements with the district; caving目 錄一般部分1 礦區(qū)概述及井田地質(zhì)特征11.1礦區(qū)概述11.1.1井田位置、范圍、自然地理及交通11.1.2礦區(qū)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及礦井建設(shè)和生產(chǎn)時期的原料供應、供電情況11.2井田地質(zhì)特征21.2.1井田內(nèi)斷層構(gòu)造有如下規(guī)律：51.2.2巖漿巖傾入的情況51.2.3礦井水文地質(zhì)51.3煤層特征61.3.1含煤性61.3.2煤層圍巖性質(zhì)81.3.3煤的特征82 井田境界與儲量102.1井田境界102.1.1井田劃分的依據(jù)102.1.2井田范圍102.2 礦井工業(yè)儲量102.3 礦井可采儲量112.3.1工業(yè)煤柱壓煤112.3.2邊界保護煤柱112.3.3斷層保護煤柱112.3.4其它煤柱損失122.3.5礦井總設(shè)計損失儲量122.3.6礦井可采儲量122.3.7水平可采儲量123 礦井工作制度、設(shè)計生產(chǎn)能力及服務年限133.1礦井工作制度133.2礦井設(shè)計生產(chǎn)能力及服務年限134 井田開拓154.1井田開拓的基本問題154.1.1井筒形式的確定154.1.2井筒位置的確定采（帶）區(qū)劃分174.1.3工業(yè)場地的位置174.1.4開采水平的確定184.1.5礦井開拓方案比較184.2 礦井基本巷道234.2.1井筒234.2.2開拓巷道234.2.3井底車場及硐室235 準備方式帶區(qū)巷道布置315.1煤層地質(zhì)特征315.1.1帶區(qū)位置315.1.2帶區(qū)煤層特征315.1.3煤層頂?shù)装鍘r石構(gòu)造情況315.1.4水文地質(zhì)315.1.5地質(zhì)構(gòu)造315.1.6地表情況325.2 帶區(qū)巷道布置及生產(chǎn)系統(tǒng)325.2.1帶區(qū)準備方式的確定325.2.2帶區(qū)巷道布置335.2.3帶區(qū)生產(chǎn)系統(tǒng)335.2.4帶區(qū)內(nèi)巷道掘進方法345.2.5帶區(qū)生產(chǎn)能力及采出率355.3帶區(qū)車場選型設(shè)計366 采煤方法376.1 采煤工藝方式376.1.1 采煤方法的選擇376.1.2 回采工作面長度的確定376.1.3 工作面的推進方向和推進度386.1.4 綜采工作面的設(shè)備選型及配套386.1.5 各工藝過程注意事項466.1.6 工作面端頭支護和超前支護476.2回采巷道布置536.2.1回采巷道布置方式536.2.2回采巷道參數(shù)537 井下運輸547.1概述547.1.1礦井設(shè)計生產(chǎn)能力及工作制度547.1.2煤層及煤質(zhì)547.2帶區(qū)運輸設(shè)備選擇557.2.1設(shè)備選型原則：557.2.2帶區(qū)運輸設(shè)備選型及能力驗算557.3大巷運輸設(shè)備選擇567.3.1主運輸大巷設(shè)備選擇567.3.2輔助運輸大巷設(shè)備選擇577.3.3運輸設(shè)備能力驗算588 礦井提升608.1礦井提升概述608.2主副井提升608.2.1主井提升608.2.2副井提升設(shè)備選型619 礦井通風及安全649.1礦井地質(zhì)、開拓、開采概況649.1.1礦井地質(zhì)概況649.1.2開拓方式649.1.3開采方法649.1.4變電所、充電硐室、火藥庫649.1.5工作制、人數(shù)659.2礦井通風系統(tǒng)的確定659.2.1礦井通風系統(tǒng)的基本要求659.2.2礦井通風方式的選擇659.2.3礦井通風方法的選擇669.2.4帶區(qū)通風系統(tǒng)的要求679.2.5帶區(qū)通風方式的確定679.3礦井風量計算689.3.1通風容易時期和通風困難時期采煤方案的確定689.3.2各用風地點的用風量和礦井總用風量689.3.3風量分配739.4礦井阻力計算749.4.1計算原則749.4.2礦井最大阻力路線759.4.3計算礦井摩擦阻力和總阻力：759.5選擇礦井通風設(shè)備799.5.1選擇主要通風機799.5.2電動機選型829.6安全災害的預防措施839.6.1預防瓦斯和煤塵爆炸的措施839.6.2預防井下火災的措施839.6.3防水措施8410 設(shè)計礦井基本技術(shù)經(jīng)濟指標85參考文獻86專題部分87淺析采空區(qū)充填技術(shù)881 引言882 采空區(qū)地表沉陷影響因素及控制方法882.1采空區(qū)地表沉陷影響因素882.1.1 煤層賦存條件892.1.2 采空區(qū)上覆巖層性質(zhì)892.1.3 煤層開采條件及采場結(jié)構(gòu)特征892.2 采空區(qū)地表沉陷控制方法892.2.1 留設(shè)保護煤柱892.2.2 局部開采892.2.3 采空區(qū)充填902.2.4 離層充填902.2.5 