大学毕业设计---李家坝矿矿井施工组织设计方案.doc

编号：（）字号本科生毕业设计设计题目：李家坝矿矿井施工组织设计专题：张性断层充填物相似材料研制及其物理力学性质研究姓名：郭彬荣学号：02110524班级：土木工程2011-10班二○一五年六月 中国矿业大学本科生毕业设计姓名：郭彬荣学号：02110524学院：力学与建筑工程学院专业：土木工程专业（矿建工程方向）设计题目：李家坝矿矿井施工组织设计专题：张性断层充填物相似材料研制及其物理力学性质研究指导教师：蔚立元职称：副教授二○一五年六月徐州 中国矿业大学毕业设计任务书学院力学与建筑工程专业年级土木工程2011级学生姓名郭彬荣任务下达日期：2015年1月19日毕业设计日期：2015年1月19日至2015年6月8日毕业设计题目：李家坝矿矿井施工组织设计毕业设计专题题目：张性断层充填物相似材料研制及其物理力学性质研究毕业设计主要内容和要求：设计要求：1．根据李家坝矿矿井的基本情况编制其施工组织设计：从矿井施工准备到首采面试运转为止矿井建设全过程的施工方案确定、施工技术、施工组织与管理等。2．绘制三张矿建工程施工图：井底车场施工进度图、三类工程施工进度网络图及工业场地施工总平面布置图。专题要求：获得与实际工程中物理力学性质相符的张性断层充填物相似材料。其它要求：绘制的图纸中，要求手工绘制1张。翻译一篇与设计或专题内容相关的外文参考文献，其中文字数不少于3千字，并且附原文。院长签字：指导教师签字： 中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书指导教师评语（①基础理论及基本技能的掌握；②独立解决实际问题的能力；③研究内容的理论依据和技术方法；④取得的主要成果及创新点；⑤工作态度及工作量；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：成绩：指导教师签字：年月日 中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（①选题的意义；②基础理论及基本技能的掌握；③综合运用所学知识解决实际问题的能力；④工作量的大小；⑤取得的主要成果及创新点；⑥写作的规范程度；⑦总体评价及建议成绩；⑧存在问题；⑨是否同意答辩等）：成绩：评阅教师签字：年月日 中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（①选题的意义；②基础理论及基本技能的掌握；③综合运用所学知识解决实际问题的能力；④工作量的大小；⑤取得的主要成果及创新点；⑥写作的规范程度；⑦总体评价及建议成绩；⑧存在问题；⑨是否同意答辩等）：成绩：评阅教师签字：年月日 中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩答辩情况提出问题回答问题正确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩委员会评语及建议成绩：答辩委员会主任签字：年月日学院领导小组综合评定成绩：学院领导小组负责人：年月日 摘要本毕业设计主要包括四个部分，第一部分是李家坝煤矿的基本情况；第二部分是李家坝煤矿施工组织设计；第三部分是专题部分，张性断层充填物相似材料的配制及其物理力学性质研究；第四部分是翻译部分。在第一部分中，结合《李家坝煤矿初步设计说明书》主要介绍了李家坝煤矿的自然地理状况，煤层开采情况，建井前后及建井过程中的施工安排基本情况。第二部分，根据《李家坝煤矿初步设计说明书》，结合第一部分，对建井施工准备，井筒施工，井筒过渡期和井底车场施工，采区巷道施工，施工总平面布置及建井总计划进度等都做出了详细的安排说明，对于实际施工具有重要的指导意义。同时，这部分设计内容也是本设计的最重要的组成部分。第三部分是专题部分，首先介绍了张性断层及其充填物的一些基本情况，然后结合文献资料分析总结配制张性断层充填物的相似材料，同时对其物理力学特性也进行了研究分析。关键词：李家坝煤矿；斜井；施工组织；明槽开挖；井底车场；施工总平面布置；建井进度 ABSTRACTThisgraduationdesignmainlyincludesfourparts.ThefirstpartisthebasicsituationoftheLijiabacoalmine;thesecondpartistheconstructionorganizationdesignofLijiabacoalmine；thethirdpartisthepartofthetspecialsubject,tensionalfaultfillingsimilarmaterialpreparationanditsphysicalandmechanicalproperties;thefourthispartofthetranslation.Inthefirstpart,combinedwiththe《Lijiabaminepreliminarydesignspecification》mainlyintroducestheLijiabacoalmine,naturalgeographicalconditions,thebasicsituationoftheconstructionarrangementintheprocess.Thesecondpart,accordingtothe《Lijiabaminepreliminarydesignspecification》,combinedwiththefirstpart,Iwilltalkaboutthepreparationbeforeconstruction,shaftconstruction,wellboreandbottomgarageconstruction,theconstructionoftunnelsintheminingarea,constructiongenerallayoutandbuiltwelltotalscheduleetc.Thisparthasanimportantguidingsignificanceatactualconstruction.Inaddition,thispartofthedesignisthemostimportantpartofthedesign.Thethirdpartisthespecialsubjectpart.Firstly,thepaperintroducesthefaultsandfilling,andthencombiningliteratureanalysisandsummaryoffaultfillingmaterialspreparation,whileonthephysicalandmechanicalpropertiesintheanalysis.Keyword:Lijiabacoalmine;inclinedshaft;constructionorganization;openchannelexcavation;shaftbottom;constructiongenerallayout;schedule 目录一般部分第一部分李家坝煤矿基本情况1矿井与矿体特征21.1矿井的自然情况21.1.1交通位置21.1.2矿井地形地貌21.1.3地表水31.1.4气候特征及地震31.2矿井的地质情况41.2.1井田的地质构造41.2.2水文地质41.3煤层及其特征41.3.1可采煤层41.3.2煤质特性41.4矿区简况51.4.1矿区的开发概况51.4.2运输条件51.4.3电源条件51.4.4水源条件61.4.5通讯条件51.4.6主要建筑材料供应条件62矿井的开拓与开采62.1矿井开拓62.1.1井田界限62.1.2资源储量72.1.3矿井的工作制度与服务年限72.1.4矿井的开拓方式72.1.5煤层开采顺序与分组72.2矿井开采72.2.1采区划分及开采顺序82.2.2采区巷道布置方式102.2.3工作面数目及长度102.2.4投产标准103矿井的生产系统113.1矿井的主要生产系统113.1.1井下煤、矸石及材料的运输系统113.1.2主要运输设备的型号及数目123.2矿车的特征的数量123.3井筒系统123.2.1井筒及装备123.2.2井壁结构123.4井底车场133.4.1井底车场的位置、形式13 3.4.2井底车场与井筒及煤层的关系133.4.3车场内主要巷道及硐室的名称、位置结构特点和工程量133.5矿井的辅助生产系统133.5.1通风系统133.5.2压风系统143.5.3排水系统143.5.4井下供电、照明、信号系统143.6防水、防火、防沼气煤尘爆炸的安全措施143.6.1预防井下水灾的措施143.6.2预防井下火灾的措施143.6.3煤尘的综合防治154地面工业广场及民用建筑154.1主斜井生产系统154.2副斜井生产系统154.3矸石系统154.4辅助设施164.5工业广场总面积及建筑物工程量表175矿井主要技术经济指标18第二部分李家坝煤矿井施工组织设计1建井施工准备211.1建井施工条件211.1.1供水211.1.2供电211.1.3运输211.1.4通讯211.1.5排水211.1.6工业广场平整及排矸211.1.7建井其他条件221.2建井技术准备工作221.2.1矿井施工方案221.2.2主、副斜井井筒施工顺序221.2.3主、副斜井与回风斜井井筒施工顺序231.2.4贯通点的选择231.3矿井开工前的工程准备231.3.1矿井开工前工程准备工作的重点项目231.3.2施测定位241.3.3井筒检测孔241.3.4工业广场的平整241.3.5场地排水251.3.6永久筑物、构筑物和设备利用情况251.3.7临时建筑物名称、结构形式及工程量表251.3.8准备工作的人数及安排261.3.9缩短准备期的措施262井筒施工282.1井筒概况28 2.1.1井筒的特征282.1.2井筒的地质水文条件332.2井筒表土施工332.2.1表土施工方案的选择332.2.2表土段施工方法简述34（一）明槽段施工34（二）暗槽段施工39（三）风化基岩段和破碎带施工402.3井筒基岩段施工402.3.1基岩段施工方案402.3.2基岩段施工方法及施工工艺412.3.3基岩段掘进进度452.4躲避硐施工方法452.5铺底、台阶、水沟、扶手施工方法462.3.1基岩段施工方案402.3.2基岩段施工方法及施工工艺412.3.3基岩段掘进进度452.6施工辅助生产系统462.6.1提升系统462.6.2压风系统462.6.3通风防尘系统462.6.4供水、排水系统472.6.5通讯信号系统472.6.5供电系统472.6.7排矸系统482.6.5测量482.7井筒安装482.7.1井筒安装的作业方式482.7.2井筒安装用的主要设备、设施482.7.3井筒安装工期483井筒过渡期与井底车场的施工组织493.1井筒过度期施工组织493.1.1井筒毗连硐室施工493.1.2主、副斜井短路贯通方案523.1.3主、副斜井改装方案533.2井底车场巷道及硐室的施工顺序533.2.1车场硐室及巷道的施工原则533.2.2井底车场巷道及硐室的施工安排533.3过渡期及车场施工阶段的辅助生产系统533.3.1运输533.3.2提升533.3.3压气533.3.4通风543.3.5排水54 3.4井底车场施工进度计划544采区巷道施工564.1采区巷道施工顺序564.2采区巷道施工技术574.3采区施工的保安措施575工业广场施工总平面布置585.1概述585.2施工总平面布置原则585.3主要临时设施595.4永久设施的利用596建井总进度计划606.1三类工程相互关系与安排原则606.2建井总进度计划606.2.1矿建工程施工工期安排616.2.2土建工程施工工期安排616.2.3安装工程施工工期安排626.2.4三类工程统筹安排及建井工期62专题部分张性断层充填物相似材料配制及其物理力学性质研究651引言662张性断层及其充填物性质特征662.1张性断层及其特征672.1.1断层概述672.1.2张性断层682.2张性断层充填物及其特征682.2.1张性断层充填机理分析692.2.2张性断层充填物性质确定方法702.2.3李家坝井田张性断层充填物性质确定703断层充填物相似材料的基本情况703.1国内外地质力学模型相似材料研究现状703.2常用相似材料的主要影响因素723.3相似材料的选择原则724张性断层充填物相似材料的配制754.1政教模拟配比试验方案754.2正交试验结果764.2.1比重试验结果774.2.2抗剪强度试验结果774.2.3压缩特性试验结果794.2.4渗透系数试验结果804.3正交试验结果汇总分析764.4正交试验极差分析774.4.1比重影响因素分析774.4.2粘聚力影响因素分析784.4.3内摩擦角影响因素分析794.4.4渗透系数影响因素分析80 4.4.5压缩系数影响因素分析814.4.6压缩模量影响因素分析824.5模型配比合理性分析835结论85参考文献85翻译部分中文译文87英文原文94后序99 第20页中国矿业大学2015届本科生毕业设计第一部分李家坝矿矿井基本情况 第20页中国矿业大学2015届本科生毕业设计1.矿井与矿体特征1.1矿井的自然情况1.1.1交通位置积家井矿区李家坝煤矿位于宁夏回族自治区银川市东南约120km处，行政区划属盐池县管辖。井田北部有盐中高速公路东西向通过；南部盐兴公路由东向西穿过井田与211国道在惠安堡相接；西部距井田约5km的211国道可接国道109线，可达灵武、西安等地；井田的北部有中（卫）～太（原）铁路通过；井田距银川河东机场约90km。详见交通位置图1-1-1。图1-1-1交通位置图1.1.2地形地貌井田属半沙漠低丘陵地形。