張小樓礦2.4Mta新井設(shè)計(jì)【含CAD圖紙+文檔】

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摘要:在單軸循環(huán)加載情況下，研究加載波形對砂巖的前后失效疲勞性能的影響。正弦，坡道和方波形被使用在循環(huán)加載頻率5hz和峰值振幅0.05毫米中。加載波形被認(rèn)為具有重大的意義以及對疲勞行為的影響。疲勞行為被認(rèn)為是負(fù)荷的動(dòng)能和波形的形狀的一種功能，在一個(gè)高能量需求正方形波形下迅速累積了損壞，坡道波形是那些因素中最有損害的，本研究具有實(shí)際重要意義在研究巖石運(yùn)行狀況和大量巖石在開掘系統(tǒng)中受到動(dòng)態(tài)循環(huán)荷載。 關(guān)鍵詞：加載波形；巖石疲勞；挖掘；能量；損傷 1 引言 巖石動(dòng)態(tài)荷載影響疲勞的研究在挖掘系統(tǒng)傾向于極端巖石——突發(fā)荷載 方面具有偉大的意義；然而，這幾乎是罕見的文學(xué)主題。本文介紹了目前研究工作也探究其他波形除了三角形和循環(huán)動(dòng)荷載，以提高對巖石破壞機(jī)制和巖體在受到嚴(yán)重循環(huán)疲勞和動(dòng)荷載情況下的認(rèn)識(shí)和研究。 第一次全面研究巖石的疲勞周期是在伯丁的調(diào)查研究中，他對伯利亞砂巖在單軸壓縮強(qiáng)度下進(jìn)行了研究。在三種堅(jiān)硬巖石在單軸壓縮測試中哈利和丘格發(fā)現(xiàn)影響疲勞周期的因素。他們采用的三角形應(yīng)力加載路徑被認(rèn)為是最有優(yōu)勢的正弦曲線路徑。艾特威爾集中精力研究巖石在單軸循環(huán)壓縮下的變形情況。在四種主要立體基陣荷載：循環(huán)應(yīng)力控制、三角形狀和頻率為每1秒一個(gè)循環(huán)周期下，赫姆森等人對四種巖石不斷施加應(yīng)力后的強(qiáng)度、變形和結(jié)構(gòu)的分析研究。他們的研究結(jié)果表明，堅(jiān)硬的巖石在循環(huán)荷載情況下其硬度大大地被削弱。振宇和海宏使用兩種波形來研究巖石的運(yùn)行狀況：正弦和三角形研究結(jié)果是，正弦波加載引起的變形比三角波加載引起的變形要大。在他們最近的出版物中，李等人。研究了力學(xué)性能和疲勞損壞模型并提出了節(jié)理巖體和有間歇裂隙的干燥，冷凍和飽和砂巖樣品在受到動(dòng)態(tài)周期性加載應(yīng)力控制模式下使用斜坡波形的模型。巴蒂和羅斯通過對砂巖使用正弦波形來研究加載頻率和振幅的影響，并發(fā)現(xiàn)對巖石的運(yùn)行狀況影響很大。除了對巖石的研究外，龔和史密斯調(diào)查研究波形和加載順序?qū)υ粕寄静牡牡椭芷谄趬勖挠绊憽? 2巖石樣品和測試裝備 巖石樣本來源于捷克共和國盆地的達(dá)爾科夫煤礦煤的爆破巖石。本實(shí)驗(yàn)對山脊層的砂石巖進(jìn)行了巖心磚孔，在深度范圍從588到607米以下。宏觀描述這砂巖為：有條紋的中細(xì)顆粒、淺灰色砂巖（積累了大量有機(jī)質(zhì)）。這條紋是零星收斂的，與軸核心成一定傾斜（圓角25°）。對樣品進(jìn)行了1 : 1直徑長度比，平均直徑為47.5毫米，盡可能結(jié)束，大小和其他測試的影響被忽視了。樣品的準(zhǔn)備和測試是根據(jù)國際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)的測試程序和準(zhǔn)備進(jìn)行的。普通物理特性和聲波測試結(jié)果見表1。 表1. 物理性質(zhì)，化學(xué)性質(zhì)和實(shí)驗(yàn)測試砂巖聲波結(jié)果 物理性質(zhì) 干燥聲波樣本 飽和聲波樣本 干燥密度（kg/m3） 飽和密度（kg/m3） Vp Vs vd Ed(GPa) Vp Vs vd Ed(GPa) 2540 2578 3256 2268 0.02 27 3875 2222 0.17 33 這個(gè)測試設(shè)備是MTS—816巖石測試系統(tǒng)。MTS系統(tǒng)控制器由硬件設(shè)備和軟件應(yīng)用程序組成，并提供伺服液壓閉環(huán)控制的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。更詳細(xì)的檢測設(shè)備說明請參閱作者的論文。 分別在給定的一組測試條件下，試驗(yàn)進(jìn)行了軸向位移控制加載系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)負(fù)載被指定為是正弦波，斜坡波和正方形波循環(huán)壓縮（圖1）。在實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，軸向位移目標(biāo)設(shè)置點(diǎn)等于一個(gè)模擬的振幅。軸向位移的目標(biāo)在不斷增加，直到樣品失效，如果可能會(huì)直到殘余應(yīng)力達(dá)到獲得完整的前后彎曲失效。振幅是一個(gè)絕對值（±值），相當(dāng)于總范圍的一半。比如，輸入一個(gè)0.1毫米的振幅意味著+ 0.1毫米和-0.1毫米，總共為0.2毫米。 圖1.波形形狀 波形的形狀取決于加載速度和卸載速度，速度的改變在于加載和卸載率以及持續(xù)停留在應(yīng)力的峰值點(diǎn)。圖1顯示了三種5Hz的負(fù)載頻率和應(yīng)力峰值在σ0時(shí)的波形。線段AB反應(yīng)了加載頻率，BC反應(yīng)了停留時(shí)段，B和C點(diǎn)反應(yīng)了負(fù)荷率的變化率。很明顯，在三角和正弦波形中，B點(diǎn)和C點(diǎn)重合在一起，表明這停留段為零。圖1（c）所示的是理想狀態(tài)下的正方形波；然而，在測試中使用的實(shí)際狀態(tài)的波形可能接近于圖1（d）所示。這些波形的詳細(xì)信息見表2。龔和史密斯，報(bào)告說在測試中使用的實(shí)際正方形波形狀態(tài)為圖1（d）中所示以及圖中的k值代表的意義是在負(fù)載頻率為0.5Hz時(shí)的應(yīng)力為20. 龔和史密斯認(rèn)為方波是最嚴(yán)重的波，因?yàn)樗麄兊母哓?fù)荷率和高加載速率變化并且有一長段停留時(shí)期。根據(jù)這些圖表發(fā)現(xiàn)三角波形損壞能力比正弦波形小，盡管他們有一個(gè)很大的峰值變化負(fù)載率（表2）。根據(jù)這些圖表，負(fù)載率占據(jù)了主要的作用而不是高峰負(fù)荷率變化。負(fù)載率是不為正弦波的一個(gè)常數(shù)。這平均負(fù)載率(dσ/dt)av為正弦波形± 10σ0 。這等于三角波形頻率相同的負(fù)載率。正弦波的最大負(fù)荷率是±5πσ0,,即 ±15.7σ0 ，比三角波形的負(fù)載率大57%。眾所周知，在單軸循環(huán)動(dòng)態(tài)加載條件下負(fù)荷率強(qiáng)烈影響疲勞巖石的運(yùn)行狀況。 表2. 圖1的波形特征 波形 加載功能 加載速率（MPa） B點(diǎn)負(fù)荷率的變化 停留時(shí)段（s） 三角/ 鋸齒 AB段：σ=10σ0t BD段：σ=10σ0（0.2-t） AB段： 10σ0 BD段：- 10σ0 20σ0 0 正弦 σ=(σ0/2)(1-sin(10πt+π/2)) -5σ0cos(10πt+π/2)) 0 0 方形（理想） AB段:t=0 BC段：σ=σ0 AB段：∞ BC段：0 ∞ 0.1 方形（實(shí)際） AB段: σ=kσ0t BC段：σ=σ0 AB段: σ=kσ0 BC段：0 kσ0 ≈0.1 3巖石性質(zhì)的評(píng)價(jià) 從單軸循環(huán)荷載試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得到疲勞強(qiáng)度的峰值為(σfp),疲勞強(qiáng)度峰谷只為(σfp)，平均疲勞強(qiáng)度值為(σfd)，疲勞壽命(Tfl)，峰值疲勞剩余強(qiáng)度為(σfr)，毫無預(yù)測的快速邊坡失效(Spf),平均彈性模量(Eavd),割線模量(Esd),軸向剛度(Asd)為最大應(yīng)力的50%，快速失效模量(Epf)為最大應(yīng)力的50%，動(dòng)態(tài)能(De)和應(yīng)力能量(Se)由巖石釋放出來。 使用MATLAB開發(fā)的計(jì)算機(jī)程序來分析應(yīng)力應(yīng)變曲線的強(qiáng)度和變形情況。使用計(jì)算機(jī)程序從波峰波谷數(shù)據(jù)中計(jì)算得出的壓力和模量如圖2.波峰疲勞強(qiáng)度(σfp)和波谷疲勞強(qiáng)度(σfv)是從波峰和波谷特性曲線中獲得的最大應(yīng)力。然而，疲勞強(qiáng)度(σfd)是上述兩項(xiàng)的平均值。疲勞壽命的時(shí)間對應(yīng)著峰值疲勞強(qiáng)度。峰值疲勞剩余強(qiáng)度對應(yīng)著峰值特性曲線中的剩余強(qiáng)度。這失效后的負(fù)斜率取決于失效后的波峰和波谷特性曲線以及平均數(shù)值。根據(jù)在國際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)上程序概述提供的方法來分析研究應(yīng)力應(yīng)變曲線變形比例就像平均模量和割線模量一樣。平均模量或多或少的取決于應(yīng)力應(yīng)變曲線的直線部分的平均斜度。割線模量從零增加到巖石持續(xù)受到最大荷載的50%。從失效模量可以知道平均彈性模量取決于失效特性曲線最大應(yīng)力的50%。此后，在循環(huán)荷載下記錄了波峰和波谷的數(shù)據(jù)，使用MATLAB開發(fā)的計(jì)算機(jī)程序來分別獲得和獨(dú)立分析波峰和波谷特性曲線來預(yù)測模量數(shù)值，如圖2所示。然后模量值從峰谷曲線中的平均值獲得。 圖2.典型的應(yīng)力-應(yīng)變曲線在單軸循環(huán)加載下的各種大量參數(shù)評(píng)價(jià)說明 加載巖石的平均軸向剛度的計(jì)算公式為：Asd=△應(yīng)力/△應(yīng)變 （1） 其中，Asd是平均軸向剛度（即變形模量或永′模量超過彈性間隔或可逆模量），△應(yīng)力是應(yīng)力差（或雙應(yīng)力幅值）和△應(yīng)變是應(yīng)變差（或雙應(yīng)變振幅）獲得相應(yīng)的風(fēng)骨數(shù)據(jù)。使用公式（1）對軸向應(yīng)力峰值計(jì)算的軸向剛度如圖3所示。據(jù)顯示軸向剛度的的數(shù)值被估計(jì)在巖石持續(xù)受到峰值軸向應(yīng)力時(shí)的50%。 圖3. 軸向剛度和軸向應(yīng)力的平均軸向剛度在峰值疲勞強(qiáng)度的50%時(shí)的圖表計(jì)算說明 巖石釋放的動(dòng)態(tài)能量計(jì)算公式： De=(△應(yīng)力 x △應(yīng)變 x f)/2， （2） 其中，De代表巖石持續(xù)動(dòng)能，單位為MW/m3,f 代表頻率，單位為Hz，動(dòng)態(tài)能量的確定通過使用峰谷數(shù)據(jù)在整個(gè)負(fù)荷對時(shí)間作圖，如圖4所示。據(jù)顯示得出動(dòng)能的數(shù)值是在曲線峰值處的漸近線平均值。 圖4. 時(shí)間與動(dòng)態(tài)能量在動(dòng)能接近峰值疲勞強(qiáng)度時(shí)的計(jì)算繪制圖。 根據(jù)這個(gè)損壞原理，巖石釋放出的應(yīng)力能可以被描述為： Se=σ2fp/2Eavd, （3） 其中，Se代表釋放的應(yīng)力能，單位為MJ/m3，σfp代表巖石持續(xù)峰值疲勞強(qiáng)度，單位是MPa，Eavd代表平均模量，單位是MPa。通過使用方程確定巖石釋放的應(yīng)力能。 