協(xié)調(diào)開采903 充填采煤技術(shù)在煤層開采中的技術(shù)要點分析913.1膏體充填采煤技術(shù)913.2矸石充填采煤技術(shù)913.3高水材料充填煤采技術(shù)924 國內(nèi)外充填開采技術(shù)研究現(xiàn)狀934.1水力充填法934.2膠結(jié)充填法934.2.1全尾礦膠結(jié)充填944.2.2塊石砂漿膠結(jié)充填944.3膏體泵送充填945 充填開采技術(shù)研究展望955.1膏體充填技術(shù)955.1.1膏體充填技術(shù)研究背景955.1.2膏體充填技術(shù)的特點965.1.3膏體充填技術(shù)應用實例975.2超高水材料充填開采試驗研究975.2.1地質(zhì)與生產(chǎn)條件概況975.2.2超高水材料簡介975.2.3超高水材料采空區(qū)充填方法簡介975.2.4超高水材料充填工藝系統(tǒng)985.2.5充填開采效果評價995.2.6經(jīng)濟效益和社會效益1005.3固體廢物膏體充填不遷村采煤1015.3.1固體廢物膏體充填不遷村采煤的意義1015.3.2不遷村采煤固體廢物膏體充填方法1035.3.3固體廢物膏體充填不遷村采煤的研究與發(fā)展1046 結(jié)論107翻 譯部分109英文原文110中文譯文119致 謝128一 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井田位置、范圍、自然地理及交通孔莊煤礦地處江蘇省沛縣和山東省境內(nèi)，在沛縣城北4km處，位于大屯礦區(qū)的最南端，是全掩蓋區(qū)。南與沛縣沛城礦、北與徐莊礦毗鄰，東與山東棗莊礦務局接壤。井田范圍：西起徐沛鐵路，東至原劉仙莊斷層位置，南以21號煤層露頭為界，北到7號煤層1000m水平垂直投影。井田東西走向13.0km，南北寬約3.4km，面積約46.8k。本區(qū)屬黃淮沖擊平原，為第四系全掩蓋區(qū)。地勢平坦，地形西高東低，地表廣泛分布古黃河泛濫的砂質(zhì)粘土。陸地部分標高為33.035.5m，井田東部位于微山湖及京杭大運河水體下，湖區(qū)地勢平坦，標高一般32m 左右，。本區(qū)氣候具長江流域與黃河流域的過度性質(zhì)，屬季風型大陸氣候，冬季嚴寒干燥，夏季炎熱多雨，年平均氣溫13.36，日最低氣溫-21.3（1967年1月4日），最高氣溫40.7（1966年7月18日）。年平均降雨量788.93mm，最高達1178.9mm（1971年），最低僅492.4mm（1981年）。春夏多東南風，秋冬多偏北風，全年以東南偏東風為主，平均風速3.3s/m，最大達20s/m，雷雨期在49月間。據(jù)國家地震局1976年9月地震裂度區(qū)劃分資料，本區(qū)為7度（強）地震區(qū)。大屯礦區(qū)交通方便。自營徐（州）沛（屯）鐵路專用線至沙塘站與龍海線接軌可達全國各地；區(qū)內(nèi)公路四通八達，南經(jīng)沛縣至徐州市，北經(jīng)魚臺至濟寧市，東至山東藤州、棗莊市；井田東部有京杭運河，可供100噸級船舶航行，見圖1.1。1.1.2礦區(qū)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及礦井建設(shè)和生產(chǎn)時期的原料供應、供電情況（1）工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)情況礦區(qū)工業(yè)主要以煤炭產(chǎn)業(yè)為主，區(qū)內(nèi)煤礦較多，是徐州地區(qū)煤炭的主要產(chǎn)地，生產(chǎn)的煤炭除供應本地區(qū)使用外，還向南部地區(qū)供應；礦區(qū)農(nóng)業(yè)以大豆、小麥、紅薯、玉米、棉花為主，糧食基本可以自給。（2）礦井建設(shè)及生產(chǎn)時的原料供應、供電情況 礦區(qū)建設(shè)及生產(chǎn)時所使用的原料在本地區(qū)內(nèi)皆可自給。如區(qū)內(nèi)石灰?guī)r和粘土可制成料石、水泥等供礦區(qū)建設(shè)和生產(chǎn)時使用。礦區(qū)內(nèi)電力供電由公司電廠兩路35KV線路供電。（3）工業(yè)及居民用水礦區(qū)供水分工業(yè)和生活用水兩部分。工業(yè)用水主要由礦井排水凈化后提供；生活用水則由五口水源井提供，水源井水質(zhì)好，符合飲用水國家標準。圖1.1 交通位置圖1.2井田地質(zhì)特征孔莊井田位于大屯礦區(qū)最南端，屬于山東地臺“魯西穹折”的豐沛背斜之北翼，靠近背斜軸部 ，構(gòu)造形態(tài)為一傾向北西的單斜構(gòu)造。地層走向NE50 90E,陸地部分地層走向一般在60左右，湖下擴區(qū)部分的地層走向變化大，主要原因是受井田的大斷層的影響，地層走向NE50 90E，傾向北西，地層傾角12 18，在斷層附近的產(chǎn)狀稍有變化。本區(qū)受地域構(gòu)造運動影響，構(gòu)造以斷裂為主，斷層較發(fā)育，且多為張扭性正斷層為主，褶曲不發(fā)育。