王台铺矿十五号煤层开拓延深工程初步设计Word下载.docx
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王台铺矿十五号煤层开拓延深工程初步设计Word下载.docx
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(三)开拓延深方式
结合现有的井巷工程及生产系统,开拓延深方式采用从现有+695水平布置暗斜井延深方式,在风井场地新增加一辅助回风立井。
十五号煤开拓延深系统按二个盘区二个工作面,达到1.80Mt/a设计生产能力进行设计,一次设计,分期实施。
全井田划分为四个盘区。
初期投产时,首采盘区为二盘区,盘区生产能力为0.9Mt/a。
(四)、巷道布置及主要生产系统
十五号煤层盘区巷道按三巷布置,分别为:
胶带进风巷、轨道进风巷、专用回风巷,三条巷道均沿十五号煤层顶板布置;
每个盘区内均布置独立的生产系统,并与+695水平既有生产系统沟通。
(五)、采掘工艺
十五号煤采煤方法选用长壁工作面一次全采高综采工艺,掘进采用综掘工艺,每个盘区按一个回采面,二个综掘面布置。
(六)、运输
主运输系统:
盘区内为胶带输送机搭接,经上仓胶带斜巷,并入695水平煤仓,再由主斜井胶带输送机运至地面生产系统。
材料运输系统:
695水平车场,由蓄电池机车牵引矿车运输材料,盘区内辅助运输方式前期为小绞车运输,后期为无级绳连续牵引车运输。
人员运输系统:
沿十五号煤层布置专用行人巷,并与盘区胶带巷连通,前期人员步行,后期沿专用行人巷、盘区胶带巷一侧布置运人猴车。
(七)、通风
矿井采用抽出式通风,矿井生产前期通风方式为中央并列式通风,在现有风井场地新增一辅助回风立井,与原有的一号回风立井并列运行。
矿井生产后期,在井田南、北翼分别设立一回风井兼[换行]安全出口。
(八)、排水
矿井设两个排水水平,即695中央水仓和620中央水仓。
盘区设盘区水仓。
矿井达到产时,二盘区水仓的水通过管路泵送至620中央水仓,经行人斜井排至地面;
一盘区的水通过管路泵送至695中央水仓,经副斜井排至地面。
(九)、供电、通讯、监控
十五号煤层供电由695水平中央变电所担负。
十五号煤层通信和监测监控由695水平供给。
四、主要技术经济指标
1、15号煤设计能力:
180万t/a
2、15号煤可采储量:
3214.61万吨
3、15号煤服务年限:
16.6年
4、井巷工程量:
22204.6m/259506.4m3
5、概算总投资:
26925.16万元,吨煤投资为149.58元/吨。
6、建设工期:
17月
五、存在问题与建议
1、井田内有多个地方小煤矿,生产中一定要加强采空区、瓦斯、涌水等地质调查工作,留设足够的保安煤柱,并坚持“预测预报、有疑必探、先探后掘,先治后采”的原则,防患于未然。
2、15号煤层顶板为平均厚度9m左右的石灰岩,坚硬致密,难以垮落,在开采过程中,容易出现采空区悬顶不落,对支架受力极为不利,建议加强坚硬顶板下安全开采技术的研究,及时切断采空区顶板,保证长壁综采工作面回采安全。
3、根据煤样鉴定结果,15号煤层为Ⅰ级、容易自燃煤层,本次按容易自燃煤层设计。
建议对15号煤层自然发火期进行统计与研究,制定一整套综合预防煤层自燃措施。
4、本井田中西部部分15号煤硫分超过3%,建议开采时,甩掉煤层底部的硫化铁夹层,确保原煤硫分降至国家规定范围之内。
第一章井田概况及地质特征
第一节 井田概况
一、地理概况