位于毛乌素沙漠西南边缘， 第20页中国矿业大学2015届本科生毕业设计区内大多被沙丘掩盖，间有杂草固定，属低缓的半沙漠半丘陵地形；地势中东部较高，地面海拔标高一般在1400m左右，区内最高处位于井田中东部L2606﹟孔附近，标高约1453m，最低处位于井田中西部L1008﹟孔附近，标高约1366m，相对高差87m。李家坝典型地貌特征见图1-1-2。图1-1-2井田典型地貌特征图1-1-2李家坝煤矿典型地貌特征1.1.3地表水井田内水系不发育，无常年地表迳流。1.1.4气象特征及地震情况(1)气象特征井田地处西北内陆，为典型的半干旱半沙漠大陆性气候。气候特点是冬季寒冷、夏季炎热，昼夜温差较大。根据灵武市气象站1990～2005年气象资料，季风从当年10月至来年5月，长达7个月，多集中于春秋两季，风向多正北或西北，风力最大可达8级，一般为4～5级，平均风速为3.1m/s；春秋两季时有沙尘暴；年平均气温为9.4℃，年最高气温为36.6℃(1997年)，年最低气温为-25.0℃(2002年)；降水多集中在7、8、9三个月，年最大降水量为322.4mm(1992年)，年最小降水量仅为116.9mm(1997年)，年平均降雨量212.1mm；而年最大蒸发量高达1922.5mm(1999年)，为年最大降水量的6倍及最小降水量的16倍，年最小蒸发量1601.1mm(1990年)；最大冻土深度为0.72m(1993年)，最小冻土深度为0.42m，相对湿度为7.6～8.8%。全年无霜期133到154天；冰冻期自每年10月至翌年3月。(2)地震情况本区位于鄂尔多斯盆地西缘褶皱冲断带中部，属吴忠地震活动带，根据《宁夏地震裂度区划图》，勘查区地震裂度为Ⅶ度，地震动峰值加速度在0.15g(灵武气象站)。地震震中多分布在黄河沿岸，1010～1991年间发生大地震11次，近期弱震时有发生。地震活动在空间上以吴忠、灵武两地相互转移，呈一密集的地震分布。近期与历史上的地震活动位置比较接近，反映了构造活动至今仍在持续进行。 第20页中国矿业大学2015届本科生毕业设计1.2矿井的地质情况1.2.1井田构造李家坝井田内含煤区域主体构造是一个走向北北东、倾向西倾的单斜构造，为矿区内沈家庄杨庄背斜的西翼，沿走向局部发育着次一级小褶曲，地层倾角一般在15-20°，局部达29°，呈深部缓、浅部和南部变陡的变化趋势。井田西部被烟墩山（XF9）断层切割；东翼相对复杂，被余家台(XF6)断层及野麦子塘(XF2)断层切割后抬升剥蚀，形成无煤区。井田内断层比较发育，共见大小断层27条，断层分布比较集中的区域在井田中部的JX26勘探线附近，对井田的开拓方式和井位布置影响较大。1.2.2井田水文地质井田水文地质勘查类型确定为二类二型，即以裂隙充水含水层为主的水文地质条件中等的矿床。井田含水层类型包括第四系孔隙松散层潜水（I）、古近系孔隙层间潜水～承压水含水层（II）、直罗组砂岩（III）、延安组砂岩裂隙～孔隙承压水（IV）；直罗组砂岩、延安组砂岩孔隙裂隙承压水为煤层的直接充水含水层；古近系孔隙层间潜水～承压水为煤层的间接充水含水层；Ⅱ含水层对3-1煤层、Ⅲ含水层对4-1、10-1、12、18煤层开采影响较大。1.3煤层及其特征1.3.1可采煤层在本井田范围内可采煤层9层（3-1、3-2、4-1、10-1、12、18、18下1、18下2、18下3煤），根据各煤层的分布范围、煤层厚度和资源量情况，确定主要可采煤层4层：4-1、10-1、12、18煤。各可采煤层的厚度、层间距、结构等煤层发育情况及特征见表1-1-1。表1-1-1可采煤层特征表煤层编号煤层间距煤层厚度可采厚度煤层结构煤类可采程度稳定程度两极值均值两极值均值∕点数两极值均值（点数）夹矸层数类型3-11.05～15.945.720.20-3.541.27(37)0.80-3.541.74(24)0～3较简单BN大部可采较稳定3-20.29-2.221.18(38)0.83-2.221.57(24)0～1简单BN大部可采较稳定37.88～74.1150.184-10.20-3.841.33(45)0.82-3.841.82(28)0～2简单BN大部可采较稳定73.22～136.50108.4010-10.29-2.711.12(49)0.82-2.711.38(34)0～2简单BN大部可采较稳定11.20～27.4615.30120.62-1.631.15(51)0.87-1.631.18(47)0～2简单BN大部可采稳定114.47～136.68 第20页中国矿业大学2015届本科生毕业设计125.48180.84-4.962.76(62)0.84-4.962.76(62)0～3较简单BN全区可采稳定4.37～21.2714.5618下10.17-1.750.74(59)0.84-1.751.22(21)0～2简单BN局部可采较稳定1.78～25.248.0118下20.16-6.111.62(55)0.80-6.112.28(36)0～3较简单BN局部可采较稳定1.42～12.679.5618下30.42-2.441.31(17)0.80-2.441.60(12)0～1简单BN局部可采不稳定1.3.2煤质特性井田各煤层瓦斯含量低，属于低瓦斯；煤尘均有爆炸性危险；各煤层属自燃～容易自燃煤层。地温方面3煤层存在小范围的一级热害区，10、18煤层在井田深部存在一级和二级热害区。1.4矿区简况1.4.1矿区开发概况全矿区划分为6个井田、1个勘查区及2个资源后备区。矿区规模为12.10Mt/a，6个井田分别为银星一井井田（4.00Mt/a）、银星二井井田（1.80Mt/a）、宋新庄井田（1.20Mt/a）、月儿湾井田（1.80Mt/a）、新乔井田（2.40Mt/a）、李家坝井田（0.90Mt/a）李家坝井田的基本情况如下：李家坝井田位于矿区的西南部，井田西以+150m煤层底板等高线及烟墩山断层为界，东以DF1断层为界，北以太中银铁路（在建）为界与新乔井田相邻，南部到矿区南边界。井田为一南北向近似四边形，东西宽约为5.81km，南北长约为7.3km，井田面积42.5km2，可采储量为81.37Mt，规划矿井生产能力0.90Mt/a。1.4.2运输条件(1)公路方面本区公路交通方便，经过多年建设已形成较为完善的公路网。北部有盐中高速公路东西向通过，距井田约5km；东部有古窑子～马家滩～冯记沟三级公路南北向通过，向南接于盐兴一级公路；南部盐兴公路由东向西穿过井田与211国道在惠安堡相接；西部距井田约5km的211国道北可到灵武市、吴忠市、并可接国道109线，南可达西安。(2)铁路方面中（卫）～太（原）铁路经过井田的北部边界，西可连接中（卫）宝（鸡）、包（头）兰（州）铁路，东可直达太原。宁东铁路专用线（红柳～塘坊梁）从矿区东侧南北向通过，并在矿区中部与中盐高速公路并行，终于太阳山南侧的塘坊梁站。(3)民航方面银川河东机场有通往全国各主要城市的航班。井田距银川河东机场约90km，经国道211线一小时内可到达。1.4.3电源条件矿区西南约10km处有惠安堡110kV变电站，可以满足矿井用电。 第20页中国矿业大学2015届本科生毕业设计矿区东南约19km处有大水坑110kV变电所，也可以满足矿井用电。此外距离矿区约15km处的冯记沟乡也110KV变电站，亦可满足矿井建设的辅助供电需求。1.4.4水源条件本区居民饮用水主要取自于马儿庄水井及惠安堡原长庆石油供水站。在井田西北部国道211线旁，太阳山水务公司建有刘家沟大型水库。水库距井田60km左右，水源来自黄河水，矿井开发用水可从此处接专线管网。已建成的刘家沟水库至盐池县供水管网已经通过马儿庄，此处距矿井约15km左右，矿井建设用水也可从此处接入管线接取。矿井水源以矿井排水回用为主。刘家沟水库水可作为生产补充水源、生活水源和矿井建设期的用水。1.4.5通信条件本区通讯条件好，各市县乡镇己实现了电话程控化，全部进入国际、国内自动传输网，己开通了数字微波线路和GSM移动通讯工程，移动通讯网和计算机宽带网已覆盖全区。1.4.6主要建筑材料供应条件矿井建设所需的砖、瓦、灰、砂、石等建筑材料，可就地供应，其它建筑材料如钢材、水泥、木材均需由外地运入。2矿井的开拓与开采2.1矿井开拓2.1.1井田境界李家坝煤矿位于宁东煤田积家井矿区的西南部，井田东以野麦子塘断层为界，西以3煤-100m水平线及烟墩山断层为界，北以矿区总规规划的边界（太中银铁路）为界，与新乔井田相邻，南以南部矿权边界为界，与萌城矿区相邻。井田为一南北向近似四边形，南北长约7.5km，东西宽约6.4km，面积为42.48km2。井田范围由13个拐点组成，井田拐点坐标见表2-1-1。表1-2-1李家坝井田境界拐点坐标点号纬距（X）经距（Y）点号纬距（X）经距（Y）138415330536389219136415223736383242139415097736389391354153154363833951341468003638946113441532443638358014414666736386008133415417936383351154146442363845201324154425363832661641488533638371613141546543638319517415112236382960 第20页中国矿业大学2015届本科生毕业设计2.1.2资源储量表1-2-2李家坝煤矿资源储量地质资源量单位/Mt299.54工业资源储量单位/Mt219.95设计储量单位/Mt153.65设计可采储量单位/Mt119.282.1.3矿井工作制度及服务年限(1)矿井工作制度矿井工作制度：矿井年工作日330d，每天四班作业，三班生产一班准备，每天净提升时间为16h。地面采用“三八制”。(2)矿井设计服务年限矿井估算可采储量为119.28Mt。按0.90Mt/a的生产能力，考虑1.4的储量备用系数，全矿井服务年限为94.7a。其中，一水平可采储量27.1Mt，考虑1.4的储量备用系数，服务年限为21.4a。2.1.4矿井的开拓方式采用在井田的中部布置三个斜井井筒开拓的开拓方式。主、副、回风斜井3个井筒（主斜井井口坐标X=4150587.699，36388236.449，Z=+1442.0，井筒方位角α＝101º。井筒沿18下2煤布置，倾角为20°，斜长1439m；副斜井井口坐标X=4150562.529，Y=36388156.304，Z=+1442.0，井筒方位角α＝101º。井筒沿18煤布置，井筒倾角为20°，斜长1439m；回风斜井：井口坐标X=4150654.475，Y=36388102.551，Z=+1443.0，井筒方位角α＝101º。井筒上段倾角20°，下段沿18煤布置，倾角为19～29°，总斜长1440m。）及工业场地布置在井田18煤隐伏露头以外，L4勘探线附近。三个井筒沿煤层倾向布置，井口标高+1450m，落底标高+950m。采区划分从平面上按+950m水平以上、+600m水平上下进行分区，分成3个区，剖面上按煤组划分采区，共将全井田划分为9个采区。首采区南北为西气东输管道煤柱以北至井田北部边界，西为+950m煤层底板等高线以上，东至煤层露头煤柱。井筒沿煤层布置，并兼作首采区上山，矿井投产时在18煤布置一个综采工作面保证0.90Mt/a的生产能力。李家坝煤矿开拓系统详见附图“李家坝煤矿开拓系统布置图”2.1.5煤层开采顺序与分组(1)煤层开采顺序 第20页中国矿业大学2015届本科生毕业设计根据本矿井煤层群的赋存特点，考虑煤层间距、压茬关系等因素，开采顺序原则如下：设计考虑上行开采赋存条件较好的下煤组18煤，下煤组各煤层依次开采后通过一组石门至上组煤，剖面上依次开采下煤组，上组煤和中煤组；在井田区域内倾向上先行开采上山部分，然后开采下山部分。下煤组+950m水平以上首采区域的开采时间为8.8a，之后进入上组煤的3-1煤进行开采。(2)煤层分组本井田可采煤层9层（3-1煤、3-2煤、4-1煤、10-1煤、12煤、18煤、18下1煤、18下2煤、18下3煤），其中4-1煤、10-1煤、12煤和18煤层为主要可采煤层，其层间距和可采储量分布情况见表1-2-3。从表中可以看出，平均层间距较大的为12煤与18煤之间，4-1煤与10-1煤之间，分别达到了125.48m、108.40m；3-1煤、3-2煤、4-1煤共3个煤层储量之和占全井田的37%左右，10煤、12煤2个煤层储量之和占全井田的24%左右，18、18下1、18下2及18下3共4个煤层储量之和占全井田的39%左右。设计根据各煤层间距及可采储量分布，将各可采煤层分成3个煤组开采：3-1、3-2、4-1煤为上组煤；10-1、12煤为中组煤；18、18下1、18下2及18下3煤为下煤组。表1-2-3　　　　　各可采煤层间距及可采储量一览表煤层编号煤层间距可采厚度资源量可采程度稳定程度两极值均值两极值均值（点数）资源量（Mt）占全矿井比例（%）3-11.05～15.945.720.80-3.541.74(24)23.427.8大部可采较稳定3-20.83-2.221.57(24)33.8211.3大部可采较稳定37.88～74.1150.184-10.82-3.841.82(28)53.5217.9大部可采较稳定73.22～136.50108.4010-10.82-2.711.38(34)37.3712.5大部可采较稳定11.20～27.4615.30120.87-1.631.18(47)35.3211.8大部可采稳定114.47～136.68125.48180.84-4.962.76(62)78.8226.3全区可采稳定4.37～21.2714.5618下10.84-1.751.22(21)13.844.6局部可采较稳定1.78～25.248.0118下20.80-6.112.28(36)19.966.7局部可采较稳定1.42～12.679.5618下30.80-2.441.60(12)3.471.2局部可采不稳定 第20页中国矿业大学2015届本科生毕业设计2.2矿井开采2.2.1采区划分与开采顺序本井田扣除天然气管线煤柱后，其走向长度仅5km，因此，走向上不再分区，仅从平面上按+950m水平以上、+600水平以上、+600m水平以下，分成3个区，剖面上按煤组划分采区，共将全井田划分为9个采区。