構(gòu)造受先期北東向應力影響，斷層多為以北東為主。后期背斜形成后又受張應力影響，即“先扭后張”，由于背斜軸部斷裂發(fā)育，巖漿多從背斜軸部斷裂帶涌出，形成時期為燕山期。北東向斷層產(chǎn)生早于北西向斷層，被北西向斷層切割。根據(jù)勘探及井下開拓資料，斷層大致都平行展布，傾向一致，斷層面傾角都較大。北東向大斷層呈現(xiàn)北西升南東降的階梯狀塊段。次一級的北西向斷層切割北東向斷層。井田內(nèi)大構(gòu)造幾乎切割第四系以下的所有巖層。本區(qū)為全掩蓋式煤田，屬華北型石炭二迭系含煤地層，區(qū)內(nèi)揭露的最老地層中奧陶統(tǒng)（O2）。見圖1.2地質(zhì)綜合柱狀圖，現(xiàn)將地層由老至新敘述如下：圖1.2 地質(zhì)綜合柱狀圖（1）中奧陶統(tǒng)（O2）區(qū)內(nèi)揭露最厚度為48.30m。巖性為淺灰色、灰褐色厚層狀石灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，隱晶質(zhì)，質(zhì)較純，質(zhì)密堅硬、裂隙發(fā)育且被方解石及泥質(zhì)充填，偶見有黃鐵礦結(jié)核，與上覆地層假整合接觸。（2）中石炭統(tǒng)本溪組（C2b）兩極厚度為23.87m 46.91m，平均厚度為33.92m。該組底部主要由紫紅色含鐵制泥巖及鋁土質(zhì)泥巖組成。含鐵制泥巖發(fā)育較厚，鋁土質(zhì)泥巖發(fā)育厚度不一。上部以灰白色、棕褐色灰?guī)r為主，間夾灰色、灰綠色泥巖及鋁土質(zhì)泥巖，灰?guī)r較純，致密堅硬，裂隙發(fā)育，多間有方解石脈，有時見有黃鐵礦斑點?；?guī)r內(nèi)見有蜓科動物化石 。本統(tǒng)含灰?guī)r系數(shù)為52%，不含煤。與上覆地層呈整合接觸。（3）上石炭統(tǒng)太原組（C3t）兩極厚度為137.97m 161.96m，平均厚度為154.67m。由灰黑色、灰色砂質(zhì)泥巖、砂巖、1617 層灰?guī)r及20層煤層組成，為一套海陸交互相含煤沉積。其特點是巖相旋回十分清楚，灰?guī)r、煤層多而且薄，標志層明顯，層間距穩(wěn)定，易于對比。開采煤層17、21號煤層位于本組的中下部。在灰?guī)r中富含蜓科、腕足類、珊瑚、海百合莖等動物化石。灰?guī)r總厚度平均在34.82m，含灰?guī)r系數(shù)22.65%；煤層總厚度平均13m，含煤系數(shù)5.6%。與上覆地層呈整合接觸 （4）下二迭統(tǒng)山西組（P 11Sh）該組為區(qū)內(nèi)主要含煤地層。兩極厚度92.67 136.13 m，平均厚度109.29m。由灰色、深灰色砂質(zhì)泥巖、泥巖、砂巖組成，含煤34層富含植物化石。與上覆地層呈整合接觸（5）下二迭統(tǒng)下石盒子組（P21xs）該組地層在全區(qū)發(fā)育，兩極厚度187.21 293.00m，平均厚度223.5m。在西部的淺部較薄，深部較厚，由西至東有變厚的總體趨勢。巖性主要為雜色、灰綠色泥巖及灰白、灰綠色砂巖組成。下部含1 3層不穩(wěn)定的煤線。根據(jù)巖性、巖相特征及測井曲線對比，由下而上可分為兩個區(qū)段： 下段（柴煤組段）：由底部分界砂巖向上至柴煤，厚度一般在75.5m左右。巖性主要為雜色、灰綠色、灰色泥巖及灰白、灰綠色砂巖組成。本段底部有一層厚而穩(wěn)定的砂巖（稱為分界砂巖），兩極厚度3.0 23.0m平均9.35m，該層砂巖一般呈灰白色、灰綠色，中、粗結(jié)構(gòu)，底部常含石英小礫石及泥包體。分界砂巖下距7號煤層54.8 90.5m，平均約73.00m。砂巖上下一般均有雜色鮞狀泥巖，其底板為本組與山西組底層分界。上部的“柴煤組”厚度在40m左右，含大量植物化石和植物炭化體。段（砂巖、泥巖段）：厚度比較穩(wěn)定，兩極厚度120.0160.0m，平均148.0m左右。巖性主要為泥巖、砂巖互層。泥巖為雜色，砂巖為灰綠、灰白色，多為細粒結(jié)構(gòu)。本段鮞狀結(jié)構(gòu)較常見，含有較多的植物化石。與上覆地層呈整合接觸。（6）上二迭統(tǒng)上石盒子組（P12SS）本組揭露最大殘厚為321.56m。引其頂部與侏羅白堊系的底界礫巖或第四系呈不整合接觸，故厚度變化較大，具西薄東的總體趨勢。據(jù)測井曲線對比和分段取芯的巖性特征，該組分為兩段：下段（奎山砂巖段）：兩極厚度36.0 58.0m，平均55.0m。巖性為紫紅、灰綠紫色中粗粒石英砂巖，間夾雜色泥巖、砂質(zhì)泥巖。上段（泥巖段）厚度西部150m，東部240m，平均厚度220m，厚度變化大。巖性主要為雜色、紫紅色、灰綠色泥巖、砂質(zhì)泥巖組成，間夾灰綠色細砂巖。具部見有少量植物化石。與上覆地層呈整合接觸。（7）第四系（Q） 兩極厚度90.33 196.00m，平均141.61m。由西向東逐漸變薄，中部基底存在一東西向隆起帶。1.2.1井田內(nèi)斷層構(gòu)造有如下規(guī)律：（1）主斷層：從井田的西部至東部，斷層展布方向由東北逐漸轉(zhuǎn)為北北東后再轉(zhuǎn)為北東向，在平面呈S型。