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1、塔里木大学毕业论文 第14届毕业生毕业论文塔里木河河堤路基结构设计与稳定性分析说 明 书学生姓名 马国强 学 号 3041210118 所属学院 水利与建筑工程学院 专 业 土木工程 班 级 土木14-1 指导教师 芮勇勤教授 王成教授 日 期 2014年05月20日 塔里木大学教务处制目 录中文摘要1英文摘要2前言31 矿井地质报告修改与编制41.1 矿井地质报告修编的目的和要求41.2 矿井地质报告修编的主要内容41.2.1 文字部分41.2.2 图纸部分61.2.3 附表72 采矿工程中井田开拓的主要方式82.1 井田开拓方式的概念82.2 井田开拓方式的分类82.2.1 确定井田开拓方
2、式的原则82.2.2 开拓方式具体分类82.3 斜井开拓82.3.1 片盘斜井开拓82.3.2 斜井单水平分区式开拓92.4.2 立井多水平分区式开拓112.5 平硐开拓122.6 综合开拓122.6.1 立井-斜井综合开拓122.6.2 斜井-立井综合开拓122.7 井田开拓的基本问题分析132.7.1 井硐位置及数目的确定132.7.2 开采水平的确定142.7.3 阶段大巷布置152.7.4 井底车场163 矿用主要机械设备193.1 机械化采煤的主要设备193.2 滚筒式采煤机193.2.1 滚筒式采煤机类型193.2.2 滚筒式采煤机的基本组成部分193.2.3 采煤机的主要组成部分
3、203.2.4 辅助装置203.2.5 其他类型的采煤机213.2.6 采煤机的操作使用与维护223.3 支护设备223.3.1 液压支架的组成及工作原理223.3.2 液压支架的分类233.3.3液压支架的基本参数233.4 输送设备的配套性能233.4.1 刮板输送机与采煤机及支架的配套233.4.2 转载机的选择243.4.3 伸缩胶带输送机的选用243.5 采煤机常见故障的分析与预防243.5.1 采煤机常见故障243.5.2 滚筒乘煤机的安全操作254 水平及倾斜巷道掘进与巷道支护274.1 巷道断面形状及尺寸274.1.1巷道断面形状选择274.1.2 巷道断面尺寸的确定274.2
4、 岩巷掘进284.2.1 钻眼爆破284.2.2 装岩与调车304.2.3 岩石平巷掘进机械化作业线314.3 巷道支护344.3.1 巷道围岩压力的概念354.3.2 巷道支护及其材355 井工采煤的基本方法385.1 井工采煤方法基本概念385.1.1 采场和采煤工作面385.1.2 采煤工作385.1.3 采煤工艺385.1.4 采煤系统385.1.5 采煤方法385.2 采煤方法分类385.2.1壁式体系采煤方法385.2.2 柱式体系采煤方法395.3 爆破采煤工艺395.3.1 爆破落煤395.3.2 装煤与运煤405.3.3 炮采工作面支护405.4 普通机械化采煤工艺415.4
5、.1 普采面单滚筒采煤机割煤方式 415.4.2 普采面单体支架415.5 综合机械化采煤工艺415.6 放顶煤采煤法415.6.1 放顶煤采煤技术的发展425.6.2 放顶煤采煤法的分类425.6.3 放顶煤的开采方式425.6.4 放顶煤开采的优缺点和适用条件435.6.5 放顶煤设备的类型及选择43 5.6.6 放顶煤开采的安全措施446 井巷工程456.1 岩石的性质及其工程分级456.1.1 岩土体的特性456.1.2 岩体的工程分类456.2 巷道断面及布置设计466.2.1 巷道断面形状466.2.2 巷道断面尺寸466.3 岩石巷道施工476.4 巷道施工组织与管理496.4.
