石门揭煤专项防突设计之欧阳化创编.docx
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石门揭煤专项防突设计之欧阳化创编
黔西县新益煤矿
时间:
2021.02.12
创作人:
欧阳化
石门揭煤防突专项设计
矿长:
总工程师:
编制:
黄伟
编制日期:
2010年5月
前言
新益煤矿为新建矿井,于2005年批准建设。
新益煤矿位于黔西县城南西,行政区划属黔西县羊场乡管辖,生产能力为30万t/a,经鉴定,M5煤层在开采+1300m水平以上时不具有突出危险性,M8煤层在开采+1300m水平以上时不具有突出危险性,M10煤层在开采+1300m水平以上时不具有突出危险性,M12煤层在开采+1300m水平以上时不具有突出危险性。
本设计是针对以上区域石门揭煤工作面专项防突设计。
第一章矿井基本概况
第一节井田概况
一、交通位置
新益煤矿位于黔西县城南西,行政区划属黔西县羊场乡管辖。
地理坐标:
东经105º59′09″~106º00′39″;北纬26º49′40″~26º51′30″。
矿区距黔西县城33km,距毕节市138km,距贵阳市157km,距黔西火电厂45km,原煤采用汽车运输或在修文久长货运站转载火车外运,矿区交通较方便。
详见图。
二、井田范围和煤炭储量
1、井田范围
矿区形状呈不规则的多边形,矿区范围由5个拐点圈定,矿区面积4.9801km2,开采深度1000m~1500m标高,其拐点坐标(北京坐标系)见表。
井田范围拐点坐标表
拐点
X坐标
Y坐标
0
2972370
35598735
1
2969870
35598000
2
2969000
35598000
3
2969000
35599000
4
2972380
35600500
开采标高:
+1000m~+1500m,面积:
4.9801km²
2、煤炭储量
根据贵州省国土资源厅文件黔国土资储函[2003]304号“关于印发《贵州省黔西县煤矿区新益煤矿详查地质报告》评审意见的函”:
截止2003年12月26日止,新益煤矿保有资源量3677万t,其中:
控制内的内蕴经济资源量(332)714万t,推断的内蘊经济资源量(333)1156万t,预测的潜在资源量(334?
)1807万t。
第二节地层、煤层及煤质
一、地层及煤层
(一)地层
矿区内出露的地层由老至新为二叠系中统茅口组(P2m)上部含燧石石灰岩;二叠系上统的龙潭组(P3l)煤系、长兴组(P3c)灰岩、燧石灰岩;三叠系下统夜郎组(T1y)的沙堡湾段(T1y1)粉砂岩,玉龙山段(T1y2)石灰岩、泥质灰岩。
此外,沟谷中零星分布有第四系(Q)的坡积、残积含砾、砂的亚粘土、粘土等。
1、二叠系中统茅口组(P2m)
为灰色薄至中厚层灰岩,含燧石结核及蜓科化石,厚度不详。
2、二叠系上统龙潭组(P3l)
为灰色、深灰色细砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩夹灰岩及煤层,含可采煤层7层。
厚170.0~200.0m,厚度变化不大。
与下伏茅口组呈假整合接触。
3、二叠系上统长兴组(P3c)
上部为灰色、深灰色薄层石灰岩、粉砂岩、粉砂质泥岩、灰黑色页岩互层,下部为深灰色中厚层燧石灰岩。
厚10~40m。
与下伏龙潭组呈整合接触。
4、三叠系下统夜郎组(T1y)
上部为紫红、黄褐色薄层粉砂质泥岩,中部为灰色薄层泥质灰岩、灰岩,下部灰色、深灰色薄层细砂岩、粉砂岩,与下伏长兴组呈假整合接触,厚约400m。
根据岩性、古生物分为二段:
1)沙堡湾段(T1y1)
灰、灰黄色薄层状泥岩、粉砂质泥岩夹泥灰岩、粉砂岩。
顶底常夹1~2层黄绿色蒙脱石泥岩。