+950m水平以上三个采区，分别为11采区、12采区、13采区；+600m水平以上三个采区，分别为21采区、22采区、23采区；+600m水平以下三个采区，分别为31采区、32采区、33采区。各采区特征表，见表1-2-4。采区开采顺序见表1-2-54。表1-2-4采区特征表序号采区名称可采储量(Mt)服务年限（a）主采煤层煤层倾角(°)采区尺寸备注走向长度（m）倾斜长度（m）面积（m2）1116.224.93-1、3-2、4-115～2556508504.8×1062129.747.710-1、1215～2556509505.4×10631311.148.818、18下215～2556508004.5×10642112.189.73-1、3-2、4-115～2556508504.8×10652212.159.610-1、1215～2556509505.4×10662322.4217.818、18下215～2556508004.5×10673117.8814.23-1、3-2、4-115～2556508504.8×10683210.088.010-1、1215～2556509505.4×10693317.4713.918、18下1、18下2、15～2556508004.5×106 第20页中国矿业大学2015届本科生毕业设计表1-2-5采区开采顺序表2.2.2采区巷道布置方式1.首采区地质特征2.2.2采区巷道布置方式(1)采区上山布置根据矿井开拓布置，设计主斜井、副斜井、回风斜井分别兼作13采区的胶带输送机上山、轨道上山和回风上山。(2)工作面顺槽布置根据采区巷道布置，结合瓦斯、通风及运输等要求，经综合分析并兼顾矿井建设期间的实际情况，每个工作面布置两条巷道，即回风顺槽一条，运输顺槽一条，下一区段工作面顺槽布置采用沿空掘巷的布置方式。详见附图“李家坝煤矿开拓系统布置图”2.2.3工作面数目及长度配备1个综采工作面即可矿井达到0.9Mt/a设计生产能力。表1-2-6达到设计能力时采区工作面特征表采　区工作面平均采高(m)长度(m)年推进度(m)生产能力（Mt/a）13采区131801综采工作面3.4618011880.94掘进煤0.05矿井合计0.992.2.4移交标准整个矿井生产能力必须达到设计要求的0.90Mt/a，移交时首采区布置1个采综采面，为保证矿井正常接替，配备2个综掘工作面，1个普掘工作面，采掘面比1:3。矿井竣工移交时应完成的工作有：（1）全部井巷工程和地面土建工程、井上下安装工程； 第20页中国矿业大学2015届本科生毕业设计（2）矿井提升、运输、通风、排水、给排水、供暖及供热等系统；（3）地面生产系统（包括选煤厂），地面生产、生活设施及行政福利设施；（4）完成了环保、安全、消防等专篇以及项目工程质量认证等。3矿井的生产系统3.1矿井的主要生产系统3.1.1井下煤、矸石及材料的运输系统(1)煤运输系统采煤工作面工出煤通过运输顺槽可伸缩胶带输送机→各个区段转载煤仓（后期+950m水平煤仓）→主斜井胶带输送机提升至地面。(2)矸石运输系统 工作面产生的矸石首先考虑采区回填，剩余部分可以用矿车通过副斜井运至地面矸石场。(3)材料运输系统材料可以通过副斜井串车运送至井底车场和各个工作面。3.1.2主要运输设备的型号及数目表1-3-1辅助运输设备一览表序号名称型号数量（辆）备注1胶带运输机DTL100/100/2×2002主斜井、运输顺槽2猴车RJY22-25/3001主斜井3无轨胶轮人车WCQ-3CR4井下人员运输4轻便客货车WCQ-3C3其它人员及轻型货物运输5支架搬运车LWC40T2支架及大件设备运输6支架铲运车ED40SH2支架及大件设备铲运7小型铲运车WJ-6FB3小型设备铲运8普通运输车WCQ-5B15材料、矸石运输9防爆装载机FBZL301普掘面矸石装载103m3集装箱非标特制、载重量5t20井上下 第20页中国矿业大学2015届本科生毕业设计3.2矿车的特征及数量表1-3-2矿井投产后各类矿车数量表矿车名称矿车型号使用地点数量备注1.5t固定式矿车MGC1.7－9+950m水平井底车场、副斜井、地面405t材料车MLC5－9+950m水平井底车场、副斜井、地面405t平板车MPC5－9+950m水平井底车场、副斜井、地面4036t特制平板车非标特制+950m水平井底车场、副斜井、地面6油脂专用车非标特制+950m水平井底车场、副斜井、地面2工具存放箱非标特制井上下4蓄电池电机车XK8-9/132-1A+950m水平井底车场13.3井筒系统3.3.1井筒及井筒装备（1）主斜井井筒净宽5.2m，净断面17.4m2。装备1部带宽1.0m、运量为500t/h的带式输送机，担负全矿井的原煤提升任务，并作为全矿井的进风井筒及安全出口。井筒内敷设洒水管、压风管、通信电缆及动力电缆等管线设施，同时设台阶扶手。为方便检修及人员下井，装备架空乘人器1部。（2）副斜井井筒净宽4.4m，净断面15.5m2。井筒装备一台提升机，1.5吨矿车，单钩串车提升，主要担负全矿矸石、掘进煤、材料及各种设备、部分下井人员的升降任务，并作为全矿井的进风井筒及安全出口。井筒内敷设排水管、消防洒水管、通信电缆。井筒装备台阶扶手。（3）回风斜井井筒净宽4.8m，净断面16.7m2。为本矿井专用回风井，主要担负矿井回风任务，兼作矿井安全出口。井筒内敷设注氮管、注浆管和消防洒水管。井筒装备台阶扶手。3.3.2井壁结构 第20页中国矿业大学2015届本科生毕业设计主斜井、副斜井、回风斜井井筒基岩段采用挂网锚喷+锚索联合支护，支护厚度为120～150mm，表土及基岩风氧化带采用钢筋混凝土砌碹支护，支护厚度为350～400mm。井筒穿越断层或破碎带时，可根据实际施工情况在挂网锚喷+锚索联合支护的基础上增加型钢钢架架棚支护。3.4井底车场3.4.1井底车场的位置、形式以+950m水平标高为井底车场标高，井底车场采用石门式布置。3.4.2井底车场与井筒及煤层的关系井底车场与井筒的关系见附图“李家坝煤矿井底车场布置图。3.4.3车场内主要巷道及硐室的名称、位置结构特点和工程量（1）主斜井生产系统硐室主斜井系统硐室主要为消防材料库、清理撒煤硐室、交流硐室、检修硐室、井底煤仓及装载硐室等。（2）副斜井系统硐室副井系统硐室主要包括：等候室、主变电所、主排水泵房、管子道、水仓等。（3）主变电所、主排水泵房及管子道主变电所和主排水泵房采取联合布置，管子道位于副斜井南侧。主变电所、主排水泵房均采用混凝土砌碹支护。主变电所长42m，净宽6.5m，净高5.4m，净断面积22.9m2。主排水泵房长36m，净宽5.5m，净高6.25m，净断面积19.8m2。（4）水仓水仓长度469m，净断面10.3m2，有效容量约5722m3。（5）管子道管子道与副斜井相接，排水管路沿副斜井布置到达地面。管子道长度20m,净断面8.5m2。井底车场各巷道及硐室位置结构见附图“李家坝煤矿井底车场布置图”3.5矿井的辅助生产系统3.5.1通风系统采用FBD-NO7.1型2×30kw对旋风机，布置在井口自然风流上方30m处，抽出式通风，φ800mm胶质风筒。主、副斜井进风，回风斜井回风。3.5.2压风系统需要用风的地方有：采区2个综掘工作面、1个普掘工作面装备风动工具及设备，主斜井井底煤仓的清仓空气炮。主斜井及回风井设置一个压风站，选择两台SA-250A（40m3），一台SA-120A（20m3）型螺杆式压风机供压风，井内布置一路φ108mm钢管作压风管。 第20页中国矿业大学2015届本科生毕业设计3.5.3排水系统采用直接排水系统，在副斜井井底附近设有内外水仓及主排水泵房。采区的涌水用水泵排至水仓后，主排水设备通过副斜井排水管路排至地面处理站。3.5.4井下供电、照明、信号系统主、副回风斜井井筒、井底车场、运输顺槽及机电硐室均设置固定照明。照明电源取自中央变电所。照明灯具可采用DGS-20/127型矿用隔爆荧光灯，照明线路可采用MY－0.38/0.66型煤矿用阻燃电缆。(1)井下光缆线路井下综合监控系统、工业电视等干线光纤合用2条30芯煤矿用阻燃光缆，光缆型号采用MGTS33-30B，单模30芯，分别沿主斜井、副斜井敷设。(2)井下通信电缆井下通信电缆采用2条80对矿用钢丝编织铠装通信电缆，沿主斜井、副斜井各敷设1条，两条电缆互为备用，在井口房交接箱内经熔断器和防雷电装置与下井煤矿用通信电缆连接。井下电缆均可采用煤矿用阻燃通信电缆，电话机可采用本安型。3.6防水、防火、防沼气煤尘爆炸的安全措施3.6.1预防井下水灾的措施（一）矿井正常涌水量为318.84m3/h，最大涌水量为1530.79m3/h。设置水仓、水泵房和排水管路系统；（二）地面工业场地已按规定考虑了最高洪水位和地面排水系统，预防地面水灾；（三）根据矿井水文地质条件和第二类第一型划分，但由于构造等因素影响，使局部富水或沟通与强含水层的水力联系，将造成局部地段水文地质条件的复杂化。建议按水文地质局部复杂矿井管理生产；（四）按照《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》相关规定和本设计的分析建议，严格留设各类安全煤柱和防水煤岩柱；（五）建立矿井长期水文观测孔和井下涌水量观测体系，进行长期水位观测和井下涌水量观测；（六）工作面开采在初次冒落和老顶初次垮落来压时，矿井涌水量的变化和加强该期间的防治水；（七）设立工作面覆岩移动和破坏观测体系，坚持观测和分析顶板两带高度与矿井涌水的关系，指导放顶煤开采设计，控制工作面放顶煤和分层开采厚度和推进速度，保证长壁开采安全性；（八）建立矿井地表移动观测体系，对地表出现的明显裂缝和较大孔洞及时进行封堵，防止地表水涌入；（九）对井田范围内的封闭不良钻孔进行启封重新扫封孔；（十）在建设和生产过程中，应坚持“有掘必探，先探后掘”原则，进行探水、疏放水。3.6.2预防井下火灾的措施 第20页中国矿业大学2015届本科生毕业设计井下火灾一部分是采空区浮煤自燃发火，另一部分是由于井下明火、放炮、电流短路、摩擦等其他原因引起。本井田内3号煤层为不易自燃煤层，因此应重点预防其他原因引起的火灾。本着“预防为主，消防并举”的基本原则，具体措施如下：按《煤矿安全规程》有关规定设置了井下消防材料库，按规定配备了灭火材料与器材。井下主要机电硐室设置防火门。井下爆炸材料库采用独立通风系统和隔爆设施。禁止一切人员携带烟草和点火工具下井，井下及井口房内一般不准进行焊接作业，如必须进行，应按《煤矿安全规程》的有关规定进行。正确选择和合理使用电气设备，加强维护，保证输电线路完好，设备正常运转，防止发生事故。采用阻燃和防静电胶带、不延燃电缆、风筒和不燃液。在胶带输送机头和主要机电硐室设火灾报警和灭火装置。各胶带输送机巷均铺设消防管路，每隔一定距离设有消防水龙头。井下不存放汽油、煤油和变压器油。井下擦抹机械用过的棉纱和布头等放在盖严的桶内，定期送往地面处理。3.6.3煤尘的综合防治井下采掘工作面在生产过程和煤炭运输过程中产生的粉尘，严重危害井下工人的身体健康，是造成煤肺病和矽肺病的主要原因。为了保障井下工人的身体健康和生命安全，采取如下综合防治粉尘措施：综采工作面配备了煤层注水设备。采煤机和综掘机都采用喷雾降尘。岩巷掘进采取湿式凿岩、放炮后喷雾等措施。采掘工作面、运煤转载点，煤仓上口等易产生粉尘的地点设置喷雾降尘装置，并设置粉尘传感器。为井下采掘工人每人配备安全送风防尘口罩，为风钻、风镐和锚喷工人配备压风呼吸器，做好个人的粉尘防护。在长壁工作面进风顺槽、回风顺槽、回风大巷、总回风巷、风硐及辅助运输大巷中设置风速传感器，监测各巷道风速，严格控制风速超限。经常检测风流中的粉尘含量，定期清扫和冲洗巷道周壁、支架上的粉尘，防止粉尘积存或飞扬。采煤工作面回风巷安装风流净化水幕，水幕雾化要好，能封闭全断面。4地面工业广场及民用建筑4.1主斜井生产系统 第20页中国矿业大学2015届本科生毕业设计主斜井装备一台1.0m的胶带运输机，担负矿井原煤的提升任务。主斜井井口房面积20×30=600m2，装备Q=20/5t、Lk=16.5m、H=12m的LH电动双钩桥式起重机1台，并设置输送带接头所用的硫化器1套。在主斜井井筒内，设置架空乘人器设备（猴车）来实现矿井人员上、下井。架空乘人器的驱动部分设在井口，在井底设机尾拉紧装置。在主斜井+950m水平井底设有1个后期煤仓，各个区段也设有煤仓，用于储存采区的来煤，煤仓下装备1台GLD800/5.5/S型甲带给料机，给料能力为650t/h，并带有无级调速减速器可以调节给至主斜井带式输送机的煤流量。仓下还设有空气炮清仓装置。主斜井生产系统的工艺流程如下：采煤工作面工出煤通过运输顺槽可伸缩胶带输送机→各个区段转载煤仓（后期+950m水平井底车场煤仓）→主斜井胶带输送机提升至地面→1#装载站（分拣矸石和煤）→原煤仓4.2副斜井生产系统副斜井装备两套提升设备。一套为双钩提升，一套为单钩提升。双钩提升选用一台2JK-3×1.6/20型单绳缠绕式提升机，担负矿井长材料（支护材料等）、掘进矸石、小型设备的提升任务，提升量比较大。单钩提升选用一台JK-4×2.1/31.5型单绳缠绕式提升机，担负矿井大型设备的整体上下井。副斜井井口房采用平车场布置形式，在井口房内通过二付单开道岔将井筒内的2条线路变为4条线路，其中2条空车线路，2条重车线路。空车线路上设有液动阻车器，并有液压马达驱动的销齿推车机承担空车入井的推车任务。重车线路上设有逆止器。在井口处设防火门1套。