4實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論 在單軸循環(huán)荷載下，實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了波形對砂巖的疲勞行為影響的研究。正弦波、斜坡波和方波形被用的是負(fù)載5赫茲的頻率和振幅為0.05毫米。 4.1 巖石疲勞強(qiáng)度 在斜坡波加載的情況下產(chǎn)生的疲勞強(qiáng)度比正弦波和方形波要高（如圖5）。因此，可以得出結(jié)論，斜坡加載波形在加載和卸載時(shí)比正弦波和方波更均勻。眾所周知波形影響疲勞壽命以及根據(jù)龔和斯密斯，在給定的加載頻率下方形波是最嚴(yán)重的最短疲勞壽命測試條件和結(jié)果。然而，研究發(fā)現(xiàn)正弦波的疲勞壽命最短和方形波的剩余強(qiáng)度最高以及其他例外。這可能是由于樣品的干擾。方形波的負(fù)斜率失效后表明在如此條件下巖石很可能是脆性斷裂方式失效，由于比起其他波形來方形波有長停留時(shí)段和高荷載率。 圖5.加載波形的強(qiáng)度 圖6.加載波形的疲勞壽命 圖7.加載波形的傾斜失效 4.2 巖石的變性特征 永的平均模量高于鋸齒波形相對于其他波形來說（如圖8）。在正弦波形中，它是最低的。在方形波中割線模量是最低的但是高于正弦波形。可逆模量在鋸齒波形中最高，其次是正弦波最少的是方波波形。失效模量在方形波中是最少的。比起其他波來方形波似乎損傷累積最快。波形的最大負(fù)荷率強(qiáng)烈影響巖石的損害積累。根據(jù)埃伯哈特，在永的模量和割線模量之間的數(shù)值差距較大，更大的原始裂紋密度。 圖8.加載波形模量 4.3巖石能量反應(yīng) 利用動(dòng)態(tài)能造成的巖石失效破壞是最低的在鋸齒波形中比起其他正弦和方形波形來說（圖9）。在方形波的情況下，發(fā)現(xiàn)動(dòng)能需求更容易引起巖石失效。因此，可以得出結(jié)論，在那些因素中鋸齒波的損壞能力最小。在高動(dòng)能需求下方形波順壞積累最迅速，接下來是正弦波和鋸齒波。這一調(diào)查結(jié)果表明，荷載率和加載波形是促進(jìn)巖石破壞的主要因素，而不是已經(jīng)完成。這個(gè)觀察支持了龔和斯密斯對木材的調(diào)查發(fā)現(xiàn)的觀點(diǎn)。據(jù)報(bào)道，在低循環(huán)疲勞測試中每周期完成的工作越高，失效的次數(shù)就越少。盡管方形波具有較高動(dòng)態(tài)能，但是它也有更短暫的疲勞壽命和更低的疲勞強(qiáng)度，除了正弦波疲勞壽命例子外。這可能是由于材料的性質(zhì)，各向異性或異質(zhì)性或樣品的干擾以及加載模式的程度性等。鋸齒形波中巖石釋放的應(yīng)力能是最高的，其次是正弦波最小的是方形波（如圖10）。如前面所討論的，方波形是最嚴(yán)重的試驗(yàn)條件及有最短的疲勞壽命以及正弦波比三角波更嚴(yán)重。Henc推測在循環(huán)壓縮荷載下應(yīng)力釋放的能量已完成以及波形的形狀確定。 圖9.加載波形的動(dòng)態(tài)能 圖10.加載波形的應(yīng)力能 5總結(jié) 本研究重點(diǎn)對波形和振幅對完整的砂巖巖石疲勞行為的動(dòng)態(tài)循環(huán)影響的調(diào)查研究。在工作的基礎(chǔ)上，得出以下結(jié)論： 在單軸循環(huán)壓縮下巖石的疲勞行為是波形形狀和已完成的負(fù)載的一個(gè)應(yīng)變量。在方形波高動(dòng)能需求下?lián)p壞積累最迅速。跟方形波和正弦波相比起來鋸齒波損壞小些。在給定的頻率和振幅下認(rèn)為鋸齒類型的波形在裝卸較少動(dòng)態(tài)能量需求時(shí)導(dǎo)致樣本巖石失效更加均勻。在循環(huán)荷載條件下加載波形強(qiáng)烈影響巖石的損害積累。據(jù)發(fā)現(xiàn)一個(gè)波形的最大負(fù)荷率嚴(yán)重影響巖石的疲勞積累。在單軸循環(huán)加載條件下加載波形的類型影響各種各樣巖石的前后性質(zhì)。 從這討論結(jié)果可知，微壓裂隙過程被認(rèn)為是破壞巖石的主要原因。研究表明強(qiáng)度弱化以微壓裂隙開始，被稱為裂紋萌生，以應(yīng)力遠(yuǎn)低于材料的單軸抗壓強(qiáng)度而失敗告終。因此，在預(yù)測挖掘短期和長期的穩(wěn)定性時(shí)這些過程的認(rèn)識(shí)和他們的相關(guān)機(jī)制是最關(guān)鍵的因素。根據(jù)許多研究人員，巖爆、地震預(yù)測仍然是一個(gè)謎，即使有很長的歷史研究。因此，著力改善巖爆控制措施。 致謝 在動(dòng)態(tài)應(yīng)力下的巖石應(yīng)力變形行為的研究得到了捷克共和國授予機(jī)構(gòu)的支持，批號(hào)為105/01/0042。作者感謝你們的支持。 中 國 xxx 大 學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 學(xué) 院： 專 業(yè)： 設(shè)計(jì)題目： 張小樓礦2.4Mt/a新井設(shè)計(jì) 專 題： 張小樓微震規(guī)律分析研究 指導(dǎo)教師： 職 稱： 20xx年6月 徐州 編號(hào)：（ ）字 號(hào) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題目： 張小樓礦2.4Mt/a新井設(shè)計(jì) 張小樓微震規(guī)律分析研究 姓名： 學(xué)號(hào)： 班級(jí)： 二 〇 xx年 六 月 一 般 部 分 專 題 部 分 翻 譯 部 分 < 摘 要 本畢業(yè)設(shè)計(jì)分為三部分： 一般部分針對龐莊煤礦張小樓井進(jìn)行了井型為2.4Mt/a的新井設(shè)計(jì)。張小樓礦井位于江蘇徐州市境內(nèi)，井田走向長約4.8km，傾向長約3.53km，面積約16.94km2。主采煤層為7號(hào)和9號(hào)煤層，上部煤層平均傾角25°，下部煤層平均傾角4°。7號(hào)煤層平均厚度10m，9號(hào)煤層平均厚度3m。礦井正常涌水量為140m3/h，最大涌水量為160m3/h；礦井相對瓦斯涌出量為6m3/t，絕對瓦斯涌出量為11.32m3/t，屬低瓦斯礦井。 張小樓井田工業(yè)儲(chǔ)量為303.42Mt，可采儲(chǔ)量220.73Mt，礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為2.4Mt/a，礦井服務(wù)年限為65.7a。 根據(jù)井田地質(zhì)條件，設(shè)計(jì)采用雙立井加暗斜井延伸兩水平開拓方式，第一水平標(biāo)高-600m，采用上下山開采，下上采到-900m，第二水平標(biāo)高為-1130m，-1100m標(biāo)高以上采用上山開采，此標(biāo)高以下采用帶區(qū)開采。井田共劃分為六個(gè)采區(qū)，兩個(gè)帶區(qū)，軌道大巷和膠帶機(jī)大巷皆為巖石大巷，布置在9號(hào)煤層底板巖層中?？紤]到本礦井為低瓦斯礦井，礦井通風(fēng)方式采用中央并列式通風(fēng)。 針對北一采區(qū)采用了采區(qū)準(zhǔn)備方式，共劃分5個(gè)工作面，并進(jìn)行了運(yùn)煤、通風(fēng)、運(yùn)料、排矸、供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 針對7101工作面進(jìn)行了采煤工藝設(shè)計(jì)。該工作面煤層平均厚度為10.0m，平均傾角25°，直接頂為砂頁巖，老頂為砂巖。工作面采用綜放。采用雙滾筒采煤機(jī)割煤，往返一次割兩刀。采用“三八制”工作制度，截深0.8m，每天四個(gè)循環(huán)，循環(huán)進(jìn)尺3.2m，月推進(jìn)度96m。 大巷采用膠帶輸送機(jī)運(yùn)煤，輔助運(yùn)輸采用蓄電池式電機(jī)車牽引固定箱式礦車。主井采用兩對12t長形箕斗提煤，副井采用一對1.5t礦車雙層四車加寬罐籠運(yùn)料和升降人員。 專題部分題目為《張小樓微震規(guī)律分析研究》，以張小樓95206工作面和下山區(qū)域?yàn)楸尘?，進(jìn)行了詳實(shí)的微震監(jiān)測和數(shù)據(jù)收集與處理，得出了張小樓微震活動(dòng)規(guī)律，對礦井生產(chǎn)實(shí)踐和防治礦井沖擊地壓具有顯著的指導(dǎo)意義。 翻譯部分題目為《WAVEFORM EFFECT ON PRE-AND POST-FATIGUE PROPERTIES OF SANDSTONE》，主要介紹了不同的波形對砂巖疲勞特性的影響。 關(guān)鍵詞：張小樓礦井；雙立井；采區(qū)布置；綜放；中央并列式；微震分析；波形；巖石疲勞 < Abstract This graduation project is divided into three parts： The general part in Pangzhuang Coal Mine Well of Zhang well-type 2.4Mt/a Nii design.ZhangXiaolou mine is located in Jiangsu in Xuzhou City, Ida went to the length of about 4.8km, tendency about 3.53km long, with an area of about 16.94km2.The main coal seam No. 7 and No. 9 coal seam, the upper average coal seam dip 25 °, the lower the average coal seam dip angle is 4 °. No. 7 seam average thickness of 10m，No. 9 seam average thickness of 3m. Mine the normal inflow of 140m3 / h , the maximum inflow of 160m3 / h ; mine the relative gas emission in 6m3 / t , is a low - gas coal mine . Zhang small building Ida Industrial reserves for 303.42Mt , recoverable the reserves 220.73Mt , mine design production capacity of 2.4Mt / a , mine service life of 65.7a . According to Ida geological conditions , the design uses a dual vertical shaft and the dark inclined to extend the two-level open up the way , the first level of elevation - 600m , down the mountain mining under the mining - 900m , the second level of elevation of - 1130m - 1100m elevation above using the mountain mining, the following bands mining this elevation . Ida total is divided into six mining area , the two bands , track roadway and roadway of the belt conveyor are rock roadway layout in the No. 9 coal seam floor strata . Take into account the mine for the low gas mine , mine ventilation mode with a central parallel ventilation . Using the mining area to prepare for the North mining area , divided into a total of five face , and coal , ventilation, material transport , to discharge refuse , power supply system design. In 7101 working face mining technology design.The work face coal seam average thickness of 10.0m, the average angle 25 °, immediate roof for arenaceous shale, sandstone roof.Working face with fully mechanized top coal caving mining.Double drum shearer cutting coal, and a cutting knife two.The "three eight system" working system, cutting depth of 0.8m, every four cycle, cyclic footage of 3.2m, 96m month advance. Lane using belt conveyor coal, auxiliary transport using battery locomotive traction fixed-box type mine car.Main shaft using two pairs of 12t long skip coal, auxiliary shaft adopts a 1.5T car four car transport material widened double cage and lifting personnel. Special section entitled "Zhang Xiaolou" by Zhang Xiaolou microseism analysis, 95206 working face for the project as the example, has carried on the detailed micro-seismic monitoring and data collecting and processing, gives Zhang microseismic activity law of mine production practice, and the prevention and control of mine rockburst has significant guiding significance. Translation part titled "WAVEFORM EFFECT ON PRE-AND POST-FATIGUE PROPERTIES OF SANDSTONE", mainly describes the different waveform on fatigue characteristics of sandstone. Key words: Zhang mine; mining section layout; double shaft; fully mechanized caving; central parallel; seismic analysis; waveform; rock fatigue 目 錄 一般部分 1 礦區(qū)概述及井田地質(zhì)特征 1 1.1礦區(qū)概述 1 1.1.1礦區(qū)地理位置 1 1.1.2礦區(qū)經(jīng)濟(jì)狀況及礦區(qū)電力供應(yīng) 1 1.1.3礦區(qū)氣候條件 2 1.1.4礦區(qū)地形地貌和水文情況 2 1.1.5地震 2 1.2井田地質(zhì)特征 2 1.2.1井田的地形，井田的勘探程度 2 1.2.2井田地質(zhì)構(gòu)造、最主要的地質(zhì)變動(dòng) 5 1.2.3井田的水文地質(zhì)特征 6 1.3煤層特征 6 1.3.1煤層賦存情況 6 1.3.2煤層的圍巖性質(zhì) 7 1.3.3煤的特征 7 2 井田境界和儲(chǔ)量 11 2.1井田境界 11 2.1.1井田范圍 11 2.1.2開采界限 11 2.1.3井田尺寸 11 2.2井田工業(yè)儲(chǔ)量 11 2.2.1井田地質(zhì)勘探 11 2.2.2礦井地質(zhì)儲(chǔ)量 11 2.2.4礦井設(shè)計(jì)儲(chǔ)量 13 2.2.5礦井設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量 13 2.2.6工業(yè)廣場煤柱 14 3 礦井生產(chǎn)能力、服務(wù)年限及工作制度 16 3.1礦井工作制度 16 3.2礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力及服務(wù)年限 16 3.2.1確定依據(jù) 16 3.2.2礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力和礦井服務(wù)年限 16 3.2.3井型校核 17 4 井田開拓 18 4.1井田開拓的基本問題 18 4.1.1 確定井筒形式、數(shù)目、位置及坐標(biāo) 18 4.1.2工業(yè)場地的位置 19 4.1.3開采水平的確定及采區(qū)劃分 19 4.1.4主要開拓巷道 20 4.1.5方案比較 20 4.2礦井基本巷道 30 4.2.1井筒 30 4.2.2井底車場及硐室 35 4.2.3主要開拓巷道 37 4.2.4巷道支護(hù) 38 5 準(zhǔn)備方式——采區(qū)巷道布置 42 5.1煤層地質(zhì)特征 42 5.1.1采區(qū)位置 42 5.1.2采區(qū)煤層特征 42 5.1.3煤層頂?shù)装鍘r石構(gòu)造情況 42 5.1.4水文地質(zhì) 42 5.1.5地質(zhì)構(gòu)造 42 5.1.6地表情況 43 5.2采（帶）區(qū)巷道布置及生產(chǎn)系統(tǒng) 43 5.2.1 采（帶）區(qū)準(zhǔn)備方式的確定 43 5.2.2采區(qū)位置及范圍 43 5.2.3采煤方法及工作面長度的確定 43 5.2.4確定采區(qū)各種巷道的尺寸、支護(hù)方式及通風(fēng)方式 43 5.2.5煤柱尺寸的確定 43 5.2.6采區(qū)巷道的聯(lián)絡(luò)方式 44 5.2.7采區(qū)接替順序 44 5.2.8采區(qū)生產(chǎn)系統(tǒng) 44 5.2.9采、帶區(qū)內(nèi)巷道掘進(jìn)方法 45 5.2.10采區(qū)生產(chǎn)能力及采出率 45 5.3采區(qū)車場選型設(shè)計(jì) 47 5.3.1確定采區(qū)車場形式 47 5.3.2采區(qū)主要硐室布置 48 6 采煤方法 50 6.1采煤工藝方式 50 6.1.1采區(qū)煤層特征及地質(zhì)條件 50 6.1.2確定采煤工藝方式 50 6.1.3回采工作面參數(shù) 51 6.1.4回采工藝及工作面設(shè)備選型 51 6.1.5采煤工作面支護(hù)方式 56 6.1.6端頭支護(hù)及超前支護(hù)方式 57 6.1.7各工藝過程注意事項(xiàng) 58 6.1.8回采工作面正規(guī)循環(huán)作業(yè) 59 6.2回采巷道布置 62 6.2.1回采巷道布置方式 62 6.2.2回采巷道參數(shù) 62 7 井下運(yùn)輸 65 7.1概述 65 7.1.1井下運(yùn)輸設(shè)計(jì)的原始條件與數(shù)據(jù) 65 7.1.2運(yùn)輸距離和貨載量 65 7.1.3井下運(yùn)輸系統(tǒng) 65 7.2采區(qū)運(yùn)輸設(shè)備選型 67 7.2.1設(shè)備選型原則 67 7.2.2采區(qū)運(yùn)輸設(shè)備的選型及能力驗(yàn)算 67 7.3大巷運(yùn)輸設(shè)備選型 69 7.3.1運(yùn)煤設(shè)備 69 7.3.2輔助運(yùn)輸大巷設(shè)備選擇 70 8 礦井提升 72 8.1礦井提升概述 72 8.2主副井提升 72 8.2.1主井提升 72 8.2.2副井提升 74 9 礦井通風(fēng)及安全 77 9.1礦井通風(fēng)系統(tǒng)選擇 77 9.1.1礦井概述 77 9.1.2礦井通風(fēng)系統(tǒng)的基本要求 77 9.1.3礦井通風(fēng)方式的確定 77 9.1.4主要通風(fēng)機(jī)工作方式選擇 78 9.1.5采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)的要求 79 9.1.6工作面通風(fēng)方式的選擇 79 9.1.7回采工作面進(jìn)回風(fēng)巷道的布置 80 9.2采區(qū)及全礦所需風(fēng)量 81 9.2.1采煤工作面實(shí)際需要風(fēng)量 81 9.2.2備用面需風(fēng)量的計(jì)算 82 9.2.3掘進(jìn)工作面需風(fēng)量 82 9.2.4硐室需風(fēng)量 83 9.2.5其它巷道所需風(fēng)量 84 9.2.6礦井總風(fēng)量 84 9.2.7風(fēng)量分配 84 9.3礦井通風(fēng)總阻力計(jì)算 85 9.3.1礦井通風(fēng)總阻力計(jì)算原則 85 9.3.2確定礦井通風(fēng)容易和困難時(shí)期 85 9.3.3礦井最大阻力路線 86 9.3.4礦井通風(fēng)阻力計(jì)算 88 9.3.5礦井通風(fēng)總阻力 90 9.4選擇礦井通風(fēng)設(shè)備 91 9.4.1選擇主要通風(fēng)機(jī) 91 9.4.2電動(dòng)機(jī)選型 94 9.4.3主要通風(fēng)機(jī)附屬裝置 95 9.5防止特殊災(zāi)害的安全措施 95 9.5.1瓦斯管理措施 95 9.5.2預(yù)防煤塵災(zāi)害的措施 96 9.5.3預(yù)防井下火災(zāi)的措施 97 9.5.4預(yù)防井下水災(zāi)的措施 97 10 礦井基本技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 98 參考文獻(xiàn) 100 專題部分 張小樓微震規(guī)律分析研究 101 1引言 101 1.1微震簡介 101 1.1.1微震概念及危害 101 1.1.2影響礦井微震的主要因素及礦井微震的顯現(xiàn)特征 102 1.1.3微震與沖擊地壓的關(guān)系 102 1.1.4國內(nèi)外微震及沖擊礦壓概況 103 1.2微震檢測系統(tǒng) 103 1.2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 104 1.2.2 微震監(jiān)測系統(tǒng)的基本原理 104 1.2.3 微震SOS系統(tǒng)震源定位方法 104 1.2.4 微震監(jiān)測信號(hào)時(shí)頻分析 105 2 張小樓概況 106 2.1礦井概況 106 2.2 沖擊礦壓顯現(xiàn) 107 2.3“破裂 -沖擊地壓”關(guān)系評(píng)價(jià)原理 108 3微震規(guī)律綜述 109 3.1 95206工作面附近及下山區(qū)域微震頻次統(tǒng)計(jì)分析 109 3.2 95206工作面附近及下山區(qū)域微震時(shí)序分析 111 3.3 礦震空間演化規(guī)律 118 4 工作面及下山附近危險(xiǎn)性分析 120 4.1褶曲影響 120 4.2 斷層影響 121 4.2.1 斷層圍巖聚能誘沖分析 121 4.2.2 過斷層群前期微震活動(dòng)分析 122 4.2.3 解危后微震活動(dòng)變化規(guī)律 123 5 結(jié)論 124 參考文獻(xiàn) 125 翻譯部分 波形對砂巖疲勞特性的前后影響 126 1 引言 126 2巖石樣品和測試裝備 126 3巖石性質(zhì)的評(píng)價(jià) 128 4實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論 130 4.1 巖石疲勞強(qiáng)度 130 4.2 巖石的變性特征 131 4.3巖石能量反應(yīng) 132 5總結(jié) 133 致 謝 134 摘 要 本畢業(yè)設(shè)計(jì)分為三部分： 一般部分針對龐莊煤礦張小樓井進(jìn)行了井型為 2.4Mt/a的新井設(shè)計(jì)。