2)玉龙山段(T1y2)
主要为浅灰至灰色薄层至中厚层状石灰岩、泥质灰岩。
5、第四系(Q)
沟谷中零星分布,为坡积、残积含砾、砂的亚粘土、粘土等,厚0.00~5.0m,平均厚度2.5m。
(二)煤层
矿区内含可采及局部可采煤层7层,其编号为M5、M8、M9、M10、M12、M13、M14。
M5煤层:
位于煤系上段上部,上距长兴组底界30m,俗称“大砂煤”,平均厚1.93m。
结构单一,不含夹矸,厚度较稳定,全区可采。
顶板为灰色泥质粉砂岩,底板为灰色粘土岩。
M8煤层:
位于煤系上段中部,上距M5煤层42.5m,俗称“小砂煤”。
厚0.35~1.85m,平均厚1.19m。
除个别工程见煤含二层夹矸外,一般结构均较单一,厚度较稳定,除ZK201孔变为不可采外,区内其余地段均可采全区可采。
顶板为灰色泥质粉砂岩,底板为灰色粘土岩。
M9煤层:
位于煤系上段中部,上距M8煤层11m。
厚0.78~1.24m,平均厚0.89m。
结构单一,不含夹矸。
厚度稳定,全区可采。
顶板为灰色泥质粉砂岩或粉砂值泥岩,底板为灰色粘土岩。
M10煤层:
位于煤系上段下部,上距M9煤层22m,俗称“夹夹煤”。
厚1.26~3.90m,平均厚2.90m。
结构较复杂,中常含一至二层灰色粘土岩夹矸。
厚度稳定,全区可采。
顶板为灰色泥质粉砂岩及粉砂岩,底板为灰色粘土岩。
M12煤层:
位于煤系下段上部,上距煤系下段顶部19m,与M10煤层间距为33.5m,俗称“大面煤”。
为全区厚度最大的煤层,厚1.44~5.10m,平均厚3.74m。
结构较复杂,中常含一至二层厚0.10~0.20m的灰色粘土岩夹矸。
厚度稳定,全区可采,顶板为深灰色泥质粉砂岩,底板为灰色粘土岩。
M13煤层:
位于煤系下段中部,上距M12煤层8m,俗称“小面煤”。
厚0.10~1.35m,平均厚1.02m。
结构较简单,部份地段含一至二层厚0.05~0.10m的灰色粘土岩夹矸。
顶板为灰色泥质粉砂岩,底板为粘土岩。
M14煤层:
位于煤系下段底部,上距M13煤层19m,下距煤系底界1~14m,厚0~2.12m,平均厚1.22m。
结构较简单,偶含一至二层厚0.05~0.17m的粘土岩夹矸。
顶板为灰色泥质粉砂岩,底板为灰色粘土岩。
可采煤层特征详见表1-2。
可采煤层特征
煤
层
编
号
煤层厚度
(m)
煤层间距
(m)
煤层
结构
稳
定
性
煤层
倾角
(度)
夹矸
层数
顶底板
顶板
底板
M5
0.77~3.00
42.5
简单
稳定
28~33
0
泥质粉砂岩
粘土岩
1.93
M8
0.35~1.85
简单
较稳定
28~33
0~2
泥质粉砂岩
粘土岩
1.19
11
M9
0.78~1.24
简单
稳定
28~33
0
泥质粉砂岩
粉砂质泥岩
粘土岩
0.89
22
M10
1.26~3.90
复杂
稳定
28~33
1~2
泥质粉砂岩
粉砂岩
粘土岩
2.9
33.5
M12
1.44~5.10
复杂
稳定
28~33
1~2
泥质粉砂岩
粘土岩
3.74
8
M13
0.10~1.35
简单
较稳定
28~33
1~2
泥质粉砂岩
粘土岩
1.02
19
M14
0~2.12
简单
不稳定
28~33
1~2
泥质粉砂岩
粘土岩
1.22
二、煤类、煤质与煤的用途
(一)物理性质和煤岩特征
物理性质:
矿区内各可采煤层外观均呈黑色,性脆,多呈小碎块状产出,仅M10及M12两煤层部份呈粉末状。
体重一般为1.45~1.55t/m3。
各煤层肉眼宏观煤岩类型略有不同,M10及M12两煤层由半亮及半暗型煤条带相间组成,其余各可采煤层多为半暗型及暗淡型煤条带组成。
煤岩特征:
(1)有机组份:
