坚硬顶板预裂软化报告Word文档下载推荐.docx
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通过几十年的煤矿开采发展,我国在针对采场坚硬顶板控制技术的研究反面取得了卓有效的成果,如综采工作面支架--围岩关系、支护方式、强制放顶及顶板弱化处理等。
以大同矿区为代表,发展了采空区深孔强制爆破放顶技术,其作用是通过强制爆破,使顶板的悬顶破断,消除或在一定程度上减弱其对工作面支架及控顶区的动压冲击及其他顶板灾害。
对于长壁工作面,常采用步距式深孔爆破放顶、循环浅孔爆破放顶、端头强制放顶。
目前,国内在控制坚硬顶板方面采取的措施有:
(1)摸清顶板运移规律,防治结合,宏观让步,微观控制;
(2)研究采前地质构造,合理确定采高;
(3)提升支架初撑力并发挥支架优势,合理确定工作面支架的工作阻力;
(4)摸清顶板来压规律,做好来压预报工作,推广应用支护质量的监测系统,及时发现并消除可能影响支架—围岩系统的因素使支架对顶板的支护达到最佳效能;
(5)深孔放顶和岩层注水软化等措施。
1.3主要研究内容、方法、技术线路
1)主要研究内容
(1)对与具有类似坚硬顶板情况的矿井开展调查分析;
(2)进行15号煤层首采工作面围岩地质力学评估;
(3)进行15号煤层坚硬顶板分类,包括直接顶板分类、老顶分类;
(4)进行首采工作面的切眼初次放顶方案的理论分析;
(5)制定首采工作面的切眼初次放顶方案,包括钻孔的布置、钻孔直径、钻孔的角度等
(6)切眼初次放顶的放炮工艺,包括放炮所需炸药类型、炸药的量、雷管量及连接工艺;
2)研究方法
(1)国内外煤矿坚硬顶板事故及灾害调研;
(2)矿井坚硬顶板预裂软化理论分析与技术研发;
(3)坚硬顶板致灾原因及其防治技术研发;
(4)山西凌志达煤业有限公司15号煤层坚硬顶板预裂软化与灾害防治现场试验。
3)研究目标
针对矿井防治坚硬顶板灾害经验的不足和技术理论的缺乏,矿井坚硬顶板隐患大的问题,以15号煤层坚硬顶板为研究对象,结合山西凌志达煤业有限公司实际情况,研究坚硬顶板灾害发生的原因和规律,探索矿井坚硬顶板灾害防治技术,实现矿井顶板预裂软化、矿井顶板事故的防治与采掘生产安全的有机结合,为开采15号煤层安全开采防止顶板大面积来压提供理论和技术支撑。
4)技术线路
我国煤矿坚硬顶板事故及灾害调研→问题的提出→矿井坚硬顶板构造特征及灾害形成原因分析→矿井坚硬顶板预裂软化技术研发→山西凌志达煤业有限公司15号煤层坚硬顶板隐患调研→15号煤层首采工作面坚硬顶板预裂软化灾害防治井下现场试验→编制坚硬顶板预裂软化施工安全技术措施→撰写报告与项目验收。
2.矿井概况
2.1井田基本情况
山西凌志达煤业有限公司前身为山西省长子县色头煤矿,成立于1953年。
1955年冬投产出煤,至1957年达到6000t/a的生产能力,后经多次扩(改)建后,2004年矿山生产能力达到120万t/a。
山西省国土资源厅2005年5月30日为其换发的采矿许可证,证号为1400000520445,载明准采3号、10号、15号煤层,生产规模为120万吨/年,井田面积为14.0489km2。
2009年,依据山西省煤矿企业兼并重组整合工作领导组办公室“关于长治市长子县煤矿企业兼并重组整合方案的批复”(晋煤重组办发〔2009〕65号)文件精神,同意山西凌志达煤业有限公司、长子县色头镇王家庄煤矿、长子县色头镇赵家庄村煤矿和长子新兴煤业有限公司兼并重组为山西凌志达煤业有限公司,主体企业为山西煤炭进出口集团有限公司。
山西省国土资源厅2009年12月7日给其发放的《采矿许可证》,证号为C140000************3658,有效期为2009年12月7日至2011年12月7日,井田面积为17.6874km2,批准开采3—15号煤层,核定矿井生产能力150万t/a。