1、井田位置、范围、交通
王台铺矿位于山西省晋城市北东10km处,行政区划属晋城市城区北石店镇和巴公镇管辖,地理坐标为东经112°
51′44″-112°
55′20″,北纬35°
31′53″-35°
37′13″,2001年7月23日,国土资源部为该矿签发了采矿许可证,采矿许可证号为1000000140099,井田边界由43个拐点构成。
井田南北长8350-13600m,东西宽1950-5150m,面积33.7032km2。
井田西部与凤凰山煤矿相邻,南部与古书院矿接壤。
本井田交通十分便利,东部有太原-焦作铁路经过,是连接同蒲、石太、京广诸线的大动脉。
公路四通八达,207国道纵贯井田中部,晋城至高平、陵川的省级公路从本区南东部经过,本矿的运煤专线与太焦铁路相接,另外,与207国道平行的晋城-长治高速公路及晋城-阳城、晋城-焦作的高速公路均已通车,交通运输极为便利。
矿井交通位置见图1—1—1。
2、地形地势
井田内为起伏不平的低山丘陵地形,大部地区被黄土覆盖,中西部出露基岩较多。
地形切割剧烈,冲沟发育。
地势西北高南东低,最高点在井田的西部,标高941.2m,最低点为井田南部的河床,标高748.4m,相对高差192.8m。
3、河流及水体
井田内地表河流主要有2条,北部有巴公河,南部有刘家川河,由西向东横穿井田,均为季节性河流,属丹河水系,丹河由北而南从井田东界外流过,向南汇入黄河。
井田内其它冲沟则基本干涸无水,仅雨季时才有短暂洪水排泄。
4、气象与地震
本区气候为暖温带大陆性季风型,四季分明。
年最小降雨量265.7mm,最高降雨量1010.4mm,平均612.2mm,雨水多集中在7-9月;
年均蒸发量为1783mm,最小1480.5mm,最大2428.3mm,蒸发量是降水量的2-3倍。
气温一般较高,月最高温度达38.6℃,最低气温-22.8℃,平均气温11℃;
月均最低气温在一月,为-4.5℃,最高气温在七月,为23.4℃。
冰冻期为11月至次年3月,冻土深度一般在0.3m左右,最大可达0.43m。
全年无霜期在180天,早霜期一般于10月中旬,终霜期于4月中旬。
本区风力不大,一般3-4级,最大6级,春、冬季多西北风,夏秋季多东南、南风。
根据国家《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001),晋城市为6度地震烈度区。
二、矿区总体规划及矿井开发现状
矿井始建于1958年,1964年8月投产,矿井设计能力60万t/a。
1965年进行了第一次扩建,将矿井设计能力提升到90万t/a,1975年完成扩建工作。
1985年矿井进行了第二次改扩建,又将矿井设计能力增加至210万t/a,1989年10月完成扩建工程,当年达产,同时新建了处理能力为210万t/a的洗煤车间与矿井配套。
矿井开拓方式为斜井多水平盘区开拓,井底车场折返式。
矿井先期开采3、9号煤层,3号煤层,被划分为8个盘区,2002年综采结束,边角煤柱回收于2005年底结束;
9号煤层划分为5个盘区,目前仅剩余五盘区尚布置有正规回采工作面,剩余可采储量300万t。
第二节 地质特征
一、地质构造及煤层
(一)地质构造
受区域构造影响,本井田地质构造以宽缓褶曲为主,伴生一些落差不大的小型断层和少量陷落柱。
现分别简要叙述如下:
1、褶曲
根据地表基岩露头观测和钻孔、井下巷道揭露资料,井田内共发育较大褶曲12条,褶曲轴向主要为北东东向,其次为北西向和近东西向。