（2）斷層以高度角正斷層為主，斷層傾向主要有南東及西兩組，在剖面上呈地壘或地塹狀出現(xiàn)。（3）斷層發(fā)育的密度：根據(jù)勘探揭露資料，大斷層由西向東逐漸增多，即湖下擴區(qū)段比陸地區(qū)段構(gòu)造復雜，這將會影響湖下采區(qū)的布置。1.2.2巖漿巖傾入的情況西翼：巖漿巖一般呈巖床沿層侵入。由于巖漿巖的侵入使煤層遭到強烈焦化，灰分也相應增加，煤質(zhì)變壞。煤層分叉變薄，后生結(jié)構(gòu)復雜增加了開拓的難度。根據(jù)鉆孔資料，8號勘探線以西不可采。故本礦井實際井田西邊界為8號勘探線。東翼：從東翼揭露的斷層看，基本上起阻隔作用（徐州礦大在我區(qū)用磁法探測巖漿巖的分布也證明斷層能阻隔巖漿巖的侵入），似與西翼有不同之處。背斜隆起后該部遭受剝蝕，接受第四系沉積形成不整合的接觸面，造成原以為巖漿巖的通道是斷層，而實際上后期斷層是阻隔巖漿巖侵入的主要地質(zhì)因素。1.2.3礦井水文地質(zhì)孔莊礦井田為一傾向NW緩傾斜單斜構(gòu)造，地層走向NE600,傾角15320,井田深部邊界以北為徐莊斷層，南部與西部被石樓沛城斷層、徐莊斷層所切割，東部邊界為劉仙莊斷層。這些斷層均在數(shù)百米以上，導水性弱，井田西部北部被透水性較弱的侏羅夏白堊統(tǒng)、石盒子組地層所環(huán)繞。上覆較厚的第四系地層，第四系地部含水砂礫層發(fā)育。井田淺部邊界以南有較大面積的奧陶系灰?guī)r隱伏出露，各基巖含水層通過第四系底部砂礫層及斷層的導水部位相互滲透，形成一個獨立的封閉、半封閉的水文地質(zhì)塊段。主要含水層的水文地質(zhì)特征（1）第四系兩極厚度90.30196.0m，平均厚度141.6m，自東向西逐漸增厚，巖性結(jié)構(gòu)復雜，主要由粘土、砂質(zhì)粘土、混粒土和不同粒級的砂層組成，含水砂層變化大，加厚、變薄至尖滅現(xiàn)象屢見，多呈透鏡體分布，根據(jù)巖性組合特征及全礦區(qū)資料，第四系劃分為6各含水組、5個隔水組。第四系含水砂層中對礦井開采影響較大的是第含水層，層厚014.25m，平均7.14m，該層直接覆蓋于基巖之上，由雜色砂礫石組成，俗稱低礫石層，礫徑24mm，大者達5cm，分選性差，磨園度好，間隙多被泥質(zhì)充填，富含空隙承壓水，富水性不均，湖下與陸地相接處基底隆起，該層末沉積，平均埋深129.68m。（2）下白堊上侏羅統(tǒng)該組地層厚約250300m，西部k24孔揭露最大殘厚318.20m（偽厚），東部鉆孔揭露最大殘厚209.58m，上部巖性以泥巖、細粉砂巖為主，夾薄層礫巖，棕紅色，鉆工施工沒有漏水現(xiàn)象；下部為厚層的紫紅色礫巖，成份以石灰?guī)r為主，礫徑16cm，分選差，磨園好，砂質(zhì)、鐵質(zhì)充填，致密堅硬，該層溶洞裂隙發(fā)育，富水性強，鉆孔施工嚴重漏漿，厚度一般在40左右，湖下擴區(qū)勘探時曾有2孔因此報廢。（3）上石盒子組底部奎山砂巖 平均厚度50m，紫紅色，中粗粒結(jié)構(gòu)，夾薄層泥巖，三水平補充勘探中有2孔漏漿，湖下報告及原精查報告中對此層礫巖認為裂隙不發(fā)育。此層距山西組頂界約200m。（4）下石盒子組底部分界礫巖蓋層發(fā)育厚度10m左右，較穩(wěn)定，底部含礫，全井田共有9個孔在此層位漏水。從漏水資料分析，漏水深度多在垂深300m以上，屬于風化構(gòu)造裂隙帶。該含水層在有構(gòu)造影響的情況下，將為礦井直接沖水水源。（5）山西組7號煤層以上平均厚度70m，上部主要為泥巖、砂質(zhì)泥巖，下部主要為灰白色中細砂巖，分選磨園好，泥質(zhì)、鈣質(zhì)膠結(jié)，致密堅硬，該段砂巖厚度為1.9755.29m，平均23m左右，裂隙不發(fā)育，全井田所施工鉆孔均無漏水現(xiàn)象，為空隙裂隙承壓水。據(jù)K5孔抽水資料：靜止水位標高22.06m，Q=0.06L/S.m，K=0.02m/d，總硬度31德國度，礦化度為2.181g/L，為SO24(K+Na+)型水。山西組7煤以下至海相泥巖，平均厚度35m左右，主要由砂巖、砂質(zhì)泥巖及煤組成，含水礫巖陸地部分平均厚度30.5m，湖下部分平均厚15.63m，據(jù)60-18號孔抽水資料：靜止水標高34.51m，q、k值幾乎為零，含水性極弱。(6)太原組平均厚度為150m，由泥巖、砂質(zhì)泥巖、灰?guī)r及煤層組成。本組共含16層灰?guī)r，其中分布穩(wěn)定，對礦井開采有威脅的是L4、L8-9及L12,分數(shù)如下：L4，平均厚9.7m，致密堅硬，含燧石結(jié)核，鉆孔施工普遍漏水，漏水深度一般在400以淺，溶洞裂隙發(fā)育，最大溶洞直徑1.2m，全井田及東部微山井田共做過四次抽水試驗。L8-9：l8平均厚度1.72m，l9平均厚2.65m，兩層相距1.9m，l9距17號煤層2.4m，是開采17煤層的直接充水含水層，據(jù)k57號孔抽水資料：靜止水位標高23.45m，q=0.064L/Sm，K=4.51m/d，礦化度為2.363g/L，總硬度31德國度，Ph=7.6, SO24-Ca2+-(K+Na+)型。