6、1 一次成巷及其作业方式496.4.2 施工组织506.4.3 掘进队的组织与管理制度506.5 硐室及交岔点设计506.5.1 硐室施工方法506.5.2 交岔点设计与施工516.5.3 交岔点施工517 煤矿主要灾害防治技术557.1 煤矿灾害概况557.2 煤矿主要灾害及其危害程度557.2.1 瓦斯灾害557.2.2 煤尘557.2.3 煤层自然发火557.2.4 水害557.2.5 冲击地压567.2.6 顶板灾害567.3 煤矿瓦斯防治技术567.3.1 矿井瓦斯防治567.3.2 矿井火灾防治587.3.3矿尘防治607.3.4 矿井水灾防治617.3.5 矿井顶板事故防治637
7、.4 煤矿灾害防治技术及对策的发展667.4.1 实施先进适用技术推广667.4.2 突破关键技术，实现支撑发展667.4.3 加强防灾基础研究，引领防灾技术发展668 矿山压力与围岩控制678.1 矿山压力678.1.1 矿山压力的概念678.1.2 工作面矿山压力的显现规律678.1.3 矿山压力的控制708.2 围岩控制718.2.1 围岩718.2.2 围岩压力的计算739 煤矿露天开采技术与安全749.1 露天开采的基本概念及述语749.1.1 露天开采的基本概念749.1.2 露天开采工艺过程759.1.3 露天矿山工程的发展程序759.2 露天矿场构成的安全要求769.2.1 台
8、阶高度的确定769.2.2 工作台阶坡面角和最终边坡角769.3 边坡管理769.3.1 边坡破坏的类型779.3.2影响边坡稳定的主要因素779.3.3 边坡事故的预防779.4 排土安全789.4.1 排土场789.4.2 排土方法789.4.3 排土场的安全要求789.5 露天矿采掘计划799.5.1 编制采掘意义799.5.2 采掘计划的划分及各类计划的任务79 9.5.3 采掘进度计划的基本内容和编制要求799.6 开采设计要求及预防措施80结论83致谢84参考文献85to correcting misunderstandings advocate good cadre style.
9、 2, to carry out the double of human activities. Bangkun will implement on the in-depth development of the grassroots, the people to worry, notification on the normalization of promoting harmony activities, making the double work innovation system, the demands of the masses reflect back channels, he
10、lp enterprises to solve practical problems as much as possible. 3, visit第3页中文摘要本论文是对采矿专业所学知识的综合研究论文，论文主要讲述了煤矿地质报告的修改与编写的目的要求及主要内容；煤矿开采的主要方法和井田开拓的主要方式；井巷工程中水平及倾斜巷道掘进与巷道支护；矿山压力研究；露天开采技术与安全；矿山机械维护及故障处理；煤矿主要灾害防治技术。本论文对采矿工程各个方面做了详细介绍，并对开采中存在的问题做出了相应的防治措施。关键词：采矿工程；井巷工程；矿井瓦斯；露天开采第25页ABSTRACTThis thesis is
