最新园丰放顶煤开采设计.docx

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最新园丰放顶煤开采设计

 

园丰放顶煤开采设计

玛纳斯县芦草沟园丰煤矿

放顶煤专项设计

园丰煤矿生产技术科

2011年6月

图纸目录

序号

图名

比例

备注

1

矿井开拓系统平面图

1:

2000

新制

2

矿井开拓系统剖面图

1:

1000

新制

3

采区巷道布置及机械设备配置图

1:

2000

新制

4

采煤方法图

1:

100

新制

5

矿井通风系统图

示意

新制

6

超前预爆破炮眼布置图

1:

100

新制

参加设计人员名单

姓名

专业

职称或职务

备注

仝来斌

采矿

工程师

杨春俭

地测

工程师

 

前言

第一章井田概况及地质特征

第一节井田概况

第二节井田地质

第二章井田开拓

第一节井田境界及储量

第二节矿井设计生产能力及服务年限

第三节井田开拓

第三章矿井现状及专项设计的必要性

第四章采煤方法及装备

第一节采煤方法的选择

第二节采煤工艺及设备选型

第三节采区布置

第五章矿井运输及通风

第一节矿井运输

第二节矿井通风

第三节灾害预防

第四节避灾路线

第六章采区供电

第七章技术经济

第一节劳动定员及劳动生产率

第二节原煤生产成本估算

第八章预期目标及可行性评价

 

前言

新疆玛纳斯县芦草沟煤矿位于天山北麓低山区的玛纳斯河上游东侧,矿区煤炭蕴藏量十分丰富,是北疆较重要的煤产地之一。

随着国家西部大开发战略的实施,该区依靠地缘优势,积极推动当地经济的快速、稳步、有序的发展,使该地区的经济出现较为明显的增长。

而该矿区内除了个别煤矿企业采掘机械化程度较高之外,其余各矿煤矿发展速度相对较慢,生产工艺科技含量低,产业链短,严重制约了煤炭行业的发展。

随着当地工业的大踏步发展,对煤炭产业的需求与日俱增,煤炭产品质量的好坏和产能的大小,直接关系到当地工业发展的速度和进程,另外,随着环保力度和意识的增强,优质的煤炭产品将会备受欢迎。

为此,该矿积极响国家的号召,在力所能及的前提下,为当地的煤炭产业的发展尽自己的一点绵薄之力。

根据上级部门的要求需编制放顶煤设计,现编制《新疆玛纳斯县芦草沟园丰煤矿放顶煤专项设计》,力争使该矿的采煤方法及采矿工艺再上一个新台阶。

放顶煤采煤法为目前国内开采厚煤层时首选的一种较为先进、安全的采煤方法,虽然该采煤法具有回采率相对较低,开才技术条件要求较高等缺点,但同时该采法具有巷道掘进率低、生产能力大、生产成本低、用人少、工人劳动强度低、安全性能高等较为明显的优点,故经过多年的现场推广,和其他矿的经验,现己成为一种普遍认同的采煤方法,具有较为广阔的推广前景和实用性。

一、设计依据

1、《煤炭工业小型煤矿设计规定》、《煤矿安全规程》及国家行业管理部门有关政策法规。

2、新疆煤田地质局综合地质勘查队于2005年8月提交的《新疆玛纳斯县芦草沟园丰煤矿详查地质报告》。

3、《新疆玛纳斯县芦草沟园丰煤矿改扩建工程初步设计》。

4、新煤行管发[2008]278号文《关于新疆维吾尔自治区煤矿采煤方法改革的意见》。

5、安监总煤行[2008]130号文《国家安全监管总局国家煤矿安监局关于加强煤矿放顶煤开采安全管理工作的通知》。

6、新煤安监发[2008]111号文《转发国家安全监管总局国家煤矿安监局关于加强煤矿放顶煤开采安全管理工作的通知》。

二、设计的指导思想及主要设计原则

设计本着充分利用现有工程和设施,选择先进、合理、可行的采祛,提高资源回收率,本着投资少、见效快、工程量小。

力求实用、安全、可靠的原则进行设计。

三、设计的主要特点

本设计采用走向长壁悬移支架炮采放顶煤采煤法。

合理布置工作面,降低巷道掘进率;在安全生产有保证的前提下,使矿产资源的口收利用率相对有所提高。

选择适合该矿煤层赋存特点的支架支护工作面顶板,同时,有针对性的预防安全生产中出现的各类事故的发生,从而确保矿井的安全生产,另外,还可从一定程度上降低工人的劳动强度及企业的生产成本。