張小樓礦井位 于江蘇徐州市境內(nèi)，井田走向長約 4.8km，傾向長約 3.53km，面積約 16.94km2。主采煤 層為 7號(hào)和 9號(hào)煤層，上部煤層平均傾角 25°，下部煤層平均傾角 4°。7 號(hào)煤層平均厚 度 10m，9 號(hào)煤層平均厚度 3m。礦井正常涌水量為 140m3/h，最大涌水量為 160m3/h；礦井 相對瓦斯涌出量為 6m3/t，絕對瓦斯涌出量為 11.32m3/t，屬低瓦斯礦井。 張小樓井田工業(yè)儲(chǔ)量為 303.42Mt，可采儲(chǔ)量 220.73Mt，礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為 2.4Mt/a，礦井服務(wù)年限為 65.7a。 根據(jù)井田地質(zhì)條件，設(shè)計(jì)采用雙立井加暗斜井延伸兩水平開拓方式，第一水平標(biāo)高- 600m，采用上下山開采，下上采到-900m，第二水平標(biāo)高為-1130m，-1100m 標(biāo)高以上采用 上山開采，此標(biāo)高以下采用帶區(qū)開采。井田共劃分為六個(gè)采區(qū)，兩個(gè)帶區(qū)，軌道大巷和 膠帶機(jī)大巷皆為巖石大巷，布置在 9號(hào)煤層底板巖層中?？紤]到本礦井為低瓦斯礦井， 礦井通風(fēng)方式采用中央并列式通風(fēng)。 針對北一采區(qū)采用了采區(qū)準(zhǔn)備方式，共劃分 5個(gè)工作面，并進(jìn)行了運(yùn)煤、通風(fēng)、運(yùn) 料、排矸、供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 針對 7101工作面進(jìn)行了采煤工藝設(shè)計(jì)。該工作面煤層平均厚度為 10.0m，平均傾角 25°，直接頂為砂頁巖，老頂為砂巖。工作面采用綜放。采用雙滾筒采煤機(jī)割煤，往返 一次割兩刀。采用“三八制”工作制度，截深 0.8m，每天四個(gè)循環(huán)，循環(huán)進(jìn)尺 3.2m，月 推進(jìn)度 96m。 大巷采用膠帶輸送機(jī)運(yùn)煤，輔助運(yùn)輸采用蓄電池式電機(jī)車牽引固定箱式礦車。主井 采用兩對 12t長形箕斗提煤，副井采用一對 1.5t礦車雙層四車加寬罐籠運(yùn)料和升降人員。 專題部分題目為《張小樓微震規(guī)律分析研究》 ，以張小樓 95206工作面和下山區(qū)域?yàn)?背景，進(jìn)行了詳實(shí)的微震監(jiān)測和數(shù)據(jù)收集與處理，得出了張小樓微震活動(dòng)規(guī)律，對礦井 生產(chǎn)實(shí)踐和防治礦井沖擊地壓具有顯著的指導(dǎo)意義。 翻譯部分題目為《WAVEFORM EFFECT ON PRE-AND POST-FATIGUE PROPERTIES OF SANDSTONE》 ，主要介紹了不同的波形對砂巖疲勞特性的影響。 關(guān)鍵詞：張小樓礦井；雙立井；采區(qū)布置；綜放；中央并列式；微震分析；波形； 巖石疲勞 Abstract This graduation project is divided into three parts： The general part in Pangzhuang Coal Mine Well of Zhang well-type 2.4Mt/a Nii design.ZhangXiaolou mine is located in Jiangsu in Xuzhou City, Ida went to the length of about 4.8km, tendency about 3.53km long, with an area of about 16.94km2.The main coal seam No. 7 and No. 9 coal seam, the upper average coal seam dip 25 °, the lower the average coal seam dip angle is 4 °. No. 7 seam average thickness of 10m， No. 9 seam average thickness of 3m. Mine the normal inflow of 140m3 / h , the maximum inflow of 160m3 / h ; mine the relative gas emission in 6m3 / t , is a low - gas coal mine . Zhang small building Ida Industrial reserves for 303.42Mt , recoverable the reserves 220.73Mt , mine design production capacity of 2.4Mt / a , mine service life of 65.7a . According to Ida geological conditions , the design uses a dual vertical shaft and the dark inclined to extend the two-level open up the way , the first level of elevation - 600m , down the mountain mining under the mining - 900m , the second level of elevation of - 1130m - 1100m elevation above using the mountain mining, the following bands mining this elevation . Ida total is divided into six mining area , the two bands , track roadway and roadway of the belt conveyor are rock roadway layout in the No. 9 coal seam floor strata . Take into account the mine for the low gas mine , mine ventilation mode with a central parallel ventilation . Using the mining area to prepare for the North mining area , divided into a total of five face , and coal , ventilation, material transport , to discharge refuse , power supply system design. In 7101 working face mining technology design.The work face coal seam average thickness of 10.0m, the average angle 25 °, immediate roof for arenaceous shale, sandstone roof.Working face with fully mechanized top coal caving mining.Double drum shearer cutting coal, and a cutting knife two.The “three eight system“ working system, cutting depth of 0.8m, every four cycle, cyclic footage of 3.2m, 96m month advance. Lane using belt conveyor coal, auxiliary transport using battery locomotive traction fixed- box type mine car.Main shaft using two pairs of 12t long skip coal, auxiliary shaft adopts a 1.5T car four car transport material widened double cage and lifting personnel. Special section entitled “Zhang Xiaolou“ by Zhang Xiaolou microseism analysis, 95206 working face for the project as the example, has carried on the detailed micro-seismic monitoring and data collecting and processing, gives Zhang microseismic activity law of mine production practice, and the prevention and control of mine rockburst has significant guiding significance. Translation part titled “WAVEFORM EFFECT ON PRE-AND POST-FATIGUE PROPERTIES OF SANDSTONE“, mainly describes the different waveform on fatigue characteristics of sandstone. Key words: Zhang mine; mining section layout; double shaft; fully mechanized caving; central parallel; seismic analysis; waveform; rock fatigue 目 錄 一般部分 1 礦區(qū)概述及井田地質(zhì)特征 1 1.1 礦區(qū)概述 1 1.1.1 礦區(qū)地理位置 .1 1.1.2 礦區(qū)經(jīng)濟(jì)狀況及礦區(qū)電力供應(yīng) .1 1.1.3 礦區(qū)氣候條件 .2 1.1.4 礦區(qū)地形地貌和水文情況 .2 1.1.5 地震 .2 1.2 井田地質(zhì)特征 2 1.2.1 井田的地形，井田的勘探程度 .2 1.2.2 井田地質(zhì)構(gòu)造、最主要的地質(zhì)變動(dòng) .5 1.2.3 井田的水文地質(zhì)特征 .6 1.3 煤層特征 6 1.3.1 煤層賦存情況 .6 1.3.2 煤層的圍巖性質(zhì) .7 1.3.3 煤的特征 .7 2 