因担负重型平板车辆提升的钢丝绳直径较大、连接绳环过重，为减轻摘挂钩工人的劳动强度，在井口房内装备Q=1t、Lk=10.5m、H=7m的LX型电动单梁起重机1台。为保证安全生产，在井口、井筒中部及井底适当位置分别设置防爆型常闭式防跑车装置共8套。井口房面积40×15=600m2。4.3矸石系统工作面产生的矸石首先考虑采区回填，剩余部分可以用矿车通过副斜井运至地面临时矸石场，然后通过自卸汽车上外运至工业场地附近的排矸场地排弃，并用推土机平整压实。排矸场地矸石堆满后，可复土造田或植树绿化，以保护并美化环境。4.4辅助设施矿井辅助设施担负着本矿井的机电设备日常检修和维护、综采设备的中转存放以及胶轮车库及维护等矿井的辅助生产保障工作。本矿井的主要辅助设如下：（1）矿井修理车间矿井修理车间承担矿井机电设备的日常检修和维护。设有机加工工段、矿修工段、电修工段、锻铆焊工段、综采设备维修工段以及备件库、办公室等。主要设备有金属切削机床、电焊机、剪板机、空气锤、联合冲剪机、绕线机、电气试验设备、锻工炉、综采机械维修设备等，并设有10t起重机1台。车间面积为18×96=1728m2。（2）综采设备中转库及维修间 第20页中国矿业大学2015届本科生毕业设计综采设备中转库用于修理后综采设备的中转及备用设备的存放，同时担负综采设备的日常维护工作。配备5台维修设备、1台50/5t起重机。库房面积为24×72=1728m2。（3）胶轮车库及维修间本矿井采用无轨胶轮车作为井下辅助运输的主要设备。为确保维修质量，要求供应商提供技术支持并承担主要的维修服务，矿井只承担设备的日常维护和保养。为此，设置胶轮车库及维修间，面积为18×38=684m2。主要配置有钻床、砂轮机及其胶轮车专用维修设备等。（4）木材加工房木材加工房主要承担本矿坑木材料的改制加工任务。建筑面积为12×24=360m2。主要设备有：木工带锯机、圆锯机、万能刃磨机、锯条辊压机、自动带锯磨锯机等。4.5工业广场总面积及建筑物工程量表工业广场建筑面积及建筑工程量见表1-4-1表1-4-1建筑面积及建筑工程量表序号项目名称单位数量备注1矿井工业场地围墙内占地面积hm234.78466m×736m；围墙外4.0hm22建、构筑物占地面积hm24.753建筑系数%25.04露天设备堆场占地面积hm21.425设备堆场系数%7.476道路广场面积hm23.387道路及广场占地系数%17.88窄轨铁路占地面积hm20.229窄轨铁路占地系数%1.1810场地利用面积hm212.14其中管线占地面积2.3hm211场地利用系数%63.912绿化面积hm22.8513绿化系数%15.014填方：万m395.4115挖方：土方平均运距300m万m392.40以挖作填，运距500m 第20页中国矿业大学2015届本科生毕业设计5矿井主要技术经济指标李家坝煤矿项目主要技术指标见表1-5-1表1-5-1项目主要技术经济指标表序号名称单位指标备注1井田面积km242.55.81km×7.3km2可采煤层数层93-1煤、3-2煤、4-1煤、10-1煤、12煤、18煤、18下1煤、18下2煤、18下3煤3主要可采煤层厚度m2.764煤层倾角度15°～25°5地质资源量Mt299.546工业资源储量Mt219.957设计储量Mt153.658设计可采储量Mt119.289煤类不粘煤10灰分Ad%≤4011硫分St,d%≤312发热量Qgr,vdMJ/kg17.013矿井设计生产能力14年生产能力Mt/a0.915日生产能力t/d264716设计生产年限a94.717开拓方式斜井18水平数目个19水平标高（一水平/二水平）m+950/+60020大巷主运输方式胶带输送机21大巷辅助运输方式无轨胶轮车22采区23回采工作面个数个124掘进工作面个数个32综掘,1普掘25采煤方法走向长壁采煤26主要采煤设备27采煤机台1MG450/1020-WD 第20页中国矿业大学2015届本科生毕业设计28支架架125ZY6800/17/38两柱掩护式液压支架29过渡支架架7与上述支架配套，30刮板运输机型台1SGZ1000/100031井巷工程量/总计m/m313202/21763532矿井主要设备33主井提升设备台1B=1000mm胶带机34副井提升设备套235通风设备台21用1备36排水设备台31用1备1检修37压风设备台43用1备38吨煤电耗kW.h24.00 第20页中国矿业大学2015届本科生毕业设计第二部分李家坝矿矿井施工组织设计 第20页中国矿业大学2015届本科生毕业设计编制依据1.《宁夏积家井矿区李家坝矿首采区地震勘探工作报告》2.《宁夏积家井矿区李家坝矿井井筒检查孔地质报告3.《宁夏积家井矿区李家坝矿井田勘探地质报告》及审批决议书4.《煤矿安全手册》5.《矿山井巷工程施工及验收规范》6.《中华人民共和国矿山安全法实施条例》和《中华人民共和国矿山安全法》7.宁夏积家井矿区李家坝矿矿井优化补充设计及审批意见8.宁夏积家井矿区李家坝矿井工业场地通讯线网平面图9.《简明建井施工手册》 第62页1建井施工准备1.1建井施工条件1.1.1供水进场初期生活用水：可从附近的移民新村和马儿庄水井取生活用水。矿井建设用水：可从距矿井约15km处的刘家沟水库通过管线引入。矿井的生产使用水主要用矿井回排水。同时矿建生产建设用水、人员生活用水等其他用水可以刘家沟水库水作为补充水源。1.1.2供电进场初期从附近的移民新村引入农电作为生活用电，后续从10km处的惠安堡镇引入35KV的线路作为临时生产用电，继而引入110KV线路作为整个厂区生产生活永久用电。1.1.3运输（1）场内运输施工现场可以结合实际具体施工情况修筑临时道性路或永久性道路。在土建工程施工过程中以普通运输车、汽车及胶轮翻斗车等主要运输设备相互配合进行运输；矿建工程施工过程以汽车运输配合窄轨运输作为主要运输方式进行运输。（2）场外运输场外通向惠安堡、刘家库等周边各乡镇及通过区内的国道省道等公路交通都比较发达，比较完善。施工建设期间可从惠安堡镇修建一条6米宽的砂石路供材料设备人员的进入。后期为方便煤炭的运出，根据矿区铁路专用线的规划，在矿井工业场地北部修建铁路专线并入老庄子站从而接入铁路运输网。1.1.4通讯在建井施工阶段和施工准备阶段可通过对讲机、手机、无线电话等方式进行相互之间的交流联系。永久通讯线路可以伴随供电线路施工的同时从附近移民新村或惠安堡镇接入施工现场。1.1.5排水场区平场坡度一般为2.45‰。场前区雨水及突发洪水通过路边水沟排至盐环定扬黄主干渠；在工业广场东南角修建一个污水处理站，工业废水、生活污水以及井内废水等其他污水通过采用直径为1.0m的砼涵排至污水处理站。1.1.6工业广场平整由于工业场地总体较为平缓，所以不需要进行专门的场地平整，具体应用场地在现场实际使用的时候根据具体使用情况在平整。1.1.7其它建井条件施工初期建筑材料可从惠安堡镇、马家滩、冯记沟及周边地方获取，也可用周边煤矿外排的矸石；砂、砖、灰可就近取材；建井所用的水泥、钢材、木料可从外地采购。 第62页1.2建井技术准备工作1.2.1矿井施工方案本煤矿的主斜井、副斜井及回风斜井井筒相距较近，同处于一个工广内。主斜井长1439m，副斜井长1439m，回风井长1440m。根据多年来的施工经验总结，在紧前紧后这个种施工顺序影响比较密切的的工程通常有下面几种施工的方案：（1）对头掘进对头掘进施工方案一般用于井筒距离较远的情况下，施工速度快，可以缩短建井工期，节约投资；对于高瓦斯矿井采用对头掘进施工方案可实现早日的贯通，对于解决矿井通风问题、运输问题以及后期收尾施工与设备拆除之间的问题等都十分有利；此外由于早日实现了贯通增加了安全出口，同时也方便了采区开拓时人员上下、材料设备的运输。但是初期投入成本大。因为本矿中三个井筒处于同一个工广内距离太近，故不适合采用对头掘进方案。（2）单向掘进采用单向掘进施工方案的优点是在建设初期投入少，施工简单，测量要求低；建设施工管理简单。但是由于施工队伍的限制导致整个建井工期比较长，施工中通风难题多，从而也就使得施工环境比较差。综上所述，考虑到建设矿井总投入，施工安全以及施工总工期等因素对于本矿井比较科学合理的方案应选用单向掘进。1.2.2主、副斜井井筒施工顺序根据国内外多年来的施工经验总结，在井筒施工中对于各个井筒开工先后顺序上通常有下面几种施工的方案：（1）主斜井先开工。由于主斜井胶带运输机装载硐室的施工会导致主斜井工期的延长，所以为了主副斜井早日贯通，改善施工环境，缩短建井总工期，主斜井较副斜井先施工。（2）小断面井筒先施工。小断面在施工难度和安全上更容易解决，所以小断面斜井先开工可为后期大断面斜井的施工提供较为准确的地质资料和施工经验。（3）主、副井副斜同时开工。主、副井副斜同时开工可以缩短建设工期，早日实现生产获得经济效益。缺点是：初期工程量大，矿井建设投资高，由于井筒数量多导致管理不便。结合李家坝矿井实际情况，考虑到主副风井同出一个工业广场，井筒施工条件基本相同，为了保证主副斜井尽早到底贯通，解决通风问题，从而改善井下工作环境，加快施工进度，选用第三种方案是比较科学合理的。1.2.3主副井与回风斜井井筒施工顺序本矿井为低瓦斯矿井，通风问题不是制约回风斜井永久通风系统早日形成的主要因素，主副斜井到底贯通之后形成的临时通风系统即可以满足+950m水平的井底车场施工要求； 第62页回风斜井的开工先后也不影响关键线路的施工。所以为了减少建井初期的投入成本，同时考虑到合理安排主副斜井和回风斜井表土段的施工设备和施工队伍的先后使用，井筒设备的先后安装等因素的影响设定回风斜在主斜井和副斜井开始施工一个月之后在开始施工。1.2.4贯通点的选择主斜井和副斜井落底后尽快进行短路贯通，解决通风问题，改善工作环境。从“井底车场施工形象进度图”中我们可以很明显的发现：主副斜井落底后，考虑到实现队1（主斜井侧施工队伍）和队2（副斜井侧施工队伍）施工队伍的平衡以及最短时间内贯通的这两个目标，将贯通点设定在变流室通道口是最科学合理的。为了快捷方便和减小不必要的开挖，因此将主斜井和回风斜井的贯通点选在主斜井和回风斜井的井底连通巷。1.3矿井开工前的工程准备1.3.1矿井开工前工程准备工作的重点项目（1）施测定位工作根据矿区三角网，实测工业场地地形图，完成工业场地测量基点的基桩标定，并设置井筒十字基桩点。（2）工业场地平整根据设计要求完成井筒周围及其他所需场地的平整工作。（3）“五通”工作根据设计要求同时考虑到现场具体施工情况以及永久使用情况进行道路工程，供电工程，供、排水工程以及通讯工程的施工。（4）完成必要的生活设施主要包括：“两堂一舍”及下水工程。（5）完成施工需要的工业设施包括：窄轨铺设、压风设施、提升设施、混凝土搅拌站、锅炉房、机修房、材料设备仓库、炸药库等。（6）完成井筒开挖（井口）工程完成各个斜井井口明槽开挖槽外围排水沟，完成井点降水工作，使地下水位达到设计要求水位。1.3.2施测定位各井筒坐标点见表表2-1-1表2-1-1井口定位坐标点 第62页主斜井副斜井回风斜井纬距X4150587.6994150562.5294150654.475径距Y36388236.44936388156.30436388102.551井口标高+1442+1442+14431.3.3井筒检查孔主副斜井和回风斜井虽然同处于一个工广内，各个井筒之间的距离也比较近，相隔40m左右，施工地质水文条件基本相同，但由于地下情况充满了不确定性，为了确保施工安全顺利进行，在井筒施工前对井筒所穿过的地层进行详细勘察，确保对井筒的地质条件有比较明了的掌握，所以对主、副、回风斜井每个井筒各布置三个井筒检查孔。井口处布置一个，井筒与+950m水平井底车场交接处布置一个，另一个布置在这两个之间。每个钻孔都布置与在井筒的中心线的相距15米的平行线上。1.3.4工业广场的平整首先对施工道路所占用的场地及其他主要干道所占用的场地按照设计要求进行平整，然后对井筒周围进行平整。其他场地可根据即用即平整的原则分期分片进行平整。平整过程中需要填埋的地方可以从临时矸石场取土填埋，后期可以用外排的矸石可以直接回填临时矸石场。此外，场地平整的过程中应该预留出管网管道沟槽。1.3.5场地排水可采用明沟与暗槽（暗管）结合的方式对场内雨水进行外放处理。道路两旁修挖梯形明槽排水沟，其他地方的积水可通过管道排至道路两旁的明槽排水沟中，然后排至厂区内低洼处的处理站。此外，开挖的明槽和土坡挖方需要在坡低布置排水沟槽。明沟采用梯形沟，浇筑混凝土壁，净上宽400mm，净下宽300mm，平均沟深400mm，浇筑厚300mm混凝土壁。1.3.6永久建筑物、构筑物及设备的利用情况具体可利用的永久建筑物情况详见表2-1-2。 第62页表2-1-2永久建筑物利用情况表序号项目名称建筑面积/m2备注1矿井修理车间1785永久建筑2材料库795永久建筑3油脂库82永久建筑4木材加工房300永久建筑5主斜井提升机房303.6永久建筑6副斜井提升机房303.6永久建筑1.3.7临时建筑物及工程量表李家坝煤矿临时建筑物名称、结构形式等见表2-1-3表2-1-3临时建筑物名称、结构形式、工程量序号临时建筑物名称结构形式工程量表/m2135千伏变电所（两个）砖墙1302空气压缩机房活动板房3743临时锅炉房砖墙3744矿灯放、电机车库砖墙265.85机修房砖墙4096水泥库活动板房103.67集中搅拌站钢架1188钢筋加工房活动板房257.39火药库及门卫（在场外）砖墙8010深井泵房钢梁2011地磅房砖墙8012临时宿舍/临时办公楼活动板房100013临时浴室活动板房15014临时食堂活动板房5001.3.8准备工作的人员安排考虑到现场具体的复杂情况，现在只对总的工程人员做如下安排：总的工作人员控制在480人左右，其中土建工程为200人左右；安装工程250人左右；管理人员30人左右。 第62页1.3.9缩短准备期的措施全盘考虑施工准备期的各个工程，做好综合平衡工作。