四、设计主要技术经济指标

1、生产能力:

9.0万t/a。

2、采煤方法采用走向长壁悬移支架炮采放顶煤采煤法

3、回采工效:

9.28t/工.日;

4、吨煤成本:

77.18元/t;

5、可采储量:

17.1万t,服务年限1.9a;

6、工作面平均日产量:

353t;

7、采区回采率:

79.1 %。

第一章井田概况及地质特征

第一节井田概况

交通位置

井田位于玛纳斯县县城西南54km的芦草沟矿区,玛纳斯河东侧,西邻玛纳斯县联营煤矿,北邻玛纳斯县玛河煤矿,行政区划属玛纳斯县清水河子乡管辖。

井田中心地理坐标:

东经85°53′49″,北纬43°53′52″。

矿区向西有5km简易盘山砂石路连接石河子南山煤矿红沟分矿矿部,红沟煤矿矿部向北西方向有15km砂石路至紫泥泉子镇(151团场),紫泥泉子镇向北有40km柏油路与乌奎高速公路、312国道和北疆铁路相接,交通便利。

详见交通位置图1-1-1。

二、地形地貌

井田位于天山北麓低山区的玛纳斯河上游东侧,总的地势为南高北低、南北向岭谷相间的特征,沟谷狭窄,山岭陡峻,海拔+1230~+1596m。

矿区最高点在东南角,标高+1583m;最低点在矿区东北部,标高+1246m,相对高差337m左右,地形切割强烈,为低山区地貌。

三、河流

井田内有两条沟谷,均为近南北向,其中东部沟谷为小芦草沟,无常年地表水流,仅春季融雪期有少量雪融水和夏季暴雨引发的暂时性洪水;中部为芦草沟,常年有水,以上游山区雪融水和山泉水为补给源,流量一般在2~10L/s,向北3km注入玛纳斯河。

井田西侧的玛纳斯河是常年性河流,为本地区的最低侵蚀基准面,河底标高+990m,年迳流量8.38~11.10×108m3,7~8月洪水期流量200~400m3/s,10~3月枯水期流量3~5m3/s。

四、气象与地震

矿区属大陆性半干旱气候区,冬季严寒,每年12月至次年2月平均气温-12.7—-16.5℃,最低气温-38℃,最大冻土深度1.2米;夏季气候凉爽,6—8月平均气温23.8—25.8℃,最高气温32℃,区内气候干旱,年降水量285.1—550.3毫米,平均降水量417.63毫米。

每年10月开始降雪,翌年4—5月消融。

6—8月为雨季,多暴雨冰雹,常形成山洪。

本地区属中温带大陆性干旱气候,气候变化的总趋势为冬季严寒,夏季炎热,春秋两季气候多变。

全年最冷在12月至翌年2月,最低气温-20℃左右,每年7~8月气温最高,平均在零上20℃以上。

年降水量276mm左右,最大日降水量18mm。

年平均降水日70~90天,年蒸发量一般为2143mm,最大蒸发量在7月份可达356.5mm。

每年10月下旬上冻,3月下旬至翌年4月份开始解冻;初雪在10月上旬,终雪在4月下旬,最大冻土深度最深达1m。

风向以西南风为主,秋冬季风大,最大风速2.9m/s,一般风速1.2~2.0m/s。

井田位于天格尔山北部边缘,属强震断裂带范围之内,其烈度区根据现行评价标准划为八级烈度区。

第二节井田地质

一、矿区地质

A、矿区地层

(一)地层

本井田地层属于新疆地层表乌鲁木齐分区、玛纳斯小区,区域出露的地层呈北西西—南东东向带状分布,由南而北依次出露有:

石炭系中统前峡组;侏罗系下统八道湾组、三工河组,中统西山窑组、头屯河组,上统齐古组、喀拉扎组;白垩系下统吐谷鲁群及第四系上更新统风积黄土层和全新统冲洪积层,各时代地层详见表1-2-1。

区域地层简表

表1-2-1

地层

名称

代号

接触

关系

岩相岩性特征

厚度(m)