大致可分为镜质体和丝质体两类:
镜质体类:
常见均匀基质体、镜质体,少许木质镜质体及结构镜质体,偶见半镜浑圆体。
丝质体类:
主要为木镜丝质体及木镜半丝质体,次为碎屑丝质体,偶见丝质浑圆体及镜丝质体。
(2)无机组份:
以粘土矿物为主,少量黄铁矿、石英、方解石。
粘土矿物:
多呈细分散状、斑点状分布,少许充填胞腔。
黄铁矿:
多呈微粒状、微晶粒状、球粒状散布于基质中,部份微粒相聚成结核状,少许充填于胞腔中或呈微细脉状充填于煤的裂隙中。
石英:
呈微粒状、细粒状散布于有机基质中,少许呈不规则粒状充填于胞腔中。
方解石:
多呈细脉状充填于煤的裂隙中,少许充填于胞腔中。
(二)化学性质
矿井可采煤层为M5、M8、M9、M10、M12、M13、M14,煤层原煤水分(Md)、灰分(Ad)、挥发分(Vdaf)、硫分(St,d)等见下表。
煤质特征详见表1-3。
(三)煤的变质程度及煤种
煤的变质阶段为无烟煤Ⅶ1阶段,煤系上部所含煤层至下部所含煤层其变质程度逐渐增加,煤的变质因素初步判定为区域变质。
(四)煤的用途
本区可采煤层的灰分均为低中灰煤;硫分为中硫煤(M9、M10、M13)至中高硫煤(M5、M8、M12、M14);发热量为高热值煤;煤的灰熔性为高熔灰分(M5、M8、M12)及低熔灰分(M8、M13、M14);煤的可磨性均较好,属易磨碎及较易磨碎级。
因此用作电厂燃煤均可达要求,部分煤层的个别地段含硫含量虽超过3%,但从全煤层平均值看,仍在3%以下,亦可达要求。
本区煤炭主要销往黔西电厂。
第三节地质构造
一、地质构造
区域内构造形迹以北东向的宽缓背、向斜及与之斜交的北东与北西两个方向的断裂为主。
矿区的构造位置处于北东向的羊场—陇坤背斜南西段北西翼,基本形态为一单斜地层,岩层总体倾向280~310°,倾角26º~36°。
其倾向在中部为290°,向北东及南西两端变为300~310°,致使煤层地板等高线在平面上略成“S”形弯曲。
倾角则由南西只至北东逐渐增大。
可采煤层煤质特征表
煤层
编号
煤样
类别
Mad(%)
Ad(%)
Vdaf(%)
St,d(%)
Fcad(%)
Qgr,d(MJ/kg)
最大
最小
平均
最大
最小
平均
最大
最小
平均
最大
最小
平均
最大
最小
平均
最大
最小
平均
M5
原煤
2.85
0.36
1.56
18.83
10.58
14.80
10.08
7.34
8.70
5.79
1.35
2.61
80.28
71.58
76.46
30.45
27.94
29.37
精煤
3.07
1.12
2.15
12.32
4.96
8.90
7.59
5.86
7.08
2.11
1.16
1.50
85.11
80.12
82.26
32.54
31.10
31.10
M8
原煤
1.80
0.81
1.25
37.52
6.37
16.58
10.79
7.31
8.95
4.22
1.03
2.46
83.54
70.30
76.87
32.88
27.02
29.61
精煤
1.84
0.54
1.60
21.01
4.93
10.56
7.75
5.85
6.82
1.14
0.39
0.84
89.03
71.60
81.70
33.08
29.76
31.49
M9
原煤
1.81
0.45
1.19
20.85
9.42
15.51
10.31
6.85
8.43
2.47
0.41
1.24
83.40
71.56
76.45
31.28
27.57
29.15
精煤
2.56
0.54
1.41
14.85
6.79
11.11
8.06
6.39
7.47
1.31
0.55
0.96
87.71
76.28
81.11