11、on the mining of professional knowledge of comprehensive research paper mainly narrated the coal geological report modification and preparation of objective and main content; coal mining methods and the main mine development main way; roadway engineering in horizontal and inclined roadway and the ro
12、adway; mine pressure research; surface mining technology and security.Study on mining engineering aspects in detail and the existing problems in production to make the corresponding prevention and control measures.Key Words: Mining Engineering；Well and Tunnel Engineering； Mine Gas；Surface Mining前 言地
13、铁，城市轨道交通的一种，其定义为“在城市中修建的快速、大运量用电力牵引的轨道交通。线路通常设在地下隧道内，也有的在城市中心以外地区从地下转到地面或高架桥上”。地铁作为城市轨道交通的一种重要形式，对大城市的客运交通正在发挥越来越大的作用，不仅改善了我国城市公共交通普遍存在的矛盾和结构的欠合理，也对城市的社会经济发展起到了巨大的推动作用。地铁车站属城市公共交通建筑，是乘客集散、乘降和换乘的地方。地铁车站应设置在交通枢纽、地铁线路之间及与其它轨道交通线路交会处、商业、居住、体育、文化中心等大的客流集散点。地铁车站根据构筑方式分为高架站、地面站、地下站，大多为地下站，少数为高架站和地面站，后两类车站的
14、结构设计类同于地面铁路中间站，故本书内容不涉及高架站和地面站。本论文研究说明书主要内如下： 矿井地质报告； 井田开拓方式； 水平及倾斜巷道掘进与巷道支护； 井工采煤方法； 井巷工程； 矿用机械设备； 煤矿主要灾害防治技术； 矿山压力与围岩控制； 露天开采。本论文对上述各个环节进行了详细的论述，完成了毕业论文要求的内容。同时，论文图文并茂，使设计的内容更容易被理解和接受。在论文研究过程中，得到了指导老师的详细指导和同学的悉心帮助，在此表示感谢。由于设计时间和本人能力有限，难免有错误和疏漏之处，望老师给予批评指正。1 防洪堤工程地质勘察1.1 工程基本情况1.1.1 工程概况设计为塔里木河的一级河
15、流，工程区位于塔里木河上游阿拉尔市左岸。工程区有塔里木大道、滨河大道公路相通，交通较为方便。工程区全长近7km。初拟堤型为护坡式堤工程设计，洪水标准为20年一遇，堤防工程级别为级。我院于2013年10月中旬进场开展地勘、试验工作，11月上旬完成地勘外业工作，2013年11月完成内业整编工作1.1.2 勘察任务（1）查明堤基地质结构，特殊土层、粗粒土层及腐植土层等的分布、厚度及性状。（2）查明地下水与地表水的水质及其对砼的腐蚀性。（3）基本查明堤线附近埋藏的古河道、古冲沟、渊、潭、塘等的性状、位置、分布范围，分析其对堤基渗漏、稳定的影响。（4）确定堤基各岩、土层的物理力学性质和渗透性参数。（5）
16、对堤基的渗漏、渗透稳定、抗滑稳定等问题进行评价，并对堤线进行工程地质分段及评价，提出处理措施的建议。（6）进行天然建筑材料勘察。1.1.3 勘察技术要求根据现行国家标准、行业标准、地方标准等有关规程规范及设计意图，本次勘察的主要技术依据是：（1）堤防工程地质勘察规范（SL188-2005）（2）岩土工程勘察规范（SL188-2005）（3）土工试验工程（SL237-1999）（4）中小型水利水电工程地质勘察规范（SL55-93）（5）水利水电钻探规程（SL291-2003）（6）水利水电工程天然建筑材料勘察规程（SL251-2000）（7）本次勘察沿设计拟定的堤防轴线布置勘探线和勘探点。1.1