新生界

四系

全新统

冲洪积层

Q4apl

不整合

为冲积、洪积层,岩性以砾石、中粗砂,砂土为主,砾石为棱角状,分选性差,松散状,未胶结。

7.9—18

上更新统

风积黄土层

Q3eol

为风积亚砂土、沙土黄土

0—10

不整合

白垩系

下统

吐谷鲁群

K1tga

湖相沉积的绿灰色,酱紫色泥岩夹长石砂岩

434—669

不整合

上统

喀拉扎组

J3k

山麓河流相沉积的棕红色,紫褐色砾岩,夹粗砂岩、粉砂岩,粉砂质泥岩

132.82—305

整合

齐古组

J3q

干旱条件下的杂色河湖相沉积,由粉砂岩泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩组成不均匀互层

600—900

整合

头屯河组

J2t

干旱条件下的湖相沉积,由粉砂岩,粉砂质泥岩,泥岩夹砂岩、砂砾岩组成

450—520

整合

西山窑组

J2x

为河流相,泥炭沼泽相沉积,由灰色深灰色砂岩、粉砂岩、泥岩、炭质泥岩、煤层组成

15.63—1457.47

整合

三工河组

J1s

为湖相沉积的深灰,灰绿色、黄绿色泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、粉砂岩夹砂岩组成,不含煤层

200—400

整合

八道湾组

J1b

为河流相沉积的砂岩、砂砾岩、砾岩,本区域内不含可采煤层。

171—580

断层

古生界

石炭系

中统

前峡组

C2qx

为海相碎屑岩,火山喷发沉积岩及火山岩

>3544

(二)构造

井田位于准噶尔地块之乌鲁木齐山前拗陷的西段,主体构造为向北倾斜的单斜构造。

井田内岩层、煤层总体为近东西走向、向北偏东方向倾斜的单斜构造,地层走向350—20°,倾角30—40°,井田西部地层产状变化不大,井田东南部地层有波状起伏但影响范围不大,井田范围未发现大的断层构造。

(三)烧变岩

位于芦草沟以西的火烧区大部分裸露地表,位于芦草沟以东地段的火烧区大部分被第四系黄土所覆盖,均为死火区。

由于受煤层自燃影响,煤层顶底板岩石由于受到高温烘烤多以变质成烧变岩,岩石变的硬而脆,裂隙发育,岩石破碎,孔隙大,透水性强。

位于芦草沟与火烧区交界地段泉水众多,并形成了大面积的沼泽地,而其它地段则末见此现象,说明该地段由于受芦草沟的切割,使得火烧区中地下水通过第四系砂砾石层外溢。

据磁法探测和钻孔控制,该区煤层火烧深度一般在+1300m以上。

二、煤层及煤质

(一)煤层

1、含煤性

井田内西山窑组地层中含编号煤层21层,从下至上依次编号为B1—B21;在编号煤层中,0.70m以上可采或局部可采煤层11层,可采总厚33.60m,含煤地层总厚552.09m,可采煤层含煤系数6.1%。

煤层倾角35º~40º,平均37º。

2、主要可采煤层

井田内可采煤层共11层,现将各可采煤层特征分述如下:

B19煤层

为稳定的全区可采煤层,结构简单,煤层可采厚度1.50-1.88m,平均厚度1.65m。

B19煤层为现在一号井(在井田西部)开采煤层,现开采水平已经在井田以外。

B17煤层

为不稳定的可采煤层,煤层结构简单,全区可采,煤层可采厚度1.88-8.16m,平均厚度3.79m,煤层在矿区西部与其下部B16煤层合并。

B16煤层

为稳定可采煤层,结构简单,煤层可采厚度1.50-2.51m,平均厚度2.21m。

B14煤层

为不稳定煤层,全区可采,结构简单,煤层可采厚度0.99-2.64m,平均厚度2.07m。

B10煤层

为稳定的全区可采煤层、结构较简单,煤层可采厚度3.59-5.42m,平均厚度4.63m。

B9煤层

为稳定的可采煤层、结构简单,煤层可采厚度1.95-2.45m,平均厚度2.21m。

B8煤层

为较稳定的可采煤层,结构较复杂,全区可采,煤层可采厚度1.93-5.55m,平均厚度3.96m。

B6煤层

为较稳定的全区可采煤层,结构较简单,煤层可采厚度0.92-3.30m,平均厚度1.98m。

B3煤层

为较稳定的全区可采煤层,结构较简单,煤层可采厚度1.72-5.11m,平均厚度3.90m。

B2煤层

为稳定的全区可采煤层,结构简单,煤层可采厚度1.17-1.72m,平均厚度1.44m。

B1煤层

为稳定的全区可采煤层,结构简单,煤层可采厚度0.70-0.98m,平均厚度0.85m。

可采煤层特征见表1-2-2。

 