井田境界和儲(chǔ)量 11 2.1 井田境界 11 2.1.1 井田范圍 .11 2.1.2 開采界限 .11 2.1.3 井田尺寸 .11 2.2 井田工業(yè)儲(chǔ)量 11 2.2.1 井田地質(zhì)勘探 .11 2.2.2 礦井地質(zhì)儲(chǔ)量 .11 2.2.4 礦井設(shè)計(jì)儲(chǔ)量 .13 2.2.5 礦井設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量 .13 2.2.6 工業(yè)廣場煤柱 .14 3 礦井生產(chǎn)能力、服務(wù)年限及工作制度 16 3.1 礦井工作制度 16 3.2 礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力及服務(wù)年限 16 3.2.1 確定依據(jù) .16 3.2.2 礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力和礦井服務(wù)年限 .16 3.2.3 井型校核 .17 4 井田開拓 18 4.1 井田開拓的基本問題 18 4.1.1 確定井筒形式、數(shù)目、位置及坐標(biāo) 18 4.1.2 工業(yè)場地的位置 .19 4.1.3 開采水平的確定及采區(qū)劃分 .19 4.1.4 主要開拓巷道 .20 4.1.5 方案比較 .20 4.2 礦井基本巷道 30 4.2.1 井筒 .30 4.2.2 井底車場及硐室 .35 4.2.3 主要開拓巷道 .37 4.2.4 巷道支護(hù) .38 5 準(zhǔn)備方式——采區(qū)巷道布置 42 5.1 煤層地質(zhì)特征 42 5.1.1 采區(qū)位置 .42 5.1.2 采區(qū)煤層特征 .42 5.1.3 煤層頂?shù)装鍘r石構(gòu)造情況 .42 5.1.4 水文地質(zhì) .42 5.1.5 地質(zhì)構(gòu)造 .42 5.1.6 地表情況 .43 5.2 采（帶）區(qū)巷道布置及生產(chǎn)系統(tǒng) 43 5.2.1 采（帶）區(qū)準(zhǔn)備方式的確定 43 5.2.2 采區(qū)位置及范圍 .43 5.2.3 采煤方法及工作面長度的確定 .43 5.2.4 確定采區(qū)各種巷道的尺寸、支護(hù)方式及通風(fēng)方式 43 5.2.5 煤柱尺寸的確定 .43 5.2.6 采區(qū)巷道的聯(lián)絡(luò)方式 .44 5.2.7 采區(qū)接替順序 .44 5.2.8 采區(qū)生產(chǎn)系統(tǒng) .44 5.2.9 采、帶區(qū)內(nèi)巷道掘進(jìn)方法 .45 5.2.10 采區(qū)生產(chǎn)能力及采出率 .45 5.3 采區(qū)車場選型設(shè)計(jì) 47 5.3.1 確定采區(qū)車場形式 .47 5.3.2 采區(qū)主要硐室布置 .48 6 采煤方法 50 6.1 采煤工藝方式 50 6.1.1 采區(qū)煤層特征及地質(zhì)條件 .50 6.1.2 確定采煤工藝方式 .50 6.1.3 回采工作面參數(shù) .51 6.1.4 回采工藝及工作面設(shè)備選型 .51 6.1.5 采煤工作面支護(hù)方式 .56 6.1.6 端頭支護(hù)及超前支護(hù)方式 .57 6.1.7 各工藝過程注意事項(xiàng) .58 6.1.8 回采工作面正規(guī)循環(huán)作業(yè) .59 6.2 回采巷道布置 62 6.2.1 回采巷道布置方式 .62 6.2.2 回采巷道參數(shù) .62 7 井下運(yùn)輸 65 7.1 概述 65 7.1.1 井下運(yùn)輸設(shè)計(jì)的原始條件與數(shù)據(jù) .65 7.1.2 運(yùn)輸距離和貨載量 .65 7.1.3 井下運(yùn)輸系統(tǒng) .65 7.2 采區(qū)運(yùn)輸設(shè)備選型 67 7.2.1 設(shè)備選型原則 .67 7.2.2 采區(qū)運(yùn)輸設(shè)備的選型及能力驗(yàn)算 .67 7.3 大巷運(yùn)輸設(shè)備選型 69 7.3.1 運(yùn)煤設(shè)備 .69 7.3.2 輔助運(yùn)輸大巷設(shè)備選擇 .70 8 礦井提升 72 8.1 礦井提升概述 72 8.2 主副井提升 72 8.2.1 主井提升 .72 8.2.2 副井提升 .74 9 礦井通風(fēng)及安全 77 9.1 礦井通風(fēng)系統(tǒng)選擇 77 9.1.1 礦井概述 .77 9.1.2 礦井通風(fēng)系統(tǒng)的基本要求 .77 9.1.3 礦井通風(fēng)方式的確定 .77 9.1.4 主要通風(fēng)機(jī)工作方式選擇 .78 9.1.5 采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)的要求 .79 9.1.6 工作面通風(fēng)方式的選擇 .79 9.1.7 回采工作面進(jìn)回風(fēng)巷道的布置 .80 9.2 采區(qū)及全礦所需風(fēng)量 81 9.2.1 采煤工作面實(shí)際需要風(fēng)量 .81 9.2.2 備用面需風(fēng)量的計(jì)算 .82 9.2.3 掘進(jìn)工作面需風(fēng)量 .82 9.2.4 硐室需風(fēng)量 .83 9.2.5 其它巷道所需風(fēng)量 .84 9.2.6 礦井總風(fēng)量 .84 9.2.7 風(fēng)量分配 .84 9.3 礦井通風(fēng)總阻力計(jì)算 85 9.3.1 礦井通風(fēng)總阻力計(jì)算原則 .85 9.3.2 確定礦井通風(fēng)容易和困難時(shí)期 .85 9.3.3 礦井最大阻力路線 .86 9.3.4 礦井通風(fēng)阻力計(jì)算 .88 9.3.5 礦井通風(fēng)總阻力 .90 9.4 選擇礦井通風(fēng)設(shè)備 91 9.4.1 選擇主要通風(fēng)機(jī) .91 9.4.2 電動(dòng)機(jī)選型 .94 9.4.3 主要通風(fēng)機(jī)附屬裝置 .95 9.5 防止特殊災(zāi)害的安全措施 95 9.5.1 瓦斯管理措施 .95 9.5.2 預(yù)防煤塵災(zāi)害的措施 .96 9.5.3 預(yù)防井下火災(zāi)的措施 .97 9.5.4 預(yù)防井下水災(zāi)的措施 .97 10 礦井基本技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 98 參考文獻(xiàn) 100 專題部分 張小樓微震規(guī)律分析研究 101 1 引言 .101 1.1 微震簡介 101 1.1.1 微震概念及危害 .101 1.1.2 影響礦井微震的主要因素及礦井微震的顯現(xiàn)特征 102 1.1.3 微震與沖擊地壓的關(guān)系 .102 1.1.4 國內(nèi)外微震及沖擊礦壓概況 .103 1.2 微震檢測系統(tǒng) 103 1.2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) .104 1.2.2 微震監(jiān)測系統(tǒng)的基本原理 104 1.2.3 微震 SOS 系統(tǒng)震源定位方法 104 1.2.4 微震監(jiān)測信號(hào)時(shí)頻分析 105 2 張小樓概況 106 2.1 礦井概況 106 2.2 沖擊礦壓顯現(xiàn) .107 2.3“破裂 -沖擊地壓 ”關(guān)系評(píng)價(jià)原理 .108 3 微震規(guī)律綜述 .109 3.1 95206 工作面附近及下山區(qū)域微震頻次統(tǒng)計(jì)分析 109 3.2 95206 工作面附近及下山區(qū)域微震時(shí)序分析 111 3.3 礦震空間演化規(guī)律 .118 4 工作面及下山附近危險(xiǎn)性分析 120 4.1 褶曲影響 120 4.2 斷層影響 .121 4.2.1 斷層圍巖聚能誘沖分析 121 4.2.2 過斷層群前期微震活動(dòng)分析 122 4.2.3 解危后微震活動(dòng)變化規(guī)律 123 5 結(jié)論 124 參考文獻(xiàn) 125 翻譯部分 波形對砂巖疲勞特性的前后影響 126 1 引言 126 2 巖石樣品和測試裝備 .126 3 巖石性質(zhì)的評(píng)價(jià) .128 4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論 .130 4.1 巖石疲勞強(qiáng)度 .130 4.2 巖石的變性特征 .131 4.3 巖石能量反應(yīng) 132 5 總結(jié) .133 致 謝 134 1 1 礦區(qū)概述及井田地質(zhì)特征 1.1 礦區(qū)概述 1.1.1 礦區(qū)地理位置 龐莊煤礦張小樓井位于徐州市西北銅山縣柳新鎮(zhèn)和劉集鎮(zhèn)境內(nèi)，距徐州市區(qū) 13km。 東鄰江蘇天能集團(tuán)柳新煤礦，西鄰徐州礦務(wù)集團(tuán)夾河煤礦，南鄰龐莊井。 （交通位置見 圖 1-1） 。礦區(qū)鐵路專用線在夾河站與隴海線和夾符線相連，礦井東鄰京福高速公路，東距 京杭大運(yùn)河 8km，徐沛公路從井田內(nèi)穿過，交通十分便利。 圖 1-1 龐莊煤礦張小樓井交通位置示意圖 1.1.2 礦區(qū)經(jīng)濟(jì)狀況及礦區(qū)電力供應(yīng) 礦區(qū)工業(yè)發(fā)展迅速，已形成鑄造、釀酒、繅絲、紡織、塑編、木材加工、機(jī)械制造 等八大工業(yè)體系，工業(yè)產(chǎn)品 100余種。礦區(qū)農(nóng)副產(chǎn)品資源豐富，有優(yōu)質(zhì)小麥、 “無公害水 稻” 、 “高蛋白玉米”等糧食作物 7.4萬畝，蕓豆 5000畝，黃皮洋蔥 1000畝、脫毒土豆 1000畝、東北毛茄 1000畝、越冬甘蘭 1000畝、大沙河無籽西瓜 14000畝、優(yōu)質(zhì)紅富干 蘋果 4000畝、桑園 5000畝。 礦井 110kV主電源引自沛縣 220kV變電站，備用電源引自龐莊 110kV變電站，由 2 110kV線路送至距礦井 110kV變電站。 1.1.3 礦區(qū)氣候條件 本區(qū)屬南溫帶黃淮區(qū)，氣象具有長江流域與黃河流域的過渡性質(zhì)，接近北方氣候的 特點(diǎn)，入冬和回春均較旱，冬季寒冷干燥，夏季炎熱多雨。春季常有干旱及寒潮、霜凍 等自然災(zāi)害，但四季分明，氣候溫和。降水表現(xiàn)為集中度高，年變化大，形成春季易旱， 盛夏易澇的氣候特點(diǎn)。土地最大凍結(jié)深度 29mm，每年凍結(jié)期在十一月上旬至翌年三月下 旬解凍，全年風(fēng)向頻率多為東南偏東風(fēng)，四季風(fēng)向變化較大，春夏多東南風(fēng)，秋冬多偏 北風(fēng)，年平均風(fēng)速 3.2m/s，最大風(fēng)速 20m/s。 據(jù)沛縣氣象站歷史資料： 氣溫：年平均氣溫 13.8°C，日最高氣溫 40.70°C（1966 年 7月 18日） ，日最低氣 溫-21.3°C（1967 年 1月 4日） 。 降水量：年平均降水量 811.7mm，最大年降水量 1178.9mm（1977 年） ，最小降水量 550mm（1968 年） ，最大日降水量 340.7mm（1971 年 8月 9日） ，降水多集中于 7、8 月份， 占全年降水量的 60%。 蒸發(fā)量：年平均最大蒸發(fā)量 1873.5mm（1968 年） ，最小蒸發(fā)量 1273.9mm（1985） 。 本區(qū)屬于季風(fēng)型大陸性氣候。 1.1.4 礦區(qū)地形地貌和水文情況 本井田地表屬黃泛沖積平原，地面平坦，地面標(biāo)高+36～+38m，地勢西高東低。