17、.4 勘察方法（1）工程地质测绘测绘漫滩宽度及岸坡的形态、坡高、坡度等微地貌特征，查明土层分布范围及工程地质特性；透水层及相对隔水层的分布特征及埋藏条件，应特别注意细粒土层中砂土夹层类型、厚度、性状等。（2）勘探及试验钻探。查明地基岩性、结构及其分布特性、透水特征。坑探。采取挖坑及剥槽的方法查明浅部覆盖层特征，保证取土质量。原位测试。对卵砾石夹砂层进行N63.5重型动力触探原位测试和标准贯入试验，评价砂层、土层的结构特征、变形参数、地基承载力等。室内试验。对地基岩、土层进行天然含水量、天然容重的测定，并测其级配，以及物理力学试验。（3）测量采取全站仪测定钻孔位置、孔口高程和进行平、剖面地质测绘
18、。坐标系统为北京坐标系、高程系统为1956黄海高程系。1.1.5 完成工作量勘察期间，对堤防工程进行了平、剖面工程地质测绘，并布置了适量的取芯钻探和动力触探、标准贯入试验、坑探以及取样试验工作，本阶段完成主要地勘、试验工作量见表1-1。表1-1 主要地勘、试验工作量表项 目工 作 内 容单 位数 量地质测绘区域地质调查与复核（1/200000）km2321.4防洪堤平面地质测绘（1/1000）km21.78防洪堤剖面地质测绘（1/5001/1000）km /条4.17/8勘探坑探M3/个18.0/6机动取芯钻探m/孔134.6/4试验标贯试验组4N63.5重型动力触探原位测试m/孔171.3/
19、15孔内注水试验段9地基砂砾料常规试验组6水化试验组3天然建材砂砾料详查平面地质测绘（1/2000）km20.2料场剖面地质测绘1/20001/200km /条1.2/11/500km /条1.2/6勘 探坑探m/个35.81/10填筑用砂砾料常规试验组6砼骨料常规试验组61.2 区域地质概况1.2.1 地形地貌塔里木河谷底宽缓，宽约4002000m，河流叉沟多，两岸为一级阶地阶面缓轻现在河床偏下游，阶面一般高出枯期水位约25m，河床中分布心滩、边滩，牛轭湖发育，蛇曲明显，具游荡性河谷地貌特征，谷坡较缓，坡角1020。1.2.2 地层岩性黄灰色砂土及灰、灰黑色岩土、等构成，厚度大于142.60
20、m，除浑园状土丘外，未见基岩直接裸露，被第四系沼泽草甸覆盖；河谷谷底地势平坦，分布第四系全新统冲、洪积堆积物。其两侧一级阶地表层分布厚0.42.1m的泥炭土及草甸土，有机质及腐植质含量高。1.2.3 气象特征及水文地质条件1.2.3.1 气象特征工区内属典型的干旱型气候，垂直分带明显，气候差异显著。汛期510月，而123月几乎无降水量。多年平均气温0.7，极端最高气温35.5，极端最低气温29.9，多年平均年降水量55.9mm，多年平均蒸发量8461.7mm，多年平均相对湿度15，多年平均风速3.8ms，多年平均日照天数360日，日照百分比85，最大冻土深度101cm。日照充沛，日温差较大，干
21、季大风日多。综上气候条件，存在以下工程地质问题：（1）工程区范围存在季节性冻土，实测最大冻土深度101cm。（2）工程所在地区气候寒冷、寒冻期较一般地区长，将使裸露的砼构筑物常年处于强烈的寒冻盐碱风化作用之中，建议在设计时采取适当措施予以防治。在砼施工时也应考虑冬节施工情况。1.2.3.2 水文地质条件区内水文地质条件简单，按地下水的埋藏条件及含水层空隙的性质把地下水类型分为孔隙潜水及滞留水两大类：（1）地下滞留水分布受地形貌、地层土性、风化卸荷等因素的影响，分布于土体内的裂隙中，地下水较贫乏且水量受季节变化较大，连通性差，主要受大气降水补给。以下降泉或间歇性下降泉排泄于沟谷或河中。（2）孔隙