可采煤层特征统计表

表1-2-2

煤层

编号

煤层厚度

煤层间距

夹矸层数

煤层厚度变异系数

可采性指数

煤层结构类型

煤层稳定性

煤层

倾角

(度)

最小-最大

最小-最大

平均(m)

平均

B19

1.50-1.88

1.65

51.00-122.80

79.50

0

7%

1

简单

稳定

35~40

B17

1.88-8.16

3.79

0

66%

1

简单

不稳定

0-20.50

8.50

B16

1.50-2.56

2.21

0-1

18%

1

简单

稳定

20.36-48.00

30.29

B14

0.99-2.64

2.07

0

45%

1

简单

不稳定

43.3-78.79

57.69

B10

3.59-5.42

4.63

0-1

17%

1

简单

稳定

21.96-34.67

27.54

B9

1.95-2.45

2.21

0-1

9%

1

简单

稳定

21.00-38.00

21.90

B8

1.93-5.55

3.96

0-3

11%

1

较复杂

稳定

1.57-9.58

5.35

B6

0.92-3.30

1.98

0-1

40%

1

简单

较稳定

33.87-48.09

39.82

B3

1.72-5.11

3.90

0-1

34%

1

简单

较稳定

2.2-23.06

7.14

B2

1.17-1.72

1.44

0-1

17%

1

简单

稳定

2.09-7.08

4.42

B1

0.70-0.98

0.85

0

14%

1

简单

稳定

(二)煤质

1、物理性质和煤岩特征

地质报告对施工钻孔所取煤芯进行了现场鉴定,所有煤层的物理性质基本相同,煤的颜色为黑色,条痕色为黑褐一黑棕色,弱沥清质光泽-沥清质光泽,断口平坦-参差状,具有条带状结构,层状构造,内生裂隙不发育,煤芯多呈碎块状、粉末状,有质轻性脆的特点,各煤层容重值见表1-2-3。

 

煤层容重成果统计表

表1-2-3

煤层编号

B19

B17

B16

B14

B10

B9

B8

B6

B3

B2

B1

取样点数

3

3

4

3

5

5

6

6

6

6

4

容重

(加权均值)

1.23

1.33

1.35

1.35

1.37

1.39

1.34

1.38

1.38

1.40

1.36

各煤层成分分布基本相同,去矿物基中镜质组占绝大多,含量在52.9%-69.8%之间,平均61.3%;其次是惰质组占28.0%-42.0%,平均33.9%;半镜质组占2.0%-5.3%,平均3.6%;壳质组最少占0.2%-0.6%,平均0.4%。

含矿物基中现矿物组分总量占79.3%-87.0%,平均81.1%;粘土矿物占13.0%-36.4%,平均19.0%,其中B1、B2、B6煤层粘土矿物含量较高超过20%,其它物质含量很小,详见表1-2-4。

四、水文地质

(一)、矿区水文地质

1、矿区水文地质条件

玛纳斯县园丰煤矿位于天山北麓玛纳斯河与塔西河之间的低山丘陵区,矿区南部由石炭系、二叠系的碳酸岩、石英砂岩、砾岩、凝灰岩等组成的中高山区,矿区内则由侏罗系、三叠系及第四系砂岩、砂砾岩、泥岩及煤层等组成的山前低山丘陵地貌,矿区北部由玛纳斯河冲洪积砂砾石组成的河谷地貌。