L12：平均厚度4.96m，淺灰、淺黑色，是21號煤層的直接頂板，巖性致密堅硬，裂隙多為方解石充填，全井田僅湖5號孔漏漿。靜止水位標高24.03m，q=0.00816升/秒.m，K=0.25m/日，礦化度為4.417克/升，水質(zhì)為SO24- (K+Na+)-Ca2+型。(7)本溪組平均厚度33.9m，由泥巖、棕色灰?guī)r組成，全礦井所有施工鉆孔均無漏水現(xiàn)象，區(qū)域資料表明該組灰?guī)r含水性弱，可視為相對隔水層。(8)奧陶統(tǒng)該層井田東部有6個孔。西部有9個孔探至此層位，揭示最大厚度為48.3m，上距21號煤層50.43m，主要由灰?guī)r、白云質(zhì)巖組成，致密堅硬，裂隙發(fā)育并被方解石和泥質(zhì)充填，鉆孔無嚴重漏水現(xiàn)象。區(qū)域資料表明，奧陶系是強含水層，其各組地層溶洞裂隙發(fā)育，程度不均，富水性差異大。1.3煤層特征1.3.1含煤性本區(qū)含煤底層由太原組、山西組、下石盒子組，平均地層總厚度264.67m，含煤20余層，煤層平均總厚度17.8m，含煤系數(shù)6.7%；開采煤層1層（7煤），含可采煤系數(shù)4.1%。太原組：底層平均厚度109.2m，含煤20層，煤層總厚度8.6m，含煤系數(shù)5.6%；可采煤層兩層（17、21），可采煤層平均總厚度2.4m，含可采煤系數(shù)1.6% 。山西組：地層平均總厚度109.298m。含煤4層（7、7下、8、8下），煤層平均總厚度13.55m，含煤系數(shù)8.7%；可采煤層1層（7），可采煤層總厚度8m，含可采煤系數(shù)7.7% 。下石盒子組：該組為一套陸相含煤建造，無可采煤層，僅下部含有1 3層薄煤層，俗稱柴煤段，未見有可采點，無經(jīng)濟價值。 可采煤層：（1）7號煤層7號煤層在本區(qū)共有119個控制其中受巖漿巖侵人的點有15個，受巖漿巖影響的共有3個，缺失點有3個，煤層風氧化點有1個，受斷層影響而煤厚不全的點有3個，共計有25個點。參與煤層穩(wěn)定性評價的有94個點。可采性指數(shù)為1，煤厚變異系數(shù)21%，7號煤層為全區(qū)可采的穩(wěn)定性煤層。 7號煤層上距下盒子組底界54.8 90.5m，平均約37.0m。下距太原組頂界平均37.0m。煤層發(fā)育普遍，煤層厚度2.0516.80m，平均約8 m。厚度變化不大， 7號煤層結(jié)構(gòu)簡單，僅有18個點見12層夾矸，夾矸厚度0.051.47m。夾矸巖性多為泥巖，少數(shù)為碳質(zhì)泥質(zhì)泥巖。夾矸主要發(fā)育在淺部。 煤層的直接頂板為泥巖，砂質(zhì)泥巖，局部為細砂巖，上距下石盒子組底界為54.890.5m，平均73.0m。煤層底板多為砂質(zhì)泥巖，泥巖，局部為細砂巖，個別點為碳質(zhì)泥巖。下距太原組頂界為15.8664.0m，平均37.0m。7號煤層為主采煤層，本設(shè)計只對7號煤層開采進行設(shè)計。(2)8號煤層 8號煤層位于山西組底部，較發(fā)育，上距7號煤層4.1740.18m，平均為20.28m。層間距由東往西逐漸增大，煤厚0.295.85m，平均3.09m，煤層沉積不連續(xù)，從平面圖上看可分為三個地段：即4勘探線以西；1013勘探線之間及14勘探線以東。煤層在1勘探線以西可采，且有巖漿巖侵入；在1013勘探線除靠近沖刷帶附近煤層厚度變化較大外，一般都在2.53.5m，由淺部往深部逐漸變??；在14勘探線以東煤層厚度在1.525.43m，厚度較穩(wěn)定，全部地段均可采。煤厚變導系數(shù)為53%，可采性指數(shù)為0.77。8號煤層為全區(qū)較穩(wěn)定的中厚煤層。 8號煤層結(jié)構(gòu)簡單，大部分被巖漿侵入破壞，煤大部分被焦化，甚至吞蝕，失去了工業(yè)價值，本設(shè)計不作為開采考慮。 （3）17號煤層17號煤層位于太原組中部，上距8號煤層約110m，在整個井田內(nèi)有分布，煤層的原始沉積厚度穩(wěn)定，煤厚在0.191.28m，平均0.81m。由于巖漿巖的侵入破壞，煤大部分被焦化，甚至吞蝕，失去了工業(yè)價值?？刹傻囟蝺H在7勘探線以東的中、淺部，煤層兩極厚度在0.341.28m。平均為0.8m。煤層結(jié)構(gòu)單一，僅有少量鉆孔見有一層夾矸，夾矸厚度0.10.64m。夾矸巖性為泥巖，煤層頂板多為泥巖，底板為無名灰?guī)r，個別點為泥巖。由于巖漿的侵入破壞，17號煤層為一局部可采的不穩(wěn)定煤層。 （4）21號煤層21號煤層是太原組最下一層局部可采煤層，上距17號煤層為38.3864.32m，平均為51.68m。下距 為1.713.89m，平均為2.55m。沉淀層位穩(wěn)定，在全井田分布，但受巖漿侵入破壞嚴重，使大部分地段的煤層分叉變薄和強烈焦化而失去工業(yè)價值，為不可采煤層見表1.1。表1.1 開采煤層特征表煤層號每層厚度平均（m）頂板巖性底板巖性夾矸厚度夾矸層數(shù)（m）夾矸巖性層間距平均（m）71. 