塌陷 區(qū)積水:積水區(qū)常年水位+34.3m；雨季最高水位+36.25m（1982 年 7月 22日） 。拾屯河:從 礦區(qū)南部露頭自西向東入丁萬河，全長 13Km。為季節(jié)性河流。拾新河:1977 年 12月銅山 縣在礦區(qū)中部自西北向東南人工開挖而成，常年積水，水深 5～6m，河床不連續(xù)且與塌陷 區(qū)積水連成一片。 除上述地表水體外，尚有零星的魚塘和縱橫交錯(cuò)的排水溝渠分布。因此，礦區(qū)地表 水系較為發(fā)育。 1.1.5 地震 徐州地區(qū)地震烈度為 7度，根據(jù) 1956年科學(xué)出版社資料，徐州地區(qū)地震記錄始于公 元 522年，訖于 1937年，即 1415年間發(fā)生地震 21次。其中破壞性地震占了 3～7 次。 影響較大的有 1502年 10月 17日地震，壞城垣民舍；1668 年 7月 25日山東莒縣郯城 8.5級(jí)地震，1937 年 8月 1日山東渮澤 7級(jí)地震。 本區(qū)屬華北地震區(qū)，距郯廬斷裂約 100km，該斷裂帶為一長期活動(dòng)的強(qiáng)地震帶。 1.2 井田地質(zhì)特征 1.2.1 井田的地形，井田的勘探程度 徐州煤田位于中朝準(zhǔn)地臺(tái)山東隆起區(qū)的南端，徐州復(fù)背斜的西端。若按地質(zhì)力學(xué)劃 分：是秦嶺東西向構(gòu)造帶的北支和新華夏第二隆起帶的交匯部位，其東側(cè)緊鄰郯廬大斷 裂。故本區(qū)是幾個(gè)大構(gòu)造帶的交匯地，構(gòu)造復(fù)雜。區(qū)內(nèi)蓋層發(fā)育，屬北方型。中生代印 支--燕山運(yùn)動(dòng)對本區(qū)影響甚大，使本區(qū)地層發(fā)生褶皺、斷裂并伴有巖漿活動(dòng)。 井田內(nèi)無基巖出露，現(xiàn)據(jù)區(qū)外露頭所見及鉆孔揭露資料，將井田地層自下而上簡述 如下： （1） 、寒武系(€) 井田鉆孔未見，僅在礦區(qū)外圍群山有出露。主要分布于徐州復(fù)背斜的軸部，與下伏 3 地層震旦系(Z)呈假整合接觸。下部以砂頁巖為主，夾薄層狀灰?guī)r；中、上部則由中～厚 層狀灰?guī)r組成。 （2） 、奧陶系(O) 僅見于少數(shù)鉆孔，是徐州復(fù)背斜構(gòu)造的兩翼主要地層組成部分。也是煤系地層的沉 積基底。區(qū)內(nèi)只發(fā)育有下統(tǒng)和中統(tǒng)，上統(tǒng)缺失。其中： 奧陶系下統(tǒng)(O1)：與下伏地層寒武系呈整合接觸關(guān)系。 下部由中厚層竹葉狀白云巖、泥質(zhì)白云巖、頁片狀泥質(zhì)灰?guī)r、鈣質(zhì)白云巖及厚層狀 灰?guī)r組成。 上部的馬家溝組則由中厚層～巨厚層的豹皮狀灰?guī)r組成，頂部夾有紫灰色薄層鈣質(zhì) 白云巖，厚 450～530m，平均 484m。 奧陶系中統(tǒng)閣莊組(O2g)：厚 65.2～70.9m 平均 68m。由青灰色～黃灰～灰色薄～中 厚層鈣質(zhì)白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖組成。 （3） 、石炭系(C) 系地層僅發(fā)育有中統(tǒng)和上統(tǒng)，下統(tǒng)缺失。 1、石炭系中統(tǒng)本溪組(C2b) 本組地層厚 17.8～42.7m，平均 27m，假整合于奧陶系之上。是在奧陶系中統(tǒng)之后地 殼整體長期上升、剝蝕夷平的基礎(chǔ)上廣泛海侵的淺海相沉積。其巖性自下而上為： 下部：為紫色、灰綠色頁巖(相當(dāng)于華北山西式鐵礦層位)，含鐵不均勻，厚度較小， 一般在 6m左右，系本組與下伏奧陶系之分界標(biāo)志層。 中部：為淺灰色鋁土質(zhì)頁巖，厚度多小于 5m。 上部：淺灰色厚層狀石灰?guī)r，含黃鐵礦，夾透鏡狀頁巖，厚約 16m。 2、石炭系上統(tǒng)太原組(C3t) 本組地層厚 124.0～208.2m，平均 156.0m。為本區(qū)主要含煤地層之一。整合于本溪 組之上，為海陸交互相沉積，主要有灰白～灰黑的灰?guī)r、頁巖、砂質(zhì)頁巖組成，夾極不 穩(wěn)定～穩(wěn)定薄煤 7～10 層，可采者兩層。各層石灰?guī)r中常含有豐富的蜓科、腕足類及海 百合化石。 （4） 、二迭系(P) 區(qū)內(nèi)二迭系地層沉積有下統(tǒng)-山西組、下石盒子組、上統(tǒng)上石盒子組?，F(xiàn)分述如下： 1、二迭系下統(tǒng)山西組（P11 s） 本組地層厚 96.5～145.4m，平均 113.0m。為本區(qū)主要含煤地層之一。整合于太原組 地層之上，為近海河湖沼澤相沉積。主要由灰色頁巖、砂質(zhì)頁巖、灰色粉砂巖及石英砂 巖組成。中、下部以石英砂巖為主，其次為深灰～灰白色頁巖、砂質(zhì)頁巖組成。夾穩(wěn) 定～極不穩(wěn)定的薄～中厚煤層 4～6 層，其中 7煤為穩(wěn)定可采煤層，8、9 煤為局部可采煤 層。各煤層上、下的頁巖中常含有保存較為完整的植物化石，常見有櫛羊齒、楔葉木、 輪木、丁氏蕨等。 2、二迭系下統(tǒng)下石盒子組(P12 x) 本組厚：170.7～299.0m，平均 217.0m，為本區(qū)主要含煤地層之一，整合于山西組地 層之上，為內(nèi)陸湖泊沼澤相沉積。主要由灰綠～深灰色砂質(zhì)頁巖組成，上部以灰色為主， 下部以深灰色為主。自上而下夾數(shù)層雜色頁巖。含煤 6～9 層，其中 1、2 煤可采。 本組下部的煤層附近地層中常保存有較為完整的植物化石：辨輪木、輪木、蘆木、 4 大羽羊齒、柯特木和丁氏蕨等。 3、二迭系上統(tǒng)上石盒子組（P21 s） 厚 3.9～269.2m，平均 250m，整合于下石盒子組之上。為炎熱氣候下內(nèi)陸河湖相沉 積。以雜色、灰綠色，灰色砂頁巖、頁巖為主夾灰綠色、淺灰色細(xì)～中粒砂巖，中下部 時(shí)夾有煤線及炭頁巖，底部為灰～灰白色石英長石粗粒含礫砂巖，間夾灰色，雜色頁巖。 為本組與下統(tǒng)下石盒子組分界標(biāo)志層，產(chǎn)煙葉大羽羊齒、劍形瓣輪木等化石。 （5） 、第四系(Q) 區(qū)內(nèi)厚度 52.7～124.0m，平均 76.0m，不整合于各地層之上，主要由礫石、砂礓、 粘土、亞粘土、粉砂土和腐植土組成。井田范圍內(nèi)由東南向西北逐漸增厚。 地質(zhì)綜合柱狀圖 如 1-2所示： 5 O老虎山下統(tǒng)奧陶系 本 溪中 統(tǒng) 石 灰 巖鋁 質(zhì) 泥 巖24.150 下石盒子組P12系疊二生界 古 巖 性 簡 述巖 石 名 稱標(biāo) 志層 及煤 層編 號(hào)柱 狀1： 50層 厚（ ）組統(tǒng)系界 地 層 單 位 18.9 淺 灰 色 、 層 狀 、 性 脆 、 微 晶 結(jié) 構(gòu) 、 純質(zhì) ， 高 角 度 裂 隙 發(fā) 育 。淺 灰 色 到 暗 紅 色 、 中 厚 層 狀 、 含 有 鐵 質(zhì) 結(jié) 核上 統(tǒng) 太 原組 泥 巖 、 粉 砂 巖 、 砂 巖 灰 到 、 深 灰 色 、 炭 屑 或 植 物 化 石 碎 片石炭系 下統(tǒng)P1山西組 10.570.4 砂 巖 、 粉 砂 巖 、 泥 巖泥 巖 和 粉 砂 巖7號(hào) 煤 灰 黑 ～ 黑 色 、 條 帶 狀下統(tǒng) 泥 巖 、 砂 質(zhì)泥 巖泥 巖 、 砂 質(zhì) 泥 巖 淺 灰 色 到 深 灰 色 、 灰 白灰 到 、 深 灰 色 、 灰 綠 色 上統(tǒng)P2上石盒子組P21 泥 巖 、 少 量 細(xì)粒 砂 巖 及 中 粒砂 巖泥 巖 、 中 粒 砂 巖泥 巖 、 砂 質(zhì) 泥 巖 、細(xì) ～ 中 粒 砂 巖 顏 色 變 雜 ， 紫 紅 色 、 灰 綠 色 增 多顏 色 變 雜 ， 紫 紅 、 灰 綠 增 多顏 色 變 雜 ， 灰 色 、 灰 綠 色 增 多16.36.41 含 礫 粗 粒 砂 巖 砂 淺 紫 紅 色灰 綠 色 、 肉 紅 色 、 淺 紫 色 ， 砂 層 結(jié) 構(gòu) 松 散第四系Q76 細(xì) 砂 、 粘 土 、 粉 砂 、砂 質(zhì) 粘 土石千峰組P?2737086 28.31 9號(hào) 煤153 泥 巖 、 砂 質(zhì) 泥 巖 、中 ～ 粗 粒 砂 巖 粒砂 巖 棕 黃 、 棕 灰 色 、 灰 褐 色 圖 1-2 綜合柱狀圖 1.2.2 井田地質(zhì)構(gòu)造、最主要的地質(zhì)變動(dòng) 張小樓井田位于徐州煤田九里山向斜中段張小樓背斜北翼。該背斜僅在 13-1～15 線 的露頭部位有所顯露，其核部為奧陶系中統(tǒng)地層。F1 號(hào)逆斷層基本沿背斜軸部切割，因 6 此形成一個(gè)不完整背斜，南翼僅殘存很少山西組、太原組煤系地層。北翼保存相對較完 整，但也被幾條大中型斷層縱橫切割，略顯破碎。 該井田整體呈一走向北東、傾向北西上陡下緩的鏟式單斜構(gòu)造，淺部地層傾角一般 在 24°～40°、深部地層傾角 5°～15°。13-1～16-1 勘探線間淺部露頭部位的煤層分 別被落差 20.0m以上的 F18、F15、F14、F0、K3、K1、K6 等斷層切割，破壞了淺部單斜 構(gòu)造形態(tài)。深部則表現(xiàn)為兩個(gè)寬緩的向斜和兩個(gè)寬緩的背斜。從斷層走向看，大致可分 兩組：一組為北東向斷層，其走向大致與張小樓破背斜軸向一致，基本可視為走向斷層， 這組斷層有 F0、F1、F2 、F14、F15、F16、F1-1、F1-2、龐 5、RF1、K3、K6；另一組為 北西向斷層，大體與淺部背斜軸向相正交或斜交，基本上可視為傾向斷層。井田被一條 大斷層切割，落差 0～50m，傾角 70°～75。 鉆探及采掘活動(dòng)中至今尚未發(fā)現(xiàn)有陷落柱，另據(jù)三維高分辨地震勘探資料顯示：深 部地震勘探區(qū)未發(fā)現(xiàn)直徑大于 10m的陷落柱。 截止目前，區(qū)內(nèi)尚未發(fā)現(xiàn)有火成巖侵蝕。 1.2.3 井田的水文地質(zhì)特征 張小樓地區(qū)基巖含水層，包括第四系砂巖或砂礫層空隙含水層、二迭系砂巖裂隙含 水層和山西組下部砂巖裂隙承壓含水層。雖然各含水層是來自大氣降水入滲，但各含水 層含水量不大，均為富水性中等含水層組，只有山西組下部砂巖裂隙承壓含水層為開采 7煤直接充水含水層。隔水層為第四段粘土隔水層組和石炭系本溪組砂礫巖隔水層組，其 中第四段粘土隔水層組厚度 57～129m，平均 72m，該層作為隔水層組，對控制上部Ⅰ含、 Ⅲ含水垂直向下入滲補(bǔ)給Ⅴ含起到了抑制作用，其良好的隔水性能對阻礙基巖含水層接 受第四系上部水及大氣降水的補(bǔ)給起到了關(guān)鍵的作用。 礦井的歷年涌水量的變化范圍為 20～160m 3/h，水文地質(zhì)屬于簡單型，全井田最大涌 水量為 160m3/h，正常涌水量為 140m3/h。 1.3 煤層特征 1.3.1 煤層賦存情況 本礦井賦存煤層自上而下為：7、9 兩層可采煤層。 走向：東西走向。傾向：北偏西。傾角及其變化：2～30°。煤層的露頭深度：- 250m。 各煤層特征(見 表 1-1)，分述如下。 表 1-1 龐莊煤礦張小樓井賦存煤層情況一覽表 煤 層 號(hào) 穿 過點(diǎn) 數(shù) 可 采點(diǎn) 數(shù) 不 可 采點(diǎn) 數(shù) 缺 失點(diǎn) 數(shù) 兩 極 厚 度平 均 值 (m) 可 采指 數(shù) 變 異系 數(shù) 煤 層 穩(wěn)定 程 度 7 17 16 0 1 8.5～ 11.310.00 1.00 7% 穩(wěn) 定 9 14 14 0 0 2.50～ 3.63.00 1.00 3% 穩(wěn) 定 1) 7煤層 7煤層為本礦區(qū)主采煤層之一。