有些褶曲还发生弧型弯转,轴长一般1500-2500m,最长者4600m,两翼倾角2-8°
。
2、断层
本井田地表未发现断层构造,但在井下采掘过程中发现了一些小型断裂构造,其中3、9号煤巷道发现小断层32[换行]条,落差最大9m,最小0.5m,一般在1.0m左右,走向延伸长度多在200m左右,为层间断裂构造,倾角多在40°
左右,走向NE向者居多。
从已揭露的断层看,对采区的划分没有太大的影响,破坏煤层的力度也较弱。
但对机械化综采工作面布置有一定影响。
3、陷落柱
矿井在井下3、9号煤层开采时发现2个陷落柱,均位于井田中部。
水平断面多呈椭圆形或近圆形,一般长轴为50-60m,短轴20-30m。
据3、9号煤层开采揭露情况,遇到陷落柱未出现明显导水涌水现象,对矿井生产未造成大的影响。
综上所述,本井田虽然褶曲较发育,但均为平缓褶曲,揭露断层均为小断层,综合分析,井田构造复杂程度应属简单类。
㈡、地层
王台铺井田位于沁水煤田东南部、晋城矿区东部,井田内广为第四系黄土覆盖,基岩主要分布于中西部的山梁及部分沟谷地段,大部分为下石盒子组及上石盒子组中、下部地层。
现结合区域资料与钻探资料,由老至新分述如下:
1.奥陶系中统(O2)
⑴下马家沟组(O2x)
以中厚层状石灰岩为主,下部夹泥质灰岩和含石膏的泥质角砾状灰岩,中下部岩溶发育,呈蜂窝状小溶洞相互连通,一般可见岩溶比较发育的层段1-3层,溶洞内可见黄褐色沉淀物。
最高的岩溶层距奥灰顶界264.27-377.00m,岩溶层段总厚8.70-64.59m,平均31.69m。
⑵上马家沟组(O2s)
以浅灰-深灰色致密性脆的厚层状石灰岩为主,次为泥质灰岩,具方解石细脉。
本组厚177.04-254.13m,平均207.96m。
⑶.峰峰组(O2f)
以深灰色坚硬致密的厚层状石灰岩及角砾状灰岩为主,夹有薄层泥灰岩。
本组厚42.79-86.13m,平均68.38m。
2、石炭系(C)
⑴中统本溪组(C2b)
以灰白色铝土质泥岩和深灰色泥岩,为一套以泥质岩为主的泻湖海湾相沉积。
底部为山西式铁矿。
本组厚1.64-26.15m,平均8.62m。
与下伏峰峰组呈平行不整合接触。
⑵上统太原组(C3t)
为井田主要含煤地层之一,由深灰色-灰黑色泥岩、砂质泥岩、砂岩、石灰岩、煤层组成,属三角洲和碳酸盐岩台地沉积。
含煤10层,一般6-8层,可采2层(9号、15号)。
含石灰岩5-8层,一般5层。
本组厚68.78-91.15m,平均80.95m。
底部以K1砂岩与本溪组呈整合接触。
井田内K1砂岩极不稳定,大部相变为深灰色泥岩。
3、二叠系(P)
⑴下统山西组(P1s)
为井田主要含煤地层之一。
由灰白色-深灰色砂岩、灰黑色泥岩、砂质泥岩、煤层组成,属三角洲平原和泻湖、湖沼沉积。
含煤4层,其中3号煤层为主要可采煤层。
本组厚46.94-77.34m平均54.59m。
底部以k7砂岩与太原组呈整合接触。
⑵下统下石盒子组(P1x)
由灰色、灰绿色砂岩、砂质泥岩、泥岩组成,局部夹1-2层煤线及铁锰质结核。
属淡水的浅湖-滨湖相沉积。
顶部含铝质泥岩,富含鲕粒,俗称“桃花泥岩”,层位稳定,分布广泛,是良好的标志层。
底部为灰、深灰色细-中粒长石石英砂岩(K8)。
本组厚68.22-97.53m,一般78.12m。
与下伏山西组呈整合接触。
⑶上统上石盒子组(P2s)
本组属陆相河流和湖泊沉积。
据岩性组合可分为三段,井田内仅残存本组一、二段:
一段(P2s1):
井田中部断续分布。