2116.89.83泥巖砂質(zhì)泥巖細砂巖砂質(zhì)泥巖泥巖細砂巖051.4712泥巖砂質(zhì)泥巖炭質(zhì)泥巖巖漿巖0811.097下321.270.87細砂巖泥巖砂質(zhì)泥巖250.951泥巖巖漿巖164.1740.181.3.2煤層圍巖性質(zhì)（1）7號煤層：直接頂板尾砂質(zhì)泥巖或泥巖為主，厚度為0.5116.11m，平均厚度4.25m。厚度變化大，沿走向、傾向上都很不穩(wěn)定。一般抗壓強度38229114帕。屬于中等穩(wěn)定性頂板。老頂為灰白色中細粒砂巖，厚度為1.8718.76m。 成分以石英、長石為主及少量暗色礦物，可選性磨圓度較好，泥質(zhì)、鈣質(zhì)膠結(jié)，堅硬，節(jié)理較發(fā)育。此層厚度變化大，無明顯規(guī)律，局部地段為7號煤層直接頂板，含有砂巖裂隙水，對采掘有一定的影響。底板由泥巖、砂質(zhì)泥巖組成，兩極厚度0.2910.16m，一般厚度1.852.65m左右。泥巖、砂質(zhì)泥巖一般抗壓強度為43128722帕。底板砂巖多為細粒結(jié)構(gòu)，厚度023.66m，平均5.88m。1.3.3煤的特征（1）煤質(zhì)灰分7號煤灰分平均為14.86%，屬于低灰中灰煤，受巖漿巖侵入的影響，灰分有所提高，變化一般在15.3040.55%，平均為25.53%，屬于高灰分煤。8號煤灰分平均為12.91%，屬于特低灰中灰煤。煤的牌號7號煤層以氣煤為主（QM），局部為1/3焦煤（1/3JM），煤的灰分產(chǎn)率可參見表1.2。 表1.2 煤質(zhì)主要特征表項煤灰 分（）硫 分（）磷 分（）揮發(fā)分（%）發(fā)熱量（MJ/kg）容 重（t/m3）牌 號7煤14.860.530.01435.28321.38QM.1/3JM（2）工業(yè)用途：7號煤層可作為煉焦配煤和良好的動力用煤。（3）煤的含瓦斯性區(qū)內(nèi)各煤層的瓦斯含量與瓦斯成分的變化都較大，經(jīng)分析認為與地質(zhì)構(gòu)造有密切的關(guān)系，有穿過斷層的煤層，瓦斯含量明顯低于其他地點。另外埋藏深度的加深瓦斯含量則相應增加。根據(jù)采樣試驗結(jié)果表明，井田內(nèi)各煤層瓦斯含量較低，屬低瓦斯區(qū)。（4）煤塵影響煤塵爆炸的主要因素是煤中的揮發(fā)分產(chǎn)率，煤的揮發(fā)分愈高，煤塵爆炸的危險性愈大。本礦井煤的可燃基揮發(fā)分產(chǎn)率Vdaf均在35以上，又據(jù)礦井資料分析，煤塵的爆炸性指數(shù)均在38以上，煤塵有爆炸性危險。（5）煤的自然發(fā)火傾向 本區(qū)共有34點做過煤的燃點測定，按煤炭資料勘探規(guī)范中煤層自燃傾向等級分類標準：各煤層均為不易自燃不自燃。根據(jù)礦井資料可知，-620水平以下的7、8號煤層的自燃發(fā)火期為16個月，自燃難易程度為不自燃煤。2 井田境界與儲量2.1井田境界 2.1.1井田劃分的依據(jù)在煤田劃分為井田時，要保證各井田有合理的尺寸和境界，使煤田各部分都能得到合理的開發(fā)。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；(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，處理號相鄰礦井間的關(guān)系。2.1.2井田范圍根據(jù)煤炭部煤辦字（1983）生產(chǎn)礦井儲量管理規(guī)程確定孔莊煤礦境界為西起徐沛鐵路（但根據(jù)第一章說述，由于西翼受巖漿侵入嚴重，故實際井田西邊界為8號勘探線），東至原劉仙莊斷層位置，南以21號煤層露頭為界，北到7號煤層1000m水平垂直投影。井田東西走向7 km，南北寬3.6 km，面積17.2 km2。井田賦存狀況示意圖見下頁圖2.1。圖2.1 井田賦存狀況示意圖2.2 礦井工業(yè)儲量本井田參加計算的煤層為7層煤。 計算范圍：西起8號勘探線，東至原劉仙莊斷層位置，南以21號煤層露頭為界，北到7號煤層1000m水平垂直投影。本礦區(qū)井田范圍內(nèi)7號煤層均屬煉焦用煤和動力用煤，地層傾角為823度,平均傾角16度。最低可采厚度為0.7m，平均煤厚8米。天然焦0.8m，最高可采灰分不大于40%。8號每層平均厚度5米。1礦井地質(zhì)資源量ZZ=17.21.38（8+5）Sec16=32100.3116萬t2. 礦井工業(yè)資源/儲量Z111b=32100.311660%70%=13482.131萬tZ122b=32100.311630%70%=6741.065萬tZ2M11=32100.311660%30%=5778.056萬tZ2M22=32100.311630%30%=2889.028萬t由于地質(zhì)條件簡單，k在0.8以上取值。Z333k=32100.311610%k=2568.025萬tZg= Z111b+ Z122b+ Z2M11+ Z2M22+ Z333k =13482.131+6741.065+5778.056+2889.028+2568.025=31458.305萬t2.3 礦井可采儲量本井田煤柱損失主要有井田邊界煤柱、礦井工業(yè)場地保護煤柱、斷層保護煤柱、巷道（大巷、上山、回采巷道等）保護煤柱。2.3.1工業(yè)煤柱壓煤查設(shè)計手冊，孔莊礦區(qū)走向移動角=66，巖石移動角=66,=70。