厚度 8.5～11.3m，平均厚度 10m，局部有 0.2m左右 的夾矸 1層，夾矸巖性主要為頁巖，偶爾也可見砂頁巖；煤層傾角 0～25°；7 煤上距分 界砂巖 43.96～60.46m，平均間距 52.27m左右；7 煤下距 9煤間距 12.17～17.85m，平均 7 間距 15.00m；煤層可采性指數(shù) Km＝1.00，變異系數(shù) γ＝7％。直接頂為灰白色砂質(zhì)頁巖 或中～細(xì)粒砂巖，厚度 0.20～29.77m，平均厚 5.81m老頂多為砂質(zhì)頁巖或中～細(xì)粒砂巖； 直接底為深灰色砂質(zhì)頁巖，偶見中～細(xì)粒砂巖或粉砂巖，厚度 0.55～25.23m，平均厚度 7.58m。綜合評(píng)價(jià) 7煤為穩(wěn)定的厚煤層。 2) 9煤層 9煤層為本礦區(qū)主采煤層之一。9 煤上距 7煤間距 12.17～17.85m，平均間距 15.00m；9 煤下距太原組一灰間距 24.1～28.9m，平均間距 25.3m左右；煤層厚度 2.50～3.6m，平均厚度 3m；煤層傾角 0～25°；煤層可采性指數(shù) Km＝1，變異系數(shù) γ＝3％。直接頂板多為灰白色細(xì)粒砂巖或砂頁巖互層，厚度 6.43～33.78m，局部有 0.3～0.6m 厚的頁巖偽頂；直接底板多為頁巖或砂頁巖，偶見粉砂巖，厚度 0.59～6.08m，1.49m。綜合評(píng)價(jià) 9煤為穩(wěn)定的中厚煤層。 1.3.2 煤層的圍巖性質(zhì) 7煤頂板多為砂(頁)巖、砂巖，底板多為灰色砂巖。煤層頂?shù)装寰唧w情況見表 1-2。 表 1-2 7 號(hào)煤層頂?shù)装鍘r性 頂?shù)装?名稱 巖石 名稱 厚度 （m） 巖 性 特 征 老 頂 砂 巖 6.5～7.5 灰白色中細(xì)粒砂巖，無節(jié)理，層理發(fā)育。 直接頂 砂(頁)巖 3.3 灰黑色砂頁巖，局部為灰白色中細(xì)粒砂巖。 偽 頂 頁 巖 0～0.8 灰黑色泥質(zhì)頁巖。 直接底 砂頁巖 5 灰黑砂頁巖，內(nèi)有結(jié)核結(jié)構(gòu)。 老 底 砂 巖 6～15 灰色細(xì)～中粒砂巖，層理發(fā)育，垂直裂隙發(fā)育，局部賦水。 9煤頂板多為砂巖、砂(頁)巖，底板多為灰色砂巖。煤層頂?shù)装寰唧w情況見表 1-3。 表 1-3 9 號(hào)煤層頂?shù)装鍘r性 頂?shù)装?名稱 巖石 名稱 厚度 （m） 巖 性 特 征 老 頂 砂 巖 6.28 灰白色中細(xì)粒砂巖，無節(jié)理，層理發(fā)育。 直接頂 砂(頁)巖 5.2 灰黑色砂頁巖，局部為灰白色中細(xì)粒砂巖。 偽 頂 頁 巖 0～0.8 灰黑色泥質(zhì)頁巖。 直接底 砂頁巖 6.68 灰黑砂頁巖，內(nèi)有結(jié)核結(jié)構(gòu)。 老 底 砂 巖 23.81 灰色細(xì)～中粒砂巖，層理發(fā)育，垂直裂隙發(fā)育，局部賦水。 1.3.3 煤的特征 物理性質(zhì): 7煤：黑～黑褐色，呈油脂～半暗淡光澤，鱗片狀及厚薄不等的條帶狀結(jié)構(gòu)，條痕呈 褐色，硬度 f=0.97，不規(guī)則斷口，內(nèi)生裂隙發(fā)育，性脆易碎，為光亮～半暗型煤。 9煤：與 7煤物理性質(zhì)相似，f=1.64。鏡下鑒定結(jié)果：帶狀結(jié)構(gòu)明顯，局部能看到有 絲炭物質(zhì)所組成的線理結(jié)構(gòu)。有機(jī)組份主要有絲炭物質(zhì)組成，有少量凝膠化物質(zhì)及角質(zhì) 分子。煤層容重具體情況見表 1-4。 表 1-4 可采煤層原煤實(shí)測及礦采用容重統(tǒng)計(jì)表 煤層 7 9 測定值 1.31～1.55 1.24～1.49 礦采用值 1.36 1.37 化學(xué)性質(zhì): 煤層化學(xué)性質(zhì)具體情況見表 1-5。 8 表 1-5 可采煤層煤芯煤樣工業(yè)分析成果表 水份 Mad(%) 灰份 Ad（%） 揮發(fā)份 Vdaf(%) 硫份 St,d(%) 原煤 )6(7.140.3~50 )6(94.173.~ )65(8.3712.49~2 )42(65.003.1~3 7 精煤 )53(09.2.~)6(94.178.0~ )53(1.3801.49~2 )12(5.0.~39 原煤 )74(8.1.~)74(26.13.~8 )6(7.140.~0 )53.0(76.~ 9 精煤 )7(02.5.3)70(5.89. )74(12.39.0)15(6.04. 1)、煤的揮發(fā)份（Vdaf） 區(qū)內(nèi)各主要可采煤層原煤揮發(fā)份平均在 36.04～49.01%之間，均為高揮發(fā)份煤，揮發(fā) 份最小為 9煤，最大為 7煤，揮發(fā)份值最高平均在 49.01%左右(見 表 1-5)。 從表中可看出太原組煤層揮發(fā)份高于山西組煤層揮發(fā)份。 注：在 2～9 勘探線間，由于受到火成巖侵入，Z 9、Z 64、Z 12、Z 20、Z 18孔揮發(fā)份值僅 為 2.94～12.44%，平均 9.64%，已變質(zhì)為天然焦。 2） 、元素分析 區(qū)內(nèi)各主要可采煤層碳、氫含量基本穩(wěn)定，干燥無灰基碳含量（Cdaf）平均在 83.62～84.60%之間，最小為 7煤，最大為 9煤；干燥無灰基氫含量（Hdaf）平均在 5.27～5.50%之間，最小為 9煤，最大為 7煤；干燥無灰基氮含量（Ndaf）平均 1.42%； 干燥無灰基氧含量（Odaf）平均在 8.94～9。53%之間。元素分析見表 1-6。 表 1-6 可采煤層元素分析統(tǒng)計(jì)表 煤層 煤種 Cdaf(%) Hdaf(%) Ndaf(%) Odaf(%) 7 氣煤 )21(6.838.4~9 )21(50.7.~)21(4.50.~680 )21(53.99.~48 9 氣煤 )27(60.8495.~)27(.534.6~9 )27(4.16.~5 )27(94.8.~6 煤的成份: 1） 、水份（Mad） 區(qū)內(nèi)各可采煤層原煤水份在 1.13～1.87％之間變化，最小為 7煤，最大為 9煤。 2） 、灰份（Ad） 區(qū)內(nèi)各可采煤層原煤灰份產(chǎn)率 13.26～17.94％，在有效灰份采樣層次中（見 表 1-5） ， 各煤層灰份產(chǎn)率≤10％的占 20％，＞10～15％的占 32％，＞15～25％的占 38％，＞25～40％的占 10％，可見區(qū)內(nèi)煤層以低～中灰煤為主。據(jù)各煤層煤芯煤樣統(tǒng)計(jì) 結(jié)果：9、21 煤為低灰煤，7、17 煤為中灰煤。各煤層精層煤平均灰份產(chǎn)率為 4.52～8.58%， 項(xiàng) 目 煤 層 9 均屬特低煤。說明原煤中外在灰份較多，精選后大部份可剔除掉，另外，因火成巖侵入 造成局部煤層變質(zhì)為天然焦，以及采樣過程中泥漿或夾矸的混入也是造成部分煤樣灰份 增高的原因。 表 1-7 煤層灰份產(chǎn)率級(jí)別數(shù)量統(tǒng)計(jì)表 原 煤 灰 份 產(chǎn) 率 Ad≤10% Ad＞10-15% Ad＞15-25% Ad＞25-40%煤層 點(diǎn)數(shù) ％ 點(diǎn)數(shù) ％ 點(diǎn)數(shù) ％ 點(diǎn)數(shù) ％ 合計(jì)點(diǎn)數(shù) 7 6 9 19 29 32 48 9 14 66 9 24 32 23 31 23 31 4 6 74 合計(jì) 30 31 42 60 55 79 13 20 140 3） 、硫（St,d） 區(qū)內(nèi)各可采煤層平均含硫量變化較大，7、9 煤原精煤含硫量在量 0.52～0.67％均為 特低硫煤， （見 表 1-5） 。 4） 、灰份及灰融性、灰渣特征 區(qū)內(nèi)各主要可采煤層煤灰成份及灰渣均以 SiO2和 Al2O3為主，屬于酸性。 煤灰的熔融性主要取決于煤灰的化學(xué)成份，區(qū)內(nèi)各煤層灰熔點(diǎn)溫度測試情況（見 1- 8） 。 表 1-8 可采煤層灰熔點(diǎn)溫度測試情況 軟化溫度（ ST）煤層 測試點(diǎn) 數(shù) ≤1000 1100-1250 1250-1500 ＞1500 級(jí)別 7 9 / / 5 4 高 -難熔灰份 9 11 / 5 5 1 低 -高熔灰份 從表中可以看出：7 煤為高～難熔灰份；9 煤為低～高熔灰份。 5） 、瓦斯 礦井瓦斯相對涌出量 6 /t，絕對瓦斯涌出量為 11.32 /min。二氧化碳相對涌出??3 ??3 量為 4.94 /t，絕對涌出量為 6.29 /min。隨著開采深度的加深，瓦斯涌出量有增加??3 ??3 的趨勢。按照《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，日產(chǎn)一噸煤瓦斯涌出量在 10m3以下的礦井為低瓦 斯礦井，本礦為低瓦斯礦井。 6)、煤層自燃性 本區(qū)內(nèi)各煤層的自燃發(fā)火期為 3～6 個(gè)月，結(jié)合煤層自燃傾向性試驗(yàn)，礦井定為Ⅱ級(jí) 自燃發(fā)火礦井，局部構(gòu)造帶地段，煤層發(fā)火期變短，煤層自燃現(xiàn)象。 7） 、煤塵 本區(qū)綜采，機(jī)掘的最大最小煤塵濃度和平均濃度為 337.8mg/m3、136.8mg/m 3、189.4mg/m 3，煤塵爆炸性指數(shù)在 43%左右，均屬于有煤塵爆炸 危險(xiǎn)性煤層。 8） 、煤的用途 區(qū)內(nèi)煤質(zhì)較為穩(wěn)定，據(jù)煤質(zhì)化驗(yàn)成果各主要煤質(zhì)指標(biāo)分級(jí)見表 1-9 表 1-9 主要煤質(zhì)指標(biāo)分級(jí)一覽表 原煤灰份 煤層 精煤揮發(fā)份（Vdaf） Ad 熔融 性 原煤含硫 （Std） 原煤發(fā)熱量 （Qgr.d） 粘結(jié)性 煤類 符號(hào) 數(shù)碼 10 7 38.15 中灰 高-難熔 特低 中高 中等 氣煤 QM 44 9 37.12 低灰 低-高熔 特低 中高 中等 氣煤 QM 44 從表中可以看出：山西組 7、9 煤可作為電力、船舶、鍋爐用煤及其它工業(yè)用煤，另 外 7、9 煤可作為良好的煉焦配煤。 9） 、地溫 地溫梯度在 2.25～2.81°C/100m 之間，平均為 2.52°C/100m，屬于地溫正常區(qū)，但 在-750m 以下區(qū)域，地溫普遍達(dá)到 30°C以上，深部甚至達(dá)到 40°C，今后在這些區(qū)域從 事采掘活動(dòng)時(shí)，要采取相應(yīng)的降溫措施，以保障作業(yè)人員的身體健康。 11 2 井田境界和儲(chǔ)量 2.1 井田境界 2.1.1 井田范圍 南部（淺部）：以 F1斷層與龐莊井田為界；北部（深部）：至京福高速公路保護(hù)煤 柱線；東部：以蘇煤司基（87）第 252號(hào)文規(guī)定的西 1、西 2和西 3三個(gè)座標(biāo)點(diǎn)的連線及 其延長線與柳新井田為界；西部：以蘇煤司基（84）第 579號(hào)文規(guī)定點(diǎn)連線與夾河井田 深部為鄰。 2.1.2 開采界限 井田內(nèi)含煤地層為石炭系上統(tǒng)太原組、二迭系下統(tǒng)山西組和二迭系下統(tǒng)下石盒子組， 總厚 486m，含煤 20層?？刹擅簩?2層，為 7號(hào)和 9號(hào)煤層。其中 7號(hào)和 9號(hào)煤層在二迭 系下統(tǒng)山西組，本組厚 113m，礦井設(shè)計(jì)針對 7號(hào)和 9號(hào)煤層。 開采上限：7 號(hào)煤層以上無可采煤層。下部邊界：9 號(hào)煤層以下無可采煤層。 2.1.3 井田尺寸 整個(gè)井田東西長約 4.80km、南北寬約 3.53km。開采深度為-250m～-1200m。 井田的水平面積按下式計(jì)算： S=H×L （2-1） 式中： S——井田的水平面積，m 2； H——井田的平均水平寬度，m； L——井田的平均走向長度，m。 