由黄绿、灰绿、紫红色细粒砂岩、砂质泥岩、泥岩组成。
底部为中-粗粒长石石英杂砂岩(K10),泥质胶结,具交错层理。
与下伏下石盒子组呈整合接触。
本段厚72.10-90.01m,一般85.78左右。
二段(P2s2):
井田中西部有少量出露。
由杏黄色、灰绿色砂岩、砂质泥岩、泥岩组成,夹数层中厚层状粗粒长石石英杂砂岩。
中部夹厚0-0.50m的锰铁矿层。
井田内本段上部多被剥蚀,残留厚度约80.00m左右。
4、第三系上新统(N2)
由红色粘土和亚粘土组成。
土质细腻,塑性好。
含锰铁质结核。
厚0-40m。
与下伏地层呈角度不整合接触。
5、第四系(Q)
⑴中更新统(Q2)
由红色亚粘土、砂砾层组成,砂砾层呈半胶结或不胶结,分选不良,磨圆度差。
厚0-25m。
⑵上更新统(Q3)
由黄色、灰白色、灰黑色亚粘土、亚砂土及砂土组成,垂直节理,含多量腐植质及钙质结核。
厚0-15m。
⑶全新统(Q4)
分布于较大沟谷之中。
由砂土、砾石组成,分选不好。
厚0-10m。
(三)煤层
本井田含煤系为上石炭统太原组和下二叠系山西组,主要可采煤层为3号、9号、15号煤三层。
表1-3-1 可采煤层情况一览表
井田范围3号煤层已采空,9号煤层亦进行开采了大部分。
本设计主要对象为下组15号煤层,现将15号煤层赋存情况叙述如下:
15号煤层:
位于太原组底部,直伏于K2石灰岩之下,上距9号煤层28.00m左右。
煤层厚度0.85-5.27m,平均2.51m。
煤层厚度在大部地段变化不大,一般多在2.00-3.00m之间变化。
该煤层结构中等,一般含夹矸1-3层,夹矸岩性多为泥岩、炭质泥岩,夹矸厚度大都在0.10-0.50m左右。
井田高硫区(硫份大于3%)煤层下部,普遍存在一层硫化铁矿夹层,厚度为0.25-0.35m左右。
15号煤层直接顶板为K2石灰岩,厚度8.41-10.26m,层位稳定。
煤层底板为灰-深灰色泥岩、铝质泥岩,局部有黑色炭质泥岩伪底。
二、水文地质
(一)主要含水层
1、第四系孔隙含水层
为孔隙潜水和滞水。
由冲积、洪积层、砂砾、黄土组成。
以底部砂砾为主,厚2-5m,水量较丰富,水位浅,是当地居民主要生活用水水源,单位涌水量为0.073-1.050L/s.m,[换行]渗透系数0.645-2.41m3/d。
2、基岩风化裂隙含水层
基岩风化壳主要发育于二叠系地层裸露区和浅埋地带,风化壳深度30-50m,风化裂隙随埋藏深度增加而减弱,一般地形较高处比较低处发育,其富水性与地表汇水面积和风化壳底部隔水层隔水能力有关,富水程度不等。
据王台铺矿206号孔和凤凰山矿215、253号孔抽水试验,单位涌水量为0.0104-0.90L/s.m,渗透系数为0.06-1.94m3/d。
局部富水性较好。
3、下石盒子组砂岩裂隙含水层
本组含水层一般有4-5层灰白色砂岩,以底部(K8)砂岩含水为主,其富水性弱。
含水层被沟谷切割,出露位置常形成下降泉,但涌水量小,且流不远即因渗漏而消失。
根据450号孔和朝天宫水井抽水资料:
单位涌水量为0.0059-0.086L/s.m,渗透系数0.465m3/d。
4、下二叠统山西组含水层(P1s)
本组含水层主要以3号煤层老顶砂岩为主,厚6.03-26.78m,一般厚10.35m,节理裂隙发育,岩性稳定,属裂隙-孔隙潜水。
经钻孔抽水试验及回采中测定,单位涌水量为0.0066-0.059L/s.m,渗透系数为0.014-0.342m3/d,富水性弱。
5、上石炭统太原组灰岩岩溶裂隙含水层