地势总体呈南高北低,地表大部分被第四系黄土所覆盖,植被条件好,冲沟发育,地表排泄条件良好。

矿区西北侧的玛纳斯河是常年性河流,自南向北从矿区外西北部流过,其水位标高在+990m左右,属区域性侵蚀基准面。

年迳流量8.38—11.10×109m3,7—8月为洪水期流量达200—400m3/s,10—3月为枯水期流量在3—5m3/s。

矿区内唯一常年性地表水流为芦草沟,其余均为季节性冲沟,仅在春季融雪期有少量雪融水和夏季暴雨、冰雹引发的暂时性洪水,对矿区地下水有少量补给,然矿区地形坡度较大,所形成的暂时性地表水流大都顺沟谷向低凹处排泄,因此暂时性地表水流对煤矿地下水的补给甚微。

2、矿区含(隔)水层(段)

通过对前人资料的分析研究,并结合本次水文地质工作中的钻孔简易水文、抽水试验、矿井水文地质调查及地层岩性特征,按上述含(隔)水层的划分依据,将该区地层划分为二个含水层、一个含水带,一个透水层和一个隔水层。

含(隔)水层划分一览表

表1-2-16

地层

时代

含(隔)

水 层

编 号

含(隔)水层名称

钻孔揭露含水层

(组)厚度(米)

含水层累计厚度(米)

最小值-最大值

平均值

最小值-最大值

平均值

Q4al+pl

H1

第四系全新统冲洪积潜水含水层

7.85-28.1

17.98

7.85-28.1

17.98

Q3eol

H2

第四系上更新统风积透水不含水层

0-15.00

7.50

0-15.00

7.50

J2x

H3

中侏罗统西山窑组弱含水层

129.03-595.16

437.47

33.5-67.0

45.50

烧变岩

H4

烧变岩含水带。

末揭露

/

J1S

G1

下侏罗统三工河组隔水层

>100

/

(1)第四系全新统冲洪积、坡积砂砾石含水层(H1)

该含水层主要分布在芦草沟及小芦草沟等现代冲沟及其两侧,分布面积较小,沿冲沟呈条带状分布。

其岩性主要由砾石、粗砂、亚砂土等组成,厚度一般在7.85-28.1m。

由于该岩层结构松散,孔隙大,透水性强,接受地表水、大气降水和融化雪水的直接补给,赋存一定量的地下水,其泉水流量为0.018-0.506L/s,单位涌水量q=0.227L/s·m,k=3.242m/d,属富水性弱的含水层。

水化学类型为HCO3·SO4-Ca·(K+Na)。

(2)第四系上更新统透水不含水层(H2)

该层主要分布在芦草沟以东的山坡及山顶部位,岩性以风成黄土为主,结构较疏松,具有一定的透水性,平均厚度在7.5m,由于所处位置较高,只能接受有限的大气降水和融化雪水补给,其底部没有良好的隔水层阻隔,不利于地下水储存,大气降水和地表水可通过该层补给下伏地层,属透水而不含水层。

(3)侏罗系中统西山窑组基岩裂隙-孔隙承压含水层(H3)

该含水层在全区均有分布,位于G1隔水层之上,芦草沟以东大部分被第四系黄土层所覆盖,以西基岩裸露,岩性主要由泥岩、泥质粉砂岩、细砂岩、粗砂岩、含砾粗砂岩、砾岩及煤层等组成,平均厚度约437.59m。

其中含水层主要由粗砂岩、含砾粗砂岩、砾岩及煤层组成,多为泥质、钙质胶结,岩石硬脆,局部地段裂隙较发育,该含水层主要接受大气降水、融化雪水、地表水、山区泉水及火区积水的补给,赋存一定量的地下水,且水头压力大,地质勘探的6个钻孔中有4个钻孔涌水(2-2、2-3、3-2、3-3),钻孔自流量在0.448-1.236L/s之间,水位标高在1316.13-1319.68m。

地质勘探选择2-2孔和3-2孔分别对该含水层进行了抽(放)水试验,其单位涌水量在0.05469-0.0915L/s·m,渗透系数k=0.1144-0.1255m/d,属于富水性弱的含水层。

水化学类型为Cl·HCO3-(K+Na)。

(4)烧变岩裂隙含水带(H4)

该含水带主要分布在矿区南部的B1、B2、B3、B6、B8、B9、B10等煤层的浅部,沿煤层走向呈条带状分布,其它煤层沿走向也有零星分布,位于芦草沟以西的火烧区大部分裸露地表,位于芦草沟以东地段的火烧区大部分被第四系黄土所覆盖,均为死火区。