32.76
29.23
30.71
M10
原煤
2.76
0.86
1.60
21.71
12.06
18.12
15.55
5.58
7.67
3.08
0.30
1.37
78.82
68.48
74.00
29.92
26.73
28.01
精煤
2.21
0.56
1.23
20.07
3.84
9.95
7.65
6.23
7.06
1.83
0.34
0.91
88.17
72.97
82.78
32.96
27.26
30.99
M12
原煤
2.26
0.68
1.45
24.53
9.31
13.60
9.31
6.13
7.56
4.63
1.43
2.27
85.58
69.35
73.42
30.29
25.62
29.89
精煤
2.32
0.34
1.18
9.53
5.52
8.05
8.23
5.97
7.17
1.65
1.04
1.41
85.22
80.53
83.79
32.44
31.06
31.68
M13
原煤
3.86
0.75
1.19
39.99
11.17
18.56
15.23
6.43
9.12
2.48
0.78
1.56
80.65
51.02
72.91
31.11
19.22
27.85
精煤
2.22
0.28
1.42
17.51
6.56
11.61
8.34
7.00
7.48
1.96
0.45
1.36
83.74
75.03
80.62
32.47
27.93
30.43
M14
原煤
3.75
0.03
1.42
24.99
10.47
15.34
16.39
6.58
9.55
5.42
0.88
2.46
81.68
66.53
75.47
31.46
25.50
29.30
精煤
2.00
1.37
1.58
13.95
7.76
10.75
9.54
6.78
7.88
4.91
1.02
3.22
83.85
79.92
82.54
31.68
29.47
30.70
矿区内断层不发育,断距大于或等于30m以上的断层未曾发现。
矿区地质构造复杂程度属简单类型。
第四节矿井开拓与开采
一、矿井开拓方式
新益煤矿采用斜井开拓,矿井开采初期设主斜井、副斜井、一号回风斜井3条井筒(已建成),矿井后期开采二、四采区时增设二号回风斜井、二采区轨道上山出口。
井筒均采用砌碹或锚喷支护。
主斜井主要担负矿井煤炭运输和进风任务,副斜井主要担负矿井矸石、设备、材料、人员的提放、铺设管线及进风任务;一号回风斜井主要担负矿井开采一、三采区时的回风任务;二号回风斜井主要担负矿井开采二、四采区时的回风任务;二采区轨道上山出口主要担负矿井开采二采区时矸石、设备、材料的提放、铺设管线及进风任务。
二、煤层开采程序
井田划分为一个水平四个采区开采,水平标高为+1237m。
采区开采顺序为:
一采区→二采区→三采区→四采区;采区内煤层开采顺序为:
M5→M8→M9→M10→M12→M13→M14。
矿井首采区为一采区,接替采区为二采区。
煤层开采为下行式开采,符合安全、技术、经济合理性要求。
三、采煤方法及掘进
回采工作面采用走向长壁后退式采煤法,采煤工艺为炮采。
首采工作面(M5煤层)采高为1.93m,煤层顶板稳定性差,矿井投产时采煤工作面采用DW28-30/100型外注式单体液压支柱配HDJA-1000金属铰接顶梁控制顶板,排距1.0m,柱距0.8m,“三、四”排控顶,最大控顶距4.2m,最小控顶距3.2m。
全部垮落法处理采空区。
掘进工作面采用炮掘,矿车运输,采用工字钢支护。
第五节矿井通风与瓦斯
一、矿井通风
矿井通风系统为中央并列抽出式通风,新鲜风流由主斜井和副斜井进入,乏风通过回风斜井排出。