22、潜水孔隙潜水主要分布于河两岸阶地、古河道、漫滩及河床，主要含水层为第四系松散堆积层中；其含水层厚度较厚且变化较大，沿两岸呈带状分布，地下水水位受季节变化，变幅明显受河水控制。总体来讲地下水在上游接受河水和降水补给并向下游河床排泄。1.2.4 地质构造、地震及稳定性评价地震活动主要表现为边界断裂及其以外的活动断裂地震对本区的波及影响。地块边界断裂及其以外的活动断裂所发地震震级66.9级11次，大于7级有6次。根据中国地震动参数区划图（1：400万GB18306-2001）及其第1、2号修改单资料：工程区地震动峰值加速度为0.05g，对应的地震基本烈度为度，区域构造稳定性好。1.3 堤防地基的工程
23、地质条件1.3.1 基本地质条件征（1）地形地貌工区内第四系松散堆积层深厚，分布广泛。工区河段河曲明显，河谷谷底宽缓，漫滩和阶地发育，河谷覆盖层深厚，枯水期河水宽200471m，河谷谷底开阔。两岸为一级阶地，阶面宽缓平坦，缓倾河床及下游，阶地前缘以小坎与河床相接，在河水冲淘下局部垮塌较严重，岸坡形态不规则。河床位于谷底中央偏左，河水深0.41.8m，河床沿线见边滩及心滩分布，时有叉沟出现，河床形态不规则。（2）地层岩性堤基沿线地层岩性简单，除公路及桥梁附近分布少量的人工堆积物外，均为第四系冲、洪积堆积物，厚度大。冲、洪积又可由新到老为以下几层：第四系全新统现代河流冲积、洪积堆积层，主要成分为砂
24、，层厚0.22.5m。该层为松散稍密结构。第四系全新统近代河流冲积洪积堆积层，该层厚度大，根据现场地质勘探成果由上至下又可分为如下几层：草甸土层：该层分布于现代河床两岸阶地，层厚0.52.1m。纯砂层：据钻孔揭示，该层为粉细沙，厚3.78.3m。砂砾层：该层结构较为松散，厚大于20m。（3）水文地质条件工程区内水文地质条件较为简单，地下水按含水层性质及埋藏条件，主要为第四系松散地层中的孔隙潜水。主要赋存于阶地及河漫滩等松散堆积层孔隙中，其中以级阶地和河漫滩含水较丰富，地下水位一般埋深25m。孔隙潜水主要受大气降水、地表水补给，水量随季节性变幅较大，排泄于河流中。为了查明工区水腐蚀性情况，在工区
25、取水样进行水质与腐蚀分析，试验成果见表1-2。表1-2 水质分析成果及评价表水类型HCO3含量/（mmol/l）侵蚀性CO2含量/（mg/l）SO4含量/（mg/l）Na含量/（mg/l）PH值水的化学类型腐蚀性评 价地表水（SY1）12.310.0137.4624.137.3HCO3Ca（Na+K）腐蚀性地下水（SY2）11.8110.9151.4023.526.6HCO3SO4Ca（Na+K）地表水（SY3）12.280.0138.3424.567.3HCO3Ca（Na+K）环境水对砼无腐蚀性判断标准11.0715250（普通水泥）6.5水质分析成果表明：区内河水水化学类型分别为重碳酸硫酸
26、钙钾钠型水，据水利水电工程地质勘察规范环境水对混凝土腐蚀性评价标准判定，对任何水泥拌制的混凝土无腐蚀性。（5）物理地质现象区内广泛分布第四系松散堆积层，未见大的滑坡、崩塌等不利的物理地质现象；仅在河水冲刷下存在小规模塌岸。1.3.2 土体的物理力学特征工区主要存在以下土层：（1）第四系全新统现代河流冲积洪积堆积层该层全为松散堆积之砂层，厚度03.2m不等。该层结构松散，承载力低，不宜作为堤基持力层，建议清除。（2）第四系全新统近代河流冲积洪积堆积层该层可细分为以下几层草甸土。草甸土层由粉土与植物系须相（或腐植物）拌后而成，其干密度低，孔隙率高，孔隙比大，遇水易软化泥化，压缩性高，变形大，抗剪强
27、度低，受气温变化存在冻融问题。纯砂层。据现场地质测绘和钻孔资料表明，该层厚度3.78.3m，该层局部含有厚0.030.1m的灰色粉土粉砂透镜体。根据重型动力触探原位测试资料，该层重型动力触探锤击数N63.5在59击/10cm间，属稍密中密层。其物理指标见试验成果汇总表。砂夹砾石层。根据钻孔资料，该层厚度大于20m，大部为砂夹砾石，砾石粒径一般13cm，根据实验资料，砾石含量约为21%。局部可达50%以上，根据重型动力触探原位测试资料，该层重型动力触探锤击数N63.5在大于8击/10cm，属中密层密实层。（1）土体的物理力学特性鉴于堤线位于级阶地和漫滩上，为了查明覆盖层物理力学性质，对覆盖层进行