山西凌志达煤业有限公司自建矿以来一直开采3号煤层,经过五十多年的开采,井田内上部3号煤炭资源现已开采完毕,下阶段已开拓准备开采下部15号煤层。
山西凌志达煤业有限公司开采的15号煤层:
斜井开拓,直接延深原有主斜井至二水平,在现有工业场地新建副斜井、在风井场地新建回风立井直达二水平。
主井为斜井,坡度为22°
,斜长为569m。
副井为斜井,坡度为23°
40′,斜长为502m。
风井为立井,直径为5.50m,垂深285m。
采煤方法为采用长壁采煤法,综采一次采全高采煤工艺,采用单钩串车提升。
具有独立的通风系统、排水系统和照明系统,为低瓦斯矿井。
15号煤层设计生产能力为150万t/a。
其井口坐标为:
主井:
X=3980567.705Y=19673463.807H=1061.058m
副井:
X=3980685.000Y=19673565.000H=1046.480m
风井:
X=3979165.586Y=19673519.780H=1115.111m
15号煤层开采系统主井、副井和风井均已建成,通风系统、排水系统和照明系统均能正常运行,15101首采工作面已掘进完成,液压支架等综采设备也已装备完成。
2.2矿井位置与交通
山西凌志达煤业有限公司位于长子县境内,矿井北距长子县城约20km,行政区划隶属于长子县色头镇管辖,矿区地理坐标为东经112°
53′29″~112°
57′00″,北纬35°
54′40″~35°
56′51″。
依据晋煤重组办发[2009]66号文件和山西省国土资源厅2009年12月7日颁发的采矿许可证,证号为C140000************3658,兼并重组后井田范围由19个拐点坐标顺次圈定,详见表2-1,井田边界及四邻关系如图2-1。
井田南北长约4.3km,东西宽约5.7km,整合后井田面积为17.6874km2,矿井批准开采3#―15#煤。
表2-1山西凌志达煤业有限公司矿区范围坐标
北京54坐标(6度带)
西安80坐标(6度带)
X坐标
Y坐标
1
3980032.000
19671334.000
3979983.154
19671256.754
2
3981740.000
19671857.000
3981691.169
19671788.754
3
3981711.000
19670305.000
3981662.164
19670236.742
4
3978162.000
19670372.506
3978113.137
19670304.258
5
19670768.000
3978113.212
19670699.335
6
3978081.000
19670744.000
3978032.211
19670675.334
7
3978084.500
19671158.305
3978035.712
19671089.645
8
3978000.000
19671159.611
3977951.211
19671090.952
9
19671249.600
19671180.942
10
3978008.000
19671249.730
3977959.211
19671181.072
11
19672882.450
3977959.215
19672831.817
12
3977478.850
19673114.245
3977430.057
19673045.616
13
3977500.000
19676000.000
3977451.214
19675931.414
14
3978900.000
3978851.158
19675931.793
15