回风斜井选用FBCDZ-6-№17A型防爆对旋轴流式通风机二台,一台工作,一台备用。
风量47.3~105m3/s,负压990~3840Pa,功率N=2×75kW。
配套电机型号:
YBFe315S-6,数量:
每台风机配备2台。
回采工作面采用“U”型通风,掘进工作面为压入式通风,均为独立通风。
二、瓦斯、煤尘、煤的自燃倾向性和煤与瓦斯突出危险性
1、矿井瓦斯
根据《矿井瓦斯涌出量预测方法(AQ1018-2006)》标准,采用分源预测法对矿井相对瓦斯涌出量进行预测,经计算矿井在开采M8煤层最后一个工作面时瓦斯涌出量最大,并以M8煤层的数据作为矿井通风及瓦斯抽采的计算依据,按前计算,其回采工作面相对瓦斯涌出量为20.17m3/t,绝对瓦斯涌出量为11.46m3/min,掘进工作面绝对瓦斯涌出量为2×1.05=2.1m3/min,矿井相对瓦斯涌出量为33.36m3/t,绝对瓦斯涌出量为21.1m3/min,本矿为高瓦斯矿井。
2、煤尘爆炸性
根据贵州省煤田地质局实验室2009年4月9日及9月24日提交的《贵州省黔西县新益煤矿煤尘爆炸性鉴定报告》,鉴定结论为全部共7层可采煤层煤尘无爆炸性。
鉴定结果见表
煤尘爆炸性鉴定结果
煤层
采样编号
工业分析
爆炸试验
爆炸性结论
Mad
Aad
Vdaf
焦渣特征
火焰长度(mm)
岩粉量%
M5
09-M072
0.77
10.97
7.94
2
0
0
无爆炸性
M8
09-M073
0.91
21.09
8.72
2
0
0
无爆炸性
M9
09-M302
1.84
23.99
9.36
2
0
0
无爆炸性
M10
09-M074
0.43
27.47
11.26
2
0
0
无爆炸性
M12
09-M075
0.38
13.62
7.68
2
0
0
无爆炸性
M13
09-M303
1.82
36.29
12.02
2
0
0
无爆炸性
M14
09-M304
1.32
45.65
9.12
2
0
0
无爆炸性
3、煤的自燃性
根据贵州省煤田地质局实验室2009年4月9日及9月24日提交的《贵州省黔西县新益煤矿煤炭自燃倾向等级鉴定报告》,鉴定结果为全部共7层可采煤层为不易自燃煤层(Ⅲ级)。
鉴定结果见表
煤的自燃倾向性鉴定结果
煤层
采样编号
工业分析
真相对密度
全硫
煤吸氧量
自燃倾向性分类
Mad
Aad
Vdaf
焦渣特征
TRDd
St,d%
Cm3/g
干煤
M5
09-M072
0.77
10.97
7.94
2
1.65
1.80
1.07
级
M8
09-M073
0.91
21.09
8.72
2
1.58
0.89
0.97
级
M9
09-M302
1.84
23.99
9.36
2
1.62
1.76
0.87
级
M10
09-M074
0.43
20.47
7.86
2
1.50
1.62
1.04
级
M12
09-M075
0.38
13.62
7.68
2
1.71
1.53
0.76
级
M13
09-M303
1.82
36.29
12.02
2
1.50
1.62
1.04
级
M14
09-M304
1.32
45.65
9.12
2
1.93
1.18
1.03
级
4、煤与瓦斯突出危险性
根据黔能源发[2009]54号“关于对《关于请求审批黔西县羊场乡新益煤矿煤与瓦斯突出危险性鉴定报告的报告》的批复”、中国矿业大学矿山开采与安全教育部重点实验室2009年4月提交的《黔西县新益煤矿煤与瓦斯突出危险性鉴定报告》(M5、M10、M12煤层)和中国矿业大学矿山开采与安全教育部重点实验室2008年11月提交的《黔西县新益煤矿煤与瓦斯突出危险性鉴定报告》(M8煤层),M5煤层在开采+1300m水平以上时不具有突出危险性,M8煤层在开采+1300m水平以上时不具有突出危险性,M10煤层在开采+1300m水平以上时不具有突出危险性,M12煤层在开采+1300m水平以上时不具有突出危险性。