科学合理的规划整个工程的施工组织，加强管理；在满足条件的情况下尽可能的选用简易房、预制组装房以及移动设施设备。1.4准备工作与工期从开始准备到开始打井筒需要准备的工作主要有测量、五通一平、生活服务设施（“两堂一食”与办公室等）、生产服务设施(压风机房、机修库、材料库、水泵房、灌浆站等)、井筒施工条件（表土段井点降水）。根据矿井实际情况从开始准备到开始打井筒大概需要5个月。施工准备阶段进度计划图详见图2-1-1。 第62页2井筒施工在整个矿建工程中，井筒由于深度（斜长）长，断面大，所穿过的地层多，地质条件复杂，导致施工难度大，工期长。根据历史统计，井筒工程工期一般会占到总工期的40%左右。为了加快井筒施工，缩短井筒工期，采用先进施工技术、机械化设备，同时做好施工队伍安排、井筒灾害防治就显得极为重要，因此需要提前对这些工作进行科学合理的规划安排。李家坝煤矿因为三个井筒距离比较近，井筒地质条件没有大的差异，所以这部分只要以主斜井为主进行编写工作。2.1井筒概况2.1.1井筒特征井筒的具体特征详见表2-2-1和图2-1-1～3。表2-2-1　　　　　　　　　　　井筒特征一览表井筒名称主斜井副斜井回风斜井表土基岩表土基岩基岩基岩井　筒　　　座　标X4150587.6994150562.5294150654.475Y36388236.44936388156.30436388102.551井口标高（m）+1442+1442+1443提升(井筒)方位角（度）101101101井筒倾角（度）202019～29井筒斜长（m）143914391435井底标高（m）+950+950+950井筒宽度（m）净5.25.24.44.44.84.8掘进6.05.55.14.65.65.0井筒断面（m2）净17.417.415.515.516.716.7掘　进26.119.821.917.523.419.0支护方式钢筋砼锚网喷钢筋砼锚网喷钢筋砼锚网喷井筒装备1.0m宽胶带，猴车提升机，1.5t矿车设台阶，扶手 第62页图2-2-1主斜井井筒断面布置图 第62页图2-2-2副斜井井筒断面布置图2-2-2副斜井井筒断面布置图 第62页图2-2-3回风斜井井筒断面布置2.1.2井筒的地质水文条件由于李家坝矿井的主副斜井和回风斜井在同一个工业广场，距离较近，详细勘察说明，统一说明即可。井筒穿过地层地质柱状图见图图2-2-4。图2-2-2.回风斜井井筒断面布置图 第62页 第62页图2-2-4井筒地质柱状图2.1.2工程地质水文条件（1）井筒穿过的岩层特征主斜井和副斜井井筒斜长均为1439m，垂直深度均为492m；回风斜井井筒斜长为1435m，垂直深度为493m。根据井筒地质报告，主斜井由新至老依次穿过地层分别为第四系、古近系、侏罗系地层。井筒穿过地层情况详见图2-2-4地质柱状图。第四系遍布全井田，均为松散沉积物，主要覆盖物为风积沙土和黄土。平均厚度3.91m。古近系为细沙层与粘土层，根据岩石力学试验，膨胀率较大，风化基岩带岩石力学强度较低，基岩段粉砂岩层、细粒砂岩、中粒砂岩岩石f系数均为2左右，整体抗压强度比较低。（2）水文地质特征主斜井井筒穿过的主要含水层详见下表I第四系孔隙松散层潜水II古近系孔隙层间潜水～承压水含水层III直罗组砂岩IV延安组砂岩裂隙～孔隙承压水直罗组砂岩、延安组砂岩孔隙裂隙承压水为煤层的直接充水含水层；古近系孔隙层间潜水～承压水为煤层的间接充水含水层；根据井筒检查孔资料，井筒涌水量为正常涌水量116.076～140.10m3//h，第四系、古近系及基岩风化裂隙带含水层水量42.25～110.42m3//h，侏罗系延安组12～18煤之间砂岩裂隙孔隙含水层水量29.69～63.83m3//h，涌水量较大，特别是古近系及基岩风化裂隙带涌水将对普通法施工造成很大影响，古近系沙层有涌水溃沙的可能。2.2井筒表土施工 第62页2.2.1表土段施工方案的选择李家坝矿位于毛乌素沙漠西南部，矿区为比较平缓的半沙漠半丘陵地形，表土层土质因为比较松软，所以导致其稳定性也比较差。斜井过表土距离长，地质条件变化较大，施工是中可能会出现涌水，为了安全快速的通过表土层可通过对当前常用的几种斜井表土施工方法进行分析对比从而选取最佳的表土段施工方法。（1）直接开挖法适用于斜井井口位于山岳地带，斜井井口位于山坡脚下当表土很薄或仅有岩石风化带的情况下，把井口周围的的表土或者碎石杂物清除即可用钻爆法进行井筒施工。由于此方法只适用于斜井井口处于山岳地带，本矿井斜井井口地形比较平缓，地质条件也完全不适用于钻爆，故不采用此方法。（2）盾构/TBM法适用于倾角不大的斜井井筒施工，相对于其他传统斜井施工方法盾构/TBM法具有施工速度快，地质水文影响较小，人力成本低，符合当前“绿色矿山”的倡议，但是由于实践案例少，真正可操作性经验少，同时初期设备投入成本高，后期维护、保养费用高，对操作人员的素质要求也比较高，为了避免太多的未知因素的影响，安全顺利的在工期内完成施工任务，不矿井不易采用这种方法进行表土或者整个井筒施工。（3）大揭盖式开挖法适用于表土中含有薄流沙层，同时开挖深度小于10m的情况，但不足之处是挖掘范围比较大。由于本矿井表土段并非含有薄流沙层，同时为了减少开挖范围，故也不采用次方法进行表土施工。（4）明槽开挖法适用于斜井井口位于平原地区，成功完成实例多，操作简单，施工经验充足，投入成本较小，根据李家坝矿的具体情况选用明槽开挖法进行表土段的施工是比较科学合理的。2.2.2表土段施工方法简述（一）明槽段施工（1）主斜井明槽相关参数主斜井明槽槽底斜长27.7米，明槽上口最大长度35.460米，明槽上口最大宽度35.5米，仰坡斜长13.4米，槽底宽度7.8米，明槽边坡坡度45°，第四系和细沙厚度2.2米，顶板安全高度2米，井筒倾角20°，井筒掘进高度5.6米，井筒掘进宽度6.8米，井筒断面28.8平方米。明槽具体布置形式和参数详见图2-2-5、图2-2-6、图2-2-7。 第62页图2-2-5主斜井明槽开挖平面示意图 第62页图2-2-6.主斜井明槽开挖刨面1示意图 第62页图2-2-7.主斜井明槽开挖刨面2示意图（2）斜井井筒明槽段施工采用挖掘机进行明槽开挖，汽车进行排土。为了确保开挖的边坡稳定可采用台阶木桩法或者锚喷发进行护坡。明槽底部需设排水坑，施工过程中的涌水可排至涌水坑然后通过QOB-15N型风动隔膜泵排至地面。施工流程如下：开挖明槽→底板换填表土→底板施工→明槽砌碹→防水涂料施工→回填夯实。①　明槽开挖初步选用4台臂长为9.9m的CAT320型挖掘机进行明槽开挖施工，主副斜井各两台同时施工，采用10T的东风自卸汽车进行排土运输。根据现场具体情况可适当增大放坡角度，但是必须确保边坡稳定，施工安全。根据现场具体施工情况可适当采用锚喷和台阶木桩法进行边坡加固支护从而减少不必要的开挖和后期回填工作量。明槽开挖施工进入达到设计深度并进入暗硐2-4m之后即可。②　明槽砌筑及回填明槽开挖完成之后即可进行砌筑施工。采用钢筋砼砌碹支护，液压整体金属模板，模板下铺设有行走轨道，混凝土通过HBT-100型混凝土输送泵输送送至模板内。地面设混凝土搅拌站。回填采用“三七灰土”回填，逐层摊铺夯实，必须确保压实度不小于95%。回填施工完成之后进行混凝土铺底施工。 第62页该施工工艺流程如下：测量标线→开挖明槽→人工清槽→基础夯实→片石砂浆砌筑基础→标定井筒中腰线→支内模→绑扎钢筋→支外模→加固碹胎→浇注砼→拆模→养护（3）明槽施工工期的确定施工进度安排详见表2-2-1。 第62页表2-2-1表土段施工进度安排表工序名称时间（d）369121518212427明槽开挖4明槽护坡2暗槽掘进及临时支护4三七土回填及铺底2暗槽立模及明槽绑扎钢筋立模2第一模浇注3第二模绑扎钢筋、立模、浇注及第一模拆除3第三模绑扎钢筋、立模、浇注及第二模拆除3第四模绑扎钢筋、立模、浇注及第三模拆除3暗槽掘进及“三七”土回填1根据明槽施工进度表确定明槽施工工期为27天，为了确保有时间处理突发情况将工期延长为30天。（二）暗槽段施工主斜井暗槽段施工方法和基岩段基本相同。施工工艺流程如下：超前管棚临时支护→画轮廓线→掘进→架设钢架→出矸→架设金属网→墙基础砼垫层→绑扎钢筋→稳碹胎支模→浇注砼→封顶（三）风化基岩段和破碎带施工 第62页采用管棚法通过风化基岩段和破碎带。涌水较大时采用工作面预注浆法进行提前加固堵水，使涌水量达到正常施工的要求。临时支护采用采用锚喷支护。永久支护采用C25的砼支护。施工工艺流程如下：超前打眼→钢管注浆→掘进→管棚临时支护→出矸→锚喷临时支护→混凝土永久支护2.3井筒基岩段施工2.3.1施工方案根据国内外多年来在建井工程中的施工经验总结，通常在井筒基岩段根据掘砌施工顺序的的前后的不同有掘砌混合作业、掘砌顺序作业以及掘砌平行作业这个三种施工方案。具体针对本矿斜井施工情况选用当前应用比较广，施工技术成熟，施工速度快的掘砌混合作业方案。2.3.2基岩段施工方法及施工工艺主斜井基岩段采用全断面中深孔光面爆破法破岩，工作面配备5台激光指向仪进行导向，7台风钻YT-28型（5台同时工作，2台备用）打眼。炮眼布置及爆破参数详见表2-2-1，表2-2-2，表2-2-3，图2-2-8。（1）掘进表2-2-1基岩段炮眼布置及装药量表眼号炮眼名称眼深（m）装药量掏槽方式爆破顺序联线方式装药结构合计（节）节/眼1-4掏槽眼2.5205楔形掏槽Ⅰ串并联反向装药5-12扩槽眼2.3324Ⅱ13-27一阶辅助眼2.3604Ⅲ28-48二阶辅助眼2.3844Ⅳ49-75周边眼2.3813ⅴ76-83底眼2.5324ⅵ 第62页表2-2-2主斜井基岩爆破原始条件表名称单位数量名称单位数量掘进断面M226.1瓦斯情况低炮眼深度m1.8雷管数目个82炮眼数目个822#岩石炸药节305岩石坚固系数f4～6总装药量㎏61表2-2-3主斜井基岩预期爆破效果表名称单位数量名称单位数量炮眼利用率%80每米巷道炸药耗量㎏/m25.4每循环工作面进尺m2.0每循环炮眼总长度m/循环148.4每循环爆破实体岩石m335.1每m3岩石雷管消耗个/m32.3炸药消耗量㎏/m31.3每米巷道消耗雷管个/m45.6 第62页图2-2-8，主斜井基岩段炮眼布置图 第62页（2）装岩排矸装岩采用ZWY-150/55L型扒渣机装岩。两侧配以人工清底，保持扒渣机两侧底板清洁整齐。提升采用JK-2.5/20、绞车配以6m3后卸式箕斗，承担排矸、运料。在井筒内布置轨距为900mm、30kg/m的钢轨线路，枕木规格1200×1200×150mm,间距为700mm一根，每15米设一地辊。地面排矸采用钢结构40m3装配式漏斗矸仓储矸，漏斗口设气动闸门，配备4台8T自卸式汽车交替排矸。（3）支护工作面布置5台MQT-120型锚杆机（3台工作，2台备用）用来打锚杆和锚索。临时支护：工作面敲帮问顶后，根据围岩稳定情况，设计永久支护锚杆可兼临时支护，必要时，工作面先初喷砼，封闭顶板及围岩，喷射厚为30—50mm，按设计要求安装拱部锚杆及钢筋网作为临时支护。永久支护：设计永久支护为锚网喷支护，喷射150mm的砼厚度，锚杆选用HRB335，间排距定为800×800mm，快速凝固树脂药卷作为锚固剂。喷射砼支护：在井口地面设混凝土配料站，采用LPD-800型定量配料机进行配料，JS-500型强力搅拌机拌料，用PZ-5F型潮湿喷浆机喷射砼，ф50×4mm无缝钢管进行输料。喷射砼强度等级为C35，喷射砼厚度为150mm。喷射砼永久支护应遵循先补喷凹处，先墙后拱的顺序，分三次喷射达到设计厚度，每次50mm，间隔时间不小于4小时。复喷砼的位置距工作面距离不得大于50米。支护工艺流程：倒班→喷砼→打上方锚杆→打上方炮眼→排矸→打下方锚杆→打下方炮眼→装药→接线→爆破→通风喷浆工艺流程图如下：清理回弹工作面喷浆冲洗岩帮地面拌料准备 第62页2.3.3井筒基岩段掘进进度（1）基岩段施工循环图表表2-2-4基岩段施工循环图表序号工序时间（min）123456781凿眼1202装药、连线503放炮通风404移动挖掘机105装矸、排矸1456打锚杆、喷浆1157钉道908复喷及水沟240说明：1、炮眼深度为2.5m，每炮进尺为2.3m，每天成巷控制在三个循环即6.9m，取7.0m。2、每个月实际施工天数控制在30工作日，月进尺为7×30=210米/月，剔除其他影响，取月进尺为200米/月.（2）井筒掘进进度各井筒掘进进度见表2-2-5。表2-2-5井筒掘进进度表井筒表土段（月）基岩段（月）合计（月）主斜井17.58.5副斜井17.58.5回风斜风井17.58.52.4躲避硐施工方法 第62页主、副、回风斜井每个井筒每隔40m布置一个躲避硐，净宽为2.2m，净高为2.2m，净深2m，喷射砼厚度为150mm。暗槽段，为了结构的稳定性，躲避硐的砌碹必需要和井筒的砌碹套在一起保持整体性。施工顺序上可砼井筒砌碹同时施工。基岩段，当井筒施工工作面到达井筒躲避硐的位置之后先预留出躲避硐的位置，待井筒支护完成之后再进行躲避硐的施工。2.5铺底、台阶、水沟、扶手施工方法井筒采用200mm厚的C20混凝土铺底；250×200mm的排水沟槽；宽度600mm，高度150mm，踏步355mm的台阶。扶手高900mm，固定于井壁，塑料管材质。施工时自上而下分段进行，台阶、水沟一次性完成。2.6施工辅助生产系统2.6.1提升提升机型号为JK-2.5/20一个；提升容器为6m3后卸式箕斗一个。钢丝绳型号为6×7型，绳径为Φ23mm。明槽施工末期提升系统必须形成。2.6.2压风工作面主要用风设备有：锚杆钻机两台、风动凿岩机6台、喷浆机一台、风镐两台同。根据井筒施工期间设备及人员耗风情况，在计算时取最大耗风量进行计算。则最大耗风量为：Qmax=1.15×1.1×(Qm风钻+Q喷射机+Q锚杆机+Q风镐)（2-1）=1.15×1.1×(5×3.3+1×8+2×2.0+2×1.2)=38.9m3/min。