19675550.000
3978851.208
19675481.703
16
3981000.000
3980951.221
19675481.698
17
3981500.000
19674075.000
3981451.173
19674006.771
18
19673000.000
3980951.166
19672931.764
19
3980035.000
19672951.000
3979986.158
19672846.766
3#开采深度:
由1040米至770米标高
3#由1039.97米至769.97米标高
15#开采深度:
由940米至670米标高
15#由939.97米至669.97米标高
图2-1井田边界及四邻关系图
山西凌志达煤业有限公司位于长子县城南东南约20km处,行政区划属长子县色头镇管辖,井田东部与长治县县界相邻,南部跨越高平市境内,北距长治市直线距离17km,南距高平市直线距离约9km,东距长(治)——晋(城)二级路直线距离3km,距长(治)——晋(城)高速公路直线距离4.5km,西侧约8km处有太(原)——焦(作)铁路通过,该矿铁路专用线在井田北侧的东田良站与太焦线接轨,该铁路线南段为电气化双线铁路,可达河南、太原、北京等地,也是本地能源向华东、华中的必经之路。
乡级公路可通达煤矿驻地,交通较为方便,详见图2-2交通位置图。
图2-2井田交通位置图
2.3地层岩性
井田出露地层主要有二叠系山西组、下石盒子组、上石盒子组及第四系松散沉积物。
地层总体走向为北东或北东东,倾向北西、北西西的单斜,产状较为平缓,但又因受局部南北向挤压应力作用,形成一些波状起伏方向多变的大致近北东东或近东西向的小型褶皱构造,即井田南北两侧发育着比较大的近东西向许家向斜和鲍寨向斜;
而井田中部为相对隆起的宽缓的近东西向小南沟背斜构造。
区内地层分布特征受上述构造因素的控制,总体表现为由东向西由老至新依次展布。
即色头村东、王家庄村、西沙院一带出露比较老的山西组(P1s),西部庄里村一带及高山梁上分布着较新的上石盒子组第二段(P2s2)、第三段(P2s3)。
下石盒子组(P1x)及顶部的“桃花泥岩”标志层则分布在山梁南北两侧的半山坡,露头好,标志层清楚。
第四系黄土层主要分布在平地,少部分布在半山坡的平缓地带。
现根据地质填图及钻孔资料,将本区地层由老至新分述如下:
1、奥陶系中统峰峰组(O2f)
仅见于钻孔中,岩性为深灰色厚层块状石灰岩,质地较纯,顶部具角砾状构造,并含方解石细脉和浸染状黄铁矿,钻孔最大揭露厚度29.42m。
2、石炭系中统本溪组(C2b)
厚0~22.00m,平均9.13m,岩性为灰色铝土质泥岩,具鲕状结构,有滑感。
底部含黄铁矿、菱铁矿细粒和结核,局部富集成山西式铁矿,厚度变化不大,一般西厚东薄,自北向南尖灭,与下伏峰峰组地层呈平行不整合接触。
3、石炭系上统太原组(C3t)
厚99.25~139.11m。
井田东南部外围局部出露,是本区主要含煤地层之一。
根据沉积旋廻、岩性组合特征及含煤性,自下而上可划分为为C3t1、C3t2、C3t3三个岩性段。
(1)第一岩段(C3t1)
K1砂岩底至K2灰岩底,由石英砂岩、泥岩、砂质泥岩及煤层组成,顶部含15号、14号煤层,是一套稳定的海进等程序沉积,本段厚10.17~34.96m,平均18.68m。
(2)第二岩段(C3t2)
K2灰岩底至K4灰岩顶,由砂质泥岩、薄层砂岩、3~4层石灰岩及数层薄煤层组成,是一套多旋廻结构的海陆交替相含煤地层。
厚28.31~64.81m,平均33.88m。
(3)第三岩段(C3t3)
K4灰岩顶至K7砂岩底。
由厚层砂岩、泥岩、灰岩及薄煤层组成。
厚38.50~77.36m,平均61.54m。