M9、M13、M14煤层未进行煤与瓦斯突出危险性鉴定。
矿井在建设过程中,M5、M10煤层均发生过瓦斯动力现象,应加强矿井瓦斯管理。
矿井按煤与瓦斯突出矿井进行管理。
三、矿井瓦斯抽放
矿井在工业场地内距风井井口50m以外的地方建立地面永久性瓦斯抽放站,设高低负压两套抽放系统。
高负压系统主要用于本煤层预抽及边采边抽放;低负压系统主要用于采空区瓦斯抽放。
矿井选用2BEA305-1型水环真空泵2台,一台工作,一台备用),担负该矿的高负压瓦斯抽放,最大抽气量53.6m3/min,压力40kPa,真空泵配套电机功率为75kW,转速490r/min。
高负压抽放选用Φ325×6型焊接钢管作为抽放主管及支管;选用Φ219×6型焊接钢管作为回采工作面回风巷瓦斯抽放支管;选用Φ168×5型焊接钢管作为掘进工作面回风巷瓦斯抽放支管。
矿井选用2BEA-253-0型水环真空泵2台,一台工作,一台备用),担负该矿的低负压瓦斯抽放,最大抽气量35.1m3/min,压力40kPa,真空泵配套电机功率为75kW,转速660r/min。
低负压抽放选用Φ273×6型焊接钢管作为抽放主管。
第二章石门(井巷)揭煤工作面综合防突措施
石门(井巷)揭穿突出煤层时发生的突出是各类井下巷道中突出强度最大的一种。
其特点是石门和井巷工作面前方的煤体因岩柱的隔离和阻挡,一般处于未卸压和未排放瓦斯状态中,而且揭煤巷道的断面远比煤巷大得多。
由于石门和井巷工作面的防突工作难度较大,所需的时间和工作量也较多,因此《防治煤与瓦斯突出规定》对石门揭煤做出了较为详细的规定。
一、石门揭煤的一般程序
1、石门(含井巷,以下同)揭煤的一般顺序
石门和立井、斜井工作面从距突出煤层底(顶)板的最小法向距离5m开始到穿过煤层进入顶(底)板2m(最小法向距离)的过程均属于揭煤作业。
揭煤作业前应编制揭煤的专项防突设计,报煤矿企业技术负责人批准。
揭煤作业应当具有相应技术能力的专业队伍施工,并按照下列作业程序进行:
(1)探明揭煤工作面和煤层的相对位置;
(2)在与煤层保持适当距离的位置进行工作面预测(或区域验证);
(3)工作面预测(或区域验证)有突出危险时,采取工作面防突措施;
(4)实施工作面措施效果检验;
(5)掘进至远距离爆破揭穿煤层前的工作面位置,采用工作面预测或措施效果检验的方法进行最后验证;
(6)采取安全防护措施并用远距离爆破揭开或穿过煤层;
(7)在岩石巷道与煤层连接处加强支护。
2、石门揭煤设计的主要内容
石门和立井、斜井揭穿突出煤层的专项防突设计至少应当包括下列主要内容:
(1)石门和立井、斜井揭煤区域煤层、瓦斯、地质构造及巷道布置的基本情况;
(2)建立安全可靠的独立通风系统及加强控制通风风流设施的措施;
(3)控制突出煤层层位、准确确定安全岩柱厚度的措施,测定煤层瓦斯压力的钻孔等工程布置、实施方案;
(4)揭煤工作面突出危险性预测及防突措施效果检验的方法、指标,预测及检验钻孔布置等;
(5)工作面防突措施;
(6)安全防护措施及组织管理措施;
(7)加强过煤层段巷道的支护及其他措施。
3、石门揭穿突出煤层的具体要求
(1)石门揭穿突出煤层前,必须打钻控制煤层层位,测定煤层瓦斯压力或预测石门揭煤工作面的突出危险性。
后两项工作可与控制煤层层位的前探钻孔共用。
(2)在石门揭煤工作面掘至距煤层10m(垂距)之前,至少打两个
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