本组主要由两个含水层,即K2、K5灰岩层。
K2灰岩含水层:
位于太原组底部,15号煤层的直接顶板,厚度8.41-10.26m,一般9.32m。
该含水层在井田内富水性弱,只有在9号煤层露头以外含水性强。
经146号孔和206号孔抽水试验,单位涌水量0.00049-0.0027L/s.m,渗透系数0.00017-0.0043m3/d,该含水层与其它含水层没有水力联系。
K5灰岩含水层,位于太原组中部,厚度2.97-4.39m,一般3.85m。
从已施工的钻孔、井巷工程综合分析,在3号煤层覆盖区,K5灰岩裂隙溶洞不发育,含水性弱。
在王台铺井田内3号煤层隐伏风氧化带东南部,盖层厚度小于50m,且第四系覆盖层厚度大于20m的区域范围为K5灰岩层富水区,面积约4.5km2。
该含水层与其它含水层没有水力联系。
6、中奥陶统马家沟组石灰岩岩溶裂隙含水层
为煤系地层基底,其岩性主要为石灰岩、泥质灰岩、角砾灰岩。
据钻孔和水源井揭露,全统厚度为400-500m。
主要含水层在下马家沟组,一般发育有2-4层岩溶层,厚30-50m。
埋藏深度一般在430-500m,在本区普遍分布,厚度变化不大。
含水段裂隙岩溶特别发育,富水性强,属岩溶承压水。
根据井田内15号煤层最低底板标高西界处王补53号孔15号煤层底板标高593.80m与奥灰水位标高对比分析,井田内15号煤层底板标高均高于奥灰水位标高,奥灰水对今后开采15号煤层没有威胁。
(二)主要隔水层
1、本溪组-15号煤层底板泥质岩隔水层
本溪组至15号煤底平均厚度11.72m,主要由泥岩、铝质泥岩组成,岩性致密,细腻,不透水,为阻断奥灰水与含煤地层水力联系的重要隔水层。
2、石炭二叠系泥质岩层间隔水层
在石炭、二叠系各灰岩、砂岩含水层之间均分布有厚度不等的泥岩、砂质泥岩,岩性致密,不透水,可起到良好的层间隔水作用。
但位于浅部地带时,因受风化作用影响,其隔水性能将受到破坏甚至消失。
3、第三系红色粘土隔水层
第三系上新统红色粘土、亚粘土厚度0-25m,土质细腻致密,不透水,呈隔断地表水和浅层潜水与大部基岩含水层的良好隔水层。
(三)充水因素分析
1、地表水下渗
井田地表河流有二条,即北部巴公河和南部刘家川河,均属季节性河流,水量微小,有时甚至干涸。
由于没有河流观测资料,不好定量评述。
就一般情况而言,由于15号煤层埋藏较深,地表河水不会对15号煤层开采形成大的威胁。
但在洪水季节应注意防洪,经常观测地表裂缝,及时填堵,防止地表水入渗而致井下涌水量增大。
2、上部3、9号煤层采空区积水的渗透
井田内3号煤层已全部采空,9号煤层亦部分采空,据凤矿提供资料,3、9号煤层采空区均有不同程度积水。
3号煤层下距9号煤层约64m左右,9号煤层下距15号煤层29m左右,一般情况不会发生水力联系。
但当下部煤层开采形成大片采空区后,随着顶板的垮落,将出现大量塌陷裂隙。
若其塌落高度或塌陷裂隙、裂缝达到3、9号煤层采空区积水底板时,就会有积水沿塌陷裂隙等下渗,加大15号煤层的涌水量。
将来在开采15号煤层时,应对上部9号煤层采空区积水先进行排放,以保证矿井安全生产。
3、顶板石灰岩(K2石灰岩)含水层渗透
太原组K2石灰岩是井田内主要含水层之一,其含水大小随地而异,不均一。
富水性在井田中西部较弱,仅东部局部稍强,正常情况下,对15号煤层开采影响不大。
4、奥灰岩溶水突水的可能性