4、二叠系下统山西组(P1s)
本组与太原组形成环境不同,是一套陆相含煤岩系,厚41.52~60.70m,平均51.14m。
与下伏地层连续沉积,整合接触。
岩性有砂岩、粉砂岩、泥岩和煤层等,含煤3~4层,其中3号煤为稳定可采煤层,
5、二叠系下统下石盒子组(P1x)
厚56.28~85.27m,一般厚80.21m左右。
下部为灰白——黄绿色中粒长石石英砂岩及砂质泥岩,并夹泥岩或薄煤线;
中部为砂质泥岩夹砂岩;
上部为砂质泥岩及铝土质泥岩,底部砂岩中常含铁质晕圈,多呈球状风化;
顶部“桃花泥岩”含铁质鲕粒,风化后呈小孔洞,色泽鲜艳,分界清楚,是划分上下石盒子组,对比和预测3号煤层见煤深度的良好标志。
整个下石盒子组地层岩性由粗到细粒度韵律明显。
与下伏山西组连续沉积,整合接触。
6、二叠系上统上石盒子组(P2s)
广泛分布于井田内各个山梁,出露厚300余米。
上石盒子组地层按岩性组合特征可划分为三个岩性段(P2s1、P2s2、P2s3)。
(1)第一岩段(P2s1)
厚117.60~180.00m,平均125.61m,下部为黄绿色、杏黄色夹紫红色砂质泥岩、泥岩及砂岩;
底部常为一层不太稳定的黄绿色中粒砂岩,碎屑成分以长石、石英为主,含岩屑成分高,有时见铁质鲕粒和泥砾,可做辅助标志层;
中部为黄绿色砂岩夹砂质泥岩;
砂质泥岩中见锰铁矿透镜体或结核;
上部为杏黄色砂质泥岩夹紫色泥岩,并见数层不稳定的砂岩。
本段地层以下石盒子组“桃花泥岩”的顶面为标志,与下石盒子组分界,呈整合接触。
(2)第二岩段(P2s2)
岩性为杏黄色、暗紫色砂质泥岩夹砂岩,底部以一层中——粗粒长石石英砂岩与第一岩性段分界。
厚148.45~182.30,平均厚168.80m。
(3)第三岩段(P2s3),岩性为杏黄色泥岩、砂岩夹略暗紫色砂质泥岩、泥岩,底部为一层中粗粒长石英砂岩与第二岩性段分界,该段出露不全,仅出露于北部及中部山包上,残留厚约40m。
7、第四系中更新统离石组(Q2l)
厚0~55m,一般厚27.00m。
主要岩性为浅红色亚砂土,常含钙质结核,夹古土壤层,底部有时见砂、砾石,与下伏地层呈不整合接触。
8、第四系上更新统马兰组(Q3m)
厚0~20m,一般厚8.00m。
主要岩性为浅黄、黄褐色亚砂土及亚粘土,局部夹钙质结核,与下伏中更新统为渐变接触。
9、第四系全新统汾河组(Q4f)
厚0~10m,一般厚3.00m。
主要分布在鲍寨河河谷。
以细砂、砂土、砾石为主,是一套近代河床沉积物。
2.4地质构造
1、区域地质构造基本特征及井田所处的构造位置
本区位于沁水块坳东翼与太行山块隆西翼的过渡地带,晋获褶断纵贯本区。
构造线方向以北北东向为主,地层产状平缓,倾角仅2~12°
;
东部以褶断作用为主,形成了一系列的断裂和褶皱,诸如长治大断层、韩店断层、西八太义掌背斜、赵村向斜、八义向斜等。
西部以褶皱作用为主,仅发育一些平缓开阔的波状褶皱。
2、井田基本构造形态
井田位于沁水块坳的东翼与太行山块隆西翼的过渡带中,井田内地层总体构造为走向北东—北,倾向北西—西的单斜构造,倾角一般在2~5°
之间。
其总体构造线方向与区域构造方向基本一致,由于受局部构造的影响,尚发育有轴向北东东或近东西向宽缓的波状褶皱构造,这些构造在局部地段方向发生偏转与区域构造不太协调。
井田内发育的次级褶皱构造有:
许家向斜、鲍寨向斜、小南沟背斜、庄里向斜及地河村背斜,本井田西界以庄头大断层为界,井田内仅发育有小的断层和陷落柱构造,现将区内主要构造叙述如下:
1)褶皱构造
(1)许家向斜
位于井田南西部,于许家村中部通过,向斜中部由第四系黄土覆盖,南北两翼出露地层有上石盒子组和下石盒子组地层,向斜两翼基本对称,向斜两翼地层倾角在7~9°