28、了N63.5重型动力触探原位测试、标准贯入试验和室内试验。（2）全新统现代冲积洪积堆积层该层为砂层，厚度03.2m不等，该层结构较为松散，经N63.5重型动力触探原位测试，该层锤击数一般在15击/10cm之间，属松散堆积层，不宜作为堤基持力层，建议清除。（3）全新统近代冲积洪积堆积层表层草甸土。其干密度低，孔隙率高，孔隙比大，遇水易软化泥化，压缩性高，变形大，抗剪强度低，受气温变化存在冻融问题。且该层厚度薄，建议清除。砂层、砂夹砾石层。为了查明该层的物理力学特征，对该层做了标准贯入试验和重型动力触探试验，其试验成果列于别1-3和表1.4。表1-3 标准贯入试验成果统计表试验位置实测击数/N标准
29、贯入击数/N承载力标准值fk/kPa孔号深度ZK15.22118.0316ZK23.71816.5302ZK34.31917.0325ZK42.61111243.7备注承载力采用经验公式fk=-212+222N0.3表1-4 N63.5重型动力触探试验成果统计表层位项目频数范围值平均值标准差变异系数统计修正系数标准值承载力标准值fk变形模量E0/击/10cm/击/10cmkPaMPaQ42al+pl砂75155.980.3820.500.8045.3220010Q41al+pl砂层342597.140.2910.680.9017.0928016砂夹砾石29891811.320.2840.690
30、.90211.4845028备注在统计中剔出了部分异常值（4）土体的渗透特征对覆盖层进行现场注水试验，渗透系数K=9.8210-41.0310-2cm/s，属中强透水层。1.3.3 土的物理力学参数建议值土的物理力学参数建议值的确定以现场和室内试验成果为依据，结合工程类比，并经综合分析后，提出各类岩、土物理力学参数建议值，见表1.5。表1-5 土体物理力学指标建议数据表地层及岩性天然密度干密度抗剪强度变形强度允许坡降允许承载力边坡比抗剪强度压缩模量变形模量临时永久内摩擦角凝聚力g/cm3MPaMPaMPaMPa草甸土1.301.401.1534.50.030.04230.050.081:1.5
31、1:1.751:1.751:2.00砂夹砾石2.021.6728310222525270.200.250.260.32水上1:1水下1:1.5水上1:1水下1:1.5砂1.911.5524260161913150.250.300.200.26水上1:1水下1:1.5水上1:1水下1:1.51.3.4 堤防地基工程地质条件及评价防洪堤起于1号大桥止于2号大桥上游侧，堤线走向东西顺直，堤长6675m。防洪堤堤线位于I级阶地前缘和漫滩上。据勘探及测绘，堤基单一结构。据堤基地质结构、堤线沿线的微地貌形态、存在的主要工程地质问题，地基土体的物理力学性质等综合考虑，堤基工程地质条件较差，属C类。按沿线工程地质条件把防洪堤分为十二个工程地质段，下面以1号大桥设计桩号0点为堤线桩号K0+000，向上游为正，分段将其工程地质条件叙述如下：第一段、第三段、第五段、第七段、第九段、第十一段（桩号分别为K0+000K0+718.69，K1+822.88K2+17.41，K3+119.5K4+198.9，K4+318.11K4+868.76，K4+957.23K5+234.25，K6+281.32K6+622.25）：地貌上为级阶地前缘，岸坡坡度3254。该几段由上至下依次为草甸土、砂层、砂夹砾石层。表层大部为草甸土，草甸土厚0.52.1m（局部可达3m以上），孔隙比大，干密