现井田奥灰水位标高约580-592m,而井田内15号煤层底板标高为593.80-726.76m,标高最低处为西部边界处王补53号孔附近,按照奥灰等水线推测,该处奥灰水位标高约587m左右,低于15号煤层底板标高6.80m,也就是说,井田15号煤层位于奥灰水位6.80-140m以上,应该说,本井田不存在奥灰突水的可能性。
5、老窑采空区、相邻矿井3、9号煤层采空区积水对本矿的影响:
(1)在井田内的朝天宫村、西王台村、东王台村、徐家岭村、窑头村、孙村、洪村、西元庆村、东泊南村、泊村、巴公南窑坡、崔沟村等有大面积古窑破坏区,多数集中在隐覆的3号煤层风氧化带附近,仅东、西泊南至桥沟、崔沟村一带向井田中部延伸较远,一般从煤层风氧化带沿倾向延伸200-500m。
其开采深度最深80m,最浅21m,一般在50m左右。
古窑区内均充满水,积水量一般在1-3万m3。
最大积水量的古窑[换行]区是桥沟古窑区,1980年探放水达21.6万m3。
这些上部采空区积水对本矿3、9号煤层带来较大影响,同时也对本矿将来开采15号煤层存在间接影响。
如可能增大本矿9号煤层采空区积水量,间接成为15号煤层矿井充水水源。
(2)井田内及周边开采15号煤层矿井采空区积水对本矿的影响
本区小煤矿分布较多,其中开采15号煤层的小煤矿共有14个(井田内6个,井田邻近8个),经多年开采,均分布不同面积的采空区,并存有一定积水,其积水情况一时尚难查清。
这将对本矿开采15号煤层带来一定影响。
应进一步进行详查调查,以便采取相应防范措施。
(四)水文地质类型
根据井田水文地质条件和上述矿井充水因素综合分析,井田开采15号煤层矿井水文地质类型应属简单。
(五)矿井涌水量预测
15号煤层矿井涌水量与上部3、9号煤层采空区积水量和上覆含水层涌水量有关。
据钻孔资料,K2-K4灰岩间含水层厚度M=33.90m,采用“大井法”估算上覆含水层涌水量为9375m3/d。
3、9号煤层采空区积水处于动态变化过程,随着9号煤层开采过程中不断排放,其采空区积水量逐渐减少。
根据王台铺矿实测统计数据,矿井生产能力为2.1Mt/a,近5年最大涌水量为17064m3/d。
综合以上分析,当矿井生产能力为1.8Mt/a时,预计15号煤最大涌水量为18000m3/d(750m3/h),正常涌水量为9600m3/d(400m3/h)。
每个盘区最大涌水量为9000m3/d(375m3/h),正常涌水量为4800m3/d(200m3/h)。
三、其他开采技术条件
1、煤层顶底板情况
15号煤层直接顶为K2石灰岩,厚度7.42-10.99m,平均9.32m,致密坚硬,节理裂隙较发育,在井田内该层特别稳定,单向抗压强度平均47.0Mpa左右;
单向抗拉强度平均4Mpa左右;
抗剪强度平均3.70Mpa。
属坚硬类不易冒落顶板。
底板为泥岩或铝土质泥岩,厚0-3.42m,平均1.62m,其下部为本溪组的铝土泥岩,属软弱型。
单向抗压强度为11.4Mpa,单向抗拉强度为0.76Mpa,抗剪强度2.49Mpa,膨胀率为0.63%。
2、瓦斯、煤尘、煤的自燃倾向性、地温、地压
河南理工大学煤矿安全工程技术研究中心于2007年11月对相邻凤凰山矿15号煤层的瓦斯含量进行了测定,本次设计参考凤凰山矿15号煤层的瓦斯含量数据,根据《矿井瓦斯涌出量预测方法》(AQ1018—2006)采用分源预测法进行计算,矿井生产能力达到1.80Mt/a时,相对瓦斯涌出量为6.13m3/t·
d,绝对瓦斯涌出量为23.22m
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