井筒穿煤層時深度，7煤層H7=545m。查設(shè)計手冊，本礦井設(shè)計年產(chǎn)量為240萬t，工業(yè)廣場占地面積為0.24 km2。設(shè)計為600m400m，再加上維護據(jù)垂直剖面法所作的工業(yè)廣場保護煤柱的尺寸計算如圖2.2所示：帶20m，所以工業(yè)廣場為620m420m. 工業(yè)廣場圍護帶寬度為20m， 工業(yè)廣場壓煤面積： 7煤：S7=0.7821 km2工業(yè)廣場壓煤： 7煤：Z7=S77h7Sec16=0.78211061.38（8+5）Sec16=1459.6萬t。 Z公廣=1459.6萬t2.3.2邊界保護煤柱井田邊界保護煤柱和煤層露頭留30m的保護煤柱。Z邊界= Sh =17834.5301.38（8+5）Sec16 =998.5萬t2.3.3斷層保護煤柱斷層保護煤柱在斷層兩側(cè)各留30m。Z斷層= Sh =(4259.8302+264356)1.38（8+5）=932.8萬t圖2.2 工業(yè)廣場保護煤柱2.3.4其它煤柱損失按工業(yè)儲量的5%計算。Z其它=Z5%=32100.31165%=1605.0萬 t2.3.5礦井總設(shè)計損失儲量P= Z公廣+Z邊界+ Z斷層+Z其它=1459.6+998.5+932.8+1605.0=4995.9萬 t2.3.6礦井可采儲量Zk=(ZG-P) C式中：C采區(qū)回采率 ，取0.75Zk=(32100.3116-4995.9) 0.75=20328.3 萬t 2.3.7水平可采儲量全礦井共分為兩個水平，兩水平煤層狀況相似，故根據(jù)一、二水平煤層的水平面積計算各水平的可采儲量。一水平經(jīng)緯網(wǎng)格數(shù)為41，二水平為53。 故一水平可采儲量Zk2= Zk41/94=8866.6萬t二水平可采儲量Zk1= Zk53/94=11461.7萬t 表2.1 礦井儲量分配表（單位：萬噸）水平煤層名稱工業(yè)儲量可采儲量高級儲量全礦井7#31479.420328.325672.4一水平7#12764.18866.610561.2二水平7#18715.311461.715111.23 礦井工作制度、設(shè)計生產(chǎn)能力及服務年限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16小時。3.2礦井設(shè)計生產(chǎn)能力及服務年限1.礦井設(shè)計生產(chǎn)能力因為本井田設(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240萬噸/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）礦井開采能力校核孔莊礦7、8煤層均為中厚煤層，煤層平均傾角為16度，地質(zhì)構(gòu)造簡單，賦存較穩(wěn)定，礦井瓦斯含量及涌水相對較小，考慮到礦井的儲量只需布置一個綜采工作面就可以滿足礦井的設(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16噸底卸式提升箕斗，提升能力可以達到設(shè)計井型的要求，工作面生產(chǎn)原煤一律用帶式輸送機運到帶區(qū)煤倉，運輸能力很大，自動化程度很高，原煤外運不成問題。輔助運輸采用罐籠，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）通風安全條件的校核本礦井煤塵具有爆炸性瓦斯含量相對較低，屬于低瓦斯礦井，水文地質(zhì)條件較簡單。礦井通風采用中央并列式通風，可以滿足整個礦井通風的要求。本井田內(nèi)存在若干小斷層，已經(jīng)查到且不導水，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)能力應于礦井的可采儲量相適應，以保證礦井有足夠的服務年限。礦井服務年限的公式為：T=Zk/(AK) （3-1）其中：T -礦井的服務年限，年； Zk-礦井的可采儲量，203.28Mt； A -礦井的設(shè)計生產(chǎn)能力， 240萬噸/年； K -礦井儲量備用系數(shù)，取1.4。則： T=203.28100/（2401.4） =60.5（年）既本礦井的開采服務年限符合規(guī)范的要求。注：確定井型是要考慮備用系數(shù)的原因是因為礦井每個生產(chǎn)環(huán)節(jié)有一定的儲備能力，礦井達產(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年限，確定井型時，必須考慮備用系數(shù)。5）第一水平服務年限校核由本設(shè)計第四章井田開拓可知，礦井是兩水平上下山開采，一水平在-450m，二水平在-670m，水平服務年限即為全礦井服務年限，為60.5年。即本設(shè)計第一水平的服務年限符合礦井設(shè)計規(guī)范的的要求。