为满足施工用风要求，在井口附近布置螺杆式压风机一台，OG340A型空压机一台最小供风量为40m3/min，采用φ108×3.5mm通风管进行通风。2.6.3通风防尘系统（1）风量验算：①　按人数计算：Q=1.25×4N=1.25×4×12=60m3/min式中：②　按炸药量计算:Q==262.15m3/min。（2-2）式中：Q指爆破工作面所需风量，262.15m3/min。T指爆破后井筒通风时间，20min。 第62页A指全断面爆破所消耗的炸药量，45.75kg。S指井筒净断面，16.8m2。K指淋水系数，取0.3。L指井筒通风长度，取280m。①　按井筒最小风速计算：Q=S×V=0.25×60×16.8=252m3/min。（2-3）V-最小风速，取0.25m/s。（2）风压验算H=R×Q2×Q高效=33.3×4.36×5.6=813.06Pa·S2/m2式中：R-胶质风筒风阻，3.3×10.1=33.3Q2-工作面所需风量，262.15m3/min=4.36m3/s。Q高效-通风机高效风量，333.9m3/min=5.6m3/s为了满足施工要求，通过对风量和风压验算，选用№6.3(2×30kw)型对旋式局部扇风机。井口布置一台№6.3(2×30kw)型对旋式局部扇风机用于施工期间的通风要求，另外再布置一台作为备用。通风管采选用Ø400mm的胶质管。井筒内每相隔150米设置一道防尘水幕，每相隔50米设置一个出水口，用于冲刷井内灰尘。工作面人员必须配戴防尘口罩。整个通风系统采用压入式进行通风。新鲜风流：地面→井筒→工作面（迎头）。污风风流：工作面（迎头）→井筒→地面。2.6.4供水、排水系统(1)供水系统从地面通过Ø89×4.5mm的无缝钢管向工作面进行供水，供水管同压风管路并行布置在巷道右侧，用铁丝吊挂于固定的锚杆上，高度为600mm.(2)排水系统选用矿用卧泵DC100-80×6一台，φ108mm钢管作为排水管路。2.6.5通讯信号系统采用当前比较先进的TXH-1型井筒信号装置进行通讯，工作面后方15m处设置一个，井口处设置一个。井筒中每相隔150m设置一组警示灯，红灯亮时停车，停车时红灯亮。井筒中每相隔50米设置一个白炽防爆灯进行照明，喷浆工作面也设一个探照灯。2.6.6供电系统 第62页施工期间在井口附近布置两台SJ-2000/10/6型的变压器将35KV的临时电源变压为6KV的以供施工使用。施工装机容为1687KW;施工最大负荷为1187.98KVA.2.6.7排矸系统工作面矸石可用ZWY-150/55L型扒渣机配以6m3前卸式箕斗运至地面安设的40m3钢结构装配式矸石仓，然后可通过8T自卸汽车运送到排矸场。2.6.8测量为确保工程的质量，井筒施工时安设5台JXC-1型激光指向仪进行井筒施工指向，拱基线各安设一台，顶部安设一台，肩窝处各安设一台，必须确保能够准确控制掘进成形和成巷尺寸符合设计要求。每施工100m时移动一次，每次安设布置时布设两组激光校核点。推进测量工作室必须紧跟成巷敷设导线点，准确控制井筒坡度方位和井筒方位角。2.7井筒安装2.7.1井筒安装作业方式主、副、回风井均采用一次安装的作业方式。2.7.2井筒安装用的主要设备和设施(1)主斜井井筒井筒净宽5.2m，净断面17.4m2。布置1部带宽为1.0m、运量为500t/h的带式输送机用于井下产煤的提升。运输机上面安设架空乘人器用于人员的运输。井筒内需敷设压风管道、洒水管道、通信电缆和动力电缆等管线设施设备。此外，还需设台阶扶手等其他设施。主斜井可同时作为整个矿井的进风井和安全出口。(2)副斜井井筒井筒净宽4.4m，净断面15.5m2。井筒装备一台提升机，1.5吨矿车，单钩串车提升。同主斜井一样，还有压风管道、洒水管道、通信电缆和动力电缆等管线设施设备以及台阶扶手等其他设施。(3)回风斜井井筒井筒净宽4.8m，净断面16.7m2。回风斜井是本矿井专用的回风井，同时也作为安全出口。井筒也布设扶手台阶，压风、撒水、通讯及供电线路。2.7.3井筒安装工期根据国内外多年来在建井工程中所积累的工程经验，主斜井安装工期定为8个月，副斜井4个月，回风斜井2个月。 第62页3井筒过渡期与井底车场的施工组织3.1井筒过渡期施工组织3.1.1井筒毗连硐室施工（一）箕斗装载硐室箕斗装载硐室和主斜井相接连，施工中相互影响比较紧密，为了充分利用井筒凿井设备设施，加快施工进度就需要对箕斗装载硐室与主斜井井筒施工进行周全的考虑。本矿井+950水平井底车场后期需设一个煤仓，所以就需要匹配设立一个呗箕斗装载硐室。同时各个采区也设有区段煤仓，故也要相应设置箕斗装载硐室。本设计具体只涉及首采区（第一区段）煤仓和箕斗装载硐室。箕斗装载硐室具体布置形式和技术特征参数详见图3-1和表3-1。表2-3-1箕斗装载硐室技术特征表名称断面序号计算长度（m）断面积（m2）墙高拱高净宽净高壁厚永久支护形式净掘机头硐室1-15.427.3334.862810275055005565500钢筋砼 第62页图2-3-1.箕斗斜井煤仓与箕斗装载硐室的布置形式示意图(1)施工方案根据国内外多年来的矿井工程施工经验，主要有下面几种施工方案。（1）顺序施工。井筒施工至箕斗装载硐室的位置时先预留出其硐口，然后继续井筒施工至井筒落底，待井底必要工程施工完成后再重新返回进行箕斗装载硐室的施工。此法案的主要优点是不占用井筒施工工期。但后期不利于箕斗装载硐室的施工，需要重新布置安设临时施工设备设施，同时又是高空作业，施工技术复杂。（2同时施工。施工效率高，一次就可以完成施工。但是施工过程中对周围围岩的稳定性要求比较高，耽误井筒施工工期，施工管理也比较复杂。 第62页结合具体情况，第一区段箕斗装载硐室自上而下位于粉砂岩层、细粒砂岩、中粒砂岩岩石f系数均为2左右，整体岩石抗压强度较低。此外，由于本矿井首采为采区上山，第一区段箕斗装载硐室距离井底车场较远为了尽早对井底车场进行施工，故而选用方案1。(2)施工方法施工方法需要根据其所处的地质环境进行合理的选择，围岩较稳定时，可全断面施工法进行施工；围岩条件比较差，不稳定的施工，就必须谨慎施工，一般采用分段施工法进行施工。方法1全断面施工法全断面一次钻孔爆破开挖，其优缺点如下：优点：工序少，相互干扰相对减少，便于施工组织的管理；全断面开挖有较大的作业空间，有利于采用大型配套机械化作业，提高施工速度；全断面一次成型，对围岩的扰动次数减少，对隧道的围岩稳定有利。缺点：由于开挖面较大，围岩稳定性降低，且每个循环工作量较大，一般只适用于围岩稳定性较好的地层。方法2分段施工法从硐室顶部起分梯段逐层下降开挖或者是从硐室底部起分梯段逐层向上逐层开挖。优点：施工简单，对施工设备要求低；对于爆破岩块大小，减小岩坡的振动影响，均较容易控制；施工技术比较成熟，施工应用范围广。缺点：施工速度容易受到限制，进度慢，导致施工工期比较长。由于李家坝煤矿第一区段箕斗装载硐室处于不稳定地层中，箕斗装载硐室后期施工并不在于关键线路，对整个工期不会造成影响，故选用方案2，即分段施工法，施工顺序详见图3-2。 第62页图2-3-2.第一区段箕斗装载硐室施工顺序示意图(3)施工工期采用四六制滚班制作业方式，箕斗装载硐室整个工期大概为3个月。（二）沉淀池和清理撒煤硐室沉淀池和清理撒煤硐室处于+950m水平主斜井落底后的平直巷，选用全断面施工法进行施工。（三）其它硐室管子道，管子道位于副斜井井底车场侧，副斜井井筒施工到达管子道上口时先预留出管子道施工口，待井筒施工落底后井底车场主要巷道及水泵房、变电所施工完成之后重新返回进行作业。3.1.2主、副斜井短路贯通方案贯通点选择在主斜井与交流硐室通道口。贯通线路为：主斜井系统：主斜井落底点→沉淀池和清理撒煤硐室→贯通点（交流硐室通道口）；副斜井系统：副斜井落底点→副斜井侧井下等候硐室通道口→主斜井侧井下等候硐室通道口→贯通点（交流硐室通道口）。3.1.3主副斜井改绞方案为了适应井底车场施工要求在主斜井和副斜井井筒贯通之后对副斜井进行临时改绞，工期为一个月。3.2+950m井底车场水平巷道与硐室的施工顺序 第62页3.2.1施工原则①　主斜井和副斜井落底之后，优先安排贯通队伍施工，以便早日实现贯通。②　在安排施工的时候首先得确保连锁工程的优先施工。③　确保优先解决井底车场绕道的优先施工，已解决井下调车运输问题。④　施工时尽量少“搬家”；⑤　非关键线路上的一些工程可以作为平衡工程后期进行施工，比如井下机车修理硐室、信号硐室、医疗室等。3.2.2施工安排(1)与井筒相连毗硐室后期箕斗装载硐室和后期煤仓，其规格大小与第一区段的箕斗装载硐室和煤仓基本相同；与副斜井井筒相连主要有管子道、变电所硐室以及水泵房硐室。煤仓处于细粒砂岩、粉砂岩层、中粒砂岩的地层中，其形式为圆形立仓，具体可见图3-1.箕斗斜井煤仓与箕斗装载硐室的布置形式示意图，其净直径为6.0m，高度为20m，掘进体积约为1235m3。由于煤仓所处工程地质较为复杂，同时设备安装也比较耗时，所以尽早施工。对用煤仓施工由于其特殊的施工条件所以选用反井法进行施工。(2)井下主要巷道井下其他巷道还有清理撒煤巷道、单向巷及乘人车场等其他巷道，当主副斜井贯通之后，可以根据施工现场具体情况尽可能的采用多头掘进施工，对于非关键性巷道平衡施工。(3)辅助性硐室井下服务性的硐室包括机车修理室、医疗室、器材室以及信号室等其他硐室。这些硐室基本都是非关键性硐室，在施工时间上可以考虑施工队伍的平衡作业。3.3过渡期及车场施工阶段的辅助生产系统3.3.1运输排矸运料可尽可能采用斜井井筒施工运输装备，在井筒与巷道连接处等不利于机械设备的施工的地方可适量采用人工排矸运料。3.3.2提升由于主副斜井井筒施工期间的提升运输能力完全可以满足井底车场过度期间的施工运输要求，所以主副斜井仍采用6m³箕斗提升运输。3.3.3压气+950m水平井底车场施工时，由于井下新增了工作面，所以耗风量大于两主副斜井筒施工时的用量，故而选用供风量较大的空压机，型号为L5.5—40/8，进行井下通风。3.3.4通风 第62页(1)主副斜井贯通前贯通前在各个施工工作面的通风方式和通风设备和井筒施工期间的相同，设备可以继续使用井筒施工期间的通风设备。(2)主副井贯通后贯通后采用副斜井进风，主斜井排风的通风方式进行井下通风。局部工作面可以采用局部通风的通风方式。3.3.5排水贯通前井下排水继续使用井筒期间的排水方式和排水设备。贯通后，尽早进行水泵房和变电所的施工，以使井下永久排水系统早日形成。3.4井底车场工程表及施工进度计划图井底车场工程表详见表2-3-2。表2-3-2井底车场工程表序号项目名称开始日期完成日期工期(月)1主斜井落底点至变流硐室通道口（贯通点）2017年8月2017年9月12主斜井临时改绞2017年9月2017年10月13沉淀池和清理撒煤硐室2017年10月2017年11月14等候室通道口至四号交叉点2017年10月2017年11月15变流室及其通道+充电室2017年11月2017年12月16四号交叉点+二号交叉点+部分双轨巷2017年11月2017年12月17机车修理室及其通道至四号交叉点2017年12月2018年1月18双轨巷+回风井井下平巷部分+主风斜井贯通通道2017年12月2018年1月19副斜井落底点通过等候室通道至变流硐室通道口（贯通点）2017年8月2017年9月110副斜井井底平巷至一号交叉点2017年9月2017年10月1 第62页11一号交叉点+一号交叉点至四号交叉点+三号交叉点2017年10月2017年11月112副斜井永久改绞2017年10月2017年12月213三号交叉点至外水仓入口2017年11月2017年12月114落底点至主风斜井贯通通道口2017年12月2018年1月115采区回风顺槽2018年1月2018年9月816采区运输顺槽2018年1月2018年9月817主排水泵房及其硐室2017年10月2017年12月218回风斜井永久改绞2018年1月2018年3月219井下等候硐室+主变电所硐室及其通道2017年10月2017年12月220吸水小井+配水小井+管子道2017年12月2018年1月121外水仓2017年12月2018年4月422内水仓2017年12月2018年3月323第一区段箕斗装载硐室2018年1月2018年4月324主斜井永久改绞及井筒设备安装+井口提升机房2017年12月2018年8月825医药、信号及其他硐室2018年3月2018年4月126第一区段煤仓2018年4月2018年7月327第一中车场2018年4月2018年6月2+950m水平井底车场施工进度计划图详见附图“李家坝煤矿+950m水平 第62页井底车场施工进度计划形象度”。4采区巷道施工4.1采区巷道施工顺序（1）采区上山布置根据矿井开拓布置方式，主斜井、副斜井以及回风斜井分别兼作首采区13采区的胶带输送机上山、轨道上山和回风上山。（2）工作面顺槽布置采区布置两条巷道，即运输顺槽和回风顺槽。下一区段工作面顺槽布置采用沿空掘巷的布置方式。（3）采区车场和硐室布置井下采用1.5t窄轨矿车运输，采区设中车场，工作面回风顺槽通过中车场与副斜井相连，工作面运输顺槽与主斜井之间设区段煤仓。采区内不设单独的采区变电所，采区硐室主要有带式输送机机头硐室、无机绳绞车硐室等。由于首采区13采区为采区上山布置，所以在施工+950m水平的井底车场的时候即可根据具体情况施工采区工程，即第一中车场和采区巷道。采区巷道布置详见图2-4-1。 第62页图2-4-1采区巷道布置图4.2采区巷道施工技术（1）巷道掘进结合本矿井首采区的煤层特征，选用煤巷综掘机成套设备进行井下煤巷掘进 第62页。采区巷道即运输顺槽和回风顺槽掘进进度为350m/月，工作面开切眼250m/月。（2）掘进工作面个数矿井达到0.9Mt/a设计生产能力时，拟配备1个综采工作面。结合本矿采区和工作面的接续要求，设计配备2个综掘工作面，1个普掘工作面，采掘面比1:3。