之间,ZK4-1和ZK4-2孔位于向斜的槽部,该向斜向南西倾伏,轴迹延深方向为50~80°
,区内延长约1500m,向南西延出图外。
(2)小南沟背斜
位于井田中西部,于小南沟村北约50m处通过,背斜轴向为北东80°
左右,轴部由ZK2-5和ZK2-1孔控制,该背斜东起ZK2-1孔,西至庄头断层,长约1800m,该背斜向西倾伏,背斜两翼基本对称,两翼地层倾角一般为2~3°
,在背斜西端两翼地层产状略陡,倾角为3~5°
,出露地层主要为P2s1,在ZK2-1孔东出露有P2s2地层,小南沟村附近被黄土覆盖。
(3)鲍寨向斜
位于井田外北西边缘,南距矿界50~300m,该向斜轴部及北翼被第四系黄土覆盖,南翼仅见有上石盒子组及下石盒子组地层,资料反映该向斜两翼基本对称,地层产状平缓,倾角小于5°
,向斜轴向为北东70~80°
,该向斜东起ZK1-2东,西至庄头断层,长约1800m。
(4)庄里向斜
位于井田西部,于庄里村南部通过,向斜中部及北东部由第四系黄土覆盖,南西部两翼出露地层有上石盒子组地层(P2s2、P2s3),向斜两翼基本对称,向斜的西翼地层倾角稍缓,在7~9°
之间,南东翼略陡倾角可达15°
以上,ZK17-3和ZK16-1孔位于向斜的槽部,该向斜向南西倾伏,轴迹延伸方向为北东,区内延长约1500m,向南西延出图外,向东过庄头断层延出区外,断层向北东倾角变缓。
(5)地河村背斜
位于井田北西部,于小地河村北约50m处通过,背斜轴向为北东,轴部由ZK1401和ZK15-2孔控制,区内延伸长约1500m,该背斜向南西倾伏,背斜西北翼相对平缓,倾角在7~10°
,南东翼稍陡,倾角为8~13°
,中部出露地层主要为P2s2和P2s3,向北东及南西两端被第四系黄土覆盖。
2)断裂构造(庄头断层)
位于井田的西部。
断层走向为北东15~25°
,断层面倾向北西,倾角为70~75°
,断距约200m左右,由ZK1-4和ZK1-9孔控制,ZK1-9孔在465.45~468.40m处见断层角砾岩,断层角砾岩由泥岩、灰岩等组成,泥质胶结,胶结程度较高,岩心呈短柱状或块状,ZK1-4孔施工在断层东盘(下盘),两孔间距约为150m,3号煤标高分别为679.76m和882.82m,考虑到地层产状,该断层落差约为200m。
但根据区域资料反映该断层断距向南逐渐变小,向北逐渐变大,向南延入望云井田,向北延入慈林山井田。
另外,井田内还发育有26个(推测)正断层,其编号为F1-F26,其中F3断层断距为10m,长150m,倾角为60º
F4断层断距为4m,长70m,倾角为65º
F23断层断距为14m,倾角为65º
。
3)柱状陷落
根据采掘及以往勘查资料,区内发现有18个椭圆形或圆柱形陷落柱,编号为X1—X18,陷落柱多数分布于井田西北部,仅X9、X13分布于井田中部,X14、X15分布于井田东南部边缘,陷落柱内为“桃花泥岩”及上石盒子组地层,倾角陡达50~80°
,陷落柱周围地层产状平缓,为下石盒子组地层,落差约50~80m。
井田内陷落柱特征详见表2―2。
表2―2.井田内陷落柱特征表
陷落柱
编号
短轴
(m)
长轴
直径
X1
25
40
X10
35
X2
43
X11
65
X3
88
X12
80
X4
60
X13
105
X5
45
X14
140
215
X6
30
X15
243
325
X7
220
X16
50
200
X8
90
300
X17
100
X9
X18
55
95
3、构造效益分析
区内发育的褶曲、断层及陷落柱等构造对煤层有一定影响,煤层局部变薄或甚至无煤(无炭柱),同时煤层多呈凸凹状变化,煤层
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