表3-1 不同礦井設(shè)計生產(chǎn)能力時礦井服務年限表礦井設(shè)計生產(chǎn)能力（萬t/a）礦井設(shè)計年限（a）第一水平設(shè)計服務年限煤層傾角45600及以上7035300-5006030120-2405025201545-90402015154 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入煤體，建立礦井提升、運輸、通風、排水和動力供應等生產(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行技術(shù)經(jīng)濟比較，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真研究。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；合理確定開采水平的數(shù)目和位置；布置大巷及井底車場；確定礦井開采程序，做好開采水平的接替；進行礦井開拓延深、深部開拓及技術(shù)改造；合理確定礦井通風、運輸及供電系統(tǒng)。確定開拓問題，需根據(jù)國家政策，綜合考慮地質(zhì)、開采技術(shù)等諸多條件，經(jīng)全面比較后才能確定合理的方案。在解決開拓問題時，應遵循下列原則：貫徹執(zhí)行國家有關(guān)煤炭工業(yè)的技術(shù)政策，為早出煤、出好煤高產(chǎn)高效創(chuàng)造條件。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)。合理集中開拓部署，簡化生產(chǎn)系統(tǒng)，避免生產(chǎn)分散，做到合理集中生產(chǎn)。合理開發(fā)國家資源，減少煤炭損失。必須貫徹執(zhí)行煤礦安全生產(chǎn)的有關(guān)規(guī)定。要建立完善的通風、運輸、供電系統(tǒng)，創(chuàng)造良好的生產(chǎn)條件，減少巷道維護量，使主要巷道經(jīng)常保持良好狀態(tài)。要適應當前國家的技術(shù)水平和設(shè)備供應情況，并為采用新技術(shù)、新工藝、發(fā)展采煤機械化、綜掘機械化、自動化創(chuàng)造條件。根據(jù)用戶需要，應照顧到不同媒質(zhì)、煤種的煤層分別開采，以及其它有益礦物的綜合開采。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-250m，最深處到-850m表土層厚度大，平均140m。2）本井田瓦斯及涌水比較小,對開拓方式的選擇影響不大。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，地面平均標高為+32m。4.1.1井筒形式的確定（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，立井最復雜。具體見表4-1。本礦井煤層傾角小，平均16，為緩傾斜煤層；表土層厚約140 m，無流沙層；水文地質(zhì)情況中等簡單，涌水量不大；井筒需要特殊施工凍結(jié)法建井，因此需采用立井開拓。表4-1 井筒形式比較井筒形式優(yōu)點缺點適用條件平硐1運輸環(huán)節(jié)和設(shè)備少、系統(tǒng)簡單、費用低。2工業(yè)設(shè)施簡單。3井巷工程量少，省去排水設(shè)備，大大減少了排水費用。4施工條件好，掘進速度快，加快建井工期。5煤炭損失少。受地形影響特別大有足夠儲量的山嶺地帶斜井與立井相比：1井筒施工工藝、設(shè)備與工序比較簡單，掘進速度快，井筒施工單價低，初期投資少。2地面工業(yè)建筑、井筒裝備、井底車場簡單、延深方便。3主提升膠帶化有相當大提升能力。能滿足特大型礦井的提升需要。4斜井井筒可作為安全出口。與立井相比：1井筒長，輔助提升能力小，提升深度有限。2通風線路長、阻力大、管線長度大。3斜井井筒通過富含水層，流沙層施工復雜。井田內(nèi)煤層埋藏不深，表土層不厚，水文地質(zhì)條件簡單，井筒不需要特殊法施工的緩斜和傾斜煤層。立井1不受煤層傾角、厚度、深度、瓦斯和水文地質(zhì)等自然條件限制。2井筒短，提升速度快，對輔助提升特別有利。3當表土層為富含水層的沖積層或流沙層時，井筒容易施工。4井筒通風斷面大，能滿足高瓦斯、煤與瓦斯突出的礦井需風量的要求。1井筒施工技術(shù)復雜，設(shè)備多，要求有較高的技術(shù)水平。2井筒裝備復雜，掘進速度慢，基建投資大。對不利于平硐和斜井的地形地質(zhì)條件都可考慮立井。（2）井筒位置的確定井筒位置選擇要有利于減少初期井巷工程量，縮短建井工期，減少占地面積，降低運輸費用，節(jié)省投資；要有利于礦井的迅速達產(chǎn)和正常接替。因此，井筒位置的確定原則：1）沿井田走向的有利位置當井田形狀比較規(guī)則而且儲量分布均勻時，井筒的有利位置應在井田走向中央；當井田儲量呈不均勻分布時，應布置在儲量的中央，以形成兩翼儲量比較均勻的雙翼井田，可使沿井田走向的井下運輸工作量最小，通風網(wǎng)路較短，通風阻力小。2）井筒沿井田傾斜方向的有利位置井筒位于井田淺部時，總石門工程量大，但第一水平及投資較少，建井工期短；井筒位于井田中部