（3）掘进、支护机械配备煤巷综掘机掘进工作面配备S150型掘进机，并配备DEQ65/30皮带转载机、SSJ800/90型可伸缩带式输送机、FBD-№6.3/60型局部通风机、MTY-120C型液压锚杆钻机等。岩巷掘进面按配备ZY-24气腿式凿岩机、P-30B耙斗装岩机、FG8.3风镐、JD-11.4调度绞车，以及污水泵、FBD-№6.3/60局部扇风机、CHP-1混凝土喷射机组、MTY-120C锚杆液压钻机等设备。（4）支护方式采区车场巷道采用锚网喷支护，顺槽、切眼采用锚网加锚索加钢带支护。采区工作面特征情况详见表2-4-1。表2-4-1采区工作面特征表采　区工作面平均采高(m)长度(m)年推进度(m)生产能力（Mt/a）13采区131801综采工作面3.4618011880.94掘进煤0.05矿井合计0.994.3采区施工的安保措施采区煤层富含瓦斯，顺槽施工时会有大量煤尘，所以必须加强煤巷施工时的安全管理工作。（1）严格杜绝或控制井下产生或使用明火，井下禁止吸烟和带引火源，井下必须使用电焊、气焊等明火作业时，必须制定切实可行的安全措施。（2）使用符合矿井安全条件的完好的防爆电气设备，装设继电保护装置，电路设置要符合要求。（3）严格执行施炮操作规程，使用合格的雷管和炸药。（4）当工作面到下列情况时，必须进行钻孔探水前进。（5）接近溶洞、导水断层、导水裂缝、导水冒落或含水丰富的含水层时；（6）接近被淹井巷时； 第62页（7）掘进工作发现有明显出水征兆时；（8）加强通风①　正确合理地计算与分配风量使井下各采掘工作面、各巷道、各硐室均有足够风量；②　加强局扇、风筒的维护管理，防止漏风，避免循环风，禁止使用扩散通风；③　风门及其它通风构筑物的结构和设置应合乎要求，并加强维护管理，防止大量漏风；④　临时停工地点不得停风，否则必须设置栅栏，切断电源，挂警示牌，禁止人员入内；⑤　加强通风瓦斯安检工作，经常检查矿井通风和沼气通出情况，在煤巷使用的电器必须安设瓦斯报警电仪，矿井因故通风系统遭到破坏后，必须有恢复通风排除瓦斯和供电的安全措施。恢复通风后，经瓦斯检查符合安全规定后，方可恢复正常施工；各掘进头不得出现循环风，巷道内应设隔爆水棚，掘进工作面设降尘帷幕；杜绝一切明火作业，严格执行防尘措施。掌握沼气动态，以便发现问题及时处理。严格执行《煤矿安全规程》规定井下各处允许沼气浓度及超限时的处理措施。⑥　在开拓有煤与瓦斯突出煤层时，首先应编制专门设计，对各项具体工程要有专门的安全措施，呈报上级批准后，设计安全措施要向所有参加施工的人员进行贯彻交底，施工中严格执行。若发现情况变化，应及时修正措施，报上级批准后执行。⑦　加强地测工作，防止井巷施工误入煤层而造成事故。⑧　加强矿井救护及瓦斯检查工作，在突出危险严重的地区施工时，应有救护队员值班，并配备足够数量的隔离自救器，要求现场人员均能正确使用。⑨　石门揭穿煤与瓦斯突出危险的煤层应编制专门设计，报总工程师批准。加强顶板管理，坚持一次成巷，工作面严禁空顶，空邦作业。⑩　瓦斯抽放在高瓦斯煤层中掘进楼道，由于煤层中瓦斯含量高、压力大在揭开煤层时易发生煤与瓦斯突出事故。实行瓦斯预抽放是预防此类事故的有效措施，瓦斯抽放有临近层抽放、本煤层抽放等方法。当抽放出的瓦斯达到一定浓度后，可作为一种能源利用。对穿越煤层的 避灾路线 采区工作面→131801运输顺槽→第一中车场→副斜井→地面。5工业广场施工总平面布置5.1概述工广施工总平面布置对矿、土建、安装三类工程施工期间相互配合，减少不必要的临时工程，缩短整个建井工期，节减总投资费用等都具有重要可的意义。5.2施工总平面布置原则  第62页（1）临时建筑物在布置上，应尽可能靠近施工场地，便于运输和管理，除材料库和变电所等可以远离井口以外，其它建筑物尽可能围绕井口附近布置合理规划，少占场地面积、农田，充分利用场地；（2）各种建筑布置应满足各种现行规范及防火要求，统一考虑炸药库、油脂库、加油站与一般建筑物的布置关系；（3）合理确定临时建筑和永久建筑的关系，避免临时建筑占用永久建筑的位置，临时建筑的标高尽可能按永久场地标高施工；（4）工业建筑与其他建筑应分开布置，临时工业建筑要尽量靠近井口；确定临时设施应以在最短时间内完成其辅助功能为原则。（5）场内窄轨铁路、公路布置，应满足需要且方便施工。窄轨铁路应以主副井为中心，可直接通到材料库、坑木房、机修厂、水泥库、混凝土搅拌站、排矸场等，主要运输线路和人流线路应尽可能避免交叉；（6）各类工程共用的临时工程应与相应的永久建筑就近布置，这样可利用部分设施。5.3主要临时设施主要临时生活服务设施（如临时“两堂一舍”、临时办公室、锅楼房等）应围绕副井布置，主要临时生产服务设施（如混凝土搅拌站、临时变电所、注浆站等）应围绕主斜井布置。临时设施以节凑合理为布置原则进行布置。井筒施工需要用的设施（如混凝土搅拌站、砂石场地、材料库等）应合理布置在同时可以方便各个井筒施工的位置。5.4永久设施的利用施工期间应充分考虑利用永久设施设备（如绞车房、单身宿舍楼、水沟管网等）以减少建井投入费用，尤其在修建大临设施的时候应先充分考虑是否可以利用永久设施。临时矸石场布置在工业广场南部外，靠近主副回风斜井井口附近。储煤仓即为永久煤仓。李家坝矿施工总平面布置详见附图“李家坝矿工广施工总平面布置图”。6建井总进度计划6.1三类工程的相互关系和施工安排原则矿建工程、土建工程以及安装工程，它们之间“你中有我，我中有你” 第62页，相互之间影响紧密，某一项工程的延误都有可能造成其他工程的无法按时进行施工，最后造成总工期的延误。因此，在施工前期对这三类工程之间的相互关系的详细分析和对后期的施工安排是不可或缺的工作任务。这三类工程中，从施工总用工期、建设投入、施工管理等各方面去考虑矿建处于优先地位，所以在施工安排中以矿建工程的为主，土建工程和安装工程配合矿建工程进行施工。6.2建井总进度计划6.2.1矿建工程施工工期安排（1）进度指标对于矿建工程各个阶段的施工进度具体指标如下：斜井井筒（表土）：30m/月（基岩）：200m/月岩巷（平巷）：80m/月（斜巷）：70m/月煤及半煤岩巷（综掘）：350m/月（普掘）：150m/月工作面开切眼（综掘）：250m/月硐室（岩石）：500m/月（2）矿建施工工期安排矿井移交生产时，井巷总工程量为13202m，其中煤巷7655m，占移交工程的63.2%；岩巷5547m，占移交工程的58.0%。矿井掘进率为14.7m/kt。井巷工程量详见表2-6-1。 第62页表2-6-1矿建工程量汇总表序号项目名称长度（m）体积（m3）备注煤巷岩巷小计煤巷岩巷小计1井筒2103246945723676164839101600　2井底车场及硐室01526152602015320153　3采区555215527104745642131995883　共计7655554713202111325106311217635　6.2.2土建工程施工工期安排土建工程的施工安排和工期详见“李家坝施工进度网络计划图”6.2.3安装工程施工工期安排在土建工程和矿建工程施工中本着“见缝插针”，平行施工原则进行安装工程的施工。6.2.4三类工程统筹安排和建井工期（一）统筹安排（1）工程分期根据整个矿井工程建设的实际情况，将整个矿井工程划分为三期完成。1）一期工程主副斜井井筒开凿工程①　施工准备6个月，包括五通一平、职工培训、材料库、办公室、绞车等附属设备、设施的安装和临时建筑的施工。②　主副斜井长均为1439m，施工预期为8.5个月。回风斜井井筒开凿工程回风斜井长1435m，晚主副斜井1个月施工，施工预期为8.5个月。2）二期工程+950m水平井底车场、硐室工程及+1254m水平第一采区车场二期工程施工全处于岩巷中，全岩巷长度1526m，预计工期为8个月。3）三期工程①　首采区（13采区）巷道工程回风顺槽、运输顺槽及其联络巷、开切眼等，煤巷5552m，岩巷1552m，预计工期为23个月。②　主斜井反掘工程：+950m水平后期井底箕斗装载硐室及煤仓，预计工期为6个月。（二）建井工期根据整个工程安排，全矿井从井筒开挖到首采区131801工作面全部建井工期为 第62页39个月，包括准备期6个月。建井进度计划可详见附图“李家坝煤矿建井总进度计划网络图” 第62页专题部分张性断层充填物相似材料研制及其物理力学性质研究 第85页中国矿业大学2015届本科生毕业设计张性断层充填物相似材料研制及其物理力学性质研究摘要：通过对张性断层及其填充物的特征进行分析，然后应用正交法分析了张性断层填充物的相似材料的配比，及其相似材料的压缩特性、渗透系数、比重、粘聚力、内摩擦角、压缩模量等物理力学性能。关键词：断层、张性断层、填充物、相似材料、物理力学性能1引言当前为了进一步发展经济，我国政府提出了“一带一路”的发展战略，为了配合“一带一路”发展战略的实施必将会有一大批的各类工程的开工建设，但是在此之前的必要工作之一便是了解工程所处位置的地质工程环境，了解断层情况又是工程地质工作中的关键工作。例如水坝、水库不能建在含有断层地带；铁路、隧道、大型桥梁以及大型厂房若要在断层地带修建必须进行采取安全工程措施保证工程质量安全。矿床的形成、矿体的产状及其分布等也常常受到断层的影响，岩浆、热水溶液、含矿溶液较容易侵入或填充断裂带，形成矿床。在矿开采过程中如果遇到断层，矿层或者是矿体会突然消失，所以只要在搞清楚了断层的特征之后才可以进行之后的工作；对于石油和天然气开采，如果遇到断层含油气层便会错断，从而影响继续开采。断层构造对地下水的运输和集储影响也是比较大的，尤其是在山区基岩中找水工作中，断层的存在与否、性质和规模等都是判断是否含水的关键因素。此外，当今地震的频发与断层构造变化的关系是密不可分的，俗话说“有地震必有断层，有断层必有地震”，就很好地断层构造与地震的关系。综上所述，研究断层对工程建设、矿体资源的勘探、矿山和油气的开采、地下水的了解、地貌的发育及地震的预防等方面具有十分重要的意义，其研究价值不言而喻。2张性断层及其充填物性质特征2.1张性断层及其特征2.1.1断层概述断层是岩层或岩体顺破裂面发生明显位移的构造，断层在地壳中广泛发育，是地壳的最重要构造之一，它大小不一、规模不等，小的不足一米，大到数百、上千千米。断层之所能够形成主要是因为地壳运动过程中会产生强大的压力和张力，当产生的压力或者拉力超过岩层本身的强度之后会对岩石产生断裂破坏从而形成的断层。 第85页中国矿业大学2015届本科生毕业设计按照断层位移性质通过可以划分以下几类：①正断层。②逆断层。逆断层当断层面倾角小于30°的时候又被称做冲断层。③走向滑动断层（简称走滑断层）。各类断层示意图详见图1-1.正断层示意图，图1-2逆断层示意图。图1.1正断层示意图图1.2逆断层示意图 第85页中国矿业大学2015届本科生毕业设计2.1.2张性断层通常情况下正断层多数为张性断层。张性断层层面比较粗糙、断层角砾多棱角状、次棱角状、排列杂乱无章、没有强烈积压形成的复杂小褶皱。应力特征如图1-3.断层的应力状态图，“主动力σ3”水平，在重力作用下断层上盘——“主动盘”沿高角度断裂面向下运动，断层两盘相互作用力很弱，因此，呈现出典型的张性构造特征。图1.3断层形成的应力状态图2.2张性断层充填物及其特征2.2.1张性断层充填机理分析根据图1.1正断层示意图和图1.3.断层形成的应力状态图分析可知，张性断层在形成过程中，由于地壳运动产生的拉力使得断层的上下盘逐渐互相远离，从而产生了一定的间隙，我们将这种间隙称为断层缝。 第85页中国矿业大学2015届本科生毕业设计由于断层缝的存在客观上就为断层周围的碎屑物的侵入提供了空间条件，在构造运动等地质作用下这些碎屑物边充填了断层缝。2.2.2张性断层充填物性质的确定方法根据大庆石油学院的付广和杨勉的研究和在《利用断裂填充物中泥质含量研究断层封闭性的改进方法》的论述，由于自然条件下通过观测或者实测的方法获取断层断裂中的填充物是根本无法完成的，所以就只能通过间接的办法结合实际情况假设断层填充物的岩性。假设以断层填充物的岩性与所处周围岩石的岩性一致，这样我们就可以通过测定断层所处的岩石的岩性确定其填充物的性质了。通常情况下，断层所处的岩石的砂质含量越高，则其填充物的砂质含量也就越高；反之，则正好相反。对于断层所处泥质含量地质条件下也是通向的现象。故此可以将张性断层填充物归为两类，即泥质填充物和砂质填充物。2.2.3李家坝矿井田断层充填物性质的确定李家坝井田内含煤区域主体构造是一个走向北北东、倾向西倾的单斜构造。断层所处区域既有以砂岩为主的地层也有以泥岩为主的地层，但总体而言，以砂岩为主的断层区域要多于以泥岩为主的区域，所以在在配制相似材料时主要将以配制断层泥的相似材料为考虑对象。3断层充填物相似材料的基本情况3.1国内外地质力学模型相似材料研究现状国际上20世纪60年代，意大利专家E.Fumagalli及其团队首先进行了工程地质力学模型试验，研究范围包括从弹性到塑性再到最后破坏各个阶段的破坏特征。之后其他一些国家也相继在这方面进行了相关研究，如法国、德国、日本以及前苏联等国家。国际上以意大利研究单位所采用的相似材料较为经典，其所采用的相似材料主要有以下两类:第一类主料以铅氧化物(PbO或Pb3O4)和石膏的混合物为主料同时配以砂子或小圆石作为辅助材料;第二类主要以重精石粉、环氧树脂及甘油为基本组分部分。两类相似材料相比，第二类在强度和弹性模量上都强与第一类，但是需要高温才可以形成，同时由于在形成过程中还会有毒气排除不利于试验人员身体健康。国内目前研究的科研单位比较多。有武汉大学韩伯鲤专家团队研制的具备高容重、高绝缘度、低强度、低变形模量、易干燥、砌块易黏结、可切割、材料来源广等诸多优点的MIB材料，但其也有对人体有毒害作用的不足。清华大学李仲奎和马芳平等人的研究团队研制了NIOS地质力学模型材料。由河砂、铁磁矿精矿粉以及粘结剂石膏或水泥，同时拌和水再加添加剂组成。