由于受煤层自燃影响,煤层顶底板岩石由于受到高温烘烤多已变质成烧变岩,岩石变的硬而脆,裂隙发育,岩石破碎,孔隙大,透水性强。

由于受地形和水文地质条件差异的影响,火烧深度不一,含水情况也不相同。

据磁法探测和钻孔控制,该区煤层火烧深度一般在+1300m以上,即当地最低侵蚀基准面(芦草沟)以上,火烧区主要接受大气降水、融化雪水及季节性地表水补给,富水性较强,地下水多以静储存量为主。

据实地调查,位于芦草沟与火烧区交界地段泉水众多,并形成了大面积的沼泽地,而其它地段则末见此现象,说明该地段由于受芦草沟的切割,使得火烧区中地下水通过第四系砂砾石层外溢。

(5)侏罗系下统三工河组隔水层(G1)

主要分布于矿区南部,位于西山窑组B1煤层下部,总体呈近东西向条带状分布,区内仅见其上部地层,岩性为一套灰绿色的粉砂质泥岩,泥质粉砂岩、粉砂岩夹细砂岩组成的湖泊相沉积,组成岩石的颗粒极细,岩石致密,裂隙不发育,泥质成份高,因而其富水性和透水性差,可视为相对隔水层,厚度大于100m。

3、地下水的补给、迳流、排泄

区域内各含水层主要接受大气降水、融化雪水、地表水和第四系砂砾石潜水的补给,地下水运动的总体流向由南向北迳流,但受地形切割影响或不同透水性岩层(隔水层)的阻隔作用,以及受区域阻水断层的影响,多以泉水的形式向沟谷排泄。

地表水基本由东向西排出井田,地下水仅井田东西部河谷、沟底的坡积、冲洪积碎屑物中存在有少量。

矿井形成了一个局部排泄区,而井田内发育的冲沟,即构成了矿井水的排泄通道。

4、含水层之间的水力联系

(1)第四系含水层与基岩含水层之间的水力联系

区内第四系砂砾石潜水含水层主要分布在冲沟、河谷及山前洼地之中,分布面积较小,多呈条带状分布,接受地表水、大气降水和融化雪补给,赋存一定量的地下水,属弱-中等富水含水层。

由于该含水层直接覆盖在基岩含水层上,因此,第四系含水层中的潜水可通过基岩风化裂隙补给下覆基岩含水层,从而与之发生水力联系。

(2)基岩含水层之间的水力联系

井田内基岩含水层均属弱含水层,且组成含水层的岩性较复杂,含水层与含水层之间存在着透水性极差的泥岩、泥质粉砂岩,由于地下水补给条件差,岩石裂隙和孔隙不甚发育,地下水循环条件差,加之受隔水层的阻挡,除局部地段由于受构造破坏,使得各含水层之间存在一定的水力联系外,其余地段水力联系极其微弱。

(3)火烧区潜水与基岩含水层及第四系含水层之间的水力联系

该区火烧区直接覆盖在基岩含水层之上,接受融雪水、大气降水补给赋存一定量的地下潜水,火烧区潜水可通过基岩裂隙垂直入渗补给下伏基岩含水层。

芦草沟和小芦草沟自南向北横切整个火烧区,致使火烧区与砂砾石直接接触,从而使火烧区潜水与第四系砂砾石含水层发生水力联系。

(二)矿坑涌水量计算

1、预测范围

矿坑涌水量预测以B8煤层储量计算图为底图,预测深度为+1150m水平,预测面积北以+1150m水平线在地面上的投影为界,南以火烧区保安煤柱底界为界,东西两侧以矿区边界为界,面积约2.5109km2。

2、预测方法、公式和涌水量

本次工作主要是利用业主提供的该矿原生产地质报告中提供的联营煤矿矿井排水资料及2-2和3-2号钻孔抽(放)水试验资料,采用水文地质比拟法和大井法预测矿坑涌水量。

(1)矿坑正常涌水量预算

利用矿区西邻的联营煤矿年产量、排水量,预测矿井未来涌水量为960m3/d。

(2)大井法

利用大井法预测矿井未来涌水量为Q=4502.01(m3/d)

3、矿坑涌水量预测结果评价

矿坑涌水量预测采用比拟法和大井法进行预算,通过对上述两

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