井田的水平面積為： S=4.8×3.53=16.94 (km2) 2.2 井田工業(yè)儲(chǔ)量 2.2.1 井田地質(zhì)勘探 本礦區(qū)煤層傾角變化較大，淺部煤層傾角較大,深部煤層傾角較小,褶曲與斷層均較發(fā) 育，為中等構(gòu)造地區(qū)，屬于第二類。煤層穩(wěn)定程度：本區(qū)有 1、2、7、9、20、21 為可采 煤層，9 -2煤為局部可采煤層；1 煤結(jié)構(gòu)復(fù)雜，厚度變化大，為大部分可采的不穩(wěn)定煤層， 2、7、9 煤為結(jié)構(gòu)簡單到較復(fù)雜，煤層厚度變化規(guī)律明顯，屬大部分可采較穩(wěn)定中厚煤層， 20、21 煤為薄煤層，結(jié)構(gòu)簡單，但地質(zhì)條件稍有變化即不可采，屬較穩(wěn)定薄煤層。只有 7、9 煤層為主采煤層。 2.2.2 礦井地質(zhì)儲(chǔ)量 本礦井傾角變化較大，所以計(jì)算礦井地質(zhì)儲(chǔ)量時(shí)應(yīng)劃分塊段來計(jì)算。根據(jù)本礦井勘 探情況，決定把本礦井分成 6 個(gè)快段計(jì)算。地質(zhì)塊段法就是根據(jù)一定的地質(zhì)勘探或開采 特征，將礦體劃分為若干塊段，在圈定的塊段法范圍內(nèi)可用算術(shù)平均法求得每個(gè)塊段的 儲(chǔ)量。煤層總儲(chǔ)量即為各塊段儲(chǔ)量之和，每個(gè)塊段內(nèi)至少應(yīng)有一個(gè)以上的鉆孔。塊段劃 12 分如圖 2-1 所示。 圖 2-1 張小樓煤礦塊段劃分示意圖 表 2-1 煤 層 塊 段 傾角 /(°) 塊段面積 /km2 煤厚 /m 容重 /t/m3 儲(chǔ)量 /萬 t 煤層總儲(chǔ) 量/萬 t 總儲(chǔ)量/ 萬 t Ⅰ 23.79 1.98 10.00 1.36 2990.4 Ⅱ 20.78 1.54 10.00 1.36 2288.5 Ⅲ 30.13 1.77 10.00 1.36 2782.8 Ⅳ 28.47 1.35 10.00 1.36 2088.3 Ⅴ 2.61 6.60 10.00 1.36 8985.3 7 Ⅵ 6.36 3.57 10.00 1.36 4885.2 24020.5 Ⅰ 23.79 1.98 3.00 1.37 903.7 Ⅱ 20.78 1.54 3.00 1.37 691.6 Ⅲ 30.13 1.77 3.00 1.37 841.0 Ⅳ 28.47 1.35 3.00 1.37 631.1 Ⅴ 2.61 6.60 3.00 1.37 2715.4 9 Ⅵ 6.36 3.57 3.00 1.37 1476.3 7259.1 31279.7 根據(jù)《煤炭工業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范》 ，求得以下各儲(chǔ)量類型的值： 礦井地質(zhì)資源量可由以下等式計(jì)算： 13 Zi= Si × Mi × ×100/ (2-2)???? cos???? 式中： ——各塊段儲(chǔ)量，萬 t。 ???? Si——各塊段的面積，km 2。 Mi——各塊段內(nèi)煤層的厚度，m。 ——各塊段內(nèi)煤的容重，t/m 3 。 ???? ——各塊段內(nèi)煤層的傾角。 ???? 將各參數(shù)代入（2-2）式中可得表 2-1，所以地質(zhì)儲(chǔ)量為： =312.80（Mt）zZ 2.2.3 礦井工業(yè)儲(chǔ)量 根據(jù)鉆孔布置，在礦井地質(zhì)資源量中，60%探明的，30%控制的，10%推斷的。根據(jù) 煤層厚度和煤質(zhì)，在探明的和控制的資源量中，70%的是經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)儲(chǔ)量，30%的是邊際 經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)儲(chǔ)量，則礦井工業(yè)資源/儲(chǔ)量由式計(jì)算。 礦井工業(yè)儲(chǔ)量可用下式計(jì)算： （2-3）12123gbmZZk??? 式中： ——礦井工業(yè)資源/儲(chǔ)量； ——探明的資源量中經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)儲(chǔ)量；1b ——控制的資源量中經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)儲(chǔ)量；2 ——探明的資源量中邊際經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)儲(chǔ)量；mZ ——控制的資源量中邊際經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)儲(chǔ)量；1 ——推斷的資源量；3 ——可信度系數(shù)，取 0.7～0.9。地質(zhì)構(gòu)造簡單、煤層賦存穩(wěn)定的礦井， 值取 0.9；k k 地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、煤層賦存較穩(wěn)定的礦井， 取 0.7。該式取 0.7。k 131.38（Mt）1*60%7bzZ?? 65.59（Mt）2×3 56.30（Mt）mz 28.15（Mt） 21.90（Mt）3*10zZkk? 因此將各數(shù)代入式 2-3 得： 303.42（Mt）gZ? 2.2.4 礦井設(shè)計(jì)儲(chǔ)量 礦井設(shè)計(jì)資源儲(chǔ)量按式（2-4）計(jì)算： （2-4）1()sgP? 式中 ——礦井設(shè)計(jì)資源儲(chǔ)量sZ ——斷層煤柱、防水煤柱、井田境界煤柱、地面建筑煤柱等永久煤柱損失1P 量之和。按礦井工業(yè)儲(chǔ)量的 3%算。 則： 294.31(Mt）1()30.42.3%=sg???? 2.2.5 礦井設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量 （2-5）2()kZPC 14 式中 ——礦井設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量；kZ ——工業(yè)場地和主要井巷煤柱損失量之和，按礦井設(shè)計(jì)資源 /儲(chǔ)量的 2%算；2P C——采區(qū)采出率，厚煤層不小于 75%；中厚煤層不小于 80%；薄煤層不小于 85%。此處取 0.75。 則： 220.73（Mt ）2()(94.312.%)0.8kZ????? 2.2.6 工業(yè)廣場煤柱 根據(jù)《煤炭工業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范》不同井型與其對應(yīng)的工業(yè)廣場面積見表 2-2。本礦井設(shè)計(jì) 生產(chǎn)能力為 2.4 萬噸/年，所以工業(yè)廣場占地面積為 24 公頃，所以取工業(yè)廣場的尺寸為 600m×400m 的長方形。工業(yè)廣場位置煤層的平均傾角為 25 度，工業(yè)廣場的中心處在井 田走向的中央，傾向中央偏于煤層中上部，其中心處埋藏深度為-600m，該處表土層厚度 為 76m，主井、副井，地表建筑物均布置在工業(yè)廣場內(nèi)。工業(yè)廣場按 Ⅱ級(jí)保護(hù)留維護(hù)帶， 寬度為 15m。本礦井的地質(zhì)掉件及沖積層和基巖層移動(dòng)角見表 2-3，工業(yè)廣場保護(hù)煤柱如 圖 2-2。 表 2-2 井 型（萬 t/a） 占地面積指標(biāo)（公頃/10 萬 t） 240 及以上 1.0 120-180 1.2 45-90 1.5 9-30 1.8 表 2-3 巖層移動(dòng)角 廣場中心深度(m) 煤層傾角 (°) 煤層厚度(m) 沖積層厚度 (m) ф(°) δ(°) γ(°) β(°) -600 25 10(3) 76 40 75 75 68 15 圖 2-2工業(yè)廣場保護(hù)煤柱圖 16 3 礦井生產(chǎn)能力、服務(wù)年限及工作制度 3.1 礦井工作制度 根據(jù)《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計(jì)規(guī)范》相關(guān)規(guī)定，確定礦井設(shè)計(jì)年工作日為 330 天，工作 制度采用“三八制 ”，每天三班作業(yè)，二班生產(chǎn)，一班準(zhǔn)備，每班工作 8 小時(shí)。 礦井每晝夜凈提升時(shí)間為 16 小時(shí)。 3.2 礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力及服務(wù)年限 3.2.1 確定依據(jù) 《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計(jì)規(guī)范》第 2.2.1 條規(guī)定：礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力應(yīng)根據(jù)資源條件、外 部建設(shè)條件，國家對煤炭資源配置及市場需求，開采條件、技術(shù)裝備、煤層及采煤工作 面生產(chǎn)能力，經(jīng)濟(jì)效益等因素，經(jīng)多方案比較確定。 礦區(qū)規(guī)?？梢罁?jù)以下條件確定： 1、資源情況：煤田地質(zhì)條件簡單，儲(chǔ)量豐富，應(yīng)加大礦區(qū)規(guī)模，建設(shè)大型礦井。煤 田地質(zhì)條件復(fù)雜，儲(chǔ)量有限，則不能將礦區(qū)規(guī)模定得太大； 2、開發(fā)條件：包括礦區(qū)所處地理位置（是否靠近老礦區(qū)及大城市） ，交通（鐵路、 公路、水運(yùn)） ，用戶，供電，供水，建筑材料及勞動(dòng)力來源等。條件好者，應(yīng)加大開發(fā)強(qiáng) 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（包括煤中煤質(zhì)、產(chǎn)量等）的預(yù)測是確定礦區(qū)規(guī)模 的一個(gè)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。 3.2.2 礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力和礦井服務(wù)年限 張小樓井田儲(chǔ)量豐富，煤層賦存穩(wěn)定，頂?shù)装鍡l件好，斷層褶曲少，傾角不是很大， 厚度變化不大，開采條件相對簡單，技術(shù)裝備先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)效益好，煤質(zhì)為優(yōu)質(zhì)氣肥煤， 交通運(yùn)輸便利，市場需求量大，宜建大型礦井。參照大型礦井服務(wù)年限的下限（大于 50a）要求， T 取 60 年，儲(chǔ)量備用系數(shù)取 1.4，則礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力 A 為： A=Zk/(T×K)=220.73/(60*1.4)=2.63（Mt/a） （3-1） 根據(jù)煤層賦存情況和設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量以及要滿足第一水平服務(wù)年限，按煤炭工業(yè)設(shè)計(jì) 礦井設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，將礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力確定為 2.4Mt/a，在計(jì)算礦井服務(wù)年限： T=Zk/(A×K) （3-2） 式中：T—— 礦井服務(wù)年限