这种相似材料的主要优点是可以模拟较大的容重，并且一些主要的力学指标可以大范围的调整，如弹性模量、抗压强度等。还有其物理化学性质也是比较稳定的。材料的来源比较广，成本比较低，无 第85页中国矿业大学2015届本科生毕业设计毒性,是一种很有应用空间的相似材料。但是这种相似材料干燥过程比较缓慢。此外，中科院武汉岩力所、中科院地理所、河海大学水利水电工程学院等单位也都对地质力学模型相似材料做了比较深入的研究工作。3.2常用相似材料的主要影响因素相似材料一般由胶结材料、骨料以及其他添加剂混合配制而成。对于地质力学模型的研究中通常以河砂、铁粉、石英砂以及粘土等作为骨料；以石膏、石灰、水泥以及树脂等材料作为胶结材料；水和其他液体通常作为添加剂。在国内外众多研究中，发现粘聚力、比重、渗透系数、内摩擦角以及内摩擦角等因素对相似材料的性质影响比较大。3.3相似材料的选择原则为了使得相似材料模型原始材料的各项性质基本保持一致，在选择相似材料的时候必须按照一定原则选择，从20世纪70年代开始，众多专家的相似材料的研究过程中总结了以下选择原则：（1）选择的相似材料应与原始材料保持均质性和各向同性，主要物理力学性质也应该与原始材料保持基本相似。（2）模型制作过程中选择的相似材料应该是不易发生变化的，如强度、变形、位移等。（3）选择的相似材料的组成成分材料之间不应发生反应从而影响模型到精确度。（4）在一定范围内允许改变相似材料的含量或配合比，从而在更大范围内进行模型试验研究，以获取更多试验数据。（5）对于地质力学模型相似材料应具备低弹模、高容重、低粘聚力、髙压缩性、低内摩擦角以及低渗透系数等物理力学特点。4张性断层充填物相似材料的配制由于实地实验条件与时间的限制，本文在针对断层充填物相似材料的配制上主要以前人的地质实验数据为对象进行相互之间的对比分析然后总结出比较真实可靠的断层充填物相似材料的配比及其相似材料的物理力学性能。4.1正交模型试验4.1.1配比方案本试验中选择铁粉、红土和砂作为骨料，仿瓷粉作为胶结材料和调节材料进行配制相似材料来模拟李家坝煤矿张性断层的填充物。由于试验条件和时间等因素的影响，无法实地操作进行整个配制试验的过程，所以本试验主要以 昆明理工大学水利水电工程2013届的研究生刘鹏的毕业论文“云南红土滑坡模型相似材料的选择研究”的相关试验数据结合李家坝煤矿张性断层填充物的特点进行分析论述，从而配取合适比例的相似材料的配方。如下表4-1，以A、B、C作为影响因素进行正交试验。 第85页中国矿业大学2015届本科生毕业设计表4-1.相似材料正交水平试验配比表水平组数铁粉含量A（%）仿瓷粉含量B（%）砂含量C（%）158102815153152020注：含量皆为相似材料与总质量之比。如上表4-1，三个影响因素，三组试验总共有27中试验方案，为了减少不必要的试验，采用正交法选取其中具有代表性的9中方案即可，具体配比方案如下表4-2。4.1.2试验概述试验试件制作：按照不同的配合比将相似材料混合，在分层喷洒水作为进行侵润，根据比重法测出各种相似材料的比重值，然后将试件放在20℃的恒温水中养护。在试件强度达到要求之后，分别进行直剪、压缩试验和渗透试验。直剪试验荷载分别在100kpa、200kpa、300kpa、400kpa；压缩试验荷载分别为50kpa、100kpa、200kpa、400kpa。根据以往试验经验，压缩特性用100~200kpa间的压缩系数和压缩模量来进行分析评价。采用变头发进行渗透系数试验，从而测出在不同配合比的情况下渗透系数。具体试验结果详见表4-3。 第85页中国矿业大学2015届本科生毕业设计4.2正交试验结果4.2.1比重试验结果比重试验结果详见表4-3。4.2.2抗剪强度试验结果试验结果见表4-4。 第85页中国矿业大学2015届本科生毕业设计 第85页中国矿业大学2015届本科生毕业设计 第85页中国矿业大学2015届本科生毕业设计4.2.3压缩特性试验结果试验结果详见表4-5。4.2.4渗透系数试验结果渗透系数的计算式如下：考虑到水具有粘滞性将上述渗透系数校正成标准温度下的渗透系数k20，计算式如下：上式中：a指变水头管截面面积，a=0.64cm2L指渗透路径，L=4cm，cm；h1指开始水头，mH2指终了水头，mA指试样截面面积，A=30cm2；t指渗透时间，s指试样渗透时水温对应的粘滞系数，T=230C，； 第85页中国矿业大学2015届本科生毕业设计指200C水温下的粘滞系数，渗透系数试验结果见下表4-6。 第85页中国矿业大学2015届本科生毕业设计 第85页中国矿业大学2015届本科生毕业设计4.3正交试验结果汇总分析试验汇总结果如下表见表4—7。分析上表我们可以发现，相似材料的比重试验结果最大2.92，最小2.73；粘聚力最大25.24KPa，最小为2.08KPa；内摩擦角最大22.9°，最小16.7°；渗透系数最大，最小；压缩系数最大1.73MPa-1，最小为0.33MPa-1；压缩模量最大6.85MPa，最小1.29MPa；根据相似材料的选择选择，这些试验指标基本满足了低弹模、高比重、低粘聚力、髙压缩性、低内摩擦角以及低渗透系数等物理力学要求。此外，根据以往地质力学相似材料模型研究结果同时结合李家坝断层情况，这些试验指标所处范围基本可以满足断层填充物模型对相似材料的要求范围。另外，在根据极差分析法对所选相似材料的上面这些物理力学指标进行详细分析从而选出比较合理的配合比。 第85页中国矿业大学2015届本科生毕业设计4.4正交试验极差分析极差分析法指在一组试验中将最大值与最小值做差得到的指就是这组试验数据的极差，通过极差分析我们可以了解到这组试验数据的范围变化情况，从而有助于对于试验数据的分析。本正交设计试验中，极差越大说明所研究的这因素是主要影响因素；反之，极差越小则说明此因素属于次要影响因素。根据极差分析法通过对相似材料的比重、渗透系数、弹性模量、压缩系数以及内摩擦角等物理力学特性进行分析。4.4.1比重影响因素分析通过对表4-8分析可以看出：表中各个比重影响因素的极差相比，极差由小到大依次为铁粉>砂>仿瓷粉。因为极差的大小表示各个影响因素影响的程度大小，所以可以确定各个比重影响的影响大小依次也为铁粉含量>砂含量>仿瓷粉含量。对于这个结论我们根据上表制作试样比重的直观分析图4.1结合表3-9制作出影响试样出比重的直观分析图4.1，从图中分析上面这个结论更加显而易见，相似材料试样的比重随着铁粉含量呈现明显的变化；仿瓷粉含量的变化相比铁粉对试样比重的影响就相对较弱；砂的影响就更弱了。 第85页中国矿业大学2015届本科生毕业设计4.4.2粘聚力影响因素分析同理通过对表4-9和图3.2的分析我们可以很容易的发现，影响试样粘聚力的重要因素是铁粉含量，其次是啥含量，仿瓷砂的含量对粘聚力的影响最弱。从图中我们可以看出试样的黏聚力随铁粉和仿瓷粉含量的增大而增大，随砂含量的增大而减小，说明铁粉和仿瓷含量对黏聚力的增大起重要影响作用，而C因素对粘聚力的降低起主要影响作用。 第85页中国矿业大学2015届本科生毕业设计4.4.3内摩擦角影响因素分析与对粘聚力和比重影响因素的分析方法一样，通过对表4-10的分析我们可以很容易的发现：砂含量是影响内摩擦角的主要因素，其次是铁粉含量，影响最小的是仿瓷粉的含量。（表中单位为°）通过对图4.3进行分析我们可以明显得知铁粉含量为5%~8%时，试样的内摩擦角呈增大趋势；当其含量大于8%时，内摩擦角呈降低趋势，含量在8%时，出现峰值为21.43°试样的内摩擦角均随B砂含量和仿瓷粉含量的增大而增大，但因素C增大的趋势明显。 第85页中国矿业大学2015届本科生毕业设计4.4.4渗透系数影响因素分析同理，从表4-11中可以看出：三个影响因素对渗透系数的影响强弱关系为仿瓷粉含量<铁粉含量<砂含量。（表中单位为10-6cm/s） 第85页中国矿业大学2015届本科生毕业设计根据上图4.4我们可以轻易发现砂含量的变化对试样渗透系数的影响最为明显，随含量的增加渗透系数总体上呈增大变化趋势；铁粉和仿瓷粉随含量的增加，对试样的渗透系数改变并不是十分明显。4.4.5压縮系数影响因素分析根据表4-12，同理我们可以得出：铁粉含量是影响试样压缩系数的关键因素，仿瓷粉含量影响最弱。（表中单位为MPa-1）从图4.5中我们可以发现铁粉含量处于5%~8%时，试样的压缩系数具有十分明显的降低趋势，之后，随着铁粉含量增加，试样的压缩系数改变不明显；随仿瓷粉含量的增加，试样的压缩系数呈增大趋势。当砂含量为在10%~15%时，试样的压缩系数呈降低趋势，之后，随着砂含量的继续增加，压缩系数呈增加趋势，砂含量在15%左右时，试样的压缩系数出现最小值。 第85页中国矿业大学2015届本科生毕业设计4.4.6压缩模量影响因素分析根据表4-13中通过极差可以判断出，压缩模量的影响因素按强弱依次为仿瓷粉含量、砂含量、铁粉含量。（表中单位为MPa）同样通过对图4.6的分析我们可以发现试样的压缩模量随铁粉含量的增加而增大，随仿瓷粉含量的增大而减小；当砂含量处于10%~15%的时候，试样的压缩模量呈增大趋势，之后，随砂含量的增加而逐渐减低。 第85页中国矿业大学2015届本科生毕业设计综合上述，我们可以发现铁粉含量是试样的比重、压缩系数以及压缩模量的主要影响因素；砂含量是影响试样的内摩擦角、粘聚力和渗透系数的主要因素；仿瓷粉含量虽然对各个物理指标不是主要影响因素，但是对试样的各物理力学指标具有一定的调控作用，说明仿瓷粉可以作为相似材料的调节剂4.5模型配比合理性分析本试验的相似比取C1=1/20，原始材料的各项物理力学指标可以通过模型试验所获取的数据按照相似比进行反推。由此，可以根据每组试验材料配比测出实测的密度均为1.50~1.56kg/cm3，取平均密度为1.52kg/cm3，原型泥砂物物理力学参数指标见表。故此可以得出相似材料各个物理力学性质指标的相似比，见表4-15。 第85页中国矿业大学2015届本科生毕业设计根据表3-15同时结合相似材料选择的原则得出3号和4号试验比较接近于相似材料配合比要求；将表4-15中的3号和4号试验结果与原型的物理力学指标分别代入相似判据中，得出原型与模型之间的相似比，详见表4-15。 第85页中国矿业大学2015届本科生毕业设计5小结以仿瓷粉、砂、铁粉、红粘土含量分别为15%、20%、5%、60%作为张性断层填充物室内模型相似材料的合理配合比虽然严格来说可能会与实际情况稍有差异，但是结合张性断层填充物的特点以及当前常用地质力学模型相似材料的选取原则，同时参考其他相关文献资料进行对比分析这样的配合比是具有一定的实际价值的。参考文献【1】苏伟，冷伍明1,雷金山1,刘成军，岩体相似材料试验研究．土工基础，2008.10【2】左保成,陈从新,刘才华，相似材料试验研究，《岩土力学》，2004.8【3】李生才，胡景阳，周梅，一种模拟表土地层的相似材料配比研究，享新矿业学院学报自然科学版，1996.4【4】刘鹏，云南红土滑坡模型相似材料的选择研究，昆明理工大学硕士论文，2013.4【5】付广，杨勉，利用断裂填充物中泥质含量研究断层封闭性的改进方法.大庆石油学报，2002.3【6】刘亮亮，王海龙，低强度相似材料正交配比试验，辽宁工程技术大学学报（自然科学版），2014.2【7】董金玉，杨继红，基于正交设计的模型试验相似材料的配比试验研究，煤炭学报，2012.1【8】李皎，膏体充填相似材料配比及力学特征分析，现代矿业，2014.6【9】付广,殷勤,杜影，不同填充形式断层垂向封闭性研究方法及其应用，　大庆石油地质与开，2008.2【10】肖杰，相似材料模型试验原料选择及配比试验研究，北京交通大学硕士论文，2013.6【11】王汉鹏，李术才，新型地质力学模型试验相似材料的研制，岩石力学与工程学报，2006.9【12】康希，张建义，相似材料模拟中的材料配比，淮南矿业学院学报1998.2 第85页中国矿业大学2015届本科生毕业设计翻译部分模拟断层泥的剪切粉碎机理 第5页中国矿业大学2015届本科生毕业设计翻译英文原文 第5页中国矿业大学2015届本科生毕业设计 第5页中国矿业大学2015届本科生毕业设计 第5页中国矿业大学2015届本科生毕业设计 第5页中国矿业大学2015届本科生毕业设计 第5页中国矿业大学2015届本科生毕业设计后序岁月如梭，转瞬之间便要离开。历历在目，心中早已波涛翻滚。“感我此言良久立”……回首峥嵘岁月，大一稚嫩，激情四射；大二忙碌，遗憾挂科；大三闲适，涉猎百科；大四宁静，心属远方……或许有很多人都这样？大概算了下大学四年坐火车的路程累计都可以绕地球赤道一圈了！！真是心中一惊！这段旅程中既有众多我一样的学生，又有更多的色彩斑斓的行者——有春节独游拉萨的那个上海哥们，有暑期游历西北的那两个三口之家，有驻守边疆18年的那个阿里营长，有自称“野驴”的那对老夫妇，有大谈炒股经验技巧那个大哥……当然还有一双会说话的大眼睛的姑娘……从一开始格尔木到西宁，后来到西安，到徐州……随着行走半径的增大，心所属的圈好像没有了边际……南湖真美！很干净！很敞亮！镜湖让人感觉舒畅，尽管它很多时候是臭的！三食堂很远，但它的菜确实挺不错的！不显山在哪？前两年还真不知道，现在——那里的杏子快黄了，桃子还有点绿，李子皮前段时间就已经红了，听说的樱桃还是没有找到……大学同学很多，之前的大专业，后面的小班级；当初见面还是互相一本正经，如今相见便是一阵互损。大学老师很少，大牛很多。公共计算机基础课的乐军老师，次次座无虚席；专业大牛陈坤福老师，旁征博引，口如悬河；矿建严师刘刚老师，学识深厚，严于育人；还有蔚立元老师，对地下工程的介绍让人印象深刻，收益一生！最后特别感谢毕业设计导师蔚立元老师在毕业设计过程中的精心指导，同时也衷心感谢其他各位老师在整个毕业设计过程中的指导与答疑。此外还要感谢与我一起奋斗过程中的众多同学朋友，正是因为有大家的共同努力奋斗，所以我们才一起走到了现在！